液晶、纳米材料与超分子
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分,共35分)
1.(2020·泰安高二检测)玻璃是常见的非晶体,在生产、生活中有着广泛的应用,有关玻璃的说法错误的是
( )
A.玻璃内部微粒排列是长程无序和短程有序的
B.玻璃熔化时吸热,温度不断上升
C.光纤和玻璃的主要成分都可看成SiO2,二者都是非晶体
D.利用X射线衍射实验可以鉴别玻璃和水晶
【解析】选C。根据玻璃是非晶体知,构成玻璃的粒子的排列是长程无序和短程有序的,没有固定的熔点,A、B正确;区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验,D正确。
2.下列有关液晶的叙述中不正确的是
( )
A.具有液体的流动性、晶体的各向异性
B.制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
【解析】选C。由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态,C错误;这种在一定温度范围内存在的液体既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,这种液体称为液态晶体,简称液晶,这是液晶的定义,所以A正确;液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器,所以B、D都正确。
3.(2020·大连高二检测)
纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具有许多特殊性质的原因。
假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状(如图)相同,则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为
( )
A.87.5% B.88.9% C.96.3% D.100%
【解析】选B。表面粒子数占总粒子数的百分数为×100%=88.9%。
4.下列叙述正确的是
( )
A.食盐粉末为非晶体
B.液体与晶体混合物叫液晶
C.超分子就是两个或多个分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体
D.最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
【解析】选C。食盐粉末是由细小食盐晶体组成,保持食盐晶体的结构和性质特点,不是非晶体,故A项不正确;液晶是指外观为液态,但却有晶体的特性的物质,故B项不正确;超分子就是两个或多个分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体,故C项正确;纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料,故D项不正确。
5.(2020·邢台高二检测)下列关于物质特殊聚集状态的叙述中,错误的是
( )
A.在电场存在的情况下,液晶分子沿着电场方向有序排列
B.非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章
C.液晶最重要的用途是制造液晶显示器
D.由纳米粒子构成的纳米陶瓷有极高的硬度,但低温下不具有优良的延展性
【解析】选D。纳米粒子构成的纳米陶瓷在低温下具有良好的延展性。
6.(2020·福州高二检测)2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域做出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系,当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时,分子组分间原有作用被破坏,各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是
( )
A.驱动分子机器时,需要对体系输入一定的能量
B.分子状态的改变会伴随能量变化,属于化学变化
C.氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D.光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
【解析】选B。需要对体系输入一定的能量,才能驱动分子机器,故A正确;分子状态的改变是物态变化,属于物理变化,故B错误;电子的得失是氧化还原反应的本质,则发生氧化还原反应时可刺激分子机器体系,故C正确;光照可使光能转化为机械能,即光照能使分子产生类似于机械运动的某种热运动,故D正确。
【补偿训练】
(2020·石家庄高二检测)下列说法符合科学性的是
( )
A.我厂生产的食盐对人体有益,它是纳米材料,易吸收、易消化
B.我厂生产的食盐,处于液晶状态,是你日常生活中不可缺少的物质,它是非常纯净的非晶体
C.金的常规熔点约为1
064
℃,而制成2
nm尺寸的金的熔点只有327
℃左右,所以纳米金属于分子晶体
D.液晶是一种具有晶体性质的特殊物质,可用于制造显示器
【解析】选D。A、B是错误的,食盐易溶于水,溶解前处于什么状态与溶解、吸收无多大关系,只是溶解的快慢问题。通常食盐处于晶体状态,不是处于液晶状态。纳米材料不同于一般的晶体、非晶体,所以C也是错误的。
7.纳米是长度单位,1
nm等于1×10-9
m,物质的颗粒达到纳米级时,具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时,“纳米铜”具有非常强的化学活性,可以在空气中燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述正确的是
( )
A.常温下,“纳米铜”比铜片的金属性强
B.常温下,“纳米铜”比铜片更易失电子
C.常温下,“纳米铜”与铜片的还原性相同
D.常温下,“纳米铜”比铜片的氧化性强
【解析】选B。“纳米铜”能在空气中燃烧,说明比铜片活泼,即比铜片更易失电子,比铜片还原性强;铜片和“纳米铜”均为铜单质,故金属性相同。
二、非选择题(本题包括3小题,共35分)
8.(10分)(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成,熔点低于100
℃,其挥发性一般比有机溶剂________(填“大”或“小”),可用作________(填字母)。?
a.助燃剂
b.“绿色”溶剂
c.复合材料
d.绝热材料
(2)在纳米级的空间中,水的结冰温度是怎样的呢?为此,科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度,冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律
是?__。?
【解析】(1)由(CH3)3NH+和[AlCl4]-形成的离子液体,阴、阳离子间的作用力肯定大于有机溶剂分子间的范德华力,因此其挥发性一般比有机溶剂小;该离子液体中不含氧,则其不助燃,属于无机物,一般不能用作复合材料;由阴、阳离子形成的离子液体,应该具有导热性,不可能用作绝热材料。(2)由题图可知,随着碳纳米管直径的增大,结冰温度依次为27
℃、7
℃、-53
℃、-83
℃,即碳纳米管直径越大,结冰温度越低。
答案:(1)小 b (2)碳纳米管直径越大,结冰温度越低
9.(10分)科学的进步离不开技术的突破。原子光谱核磁共振、X射线衍射、量子计算等技术的发展与应用都推进了结构的研究。如过渡元素原子结构、超分子结构、晶体结构、配合物结构研究等。胍鎓离子[C(NH2]可以与甲基磺酸根(CH3S)形成超分子晶体,其局部结构如图所示。
(1)组成该晶体的元素中电负性最大的是________,其中
S的杂化类型为________。?
(2)元素C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从小到大的顺序为________,原因是__?__。?
【解析】(1)电负性最大的元素为O元素,S形成了4个σ键,根据价层电子对互斥模型判断S为sp3杂化。
(2)水为极性溶剂,CH4为非极性分子,NH3、H2S均为极性分子,且NH3能与水形成氢键,再结合相似相溶原理可以判断C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从小到大为CH4
NH3。
答案:(1)O sp3
(2)CH4
NH3 CH4为非极性分子,NH3、H2S均为极性分子,且NH3能与水形成氢键
10.(15分)(2020·兰州高二检测)超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键组装的超分子结构如图所示。
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族,核外电子排布与Cr相似,它的基态价电子排布式是________;核外未成对电子数是________个。?
(2)该超分子中存在的化学键类型有________。?
A.σ键 B.π键 C.离子键 D.氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是________(填元素符号),p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有________。?
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因?__。?
(5)C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是?__。?
(6)已知:某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示,其中所有顶点原子坐标均为(0,0,0)。
钼(Mo)的一种立方晶系的晶体结构中,每个晶胞有2个Mo原子,其中Mo原子坐标是(0,0,0)及(1/2,1/2,1/2)。已知该晶体的密度是ρ
g·cm-3,Mo的摩尔质量是M
g·mol-1,阿伏加德罗常数是NA,晶体中距离最近的Mo原子核之间的距离为________pm。?
【解析】(1)Cr的基态价电子分布为3d54s1,而Mo与Cr同主族,但比Cr多了一周期,因而基态价电子排布为4d55s1,用轨道电子排布表示为,因而核外未成对的电子为6个。
(2)观察该超分子结构有双键,说明有σ键和π键,分子中不存在离子键,根据信息Mo形成配位键,因而答案选AB。
(3)CO作配体时是C作配位原子,氧把孤对电子给了碳,碳变成富电子中心,有提供电子对形成配位键的能力,p-甲酸丁酯吡啶中碳原子有形成双键,说明其杂化方式为sp2,在丁基中C原子形成四个单键为sp3杂化。
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,使共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。
(5)根据不同晶体类型的性质不同来解释:C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力。
(6)Mo的一种立方晶系的晶体结构中,以(0,0,0)Mo原子为中心,那么与之最近的Mo原子有8个,分别是(1/2,1/2,1/2),(-1/2,1/2,1/2),(1/2,-1/2,1/2)等等,先计算出立方的棱长,每个晶胞中含有2个Mo原子,晶胞体积V=
cm3,所以立方棱长a==
cm,最近的两个原子坐标为(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2),根据比例关系,原子最近真实距离等于××1010
pm。
答案:(1)4d55s1 6
(2)AB
(3)C sp2和sp3
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,使共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此酸性强于CH3COOH
(5)C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力
(6)××1010
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
11.(2020·赤峰高二检测)
拟晶是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是目前发现的几百种拟晶之一,具有合金的某些优良物理性能。下列有关该拟晶的说法中错误的是
( )
A.Al65Cu23Fe12可用作长期浸泡在海水中的材料
B.Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价均可视为零
C.Al65Cu23Fe12的硬度可能比金属Al、Cu、Fe都大
D.1
mol
Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去277
mol电子
【解析】选A。根据题意,该拟晶具有合金的某些优良物理性能,因此其硬度可能比金属Al、Cu、Fe都大。Al65Cu23Fe12与海水构成原电池,会加速金属的腐蚀,因此不可用作长期浸泡在海水中的材料。1
mol
Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去277
mol电子(因为硝酸过量,每个铁原子失去3个电子)。
12.我国科学家成功合成了3
nm长的管状定向碳纳米管,长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的)、熔点高、化学性质稳定性好的特点,因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是
( )
A.它是制造飞机的理想材料
B.它的主要组成元素是碳
C.它的抗腐蚀能力强
D.碳纤维复合材料为高分子化合物
【解析】选D。纳米材料有其独特的功能,一般飞机是用钢铁制造的,由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小,它也可以是制造飞机的理想材料;碳纤维复合材料的主要组成元素是碳,性质稳定,抗腐蚀能力强。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
13.(2020·济南高二检测)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
(1)A和B的单质单位质量的燃烧热大,可用作燃料。已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
电离能/(kJ·mol-1)
I1
I2
I3
I4
A
932
1
821
15
390
21
771
B
738
1
451
7
733
10
540
某同学根据上述信息,推断B的轨道表示式如下图所示:
①该同学所画的轨道表示式违背了________。?
②根据价层电子对互斥理论,预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为________。?
(2)氢气作为一种清洁能源,必须解决它的储存问题,C60可用作储氢材料。
①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物,其晶胞如图所示,该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C60分子的个数比为____________。?
②继C60后,科学家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是______________。?
Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,则1个Si60分子中π键的数目为____________。?
【解析】(1)①根据两原子的第一至第四电离能的变化可以判断出A为铍,B为镁,镁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,可见题给轨道表示式的电子排布违反了能量最低原理。②氯化铍分子中铍原子只形成2个共价键,根据价层电子对互斥理论,其分子的空间构型应该是直线形。(2)①根据所给晶胞,可以计算出属于该晶胞的K原子数和C60分子数分别为6、2,因此该物质的K原子和C60分子的个数比为3∶1。②根据C、Si、N原子在周期表中的位置关系和周期表中电负性的递变规律,可得C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是N>C>Si。由于Si60分子中每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,并且每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,每个硅原子跟相邻的3个硅原子必须形成3个σ键和1个π键(即2个共价单键、1个共价双键),每两个硅原子之间形成1个π键,因此1个Si60分子中共有30个π键。
答案:(1)①能量最低原理 ②直线形
(2)①3∶1 ②N>C>Si 30
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-共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分,共35分)
1.(2020·泰安高二检测)据报道:用激光可将置于铁石中的石墨靶上的碳原子“炸松”,再用一个射频电火花喷射出氮气,可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜,该碳氮化合物的硬度比金刚石更坚硬,则下列分析正确的是
( )
A.该碳氮化合物呈片层状结构
B.该碳氮化合物呈立体网状结构
C.该碳氮化合物中C—N键长比金刚石的C—C键长长
D.相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小
【解析】选B。由题意知,碳氮化合物的硬度比金刚石还大,说明该碳氮化合物为共价晶体,因此是立体网状结构,与金刚石相比,C原子半径大于N原子半径,所以C—N键长小于C—C键长。
2.下列物质呈固态时,一定属于分子晶体的是
( )
A.非金属单质
B.非金属氧化物
C.含氧酸
D.金属氧化物
【解析】选C。要注意考虑一般规律与特例,非金属单质中金刚石、晶体硅、硼均为共价晶体,非金属氧化物中的二氧化硅为共价晶体,活泼金属氧化物为离子晶体,只有含氧酸为分子晶体。
3.(2020·常州高二检测)SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行下列推测,不正确的是
( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
【解析】选B。由于SiCl4具有分子结构,所以属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小,在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力大,熔、沸点比CCl4高。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4的分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的结构相似,也是正四面体结构,是含极性键的非极性分子。
4.观察下列模型并结合有关信息判断,有关说法正确的是
( )
硼晶体的结构单元
SF6分子
S8分子
NaCl
结构模型示意图
备注
熔点1
873K
/
易溶于CS2
/
A.单质硼属于分子晶体,其结构单元B12中含有30个B—B键,含20个正三角形
B.SF6是由极性键构成的分子
C.固态硫S8属于共价晶体
D.NaCl晶体中每个Na+周围距离最近的Na+有6个
【解析】选B。A.单质硼属于共价晶体,根据结构单元,每个硼原子具有5×个共价键,即12个硼原子共有12×5×=30个共价键,含有三角形的数目是=20,故错误;B.共价键是S—F,不同元素形成共价键,因此属于极性共价键,SF6属于分子晶体,故正确;C.固态S8易溶于CS2,该晶体中存在的微粒是分子,因此S8属于分子晶体,故错误;D.根据NaCl晶胞,每个Na+周围距离最近的Na+有12个,故错误。
【补偿训练】
(2020·衡水高二检测)近年来,科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6,它的熔点为150
℃,燃烧热极高。Al2H6球棍模型如图。下列有关说法肯定错误的是
( )
A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
C.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水
D.Al2H6中含有离子键和极性共价键
【解析】选D。根据Al2H6分子的球棍模型可判断,该化合物形成的晶体属于分子晶体,含有的化学键是极性键,A正确,D不正确。由于燃烧热极高,所以B正确。根据Al2H6的组成元素可判断,其燃烧产物是氧化铝和水,C正确。
5.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复结构单元,其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是
( )
A.磷化硼晶体的化学式为BP,属于离子晶体
B.磷化硼晶体的熔点高,且熔融状态下能导电
C.磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键
D.磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠相同
【解析】选C。根据题意,磷化硼为超硬耐磨涂层材料,说明其晶体类型为共价晶体,熔融状态不导电,A项和B项错误;磷化硼原子间均为共价键,由图可以发现,每个原子均形成4个共价键,C正确;由磷化硼的晶体结构可以看出,它的配位数为4,而NaCl晶体的配位数为6,二者结构微粒的堆积方式明显不同,故D错误。
6.
(2020·石家庄高二检测)中学教材上介绍的干冰晶体结构如图所示,每8个CO2构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有
( )
A.4个 B.8个 C.12个 D.6个
【解析】选C。如图在每个顶点上的CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子,共有8×(3×)=12个。
7.根据如表数据,则与HClO3比,HClO具有的是
( )
Cl—O键键长(pm)
Cl—O键键能(kJ·mol-1)
HClO
170
209
HClO3
157
244
A.更高的沸点
B.更强的酸性
C.Cl—O断裂放出的能量更少
D.更易放出原子氧
【解析】选D。
A.HClO与HClO3都是分子晶体,熔、沸点高低取决于分子间作用力强弱,与化学键强弱无关,故A错误;B.含氧酸酸性强弱取决于O—H键稳定性,与Cl—O键无关,故B错误;C.Cl—O断裂需要吸收热量,故C错误;D.依据表中数据可知与HClO3比,HClO中Cl—O键键长较长,键能较低,所以稳定性较差,更容易发生断裂,更易放出原子氧,故D正确。
二、非选择题(本题包括3小题,共35分)
8.(11分)氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。?
(2)下列物质熔化时,所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是________(填编号)。?
①单质I2和金刚石
②晶体硅和二氧化硅
③冰和干冰
④金刚石和碳化硅
(3)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式:__________________。?
(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得到较高纯度的氮化硅,反应的化学方程式为?________________________。?
【解析】(1)这是一道信息题,从题给信息知氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定,应是共价晶体。(2)氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力为共价键,所给的4组物质中,单质I2、冰和干冰都是分子晶体,只需破坏分子间作用力。(3)氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,因此氮化硅的化学式为Si3N4。
答案:(1)共价 (2)②④ (3)Si3N4
(4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
9.(12分)现有两组物质的熔点数据如表所示:
A组
B组
金刚石:大于3
500
℃
HF:-83
℃
晶体硅:1
412
℃
HCl:-115
℃
晶体硼:2
300
℃
HBr:-89
℃
二氧化硅:1
723
℃
HI:-51
℃
根据表中数据回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是________。?
(2)B组中HF熔点反常是由于__。?
(3)B组晶体不可能具有的性质是________。?
①硬度小
②水溶液能导电
③固体能导电
④液体状态能导电
【解析】A组熔点很高,应是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的是共价键。B组是分子晶体,且结构相似,一般是相对分子质量越大,熔点越高;HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高,出现反常的原因是HF分子间存在氢键,HF晶体熔化时除了破坏范德华力,还要破坏氢键,所需能量更高,因而熔点更高。分子晶体在固态时和熔化状态时都不导电。
答案:(1)共价 共价键 (2)HF分子间能形成氢键,熔化时需要消耗的能量更多 (3)③④
10.(12分)(2020·武威高二检测)(1)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为____________,微粒之间存在的作用力是______________。?
(2)晶胞有两个基本要素:①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(,0,),C为(,,0)。则D原子的坐标参数为___________________。?
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76
pm,其密度为________g·cm-3(列出计算式即可)。?
已知:Ge的相对原子质量为73。
【解析】(1)类比金刚石,锗单晶是共价晶体,每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键,故锗原子采用sp3杂化,锗原子间以共价键(或非极性共价键)结合。(2)①对照晶胞图示及A、B、C点坐标,选A点为参照点,可知D在体对角线的处,运用比例关系可得D的坐标参数为(,,);②因为其晶胞类似金刚石晶胞,故其晶胞内含8个Ge原子,ρ==×107
g·cm-3。
答案:(1)sp3 共价键(或非极性共价键)
(2)①(,,) ②×107
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括1小题,共8分)
11.(双选)(2020·哈尔滨高二检测)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂;立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示,下列关于这两种晶体的说法正确的是
( )
A.六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B.立方相氮化硼只含有σ键,且为共价晶体,所以硬度大
C.两种晶体均为分子晶体
D.六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为平面三角形
【解析】选B、D。A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;立方相氮化硼中只含有σ键,立方相氮化硼是共价晶体,B项正确,C项错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形,正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共22分)
12.(2020·济南高二检测)在我国南海300～500
m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)CH4的杂化方式为________。?
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如图所示。
①水分子的空间构型是________形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有________,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为________。?
②上述冰晶体中每个水分子与周围________个水分子以氢键结合,该晶体中1
mol水形成________mol氢键。?
③实验测得冰中氢键的作用能为18.5
kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0
kJ·mol-1,这说明________。?
④冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有________个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是__?__。?
(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是________(填字母)。?
【解析】(1)甲烷采用sp3杂化。
(2)①水分子中O原子的价电子对数==4,孤电子对数为2,所以水分子为角形分子,H2O分子能与H+形成配位键,其原因是在O原子上有孤电子对,H+有空轨道。H3O+价电子对数=4,含有1对孤电子对,故H3O+为三角锥形。②观察图示晶体结构可知,该水分子与周围4个水分子以氢键结合,每2个水分子间形成1个氢键,故1
mol水可形成4
mol×0.5=2
mol氢键。③冰中氢键的作用能为18.5
kJ·mol-1,而冰熔化热为5.0
kJ·mol-1,说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键,并且液态水中仍存在氢键。④每个冰晶胞平均含有水分子数为4+6×+8×=8。H2O分子中的O原子形成2个σ键,并含有2对孤电子对,金刚石中每个C原子含有4个σ键且没有孤电子对,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性和饱和性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似。
(3)由电离方程式NH3·H2ON+OH-,可知b图符合NH3·H2O的结构。
答案:(1)sp3 (2)①角 孤电子对 三角锥形
②4 2
③冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ④8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性和饱和性 (3)b
【补偿训练】
(2018·全国卷Ⅱ改编)硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示:
H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
-85.5
115.2
>600(分解)
-75.5
16.8
10.3
沸点/℃
-60.3
444.6
-10.0
45.0
337.0
回答下列问题:
(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_____________。?
(2)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是____________________________。?
(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为______________________。?
(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为________形,其中共价键的类型有________种;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为________。?
(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a
nm、FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为________g·cm-3;晶胞中Fe2+位于所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为________nm。?
【解析】(1)铁元素为26号元素,基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,因此其价层电子排布图为。
(2)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的σ键电子对数分别为2、2、3,其中心原子上的孤电子对数分别为×(6-2×1)=2,×(6-2×2)=1,×(6-3×2)=0,故三者中心原子价层电子对数分别为2+2=4,2+1=3,3+0=3,因此中心原子价层电子数不同于其他分子的是H2S。
(3)S8与SO2均为分子晶体,而S8相对分子质量大,因此分子间范德华力强,所以其熔沸点比SO2高。
(4)根据价层电子对互斥理论,SO3中心原子价层电子对数为3,孤电子对数为0,因此分子为平面三角形。分子中存在σ键和π键,其中π键为大π键。根据图(b)可以得出固体三氧化硫中SO4原子团,为四面体构型,因此S原子的杂化轨道类型为sp3。
(5)FeS2晶体的晶胞中Fe2+位于立方体的棱上和体心,因此一个晶胞中含有Fe2+为12×+1=4(个),含有为6×+8×=4(个),因此一个晶胞中含有4个FeS2,因此晶体的密度为ρ==
g·cm-3=×1021
g·cm-3。形成正八面体,其中四个形成的正方形的对角线即为晶胞的边长a
nm,若正八面体的边长为x,则x=a
nm,因此x=
nm=
nm。
答案:
(1) (2)H2S
(3)S8相对分子质量大,分子间范德华力强
(4)平面三角 2 sp3
(5)×1021 a
PAGE
-
10
-金属晶体 离子晶体
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分,共35分)
1.(2020·三门峡高二检测)下列关于金属晶体的叙述正确的是
( )
A.钙的熔、沸点低于钾
B.常温下,金属单质都以晶体形式存在
C.含有阳离子的化合物晶体,不一定含有阴离子
D.金属离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失
【解析】选D。原子半径:CaK,所以金属键:Ca>K,故熔、沸点:Ca>K,A项错误;Hg在常温下为液态,B项错误;含有阳离子的化合物是离子化合物,一定含有阴离子,C项错误;在外力作用下,金属原子的密堆积层发生相对滑动,因“自由电子”属于整个金属,故金属键不会因形变而消失,D项正确。
2.下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于NaCl晶体结构的图像是
( )
A.图(1)和图(3)
B.图(2)和图(3)
C.只有图(1)
D.图(1)和图(4)
【解析】选D。在NaCl晶体结构中。每个Na+周围等距且最近的Cl-有6个,图(1)和图(4)能够满足;在CsCl晶体中,与每个Cs+等距且最近的Cl-有8个,图(2)和图(3)符合。
3.(2020·苏州高二检测)下列关于NaCl晶体结构的说法中正确的是
( )
A.NaCl晶体中,阴、阳离子的配位数相等
B.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引1个Cl-
C.NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl
D.NaCl晶体中存在单个的NaCl分子
【解析】选A。氯化钠晶体中,每个Na+周围结合6个Cl-,而每个Cl-周围结合6个Na+;NaCl只表示Na+和Cl-个数比为1∶1,而非NaCl分子。
4.元素X的某价态离子Xn+与N3-所形成晶体的结构单元如图所示,则Xn+中n的值为
( )
A.1
B.2
C.3
D.4
【解析】选A。晶胞中小黑点为12×1/4=3,空心圆圈为8×1/8=1,根据化学式中化合价代数和为0,则n=1。
5.(2020·日照高二检测)科学家发现的钇钡铜氧化合物在90
K具有超导性,若该化合物晶体的晶胞结构如图所示,则该化合物的化学式可能是
( )
A.YBa2Cu3O4
B.YBa2Cu2O5
C.YBa2Cu3O5
D.YBaCu4O4
【解析】选C。位于顶点的铜原子
(最上层平面和最下层平面)共8个,这个晶胞中只分摊到8×=1个;位于棱线(中间两个平面)的也是8个,这个晶胞分摊到的份额是8×=2个;所以,每个晶胞单独占有的铜原子数为3个。氧原子共13个,位于晶胞面上(不含棱)的是7个,位于晶胞棱上的是6个,所以,每个晶胞单独含有的氧原子数共为7×+6×=5个,每个晶胞独立拥有的钡原子数为2个。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独占有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为1、2、3、5,化学式为YBa2Cu3O5。
6.(2020·金华高二检测)下列热化学方程式中,能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是
( )
A.Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s) ΔH
B.Na(s)+Cl2(g)NaCl(s) ΔH1
C.Na(s)Na(g) ΔH2
D.Na(g)-e-Na+(g) ΔH3
【解析】选A。1
mol气态钠离子和1
mol气态氯离子结合生成1
mol氯化钠晶体释放出的能量为氯化钠晶体的晶格能。
【补偿训练】
按下列四种有关性质的叙述,可能属于金属晶体的是
( )
A.由分子间作用力结合而成,熔点低
B.固体或熔融后易导电,熔点在1
000
℃左右
C.由共价键结合成网状结构,熔点高
D.固体和熔融状态不导电,但溶于水后可能导电
【解析】选B。在固态和熔融状态能导电的晶体是金属晶体。
7.(2020·苏州高二检测)下列有关离子晶体的叙述中不正确的是
( )
A.1
mol氯化钠中有NA个NaCl分子
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Cl-共有6个
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-
【解析】选A。离子晶体采取密堆积方式,氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl分子”,其化学式仅表示阴、阳离子的个数比,“NaCl”是化学式,表示晶体的组成,其他三项根据晶胞结构判断,均正确。
二、非选择题(本题包括3小题,共35分)
8.(10分)(2020·全国Ⅱ卷)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题:
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为?_________。?
(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是
_______________________________________________________________?__。?
化合物
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
熔点/℃
377
-24.12
38.3
155
(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示,其组成元素的电负性大小顺序是________;金属离子与氧离子间的作用力为________,Ca2+的配位数是________。?
(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3N,其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中________的空间位置相同,有机碱CH3N中,N原子的杂化轨道类型是________;若晶胞参数为a
nm,则晶体密度为________g·cm-3(列出计算式)。?
(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘,降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐,提升了太阳能电池的效率和使用寿命,其作用原理如图(c)所示,用离子方程式表示该原理__________________、__________________。?
【解析】(1)
Ti是22号元素,位于元素周期表第4周期第ⅣB族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2)
F的电负性强,故TiF4属于离子化合物,形成离子晶体,熔点较高,而自TiCl4至TiI4均为共价化合物,形成分子晶体,熔沸点很低,且随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高。(3)同一周期自左到右的电负性逐渐增大,同一主族自上而下的电负性逐渐减小,即O>S>Se>Ti>Ca;阴阳离子之间存在离子键,由晶体结构知Ca2+的周围与其最近且等距离的O2-有12个,故配位数是12。(4)
图(b)
中Pb2+周围围绕6个I-,图(a)
中Ti4+周围围绕6个O2-,故位置相同。有机碱CH3N中,N原子的价层电子对数为4,所以氮原子的杂化形式为sp3;由晶体结构知晶胞中含有3个I-、1个Pb2+、1个CH3N,晶胞的质量为(×127+×207+×32)g=g,则晶体密度为g·nm-3=×1021
g·cm-3。(5)由图(c)知,第一个过程Eu3+→Eu2+、Pb→Pb2+,离子方程式为2Eu3++Pb2Eu2++Pb2+,第二个过程Eu2+→Eu3+、I2→I-,离子方程式为2Eu2++I22Eu3++2I-。
答案:(1)
1s22s22p63s23p63d24s2 (2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高 (3)O>Ti>Ca 离子键 12 (4)
Ti4+ sp3 ×1021 (5)2Eu3++Pb2Eu2++Pb2+ 2Eu2++I22Eu3++2I-
9.(12分)根据表格数据回答下列有关问题:
(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如表所示:
NaBr
NaCl
MgO
离子的核间距/pm
290
276
205
晶格能/kJ·mol-1
787
3
890
①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能________(填“大”或“小”),主要原因是___。?
②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大,主要原因是?__。?
③NaBr、NaCl和MgO晶体中,熔点最高的是__。?
(2)NaF的熔点______?B的熔点(填“>”“<”或“=”),
其原因是??__。?
【解析】利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系,晶格能越大,离子晶体越稳定,熔沸点越高。
答案:(1)①小 NaBr比NaCl离子的核间距大
②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大,并且离子的核间距小
③MgO (2)>
两者均为离子化合物,且电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低
10.(13分)(2020·兰州高二检测)ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:
(1)试写出三种结构分别对应的化学式:图甲__、?图乙________、图丙________。在这三种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的几何构型分别为___。?
(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围和它等距离且最近的Cl-分别有________个。?
【解析】在ZnS晶体中,阴、阳离子的配位数都是4,故图丙表示该晶体结构,在Zn2+周围的S2-构成正四面体结构;在NaCl晶体中,阴、阳离子的配位数都为6,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,由于晶体中Cl-采用A1型堆积,故每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,设定图甲中心离子为Cl-,每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-位于该立方体周围的6个立方体的体心。
答案:(1)CsCl NaCl ZnS 立方体、正八面体、正四面体 (2)12、6
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题4分,共8分)
11.(2020·大连高二检测)《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物,其结构如图Ⅰ、Ⅱ所示。下列有关说法正确的是
( )
A.图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同
B.图Ⅱ中物质的化学式为CuAu3
C.图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个
D.设图Ⅰ中晶胞的边长为a
cm,则图Ⅰ中合金的密度为
g·cm-3
【解析】选B。图Ⅰ中,铜原子个数为8×+2×=2,金原子个数为4×=2,故化学式为CuAu。图Ⅱ中,铜原子个数为8×=1,金原子个数为6×=3,故化学式为CuAu3。图Ⅱ中,铜原子位于立方体的顶点,故紧邻的铜原子有6个。图Ⅰ中,铜原子、金原子各为2个,晶胞的体积为a3
cm3,密度ρ=m/V=[×(64+197)÷a3]g·cm-3=
g·cm-3。
12.(双选)有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6],经X射线研究发现,它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点,而CN-位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是
( )
A.该晶体的化学式为MFe2(CN)6
B.该晶体属于离子晶体,M呈+1价
C.该晶体属于离子晶体,M呈+2价
D.晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN-为3个
【解析】选A、B。由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+的个数为4×=,含Fe3+的个数也为,CN-的个数为12×=3,因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]-,则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6,由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M的化合价为+1价,故A、B项正确;由题图可看出与每个Fe3+距离最近且距离相等的CN-为6个。
二、非选择题(本题包括2小题,共22分)
13.(10分)(2020·衡水高二检测)镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。
(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有____________。?
(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请改正图中错误:
?_________________________________________________________________。?
(3)Mg是第三周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1
266
1
534
183
解释表中氟化物熔点差异的原因:?_______________________。?
【解析】(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备Mg时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有增大离子浓度,从而增大熔融盐的导电性。
(2)⑧应为黑色。
(3)表中氟化物熔点差异的原因:NaF与MgF2均为离子晶体,SiF4为分子晶体,所以NaF与MgF2熔点远比SiF4熔点要高。又因为Mg2+的半径小于Na+的半径,其电荷数又是Na+的两倍,所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度,故MgF2的熔点大于NaF。
答案:(1)增大离子浓度,从而增大熔融盐的导电性
(2)⑧应为黑色 (3)NaF与MgF2均为离子晶体,SiF4为分子晶体,所以NaF与MgF2熔点远比SiF4熔点要高。又因为Mg2+的半径小于Na+的半径,其电荷数又是Na+的两倍,所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度,故MgF2的熔点大于NaF
14.(12分)(2020·南宁高二检测)如图所示,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)请将其中代表Na+的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图。
(2)晶体中,每个Na+的周围距离相等且最近的Cl-有________个,它们所围成的空间几何构型为________。?
(3)每个Na+周围距离相等且最近的Na+共有?
个。
(4)一个NaCl晶胞中Cl-的个数等于________,即________(填计算式);Na+的个数等于________,即____________(填计算式)。?
(5)关于NaCl晶体,下列描述正确的是________(填字母)。?
a.它属于六方最密堆积
b.相邻的阴、阳离子的核间距离等于Na+和Cl-的半径之和
c.与CsCl晶体结构相同
d.离子键无方向性和饱和性
e.可以看成是Na+按面心立方进行最密堆积,Cl-填在Na+形成的空隙中
(6)已知NaCl晶体中最近的Na+和Cl-核间距离为a
cm,NaCl的摩尔质量为
M
g·mol-1,NA表示阿伏加德罗常数,则NaCl晶体的密度为________g·cm-3。?
【解析】(1)NaCl晶体的结构特点是Na+和Cl-在三个互相垂直的方向上都是等距离交错排列。选择立方体的一个顶点Cl-开始涂黑,交替排列涂黑。
(2)处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离中心Na+最近,将六个面心的Cl-连成一个图形即正八面体。
(3)每个Na+周围距离它最近的Na+是分别位于三个互相垂直的平面内,每个平面内有4个,总共有12个。
(4)根据立方晶胞中粒子的分摊规律,每个晶胞内Cl-数为8×+6×=4,Na+数为12×+1=4。
(5)NaCl晶体是面心立方最密堆积,a不正确;相邻的阴、阳离子的核间距离大于Na+和Cl-的半径之和,b不正确;CsCl晶体为体心立方密堆积,c不正确;离子键没有方向性和饱和性,d正确;NaCl晶体可以看成是离子半径较大的Cl-按面心立方进行最密堆积,Na+填充在Cl-形成的空隙中,e不正确。
(6)晶胞棱长为2a
cm,根据m=ρ·V,=ρ×(2a)3
cm3,解得ρ=。
答案:(1)
(2)6 正八面体
(3)12 (4)4 8×+6×=4 4 12×+1=4
(5)d (6)
PAGE
-
9
-认识晶体
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.(2020·三门峡高二检测)
下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是
( )
A.具有规则几何外形的固体均为晶体
B.晶体具有各向异性,非晶体没有各向异性
C.晶体研碎后即变为非晶体
D.将玻璃加工成规则的固体即变成晶体
【解析】选B。晶体的规则几何外形是自发形成的,有些固体尽管有规则的几何外形,但由于不是自发形成的,所以不属于晶体,因此,A、D选项错误。组成晶体的粒子在三维空间呈现周期性有序排列,因此,晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体,所以C项错误。各向异性是区别晶体和非晶体的一个重要特征,B项正确。
2.根据下列晶体的晶胞结构,判断化学式正确的是
( )
【解析】选C。A选项中A微粒处于晶胞体心,完全为该晶胞所有,B微粒处于立方体的8个顶角上,每个B微粒为8个晶胞共有,平均一个晶胞中含有B微粒的个数为8×=1,A、B微粒个数的最简整数比为1∶1,化学式应为AB;B选项中E、F都位于顶角,各有4×=属于该晶胞,则该晶胞中所含E、F个数的最简整数比为1∶1,化学式为EF;C选项中属于该晶胞的X微粒(位于体心)1个,Y微粒(面心)6×=3个,Z微粒(顶点)8×=1个,最简整数比为1∶3∶1,化学式为XY3Z;D选项中A微粒位于晶胞面心和顶角,B微粒位于晶胞的体心和棱上,则该晶胞中A、B的个数比为(6×+8×)∶(1+12×)=4∶4=1∶1,化学式为AB。
3.(2020·苏州高二检测)
下表列出了有关晶体的知识,其中错误的是
( )
选项
A
B
C
D
晶体
硫化钾
干冰
金刚石
碘
构成晶体的微粒
阴、阳离子
分子
原子
分子
晶体微粒间存在的作用力
离子键
共价键
共价键
范德华力
【解析】选B。干冰为分子晶体,构成微粒为分子,微粒间作用力为范德华力。
4.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在,而一种晶体又可视作由若干相同的基本结构单元构成,这些基本结构单元在结构化学中被称晶胞。已知某化合物是钙、钛、氧三种元素组成的晶体,其晶胞结构如图所示,则该物质的化学式为
( )
A.Ca4TiO3
B.Ca4TiO6
C.CaTiO3
D.Ca8TiO12
【解析】选C。晶胞中微粒数目:Ca为1,Ti为8×=1,O为12×=3,则化学式为CaTiO3。
5.(2020·金华高二检测)
硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图是该化合物的晶体结构单元:镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有一个镁原子;6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为
( )
A.MgB
B.MgB2
C.Mg2B
D.Mg3B2
【解析】选B。正六棱柱的顶点上的镁原子被6个晶胞共用,棱柱的上下面上的镁原子被2个晶胞共用,1个晶胞中含有镁原子的个数:12×+2×=3,6个硼原子位于棱柱内,完全属于该晶胞,N(Mg)∶N(B)=3∶6=1∶2。
6.(2020·苏州高二检测)
F2和Xe在一定条件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三种氟化氙,它们都是极强的氧化剂(其氧化性依次增强),都极易与水反应。已知6XeF4+12H2O2XeO3+4Xe↑+24HF+3O2↑,下列推测正确的是
( )
A.XeF2分子中各原子均达到8电子的稳定结构
B.某种氟化氙晶体的基本结构单元如图所示,可推知其化学式为XeF6
C.XeF4与水反应时,每生成2
mol
Xe转移8
mol
电子
D.XeF2加入水中,在水的作用下,将生成Xe和F2
【解析】选C。A项,Xe原子已经达到8电子稳定结构,故XeF2分子中各原子不可能均具有8电子稳定结构;B项,该晶体中Xe原子的个数为8×+1=2,F原子的个数为8×+2=4,故该晶体的化学式为XeF2;C项,由于F的非金属性最强,在XeF4中Xe的化合价为+4,生成2
mol
Xe转移电子8
mol;D项,F2有强氧化性,能够与水反应,故XeF2与水反应不可能生成F2。
7.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,a、b、c分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞a、b、c内金属原子个数比为
( )
A.3∶2∶1
B.11∶8∶4
C.9∶8∶4
D.21∶14∶9
【解析】选A。a晶胞中,顶点的微粒被6个晶胞共用,所以a中原子个数为12×+2×+3=6;b中原子个数为8×+6×=4;c中原子个数为8×+1=2。
二、非选择题(本题包括2小题,共28分)
8.(16分)在一个小烧杯里加入少量碘,用一个表面皿盖在小烧杯上,并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上加热,观察实验现象。
(1)在表面皿上加少量冷水的作用是?______________。?
(2)观察到的实验现象是________________________。?
(3)在表面皿上碘是________(填“晶体”或“非晶体”)。?
(4)这种方法是______________,属于________变化。?
【解析】(1)把小烧杯放在石棉网上加热,碘单质加热易升华为碘蒸气,在表面皿上加少量冷水可冷却碘蒸气;(2)碘单质升华后在烧杯中充满紫色的蒸气,蒸气冷却后在表面皿上有紫黑色的晶体;(3)在表面皿上碘是晶体;(4)获得晶体的途径有三种:熔融态物质凝固,气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华),溶质从溶液中析出(结晶)。
答案:(1)冷却碘蒸气
(2)烧杯中充满紫色的蒸气,在表面皿上有紫黑色的晶体
(3)晶体 (4)凝华 物理
9.(12分)(2020·西安高二检测)石墨的片层结构如图所示,试回答:
(1)平均________个碳原子构成一个正六边形。?
(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳碳化学键之比是________。?
(3)n
g碳原子可构成________个正六边形。?
【解析】(1)方法1:利用点与面之间的关系,平均每个正六边形需碳原子:6×1/3=2(个)。
方法2:每个碳原子提供的边数为3×1/2=1.5,故(6×1/2)/1.5=2(个)。
(2)分析每一个正六边形:①所占的碳原子数为6×1/3=2;
②所占的C—C键数为6×1/2=3,故二者之比为2∶3。
(3)n
g碳原子数为NA,故可构成个正六边形。
答案:(1)2 (2)2∶3 (3)(NA·n)/24
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题4分,共8分)
10.(2020·大连高二检测)某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种微粒数之比是
( )
A.3∶9∶4
B.1∶4∶2
C.2∶9∶4
D.3∶8∶4
【解析】选B。该晶体中含A原子个数为6×=,B原子个数为6×+3×=2,C原子个数为1;则A、B、C的个数比为∶2∶1=1∶4∶2。
11.晶体是内部微粒(分子、离子或原子等)在空间有规则排列、具有整齐外形、以多面体出现的固体物质。在晶体空间里无限地周期性重复的具有代表性的最小单元,称为晶胞。一种Al-Fe合金的晶胞如图所示。则该合金的化学式为
( )
A.Fe2Al
B.FeAl
C.Fe3Al2
D.Fe2Al3
【解析】选A。立方体有8个顶点,每个顶点被8个晶胞所共有,每个晶胞占有其;面心上的每个原子被2个晶胞所共有,每个晶胞占有其;棱上共12个原子,每个原子被4个晶胞所共有,每个晶胞占有其;体心还有一个铁原子,故铁原子数为8×+6×+12×+1=8;铝原子都在晶胞内部,共4个。所以铁、铝原子个数比为2∶1,化学式为Fe2Al。
二、非选择题(本题包括2小题,共22分)
12.(10分)(2020·衡水高二检测)
根据图示,回答下列问题:
(1)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图Ⅰ所示。该合金的化学式为________。?
(2)葡萄糖与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅱ所示),所包含的Cu原子数目为________;每个氧原子与____个铜原子配位。?
(3)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅲ所示。每个晶胞中包含________个Rb2Se单元,其中Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为________。?
【解析】(1)每个晶胞中含有La为8×=1个,Ni为1+8×=5个,该合金的化学式为LaNi5。
(2)图Ⅱ中每个晶胞中含有黑球代表的微粒为4个,白球代表的微粒为1+8×=2个,所以黑球代表Cu原子,白球代表氧原子,每个氧原子(白球)周围有4个Cu原子(黑球)。
(3)每个晶胞中含有Rb+8个,即白球8个;每个晶胞中含有Se2-为6×+8×=4个,即黑球4个,所以每个晶胞中含有4个Rb2Se单元;Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为8个。
答案:(1)LaNi5 (2)4 4 (3)4 8
13.(12分)(2020·南宁高二检测)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。
(1)请写出元素d的基态原子的电子排布式:________________。?
(2)b的氧化物中b与氧之间的共价键类型是__,?
其中b原子的杂化方式是________________。?
(3)a的单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。
若已知a元素原子的半径为d,NA代表阿伏加德罗常数,a元素原子的摩尔质量为M,则1个晶胞中a原子的数目为________,该晶体的密度为__?
(用字母表示)。
【解析】(1)根据d在元素周期表中的位置可知,元素d为Cr,其3d轨道半充满时更稳定,Cr的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(2)SiO2中Si原子与相邻的4个O原子形成正四面体结构,其中Si原子的杂化方式是sp3杂化。(3)1个晶胞中a原子的数目为8×+6×=4;该晶胞的质量m=4×,该晶胞的体积V=(4d×)3=16d3,则晶胞密度ρ==。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
(2)σ键(或极性共价键) sp3杂化
(3)4
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