（新課改省份專用）2020版高考化學一輪復習 跟蹤檢測（十七）晶體結構與性質（含解析）.doc

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跟蹤檢測（十七） 晶體結構與性質 1．(1)氯酸鉀熔化，粒子間克服了__________的作用力；二氧化硅熔化，粒子間克服了__________的作用力；碘的升華，粒子間克服了__________的作用力。三種晶體的熔點由高到低的順序是______________________。 (2)下列六種晶體：①CO2，②NaCl，③Na，④Si，⑤CS2，⑥金剛石，它們的熔點從低到高的順序為__________________(填序號)。 (3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中，由極性鍵形成的非極性分子有____________，由非極性鍵形成的非極性分子有____________，能形成分子晶體的物質是__________，含有氫鍵的晶體的化學式是____________，屬于離子晶體的是____________，屬于共價晶體的是____________，五種物質的熔點由高到低的順序是____________________________。 (4)A、B、C、D為四種晶體，性質如下： a．固態(tài)時能導電，能溶于鹽酸 b．能溶于CS2，不溶于水 c．固態(tài)時不導電，液態(tài)時能導電，可溶于水 d．固態(tài)、液態(tài)時均不導電，熔點為3 500 ℃ 試推斷它們的晶體類型：A.____________；B.__________；C.____________；D.____________。 (5)圖中A～D是中學化學教科書上常見的幾種晶體結構模型，請?zhí)顚懴鄳镔|的名稱： A．______________；B.______________；C._____________；D.______________。 解析：(1)氯酸鉀是離子晶體，熔化時破壞離子鍵；二氧化硅是共價晶體，熔化時破壞共價鍵；碘是分子晶體，升華時粒子間克服分子間作用力；熔點：原子晶體>離子晶體>分子晶體，所以熔點大小順序為SiO2>KClO3>I2。(2)根據晶體類型分析，熔點：原子晶體>離子晶體>分子晶體，Si和金剛石都是原子晶體，原子半徑越小，共價鍵越強，熔點越高，CO2和CS2都是分子晶體，相對分子質量越大熔點越高，所以熔點從低到高的順序為①⑤③②④⑥。 答案：(1)離子鍵　共價鍵　分子間　SiO2>KClO3>I2　(2)①⑤③②④⑥ (3)CO2　H2　H2、CO2、HF　HF　(NH4)2SO4　SiC　SiC>(NH4)2SO4>HF>CO2>H2 (4)金屬晶體　分子晶體　離子晶體　共價晶體 (5)氯化銫　氯化鈉　二氧化硅　金剛石 2．O2、O3、N2、N4是氧和氮元素的幾種單質?；卮鹣铝袉栴}： (1)O原子中價電子占據的軌道數目為______________________________。 (2)第一電離能I1：N__________O(填“>”或“<”)，第二電離能I2：O大于N的原因是________________________________________________________________________。 (3)O3的空間構型為________________；是____________(填“極性”或“非極性”)分子；分子中存在的大π鍵，可用符號Π表示，其中m表示形成的大π鍵的原子數，n表示形成的大π鍵的電子數，則O3中大π鍵應表示為________________________________。 (4)N元素的簡單氣態(tài)氫化物NH3在H2O中溶解度很大，其原因之一是NH3和H2O可以形成分子間氫鍵，則在氨水中氫鍵可以表示為H3N…H—N、__________________(任寫兩種即可)。 (5)已知：表格中鍵能和鍵長數目。 化學鍵 鍵長/pm 鍵能/(kJmol－1) N—N 145 193 N==N 125 418 NN 110 946 N2和N4都是N元素的單質，其中N4是正四面體構型，N原子占據四面體的四個頂點，從鍵參數角度分析N4分子穩(wěn)定性遠小于N2原因是____________________________。 (6)Na2O的晶胞結構如圖所示，X表示O2－，Y表示Na＋，則O2－的配位數為______________，該晶胞的原子空間利用率為__________________；[已知該晶胞的棱長為a pm，r(Na＋)＝x pm，r(O2－)＝y(tǒng) pm]。 解析：(1)O原子的價電子排布式為2s22p4，其價電子占據4個原子軌道。(2)同周期從左到右第一電離能呈增大趨勢，但N的2p能級處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以第一電離能I1：N>O；O失去一個電子后O＋的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個電子消耗能量更高，所以第二電離能I2：O>N。(3)O3看成一個O原子是中心原子，其他兩個O原子為配原子的三原子分子，價電子對數＝2＋(6－22)＝3，有一個孤電子對，屬于sp2雜化，空間構型為V形；因為V形空間構型正負電荷重心不重合，所以是極性分子；O原子的軌道表示式為，O3中心氧原子采取sp2雜化，其中兩個單電子軌道與另外兩個原子形成兩個σ鍵，第三個軌道有一對孤電子對，與另兩個氧原子的各1個電子形成三中心四電子大π鍵，可用符號Π表示。(4)因為O、N原子有比較強的吸電子能力，所以NH3和H2O既會吸引同種分子的H，又會吸引對方分子的H，從而形成氫鍵，所以在氨水中存在4種分子間氫鍵，可以表示為H3N…H—N、H3N…H—O、H2O…H—N、H2O…H—O。(5)因為N4是正面體構型，N原子占據四面體的四個頂點，所以N4中只存在N—N，而N2中只存在，由表中數據可知，N—N鍵長大于鍵長，N—N鍵能小于鍵能，且二者鍵能差距較大，所以N4分子穩(wěn)定性遠小于N2。(6)分析Na2O的晶胞結構圖可得，處于面心上的O2－被2個晶胞共用，以圖中上面的面心O2－為例，在其上方還有一個同樣的晶胞與其緊鄰，所以每個O2－周圍有8個Na＋與之距離最近，則O2－的配位數為8；Na2O晶胞中Na＋數為8，O2－數為8＋6＝4，根據r(Na＋)＝x pm、r(O2－)＝y(tǒng) pm及球體的體積公式可得這12個原子總體積V1＝8πx3＋4πy3，根據該晶胞的棱長為a pm，則晶胞體積V2＝a3，所以該晶胞的原子空間利用率為100%＝100%＝100%。 答案：(1)4　(2)>　失去一個電子后O＋的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個電子消耗能量更高 (3)V形　極性　Π (4)H3N…H—O、H2O…H—N、H2O…H—O(任寫兩種) (5)N4中N—N鍵鍵能小于N2中的NN鍵鍵能，鍵長大于NN鍵鍵長 (6)8　100% 3．(2019武漢模擬)砷(As)是第ⅤA族元素，砷及其化合物被應用于農藥和合金中?；卮鹣铝袉栴}： (1)基態(tài)砷原子的電子排布式為______________________，第四周期元素中，第一電離能低于砷原子的p區(qū)元素有___________(填元素符號)。 (2)氮原子間能形成氮氮三鍵，而砷原子間不易形成三鍵的原因是__________________。 (3)AsH3分子為三角錐形，鍵角為91.80，小于氨分子鍵角107，AsH3分子鍵角較小的原因是__________________________________________________________。 (4)亞砷酸(H3AsO3)分子中，中心原子砷的VSEPR模型是________________，砷原子雜化方式為________________。 (5)砷化鎳的晶胞如圖所示。晶胞參數a＝360.2 pm, c＝500.9 pm, γ＝120。 該晶體密度的計算式為__________________________________gcm－3。 解析：(1)砷原子核電荷數為33，基態(tài)原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p3；同一周期，從左到右，第一電離能呈現增大的趨勢，第ⅤA族元素p為半充滿狀態(tài)，第一電離能大于鄰近元素的第一電離能；因此第四周期元素中，第一電離能低于砷原子的p區(qū)元素有Ga、Ge、Se。(2)由于砷原子半徑較大，原子間形成的σ鍵較長，pp軌道肩并肩重疊程度較小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵，所以氮原子間能形成氮氮三鍵，而砷原子間不易形成三鍵。(3)AsH3分子鍵角較小的原因是砷原子電負性小于氮原子，其共用電子對離砷核距離較遠，斥力較小，鍵角較小。(4)亞砷酸(H3AsO3)分子結構式為，砷原子的價層電子對數為4，屬于sp3雜化，中心原子砷的VSEPR模型是四面體形。(5)根據砷化鎳的晶胞可知：含有的鎳原子個數為8＋4＝2，含有砷原子個數為2，所以該晶胞中含有2個砷化鎳，該晶胞的質量為2 g，根據晶胞的俯視圖可以求出x＝a pm＝360.210－10 cm；該晶胞的體積為360.210－10360.210－10500.910－10 cm3；ρ＝＝ gcm－3。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)　Ga、Ge、Se (2)砷原子半徑較大，原子間形成的σ鍵較長，pp軌道肩并肩重疊程度較小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵 (3)砷原子電負性小于氮原子，其共用電子對離砷核距離較遠，斥力較小，鍵角較小 (4)四面體形　sp3 (5) 4．(2019岳陽模擬)碳和硅是自然界中大量存在的元素，硅及其化合物是工業(yè)上最重要的材料。粗硅的制備有二種方法： 方法一：SiO2＋2CSi＋2CO↑； 方法二：SiO2＋2MgSi＋2MgO。 (1)基態(tài)硅原子中存在________對自旋相反的電子，基態(tài)Mg的最外層電子所占據的能級的電子云輪廓圖是_____________________________。 (2)上述反應中所有元素第一電離能最小的元素是_______(填元素符號)。 (3)試比較C(金剛石)、晶體Si、CO 三種物質的熔沸點從高到低的順序__________________，試解釋原因：_______________________________________________。 (4)CO在配合物中可作為配體，在Cr(CO)6配合物中配位原子是____________(填元素符號)，1 mol該配合物中含有π鍵的數目是____________。 (5)SiO2晶胞(如圖1)可理解成將金剛石晶胞(如圖2)中的C原子置換成Si原子，然后在Si—Si之間插入O原子而形成。 ①推測SiO2晶胞中Si采用________雜化，O—Si—O的鍵角為________________。 ②SiO2晶胞中，含有Si原子_______個和O原子_______個。 ③假設金剛石晶胞的邊長為a pm，試計算該晶胞的密度________gcm－3(寫出表達式即可)。 解析：(1)基態(tài)硅原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，每一個s能級有1個軌道，s軌道全滿，有3對自旋相反的電子，2p能級有3個軌道，全充滿電子，2p軌道有3對自旋相反的電子，所以基態(tài)硅原子中存在6對自旋相反的電子；Mg的基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s2,3s軌道是最外層，s能級的電子云圖是球形的，所以基態(tài)Mg的最外層電子所占據的能級的電子云輪廓圖是球形。(2)第一電離能是原子失去最外層的一個電子所需能量，第一電離能數值越小，原子越容易失去一個電子，上述反應中涉及的元素有C、O、Mg、Si，其中C、O、Si是非金屬元素，較難失去電子，Mg元素的金屬性最強，最易失去電子，所有元素第一電離能最小的是Mg。(3)C(金剛石)、晶體Si都是原子晶體，熔點高，它們結構相似，但碳原子的半徑比硅原子半徑小，共價鍵的鍵能大，所以C(金剛石)的熔點比晶體Si高，而CO是分子晶體，熔沸點低，所以三種物質的熔沸點從高到低的順序：C>Si>CO。(4)配體中給出孤對電子與中心離子直接形成配位鍵的原子叫配位原子；CO在Cr(CO)6中可作為配體，配位原子是C，CO與N2是等電子體，其結構式是,1 mol CO中含π鍵的數目是2NA，所以1 mol該配合物中含有π鍵的數目是12NA。(5)①在SiO2晶體中每個硅原子與周圍的4個氧原子的成鍵情況與金剛石晶體中的碳原子與周圍4個碳原子連接的情況是相同的。所以SiO2晶胞中Si采用sp3雜化，金剛石是正四面體結構單元，其鍵角是10928′，所以SiO2晶胞中O—Si—O的鍵角也是10928′。②SiO2晶體為面心立體結構，每個SiO2晶胞含有Si原子的個數為8＋6＋4＝8，按Si、O原子個數比，O原子數是16。③一個金剛石晶胞含有8個C原子結構，所以一個晶胞的質量為 g＝ g，晶胞邊長為a pm，所以SiO2晶體的密度：ρ＝＝ gcm－3。 答案：(1)6　球形　(2)Mg (3)C>Si>CO　金剛石和晶體硅都是共價晶體且晶體結構相似，C的原子半徑小于硅的原子半徑，所以金剛石中C—C鍵鍵長短，鍵能大，所以金剛石的熔沸點比晶體硅大，CO是分子晶體，熔沸點最小 (4)C　12NA (5)①sp3　10928′?、?　16?、? 5．(2019重慶診斷)C、N、O、Si、P、Ge、As及其化合物在科研和生產中有許多重要用途。請回答下列問題： (1)基態(tài)氮原子核外電子占據的原子軌道數目為________。 (2)圖1表示碳、硅和磷三種元素的四級電離能變化趨勢，其中表示磷的曲線是_________(填標號)。 (3)NH3的沸點比PH3高，原因是_____________________________________________。 (4)Na3AsO4中AsO的空間構型為______________，As4O6的分子結構如圖2所示，則在該化合物中As的雜化方式是__________。 (5)鍺的某種氧化物晶胞結構如圖3所示，該物質的化學式為__________。已知該晶體密度為7.4 gcm－3，晶胞邊長為4.3110－10 m。則鍺的相對原子質量為____________(保留小數點后一位)。(已知：O的相對原子質量為16,4.313＝80，NA＝6.021023mol－1) 解析：(1)N的原子序數為7，基態(tài)氮原子核外電子排布式為1s22s22p3，占據5個原子軌道。(2)同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素，故Si的第一電離能最小，由圖中第一電離能可知，c為Si，P原子第四電離能為失去4s2能級中1個電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大，可知b為P、a為C。(3)NH3分子間存在較強的氫鍵作用，而PH3分子間僅有較弱的范德華力，因此NH3的沸點比PH3高。(4)AsO中As與周圍4個O原子相連，采用sp3雜化，空間構型為正四面體，根據As4O6的分子結構圖，As與周圍3個O原子相連，含有1個孤電子對，采用sp3雜化。(5)晶胞中Ge原子數目為4，O原子數目為8＋6＝4，則化學式為GeO，設鍺的相對原子質量為M，則晶胞質量為g＝7.4 gcm－3(4.3110－8 cm)3，解得M≈73.1。 答案：(1)5　(2)b　(3)NH3分子間存在較強的氫鍵作用，而PH3分子間僅有較弱的范德華力 (4)正四面體　sp3　(5)GeO　73.1 6．硒化鋅是一種半導體材料，回答下列問題。 (1)鋅在周期表中的位置_________________；Se基態(tài)原子價電子排布圖為____________________。元素鋅、硫和硒第一電離能較大的是________(填元素符號)。 (2)Na2SeO3分子中Se原子的雜化類型為__________；H2SeO4的酸性比H2SeO3強，原因是________________________________________________________________________。 (3)氣態(tài)SeO3分子的立體構型為__________。 (4)硒化鋅的晶胞結構如圖所示，圖中X和Y點所堆積的原子均為________(填元素符號)；該晶胞中硒原子所處空隙類型為__________(填“立方體”“正四面體”或正八面體”)；若該晶胞密度為ρ gcm－3，硒化鋅的摩爾質量為M gmol－1。用NA代表阿伏加德羅常數的數值，則晶胞參數a為______________nm。 解析：(1)Zn的原子序數是30，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，在周期表中的位置是第四周期第ⅡB族；Se的原子序數是34，原子核外有34個電子，最外層電子排布式為4s24p6，基態(tài)原子價電子排布圖為。元素鋅金屬性較強，第一電離能較小，硫和硒為同主族元素，同主族元素由上到下非金屬性逐漸減弱，所以硫的非金屬性強于Se，所以第一電離最大的是S。(2)Na2SeO3分子中Se原子的價電子對數為＝4，所以Se原子的雜化類型為sp3；H2SeO4的非羥基氧比H2SeO3多(或H2SeO4中Se的化合價更高)，所以H2SeO4酸性比H2SeO3強。(3)氣態(tài)SeO3分子的價層電子對數為3，Se沒有孤電子對，故分子的立體構型為平面三角形。(4)硒化鋅的晶胞結構中原子個數比為1∶1，其中Se原子4個，若X和Y點所堆積的原子均為鋅原子，則8＋6＝4，符合；則圖中X和Y點所堆積的原子均為Zn原子，根據圖中原子的位置可知，該晶胞中硒原子所處空隙類型為正四面體；若該晶胞密度為ρ gcm－3，硒化鋅的摩爾質量為M gmol－1。用NA代表阿伏加德羅常數的數值，根據ρ＝＝，則V＝，則晶胞的邊長為a為 107 nm。 答案：(1)第四周期第ⅡB族　　S　 (2)sp3　H2SeO4的非羥基氧比H2SeO3多(或H2SeO4中Se的化合價更高)　(3)平面三角形 (4)Zn　正四面體　107