晶体结构与性质 专题训练及答案

晶体结构与性质专题训练及答案

非选择题(本题包括7小题,共100分)

1.(16分)(2018·内江模拟)铁氰化钾,化学式为K3[Fe(CN)6],主要应用于制药、电镀、造纸、钢铁生产等工业。其煅烧分解生成KCN、FeC2、N2、(CN)2等物质。

(1)基态钾原子核外电子排布式简写为________。

K3[Fe(CN)6]中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是________,各元素的第一电离能由大到小的顺序为________。

(2)(CN)2分子中存在碳碳键,则分子中σ键与π键数目之比为________。KCN与盐酸作用可生成HCN,HCN的中心原子的杂化轨道类型为________。

(3)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253K,沸点为为376K,其固体属于________晶体。

(4)如图是金属单质常见的两种堆积方式的晶胞模型。

①铁采纳的是a堆积方式,铁原子的配位数为________,该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为________(用含π的最简代数式表示)。

②常见的金属铝采纳的是b堆积方式,铝原子的半径为r pm,则其晶体密度为________g·cm-3(用含有r、N A的最简代数式表示)。

【解析】(1)钾(K)为19号元素,原子核外共有19个电子,由于3d和4s轨道能级交错,第19个电子填入4s轨道而不填入3d轨道,基态钾原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1简写为[Ar]4s1;铁原子的基态电子排布式为

1s22s22p63s23p63d64s2,碳原子的基态电子排布式为1s22s22p2,氮原子的基态电子排布式为1s22s22p3,则K、Fe、C、N基态原子核外未成对电子数依次为1、4、2、3,所以K3[Fe(CN)6]中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是Fe(铁)。第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量,第一电离能主要体现的是元素失电子的能力,C、N为非金属元素都较难失电子,C、N同周期,氮原子序数大于C,且N最外层2p能级容纳3的电子,为半满稳定状态,能量较低,第一电离能也高于同周期相邻元素;K、Fe是金属元素都较易失电子,且K比Fe活泼,故K的第一电离能小于Fe的第一电离能,综上分析,各元素的第一电离能由大到小的顺序为N>C>Fe>K。

(2)(CN)2分子中存在碳碳键,结构式为,共价单键是σ键,共价三键中含有2个π键1个σ键,则分子中σ键与π键数目之比为3∶4。HCN的结构式为,所以碳为中心原子,形成4个共价键,没有孤电子对,碳的价层电子对为2,sp杂化。

(3)Fe(CO)5的熔点为253K,沸点为376K,熔沸点比较低,属于分子晶体。

(4)①铁的a堆积方式为体心立方堆积,与一个铁原子最近的铁原子距离为立方体边长的错误！未找到引用源。,这样的

原子有八个,所以铁的配位数为8;如图所示:,晶胞中铁原子数为8×错误！未找到引用源。+1×1=2,体心立方晶胞中r=错误！未找到引用源。a,所以铁原子总体积=2×错误！未找到引用源。πr3=2×错误！未找到引用源。π错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。πa3,晶胞体积=a3,则该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为错误！未找到引用源。π。

②铝的b堆积方式为面心立方堆积,晶胞中含有铝原子数为8×错误！未找到引用源。+6×错误！未找到引用源。=4,

则晶胞质量为错误！未找到引用源。g;该晶胞结构侧面可用如图表示:,铝原子半径r pm=r×10-10cm,设晶胞边长为a cm,晶胞边长a与铝原子的半径为r的关系为2a2=(4r×10-10)2,解得a=2错误！未找到引用源。r×10-10,所以晶胞体积为(2错误！未找到引用源。r×10-10)3cm3,根据密度=错误！未找到引用源。,则晶体密度为错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。g·cm-3。

答案:(1)[Ar]4s1Fe(铁) N>C>Fe>K (2)3∶4 sp (3)分子

(4)①8 错误！未找到引用源。②错误！未找到引用源。

2.(15分)(2017·全国卷Ⅰ)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:

(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为________nm(填标号)。

A.404.4

B. 553.5

C.589.2

D.670.8

E.766.5

(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是________,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。K和Cr 属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是____________________。

(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在错误！未找到引用源。离子。错误！未找到引用源。离子的几何构型为________,中心原子的杂化形式为________________。

(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为________nm,与K紧邻的O个数为________。

(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于________位置,O处于________位置。

【解析】(1)紫色光波长范围大约在380 nm到440 nm之间,故选A。

(2)基态K原子中,最外层电子排布为4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。K和Cr都属于金属晶体,Cr的价电子数多,半径小,金属键强,所以K的熔点、沸点等都比金属Cr低。(3)根据计算公式,错误！未找到引用源。的价层电子对数=(7+2×1-1)/2=4,结构如下:,中心碘原子形成了两个σ键,有两对孤电子对,因此杂化方式为sp3,构型为V形。

(4)根据晶胞结构,位于顶角的K和位于相邻面心的O之间的距离最短,且刚好等于晶胞面对角线长度的一半,因此最短距离=错误！未找到引用源。a/2≈1.414×0.446/2≈0.315(nm)。求与K紧邻的O个数,即求顶角周围面心的个数,其实也就是面心立方密堆积的配位数为12。

(5)若将体心的位置设定为顶角,原本顶角的位置变成了体心,面心的位置变成了棱心。因此K位于体心位置,O位于棱心位置。

答案:(1)A

(2)N 球形K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱

(3)V形sp3

(4)0.315 12

(5)体心棱心

3.(12分)(2018·抚顺模拟)地球表面十公里厚的地层中,含钛元素达千分之六,比铜多61倍,金属钛(Ti)被誉为21世纪金属,其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料,经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如图)。

图中的M是短周期金属元素,M的部分电离能如下表:

请回答下列问题:

(1)TiO2为离子晶体,已知晶体中阳离子的配位数为6,阴离子的配位数为3,则阳离子的电子排布式为__________。

(2)金属Ti与金属M的晶体原子堆积模型相同,其堆积模型为__________(填写堆积模型名称),晶体中原子在二维平面里的配位数为________________。

(3)室温下TiCl4为无色液体,沸点为136.4 ℃,由此可知其晶体类型为__________,构成该晶体的粒子的空间构型为

__________。