練案[38]選修3物質結構與性質第38講晶體結構與性質A組基礎必做題1．(2018·江蘇泰州校級期中)根據下列結構示意圖，判斷下列說法中正確的是eq\x(導學號50813439)(D)A．在CsCl晶體中，距Cs＋最近的Cl－有6個B．在CaF2晶體中，Ca2＋周圍距離最近的F－有4個C．在SiO2晶體中，每個晶胞中含有4個Si原子和8個O原子D．在SiO2晶體中，最小環上有12個原子2．(2018·試題調研)現有四種晶體，其離子排列方式如圖所示，其中化學式正確的是eq\x(導學號50813440)(C)3．(2018·經典習題選萃)下表給出幾種氯化物的熔點和沸點：NaClMgCl2AlCl3SiCl4熔點/℃801714190－70沸點/℃1413141218057.57有關表中所列四種氯化物的性質，以下敘述正確的是eq\x(導學號50813441)(C)①氯化鋁在加熱時能升華②四氯化硅在晶態時屬于分子晶體③氯化鈉晶體中粒子之間以范德華力結合④氯化鎂的熔沸點比氯化鈉低，主要是受堆積方式、鍵的極性、晶格能等影響A．僅② B．僅③④C．僅①②④ D．①②③④[解析]①AlCl3的熔沸點較低，則AlCl3屬于分子晶體，沸點低于熔點，加熱時能升華，①正確；②SiCl4的熔沸點較低，是分子晶體，②正確；③NaCl的沸點為1413℃，屬于離子晶體，粒子之間以離子鍵結合，③錯誤；④氯化鎂的熔沸點比氯化鈉低，并且都屬于離子晶體，所以主要是受堆積方式、鍵的極性、晶格能等影響，4．(2018·重慶校級期中)如圖是藍色晶體MxFey(CN)6中陰離子的最小結構單元(圖中是該晶體晶胞的八分之一)。下列說法正確的是eq\x(導學號50813442)(D)A．該晶體屬于離子晶體，M呈＋2價B．該晶體屬于分子晶體，化學式為MFe2(CN)6C．該晶體中與每個Fe3＋距離相等且最近的CN－為12個D．該晶體的一個晶胞中含有的M＋的個數為4個[解析]根據均攤法，含Fe2＋個數為4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，同樣可推出含Fe3＋個數也為eq\f(1,2)，CN－為12×eq\f(1,4)＝3，因此陰離子為[Fe2(CN)6]－，則該晶體的化學式只能為MFe2(CN)6，由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，根據化合價代數和為零可知，M的化合價為＋1價，故A錯誤；由A的分析可知，晶體的化學式為MFe2(CN)6，由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，故B錯誤；由圖可看出與每個Fe3＋距離最近且等距離的CN－為6個(同層4個，上、下層各1個)，故C錯誤；圖中是該晶體晶胞的八分之一，所以一個晶胞中的CN－有3個×8＝24個，根據晶體的化學式MFe2(CN)6可知：M＋與CN－的個數比為1∶6，所以M＋有4個，故D正確。5．(2018·江蘇江陰期中)石墨晶體是層狀結構，在每一層內；每一個碳原子都跟其他3個碳原子相結合，如圖是其晶體結構的俯視圖，則圖中7個六元環完全占有的碳原子數是eq\x(導學號50813443)(D)A．10個 B．18個C．24個 D．14個[解析]根據圖片知，每個碳原子被3個六元環占有，利用均攤法知，7個六元環含有碳原子個數為eq\f(1,3)×6×7＝14。6．(2018·吉林延邊校級期中)20世紀80年代中期，科學家發現并證明碳還以新的單質形態C60存在。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科學家又發現了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子(如圖)。下列說法錯誤的是eq\x(導學號50813444)(B)A．金剛石和石墨的熔點肯定要比C60高B．據估計C60熔點比金剛石和石墨要高C．無論是球碳分子，還是管狀碳分子、洋蔥狀碳分子，都應看作是碳的同素異形體D．C60的熔點低于C90[解析]金剛石屬于原子晶體，石墨屬于混合晶體，C60、C70等屬于分子晶體，因此金剛石和石墨的熔點肯定要比C60高，故A正確；金剛石屬于原子晶體，石墨屬于混合晶體，C60、C70等屬于分子晶體，因此C60熔點比金剛石和石墨要低，故B錯誤；球碳分子、管狀碳分子、洋蔥狀碳分子，都是碳元素形成的不同單質，所以均為碳的同素異形體，故C正確；C60、C90均屬于分子晶體，C90相對分子質量大，分子間作用力強，熔點較高，故D正確。7．(2018·經典習題選萃)下圖為幾種晶體或晶胞的示意圖：eq\x(導學號50813445)請回答下列問題：(1)上述晶體中，粒子之間以共價鍵結合形成的晶體是__金剛石晶體__。(2)冰、金剛石、MgO、CaCl2、干冰5種晶體的熔點由高到低的順序為__金剛石、MgO、CaCl2、冰、干冰__。(3)NaCl晶胞與MgO晶胞相同，NaCl晶體的晶格能__小于__(填“大于”或“小于”)MgO晶體，原因是__MgO晶體中離子的電荷數大于NaCl晶體中離子電荷數，且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)__。(4)每個Cu晶胞中實際占有__4__個Cu原子，CaCl2晶體中Ca2＋的配位數為__8__。(5)冰的熔點遠高于干冰，除H2O是極性分子、CO2是非極性分子外，還有一個重要的原因是__H2O分子之間能形成氫鍵__。[解析](1)原子晶體中原子間以共價鍵結合，則粒子之間以共價鍵結合形成的晶體是金剛石晶體。(2)熔點的一般規律：原子晶體>離子晶體>分子晶體，冰和干冰屬于分子晶體，熔點：冰>干冰，MgO和CaCl2屬于離子晶體，熔點：MgO>CaCl2，則熔點由高到低的順序為金剛石、MgO、CaCl2、冰、干冰。(3)因為MgO中離子帶兩個電荷，NaCl中離子帶一個電荷，氧離子半徑小于氯離子，根據離子半徑越小，離子帶電荷越多，晶格能越大，可得MgO晶體的晶格能大于NaCl晶體的晶格能。(4)Cu原子占據面心和頂點，則每個Cu晶胞中實際占有的原子數為eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4；根據氯化鈣的晶胞圖可知，每個Ca2＋周圍有8個Cl－，而每個Cl－周圍有4個Ca2＋，所以CaCl2晶體中Ca2＋的配位數為8。(5)冰的熔點遠高于干冰，除H2O是極性分子、CO2是非極性分子外，水分子間含有氫鍵，氫鍵的作用力大于范德華力，所以其熔沸點較高。B組能力提升題8．(2017·湖北六校聯合體聯考)由P、S、Cl、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛的用途。eq\x(導學號50813446)回答下列問題：(1)基態Cl原子核外電子占有的原子軌道數目為__9__，P、S、Cl的第一電離能由大到小的排列順序為__Cl>P>S__。(2)PCl3分子中的中心原子雜化軌道類型是__sp3__，該分子的空間構型為__三角錐形__。(3)PH4Cl的電子式為____，Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4，該分子中π鍵與σ鍵個數比為__1∶1__。(4)已知MgO與NiO的晶體結構(如圖甲)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的離子半徑分別為66pm和69pm，則熔點：MgO__>__NiO(填“>”“<”或“＝”)，理由是__Mg2＋半徑比Ni2＋小，MgO的晶格能比NiO大__。(5)若NiO晶胞中離子坐標參數A為(0,0,0)，B為(1,1,0)，則C的坐標參數為__(1，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))__。(6)一定溫度下，NiO晶體可以自發地分散并形成“單分子層”，可以認為O2－做密置單層排列，Ni2＋填充其中(如圖乙)，已知O2－的半徑為am，每平方米面積上分散的該晶體的質量為__eq\f(25\r(3),2a2NA)或eq\f(75,2\r(3)a2NA)__g(用a、NA表示)。[解析](1)基態Cl原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5，其核外電子占有的原子軌道數為9，同周期元素隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，由于P元素原子的3p能級為半充滿的穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能：Cl>P>S。(2)PCl3中P原子雜化軌道數為eq\f(1,2)×(5＋3)＝4，采取sp3雜化方式，有1對孤電子對，所以該分子構型為三角錐形。(3)PH4Cl的電子式為；Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4，該分子中Ni與C形成配位鍵(即σ鍵)，CO中含有1個σ鍵和2個π鍵，則σ鍵個數為1×4＋4＝8，π鍵個數為2×4＝8，所以個數之比為1∶1。(4)Mg2＋的半徑比Ni2＋小，所帶電荷數相同，所以氧化鎂的晶格能大于氧化鎳，則熔點：MgO>NiO。(5)若NiO晶胞中離子坐標參數A為(0,0,0)，B為(1,1,0)，因C的x軸坐標與B的x軸坐標相同，y、z軸坐標都在棱的中點上，所以C的坐標參數為(1，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))。(6)根據圖乙知，每個氧化鎳所占的面積為(2×am)×(2×am×sin60°)＝2eq\r(3)a2m2，則每平方米面積上含有的氧化鎳個數為eq\f(1,2\r(3)a2)，每個氧化鎳的質量為eq\f(75,NA)g，所以每平方米面積上含有的氧化鎳的質量為eq\f(75,NA)g×eq\f(1,2\r(3)a2)＝eq\f(25\r(3),2a3NA)。9．(2015·新課標全國Ⅰ理綜)碳及其化合物廣泛存在于自然界中。回答下列問題：eq\x(導學號50813447)(1)處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布可用__電子云__形象化描述。在基態14C原子中，核外存在__2__對自旋相反的電子(2)碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，原因是__C有4個價電子且半徑較小，難以通過得或失電子達到穩定電子結構__。(3)CS2分子中，共價鍵的類型有__σ鍵和π鍵__、C原子的雜化軌道類型是__sp__，寫出兩個與CS2具有相同空間構型和鍵合形式的分子或離子__CO2、SCN－(或COS等)__。(4)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于__分子__晶體。(5)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示：石墨烯晶體金剛石晶體①在石墨烯晶體中，每個C原子連接__3__個六元環，每個六元環占有__2__個C原子。②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環也為六元環，每個C原子連接__12__個六元環，六元環中最多有__4__個C原子在同一平面。[解析](1)電子云是處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布的形象化的描述；C原子的核外有6個電子，電子排布為1s22s22p2，其中1s、2s上的2對電子的自旋方向相反，而2p軌道的兩個電子占據不同的軌道，自旋方向相同；(2)在原子結構中，最外層電子小于4個的原子易失去電子，而C原子的最外層是4個電子，且C原子的半徑較小，難以通過得或失電子達到穩定結構，所以通過共用電子對的方式即形成共價鍵來達到穩定結構；(3)CS2分子中，C與S原子形成雙鍵，每個雙鍵都是含有1個σ鍵和1個π鍵，分子空間構型為直線形，則含有的共價鍵類型為σ鍵和π鍵；C原子的最外層形成2個σ鍵，無孤對電子，所以為sp雜化；O與S同主族，所以與CS2具有相同空間構型和鍵合形式的分子為CO2；與二氧化碳互為等電子體的離子有SCN－，所以SCN－的空間構型與鍵合方式與CS2相同；(4)該化合物熔點為253K，沸點為376K，說明熔沸點較低，所以為分子晶體；(5)根據均攤法來計算。①石墨烯晶體中，每個C原子被3個六元環共有，每個六元環占有的C原子數是6×eq\f(1,3)＝2；②每個C原子周圍形成4個共價鍵，每2個共價鍵即可形成1個六元環，則可形成6個六元環，每個共價鍵被2個六元環共用，所以一個C原子可連接12個六元環；根據數學知識，3個C原子可形成一個平面，而每個C原子都可構成1個正四面體，所以六元環中最多有4個C原子共面。10．(2018·試題調研)銅、銀、金是生活中常見的金屬。eq\x(導學號50813448)(1)在周期表中銅、銀、金位于同一副族，它們的基態原子價層電子排布通式可表示為__(n－1)d10ns1__(用n表示能層)，基態原子核外有__1__個未成對電子。(2)銅、銀常作有機反應的催化劑。例如，CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(Cu或Ag),\s\do5(△))CH3CHO＋H2O。①乙醇的沸點高于乙醛的，其主要原因是__乙醇分子間存在氫鍵__；1個乙醛分子中含__6__個σ鍵。②乙醛分子中碳原子的雜化軌道類型是__sp2、sp3__。(3)工業冶金原理中的重要反應：2Au(CN)eq\o\al(－,2)＋Zn=2Au＋Zn(CN)eq\o\al(2－,4)。①CN－的等電子體分子有：__CO、N2__；金和鋅的晶體都是__金屬晶體__(填晶體類型)，該晶體中存在的化學鍵是__金屬鍵__。②已知Cu、Zn的第二電離能分別為1957.9kJ·mol－1、1733.3kJ·mol－1。原因是__Cu失去一個電子后的價層電子排布式為3d10，達到穩定結構；Zn失去第一個電子后的價層電子排布式為3d104s1,4s能級上的一個電子易失去，從而達到穩定結構__。(4)銅的晶胞如圖所示。銅銀合金是優質的金屬材料，其晶胞與銅晶胞類似，銀位于頂點，銅位于面心。①該銅銀合金的化學式是__AgCu3或Cu3Ag__。②已知：該銅銀晶胞參數為acm，晶體密度為ρg·cm－3。則阿伏加德羅常數(NA)為__eq\f(300,a3·ρ)mol－1__。(用代數式表示，后同)③若Cu、Ag原子半徑分別為bcm、ccm，則該晶胞中原子空間利用率φ為__eq\f(4π3b3＋c3,3a3)×100%__。(提示：晶胞中原子空間利用率＝eq\f(原子總體積,晶胞體積)×100%)[解析](1)由銅的價層電子排布式類推它們的通式為(n－1)d10ns1，基態原子核外有1個未成對電子。(2)①乙醇分子之間存在氫鍵，乙醛分子間只存在范德華力，故乙醇的沸點較高。1個乙醛分子中含6個σ鍵。②CH3CHO分子中碳原子采用兩種雜化類型：sp3、sp2。(3)①N2、CO是CN－的等電子體；金和鋅都是金屬晶體，晶體中存在金屬鍵。②銅原子失去第一個電子后的價層電子排布式為3d10,3d能級達到全充滿穩定結構，再失去一個電子需要的能量較多，而鋅原子失去第一個電子后的價層電子排布式為3d104s1，失去第二個電子后的價層電子排布式為3d10，Zn失去第二個電子所需能量較少，故鋅的第二電離能小于銅的第二電離能。(4)①依題意知，6個銅原子位于立方體面心，8個銀原子位于立方體頂點，則該晶胞含3個銅原子、1個銀原子，所以，銅銀晶胞的化學式為AgCu3或Cu3Ag。②Cu3Ag或AgCu3的摩爾質量為(64×3＋108)g·mol－1＝300g·mol－1。由密度公式知，ρg·cm－3＝eq\f(300g·mol－1,NA·acm3)，NA＝eq\f(300,a3·ρ)mol－1③φ＝eq\f(3×\f(4,3)πb3＋\f(4,3)πc3,a3)×100%＝eq\f(4π3b3＋c3,3a3)×100%。11．(2016·課標Ⅲ)砷化鎵(GaAs)是優良的半導體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等。回答下列問題：eq\x(導學號50813449)(1)寫出基態As原子的核外電子排布式__[Ar]3d104s24p3__。(2)根據元素周期律，原子半徑Ga__大于__As，第一電離能Ga__小于__As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立體構型為__三角錐形__，其中As的雜化軌道類型為__sp3__。(4)GaF3的熔點高于1000℃，GaCl3的熔點為77.9℃，其原因是__GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體(5)GaAs的熔點為1238℃，密度為ρg·cm－3，其晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為__原子晶體__，Ga與As以__共價__鍵鍵合。Ga和As的摩爾質量分別為MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半徑分別為rGapm和rAspm，阿伏加德羅常數值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為__eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ca)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%__。[解析](1)根據構造原理可寫出基態As原子的核外電子排布式。(2)同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小，第一電離能呈增大趨勢。Ga的原子半徑大于As，Ga的第一電離能小于As。(3)AsCl3的中心原子(As原子)的價層電子對數為(5＋1×3)/2＝4，所以是sp3雜化。AsCl3的立體構型為三角錐形。(4)根據晶體類型比較熔點。一般來說，離子晶體的熔點高于分子晶體的熔點。(5)根據晶胞結構示意圖可以看出，As原子與Ga原子形成了空間網狀結構的晶體，結合GaAs的熔點知GaAs是原子晶體。首先用均攤法計算出1個晶胞中含有As原子的個數：8×1/8＋6×1/2＝4，再通過觀察可知1個晶胞中含有4個Ca原子。4個As原子和4個Ga原子的總體積V1＝4×(eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Aa)＋eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Ga))cm3；1個晶胞的質量為4個As原子和4個Ga原子的質量之和，即(eq\f(4MAs,NA)＋eq\f(4MGa,NA))g，所以1個晶胞的體積V2＝eq\f(4,ρNA)＝(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得結果。12．(2018·湖南三湘名校第三次聯考)已知A、B、C、D都是周期表中的短周期元素，它們的核電荷數依次增大。A原子、C原子的L能層中都有兩個未成對的電子，C、D同主族。E、F都是第四周期元素，E原子核外有4個未成對電子，F原子除最外能層只有1個電子外，其余各能層均為全充滿。根據以上信息填空：eq\x(導學號50813603)(1)基態D原子中，電子占據的最高能層符號為__M__，該能層具有的原子軌道數為__9__。(2)E2＋的價層電子排布圖是____，F原子的電子排布式是__1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1__。(3)A的最