2023-2024学年高中化学人教版2019选择性必修2课后习题第三章 晶体结构与性质模块测评（含答案）

模块测评
可能用到的相对原子质量:Be 9　C 12　O 16　S 32　I 127
一、选择题(本题包括10个小题,每小题只有一个选项符合题意。每小题2分,共20分)
1.符号“2p”没有给出的信息是(　　)
A.能级 B.电子层
C.电子云形状 D.电子云在空间的伸展方向
2.某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子的价电子排布不可能是(　　)
A.3p64s1 B.4s1 C.3d54s1 D.3d104s1
3.下列晶体的分类正确的是(　　)
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶
D Ba(OH)2 金刚石 玻璃
4.下列说法正确的是(　　)
A.同一原子中,在离核较远的区域运动的电子能量较高
B.原子核外电子排布,先排满K层再排L层,然后依次排满M层再排N层
C.同一周期中,随着核电荷数的增大,元素的原子半径逐渐增大
D.同一周期中,第ⅡA族与第ⅢA族元素原子的核电荷数都相差1
5.下列物质在熔融状态下能够导电的是(　　)
A.NaCl B.SiO2 C.Cl2 D.HCl
6.利用反应CCl4+4Na C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是(　　)
A.C(金刚石)属于共价晶体 B.该反应利用了Na的强还原性
C.CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式相同 D.NaCl晶体中每个Cl-周围有8个Na+
7.下列关于晶体的叙述正确的是(　　)
A.晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
B.区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验
C.分子晶体中共价键键能越大,熔点和沸点越高
D.金属晶体发生形变时,内部金属离子与“自由电子”的相互作用消失
8.下列有关比较正确的是(　　)
A.熔点:CH4>SiH4>GeH4>SnH4 B.熔、沸点:NaBr>NaCl>MgO
C.键的极性:N—H>O—H>F—H D.热稳定性:HF>H2O>NH3
9.从微粒结构角度分析,下列说法错误的是(　　)
A.的空间结构为V形,中心原子的杂化方式为sp3
B.ZnCO3中阴离子空间结构为平面三角形,C原子的杂化方式为sp2
C.根据价层电子对互斥模型,H2S、SO2、SO3的气态分子中,H2S的中心原子价层电子对数与其他分子不同
D.三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式,两种形式中S原子的杂化轨道类型相同
10.下列有关物质结构和性质变化规律正确的是(　　)
A.硬度:LiClC.酸性:H3PO4>H2SO4>HClO4 D.原子半径:Na>Mg>Al
二、选择题(本题包括5个小题,每小题有1~2个选项符合题意。每小题4分,共20分)
11.下列元素或化合物的性质变化顺序正确的是(　　)
A.第一电离能:Cl>S>P>Si
B.共价键的极性:HF>HCl>HBr>HI
C.价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数
D.第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多
12.下列有关物质性质、结构的表述均正确,且存在因果关系的是(　　)
选项 表述1 表述2
A 在水中,NaCl的溶解度比I2的溶解度大 NaCl晶体中Cl-与Na+间的作用力大于碘晶体中分子间的作用力
B 通常条件下,CH4分子比PbH4分子稳定性强 Pb的原子半径比C的大,Pb与H之间的键能比C与H之间的键能小
C 在形成化合物时,同一主族元素的化合价相同 同一主族元素原子的最外层电子数相同
D P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电 P4O10、C6H12O6均属于共价化合物
13.下列各组物质性质的比较,结论正确的是(　　)
A.分子的极性:BCl3C.物质的沸点:HF14.在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中,Al占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,该冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为(　　)
A.2∶1 B.3∶2 C.5∶2 D.5∶1
15.氮化碳结构如图所示,其中β-氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是(　　)
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳中碳显-4价,氮显+3价
C.氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与4个氮原子相连,每个氮原子与3个碳原子相连
三、非选择题(本题包括5个小题,共60分)
16.(10分)填写下列空白[第(1)~(4)小题用元素符号填写]。
(1)第三周期原子半径最小的元素为(稀有气体元素除外)　　　　。
(2)第一电离能最大的元素为　　　　。
(3)电负性最大的元素为　　　　。
(4)第四周期中第一电离能最小的元素为　　　　。
(5)含有8个质子,10个中子的原子的化学符号为　　　　。
(6)最外层电子排布为4s24p1的原子的核电荷数为　　　　。
(7)元素周期表中最活泼的非金属元素原子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(8)某元素的原子核外有3个电子层,最外层电子数是核外电子总数的,该元素原子的电子排布式是　　　　　　　。
(9)铜元素在元素周期表中的位置是　　　　,它位于　　　　区。
17.(10分)铍及其化合物的应用正日益被重视。
(1)最重要的含铍矿物是绿柱石,含2%铬(Cr)的绿柱石即为祖母绿。基态Cr原子价电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　。
(2)铍与相邻主族的铝元素性质相似。下列有关铍和铝的叙述正确的有　　　　(填字母)。
A.都属于p区主族元素 B.电负性都比镁大
C.第一电离能都比镁大 D.氯化物的水溶液pH均小于7
(3)氯化铍在气态时存在BeCl2分子(a)和二聚分子(BeCl2)2(b),固态时则具有如下图所示的链状结构(c)。
①a属于　　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
②二聚分子(BeCl2)2中Be原子的杂化方式相同,且所有原子都在同一平面上。b的结构式为　　　　　　　　　　(用箭头标出配位键)。
(4)BeO立方晶胞如右图所示。
若BeO晶体的密度为d g·cm-3,设晶胞参数为a nm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则a=　　　　　 nm(列出表达式即可)。
18.(12分)铁及其化合物在生活中有广泛应用。
(1)Fe3+基态核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验室用KSCN溶液或苯酚检验Fe3+。
①设NA为阿伏加德罗常数的值,1 mol苯酚分子中含有σ键的数目为　　　　。
②类卤素离子SCN-可用于Fe3+的检验,其对应的酸有两种,分别为硫氰酸()和异硫氰酸(),这两种酸中沸点较高的是　　　　　　　　　　　　。
(3)氮化铁晶体的晶胞结构如图1所示。该晶体中铁、氮的微粒个数之比为　　　　。
图1
图2
(4)某铁的化合物结构简式如图2所示。
①上述化合物中所含有的非金属元素的电负性由大到小的顺序为　　　　　　　　　　(用元素符号表示)。
②上述化合物中氮原子的杂化方式为　　　　　　　　　。
19.(14分)太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其材料有单晶硅,还有含铜、锗、镓、硒等元素的化合物。
(1)亚铜离子(Cu+)基态时核外电子排布式为　　　　　　　　　　　,其电子占据的原子轨道数目为　　　　。
(2)图甲表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势,其中表示磷元素的曲线是　　　(填序号)。
甲
乙　氮化镓晶体结构
(3)氮化镓(GaN)的晶体结构如图乙所示。常压下,该晶体熔点为1 700 ℃,故其晶体类型为　　　　　。
(4)与镓元素处于同一主族的硼元素可提供空轨道,因而硼酸(H3BO3)在水溶液中能与水反应生成[B(OH)4]-,[B(OH)4]-中B原子的杂化轨道类型为　　　　。
(5)某光电材料由锗的氧化物与铜的氧化物按一定比例熔合而成,其中锗的氧化物晶胞结构如图丙所示,该物质的化学式为　　　　　　。已知该晶体密度为ρ g·cm-3,晶胞边长为a cm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则锗的相对原子质量为　　　　　　(用含ρ和a的关系式表示)。
丙
20.(14分)(2021·广东卷,20节选)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。
Ⅰ　　　　　　　Ⅱ　　　　　　　　Ⅲ　　　　　　　 　Ⅳ
(1)基态硫原子价电子排布式为　。
(2)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为　　　　　　　　　　　　　　。
(3)汞的原子序数为80,位于元素周期表第　　　周期第ⅡB族。
(4)化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的有　　　。
A.在Ⅰ中S原子采取sp3杂化
B.在Ⅱ中S元素的电负性最大
C.在Ⅲ中C—C—C键角是180°
D.在Ⅲ中存在离子键与共价键
E.在Ⅳ中硫氧键的键能均相等
(5)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是　　　　　　　　　　　　　。
②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为　　　　;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=　　　　　　　　。
③设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为　　　　　 g·cm-3(列出算式)。
参考答案
模块测评
1.D　2p表示原子核外第2能层(电子层)中的p能级,电子云形状为哑铃形,其中p能级应有3个不同伸展方向的原子轨道,可分别表示为px、py、pz,“2p”符号没有表示出电子云在空间的伸展方向,D项正确。
2.A　各能级电子的能量由小到大的顺序为:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……价电子即为可以参与化学反应的电子,主族元素为最外层电子,如4s1;对于过渡元素,常包括次外层d能级电子及倒数第三层f能级电子,如Cr的价电子排布为3d54s1、Cu的价电子排布为3d104s1。由于3p能级与4s能级能量差别大,化学反应中不可能失去4s能级中的电子后接着失去3p能级中的电子,A项错误。
3.C　可根据晶体结构中粒子及其之间的相互作用判断晶体的类型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通过离子键相互结合的离子晶体,纯H2SO4晶体是分子晶体,Ar分子间以范德华力相互结合为分子晶体,石墨是混合型晶体,水晶(SiO2)与金刚石是共价晶体,硫和萘()是分子间以范德华力结合的分子晶体,玻璃为非晶体。
4.A　能量较高的电子处于离核远一些的区域,A项正确;M层为第三层,含有3s、3p、3d能级,而3d能级的能量大于4s能级,故电子排满3p能级后,接着排4s能级,然后再排3d能级,B项错误;同一周期中,原子的电子层数相同,随着核电荷数增大,原子核对核外电子的吸引能力增强,导致原子半径减小,C项错误;第二、三周期中第ⅡA族与第ⅢA族元素的核电荷数相差1,但是第四、五周期中由于中间隔了过渡元素,所以第ⅡA族与第ⅢA族元素的核电荷数相差11,第六、七周期中还含有镧系和锕系,所以第ⅡA族与第ⅢA族元素的核电荷数相差25,D项错误。
5.A　NaCl为离子晶体,熔融状态下能形成自由移动的钠离子和氯离子,可以导电,A项正确;SiO2为共价晶体,熔融状态下没有离子生成,不能导电,B项错误;Cl2为分子晶体,在液态时没有离子生成,不能导电,C项错误;HCl为分子晶体,在液态时没有离子生成,不能导电,D项错误。
6.D　金刚石为共价晶体,A项正确;反应中Na的化合价升高,作为还原剂,B项正确;CCl4和金刚石中C原子均形成四个单键,故C原子均为sp3杂化,C项正确;NaCl晶体中每个Cl-周围有6个Na+,分别位于Cl-的上、下、左、右、前、后,D项错误。
7.B　金属晶体是由金属阳离子和自由电子组成的,A项错误;分子晶体的熔、沸点由范德华力或氢键决定,与分子内的共价键无关,C项错误;金属晶体中的金属键无方向性,当发生形变时,金属键并未被破坏,D项错误。
8.D　A项中物质形成的晶体均为分子晶体,其熔点和范德华力有关,且相对分子质量越大,范德华力越大,故A项错误;离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子晶体的离子键越强,所以熔、沸点:NaBrO>N,故热稳定性:HF>H2O>NH3,D项正确。
9.D　中I原子为中心原子,则其孤电子对数为×(7-1-2)=2,且其形成了2个σ键,中心原子采取sp3杂化,空间结构为V形,A正确;C中C原子价层电子对数为3+×(4+2-6)=3,因此C原子为sp2杂化,C的空间结构为平面三角形,B正确;根据价层电子对互斥模型可知,H2S、SO2、SO3三种分子中S原子的价层电子对数分别为4、3、3,因此H2S中S原子价层电子对数不同于其他两种分子,C正确;SO3的中心原子S的孤电子对数为=0,S形成3个σ键,S原子的价层电子对数为0+3=3,S原子为sp2杂化,三聚分子中每个S原子与4个O原子结合,形成正四面体结构,S原子的杂化轨道类型为sp3,D错误。
10.D　组成相似的离子化合物,离子半径越小,离子键越强,晶体硬度越大,所以硬度:LiCl>NaCl>KCl,A项错误;液态HF分子间存在氢键,所以其沸点比HBr、HCl高;HBr、HCl分子结构相似,相对分子质量越大沸点越高,所以沸点:HF>HBr>HCl,B项错误;同一周期从左往右,元素的最高价氧化物对应水化物的酸性增强,所以酸性H3PO411.BC　Si、P、S、Cl处于同一周期,同一周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,因P的3p能级为半充满状态,导致其第一电离能较大,故第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si,A项错误;F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,所以HF、HCl、HBr、HI的共价键极性逐渐减弱,B项正确;价层电子对数只计σ键电子对和孤电子对,不计π键电子对,C项正确;Mn原子的价电子排布式为3d54s2,含有5个未成对电子,而同周期Cr原子的价电子排布式为3d54s1,含有6个未成对电子,D项错误。
12.B　NaCl是离子晶体,I2是非极性分子,故I2比NaCl在水中的溶解度小,A错误;分子的稳定性与键能有关,而键能与键长有关,键长又与原子半径有关,B正确;同主族元素形成的化合物中,元素化合价不一定相同,C错误;P4O10溶于水生成电解质H3PO4,溶液可以导电,C6H12O6溶于水不导电,故表述1不正确,1和2不存在因果关系,D错误。
13.AB　BCl3分子中的B原子采用sp2杂化,分子为平面正三角形,所以BCl3是非极性分子;NCl3中的N原子采取sp3杂化,NCl3空间结构为三角锥形,是极性分子,分子极性为BCl3HCl,C项错误;CS2、CCl4为非极性分子,而H2O为极性分子,根据“相似相溶”原理,在CS2中的溶解度应为:CCl4>H2O,D项错误。
14.D　根据已知条件,Al占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,如下图所示白球位置,则在冰晶石晶胞中,Al的个数为8×+6×=4,由冰晶石的化学式可知Na+的个数为Al的3倍,即为12个,所以冰晶石晶胞中原子个数分别为钠原子12个、铝原子4个、氟原子24个,一共40个;NaCl晶胞中含有的钠原子为4个,氯原子4个,一共8个,它们的原子个数比为40∶8=5∶1。
15.B　由题图示可知氮化碳为网状结构,硬度超过金刚石晶体,则氮化碳晶体为共价晶体;每个碳原子和4个氮原子形成共价键,每个氮原子与3个碳原子相连,所以氮化碳的化学式为C3N4;由于N的非金属性比碳强,所以氮化碳中碳显+4价,氮显-3价,B项符合题目要求。
16.答案 (1)Cl　(2)He　(3)F　(4)K
(5O　(6)31
(7)
(8)1s22s22p63s2或[Ne]3s2
(9)第四周期第ⅠB族　ds
17.答案 (1)　(2)BD　(3)①非极性　②
(4)×107
解析 (1)Cr为24号元素,其基态原子价层电子排布式为3d54s1,则基态Cr原子价电子的轨道表示式为。
(2)铍属于s区元素,而铝属于p区元素,故A错误;金属越活泼,电负性越小,Mg比Be、Al活泼,则Be、Al两金属电负性都比镁大,故B正确;Be的第一电离能比镁大,而Mg因s轨道全充满,第一电离能比Al大,故C错误;Be2+和Al3+在溶液中均水解,则氯化物的水溶液pH均小于7,故D正确。
(3)①BeCl2分子中Be原子形成2个Be—Cl,Be原子的杂化轨道数为2,故Be原子采取sp杂化,是直线形结构,属于非极性分子。②在二聚分子(BeCl2)2中Be原子有空轨道,Cl原子有孤电子对,则配位键中电子对由氯原子提供,b的结构式为。
(4)BeO立方晶胞如题图所示,则晶胞中Be2+数目为4,数目为8×+6×=4,晶胞中含有4个BeO,晶胞的质量为 g,晶胞的边长为a nm,则晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,晶胞的密度d g·cm-3=,则a=×107。
18.答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2)①13NA或13×6.02×1023　②异硫氰酸或
(3)4∶1
(4)①O>N>C>H　②sp3和sp2
解析 (1)Fe为26号元素,则基态Fe3+的核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(2)苯酚的结构简式为,1个苯酚分子中有13个单键和一个大π键;硫氰酸分子间无法形成氢键,异硫氰酸分子间可形成氢键,因此异硫氰酸的沸点较高。
(3)N原子在体心,因此晶胞中含1个N原子,Fe原子数目为8×+6×=4,因此Fe、N微粒个数之比为4∶1。
(4)电负性大小顺序为O>N>C>H,氮原子有的形成3个单键,有的形成双键,因此氮原子的杂化方式有sp2和sp3两种。
19.答案 (1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)　14
(2)b　(3)共价晶体　(4)sp3
(5)GeO　ρ a3NA-16
解析 (1)Cu为29号元素,Cu原子失去最外层1个电子得到Cu+,则基态Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,其电子占据的原子轨道数目为1+1+3+1+3+5=14。
(2)同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小,P元素原子的3p轨道为半充满的稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,故Si的第一电离能最小,由图甲中第一电离能大小可知,曲线c代表硅元素的电离能;P原子失去第3个电子后,3p轨道为全空的稳定结构,第四电离能对应为失去3s轨道中的1个电子,与第三电离能相差较大,可知曲线b代表磷元素的电离能,曲线a代表碳元素的电离能。
(3)常压下,GaN晶体熔点为1 700 ℃,故其晶体类型为共价晶体。
(4)[B(OH)4]-中B原子的价层电子对数是4,其杂化轨道类型为sp3。
(5)晶胞中含有氧原子数目为8×+6×=4,锗原子数目为4,故该物质的化学式为GeO;设锗的相对原子质量为x,则GeO的相对分子质量为x+16,可得4(x+16) g·mol-1=ρ g·cm-3×(a cm)3×NA mol-1,解得x=ρa3NA-16。
20.答案 (1)3s23p4　(2)H2O>H2S>CH4　(3)六　(4)AD　(5)①图b不具有“无隙并置”的特点　②4　1∶1∶2　③×1021
解析 (1)基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,因此基态硫原子价电子排布式为3s23p4。
(2)H2S、CH4、H2O均为分子晶体,H2O分子间存在氢键,沸点较高,H2S、CH4的分子间作用力随相对分子质量增大而增大,因此沸点由高到低顺序为H2O>H2S>CH4。
(3)第六周期0族元素的原子序数为86,因此第80号元素Hg位于第六周期第ⅡB族。
(4)Ⅰ中S原子的价层电子对数=2+=4,因此S原子采取sp3杂化,A正确;Ⅱ中含有的元素为H、C、O、S、Hg,同周期元素从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体元素除外),同主族元素从上至下元素的电负性逐渐减小,这5种元素中电负性最大的为O元素,B错误;Ⅲ中C原子成键均为单键,因此C原子采取sp3杂化,所以C—C—C键角接近109°28',C错误;Ⅲ中存在C—H、C—C、C—S、SO、S—O、S—H共价键,还存在与Na+之间的离子键,D正确;Ⅳ中存在两类不同的硫氧键,键能不同,E项错误。
(5)①对比图b和图c可得X晶体的晶胞中上下两个单元内的原子位置不完全相同,不符合晶胞是晶体的最小重复单元,具有“无隙并置”的特点。
②以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为例,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,其右侧晶胞中也有2个Sb原子与Hg原子距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4;该晶胞中Sb原子均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶点、面心、体心,因此1个晶胞中含有Ge原子数为8×+4×+1=4,Hg原子位于棱上、面心,因此1个晶胞中含有Hg原子数为4×+6×=4,则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。
③1个晶胞的质量m= g,1个晶胞的体积V=(x×10-7 cm)2×(y×10-7 cm)=x2y×10-21 cm3,则X晶体的密度为×1021 g·cm-3。