2020届高三化学一轮复习专题8第38讲晶体结构与性质练习(含解析)苏教版

第38讲晶体结构与性质

1.(1)BeO立方晶胞如下图所示。

①BeO晶体中,O2-的配位数为。

②若BeO晶体的密度为d g·cm-3,则晶胞参数a=(列出计算式即可)。

(2)氟化亚铁晶胞属于四方晶系,其晶胞结构如下图所示,根据图中所示数据计算该晶体密度ρ=

g·cm-3(列出计算式即可)。

(3)NaCl晶体的结构如下图所示。已知:NaCl晶体的密度为a g·cm-3,则NaCl晶体中最近两个Na+的距离的数学表达式为

的式子表示)。

cm(用含a、N

A

(4)如下图所示为NiO晶体的晶胞结构示意图。

①该晶胞中占有阴、阳离子总数是。

②已知在NiO晶体中Ni2+的半径为a pm,O2-的半径为b pm,它们在晶体中是紧密接触的,则在NiO晶体中原子的空间利用率为

(用含字母a、b的计算式表达)。

2.(2018·广州第一次调研)铬、钛及其化合物在工业上有重要用途,回答下列问题:

(1) Cr 基态原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为

。

(2) 氮化铬(CrN)在超级电容器领域具有良好的应用前景,可由 CrCl 3·6H 2O 与尿素[(NH 2)2CO]反应先得到配

合物 Cr[OC(NH 2)2]6Cl 3,然后在通有 NH 3 和 N 2 混合气体的反应炉内热分解制得。尿素构成元素中电负性由大到 小的顺序为 ,中心碳原子的杂化类型为

;Cr[OC(NH 2)2]6Cl 3 含有的化学键类型

有

。

(3) 氮化铬的晶体结构类型与氯化钠的相同,氮化铬熔点(1 282 ℃)比氯化钠的高,主要原因

是

。

(4) 钙钛矿(CaTiO 3)型的结构可看作氧化物超导相结构的基本单元。

①图 A 为立方钙钛矿(CaTiO 3)结构的晶胞,晶胞边长为 a nm 。Ca 处于晶胞的顶点,则 Ti 处于 位置,O

处于

位置;与 Ca 紧邻的 O 个数为 ,Ti 与 O 间的最短距离为 nm 。

②在图 B 中画出立方钙钛矿晶胞结构的另一种表示(要求:Ti 处于晶胞的顶点○;△、●、 所代表的原子种类

与图 A 相同)。

图 A

图 B

3. (2019·广东汕头期末)钒(23V)是我国的丰产元素,广泛应用于催化及钢铁工业,有“化学面包”、金属“维 生素”之称。回答下列问题:

(1) 钒原子的核外电子排布式为

,在元素周期表中的位置为 。

(2) V 2O 5 常用作 SO 2 转化为 SO 3 的催化剂。基态 S 原子电子占据最高能级的电子云轮廓为

形;气态 SO 3

以单分子形式存在,其分子的立体构型为

形;固体 SO 3 的三聚体环状结构如图 1 所示,该结构中 S —O

键长有 a 、b 两类,b 键的键长大于 a 键的键长的原因

为

。

图 1

图 2 图 3

(3) V 2O 5 溶解在 NaOH 溶液中,可得到钒酸钠(Na 3VO 4),该盐阴离子中 V 的杂化轨道类型为

;也可得到

偏钒酸钠,其阴离子呈如图 2 所示的无限链状结构,则偏钒酸钠的化学式为 。

(4) 钒的某种氧化物晶胞结构如图 3 所示。该氧化物的化学式为

,若它的晶胞参数为 x nm,则晶胞

的密度为

g ·cm -3。

4. (2018·广东汕头二模)以氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)为代表的第三代半导体材料目前已成为全球半导

体研究的前沿和热点,如砷化镓灯泡寿命是普通灯泡的 100 倍,而耗能仅为 10%,推广砷化镓等发光二极管

(LED)照明,是节能减排的有效举措。

(1) 镓为元素周期表第 31 号元素,基态镓原子的电子排布式为

,核外电子占据最高能层符

号为

。

(2) 氮化镓与金刚石具有相似的晶体结构,氮化镓中氮原子与镓原子之间以 键相结合,氮化镓属于

晶体。

(3) 下列说法正确的是

(填字母)

A. 第一电离能:As

B. 砷和镓都属于 p 区元素

C. 电负性:As

D. 半导体 GaP 、SiC 与砷化镓为等电子体

(4) ①砷化镓是将(CH 3)3Ga 和 AsH 3 用 MOCVD(金属有机物化学气相沉积)方法制备得到的,该反应在 700 ℃进

行,反应方程式为

。

②反应物 AsH 3 分子的几何构型为

,(CH 3)3Ga 中镓原子杂化方式为

。

(5) 实验测得 AsH 3 沸点比 NH 3 低,其原因是

。

(6) 下图是氮化镓的晶胞模型,氮化镓为立方晶胞,密度为 d g ·cm -3。列式计算氮化镓晶胞边长 a 的表达式:a =

cm 。

5. (2019·长沙长郡中学)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛应用于新型材料

的制备。

(1) 基态硼原子的价电子轨道表达式是

。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由

大到小的顺序为

。

(2) 晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体

的

。

B

(3)B的简单氢化物BH

3

不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B

2

H

6

或与其他分子结合。

①B

2

H

6

分子结构如下图,则B原子的杂化方式为。

②氨硼烷(NH

3

BH

3

)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子

是,写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子:(填化学式)。

(4)以硼酸(H

3

BO

3

)为原料可制得硼氢化钠(NaBH

4

),它是有机合成中的重要还原剂。-的键角是,立体构型为。

(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如下

图所示。磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是;已知晶胞边长为458pm,则磷化硼晶体的密度是g·cm-3(列式并计算,结果保留两位有效数字,已知

4.583=96.07)。

6.(2018·广东东莞二模)A、B、C、D、E代表原子序数依次增大的前四周期元素,其中A和C为同一主族,C 常用于制作半导体器件和集成电路,B的简单氢化物的水溶液呈碱性,E元素的正三价离子的3d亚层为半充满,D被称为“未来金属”,其重量轻、强度高、耐腐蚀,其在周期表中位于第4周期ⅣB族。

(1)A、B、C三种元素的第一电离能由小到大的顺序为,电负性由小到大的顺序为。

(2)B的简单氢化物易液化的原因是;B中B原子的杂化方式为,空间构型为。

(3)E元素基态原子的电子排布式为。

(4)B和C形成的化合物常用作高温耐火材料,化学性质稳定,据此推测它应属于晶体。

(5)D有多种氧化物,其中一种氧化物的晶胞结构如图1所示,则该晶体中D的配位数为;图2为E

的一种面心立方晶胞结构,若晶胞的边长为a cm,N

A

表示阿伏加德罗常数的值,则E的密度为

g·cm-3(用含a和N

A

的代数式表示)。

g,晶胞的体积为(a ×

) cm 3,根据 m =ρ V ,则

-7 cm)× b × cm)× c × cm)=abc ×

图 1

图 2

第 38 讲 晶体结构与性质

1. (1) ①

②

(2)

-

(3)

×

·

(4) ①8 ② × )× %

)

解析 (1) ①BeO 晶胞中 O 2-周围有 4 个 Be 2+距离最近,故 O 2-的配位数为 4。②该晶胞中含 Be 2+个数为 4,O 2-个

数为 8× + × =4,则 1 个晶胞的质量为

8

-7 3

g=d

g ·cm -3× a × )3

cm 3,解得 a =

。(2) 一个晶胞中含 Fe 个数为 8× +1=2,含 F 个数为 × +2=4,则一个

8

晶胞的质量 m =

g,一个晶胞的体积 V =(a × -10 -10 -10 -30

cm 3,

则该晶体密度 ρ ==

g ·cm -3。(3) 设晶胞边长为 x cm,则晶胞体积 V =x 3 cm 3;1 个 NaCl 晶胞中含

-

4 个 Na +、4 个 Cl -,故 1 个晶胞的质量 m =

8

g= g,根据 m =ρ V , g= a g ·cm -3×x 3cm 3,则 x =

·

,故晶

胞中最近两个 Na +的距离为 ×

cm 。(4) ①O 2-数=8× + × =4,Ni 2+数= × +1=4,则该晶胞中阴、阳离子

·

8

总数是 8。②V (Ni 2+)= π a 3 pm 3,V (O 2-)= π b 3 pm 3,Ni 2+、O 2-的总体积为 V ( Ni 2+、O 2-)= π (a 3+b 3)× pm 3,该晶

胞的体积为(2a +2b )3 pm 3,则在 NiO 晶体中原子的空间利用率=

2. (1)

(2) O>N>C>H sp 2 配位键、共价键、离子键

(3) 氮化铬中离子所带电荷数较多,晶格能较大

) )

= × )。

)

解析 (2) S 原子电子占据最高能级是 3p 能级,其电子云形状是哑铃形;SO 3 中 S 原子价层电子对数=3+ =3,

b 成的化合物的化学式为 NaVO 3。(4) 由晶胞可知,V 原子位于顶点和体心,V 原子个数为 +8× =2,O 原子有 4

- )

(4) ①体心 棱心 6

a

②

解析 (2) (NH 2)2CO 中含有 N 、H 、O 、C,电负性由大到小的顺序为 O>N>C>H;(NH 2)2CO 中碳原子形成双键,则

杂化类型为 sp 2。(4) ①由晶胞图分析,黑球为 1 个,白球为

× =3 个,三角为 1 个,黑球为 Ca,则白球为 O,

三角为 Ti,Ti 与 O 间的最短距离是面对角线的一半,即 a nm 。

3. (1) 1s 22s 22p 63s 23p 63d 34s 2 第 4 周期ⅤB 族

(2) 哑铃 平面正三角 a 键含有双键的成分,键能大,键长较短;b 键为单键,键能较小,键长较长

(3) sp 3 NaVO 3

(4) VO 2

·

-

且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论,判断其空间构型为平面正三角形;根据 SO 3 的三聚体环状结构可 知,该结构中硫原子形成 4 个键,S —O 键长有 a 、 两类,a 键含有双键的成分,键能大,键长较短,b 键为单键,

键能较小,键长较长,所以 b 键的键长大于 a 键的键长。(3) VO -中,V 形成 4 个 σ 键,孤电子对数为

- =0,V

的价层电子对数为 4,V 为 sp 3 杂化;由链状结构可知每个 V 与 3 个 O 形成阴离子,且 V 的化合价为+5 价,则形

8

个位于面上、2 个位于体内,则 O 原子个数为 × +2=4,则该氧化物的化学式为 VO 2;该晶体的密度为

ρ==

=

g ·cm -3。

·

4. (1) [Ar]3d 104s 24p 1 N

(2) 共价 原子

(3) BD

(4) ① C 3)3Ga+AsH 3

GaAs+3CH 4 ②三角锥形 sp 2

(5) NH 3 分子间能形成氢键,而 AsH 3 分子间不能形成氢键

(6)

8 ·

解析 (3) 同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,则第一电离能 As>Ga,故 A 错误;砷和镓都位于周期

表 p 区,故 B 正确;同周期元素从左到右电负性逐渐增大,则电负性 As>Ga,故 C 错误;GaP 的价电子数为

·

cm 。

3+5=8,SiC 的价电子数为 4+4=8,GaAs 的价电子数为 3+5=8,互为等电子体。(4) ② s 3 中含有 3 个 σ 键和 1

对孤电子对,为三角锥形;(CH 3)3Ga 中 Ga 形成 3 个 σ 键,没有孤电子对,为 sp 2 杂化。(6) GaN 晶胞中,Ga 原子

位于顶点和体内,所以含有 Ga 原子数为 8× +1=2,N 原子位于棱上和体内,所以 N 原子数为 × +1=2,则 GaN

8

晶胞边长 a = =

5. (1)

8

cm= 8

C>Be>B

(2) 自范性

(3) ①sp 3 ②N C 2H 6

(4) ° 8' 正四面体

(5) 正方形

·m

-

=2.9

8

- cm)

m

-

解析 (1) 与硼处于同周期且相邻的两种元素为 Be 和 C,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但

Be 的 2s 轨道全充满,处于稳定状态,所以第一电离能大小顺序为 B

子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象,即晶体能自发地呈现多面体外形的性质。(3) ①由题图可

以看出,每个 B 结合 4 个 H,B 上不存在孤对电子,所以 B 的价层电子对数为 4,采用 sp 3 杂化。②N 3BH 3 中 N 提

供孤对电子,B 提供空轨道,从而形成配位键;NH 3BH 3 含 8 个原子、14 个价电子,与 NH 3BH 3 互为等电子体的分子

为 C 2H 6。(4) B -与 CH 4 互为等电子体,故其空间构型为正四面体形,键角为

° 8'。 (5) BP 晶胞沿 z 轴在

平面投影,B 原子构成的几何形状为正方形;由晶胞可知,P 原子位于顶点和面心,P 原子个数为 × +8× =4,B 8

原子位于体内,B 原子个数为 4,磷化硼晶体的密度为

2.9 g ·cm -3。

6. (1) Si

(2) 分子间存在氢键 sp 3 正四面体

(3) 1s 22s 22p 63s 23p 63d 64s 2(或[Ar]3d 64s 2)

(4) 原子

(5) 6

·

·m -

8 - cm) m -

=

解析 A 、B 、C 、D 、E 代表原子序数依次增大的前四周期元素,其中 A 和 C 为同一主族,C 常用于制作半导体

器件和集成电路,则 C 为硅元素,A 为碳元素;B 的简单氢化物的水溶液呈碱性,则 B 为氮元素;E 元素的正三价

离子的 3d 亚层为半充满,则 E 为铁元素;D 被称为“未来金属”,其重量轻、强度高、耐腐蚀,其在周期表中

位于第4周期ⅣB族,则D为钛元素。(1)同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势,但N元素原子2p 能级是半满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,同主族元素自上而下第一电离能减小,故第一电离

能由小到大的顺序为Si

g·cm-3。

为8×+×=4,若晶胞的边长为a cm,体积为a3cm3,则密度为g·cm-3=

8·