课时规范练16 晶体结构与性质基础巩固1.下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是( )A.分子晶体中一定含有共价键B.共价晶体中共价键越强,熔点越高C.离子晶体中含有离子键,不含有共价键D.金属阳离子只能存在于离子晶体中2.(2020四川成都月考)下列有关晶体结构的叙述中错误的是( )A.金刚石的网状结构中,最小的环上有6个碳原子B.分子晶体熔化时,不破坏共价键;共价晶体熔化时,破坏共价键C.在金属铜的晶体中,由于存在自由电子,因此铜能导电D.在氯化铯晶体中,每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有8个3.下列性质适合分子晶体的是( )A.熔点为1070℃,易溶于水,水溶液导电B.熔点为3500℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2,熔点为112.8℃,沸点为444.6℃D.熔点为97.82℃,质软,导电,密度为0.97g·c4.(2020重庆质检)下列排序不正确的是( )A.熔点由高到低:Na>Mg>AlB.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅C.晶体熔点由低到高:CO<KCl<SiO2D.熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI5.(2020湖南长沙模拟)下面有关晶体的叙述中,不正确的是( )A.金刚石的网状结构中含有由共价键形成的碳原子环B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等且最近的Na+共有6个C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-D.干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子6.某离子晶体的晶胞如图所示。A为阴离子,在晶胞内部,B为阳离子,分别在顶点和面心,则该晶体的化学式为( ) A.B2AB.BA2C.B7A4D.B4A77.(2020重庆模拟)现有几组物质的熔点(℃)数据:A组B组C组D组金刚石:>3500℃Li:181℃HF:-83℃NaCl:801℃\n硅晶体:1410℃Na:98℃HCl:-115℃KCl:776℃硼晶体:2300℃K:64℃HBr:-89℃RbCl:718℃二氧化硅:1713℃Rb:39℃HI:-51℃CsCl:645℃据此回答下列问题:(1)A组属于 晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是 。 (2)B组晶体共同的物理性质是 (填序号)。 ①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于 。 (4)D组晶体可能具有的性质是 (填序号)。 ①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电能力提升8.(双选)已知干冰晶胞结构中CO2分子在正方体的顶点和面心位置,晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为apm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法正确的是( )A.晶胞中一个CO2分子的配位数是12B.晶胞的密度表达式是g·cC.一个晶胞中平均含6个CO2分子D.CO2分子的空间结构是直线形,中心碳原子的杂化轨道类型是sp3杂化9.(2020山东化学,4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4D.硅原子间难形成双键而碳原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p-pπ键10.(双选)(2020江苏连云港质检)下表是物质对应的熔点(℃):BCl3Al2O3Na2ONaClAlF3AlCl3干冰SiO2-10720739208011291190-571713下列判断错误的是( )A.铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体C.同族元素的氧化物只能形成相同类型的晶体D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体11.硅酸盐与二氧化硅一样,都以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可以表示成\n,其中表示氧原子,表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成不同的多聚硅酸根离子。如图所示为某单链无限长的多聚硅酸根离子的结构,试确定该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为( )A.1∶2B.1∶3C.1∶4D.2∶512.碳元素的单质有多种形式,如图所示,依次是C60、石墨和金刚石的结构图:回答下列问题:(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为 。 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化轨道类型分别为 、 。 (3)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。 (4)石墨晶体中,层内C—C的键长为142pm,而金刚石中C—C的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的 共价键,而石墨层内的C—C间不仅存在 共价键,还有 键。 (5)金刚石晶胞含有 个碳原子。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,则r= a,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率 (不要求计算结果)。 13.(2020山东部分学校联考)导弹有神奇的命中率,这主要与其材料息息相关,镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物(如砷化镓、磷化镓等)都是常用的半导体材料。回答下列问题:(1)硒常用作光敏材料,基态硒原子的核外电子排布式为[Ar] 。 (2)根据元素周期律,原子半径Ga As(填“大于”或“小于”,下同),第一电离能Ga As。 (3)水晶的主要成分是二氧化硅,在水晶中硅原子的配位数是 。 (4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料,晶体类型与晶体硅类似,熔点如下表所示,分析其变化原因: 。 晶体GaNGaPGaAs熔点/℃170014801238(5)GaN晶胞的结构如图1所示。已知六棱柱底边边长为acm,阿伏加德罗常数的值为NA。\n①GaN晶胞中镓原子采用最密堆积方式,每个镓原子周围距离最近的镓原子数目为 。 ②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图2。若该平行六面体的体积为a3cm3,则GaN晶体的密度为 g·cm-3。(用含a、NA的代数式表示) 拓展深化14.(2020山东济南二中线上检测)钛被誉为“21世纪的金属”,可呈现多种化合价,其中以+4价的Ti最为稳定。回答下列问题:(1)基态钛原子的价层电子轨道表示式为 。 (2)已知电离能:I2(Ti)=1310kJ·mol-1,I2(K)=3051kJ·mol-1。I2(Ti)<I2(K),其原因为 。 (3)某钛配合物可用于催化环烯烃聚合,其结构如图所示:①钛的配位数为 ,碳原子的杂化轨道类型有 。 ②该配合物中存在的化学键有 (填字母)。 a.离子键 b.配位键 c.金属键 d.共价键e.氢键(4)钛与卤素形成的化合物的熔、沸点如下表所示:化合物TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃-24.138.3155沸点/℃136.5233.5377分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定变化规律的原因是 。 (5)已知TiO2与浓硫酸反应生成硫酸氧钛,硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图所示,该阳离子的化学式为 。硫酸氧钛中阴离子的空间结构为 \n。 (6)已知TiN晶体的晶胞结构如图所示,若该晶胞的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中钛原子与氮原子的最近距离为 pm。(用含ρ、NA的代数式表示) 基础巩固1.(2020山东德州一模)我国学者发明了低压高效电催化还原CO2的新方法,其总反应原理为NaCl+CO2CO+NaClO。下列说法正确的是( )A.CO2的电子式B.NaCl属于离子晶体,其配位数为8C.NaClO中既有离子键又有共价键D.还原22.4LCO2转移的电子数为2NA2.X、Y为两种短周期元素,其原子的最外层电子数分别是1和6,则X、Y两种元素形成的常见化合物不可能是( )A.只含极性键的共价化合物B.含非极性键的共价化合物C.阴、阳离子个数之比为1∶1的离子化合物D.含非极性键的离子化合物3.(2020山东新高考全真模拟七)《天工开物》记载:“凡火药以硝石、硫磺为主,草木灰为辅……而后火药成声”。其中涉及的主要反应为S+2KNO3+3CK2S+3CO2↑+N2↑。下列说法正确的是( )A.电负性N>OB.CO2分子中碳原子为sp杂化C.单质硫属于共价晶体D.KNO3中化学键只有σ键4.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子,如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是( )A.H2O2分子中的O采取sp2杂化B.CO2分子中碳原子采取sp杂化C.BF3分子中的硼原子采取sp3杂化D.CH3COOH分子中碳原子均采取sp2杂化5.(2019浙江4月选考,18)下列说法不正确的是( )A.纯碱和烧碱熔化时克服的化学键类型相同\nB.加热蒸发氯化钾水溶液的过程中有分子间作用力的破坏C.CO2溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变D.石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏6.(2020山东4月开学摸底考试)工业上制取冰晶石(Na3AlF6)的化学方程式如下:2Al(OH)3+12HF+3Na2CO32Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。下列说法正确的是( )A.Al中Al3+为配体,接受孤电子对B.CO2晶胞为分子密堆积,配位数为12C.C和CO2中碳原子的杂化方式相同D.分子间氢键:HF大于H2O,HF的熔、沸点高7.(2020广东茂名联考)已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物,试根据有关信息完成下列问题:(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。①1mol冰中有 mol氢键。 ②用球棍模型表示的水分子结构是 。 (2)已知H2O2分子的结构如图所示。H2O2分子不是直线形的,两个氢原子犹如在半展开的书的两面上,两个氧原子在书脊位置上,书页夹角为93°52',而两个O—H与O—O的夹角均为96°52'。试回答:①H2O2分子的电子式是 ,结构式是 。 ②H2O2分子是含有 (填“极性”或“非极性”,下同)键和 键的 分子。 ③H2O2难溶于CS2,简要说明理由: 。 ④H2O2中氧元素的化合价是 ,简要说明原因: 。 能力提升8.(双选)关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物,下列说法中正确的是( )A.配体是Cl-和H2O,配位数是6B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+C.内界和外界中Cl-的数目之比是1∶2D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-均被完全沉淀9.(双选)(2020山东新高考质量测评联盟5月联考)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X原子的最外层电子数是其周期序数的3倍,Z是短周期元素中原子半径最大的,0.1mol·L-1W最高价氧化物对应的水化物的水溶液pH<1。下列说法正确的是( )A.电负性大小顺序:Y>X>Z>WB.由于氢键的作用导致气态氢化物的稳定性X>W\nC.ZY的水溶液使红色石蕊试纸显蓝色D.Z分别与其他三种元素组成的二元化合物均含有离子键10.有4个系列同族元素形成的物质,101.3kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示:①He-268.8(a)-249.5Ar-185.8Kr-151.7②F2-187.0Cl2-33.6(b)58.7I2184.0③(c)19.4HCl-84.0HBr-67.0HI-35.3④H2O100.0H2S-60.0(d)-42.0H2Te-1.8根据上表中内容,下列叙述正确的是( )A.系列①的(a)物质中没有离子键,应有共价键和分子间作用力B.系列③中(c)物质的沸点比HCl高是因为(c)中的共价键更牢固C.系列②中(b)物质的元素的原子序数应为35,且该物质常温下为液态D.系列④中H2O的沸点出现反常,是因为分子内有氢键的影响11.(双选)C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,下列有关它们的说法正确的是( )A.碳原子均采取sp2杂化B.C与NH3、H3O+的空间结构均为三角锥形C.C中碳原子采取sp2杂化,所有原子均共面D.C与OH-形成的化合物中含有离子键12.请回答下列问题:(1)维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢,并有保护神经系统的作用,该物质的结构简式如图所示:以下关于维生素B1的说法正确的是 。 a.只含σ键和π键b.既有共价键又有离子键c.该物质的熔点可能高于NaCld.既含有极性键又含有非极性键(2)维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间的作用力有 。 a.离子键、共价键b.离子键、氢键、共价键c.氢键、范德华力d.离子键、氢键、范德华力(3)维生素B1燃烧可生成N2、NH3、CO2、SO2、H2O、HCl等物质,这些物质中属于非极性分子的化合物有 。氨气极易溶于水,其原因\n是 。 (4)液氨常被用作制冷剂,若不断地升高温度,实现“液氨氨气氮气和氢气氮原子和氢原子”的变化,在变化的各阶段被破坏的粒子间的相互作用是:① ;②极性键;③ 。 13.氮、磷、砷是同主族元素,该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用。请回答下列问题:(1)砷原子核外电子排布式为 。 (2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3+与CN-之间的键的类型为 ,该化学键能够形成的原因是 。 (3)已知:物质CH4SiH4NH3PH3沸点/K101.7161.2239.7185.4分解温度/K8737731073713.2分析上表中四种物质的相关数据,请回答:①CH4和SiH4比较,NH3和PH3比较,沸点高低的原因是 。 ②CH4和SiH4比较,NH3和PH3比较,分解温度高低的原因是 。 ③综合上述数据和规律判断,一定压强下HF和HCl的混合气体降温时 先液化。 拓展深化14.(2020山东枣庄调研)(1)请用下列10种物质的序号填空:①O2 ②H2 ③NH4NO3 ④K2O2 ⑤Ba(OH)2⑥CH4 ⑦CO2 ⑧NaF ⑨NH3 ⑩I2其中既有离子键又有非极性键的是 ;既有离子键又有极性键的是 。 (2)X、Y两种主族元素能形成XY2型化合物,已知XY2中共有38个电子,若XY2为常见元素形成的离子化合物,其电子式为 ;若XY2为共价化合物,其结构式为 。 (3)氯化铝的物理性质非常特殊,如氯化铝的熔点为190℃,但在180℃时就开始升华。据此判断,氯化铝是 (填“共价化合物”或“离子化合物”),可以证明你的判断正确的实验依据是 。 (4)现有a~g7种短周期元素,它们在元素周期表中的位置如图所示,请据此回答下列问题:\n①元素的原子间反应最容易形成离子键的是 。 A.c和fB.b和gC.d和gD.b和e②写出a~g7种元素形成的所有原子都满足最外层为8电子稳定结构的任意一种分子的分子式: 。 课时规范练16 晶体结构与性质1.B 稀有气体晶体为分子晶体,不含共价键,A项错误;共价晶体中共价键越强,熔点越高,B项正确;离子晶体中一定含有离子键,可能含有共价键,C项错误;金属阳离子也可以存在于金属晶体中,D项错误。2.D A项,根据金刚石的晶胞结构图可知,最小的环上有6个碳原子,正确;B项,分子晶体熔化时只是状态发生变化,没有化学键的断裂,只破坏分子间作用力,共价晶体的构成微粒是原子,熔化时化学键被破坏,正确;C项,金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,在通电条件下,自由电子的定向移动使得金属晶体能导电,正确;D项,氯化铯晶体的晶胞结构如图所示,由图可知,每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有6个,错误。3.C A、B选项中的熔点高,不是分子晶体的性质,D选项是金属晶体的性质。4.A 金属离子的电荷越多,半径越小,其熔点越高,则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na,A项错误;键长越短,共价键越强,硬度越大,键长C—C<C—Si<Si—Si,则硬度由大到小的顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅,B项正确;一般情况下,晶体熔点的高低顺序为分子晶体<离子晶体<共价晶体,故熔点CO(分子晶体)<KCl(离子晶体)<SiO2(共价晶体),C项正确;电荷相同的离子,离子半径越小,熔点越高,F、Cl、Br、I的离子半径由小到大,则熔点由高到低的顺序为NaF>NaCl>NaBr>NaI,D点正确。5.B 氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等且最近的Na+共12个,每个Na+周围距离相等且最近的Cl-共有6个。6.B A在晶胞内部,晶胞中A的个数为8;B在顶点和面心,所以1个晶胞中B的个数为8×+6×=4,则该晶体的化学式为BA2。7.答案(1)共价 共价键 (2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(4)②④解析(1)A组熔点很高,为共价晶体,是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体,具有①②③④四条共性。(3)HF存在分子间氢键,故其熔点反常。\n(4)D组属于离子晶体,具有②④两条性质。8.AB 根据干冰的晶胞结构可知,晶胞中一个CO2分子的配位数为12,故A正确;该晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距离为apm,即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为apm,则晶胞棱长=apm=a×1cm,晶胞体积=(a×1cm)3,该晶胞中二氧化碳分子个数为8×+6×=4,则晶胞密度=g·cg·c,故B正确,C错误;二氧化碳分子是直线形分子,碳原子价层电子对数是2,根据价层电子对互斥模型判断碳原子杂化轨道类型为sp,故D错误。9.C A项,键长C—C<Si—Si、C—H<Si—H,所以键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,则C2H6的稳定性>Si2H6;B项,金刚石与SiC均属于共价(原子)晶体,具有很高的硬度;C项,C与Si在同一主族,非金属性C>Si,故CH4的还原性弱于SiH4,C项错误;D项,π键是p轨道肩并肩重叠形成的,由于Si的原子半径较大,p轨道重叠程度小,所以硅原子间难以形成双键。10.BC 氧化铝的熔点高,属于离子晶体,A项正确;表中BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶体,B项错误;同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体,如CO2是分子晶体,二氧化硅是共价晶体,C项错误;表中Al2O3与Na2O均是离子晶体,Na与Al位于不同主族,D项正确。11.B 由单链无限长的多聚硅酸根离子的结构图可知,重复结构单元为,表示氧原子,中心黑点表示硅原子,则结构单元中硅原子个数为1,氧原子个数为2+2×=3,所以该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为1∶3。12.答案(1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合型 (4)σ σπ(或大π或p-pπ)(5)8 解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质,故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中,每个碳原子都形成四个共价单键,故碳原子的杂化方式为sp3;石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子,故C60属于分子晶体;石墨层与层之间是范德华力,而同一层中碳原子之间是共价键,故形成的晶体为混合型晶体。(4)在金刚石晶体中,碳原子之间只形成共价单键,全部为σ键;在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。(5)晶胞中顶点微粒数为8×=1,面心微粒数为6×=3,体内微粒数为4,共含有8\n个碳原子;晶胞内含有4个碳原子,则晶胞体对角线长度与4个碳原子直径相同,即a=8r,r=a;1个碳原子的体积为8××π×r3,晶胞体积为a3,则碳原子的空间利用率为。13.答案(1)3d104s24p4 (2)大于 小于 (3)4(4)原子半径N<P<As,键长Ga—N<Ga—P<Ga—As,键能Ga—N>Ga—P>Ga—As,故CaN、GaP、GaAs的熔点逐渐降低(5)①12 ②解析(1)Se是34号元素,在元素周期表中位于第四周期第ⅥA族,核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。(2)根据元素周期律,Ga与As位于同一周期,镓原子序数小于As,故原子半径Ga大于As,同周期从左到右第一电离能变化趋势是增大,故第一电离能Ga小于As。(3)水晶中1个硅原子结合4个氧原子,同时每个氧原子结合2个硅原子,所以水晶是以[SiO4]四面体向空间延伸的立体网状结构,水晶中硅原子的配位数为4。(4)原子半径N<P<As,键长Ga—N<Ga—P<Ga—As,键能Ga—N>Ga—P>Ga—As,故GaN、GaP、GaAs的熔点逐渐降低。(5)①根据GaN的晶胞结构及镓原子采取最密堆积方式可知,镓原子周围距离最近的镓原子数目为12。②六方晶胞中原子的数目往往采用均摊法:位于晶胞顶点的原子为6个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为;位于晶胞面心的原子为2个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为;位于晶胞侧棱的原子为3个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为;位于晶胞体内的原子为1个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为1。GaN晶胞中镓原子个数为12×+2×+3=6,氮原子个数为6×+4=6,所以该晶胞化学式为Ga6N6,质量为g,该六棱柱的底面为正六边形,边长为acm,底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和,根据正三角形面积的计算公式,该底面的面积为6×a2cm2,根据“分割”出的平行六面体(图2)及其体积可知,六棱柱的高为2×acm,所以晶胞\n的体积为3a3cm3,密度为g·cm-3。14.答案(1)(2)K+失去的是全充满的3p6电子,所需能量较高,Ti+失去的是4s1电子,相对较易失去,故I2(Ti)<I2(K)(3)①6 sp3、sp2 ②bd(4)三者均为分子晶体,组成与结构相似,随着相对分子质量增大,分子间作用力增大,熔、沸点升高(5)TiO2+ 正四面体 (6)×1010解析(1)基态钛原子有4个价电子,根据构造原理,4s能级能量较低,电子先填满4s能级,再填入3d能级;根据泡利原理和洪特规则,2个电子先填入4s能级的1个轨道,自旋相反,3d能级有5个轨道,剩余2个电子应先占据不同的轨道,且自旋平行,故答案为。(2)基态Ti+的电子排布为[Ar]3d24s1,再失去1个电子,4s轨道将变为全空状态,趋势较大,所需能量I2(Ti)较低;基态K+的电子排布为[Ne]3s23p6,再失去1个电子,将破坏3p6的全充满状态,所需能量I2(K)较高。(3)①由配合物的结构可知,Ti的配位数为6,甲基碳的杂化轨道类型为sp3,双键碳的杂化轨道类型为sp2。②该配合物中存在配位键和共价键,故选bd。(4)TiCl4、TiBr4、TiI4的熔、沸点逐渐升高,原因是它们均为分子晶体,组成和结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。(5)可用均摊法确定硫酸氧钛晶体中阳离子的化学式,每个钛原子连接2个氧原子,每个氧原子只有一半属于它,所以钛原子与氧原子的个数比=1∶(×2)=1∶1,则阳离子的化学式为TiO2+;硫酸氧钛的阴离子为S,中心原子S的价层电子对数为4+×(8-4×2)=4,VSEPR模型为正四面体,没有孤电子对,所以S的空间结构为正四面体。(6)根据TiN的晶胞结构可知,一个TiN晶胞中,钛原子数和氮原子数均为4,m(晶胞)=m(Ti)+m(N)=×48g·mol-1+×14g·mol-1=g,V(晶胞)=cm3,晶胞的棱长=cm=×1010pm,晶胞中钛原子与氮原子的最近距离=晶胞的棱长××1010pm××1010\npm。
