全国通用版2022版高考化学一轮复习第12章物质结构与性质3晶体结构与性质课时作业含解析

这是一份全国通用版2022版高考化学一轮复习第12章物质结构与性质3晶体结构与性质课时作业含解析，共14页。试卷主要包含了金属钛号称航空材料，4　B，00 g·L-1×53等内容，欢迎下载使用。
晶体结构与性质
(45分钟　100分)
非选择题(本题包括7小题,共100分)
1.(16分)金属钛(22Ti)号称航空材料。回答下列问题:
(1)钛元素基态原子未成对电子数为__________个,能量最高的电子占据的能级符号为______________, 
该能级所在能层具有的原子轨道数为____________。 
(2)[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键有_______________________。 
a.σ键　　　　　　　　 b.π键
c.离子键 d.配位键
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如图所示。

化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为__________,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为__________。 
(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至1 000～1 100 K,进行氯化处理,生成TiCl4。写出生成TiCl4的化学反应方程式:________________________________。 
(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为__________,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为__________。已知晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长为__________cm(用含ρ、NA的式子表示)。 

【解析】(1)钛元素价电子排布式为3d24s2,基态原子价电子排布图为,可见钛元素基态原子未成对电子数为2个,能量最高的电子占据的能级符号为3d,该能级所在能层为M能层,有3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为1、3、5,具有的原子轨道数为9。
(2)OH-和H2O中H和O都是以σ键结合在一起,Ti4+提供空轨道,H2O和OH-提供孤电子对,形成配位键,即[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键只有σ键和配位键。
(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅤA族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是CA,三种元素原子序数增大,因此推出:A为C,B为N,C为O,D为P,(1)根据上述分析,E为锌,锌元素位于副族,锌原子的价电子包括最外层和次外层d能级,即3d104s2;(2)氢化物分别是NH3、PH3,两种氢化物都属于分子晶体,NH3中存在分子间氢键,PH3无分子间氢键,因此沸点:NH3>PH3;(3)根据表格可知,氢化物分别是CH3—CH3、
H2N—NH2、HO—OH,乙烷中C有4个σ键,无孤电子对,杂化类型为sp3,肼中N有3个σ键,1个孤电子对,杂化类型为sp3,H2O2中O有2个σ键,2个孤电子对,杂化类型为sp3,三者只有一种杂化类型,乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小;(4)阳离子的立体构型为正四面体,说明P有4个σ键,无孤电子对,阳离子为PC,因此PCl5电离方程式为2PCl5PC+PC,PC中P有6个σ键,孤电子对数为=0,价层电子对数为=6,空间构型为正八面体;(5)锌原子位于顶点和面心,属于晶胞的个数为8×+6×=4,氧原子位于晶胞内,共有4个,即此化合物为ZnO,晶胞的质量为 g,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,根据密度的定义,即密度为。
答案:(1)锌　3d104s2
(2)NH3>PH3　均为分子晶体,NH3分子间存在氢键
(3)1　乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小
(4)2PCl5PC+PC　正八面体
(5)ZnO　
【加固训练】
　前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。
回答下列问题:
(1)D2+的价层电子排布图为____________。 
(2)四种元素中第一电离能最小的是________,电负性最大的是________(填元素符号)。 
(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为____________;D的配位数为____________; 
②列式计算该晶体的密度________g·cm-3。 
(4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有________;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为__________________,配位体是________。 
【解析】(1)本题考查电子排布图的书写,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个电子,A和B位于第ⅠA族,或第ⅢA族元素或ⅦA族元素,A-和B+的电子数相差为8,推出A为F,B为K,与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2,则C为Fe,D为Ni,D2+为Ni2+,其价层电子排布图为;(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是K,电负性最大,说明非金属性最强,即F的电负性最强;(3)考查晶胞、配位键等,①根据晶胞的结构,F位于棱上、晶胞内部和面上,因此F的个数为16×+4×+2=8,K位于棱上和内部,个数为8×+2=4,Ni位于顶点和内部,个数为8×+1=2,因此化学式为K2NiF4;由图可知Ni的配位数为6;
②晶胞的质量为1×(39×4+59×2+19×8)/NA g,晶胞的体积为400×400×1 308×10-30 cm3,因此晶胞的密度为=3.4 g·cm-3;(4)组成的化学式为K3FeF6,此化合物属于配合物,K+和Fe之间是离子键,Fe和F之间为配位键;该离子是[FeF6]3-,配体为F-。
答案:(1) 　(2)K　F
(3)①K2NiF4　6
②=3.4
(4)离子键、配位键　[FeF6]3-　F-
7.(15分)(能力挑战题)我们利用物质的结构与性质对周期表进行研究,有助于我们更好地掌握同类知识。
(1)基态砷原子中,价电子占用__________个原子轨道;雌黄分子式为As2S3,分子结构如图,则砷原子的杂化方式为__________。 

(2)N2与CO互为等电子体,则1 mol CO分子中含有的π键数目是__________个。 
(3)向CuSO4溶液中加入少量氨水生成蓝色沉淀,继续加入过量氨水沉淀溶解,得到深蓝色透明溶液,最后向该溶液中加入一定量乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体;该晶体所含的非金属元素中,N、O、S第一电离能由大到小的顺序是__________(填元素符号),S的空间构型为__________,晶体中含有的化学键有__________________。 
加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的原因是 __________________。 
(4)常温下PCl5是一种白色晶体,其立方晶系晶体结构模型如下左图所示,由A、B两种微粒构成。 将其加热至148 ℃熔化,形成一种能导电的熔体。已知A微粒与CCl4具有相同的空间构型和相似的化学键特征,则A为__________, B为__________。 

(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,上右图为其立方晶胞。已知晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为x cm,磷化硼的摩尔质量为b g·mol-1,阿伏加德罗常数为NA,则磷化硼晶体密度的表达式为__________g·cm-3。(列出计算式即可) 
【解析】(1)基态砷原子中,价电子排布式为4s24p3,根据洪特规则,4p轨道的3个电子要分占不同的轨道并且自旋状态相同,所以其价电子共占用4个原子轨道;由雌黄分子结构示意图可知,每个砷原子与3个硫原子形成3个σ键,由于其价电子数是5个,所以该分子中砷原子有1个孤电子对,根据价层电子对互斥理论,中心原子的价电子对数为4,所以中心原子的杂化方式为sp3杂化。
(2)N2与CO互为等电子体,氮气分子中有三键,三键中有1个σ键、2个π键,等电子体之间结构相似,所以CO分子中也有2个π键,则1 mol CO分子中含有的π键数目是2NA(或2×6.02×1023)个。
(3)一般非金属性越强的元素的第一电离能也越大,但是每个周期的ⅡA族(s轨道全满)和ⅤA族(p轨道半充满)元素因其原子结构的特殊性,其第一电离能高于相邻元素,所以N、O、S第一电离能由大到小的顺序是N>O>S。S的中心原子价电子对数n==4,中心原子形成了4个σ键,所以其空间构型为正四面体。
[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体是一种配合物,其内界中心原子铜离子和配体氨分子之间形成配位键,氨分子内有极性键,外界硫酸根与内界之间形成离子键。加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的原因是乙醇分子极性比水分子极性弱,加入乙醇降低溶剂的极性,从而减小溶质的溶解度。
(4)A微粒与CCl4具有相同的空间构型和相似的化学键特征,所以A与四氯化碳是等电子体,则A为PC,由质量守恒和电荷守恒可知B为PC。
(5)该晶胞中含有4个硼原子和4个磷原子。如果把晶胞分成8个相同的小立方,则硼原子恰好可以位于其中4个小立方的体心,设晶胞的边长为2a,晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为x cm,则x cm=a,所以a=x,1 mol该晶胞的体积为NA(2a)3=NA( cm)3,磷化硼的摩尔质量为b g·mol-1,则1 mol该晶胞中含BP 4 mol,其质量为4b g,所以磷化硼晶体密度的表达式为 g·cm-3。
答案:(1)4　sp3杂化
(2)2NA(或2×6.02×1023)
(3)N>O>S　正四面体　离子键、极性共价键和配位键
乙醇分子极性比水分子极性弱,加入乙醇降低溶剂的极性,从而减小溶质的溶解度
(4)PC　PC　(5)