2024苏教版高中化学选择性必修2同步练习题--第3章 微粒间作用力与物质性质拔高练（含解析）

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2024苏教版高中化学选择性必修2同步
综合拔高练
五年高考练
考点1　　共价键的类型及数目判断
1.[2022湖南,18(2)①]富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:
富马酸分子中σ键与π键的数目比为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.[2021全国甲,35(2)]CO2分子中存在　　　个σ键和　　　个π键。
3.(2021湖南,18节选)SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:
H、C、N的电负性由大到小的顺序为　　　　　,1个M2+中含有　　　个σ键。
考点2　　各种晶体的结构与性质
4.(2023山东,5)石墨与F2在450 ℃反应,石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x,该物质仍具润滑性,其单层局部结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是(　　)
A.与石墨相比,(CF)x导电性增强
B.与石墨相比,(CF)x抗氧化性增强
C.(CF)x中C—C的键长比C—F短
D.1 mol (CF)x中含有2x mol共价单键
5.(2023全国乙,35节选)(2)已知一些物质的熔点数据如下表:
物质 NaCl SiCl4 GeCl4 SnCl4
熔点/℃ 800.7 -68.8 -51.5 -34.1
Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因　　　　　　　　　　　　　　　　。
6.[2022广东,20(2)]H2Se的沸点低于H2O,其原因是　　　　　　　　　　。
7.[2022全国乙,35(3)]卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为　　　　。解释X的熔点比Y高的原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
8.[2021全国甲,35(3)]甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考点3　　均摊法的应用
9.(2019江苏单科,21A节选)一个Cu2O晶胞(如图)中,Cu原子的数目为　　　　。
10.(2020课标Ⅰ,35节选)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有　　　个。
电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=　　　,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=　　　　。
考点4　　晶体密度及微粒间距离的计算
11.(2023湖南,11)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是　(　　)
A.晶体最简化学式为KCaB6C6
B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D.晶体的密度为 g·cm-3
12.(2023辽宁,14)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　　)
A.图1晶体密度为72.5/(NA×a3×10-30) g·cm-3
B.图1中O原子的配位数为6
C.图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1-x
D.Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导
13.(2023全国乙,35节选)(3)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于六方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示,晶胞中含有　　　个Mg。该物质化学式为　　　　,B-B最近距离为　　　　。
14.(2023山东,16节选)(3)一定条件下,CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2。上述反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ=　　　　g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
15.(2023全国甲,35节选)(3)AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为　　　　键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如下图所示,F-的配位数为　　　　　。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ=　　　　g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
16.[2022全国甲,35(5)]萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是　　　　;若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为　　　　pm。
17.(2022北京,6节选)FeS2晶胞为立方体,边长为a nm,如图所示。
①与Fe2+紧邻的阴离子个数为　　　　。
②晶胞的密度为ρ=　　　　g·cm-3。(1 nm=10-9 m)
18.[2022湖南,18(4)节选]钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为;
③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为　　　　g·cm-3(列出计算式)。
19.(2022江苏,14节选)FeS2具有良好半导体性能。FeS2的一种晶体与NaCl晶体的结构相似,该FeS2晶体的一个晶胞中的数目为　　　　,在FeS2晶体中,每个S原子与三个Fe2+紧邻,且Fe-S间距相等,如图给出了FeS2晶胞中的Fe2+和位于晶胞体心的(中的S—S键位于晶胞体对角线上,晶胞中的其他已省略)。如图中用“—”将其中一个S原子与紧邻的Fe2+连接起来。
三年模拟练
应用实践
1.(2022山东普通高中大联考)碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料,具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于碳纳米管的说法错误的是(　　)
A.具有导电、熔点高等特点
B.碳纳米管是一种新型有机纳米材料
C.碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
D.碳纳米管孔径较大,可以掺杂各种金属原子,体现特殊的催化活性
2.KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,晶胞参数a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.K与O的最短核间距约为0.315 nm
B.与K紧邻的O个数为12
C.在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点位置,则K处于体心位置,O处于棱心位置
D.若KIO3晶体的密度为ρ g/cm3,则阿伏加德罗常数的值可表示为
3.磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似,也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率,科学家最近研发了黑磷—石墨复合材料,其单层结构俯视图如图2所示。
下列说法正确的是(　　)
A.黑磷中P—P键的键能完全相等
B.黑磷与石墨都属于混合型晶体
C.由石墨与黑磷制备该复合材料的过程,没有发生化学反应
D.复合材料单层中,P原子与C原子之间的作用力属范德华力
4.如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。下列说法错误的是(　　)
A.1 mol冰晶体中含有2 mol氢键
B.金刚石属于共价晶体,其中每个碳原子周围距离最近的碳原子有4个
C.碘晶体属于分子晶体,每个碘晶胞中实际占有8个碘原子
D.冰、金刚石、MgO、碘单质这四种晶体的熔点由高到低的顺序为金刚石>MgO>冰>碘单质
5.(2022湖北腾云联盟联考)我国科技工作者合成了一种高质量的纳米棒发光材料,其晶胞结构如图所示,晶胞参数为a。下列说法错误的是　(　　)
A.该材料中与Cs+距离最近的I-个数为12
B.Pb2+的配位数为6
C.Pb2+与Cs+间的最短距离为a
D.该物质的化学式为CsPbI3
6.氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键,储氢材料是当今研究的重点课题之一,金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料。
(1)Ni原子的核外电子排布式为　　　　　　　　。
(2)NiO、FeO、MgO的晶体结构类型均与氯化钠相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:NiO　　　(填“<”或“>”)FeO;某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请改正图中的错误:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为　　　　　、　　　　　。
(4)金属镍与镧(La)形成的晶体的晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
迁移创新
7.(2022湖南六校联考)Ⅰ.氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)材料是最成熟的第三代半导体的代表,GaN通常以GaCl3为镓源,NH3为氮源制备,具有出色的抗击穿能力,能耐受更高的电子密度。
(1)请写出基态Ga原子的核外电子排布式:　　　　　　　　。Ga、N和O的第一电离能由小到大的顺序为　　　　　　。
(2)GaCl3的熔点为77.9 ℃,GaCl3(g)在270 ℃左右以二聚物存在,GaF3的熔点为1 000 ℃,GaCl3的熔点低于GaF3的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)GaN可采用金属有机物化学气相淀积技术制得,以合成的Ga(CH3)3为原料,使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物,该过程的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)氮化镓的晶胞如图所示,Ga原子与N原子半径分别为a pm和b pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体密度为c g/cm3,则该晶胞的空间利用率为　　　　　　　　(已知空间利用率为晶胞内原子体积占晶胞体积的百分数)。
Ⅱ.(5)与镓处于同一主族的B具有缺电子性。四硼酸钠的化学式为Na2B4O7·10H2O,实际上该离子晶体中存在由两个H3BO3和两个[B(OH)4]-缩合而成的双六元环,该物质的化学式写成Na2[B4O5(OH)4]·8H2O比较合理,[B4O5(OH)4]2-的结构如图所示,则该离子中存在的作用力有　　　　(填标号)。
A.离子键　　　B.极性键　　　C.氢键
D.范德华力　　E.配位键
综合拔高练
五年高考练
对应主书P50
4.B 11.C 12.C
1.答案　11∶3
解析　由富马酸的结构模型可知,白球代表H原子、黑球代表O原子、灰球代表C原子,故其结构式为,σ键与π键的数目比为11∶3。
2.答案　2　2
解析　CO2的结构式为O C O,故1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键。
3.答案　N>C>H　54
解析　N、C、H中氮元素的非金属性最强,电负性最大。1个N-甲基咪唑中含有6个C—H键、4个C—N键、1个碳碳双键和1个碳氮双键,单键、配位键属于σ键,1个双键中有1个σ键和1个π键,所以1个M2+中含有12×4+6=54个σ键。
4.B　石墨中的碳原子为sp2杂化,平面内存在大π键,导电性强,插入F后,碳原子为sp3杂化,层状结构改变,且破坏了大π键,导电性减弱,A错误;相比石墨中的大π键,(CF)x中C原子只形成σ键,键能更大,更难与O2反应,B正确;碳原子的半径大于氟原子的半径,因此C—C的键长比C—F长,C错误;每个碳原子与3个碳原子和1个氟原子相连,则1 mol (CF)x中含有x mol C—F与x mol C—C,共含有x mol共价单键,D错误。
5.答案　(2)NaCl为离子晶体,SiCl4为分子晶体,离子键比分子间作用力强　SiCl4、GeCl4、SnCl4的相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增强,则熔点依次升高
解析　(2)NaCl为离子晶体,SiCl4为分子晶体,离子晶体熔化时克服离子键,分子晶体熔化时克服分子间作用力,离子键比分子间作用力强;SiCl4、GeCl4、SnCl4都是分子晶体,相对分子质量SnCl4>GeCl4>SiCl4,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高。
6.答案　H2O分子间形成氢键,H2Se分子间只有范德华力
解析　H2O和H2Se都是分子晶体,二者结构相似,H2O分子间形成氢键,H2Se分子间只有范德华力,故H2O的沸点高于H2Se。
7.答案　CsCl　CsCl是离子晶体,熔化时需要克服Cs+和Cl-之间的离子键,而ICl是分子晶体,熔化时只需要克服范德华力
解析　由CsICl2受热发生非氧化还原反应知,CsICl2受热分解生成CsCl和ICl,故无色晶体X为CsCl,红棕色液体Y为ICl;由于CsCl是离子晶体,熔化时需要克服Cs+和Cl-之间的离子键,而ICl是分子晶体,熔化时只需要克服范德华力,离子键比范德华力强得多,故CsCl的熔点高于ICl。
8.答案　甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多
解析　水和甲醇均能形成分子间氢键,沸点较高,且1 mol H2O能形成2 mol氢键,1 mol CH3OH只能形成1 mol氢键,物质的量相等时,水比甲醇的氢键多,故水的沸点比甲醇高,甲硫醇不能形成分子间氢键,其沸点较低。
9.答案　4
解析　观察Cu2O晶胞结构图,依据均摊法知,1个晶胞中“”的数目为8×+1=2,“”的数目为4,结合Cu2O的化学式知,“”为Cu原子,则1个Cu2O晶胞中,Cu原子数目为4。
10.答案　4　　13∶3
解析　图(a)中每个晶胞含有Li+个数为8×+4×+4×=4,故每个晶胞中含有LiFePO4的单元数为4;图(b)中每个晶胞含有Li+个数为8×+3×+3×=,则LiFePO4与Li1-xFePO4中Li+数目之比为1∶(1-x)=4∶,x=;设Li1-xFePO4中Fe2+、Fe3+个数分别为a、b,则有,解得,故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=a∶b=13∶3。
11.C　1个晶胞中的K原子数为8×=1,Ca原子数为1,B原子数为12×=6,C原子数为12×=6,故晶体最简化学式为KCaB6C6,A项正确;K+位于顶点,Ca2+位于体心,与K+最近且距离相等的Ca2+位于共用1个顶点的8个立方晶胞的体心,B项正确;晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面,6个位于晶胞的面上,8个位于晶胞内部,垂直于体对角线,C项错误;由A项分析可知1个晶胞中有1个“KCaB6C6”,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,质量为(×1)g,晶体密度为 g·cm-3,即 g·cm-3,D项正确。
12.C　A项,根据均摊法计算,图1晶胞中含有1个Cl,1个O,3个Li,密度ρ= g·cm-3= g·cm-3,正确;B项,图1中与氧原子距离最近( pm)的Li有6个,则O原子的配位数为6,正确;C项,根据均摊法计算,图2晶胞中含有1个Li,Mg或空位共2个,1个O,Cl或Br共1个,根据化合物中各元素正负化合价代数和为0,得Mg有1个,所以化学式为LiMgOClxBr1-x,错误;D项,Mg2+取代Li+后,产生的空位可供Li+移动传导电荷,增强导电性,正确。
易错分析　求晶体密度时,一般先确定该晶胞中所含各微粒数,再计算晶体密度。易错点是单位换算,注意晶胞的棱长一般是以pm或nm为单位,但是密度的单位一般是g·cm-3,需要转换单位。
13.答案　(3)1　MgB2　a
解析　(3)根据均摊法,结合晶胞沿c轴的投影可知,1个晶胞中,Mg原子数为4×+4×=1;B原子数为2,则化学式为MgB2;B-B最近距离为投影图中两个正三角形中心的距离,
在投影图中作辅助线,如图所示,d=×=a,B-B最近距离为a。
14.答案　(3)CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4　
解析　(3)CuCl2+K+F2 KCl+X,化合物X中一定含有Cu和F,根据晶胞结构,利用均摊法可知,1个晶胞中白球(A)的个数为16×+4×+2=8,灰球(B)的个数为8×+1=2,黑球(C)的个数为8×+2=4,其最简式为C2BA4,又因为Cu为+2价,K为+1价,F为-1价,故X为K2CuF4,则反应的化学方程式为CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4。1个晶胞中含有4个K、2个Cu和8个F,则晶胞质量m= g= g,晶胞体积V=(a×10-10 cm)2×c×10-10 cm=a2c×10-30 cm3,故化合物X的密度ρ== g·cm-3。
方法点津　该题中化学方程式书写的解题关键是根据晶胞结构,利用“均摊法”确定化合物X中各原子的比例关系,再结合各元素的化合价推测X的化学式。
15.答案　(3)离子　2　(或×1030)
解析　(3)AlCl3的熔点(192 ℃)较低,为分子晶体,AlF3的熔点(1 090 ℃)较高,为离子晶体,故铝氟之间的化学键为离子键。由题图可知,1个该晶胞中顶点处粒子的数目为8×=1,棱心处粒子的数目为12×=3,故顶点处粒子为Al3+,棱心处粒子为F-,F-最邻近的Al3+的数目为2,故F-的配位数为2。晶胞质量m= g,晶胞体积V=(a×10-10)3 cm3,晶体密度ρ== g·cm-3=×1030 g·cm-3。
16.答案　Ca2+　a
解析　X离子位于顶点和面心,根据均摊法知,X离子数目为8×+6×=4,Y离子位于体内,故Y离子数目为8,结合CaF2的化学式知,X代表的离子是Ca2+;根据晶胞结构图知,Ca2+与F-的最小核间距为正方体体对角线长度的,即正负离子的核间距最小为a pm。
17.答案　①6　②×1021
解析　①由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的亚铁离子与位于棱上的阴离子间的距离最近,则Fe2+紧邻的阴离子个数为6;②由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的亚铁离子个数为8×+6×=4,位于棱上和体心的个数为12×+1=4,设晶体的密度为ρ g/cm3,则=10-21a3ρ,解得ρ=×1021。
18.答案　①KFe2Se2　③
解析　①由投影可得晶胞的结构为:
利用“均摊法”,晶胞所含K原子个数为8×+1=2,所含Fe原子个数为8×=4,所含Se原子个数为8×+2=4,故该超导材料的最简化学式为KFe2Se2。
③1个晶胞中含有2个KFe2Se2,故1 mol KFe2Se2的体积为×NA,1 mol KFe2Se2的质量为(39+56×2+79×2) g,故其密度为 g·cm-3。
方法点津　晶体密度与晶胞参数的关系
注意单位换算:1 pm=10-10 cm=10-12 m;1 nm=10-7 cm=10-9 m。
19.答案　4　
解析　因为FeS2的晶体与NaCl晶体的结构相似,由NaCl晶体结构可知,一个NaCl晶胞含有4个Na+和4个Cl-,则该FeS2晶体的一个晶胞中的数目也为4,一个S原子与紧邻的Fe2+连接如图:。
三年模拟练
对应主书P52
1.B 2.D 3.B 4.D 5.C
1.B　碳纳米管是一种碳单质,不是有机物,B错误。
素养解读　本题以碳纳米管为情境材料,考查碳纳米管与石墨烯的结构和性质,体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养。
2.D　K与O的最短核间距为晶胞面对角线长的一半,即×0.446 nm≈0.315 nm,A项正确;由晶胞结构可知,与K紧邻的O有12个,B项正确;想象8个晶胞无隙并置,若I处于顶点,则O处于棱心,K处于体心,C项正确;设NA表示阿伏加德罗常数的值,由晶胞结构可知,其含有1个K,1个I,3个O,故有ρ×(0.446×10-7)3=(39+127+16×3)×,则NA=,D项错误。
素养解读　本题以KIO3晶体为情境载体,考查离子晶体的结构、晶胞相关计算等,体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养。
3.B　黑磷中P—P键的键长不完全相等,则黑磷中P—P键的键能不完全相同,A错误;黑磷与石墨都属于混合型晶体,B正确;由石墨与黑磷制备该复合材料的过程,有P—P键和C—C键的断裂及P—C键的形成,则发生了化学反应,C错误;复合材料单层中,P原子与C原子之间的作用力属共价键,D错误。
4.D　1 mol冰晶体中含有2 mol氢键,A正确;金刚石属于共价晶体,其中每个碳原子与紧邻的4个其他C原子结合,故周围距离最近的碳原子有4个,B正确;用均摊法可计算出平均每个晶胞中有4个碘分子,即有8个碘原子,C正确;熔点的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,冰属于分子晶体,碘单质为分子晶体,室温下碘为固体、水为液体,MgO属于离子晶体,金刚石是共价晶体,冰、金刚石、MgO、碘单质这四种晶体的熔点:金刚石>MgO>碘单质>冰,D错误。
5.C　Cs+位于晶胞顶点,I-位于面心,1个晶胞中有3个面心I-离顶点Cs+最近,1个顶点Cs+被8个晶胞共有,而面心I-又被两个晶胞共有,故1个Cs+周围最近且等距的I-有=12个,A正确;Pb2+位于体心,其周围6个面心I-离其最近,故Pb2+的配位数为6,B正确;Pb2+与Cs+的最短距离为体对角线长的一半,则Pb2+与Cs+间的最短距离为,C错误;该晶胞中含Cs+8×=1个,含Pb2+1个,含I-6×=3个,该物质的化学式为CsPbI3,D正确。
6.答案　(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
(2)>　8处应为灰色球(或8处应为Mg2+)
(3)6　6
(4)LaNi5
解析　(1)Ni是28号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)其他因素相同时,离子半径越大,离子晶体熔点越低。(3)由信息可知NiO与氯化钠的晶胞结构相似,所以Ni和O的配位数均为6。(4)La原子在8个顶点上,所以晶胞单独占有的La原子数为8×=1;Ni原子有4个位于前、后、左、右四个面的面心,有1个位于体心,有4个在上、下两个面上,所以晶胞单独占有的Ni原子数为(4+4)×+1=5,La与Ni的原子个数之比为1∶5,则化学式为LaNi5。
7.答案　Ⅰ.(1)[Ar]3d104s24p1　Ga(2)GaCl3为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,GaF3为离子晶体,熔化时破坏离子键,离子键强于分子间作用力
(3)Ga(CH3)3+NH3 GaN+3CH4
(4)×100%
Ⅱ.(5)BE
解析　Ⅰ.(1)Ga是31号元素,其电子排布式为[Ar]3d104s24p1。同主族从上到下元素的第一电离能逐渐减小,同周期从左到右主族元素的第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,即第一电离能:GaⅡ.(5)根据的结构可知[B4O5(OH)4]2-中存在的作用力有极性共价键和配位键,应选BE。
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