苏教版（2019）高考一轮复习考点规范练33　晶体结构与性质

考点规范练33　晶体结构与性质

非选择题

1.(2020山东)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:

(1)Sn为ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为　　　　　,其固体的晶体类型为　　　　　　。 

(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为　　　　　　　　(填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为　　　　　　　,键角由大到小的顺序为　　　　　　　。 

(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如下图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有　　　 mol,该螯合物中N的杂化方式有　　　种。 

(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如下图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。

一个晶胞中有　　　　个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn　　　　　　　　　　(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有　　　　个。 

2.(2021全国甲)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢,再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题:

(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为　　　　　　　　　　　;单晶硅的晶体类型为　　　　　　　　　　　。SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为　　　　　　　　　　　。SiCl4可发生水解反应,机理如下: 

含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2　②sp3d　③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为　　　　　　　(填标号)。 

(2)CO2分子中存在　　　　　　个σ键和　　　　　　　个π键。 

(3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂,其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是　　　　,晶胞参数为a pm、a pm、c pm,该晶体密度为　　　　 g·cm-3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZrO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,则y=　　　　　　　　　　　　　　(用x表达)。 

3.(2021青海西宁高三二模)磷及其化合物在工农业生产中都有重要作用。

(1)磷原子核外电子排布式为　　　　　　　　。 

(2)羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]是牙齿中的重要矿物质,其中羟基(—OH)中氧原子的杂化方式为　　　　　　　　,P的空间构型为　　　　　　　　,该化合物中所含元素电负性最大的是　　　　　　　。 

(3)磷化硼为立方晶系晶体,该晶胞中原子的分数坐标为:

B:(0,0,0);(,0);(,0,);(0,)……

P:();();();()……

①请在图中画出磷化硼晶胞的俯视图。

②与每个磷原子紧邻的硼原子有　　　　　个,与每个硼原子紧邻的硼原子有　　　　　个。 

(4)磷钇矿可提取稀土元素钇(Y),某磷钇矿的结构如图所示。该磷钇矿的化学式为　　　　　　　　,与P互为等电子体的阴离子有　　　　　　　(写出一种离子符号)。已知晶胞参数a=0.69 nm,c=0.60 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该磷钇矿的密度为　　　　　　 g·cm-3(列出计算式)。 

4.(2021全国乙,节选)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题:

(1)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是　　　　,中心离子的配位数为　　　　。 

(2)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。

PH3中P的杂化类型是　　　　。NH3的沸点比PH3的　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。H2O的键角小于NH3的,分析原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是　　　　原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为　　　　　　　　　%(列出计算表达式)。 

5.据科技日报网报道,南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化作用,首次实现了丙烯醇高效、绿色合成。丙烯醇及其化合物可合成甘油、医药、农药、香料等物质,并且在合成维生素E和天然抗癌药物紫杉醇中都含有关键的丙烯醇结构。丙烯醇的结构简式为CH2CH—CH2OH。请回答下列问题。

(1)基态镍原子的电子排布式为　　　　　　　　　　。 

(2)1 mol CH2CH—CH2OH中σ键和π键的个数比为　　　　,丙烯醇分子中碳原子的杂化轨道类型为　　　　。 

(3)丙醛(CH3CH2CHO)的沸点为49 ℃,丙烯醇(CH2CHCH2OH)的沸点为91 ℃,两者相对分子质量相等,沸点相差较大的主要原因是　　　　　　　　　　　　　。 

(4)羰基镍[Ni(CO)4]可用于制备高纯度镍粉,它的熔点为-25 ℃,沸点为43 ℃。羰基镍晶体类型是　　　　　　　。 

(5)Ni2+能形成多种配离子,如

[Ni(NH3)6]2+、[Ni(SCN)3]-和

[Ni(CN)2]2-等。[Ni(NH3)6]2+中心原子的配位数是　　　　,与SCN-互为等电子体的分子为　　　　。 

(6)“NiO”晶胞如图所示。

①氧化镍晶胞中原子坐标参数:A(0,0,0)、B(1,1,0),则C原子坐标参数为　　　　　　　。 

②已知:氧化镍晶胞密度为d g·cm-3,NA代表阿伏加德罗常数的值,则Ni2+半径为　　　　　 nm(用代数式表示)。 

考点规范练33　晶体结构与性质

1.答案 (1)正四面体形　分子晶体

(2)NH3>AsH3>PH3　AsH3>PH3>NH3

NH3>PH3>AsH3

(3)6　1

(4)4　(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)　4

解析 本题以高迁移率的新型热电材料为素材,考查晶体结构、分子结构,具有一定的挑战性。

(1)Sn为ⅣA族元素,SnCl4的结构式为,空间构型应为正四面体形。常温常压下为液体,熔点较低,属于分子晶体。

(2)NH3分子间存在氢键,相对分子质量AsH3>PH3,故沸点:NH3>AsH3>PH3。N、P、As同主族,从上到下,原子半径依次增大,非金属性依次减弱,则NH3、PH3、AsH3的还原性依次增强,键角依次减小。

(3)根据配位键形成的条件:一方提供空轨道(图中Cd2+),一方提供孤电子对。由题图可知,1 mol该配合物中通过螯合作用形成6 mol配位键。分子中氮原子均采取sp2杂化。

(4)根据表中坐标Cd(0,0,0),又因为四方晶系的化学式为CdSnAs2,故Cd与Sn原子个数之比为1∶1,一个晶胞中Cd原子的个数为×8+×4+1=4,一个晶胞中Sn原子也是4个,Sn应为晶胞中的小白球。距离Cd(0,0,0)最近的Sn为底面和侧面的Sn,其坐标分别为(0.5,0.5,0),(0.5,0,0.25)。

2.答案 (1)3s23p2　原子晶体　sp3　②

(2)2　2

(3)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多

(4)8　　2-x

解析 (1)基态Si原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,因此Si原子的外围电子排布式为3s23p2;晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合,整块晶体是一个三维的共价键网状结构,因此晶体硅为原子晶体;SiCl4中Si原子价电子对数为=4,因此Si原子采取sp3杂化;由图可知,SiCl4(H2O)中Si原子的共价键数为5,说明Si原子的杂化轨道数为5,由此可知Si原子的杂化类型为sp3d;

(2)CO2的结构式为OCO,1个双键中含有1个σ键和1个π键,因此1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键;

(3)甲醇分子间和水分子间都存在氢键,因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇,甲醇分子间氢键的总强度低于水分子间氢键的总强度,因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间;

(4)以晶胞中右侧面心的Zr4+为例,同一晶胞中与Zr4+连接最近且等距的O2-数为4,同理可知右侧晶胞中有4个O2-与Zr4+相连,因此Zr4+离子在晶胞中的配位数是4+4=8;1个晶胞中含有4个ZrO2微粒,1个晶胞的质量m=,1个晶胞的体积为(a×10-10 cm)×(a×10-10 cm)×(c×10-10 cm)=a2c×10-30 cm3,因此该晶体密度ρ= g·cm-3;在ZrO2中掺杂少量ZrO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,其中Zn元素为+2价,Zr元素为+4价,O元素为-2价,根据化合物中各元素化合价之和为0可知2x+4×(1-x)=2y,解得y=2-x。

3.答案 (1)1s22s22p63s23p3

(2)sp3　正四面体形　O

(3)①　②4　12

(4)YPO4　S或Cl、Br、I、Si等　

解析 (1)磷是15号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3;

(2)羟基(—OH)中氧原子价电子对数是4,根据价层电子对互斥模型判断O原子的杂化方式为sp3;P中P原子价电子对数==4且不含孤电子对,根据价电子对数判断该微粒空间构型为正四面体;元素的非金属性越强,其电负性越大,非金属性最强的是O元素,则电负性最大的是O元素;

(3)①由各原子坐标可知,晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置,而P原子处于晶胞内部,处于B原子形成的正四面体体心位置,投影时顶点原子形成正方形的顶点,左、右侧面及前、后面的面心原子投影处于正方形棱的中心,而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心,P原子投影处于正方形内部且处于正方形对角线上(P原子投影、上下底面面心B原子投影将对角线4等分),故磷化硼晶胞的俯视图为:;②P原子周围连接4个B原子,与每个磷原子紧邻的硼原子有4个;以顶点B原子研究,与之紧邻的硼原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,与每个硼原子紧邻的硼原子有3×8×=12个;

(4)晶胞中含Y的个数是8×+4×+1=4,含磷酸根的个数是6×+4×=4,该磷钇矿的化学式为YPO4,原子数和价电子数分别都相等的互为等电子体,与P互为等电子体的阴离子有S或Cl、Br、I、Si等。已知晶胞参数a=0.69 nm,c=0.60 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该磷钇矿的密度为ρ= g·cm-3。

4.答案 (1)N、O、Cl　6

(2)sp3　高　NH3分子间存在氢键　NH3分子中氮原子上有一对孤电子对,H2O分子中氧原子上有两对孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力

(3)Al　

解析 (1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中,Cr3+是中心离子,NH3、H2O、Cl-是配体,提供孤电子对的原子是N、O、Cl,中心离子的配位数是3+2+1=6。

(2)根据PH3分子的空间结构及相应键角可知,PH3中P的杂化类型是sp3。由于N的电负性较大,NH3分子间可以形成氢键,故NH3的沸点比PH3的沸点高。由于H2O分子中氧原子上有两对孤电子对,NH3分子中氮原子上只有一对孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,所以NH3分子中N—H键角大于H2O分子中O—H键角。

(3)根据均摊法,体心四方晶胞中的白球的数目为8×+2=4,黑球的数目为8×+1=2,结合颗粒化学式AlCr2可知,处于顶角位置的黑球代表的是Al原子。晶胞中Al原子和Cr原子的体积之和为2×+4×π(+2),晶胞体积为a2c,则晶胞中金属原子空间占有率为×100%。

5.答案 (1)[Ar]3d84s2

(2)9∶1　sp2、sp3

(3)丙烯醇分子间存在氢键

(4)分子晶体

(5)6　N2O(或CO2、BeCl2等)

(6)①(,1,1)　②×107

解析 (1)Ni是28号元素,根据核外电子的排布规律可写出基态镍原子的核外电子排布式为

1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。

(2)单键为σ键,双键含有1个σ键和1个π键,

CH2CH—CH2OH分子含有9个σ键和1个π键,故1 mol CH2CH—CH2OH中σ键和π键的个数比为9∶1;分子中饱和碳原子采用sp3杂化,含碳碳双键的不饱和碳原子采用sp2杂化,故碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3。

(3)丙烯醇分子中含有羟基,分子之间可以形成氢键,使得它的沸点比丙醛的高很多。

(4)羰基镍的熔点、沸点都很低,说明微粒间的作用力很小,该晶体属于分子晶体。

(5)[Ni(NH3)6]2+的中心原子为Ni2+,配位体为NH3,则[Ni(NH3)6]2+中心原子的配位数是6;与SCN-互为等电子体的分子有N2O、CO2、BeCl2等。

(6)①氧化镍晶胞中原子坐标参数:A(0,0,0)、B(1,1,0),则C原子的x轴为,y轴与z轴都是1,所以C原子的坐标为(,1,1);

②设晶胞参数为a nm,根据氧化镍晶胞图可知,1个晶胞中含有4个NiO,面对角线上的3个O2-相切,d= g·cm-3,a=×107 nm,设O2-半径为r nm,Ni2+半径为x nm,由晶胞截面图可得,4r=a,2r+2x=a,则x=×107 nm。