2022版高考化学一轮复习第9章物质结构与性质第3节晶体结构与性质训练含解析

第3节 晶体结构与性质

[A组·基础练习]

1．下表所列有关晶体的说法中，有错误的是(　　)

【答案】C

2．萤石(CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2一定是离子晶体的(　　)

A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱

B．CaF2的熔点较高，硬度较大

C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电

D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小

【答案】C

3．据报道，带结晶水的晶体在5K下呈现超导性，该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构。下列用粗线画出的CoO2层状结构晶胞示意图(小球表示Co原子、大球表示O原子)不正确的是(　　)

A B

C　 D

【答案】D

【解析】在此平面结构中，截取的每一个小正方形的顶点上的原子都被四个小正方形共用，在边上的原子都为两个小正方形共用。A中n(Co)∶n(O)＝1∶＝1∶2，B中n(Co)∶n(O)＝∶4＝1∶2，C中n(Co)∶n(O)＝∶＝1∶2，D中n(Co)∶n(O)＝1∶＝1∶1。

4．锰单质及其化合物应用十分广泛。回答下列问题：

(1)Mn位于元素周期表中第四周期________族，基态Mn原子核外未成对电子有________个。

(2)MnCl2可与NH3反应生成[Mn(NH3)6]Cl2，新生成的化学键为______键。NH3分子的空间构型为____________，其中N原子的杂化轨道类型为__。

(3)金属锰有多种晶型，其中δ－Mn的结构为体心立方堆积，晶胞参数为a pm。δ－Mn中锰的原子半径为____________pm。已知阿伏加德罗常数的值为NA，δ－Mn的理论密度ρ＝__________________g·cm－3。(列出计算式)

(4)已知锰的某种氧化物的晶胞如图所示，其中锰离子的化合价为________，其配位数为________。

【答案】(1)ⅦB　5　(2)配位　三角锥形　sp3杂化

(3)a　　(4)＋2　6

5．碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

(1)基态碳原子核外电子有________种空间运动状态，其价电子轨道表示式为_____________。

(2)光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子空间构型为______________________，其碳原子杂化轨道类型为________杂化。

(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如下表所示：

试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？

__________________________________________________________________________________________________________________。

(4)碳的一种同素异形体——C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8，结构是立方体：)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如下图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中。则该复合型分子晶体的组合用二者的分子式可表示为________________。

(5)碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如上图所示，则石墨晶胞含碳原子个数为________个。已知石墨的密度为ρ g·cm－3，C—C键键长为r cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则石墨晶体的层间距为________cm(用含ρ、NA、r的式子表示)。

(6)金刚石和石墨的物理性质差异很大，其中熔点较高的是________，试从结构分析：________________；硬度大的是________，试从结构分析：___________________。

【答案】(1)6　　(2)平面三角形　sp2　

(3)碳酸盐分解过程实际是晶体中阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解

(4)C8H8·C60　(5)4　

(6)石墨　石墨为混合型晶体，金刚石为原子晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高　金刚石　石墨硬度取决于分子间作用力，而金刚石硬度取决于碳碳共价键

【解析】(1)碳原子核外有6个电子，因此有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，价电子轨道表示式为。(2)光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化。(4)晶胞中C60数目为8×＋6×＝4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则该复合型分子晶体的组成可表示为C8H8·C60。(5)根据石墨的晶胞结构，设晶胞的底面边长为a cm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h＝2d，底面图为，则＝r×sin 60°，可得a＝r，则底面面积为(r)2×sin 60° cm2，晶胞中C原子数目为1＋2×＋8×＋4×＝4，晶胞质量为 g，则ρ＝＝，整理可得d＝。

[B组·提高练习]

6．门捷列夫为好几种当时尚未发现的元素(如“类铝”“类硅”和“类硼”)留下了空位。而法国科学家在1875年研究闪锌矿(ZnS)时发现的“镓”，正是门捷列夫预言的“类铝”，性质也是和预言中惊人的相似。

回答下列问题：

(1)①写出镓的基态原子的电子排布式：_________________。

门捷列夫预言的“类硼”就是现在的钪，“类硅”就是现在的锗。这三种元素原子的中，未成对电子数最多的是________(填元素符号)。

②下对说法最有可能正确的是________(填字母)。

A．类铝在1 000 ℃时蒸气压很高

B．类铝的氧化物不能溶于强碱溶液

C．类铝不能与沸水反应

D．类铝能生成类似明矾的矾类

(2)氯化镓的熔点为77.9 ℃，其中镓的杂化方式与下列微粒的中心原子的杂化方式相同且氯化镓的空间构型也与其微粒的空间构型相同的是________(填字母)。

A．PCl3 　　 B．SO3　　

C．CH　　 D．NO

(3)镓多伴生在铝土矿、二硫镓铜矿等矿中。

①Cu(OH)2可溶于氨水形成一种配合物。在该配合物中，配离子的结构可用示意图表示为_____________________(用“→”表示出配位键)。

②锌的第一电离能(I1)大于铜的第一电离能，而锌的第二电离能(I2)却小于铜的第二电离能的主要原因是_____________________。

(4)砷化镓也是半导体材料，其结构与硫化锌类似，其晶胞结构如下图所示。

①原子坐标参数是晶胞的基本要素之一，表示晶胞内部各原子的相对位置。图中A(0, 0, 0)、B、C，则此晶胞中，距A最远的黑球的坐标参数为______________。

②若砷和镓的原子半径分别为a cm 和b cm，砷化镓的摩尔质量为M g/mol，密度是ρ g·cm－3(列出计算表达式)，晶胞中原子体积占空间体积百分率(即原子体积的空间占有率)为w，则阿伏加德罗常数的值为____________mol－1。

【答案】(1)①1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)　Ge　②D

(2)BD　(3)①

②锌失去1个电子后Zn＋形成的价电子排布为3d104s1，铜失去1个电子后形成的Cu＋的价电子排布为3d10，故锌的第一电离能(I1)大于铜的第一电离能，而锌的第二电离能(I2 )却小于铜的第二电离能

(4)①　②

【解析】(1)①镓、钪、锗基态原子的价电子排布式分别为4s24p1、3d14s2、4s24p2，这三种元素的原子中，未成对电子数最多的是锗。②类铝位于元素周期表第四周期第ⅢA族，与铝元素相邻且位于铝元素的下一周期，根据元素性质的相似性和递变性分析，镓的金属性比铝强，所以最有可能正确的是能生成类似明矾的矾类。(2)根据VSEPR理论，氯化镓的中心原子杂化方式为sp2，空间构型为平面三角形，键角为120°，与其相同的是SO3和NO，故B、D正确。(4)①设距离A球最远的黑球为D点，D与A的连线位置在晶胞体对角线上，过面心B及上底面面心且平行于侧面的平面将晶胞2等分，同理，过D点且平行于侧面的平面将半个晶胞2等分，可知D点的坐标参数为。根据均摊法计算，晶胞中原子所占的体积V1＝4cm3，晶胞的体积V2＝cm3，GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率w＝，代入即可求出阿伏加德罗常数NA＝ mol－1。

7．(1)若NiO晶胞中(图1)离子坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,0)，则C离子坐标参数为____________。一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(图2)，已知O2－的半径为a m，每平方米面积上分散的该晶体的质量为__________g。(用a、NA表示)

图1　　　　　　　　　　　　　图2

(2)Sn的一种同素异形体——灰锡的晶体结构类似金刚石，立方晶胞结构如图3所示，则锡的配位数是______。假设锡原子(如图3中A、B两原子)在体对角线上外切，晶胞参数为a，计算灰锡的空间利用率约为________。(百分数表示，取两位有效数字)

(3)已知：A、B、C三种短周期元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，B元素3p能级半充满；C是所在周期电负性最大的元素。由A、C两元素形成的化合物组成的晶体中，阴、阳离子都具有球型对称结构，它们都可以看作刚性圆球，并彼此“相切”。图4所示为A、C形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的剖面图：晶胞中距离一个A＋最近的C－有______个，这些C－围成的图形是__________，若晶体密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值用NA表示，则A＋的离子半径为______________cm(用含NA与ρ的式子表达)。

图3 图4

【答案】(1)(1，，)　

(2)4　34%

(3)6　正八面体　·

【解析】(1)根据单分子层结构，先取出基本结构单元，平面NiO的基本结构单元为，面积为2a×2a×sin60°＝2a2，则每平方米含有的NiO质量为。