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新教材2022届新高考化学人教版一轮课时作业:35 晶体结构与性质
展开一、选择题
1.根据下列几种物质的熔点和沸点数据,判断下列有关说法中,错误的是( )
注:AlCl3熔点在2.5×105Pa条件下测定。
A.SiCl4是分子晶体
B.单质B是原子晶体
C.AlCl3加热能升华
D.MgCl2所含离子键的强度比NaCl大
2.离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
3.现有四种晶体,其离子排列方式如图所示,其中化学式正确的是( )
4.
磁光存储的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开始的。如图是Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱内),则该晶体物质的化学式可表示为( )
A.Mn2Bi B.MnBi
C.MnBi3D.Mn4Bi3
二、非选择题
5.(1)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题:
①NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点FeO________NiO(填“<”或“>”);
②铁有δ、γ、α三种同素异形体,各晶胞如下图,则δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为________。
(2)某钙钛型复合氧化物如图1所示,以A原子为晶胞的顶点,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,当B位是V、Cr、Mn、Fe等时,这种化合物具有CMR效应。
①用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②已知La为+3价,当被钙等二价元素A替代时,可形成复合钙钛矿化合物La1-xAxMnO3(x<0.1),此时一部分锰转变为+4价。导致材料在某一温度附近有反铁磁—铁磁、铁磁—顺磁及金属—半导体的转变,则La1-xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为________。
③下列有关说法正确的是________。
A.镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区
B.氧的第一电离能比氮的第一电离能大
C.锰的电负性为1.59,Cr的电负性为1.66,说明锰的金属性比铬强
D.铬的堆积方式与钾相同,则其堆积方式如图2所示
(3)Ga和As的摩尔质量分别为MGag·ml-1和MAsg·ml-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
6.(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方,则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1,则Cs+位于该晶胞的________,而Cl-位于该晶胞的________,Cs+的配位数是________。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示,写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图3为F-与Mg2+、K+形成的某种离子晶体的晶胞,其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。
(4)实验证明:KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示),已知3种离子晶体的晶格能数据如下表:
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________________________。
7.磁性材料氮化铁镍合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨气、氮气、氢氧化钠、盐酸等物质在一定条件下反应制得。
(1)Fe3+的电子排布式是_____________________________________________________。
(2)NOeq \\al(-,3)和NH3中氮原子的杂化方式为________________________________________。
(3)NH3的沸点高于PH3,其主要原因是________________________________________。
(4)与N3-具有相同电子数的三原子分子的空间构型是________。
(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,刚开始时生成绿色Ni(OH)2沉淀,当氨水过量时,沉淀会溶解,生成[Ni(NH3)6]2+蓝色溶液,则1ml [Ni(NH3)6]2+含有的σ键的物质的量为________ml。
(6)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为________,如果Fe的原子半径为acm,阿伏加德罗常数的值为NA,则计算此单质的密度表达式为________g·cm-3(不必化简)。
8.铁、钴、镍并称铁系元素,性质具有相似性。
(1)基态钴原子的核外电子排布式为________。
(2)铁氰化钾K3[Fe(CN)6]溶液可以检验Fe2+。1mlCN-中含有π键的数目为________,与CN-互为等电子体的分子有________,铁氰化钾晶体中各种微粒间的相互作用不包括________。
a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键
e.氢键 f.范德华力
(3)纳米结构氧化钴可在室温下将甲醛(HCHO)完全催化氧化。甲醛分子的立体构型为________,碳原子的杂化类型为________。
(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”),判断依据是______________________________________。
(5)某氮化铁的晶胞结构如图所示:
①原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中,原子坐标参数A为(0,0,0);B为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(1,2),\f(1,2)));C为(0,1,1)。则D原子的坐标参数为________。
②若该晶体的密度是ρg·cm-3,则晶胞中两个最近的Fe的核间距为________cm(用含ρ的代数式表示,不必化简)。
课时作业35 晶体结构与性质
1.解析:三类不同的晶体由于形成晶体的粒子和粒子间的作用力不同,因而表现出不同的性质。原子晶体具有高的熔、沸点,硬度大、不能导电;而离子晶体也具有较高的熔、沸点、较大的硬度,在溶液中或熔化状态下能导电;分子晶体熔、沸点低,硬度小、不导电,熔化时无化学键断裂,据这些性质可确定晶体类型。根据上述性质特点及表中数据进行分析,NaCl的熔、沸点均比MgCl2高,所以NaCl晶体中的离子键应比MgCl2强,故D不正确。
答案:D
2.解析:离子晶体中,晶格能越大,晶体熔、沸点越高;离子所带电荷总数越多,半径越小,晶格能越大。
答案:C
3.解析:A离子个数是1,B离子个数=1/8×8=1,所以其化学式为AB,故A错误;E离子个数=1/8×4=1/2,F离子个数=1/8×4=1/2,E、F离子个数比为1:1,所以其化学式为EF,故B错误;X离子个数是1,Y离子个数=1/2×6=3,Z离子个数=1/8×8=1,所以其化学式为XY3Z,故C正确;A离子个数=1/8×8+1/2×6=4,B离子个数=12×1/4+1=4,A、B离子个数比1:1,所以其化学式为AB,故D错误。
答案:C
4.解析:由晶体的结构示意图可知:白球代表Bi原子,且均在六棱柱内,所以Bi为6个。黑球代表Mn原子,个数为:12×eq \f(1,6)+2×eq \f(1,2)+1+6×eq \f(1,3)=6(个),则二者的原子个数比为6:6=1:1。
答案:B
5.解析:(1)①NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与离子键的强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。由于Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径,则熔点NiO>FeO。②δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别是8个和6个,所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比是4:3。
(2)①由图1可知,晶胞中A位于顶点,晶胞中含有A为8×eq \f(1,8)=1个,B位于晶胞的体心,含有1个,O位于面心,晶胞中含有O的个数为6×eq \f(1,2)=3,则化学式为ABO3。
②设La1-xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量分别为m和n,则有3(1-x)+2x+3m+4n=6、m+n=1,解之得m=1-x,n=x,则La1-xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为(1-x):x。
③由金属在周期表中的位置可知镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区,故A正确;氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,因此氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能,故B错误;元素的电负性越强,金属性越弱,故C正确;图中堆积方式为镁型,故D错误。
(3)根据晶胞结构示意图可以看出,As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体,结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数:8×1/8+6×1/2=4,再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1=4×(eq \f(4,3)π×10-30×req \\al(3,As)+eq \f(4,3)π×10-30×req \\al(3,Ga))cm3;1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和,即(eq \f(4MAs,NA)+eq \f(4MGa,NA))g,所以1个晶胞的体积V2=eq \f(4,ρNA)(MAs+MGa)cm3。最后V1/V2即得结果。
答案:(1)①< ②4:3
(2)①ABO3 ②(1-x):x ③A、C
(3)eq \f(4π×10-30NAρr\\al(3,Ga)+r\\al(3,As),3MGa+MAs)×100%
6.解析:(1)体心立方晶胞中,1个原子位于体心,8个原子位于立方体的顶点,故1个晶胞中金属原子数为8×eq \f(1,8)+1=2;氯化铯晶胞中,Cs+位于体心,Cl-位于顶点,Cs+的配位数为8。(2)由晶胞可知,粒子个数比为1:1(铜为8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4,H为4),化学式为CuH,+1价的铜与-1价的氢均具有较强的还原性,氯气具有强氧化性,产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知,黑球有1个,灰球有1个,白球有3个,由电荷守恒可知n(Mg2+):n(K+):n(F-)=1:1:3,故白球为F-。(4)从3种离子晶体的晶格能数据可知,离子所带电荷越大、离子半径越小,离子晶体的晶格能越大,离子所带电荷数:Ti3+>Mg2+,离子半径:Mg2+
答案:(1)2 体心 顶点 8
(2)2CuH+3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CuCl2+2HCl
(3)F-
(4)TiN>MgO>CaO>KCl
7.解析:(2)NOeq \\al(-,3)为平面三角形,氮原子为sp2杂化;NH3为三角锥形的分子,氮原子为sp3杂化。
(4)N3-电子数为10,与N3-具有相同电子数的三原子分子为H2O,分子的空间构型为V形。
(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每个氮原子与3个氢原子形成σ键,同时还与镍原子形成配位键,也是σ键,因此1ml [Ni(NH3)6]2+含有的σ键为4ml×6=24ml。
(6)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图所示的堆积方式,则这种堆积模型为体心立方堆积,即在立方体的中心有一个铁原子,与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点,所以铁的配位数为8,每个立方体中含有的铁原子数为8×eq \f(1,8)+1=2,如果Fe的原子半径为acm,则立方体的边长为eq \f(4a,\r(3))cm,对应的体积为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4a,\r(3)) cm))3,阿伏加德罗常数的值为NA,所以铁单质的密度表达式为eq \f(\f(56×2,NA),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4a,\r(3))))3)g·cm-3。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(2)sp2、sp3 (3)NH3分子间存在氢键 (4)V形
(5)24 (6)8 eq \f(\f(56×2,NA),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4a,\r(3))))3)
8.解析:(2)CN-中C、N之间为三键,根据1个三键中含有1个σ键和2个π键知,1mlCN-含有2NA个π键。K+、[Fe(CN)6]3-之间为离子键,Fe3+与CN-之间为配位键,CN-中C、N之间为共价键。(3)HCHO的结构式为,C无孤电子对,立体构型为平面三角形,C的杂化轨道数为3,杂化类型为sp2杂化。(4)NiO、FeO都是离子晶体,氧离子半径相同,Ni2+半径比Fe2+小,半径越小离子晶体的晶格能越大,晶格能越大熔点越高,故熔点:NiO>FeO。(5)①D位于该晶胞侧面的面心,可知其坐标参数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2),\f(1,2)))。②该晶胞中Fe的个数为8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4,N的个数为1。设两个最近的Fe核间距为xcm,晶胞的边长为acm,则eq \r(2)a=2x,故a=eq \r(2)x。则ρg·cm-3×(eq \r(2)xcm)3=eq \f(56×4+14,NA),x=eq \f(\r(2),2)eq \r(3,\f(238,ρNA))。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
(2)2NA CO、N2 def
(3)平面三角形 sp2杂化
(4)> NiO、FeO都是离子晶体,氧离子半径相同,Ni2+半径比Fe2+小,半径越小离子晶体的晶格能越大,晶格能越大熔点越高
(5)①eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2),\f(1,2))) ②eq \f(\r(2),2)eq \r(3,\f(238,ρNA))物质
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
810
710
190
-68
2300
沸点/℃
1465
1418
182.7
57
2500
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/kJ·ml-1
786
715
3401
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