基础课时练(三十四)　晶体结构与性质

1．下图为几种晶体或晶胞的示意图：

请回答下列问题：

(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是____________。

(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为________________________________________________________________________。

(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能____________(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是________________________________________________________。

(4)每个Cu晶胞中实际占有____________个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为____________。

(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是____________________________________________________________。

答案：(1)金刚石晶体

(2)金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰

(3)小于MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)

(4)48　(5)H2O分子之间能形成氢键

2．(2018·东北三省四市联考)铁氧体是一种磁性材料，具有广泛的应用。

(1)基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]____________。

(2)工业制备铁氧体常使用水解法，制备时常加入尿素[CO(NH2)2]、醋酸钠等碱性物质。尿素分子中四种不同元素的电负性由大至小的顺序是____________；醋酸钠中碳原子的杂化类型是____________。

(3)工业制备铁氧体也可使用沉淀法，制备时常加入氨(NH3)、联氨(N2H4)等弱碱。比较下表中氨(NH3)、联氨(N2H4)的熔沸点，解释其高低的主要原因_____________________________________________________________________。

(4)如图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中，取出的能体现其晶体结构的一个立方体，则晶体中的氧离子是否构成了面心立方最密堆积____________(填“是”或“否”)，该立方体是不是Fe3O4的晶胞____________(填“是”或“否”)，立方体中三价铁离子处于氧离子围成的____________空隙(填空间结构)。

(5)根据上图计算Fe3O4晶体的密度____________g·cm－3。(图中a＝0.42nm，计算结果保留两位有效数字)

解析：(1)基态铁原子核外有26个电子，其电子排布式为[Ar]3d64s2。(2)根据元素周期表中元素电负性的变化规律，电负性：O>N>C>H。CH3COONa中，甲基碳原子的杂化类型为sp3杂化，中碳原子的杂化类型为sp2杂化。(3)NH3、N2H4的分子间均能形成氢键，熔沸点相差较大，原因是联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键。(4)从体心氧离子看，O周围每个平面上均有4个氧离子，氧离子构成了面心立方最密堆积。该立方体不是最小的能够重复的结构单元，故不是Fe3O4晶胞。根据该立方体结构，立方体中三价铁离子处于氧离子围成的正八面体的空隙。(5)该立方体中O2－的个数为12×＋1＝4，Fe3＋的个数为4×＋3×＝2，Fe2＋的个数为1，故Fe3O4晶体的密度为g÷(0.42×10－7cm)3＝5.2g·cm－3。

答案：(1)3d64s2

(2)O＞N＞C＞Hsp3杂化、sp2杂化

(3)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键

(4)是否正八面体

(5)5.2

3.(2018·武汉模拟)太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。

(1)基态钙原子的电子排布式为____________，金属钴的堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是____________。

(2)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子，其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有____________种不同的结构类型，该结构单元含有____________个B—B键。

(3)六方相氮化硼的结构与石墨相似，B的杂化方式是____________，其不导电的原因是________________________________________________________________________。

(4)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图所示。

①该晶体中与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有____________个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有____________个，这几个N原子形成的空间形状是____________。

②该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点，其原因是_________________________。

(5)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图所示)，若该晶胞的边长为anm，密度为ρg·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为____________。

解析：(1)基态钙原子核外有20个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2。镁、钴是六方最密堆积，其配位数为12。(2)晶体硼的结构类型取决于两个10B原子的相对位置，两个10B相邻、相间或相对，所以共有3种结构类型。1个硼原子形成5根B—B键，则1个硼原子占有的B—B键为5×＝2.5，该结构单元含有B—B键的数目为2.5×12＝30。(3)六方相氮化硼中1个硼与3个氮原子结合，硼原子的杂化类型为sp2杂化。六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子。(4)①与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个(在Ti的上、下、左、右、前、后)。②氮化钛晶体中阴阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能，因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。(5)该晶胞中Co的个数为8×＋1＝2，则该晶胞的质量为g＝ρg·cm－3×(a×10－7cm)3，M＝5a3ρNA×10－22。

答案：(1)1s22s22p63s23p64s212

(2)330

(3)sp2杂化层状结构中没有自由移动的电子

(4)①126正八面体②氮化钛晶体中阴阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能

(5)5a3ρNA×10－22

4．(2018·麻城一中模拟)铁、钴、镍并称铁系元素，性质具有相似性。

(1)基态钴原子的核外电子排布式为____________。

(2)铁氰化钾K3[Fe(CN)6]溶液可以检验Fe2＋。1molCN－中含有π键的数目为____________，与CN－互为等电子体的分子有____________，铁氰化钾晶体中各种微粒间的相互作用不包括____________。

a．离子键b．共价键c．配位键d．金属键e．氢键f．范德华力

(3)纳米结构氧化钴可在室温下将甲醛(HCHO)完全催化氧化。甲醛分子的立体构型为____________，碳原子的杂化类型为____________。

(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO____________FeO(填“<”或“>”)，判断依据是____________________________________________________________________。

(5)某氮化铁的晶胞结构如图所示：

①原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为(0,1,1)。则D原子的坐标参数为____________。

②若该晶体的密度是ρg·cm－3，则晶胞中两个最近的Fe的核间距为____________cm。(用含ρ的代数式表示，不必化简)

解析：(2)CN－中C、N之间为三键，根据1个三键中含有1个σ键和2个π键，1molCN－含有2NA个π键。K＋、[Fe(CN)6]3－之间为离子键，Fe3＋与CN－之间为配位键，CN－中C、N之间为共价键。(3)HCHO的结构式为，C无孤电子对，立体构型为平面三角形，C的杂化轨道数为3，杂化类型为sp2杂化。(4)NiO、FeO都是离子晶体，氧离子半径相同，Ni2＋半径比Fe2＋小，半径越小离子晶体的晶格能越大，晶格能越大熔点越高，故熔点：NiO＞FeO。(5)①D位于该晶胞侧面的面心，可知其坐标参数为。②该晶胞中Fe的个数为8×＋6×＝4，N的个数为1。设两个最近的Fe核间距为xcm，晶胞的边长为acm，则a＝2x，故a＝x。则ρg·cm－3×(xcm)3＝，x＝。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2

(2)2NACO、N2def

(3)平面三角形sp2杂化

(4)＞　NiO、FeO都是离子晶体，氧离子半径相同，Ni2＋半径比Fe2＋小，半径越小离子晶体的晶格能越大，晶格能越大熔点越高

(5)①②

5．(2018·唐山模拟)钛对酸、碱具有较强的耐腐蚀性，密度小，比强度高，已成为化工生产中重要的材料。回答下列问题：

(1)基态钛原子的价电子排布式为____________，其原子核外未成对电子有____________个。金属钛晶胞如图所示，晶胞参数为a＝b＝295.08pm，c＝468.55pm，α＝β＝90°，γ＝120°，则金属钛为____________堆积(填堆积方式)，其中钛原子的配位数为____________。

(2)用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得到多孔的海绵钛。已知TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为－25℃，沸点为136℃，由此可知TiCl4为____________晶体。

(3)通过X­射线探明KCl、CaO、TiN晶体与NaCl晶体结构相似，且知两种离子晶体的晶格能数据如下：

解释KCl晶格能小于CaO的原因：_____________________________________________。

(4)钛可与C、N、O等元素形成二元化合物，C、N、O元素的电负性由大到小的顺序是________________________________________________________________________。

(5)钙钛矿晶体的晶胞结构如图所示，则该晶体的化学式为____________。晶胞中的原子可用x、y、z组成的三数组来表示它在晶胞中的位置，称为原子坐标。已知原子坐标为A(0,0,0)，B；则Ca的原子坐标为____________。

解析：(1)钛原子的核电荷数为22，其电子排布式为[Ar]3d24s2，则价电子排布式为3d24s2，其原子核外的d轨道有2个未成对电子。如题图所示，金属钛为六方最密堆积，其中钛原子的配位数为12。(2)TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为－25℃，沸点为136℃，熔、沸点较低，由此可判断TiCl4是由共价键结合的分子，属于分子晶体。(3)已知离子晶体的离子半径越小，所带电荷数越多，晶格能越大。KCl、CaO均是离子晶体，而K＋的半径大于Ca2＋、K＋的电荷数小于Ca2＋，Cl－的半径大于O2－、Cl－的电荷数小于O2－，故KCl的晶格能小于CaO的晶格能。(4)元素的非金属性越强，电负性越大，C、N、O三种元素非金属性的强弱顺序为O＞N＞C，则电负性由大到小的顺序是O＞N＞C。(5)根据钙钛矿晶胞结构图，晶胞中Ti原子数为8×＝1，O原子数为12×＝3，Ca原子数为1，所以该化合物的化学式为CaTiO3。Ca位于晶胞的体心，则Ca的原子坐标为。

答案：(1)3d24s22六方最密12　(2)分子

(3)KCl、CaO均是离子晶体，而K＋的半径大于Ca2＋、K＋的电荷数小于Ca2＋，Cl－的半径大于O2－、Cl－的电荷数小于O2－，故KCl的晶格能小于CaO的晶格能　(4)O＞N＞C

(5)CaTiO3

6．(2018·山西名校联考)碳和硅属于同主族元素，在生活生产中有着广泛的用途。

(1)在基态14C原子中，核外存在____________对自旋方向相反的电子。

(2)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe(CO)5的晶体类型是____________，与CO互为等电子体的分子的分子式为____________。

(3)C、O和Si的成键情况如下：

C和O之间易形成含有双键的CO2分子晶体，而Si和O之间则易形成含有单键的SiO2原子晶体，请结合数据分析其原因为______________________________________。

(4)观察C60晶胞(如图所示)，回答下列问题：

①与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有____________个，其距离为____________cm(列出计算式即可)。

②C60晶体中C60和C60间的作用力属于____________(填“离子键”“共价键”或“分子间作用力”)

③已知C60晶体内相邻C60球体间的距离是304pm，则与石墨层间距离(335pm)相比较，两者数据存在差异的原因是______________________________________________________。

(5)一种石英晶体的晶胞结构如图所示，可以看成是在晶体硅的晶胞中每两个硅原子间插入一个氧原子而得到的。其中硅原子的配位数为____________；若该晶胞的晶胞参数为apm，则该晶体的密度为____________g·cm－3(以含a、NA的代数式表示)。

解析：(1)碳原子的电子排布图为 ，

有两对自旋方向相反的电子。(2)Fe(CO)5常温下为液体，熔、沸点较低，则为分子晶体。与CO互为等电子体的分子为N2。(4)①C60晶胞为面心立方最密堆积，与C60分子距离最近且相等的C60分子有12个(分别在同层、上层、下层，各四个)，其距离为晶胞面对角线的一半，即××1.41×10－7cm＝0.71××10－7cm。②C60晶体为分子晶体，晶体中C60和C60间的作用力属于分子间作用力。③C60的摩尔质量大于C的摩尔质量，C60分子间作用力较大，间距较小。(5)该晶胞中1个Si原子与4个O原子结合，故Si的配位数为4。每个SiO2晶胞中Si的个数为8×＋6×＋4＝8。以该晶胞为研究对象，含有8个Si、16个O，则SiO2晶体的密度为g÷(a×10－10cm)3＝g·cm－3。

答案：(1)2　(2)分子晶体N2

(3)碳与氧之间形成双键的分子放出的能量(803kJ·mol－1×2＝1606kJ·mol－1)大于形成单键的原子晶体放出的能量(360kJ·mol－1×4＝1440kJ·mol－1)；硅与氧之间形成双键的分子放出的能量(640kJ·mol－1×2＝1280kJ·mol－1)小于形成单键的原子晶体放出的能量(464mol·L－1×4＝1856kJ·mol－1)

(4)①120.71××10－7cm(或7.1××10－8cm)

②分子间作用力③C60的摩尔质量大于C的摩尔质量，C60分子间作用力较大，间距较小

(5)4

2019高考化学总复习（人教版）基础课时练34 Word版含答案