还剩52页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
课件 高考化学一轮复习第六单元 物质结构 元素周期律 第二十五讲 晶体结构与性质 配合物与超分子
展开
这是一份课件 高考化学一轮复习第六单元 物质结构 元素周期律 第二十五讲 晶体结构与性质 配合物与超分子，共60页。PPT课件主要包含了夯实必备知识，物质的聚集状态，阳离子，晶体与非晶体，1二者比较，周期性有序，不固定，各向异性，各向同性，熔融态等内容，欢迎下载使用。
第25讲 晶体结构与性质 配合物 与超分子
考点一 物质的聚集状态与晶体的常识考点二 晶体类型和性质考点三 典型晶体结构分析考点四 配合物与超分子经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点一 物质的聚集状态与晶体的常识
(1)物质三态间的相互转化
(2)等离子体和离子液体①等离子体是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 ②离子液体是熔点不高的仅由 组成的液体物质。
[微点拨] ①物理性质的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质,称之为晶体的各向异性。例如,在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,石蜡在不同方向熔化的快慢不同,这是由于水晶导热性的各向异性造成的。 ②可以用测熔点和X射线衍射实验的方法区分晶体和非晶体,X射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。
(2)获得晶体的三条途径
(1)概念晶胞是描述晶体结构的 ,是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。 (2)晶胞的特点
(1)测定晶体结构最常用的仪器是 。 (2)晶体结构的测定原理在晶体的X射线衍射实验中,当单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生 或者明锐的 。 (3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞 和 、分子或原子在微观空间有序排列呈现的 类型、原子在晶胞里的 和 等, 以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里是否呈现周期性有序排列( )(2)二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同( )(3)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
[解析] (3)晶胞也可以是其他形状。
(4)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )(5)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体( )(6)冰晶体中,分子之间存在两种相互作用力( )
[解析] (4)晶体存在自范性。
2.水的状态除了气、液和固态外,还有玻璃态,它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述中正确的是( )A.玻璃态水和固态冰都是晶体B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀C.玻璃态是水的一种特殊状态D.玻璃态水属于液晶,是介于液态和晶态之间的物质状态
[解析] 玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,故玻璃态水不是晶体,不能在其X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰;因玻璃态水的密度与普通液态水相同,故水由液态变为玻璃态时体积不变;玻璃态水不属于液晶,是水的一种特殊存在状态。
题组一 物质的聚集状态
1.下列关于物质的聚集状态的叙述,不正确的是( )A.固态物质由离子构成,气态和液态物质都由分子构成B.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体C.等离子体具有良好的导电性和流动性,与其含有带电且能自由移动的粒子有关D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,表现出类似晶体的各向异性
[解析] 固态物质可能由离子构成(如NaCl),也可能由分子构成(如干冰);气态和液态物质不一定由分子构成,如等离子体,A错误。
2.下列关于聚集状态的叙述错误的是( )A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序体系的存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
[解析] 物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有晶态、非晶态、液晶等聚集状态,A错误;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确;
据物质固态时微粒间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确;对液态物质而言,分子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。
【规律小结】 (1)等离子体常被称为“超气态”,是一种电离的气体,是物质的一种奇特的聚集状态,又被称为物质的第四态或等离子态。(2)液晶在一定范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。是因为其内部分子沿分子长轴方向取向一致,但无位置序。
题组二 晶体与非晶体的区别
3.下列关于晶体和非晶体的说法不正确的是( )A.破损的胆矾晶体能在饱和CuSO4溶液中自动变成规则的多面体形B.晶体某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性C.实验室中可利用导电性区别晶体和玻璃体D.固体SiO2可能是晶体,也可能是非晶体
[解析] 晶体除了金属外,一般都不导电,玻璃体是一种无规则结构的非晶态固体,不导电,故不能利用导电性区分晶体和玻璃体,C错误;固体SiO2可能是晶体(如水晶),也可能是非晶体(如石英玻璃),D正确。
4.准晶体里的原子排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如图所示)。下列说法中正确的是( )A.与类似普通晶体相比,准晶体延展性较强B.普通玻璃属于晶体,其成分中存在共价键C.与类似普通晶体相比,准晶体密度较小D.准晶体和晶体是固体物质的同一种存在形态,具有相同的性质
[解析] 准晶体不具备普通晶体的长程平移对称性,延展性较差,原子间有间隙,密度较小,A、D错误,C正确;普通玻璃属于非晶体,其主要成分为硅酸盐,Si与O原子间形成共价键,B错误。
【规律小结】 关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形,如肉眼看不到晶体外形的固体粉末。
题组三 晶胞中微粒数目的计算
5.[2024·天津东丽区质检] 钴的一种化合物的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是( )A.钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅡB族B.每个晶胞中占有1个C2+和1个O2-C.晶体中与C2+距离最近的Ti4+有4个D.该化合物的化学式为CTiO3
[解析] 钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅣB族,A错误;由图可知,与C2+距离最近的Ti4+有8个,C错误;
6.(1)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
(2)碳的一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图所示,K位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为 。
(3)锂钴复合氧化物是目前商品化锂离子电池的常用正极材料,其理想结构如图所示。其化学式为 。
(2)方法①平行六面体(正方体或长方体)晶胞不同位置的粒子对晶胞的贡献
②六方晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
考点二 晶体类型和性质
1. 几种常见晶体类型及性质对比
[微点拨] ①高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 ②金属键的形成:晶体中金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而将所有的金属原子维系在一起;金属键无饱和性、方向性。
纯粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体。四类晶体都有过渡型。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
石墨晶体是一种混合型晶体。(1)石墨不同于金刚石,它的碳原子呈 杂化,形成 结构。 (2)石墨晶体是 结构的,层间没有化学键相连,是靠 维系的。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)分子晶体中分子之间存在范德华力,分子内部都存在共价键( )(2)分子晶体中,共价键的键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高( )(3)SiO2、金刚石、硅、MgO熔点都很高,均属于共价晶体( )(4)有金属阳离子的晶体都是离子晶体( )(5)金属晶体大都具有较好的导电性、导热性和延展性,与金属键有关( )
2.现有下列物质:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。 (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。 (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。 (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。
NaOH、(NH4)2S
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。 (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。 (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。 (8)其中含有极性共价键的共价晶体是 。 (9)不含共价键的分子晶体是 ,只含非极性共价键的共价晶体是 。
CO2、CCl4、C2H2
题组一 常见晶体类型判断
1.下列各组物质的晶体类型相同的是( )A.SiO2和SO3B.I2和NaClC.Cu和AgD.SiC和MgO
[解析] SiO2为共价晶体,SO3为分子晶体,A错误;I2为分子晶体,NaCl为离子晶体,B错误; Cu和Ag都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC为共价晶体,MgO为离子晶体,D错误。
2.现有四组物质及熔点数据:回答下列问题:(1)Ⅰ组属于 晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是 。
[解析] (1)Ⅰ组物质的熔点很高,属于共价晶体,是由原子通过共价键形成的。
(2)Ⅱ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)Ⅲ组中HF的熔点反常,其原因是 。 (4)Ⅳ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
[解析] (2)Ⅱ组都是碱金属,属于金属晶体,具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。(4)Ⅳ组物质都是碱金属形成的盐,属于离子晶体,具有②④两条性质。
HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多
【方法技巧】 晶体类型的判断方法(1)主要根据各类晶体的特征性质判断。熔、沸点低的物质一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物一般为离子晶体;熔、沸点很高,通常不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。
(2)根据物质的类别判断。活泼金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)、气态氢化物、大多数非金属氧化物、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体中,单质有金刚石、晶体硅、晶体硼、锗(Ge)和灰锡(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多数金属单质与合金是金属晶体。
题组二 晶体熔沸点的比较
3.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法错误的是( )A.SiCl4是分子晶体B.晶体硼是共价晶体C.AlCl3是分子晶体,加热能升华D.金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能弱
[解析] SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都是分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,故AlCl3加热能升华,A、C正确;晶体硼的熔、沸点高,是共价晶体,B正确;由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知:金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能强,D错误。
4.[2023·河北邯郸六校联考] 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题:(1)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为 ,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有 ,碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次 (填“增大”或“减小”),其原因是 。 (3)SiO2的熔点比CO2的高,其原因是 。
三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高
SiO2为共价晶体,而CO2为分子晶体
(4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是 。
四卤化硅均为分子晶体,F、Cl、Br、I的相对原子质量逐渐增大,四卤化硅的相对分子质量增大,范德华力增大,沸点升高
(4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。 ②结合SnX4的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,SnX4中的化学键的离子性 (填“增强”“不变”或“减弱”,下同)、共价性 。请从原子结构角度解释所推断的结论: 。
F、Cl、Br、I原子半径依次增大,对核外电子的引力依次减弱,导致其电负性依次减弱
考点三 典型晶体结构分析
[微点拨] 离子晶体中离子的配位数:指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”,设NA为阿伏伽德罗常数的值)(1)1 ml金刚石中含有C—C数目为4NA( )(2)金刚石的晶胞中含有6个碳原子( )(3)12 g石墨中六元环的数目为0.5NA( )
[解析] (2)金刚石的晶胞中有8个碳原子。
[解析] (1)1 ml金刚石中C—C数目为2NA。
[解析] (6)NaCl中Na+的配位数是6,其中有4个Cl-构成一个正方形、Na+位于正方形中心处,另外2个Cl-位于正方形的正上方与正下方,从而形成了一个八面体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是 (填编号字母),其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于 晶体。
[解析] (1)在金刚石晶胞中,每个碳原子可与周围4个碳原子形成共价键,将这4个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图D为金刚石,中心碳原子与周围4个碳原子最近且距离相等;金刚石有共价键三维骨架结构,属于共价晶体。
(2)其中代表石墨的是 (填编号字母),其中每个正六边形占有碳原子数平均为 个。
(3)其中代表NaCl晶体的是 (填编号字母), 每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有 个。
[解析] (3)在NaCl晶胞中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围也有6个钠离子,所以图A为NaCl的结构,根据晶胞的结构,每个钠离子周围与它最近且距离相等的钠离子有12个。
(4)代表CsCl晶体的是 (填编号字母),它属于 晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。
[解析] (4)CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8,即每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个铯离子,所以图C为CsCl的结构,属于离子晶体。
(5)代表干冰晶体的是 (填编号字母),它属于 晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。
[解析] (5)干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶角和面心上,以顶角上的CO2分子为例,与它距离最近的CO2分子分布在与该顶角相连的12个面的面心上,所以图B为干冰晶体。
题组一 典型晶体结构分析
1.[2022·山东卷] AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是( )A.GaN的熔点高于AlNB.晶体中所有化学键均为极性键C.晶体中所有原子均采取sp3杂化D.晶体中所有原子的配位数均相同
[解析] Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体,N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。AlN、GaN为结构相似的共价晶体,由于Al原子的半径小于Ga,N—Al的键长小于N—Ga的,则N—Al的键能较大,键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高,故GaN的熔点低于AlN,A错误;不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确;
金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4),C原子无孤电子对,故C原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确;金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键,即C原子的配位数是4,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。
2.[2024·辽宁锦州四校联考] 我国科学家合成了富集 11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.氮化硼晶体有较高的熔、沸点 B.该晶体具有良好的导电性C.该晶胞中含有4个B原子、4个N原子 D.B原子周围等距且最近的B原子数为12
【归纳总结】 判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“ ”表示):每个面上有4个Na+与中心Na+距离最近,共计12个。
题组二 晶胞结构的相关计算
4.(1)Cu与F形成的某化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu与F的最近距离为 pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu, 为F)。
(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞结构如图乙所示。已知晶胞参数为0.545 nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
【归纳总结】 计算晶体密度的方法
如立方晶胞密度的计算:(其中①M为微粒的相对“分子”质量;②另外关于晶胞参数单位换算也需注意:1 m=10 dm=102 cm=103 mm=106 μm=109 nm=1012 pm;③密度公式中共有四个未知量:密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA,知道3个可求另一个,因此可以围绕密度出现4种题型)
考点四 配合物与超分子
(1)概念 由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的 键。 如在[Cu(H2O)4]2+中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供 给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (2)表示例如,[Cu(NH3)4]2+中NH3的N给出孤电子对,Cu2+接受电子对,其结构为 。
(1)定义通常把 (称为中心离子或原子)与某些 (称为 )以 结合形成的化合物,简称配合物。
(2)配合物的组成及形成条件①配合物的组成配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。中心离子(或原子):一般是金属离子,特别是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的原子数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。
(3)配合物的形成举例
(1)定义由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的 。其中的分子是广义的,包括离子。 (2)重要特征① ; ② 。
题组一 配位键和配合物
1.[2024·重庆涪陵区统考] 铁是红细胞中血红蛋白的重要组成成分,缺铁时红细胞合成的血红蛋白量会减少,会使红细胞体积变小,携氧能力下降,形成缺铁性贫血,血红蛋白分子的结构如图所示。下列有关说法不正确的是 ( )A.该结构中,氧元素的第一电离能最大B.基态Fe2+的价层电子排布为3d6C.咪唑环上所有原子均在同一平面上D.O2通过配位键与Fe2+相连
[解析] 同一周期随着原子序数变大,第一电离能变大,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故N元素的第一电离能大于O元素,A错误;Fe为26号元素,Fe2+为铁原子失去2个电子后形成的,基态Fe2+的价层电子排布为3d6,B正确;咪唑环中存在大π键,碳、氮原子均采用sp2杂化,该环上所有原子均在同一平面上,C正确;亚铁离子提供空轨道,氧原子提供孤电子对,O2通过配位键与Fe2+相连,D正确。
2.(1)硼元素的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。①B2H6分子结构如图所示,则B原子的杂化方式为 。 ②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
[解析] (1)①根据B2H6分子的空间结构知,B原子的轨道向4个方向延伸,则其杂化方式为sp3;②氨硼烷(NH3BH3)中氮原子存在孤电子对,所以提供孤电子对的成键原子是N。
(2)C(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知C3+的配位数为6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀,则第一种配合物的配体为 。在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的配体为 。
【归纳总结】 判断配体及配位原子的方法(1)分析配合物的内界,提供孤电子对的离子或分子为配体,可以是中性分子或阴离子,如H2O、NH3、Cl-、OH-等。(2)分析配体的组成元素,一般是电负性较小的原子提供孤电子对。配位原子必须是含有孤电子对的原子,通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子,例如NH3中的N原子、H2O中的O原子等。
3.[2024·北京海淀区统考] 已知:铜离子的配位数通常为4,[Cu(OH)4]2-和[Cu(NH3)4]2+均为深蓝色。某化学小组设计如下实验制备铜的配合物。下列说法不正确的是( )A.b中得到配合物Na2[Cu(OH)4],其配体为OH-B.硫酸铜溶液呈蓝色的原因是[Cu(H2O)4]2+的颜色所致C.由实验可知,NH3的配位能力比OH-弱D.加热c中溶液有可能得到蓝色浑浊液
4.[2024·湖北黄冈中学调研] Fe3+由于核外有空的d轨道,可与一些配体形成配位数为6的配离子。某同学将淡紫色的Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后再依次加KSCN和NaF,发现溶液出现下列变化:已知:[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,[Fe(SCN)6]3-为红色,[FeF6]3-为无色。下列说法错误的是( )A.Fe(NH3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3所致B.SCN-与Fe3+形成配位键时,S原子提供孤电子对C.溶液Ⅱ加NaF后溶液由红色变为无色,说明SCN-与Fe3+配位键强度不及F-与Fe3+配位键强度D.焰色试验中可用无锈铁丝替代铂丝,说明铁灼烧时无焰色且不会产生发射光谱
[解析] 根据[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,将Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3的红褐色与紫色共同作用所致,A正确;S的半径大于N,SCN-中S、N都含有孤电子对,电负性S
5.[2024·河北邯郸模拟] “超分子”已经在很多领域广泛应用。下列关于超分子的说法正确的是( )A.冠醚的空穴结构对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂,图甲中K+与冠醚形成离子键B.“杯酚”具有“分子识别”特征,图乙中“杯酚”与C60形成氢键C.可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子,硫化氢分子间也能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼D.烷基磺酸钠在水中聚集形成胶束(图丁),这反映了超分子的“自组装”特征
[解析] 冠醚有空穴,不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂;离子键为离子间的强相互作用力,图甲中K+与冠醚没有形成离子键,A错误。当氢原子连接在电负性大且原子半径小的原子(如氟、氧、氮)上时,可以形成氢键;“杯酚”具有“分子识别”特征,但是图乙中“杯酚”与C60没有形成氢键,B错误。
水分子间能形成氢键,可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子;硫化氢分子间不能形成氢键,故不能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼,C错误。超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的聚集体,烷基磺酸钠在水中聚集形成胶束(图丁),这反映了超分子的“自组装”特征,D正确。
6.[2023·湖北鄂东南联盟模拟] 葫芦脲是超分子领域近年来发展迅速的环状分子之一,具有疏水的纳米空腔,其结构如图所示。对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔。下列叙述正确的是( )A.葫芦[6]脲是超分子且能发生丁达尔效应B.葫芦[6]脲中C—N—C键角为109°28'C.可装入对甲基苯甲酸体现了超分子的“分子识别”功能D.葫芦[6]脲形成的超分子中分子间存在范德华力、氢键、共价键等作用
[解析] 葫芦[6]脲是超分子,是纯净物,不能发生丁达尔效应,A错误;葫芦[6]脲中每个氮有一个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对与成键电子对的排斥力,则C—N—C键角小于109°28',B错误;对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔,则体现了超分子的“分子识别”功能,C正确;氢键是电负性大的原子与氢原子形成共价键,这个氢原子与另外电负性大的原子形成的一种作用力,葫芦[6]脲形成的超分子不存在氢键,D错误。
1. [2023·北京卷] 中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化C.三种物质的晶体类型相同D.三种物质均能导电
[解析] 原子间优先形成σ键,三种物质中均存在σ键,A正确;金刚石中所有碳原子均采取sp3杂化,石墨中所有碳原子均采取sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采取sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采取sp杂化,B错误;金刚石为共价晶体,石墨为混合型晶体,C错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D错误。
4. [2023·全国甲卷节选] 将酞菁-钴钛菁-三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题:(1)如图所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于原子晶体的是 ,C60间的作用力是 。
[解析] (1)这几种物质均为碳元素的单质,它们互为同素异形体。金刚石是碳原子间通过共价键形成的立体网状结构,为原子晶体;石墨属于混合型晶体,C60为分子晶体;碳纳米管是由单层或多层的石墨卷曲而成的,结构类似于石墨。C60间的相互作用力为范德华力。
(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。 酞菁分子中所有原子共平面,其中p轨道能提供一对电子的N原子是 (填图甲酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为 , 氮原子提供孤对电子与钴离子形成 键。
[解析] (2)已知酞菁分子中所有原子共平面,则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号①和②的N原子均有一对孤电子占据1个sp2杂化轨道,其p轨道只能提供1个单电子参与形成大π键,标号③的N原子的p轨道能提供1对电子参与形成大π键。钴酞菁分子中,失去了2个H+的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子,可知其中钴离子的化合价为+2。
(3)AlF3的熔点为1090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏伽德罗常数的值为NA)。
5. [2023·全国乙卷节选] 中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。回答下列问题:(1)已知一些物质的熔点数据如下表:Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是 。 分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因: 。
NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体
SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高。同为分子晶体,范德华力随相对分子质量增加而增大
[解析] (1)NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体,离子键的强度明显大于分子间作用力,故NaCl的熔点明显高于SiCl4。对于同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4,它们都是分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,故SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高。
(2)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于立方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 。B—B最近距离为 。
1. 单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是( )A.S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3SC.S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体
3. [2022·广东卷节选] 我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图a,沿x、y、z轴方向的投影均为图b。(1)X的化学式为 。
(2)设X的最简式的式量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,NA为阿伏伽德罗常数的值)。
考点一 晶体常识 晶体类型与性质
1. [2024·广东六校联盟联考] 四氯化锗(GeCl4)是光导纤维的常用掺杂剂,在常温下呈液态,锗与硅同族。下列说法不正确的是( )A.基态Ge原子的价层电子排布为4s24p2B.GeCl4的熔点比SiCl4低C.GeCl4所属晶体类型是分子晶体D.第一电离能大小:Cl>Si>Ge
[解析] Ge是32号元素,基态Ge原子的价层电子排布为4s24p2,A正确;GeCl4与SiCl4晶体都属于分子晶体,GeCl4的相对分子质量大,GeCl4晶体内的分子间作用力大,则GeCl4的熔点比SiCl4高,B错误;GeCl4在常温下呈液态,则其熔点较低,故属于分子晶体,C正确;元素非金属性越强,其第一电离能越大,非金属性大小为Cl>Si>Ge,则第一电离能大小:Cl>Si>Ge,D正确。
2. 下列有关晶体的叙述正确且有因果关系的是( )
[解析] SiO2晶体的熔点高、硬度大,属于共价晶体,SiO2晶体可用于制造光导纤维,Ⅰ和Ⅱ无因果关系,A错误;晶体碘属于分子晶体,其沸点低、易升华,与碘晶体中的I—I键能无关,B错误;NaCl 和 CsCl 的晶胞结构不同,NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数均为6,CsCl晶体中Cs+、Cl-的配位数均为8,C错误;金刚石和硅晶体都是共价晶体,原子间通过共价键形成三维骨架结构,D正确。
[解析] Cl2、Br2、I2都是分子晶体,结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,故沸点顺序为Cl2对羟基苯甲醛C.CH3Cl碳化硅>硅晶体
有机物链状同系物中随碳原子数递增,沸点升高,故沸点顺序为CH3ClC—Si>C—C,故沸点顺序:金刚石>碳化硅>硅晶体,D正确。
4. 依据表中①~④四种物质的性质,固态时其晶体类型依次属于离子晶体、共价晶体、分子晶体及金属晶体的是( )A.②③①④B.②③④①C.③②④①D.③②①④
[解析] 化合物①熔点为-40.4 ℃,不导电,易溶于氯仿,则①是分子晶体;化合物②熔点为801 ℃,固体不导电,熔化时能导电,则②是离子晶体;单质③熔点为1410 ℃,不导电,硬度大,则③是共价晶体;单质④熔点为30 ℃,易导电,则④是金属晶体。
5. [2024·湖南雅礼中学模拟] 锰族元素铼的三氧化物ReO3具有超低电阻率,可由CO还原Re2O7制得,其晶体结构与钙钛矿(如图)相似,Re占据了Ti的位置,Ca的位置为空位。下列说法错误的是( )A.基态75Re原子的价层电子排布为5d56s2B.Re的配位数为6C.Re位于体心时,O位于面心D.ReO3不能发生歧化反应
[解析] Re处在第六周期第ⅦB族,基态Re原子的价层电子排布为5d56s2,A正确;Ti在晶胞的顶角,Re占据Ti的位置,则Re在顶角处,离Re最近且等距离的O有6个,则Re的配位数为6,B正确;Re在体心,则根据Re和O在晶胞中的位置关系可知,O位于面心,C正确;Re的最高价为+7价,ReO3中Re元素为+6价,Re单质为0价,则ReO3中Re元素的化合价既可以升高,又可以降低,能发生歧化反应,D错误。
6. [2024·辽宁丹东六校联考] 我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术,在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体,其结构如图所示。下列说法正确的是( )A.该二维晶体的化学式为CaCl2B.Ca—Cl—Ca的键角为60°C.Can+和Cl-的配位数均为3D.该晶体可由钙在氯气中燃烧制得
[解析] 由俯视图可知,一个钙离子形成键结合3个氯离子,同样一个氯离子形成键结合3个钙离子,则该二维晶体的化学式为CaCl,A错误;结合侧视图可知,Ca—Cl—Ca构成的为非平面六边形,其Ca—Cl—Ca的键角不是60°,B错误;Can+、Cl-周围最近的离子数均为3,故配位数均为3,C正确;钙在氯气中燃烧生成CaCl2,不能得到该晶体,D错误。
7. [2024·辽宁沈阳二中模拟] 卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示,下列判断不正确的是( )A.TiF4的熔点反常升高是因为其键能较大B.NaX均为离子晶体C.随X-半径的增大,NaX的离子键减弱,熔点逐渐降低D.TiCl4、TiBr4、TiI4的相对分子质量依次增大,范德华力增大,熔点逐渐升高
[解析] 由于电负性:F>Cl>Br>I,则TiF4形成离子晶体,而TiCl4、TiBr4、TiI4形成分子晶体,TiF4的熔点反常升高是因为TiF4形成离子晶体,而TiCl4、TiBr4、TiI4形成分子晶体,不是因为TiF4中键能较大,A错误;NaX中只含有离子键,则NaX均为离子化合物,均形成离子晶体,B正确;
NaX是离子晶体,离子键越强、熔点越高,X-电子层数越多,离子半径越大,离子键越弱,则随X-半径的增大,NaX的离子键强度减弱,熔点逐渐降低,C正确;TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体,故随着相对分子质量依次增大,范德华力增大,熔点逐渐升高,D正确。
考点二 典型晶体模型结构分析
考点三 配合物和超分子
[解析] 配合物[TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O电离产生[TiCl2(H2O)4]+和Cl-,[TiCl2(H2O)4]+中配体Cl-不易发生电离,A错误;配合物Ni(CO)4常温下呈液态,熔点低,易溶于CCl4、苯等有机溶剂,所以固体Ni(CO)4属于分子晶体,B正确;配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配体为NH3,C错误;[Ag(NH3)2]OH的中心离子是Ag+,配体为NH3,配位数为2,D错误。
13. [2024·江苏南京师大附中统考] 氮气经过一系列的变化可以合成氨、氮的氧化物、硝酸等重要的化工原料;NO能被FeSO4溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H2O)5]SO4,减少环境污染。下列说法正确的是( )A.Fe2+提供孤电子对用于形成配位键B.该配合物中阴离子空间结构为三角锥形C.配离子为[Fe(NO)(H2O)5]2+,中心离子的配位数为6D.该配合物中所含非金属元素均位于元素周期表的p区
14. 利用超分子可分离C60和C70,将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图所示。下列说法不正确的是( )A.“杯酚”易被氧化B.“杯酚”分子存在大π键C.C70分子比C60分子大D.“杯酚”与C60形成氢键
[解析] “杯酚”含有酚羟基,易被氧化,故A正确;“杯酚”分子存在苯环结构,所以存在大π键,故B正确;C70分子不能进入“杯酚”空腔,所以C70比C60分子大,故C正确;“杯酚”与C60不符合形成氢键的条件,故D错误。
15. [2024·山东枣庄期初调研] 超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。现有某种超分子结构如图所示。下列有关说法正确的是( )A.该超分子中N原子核外电子有7种空间运动状态B.该超分子中存在的作用力有极性键、非极性键、氢键和配位键C.该超分子中甲基的键角∠HCH小于—NH2的键角∠HNHD.该超分子既可与酸反应,又可与碱反应
[解析] 该超分子中N原子核外有5个原子轨道上填充有电子,故核外电子有5种空间运动状态,A错误;该超分子中不存在配位键,B错误;该超分子中—CH3中心原子C和—NH2中心原子N均为sp3杂化,但N原子有一个孤电子对,故∠HNH的夹角小些,C错误;该超分子中有氨基,可与酸反应,含有酰胺基,可与碱反应,D正确。
16. [2023·山东临沂一模] 铁及其化合物在生产、生活中有重要应用。回答下列问题:(1)基态Fe3+的价层电子排布为 。
考点四 晶体结构与性质综合考查
(2)某铁的配合物结构如图所示,可由(CH3)3SiCl与K[Fe(C5H5)(CO)2CO2]混合加热制得。①在(CH3)3SiCl、(CH3)3SiF、(CH3)4Si中,C—Si—C键角最大的是 ,原因是 。
[解析] (2)①成键电子对之间的斥力越大,则键角越大,在(CH3)3SiF中F的电负性大,Si 周围电子云密度减小,C—Si成键电子对之间的斥力增大,C—Si—C键角变大,故键角最大的是(CH3)3SiF。
F的电负性大,Si 周围电子云密度减小,C—Si 成键电子对之间的斥力增大,C—Si—C键角变大
(3)普鲁士蓝晶体属立方晶系,晶胞棱长为a pm。铁-氰骨架组成小立方体,Fe粒子在顶角,CN-在棱上,两端均与Fe相连,立方体中心空隙可容纳K+,如图所示(CN-在图中略)。 ①普鲁士蓝中Fe2+与Fe3+个数之比为 ;该晶胞的化学式为 。 ②若所有铁粒子为等径小球,则K+与Fe2+之间最近距离为 pm;该晶体的密度为 g·cm-3(阿伏伽德罗常数的值为NA)。
17. [2023·山东菏泽一模] 我国在新材料领域研究的重大突破,为“天宫”空间站的建设提供了坚实的物质基础。“天宫”空间站使用的材料中含有B、C、N、Ni、Cu等元素。回答下列问题:(1)下列不同状态的硼中,失去一个电子需要吸收能量最多的是 (填标号,下同),用光谱仪可捕捉到发射光谱的是 。 A. B. C. D.
[解析] (1)基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1;A为基态B+,B为基态B原子,C为激发态B+,D为激发态B原子,第二电离能大于第一电离能,基态比激发态稳定,故A失去一个电子需要吸收能量最多; 、 中电子处于激发态,电子跃迁回低能量态时会释放能量形成发射光谱。
(2)铵盐大多不稳定。从结构的角度解释NH4F比NH4I更易分解的原因: 。
[解析] (2)氟离子半径小于碘离子,氢氟键键能更大,更容易形成,故氟更易夺取铵根离子中的氢生成HF,导致NH4F比NH4I更易分解。
氟离子半径小于碘离子,氢氟键键能更大,更容易形成,故氟更易夺取铵根离子中的氢生成HF
(3)镍能形成多种配合物,其中Ni(CO)4是无色挥发性液体,K2[Ni(CN)4]是红黄色单斜晶体。K2[Ni(CN)4]中的配位原子是 ;K2[Ni(CN)4]的熔点高于Ni(CO)4的原因是 。
[解析] (3)K2[Ni(CN)4]中Ni2+可以提供空轨道,C的电负性比N小,碳原子更易提供孤电子对形成配位键,故配位原子是C;K2[Ni(CN)4]的熔点高于Ni(CO)4的原因是K2[Ni(CN)4]为离子晶体,而Ni(CO)4为分子晶体,离子晶体熔点一般高于分子晶体。
K2[Ni(CN)4]为离子晶体,而Ni(CO)4为分子晶体
第25讲 晶体结构与性质 配合物 与超分子
考点一 物质的聚集状态与晶体的常识考点二 晶体类型和性质考点三 典型晶体结构分析考点四 配合物与超分子经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点一 物质的聚集状态与晶体的常识
(1)物质三态间的相互转化
(2)等离子体和离子液体①等离子体是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 ②离子液体是熔点不高的仅由 组成的液体物质。
[微点拨] ①物理性质的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质,称之为晶体的各向异性。例如,在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,石蜡在不同方向熔化的快慢不同,这是由于水晶导热性的各向异性造成的。 ②可以用测熔点和X射线衍射实验的方法区分晶体和非晶体,X射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。
(2)获得晶体的三条途径
(1)概念晶胞是描述晶体结构的 ,是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。 (2)晶胞的特点
(1)测定晶体结构最常用的仪器是 。 (2)晶体结构的测定原理在晶体的X射线衍射实验中,当单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生 或者明锐的 。 (3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞 和 、分子或原子在微观空间有序排列呈现的 类型、原子在晶胞里的 和 等, 以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里是否呈现周期性有序排列( )(2)二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同( )(3)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
[解析] (3)晶胞也可以是其他形状。
(4)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )(5)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体( )(6)冰晶体中,分子之间存在两种相互作用力( )
[解析] (4)晶体存在自范性。
2.水的状态除了气、液和固态外,还有玻璃态,它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述中正确的是( )A.玻璃态水和固态冰都是晶体B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀C.玻璃态是水的一种特殊状态D.玻璃态水属于液晶,是介于液态和晶态之间的物质状态
[解析] 玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,故玻璃态水不是晶体,不能在其X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰;因玻璃态水的密度与普通液态水相同,故水由液态变为玻璃态时体积不变;玻璃态水不属于液晶,是水的一种特殊存在状态。
题组一 物质的聚集状态
1.下列关于物质的聚集状态的叙述,不正确的是( )A.固态物质由离子构成,气态和液态物质都由分子构成B.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体C.等离子体具有良好的导电性和流动性,与其含有带电且能自由移动的粒子有关D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,表现出类似晶体的各向异性
[解析] 固态物质可能由离子构成(如NaCl),也可能由分子构成(如干冰);气态和液态物质不一定由分子构成,如等离子体,A错误。
2.下列关于聚集状态的叙述错误的是( )A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序体系的存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
[解析] 物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有晶态、非晶态、液晶等聚集状态,A错误;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确;
据物质固态时微粒间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确;对液态物质而言,分子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。
【规律小结】 (1)等离子体常被称为“超气态”,是一种电离的气体,是物质的一种奇特的聚集状态,又被称为物质的第四态或等离子态。(2)液晶在一定范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。是因为其内部分子沿分子长轴方向取向一致,但无位置序。
题组二 晶体与非晶体的区别
3.下列关于晶体和非晶体的说法不正确的是( )A.破损的胆矾晶体能在饱和CuSO4溶液中自动变成规则的多面体形B.晶体某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性C.实验室中可利用导电性区别晶体和玻璃体D.固体SiO2可能是晶体,也可能是非晶体
[解析] 晶体除了金属外,一般都不导电,玻璃体是一种无规则结构的非晶态固体,不导电,故不能利用导电性区分晶体和玻璃体,C错误;固体SiO2可能是晶体(如水晶),也可能是非晶体(如石英玻璃),D正确。
4.准晶体里的原子排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如图所示)。下列说法中正确的是( )A.与类似普通晶体相比,准晶体延展性较强B.普通玻璃属于晶体,其成分中存在共价键C.与类似普通晶体相比,准晶体密度较小D.准晶体和晶体是固体物质的同一种存在形态,具有相同的性质
[解析] 准晶体不具备普通晶体的长程平移对称性,延展性较差,原子间有间隙,密度较小,A、D错误,C正确;普通玻璃属于非晶体,其主要成分为硅酸盐,Si与O原子间形成共价键,B错误。
【规律小结】 关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形,如肉眼看不到晶体外形的固体粉末。
题组三 晶胞中微粒数目的计算
5.[2024·天津东丽区质检] 钴的一种化合物的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是( )A.钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅡB族B.每个晶胞中占有1个C2+和1个O2-C.晶体中与C2+距离最近的Ti4+有4个D.该化合物的化学式为CTiO3
[解析] 钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅣB族,A错误;由图可知,与C2+距离最近的Ti4+有8个,C错误;
6.(1)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
(2)碳的一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图所示,K位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为 。
(3)锂钴复合氧化物是目前商品化锂离子电池的常用正极材料,其理想结构如图所示。其化学式为 。
(2)方法①平行六面体(正方体或长方体)晶胞不同位置的粒子对晶胞的贡献
②六方晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
考点二 晶体类型和性质
1. 几种常见晶体类型及性质对比
[微点拨] ①高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 ②金属键的形成:晶体中金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而将所有的金属原子维系在一起;金属键无饱和性、方向性。
纯粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体。四类晶体都有过渡型。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
石墨晶体是一种混合型晶体。(1)石墨不同于金刚石,它的碳原子呈 杂化,形成 结构。 (2)石墨晶体是 结构的,层间没有化学键相连,是靠 维系的。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)分子晶体中分子之间存在范德华力,分子内部都存在共价键( )(2)分子晶体中,共价键的键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高( )(3)SiO2、金刚石、硅、MgO熔点都很高,均属于共价晶体( )(4)有金属阳离子的晶体都是离子晶体( )(5)金属晶体大都具有较好的导电性、导热性和延展性,与金属键有关( )
2.现有下列物质:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。 (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。 (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。 (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。
NaOH、(NH4)2S
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。 (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。 (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。 (8)其中含有极性共价键的共价晶体是 。 (9)不含共价键的分子晶体是 ,只含非极性共价键的共价晶体是 。
CO2、CCl4、C2H2
题组一 常见晶体类型判断
1.下列各组物质的晶体类型相同的是( )A.SiO2和SO3B.I2和NaClC.Cu和AgD.SiC和MgO
[解析] SiO2为共价晶体,SO3为分子晶体,A错误;I2为分子晶体,NaCl为离子晶体,B错误; Cu和Ag都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC为共价晶体,MgO为离子晶体,D错误。
2.现有四组物质及熔点数据:回答下列问题:(1)Ⅰ组属于 晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是 。
[解析] (1)Ⅰ组物质的熔点很高,属于共价晶体,是由原子通过共价键形成的。
(2)Ⅱ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)Ⅲ组中HF的熔点反常,其原因是 。 (4)Ⅳ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
[解析] (2)Ⅱ组都是碱金属,属于金属晶体,具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。(4)Ⅳ组物质都是碱金属形成的盐,属于离子晶体,具有②④两条性质。
HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多
【方法技巧】 晶体类型的判断方法(1)主要根据各类晶体的特征性质判断。熔、沸点低的物质一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物一般为离子晶体;熔、沸点很高,通常不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。
(2)根据物质的类别判断。活泼金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)、气态氢化物、大多数非金属氧化物、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体中,单质有金刚石、晶体硅、晶体硼、锗(Ge)和灰锡(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多数金属单质与合金是金属晶体。
题组二 晶体熔沸点的比较
3.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法错误的是( )A.SiCl4是分子晶体B.晶体硼是共价晶体C.AlCl3是分子晶体,加热能升华D.金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能弱
[解析] SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都是分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,故AlCl3加热能升华,A、C正确;晶体硼的熔、沸点高,是共价晶体,B正确;由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知:金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能强,D错误。
4.[2023·河北邯郸六校联考] 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题:(1)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为 ,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有 ,碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次 (填“增大”或“减小”),其原因是 。 (3)SiO2的熔点比CO2的高,其原因是 。
三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高
SiO2为共价晶体,而CO2为分子晶体
(4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是 。
四卤化硅均为分子晶体,F、Cl、Br、I的相对原子质量逐渐增大,四卤化硅的相对分子质量增大,范德华力增大,沸点升高
(4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。 ②结合SnX4的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,SnX4中的化学键的离子性 (填“增强”“不变”或“减弱”,下同)、共价性 。请从原子结构角度解释所推断的结论: 。
F、Cl、Br、I原子半径依次增大,对核外电子的引力依次减弱,导致其电负性依次减弱
考点三 典型晶体结构分析
[微点拨] 离子晶体中离子的配位数:指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”,设NA为阿伏伽德罗常数的值)(1)1 ml金刚石中含有C—C数目为4NA( )(2)金刚石的晶胞中含有6个碳原子( )(3)12 g石墨中六元环的数目为0.5NA( )
[解析] (2)金刚石的晶胞中有8个碳原子。
[解析] (1)1 ml金刚石中C—C数目为2NA。
[解析] (6)NaCl中Na+的配位数是6,其中有4个Cl-构成一个正方形、Na+位于正方形中心处,另外2个Cl-位于正方形的正上方与正下方,从而形成了一个八面体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是 (填编号字母),其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于 晶体。
[解析] (1)在金刚石晶胞中,每个碳原子可与周围4个碳原子形成共价键,将这4个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图D为金刚石,中心碳原子与周围4个碳原子最近且距离相等;金刚石有共价键三维骨架结构,属于共价晶体。
(2)其中代表石墨的是 (填编号字母),其中每个正六边形占有碳原子数平均为 个。
(3)其中代表NaCl晶体的是 (填编号字母), 每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有 个。
[解析] (3)在NaCl晶胞中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围也有6个钠离子,所以图A为NaCl的结构,根据晶胞的结构,每个钠离子周围与它最近且距离相等的钠离子有12个。
(4)代表CsCl晶体的是 (填编号字母),它属于 晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。
[解析] (4)CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8,即每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个铯离子,所以图C为CsCl的结构,属于离子晶体。
(5)代表干冰晶体的是 (填编号字母),它属于 晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。
[解析] (5)干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶角和面心上,以顶角上的CO2分子为例,与它距离最近的CO2分子分布在与该顶角相连的12个面的面心上,所以图B为干冰晶体。
题组一 典型晶体结构分析
1.[2022·山东卷] AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是( )A.GaN的熔点高于AlNB.晶体中所有化学键均为极性键C.晶体中所有原子均采取sp3杂化D.晶体中所有原子的配位数均相同
[解析] Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体,N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。AlN、GaN为结构相似的共价晶体,由于Al原子的半径小于Ga,N—Al的键长小于N—Ga的,则N—Al的键能较大,键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高,故GaN的熔点低于AlN,A错误;不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确;
金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4),C原子无孤电子对,故C原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确;金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键,即C原子的配位数是4,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。
2.[2024·辽宁锦州四校联考] 我国科学家合成了富集 11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.氮化硼晶体有较高的熔、沸点 B.该晶体具有良好的导电性C.该晶胞中含有4个B原子、4个N原子 D.B原子周围等距且最近的B原子数为12
【归纳总结】 判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“ ”表示):每个面上有4个Na+与中心Na+距离最近,共计12个。
题组二 晶胞结构的相关计算
4.(1)Cu与F形成的某化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu与F的最近距离为 pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu, 为F)。
(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞结构如图乙所示。已知晶胞参数为0.545 nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
【归纳总结】 计算晶体密度的方法
如立方晶胞密度的计算:(其中①M为微粒的相对“分子”质量;②另外关于晶胞参数单位换算也需注意:1 m=10 dm=102 cm=103 mm=106 μm=109 nm=1012 pm;③密度公式中共有四个未知量:密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA,知道3个可求另一个,因此可以围绕密度出现4种题型)
考点四 配合物与超分子
(1)概念 由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的 键。 如在[Cu(H2O)4]2+中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供 给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (2)表示例如,[Cu(NH3)4]2+中NH3的N给出孤电子对,Cu2+接受电子对,其结构为 。
(1)定义通常把 (称为中心离子或原子)与某些 (称为 )以 结合形成的化合物,简称配合物。
(2)配合物的组成及形成条件①配合物的组成配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。中心离子(或原子):一般是金属离子,特别是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的原子数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。
(3)配合物的形成举例
(1)定义由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的 。其中的分子是广义的,包括离子。 (2)重要特征① ; ② 。
题组一 配位键和配合物
1.[2024·重庆涪陵区统考] 铁是红细胞中血红蛋白的重要组成成分,缺铁时红细胞合成的血红蛋白量会减少,会使红细胞体积变小,携氧能力下降,形成缺铁性贫血,血红蛋白分子的结构如图所示。下列有关说法不正确的是 ( )A.该结构中,氧元素的第一电离能最大B.基态Fe2+的价层电子排布为3d6C.咪唑环上所有原子均在同一平面上D.O2通过配位键与Fe2+相连
[解析] 同一周期随着原子序数变大,第一电离能变大,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故N元素的第一电离能大于O元素,A错误;Fe为26号元素,Fe2+为铁原子失去2个电子后形成的,基态Fe2+的价层电子排布为3d6,B正确;咪唑环中存在大π键,碳、氮原子均采用sp2杂化,该环上所有原子均在同一平面上,C正确;亚铁离子提供空轨道,氧原子提供孤电子对,O2通过配位键与Fe2+相连,D正确。
2.(1)硼元素的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。①B2H6分子结构如图所示,则B原子的杂化方式为 。 ②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
[解析] (1)①根据B2H6分子的空间结构知,B原子的轨道向4个方向延伸,则其杂化方式为sp3;②氨硼烷(NH3BH3)中氮原子存在孤电子对,所以提供孤电子对的成键原子是N。
(2)C(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知C3+的配位数为6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀,则第一种配合物的配体为 。在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的配体为 。
【归纳总结】 判断配体及配位原子的方法(1)分析配合物的内界,提供孤电子对的离子或分子为配体,可以是中性分子或阴离子,如H2O、NH3、Cl-、OH-等。(2)分析配体的组成元素,一般是电负性较小的原子提供孤电子对。配位原子必须是含有孤电子对的原子,通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子,例如NH3中的N原子、H2O中的O原子等。
3.[2024·北京海淀区统考] 已知:铜离子的配位数通常为4,[Cu(OH)4]2-和[Cu(NH3)4]2+均为深蓝色。某化学小组设计如下实验制备铜的配合物。下列说法不正确的是( )A.b中得到配合物Na2[Cu(OH)4],其配体为OH-B.硫酸铜溶液呈蓝色的原因是[Cu(H2O)4]2+的颜色所致C.由实验可知,NH3的配位能力比OH-弱D.加热c中溶液有可能得到蓝色浑浊液
4.[2024·湖北黄冈中学调研] Fe3+由于核外有空的d轨道,可与一些配体形成配位数为6的配离子。某同学将淡紫色的Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后再依次加KSCN和NaF,发现溶液出现下列变化:已知:[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,[Fe(SCN)6]3-为红色,[FeF6]3-为无色。下列说法错误的是( )A.Fe(NH3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3所致B.SCN-与Fe3+形成配位键时,S原子提供孤电子对C.溶液Ⅱ加NaF后溶液由红色变为无色,说明SCN-与Fe3+配位键强度不及F-与Fe3+配位键强度D.焰色试验中可用无锈铁丝替代铂丝,说明铁灼烧时无焰色且不会产生发射光谱
[解析] 根据[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,将Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3的红褐色与紫色共同作用所致,A正确;S的半径大于N,SCN-中S、N都含有孤电子对,电负性S
5.[2024·河北邯郸模拟] “超分子”已经在很多领域广泛应用。下列关于超分子的说法正确的是( )A.冠醚的空穴结构对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂,图甲中K+与冠醚形成离子键B.“杯酚”具有“分子识别”特征,图乙中“杯酚”与C60形成氢键C.可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子,硫化氢分子间也能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼D.烷基磺酸钠在水中聚集形成胶束(图丁),这反映了超分子的“自组装”特征
[解析] 冠醚有空穴,不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂;离子键为离子间的强相互作用力,图甲中K+与冠醚没有形成离子键,A错误。当氢原子连接在电负性大且原子半径小的原子(如氟、氧、氮)上时,可以形成氢键;“杯酚”具有“分子识别”特征,但是图乙中“杯酚”与C60没有形成氢键,B错误。
水分子间能形成氢键,可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子;硫化氢分子间不能形成氢键,故不能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼,C错误。超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的聚集体,烷基磺酸钠在水中聚集形成胶束(图丁),这反映了超分子的“自组装”特征,D正确。
6.[2023·湖北鄂东南联盟模拟] 葫芦脲是超分子领域近年来发展迅速的环状分子之一,具有疏水的纳米空腔,其结构如图所示。对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔。下列叙述正确的是( )A.葫芦[6]脲是超分子且能发生丁达尔效应B.葫芦[6]脲中C—N—C键角为109°28'C.可装入对甲基苯甲酸体现了超分子的“分子识别”功能D.葫芦[6]脲形成的超分子中分子间存在范德华力、氢键、共价键等作用
[解析] 葫芦[6]脲是超分子,是纯净物,不能发生丁达尔效应,A错误;葫芦[6]脲中每个氮有一个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对与成键电子对的排斥力,则C—N—C键角小于109°28',B错误;对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔,则体现了超分子的“分子识别”功能,C正确;氢键是电负性大的原子与氢原子形成共价键,这个氢原子与另外电负性大的原子形成的一种作用力,葫芦[6]脲形成的超分子不存在氢键,D错误。
1. [2023·北京卷] 中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化C.三种物质的晶体类型相同D.三种物质均能导电
[解析] 原子间优先形成σ键,三种物质中均存在σ键,A正确;金刚石中所有碳原子均采取sp3杂化,石墨中所有碳原子均采取sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采取sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采取sp杂化,B错误;金刚石为共价晶体,石墨为混合型晶体,C错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D错误。
4. [2023·全国甲卷节选] 将酞菁-钴钛菁-三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题:(1)如图所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于原子晶体的是 ,C60间的作用力是 。
[解析] (1)这几种物质均为碳元素的单质,它们互为同素异形体。金刚石是碳原子间通过共价键形成的立体网状结构,为原子晶体;石墨属于混合型晶体,C60为分子晶体;碳纳米管是由单层或多层的石墨卷曲而成的,结构类似于石墨。C60间的相互作用力为范德华力。
(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。 酞菁分子中所有原子共平面,其中p轨道能提供一对电子的N原子是 (填图甲酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为 , 氮原子提供孤对电子与钴离子形成 键。
[解析] (2)已知酞菁分子中所有原子共平面,则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号①和②的N原子均有一对孤电子占据1个sp2杂化轨道,其p轨道只能提供1个单电子参与形成大π键,标号③的N原子的p轨道能提供1对电子参与形成大π键。钴酞菁分子中,失去了2个H+的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子,可知其中钴离子的化合价为+2。
(3)AlF3的熔点为1090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏伽德罗常数的值为NA)。
5. [2023·全国乙卷节选] 中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。回答下列问题:(1)已知一些物质的熔点数据如下表:Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是 。 分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因: 。
NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体
SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高。同为分子晶体,范德华力随相对分子质量增加而增大
[解析] (1)NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体,离子键的强度明显大于分子间作用力,故NaCl的熔点明显高于SiCl4。对于同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4,它们都是分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,故SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高。
(2)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于立方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 。B—B最近距离为 。
1. 单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是( )A.S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3SC.S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体
3. [2022·广东卷节选] 我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图a,沿x、y、z轴方向的投影均为图b。(1)X的化学式为 。
(2)设X的最简式的式量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,NA为阿伏伽德罗常数的值)。
考点一 晶体常识 晶体类型与性质
1. [2024·广东六校联盟联考] 四氯化锗(GeCl4)是光导纤维的常用掺杂剂,在常温下呈液态,锗与硅同族。下列说法不正确的是( )A.基态Ge原子的价层电子排布为4s24p2B.GeCl4的熔点比SiCl4低C.GeCl4所属晶体类型是分子晶体D.第一电离能大小:Cl>Si>Ge
[解析] Ge是32号元素,基态Ge原子的价层电子排布为4s24p2,A正确;GeCl4与SiCl4晶体都属于分子晶体,GeCl4的相对分子质量大,GeCl4晶体内的分子间作用力大,则GeCl4的熔点比SiCl4高,B错误;GeCl4在常温下呈液态,则其熔点较低,故属于分子晶体,C正确;元素非金属性越强,其第一电离能越大,非金属性大小为Cl>Si>Ge,则第一电离能大小:Cl>Si>Ge,D正确。
2. 下列有关晶体的叙述正确且有因果关系的是( )
[解析] SiO2晶体的熔点高、硬度大,属于共价晶体,SiO2晶体可用于制造光导纤维,Ⅰ和Ⅱ无因果关系,A错误;晶体碘属于分子晶体,其沸点低、易升华,与碘晶体中的I—I键能无关,B错误;NaCl 和 CsCl 的晶胞结构不同,NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数均为6,CsCl晶体中Cs+、Cl-的配位数均为8,C错误;金刚石和硅晶体都是共价晶体,原子间通过共价键形成三维骨架结构,D正确。
[解析] Cl2、Br2、I2都是分子晶体,结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,故沸点顺序为Cl2
有机物链状同系物中随碳原子数递增,沸点升高,故沸点顺序为CH3Cl
4. 依据表中①~④四种物质的性质,固态时其晶体类型依次属于离子晶体、共价晶体、分子晶体及金属晶体的是( )A.②③①④B.②③④①C.③②④①D.③②①④
[解析] 化合物①熔点为-40.4 ℃,不导电,易溶于氯仿,则①是分子晶体;化合物②熔点为801 ℃,固体不导电,熔化时能导电,则②是离子晶体;单质③熔点为1410 ℃,不导电,硬度大,则③是共价晶体;单质④熔点为30 ℃,易导电,则④是金属晶体。
5. [2024·湖南雅礼中学模拟] 锰族元素铼的三氧化物ReO3具有超低电阻率,可由CO还原Re2O7制得,其晶体结构与钙钛矿(如图)相似,Re占据了Ti的位置,Ca的位置为空位。下列说法错误的是( )A.基态75Re原子的价层电子排布为5d56s2B.Re的配位数为6C.Re位于体心时,O位于面心D.ReO3不能发生歧化反应
[解析] Re处在第六周期第ⅦB族,基态Re原子的价层电子排布为5d56s2,A正确;Ti在晶胞的顶角,Re占据Ti的位置,则Re在顶角处,离Re最近且等距离的O有6个,则Re的配位数为6,B正确;Re在体心,则根据Re和O在晶胞中的位置关系可知,O位于面心,C正确;Re的最高价为+7价,ReO3中Re元素为+6价,Re单质为0价,则ReO3中Re元素的化合价既可以升高,又可以降低,能发生歧化反应,D错误。
6. [2024·辽宁丹东六校联考] 我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术,在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体,其结构如图所示。下列说法正确的是( )A.该二维晶体的化学式为CaCl2B.Ca—Cl—Ca的键角为60°C.Can+和Cl-的配位数均为3D.该晶体可由钙在氯气中燃烧制得
[解析] 由俯视图可知,一个钙离子形成键结合3个氯离子,同样一个氯离子形成键结合3个钙离子,则该二维晶体的化学式为CaCl,A错误;结合侧视图可知,Ca—Cl—Ca构成的为非平面六边形,其Ca—Cl—Ca的键角不是60°,B错误;Can+、Cl-周围最近的离子数均为3,故配位数均为3,C正确;钙在氯气中燃烧生成CaCl2,不能得到该晶体,D错误。
7. [2024·辽宁沈阳二中模拟] 卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示,下列判断不正确的是( )A.TiF4的熔点反常升高是因为其键能较大B.NaX均为离子晶体C.随X-半径的增大,NaX的离子键减弱,熔点逐渐降低D.TiCl4、TiBr4、TiI4的相对分子质量依次增大,范德华力增大,熔点逐渐升高
[解析] 由于电负性:F>Cl>Br>I,则TiF4形成离子晶体,而TiCl4、TiBr4、TiI4形成分子晶体,TiF4的熔点反常升高是因为TiF4形成离子晶体,而TiCl4、TiBr4、TiI4形成分子晶体,不是因为TiF4中键能较大,A错误;NaX中只含有离子键,则NaX均为离子化合物,均形成离子晶体,B正确;
NaX是离子晶体,离子键越强、熔点越高,X-电子层数越多,离子半径越大,离子键越弱,则随X-半径的增大,NaX的离子键强度减弱,熔点逐渐降低,C正确;TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体,故随着相对分子质量依次增大,范德华力增大,熔点逐渐升高,D正确。
考点二 典型晶体模型结构分析
考点三 配合物和超分子
[解析] 配合物[TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O电离产生[TiCl2(H2O)4]+和Cl-,[TiCl2(H2O)4]+中配体Cl-不易发生电离,A错误;配合物Ni(CO)4常温下呈液态,熔点低,易溶于CCl4、苯等有机溶剂,所以固体Ni(CO)4属于分子晶体,B正确;配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配体为NH3,C错误;[Ag(NH3)2]OH的中心离子是Ag+,配体为NH3,配位数为2,D错误。
13. [2024·江苏南京师大附中统考] 氮气经过一系列的变化可以合成氨、氮的氧化物、硝酸等重要的化工原料;NO能被FeSO4溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H2O)5]SO4,减少环境污染。下列说法正确的是( )A.Fe2+提供孤电子对用于形成配位键B.该配合物中阴离子空间结构为三角锥形C.配离子为[Fe(NO)(H2O)5]2+,中心离子的配位数为6D.该配合物中所含非金属元素均位于元素周期表的p区
14. 利用超分子可分离C60和C70,将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图所示。下列说法不正确的是( )A.“杯酚”易被氧化B.“杯酚”分子存在大π键C.C70分子比C60分子大D.“杯酚”与C60形成氢键
[解析] “杯酚”含有酚羟基,易被氧化,故A正确;“杯酚”分子存在苯环结构,所以存在大π键,故B正确;C70分子不能进入“杯酚”空腔,所以C70比C60分子大,故C正确;“杯酚”与C60不符合形成氢键的条件,故D错误。
15. [2024·山东枣庄期初调研] 超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。现有某种超分子结构如图所示。下列有关说法正确的是( )A.该超分子中N原子核外电子有7种空间运动状态B.该超分子中存在的作用力有极性键、非极性键、氢键和配位键C.该超分子中甲基的键角∠HCH小于—NH2的键角∠HNHD.该超分子既可与酸反应,又可与碱反应
[解析] 该超分子中N原子核外有5个原子轨道上填充有电子,故核外电子有5种空间运动状态,A错误;该超分子中不存在配位键,B错误;该超分子中—CH3中心原子C和—NH2中心原子N均为sp3杂化,但N原子有一个孤电子对,故∠HNH的夹角小些,C错误;该超分子中有氨基,可与酸反应,含有酰胺基,可与碱反应,D正确。
16. [2023·山东临沂一模] 铁及其化合物在生产、生活中有重要应用。回答下列问题:(1)基态Fe3+的价层电子排布为 。
考点四 晶体结构与性质综合考查
(2)某铁的配合物结构如图所示,可由(CH3)3SiCl与K[Fe(C5H5)(CO)2CO2]混合加热制得。①在(CH3)3SiCl、(CH3)3SiF、(CH3)4Si中,C—Si—C键角最大的是 ,原因是 。
[解析] (2)①成键电子对之间的斥力越大,则键角越大,在(CH3)3SiF中F的电负性大,Si 周围电子云密度减小,C—Si成键电子对之间的斥力增大,C—Si—C键角变大,故键角最大的是(CH3)3SiF。
F的电负性大,Si 周围电子云密度减小,C—Si 成键电子对之间的斥力增大,C—Si—C键角变大
(3)普鲁士蓝晶体属立方晶系,晶胞棱长为a pm。铁-氰骨架组成小立方体,Fe粒子在顶角,CN-在棱上,两端均与Fe相连,立方体中心空隙可容纳K+,如图所示(CN-在图中略)。 ①普鲁士蓝中Fe2+与Fe3+个数之比为 ;该晶胞的化学式为 。 ②若所有铁粒子为等径小球,则K+与Fe2+之间最近距离为 pm;该晶体的密度为 g·cm-3(阿伏伽德罗常数的值为NA)。
17. [2023·山东菏泽一模] 我国在新材料领域研究的重大突破,为“天宫”空间站的建设提供了坚实的物质基础。“天宫”空间站使用的材料中含有B、C、N、Ni、Cu等元素。回答下列问题:(1)下列不同状态的硼中,失去一个电子需要吸收能量最多的是 (填标号,下同),用光谱仪可捕捉到发射光谱的是 。 A. B. C. D.
[解析] (1)基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1;A为基态B+,B为基态B原子,C为激发态B+,D为激发态B原子,第二电离能大于第一电离能,基态比激发态稳定,故A失去一个电子需要吸收能量最多; 、 中电子处于激发态,电子跃迁回低能量态时会释放能量形成发射光谱。
(2)铵盐大多不稳定。从结构的角度解释NH4F比NH4I更易分解的原因: 。
[解析] (2)氟离子半径小于碘离子,氢氟键键能更大,更容易形成,故氟更易夺取铵根离子中的氢生成HF,导致NH4F比NH4I更易分解。
氟离子半径小于碘离子,氢氟键键能更大,更容易形成,故氟更易夺取铵根离子中的氢生成HF
(3)镍能形成多种配合物,其中Ni(CO)4是无色挥发性液体,K2[Ni(CN)4]是红黄色单斜晶体。K2[Ni(CN)4]中的配位原子是 ;K2[Ni(CN)4]的熔点高于Ni(CO)4的原因是 。
[解析] (3)K2[Ni(CN)4]中Ni2+可以提供空轨道,C的电负性比N小,碳原子更易提供孤电子对形成配位键,故配位原子是C;K2[Ni(CN)4]的熔点高于Ni(CO)4的原因是K2[Ni(CN)4]为离子晶体,而Ni(CO)4为分子晶体,离子晶体熔点一般高于分子晶体。
K2[Ni(CN)4]为离子晶体,而Ni(CO)4为分子晶体
相关课件
2025届高考化学一轮总复习第6章物质结构与性质元素周期律第31讲分子的性质配合物与超分子课件： 这是一份2025届高考化学一轮总复习第6章物质结构与性质元素周期律第31讲分子的性质配合物与超分子课件，共53页。PPT课件主要包含了不发生，容易电离出H＋，羟基的极性越大，不重合，不等于，范德华力，非极性，手性异构体，不同原子或原子团，孤电子对等内容，欢迎下载使用。
备战2025届新高考化学一轮总复习第5章物质结构与性质元素周期律第27讲分子的性质配合物和超分子课件： 这是一份备战2025届新高考化学一轮总复习第5章物质结构与性质元素周期律第27讲分子的性质配合物和超分子课件，共44页。PPT课件主要包含了课标指引，考点一分子的性质，目录索引，素养发展进阶，必备知识•梳理，分子的极性，不重合，极性键或非极性键，不对称，非极性等内容，欢迎下载使用。
新高考化学一轮复习精品课件 第6章 第34讲 分子的性质 配合物与超分子 (含解析)： 这是一份新高考化学一轮复习精品课件 第6章 第34讲 分子的性质 配合物与超分子 (含解析)，共60页。PPT课件主要包含了键的极性与分子极性，必备知识，关键能力，分子间作用力，应用举例，超分子，真题演练明确考向，课时精练等内容，欢迎下载使用。
