统考版高考化学复习高频考点分层集训第十二单元物质结构与性质课练39晶体结构与性质含答案

课练39　晶体结构与性质

1.[2021·河南周口月考]太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学元素。

（1）基态钙原子的电子排布式为　　　　　，金属钴的堆积方式与镁相似，都属于六方堆积，其配位数是　　　　　。

（2）六方相氮化硼的结构与石墨相似，B的杂化方式是　　　　　，其不导电的原因是

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（3）人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图所示。

①该晶体中与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有　　　　　个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有　　　　　个，这几个N原子形成的空间形状是　　　　。

②该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点，其原因是

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（4）钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积（如图所示），若该晶胞的边长为a nm，密度为ρ g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为　　　　　。

2.锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：

（1）Zn2＋核外价电子排布式为　　　　　　。

（2）ZnF2具有较高的熔点（872 ℃），其化学键类型是　　　　；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是

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（3）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO3）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为　　　　　　，C原子的杂化形式为　　　　　。

（4）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为　　　　　。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为　　　　　 g·cm－3（列出计算式）。

3.钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产、生活中有重要的应用。回答下列问题：

（1）写出As的基态原子的电子排布式

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（2）N、P、As为同一主族元素，其电负性由大到小的顺序为　　　　　　　　，它们的氢化物沸点最高的是　　　　。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体，已知其中阴离子与SO互为等电子体，则该阴离子的化学式是　　　　　。

（3）Fe3＋、Co3＋与N、CN－等可形成络合离子。

①K3[Fe（CN）6]可用于检验Fe2＋，配体CN－中碳原子杂化轨道类型为　　　　　　　　　　　。

②[Co（N3）（NH3）5]SO4中Co的配位数为　　　　　　　　，其配离子中含有的化学键类型为　　　　（填“离子键”“共价键”或“配位键”），C、N、O的第一电离能最大的为　　　　，其原因是______________________________________________________

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（4）砷化镓晶胞结构如图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为　　　　　　　。已知砷化镓晶胞边长为a pm，其密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数的数值为　　　　　　　　　　　　（列出计算式即可）。

4.[2022·安徽合肥高三调研]磷化铟和砷化铟纳米晶具备独特的光学和电学特性，广泛应用于生物医学、通信、太阳能电池等领域。回答下列问题：

（1）基态磷原子电子排布式为　　　　　；基态As原子中未成对电子数为________________________________________________________________________。

（2）PH3分子空间构型为　　　　；AsO中As原子的杂化方式为　　　　　　　　。

（3）AsH3与NH3在水中溶解度较大的是　　　　　，其原因是________________________________________________________________________。

（4）酞菁铟是有机分子酞菁与金属铟形成的复杂分子，结构简式如图Ⅰ所示，该分子中存在的化学键为　　　　　　（填选项字母）。

a．σ键　　　　　　b．π键

c．离子键    d．配位键

（5）砷化铟的晶胞结构如图Ⅱ所示，砷化铟晶体的化学式为　　　　　　；该晶胞的棱长为a cm，则砷化铟晶体的密度为　　　　　　　　　　（用含a、NA的代数式表示）。

5.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）NO和NH3中氮原子的杂化方式分别为　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）NH3的沸点高于PH3，其主要原因是____________________________________

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（4）与N3－具有相同价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，生成含[Ni（NH3）6]2＋的蓝色溶液，则1 mol [Ni（NH3）6]2＋中含有的σ键的物质的量为　　　　　 mol。

（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a cm，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）。

6.[2021·肇庆一模]最新发现用聚乙二醇双丙烯酸酯纯化钙钛矿薄膜表面缺陷，能改善钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

（1）已知乙二醇的结构简式为HOCH2CH2OH。

①乙二醇中三种元素电负性由大到小的顺序为　　　　。

②乙二醇能以任意比溶于水的微观原因为　　　　　　　　　　　　。

③乙二醇中碳原子和氧原子的杂化类型分别为　　　　、　　　　。

（2）基态钛原子核外电子排布式为　　　　；同周期与其未成对电子数相等的基态原子还有　　　　种。

（3）立方钙钛矿的晶胞结构如图：

①该晶胞的化学式为　　　　　　；晶胞中Ca的配位数为　　　　。

②晶胞中部分原子坐标为W（0，0，0），M（1/2，1/2，1/2），N（1/2，0，0），则X点的坐标为　　　　。

③若晶胞参数为a pm，则该晶胞的密度为　　　　g·cm－3（NA表示阿伏加德罗常数的值，列出代数式）。

课练39　晶体结构与性质

1．答案：（1）1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2　12　（2）sp2杂化　层状结构中没有自由移动的电子　（3）①12　6　正八面体　②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能　（4）5a3ρNA×10－22

解析：（1）基态钙原子核外有20个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2。镁、钴晶体的堆积方式都属于六方堆积，其配位数为12。（2）六方相氮化硼中1个硼与3个氮原子结合，硼原子的杂化类型为sp2杂化；六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子。（3）①与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个（在Ti原子的上、下、左、右、前、后）。②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能，因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。（4）该晶胞中Co原子的个数为8×＋1＝2，则该晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×（a×10－7 cm）3，Mr＝5a3ρNA×10－22。

2．答案：（1）3d10　（2）离子键　ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小　（3）平面三角形　sp2　（4）六方堆积（A3型）　

解析：（2）由ZnF2的熔点较高可知ZnF2是离子晶体，化学键类型是离子键；根据相似相溶原理，由ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的溶解性可知，这三种物质为分子晶体，化学键以共价键为主、极性较小。（3）CO的价层电子对数为＝3，故C原子是sp2杂化，CO空间构型是平面三角形。（4）由题图可知，堆积方式为六方堆积（A3型）；晶胞中Zn原子个数为12×＋2×＋3＝6，根据ρ＝，可得Zn的密度为 g·cm－3。

3．答案：（1）[Ar]3d104s24p3　（2）N>P>As　NH3　NO　（3）①sp　②6　共价键、配位键　N　氮原子2p能级中的电子为半充满，相对稳定，更不易失去电子　（4）正四面体　

解析：（1）As的原子序数为33，由构造原理可知电子排布式为[Ar]3d104s24p3。（2）As、P、N元素属于同一主族元素，其原子序数逐渐减小，则其电负性逐渐增大，即N>P>As；它们的氢化物中，NH3分子间可形成氢键，沸点最高；原子个数相等、价电子数相等的微粒属于等电子体，且等电子体结构相似，与SO互为等电子体的阴离子是NO。（3）①CN－中C原子价层电子对个数＝1＋×（4＋1－1×3）＝2，所以采取sp杂化；②C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但氮原子2p能级上的电子为半充满，相对稳定，更不易失去电子，所以其第一电离能大小顺序是N>O>C。（4）Ga与周围等距离且最近的As形成空间构型为Ga在中心As在四个顶点的正四面体结构；由题图可知一个晶胞占有4个Ga原子和4个As原子，晶胞的边长为a pm，则晶胞体积为（a×10－10）3 cm3，晶体的密度为ρ g·cm－3，则晶胞质量为（a×10－10）3 cm3×ρ g·cm－3＝ρ a3×10－30 g，则ρ a3×10－30 g×NA mol－1＝4×145 g·mol－1，则NA＝。

4．答案：（1）1s22s22p63s23p3　3　（2）三角锥形　sp3　（3）NH3　NH3与水分子之间易形成氢键　（4）abd　（5）InAs　 g·cm－3

解析：（1）P的原子序数为15，原子核外有15个电子，P的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3；As元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，未成对电子数为3。（2）中心原子磷原子形成了3个σ键，另外还有1对未成键孤电子对，其价层电子对的总数是4，需要形成4个杂化轨道，故采用sp3杂化，分子的空间构型为三角锥形；AsO中心原子的价层电子对数为＝4，所以As原子的杂化方式为sp3杂化。（3）因为NH3与水分子之间易形成氢键，故AsH3与NH3在水中溶解度较大的是NH3。（4）根据酞菁铟的结构简式可知，该分子中存在的化学键为σ键、π键和配位键。（5）由砷化铟的晶胞结构，根据均摊法可得，每个晶胞含有8×＋6×＝4个In原子，4个As原子，砷化铟晶体的化学式为InAs；该晶胞的棱长为a cm，则砷化铟晶体的密度为ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3。

5．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　

解析：（1）Fe为26号元素，则Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

（2）NO为平面三角形，氮原子采取sp2杂化；NH3为三角锥形分子，氮原子采取sp3杂化。

（4）N3－价电子数为10，与N3－具有相同价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，也属于σ键，因此1 mol [Ni（NH3）6]2＋中含有的σ键为4 mol×6＝24 mol。

（6）铁元素对应的单质在形成晶体时，采用题图所示的堆积方式，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×＋1＝2，Fe的原子半径为a cm，则立方体的边长为 cm，则立方体的体积为（ 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 g·cm－3。

6．答案：（1）①O>C>H　②乙二醇易与水形成分子间氢键　③sp3　sp3

（2）[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2　3

（3）①CaTiO3　12　②（0，0，1/2）　③

解析：（1）①乙二醇中三种元素分别为H、C、O，通常非金属性越强，电负性越大，电负性由大到小的顺序为O>C>H；②乙二醇易与水形成分子间氢键，故能以任意比溶于水；③根据乙二醇的结构可判断C、O原子的杂化类型均为sp3。（2）钛原子序数为22，基态钛原子核外电子排布式为[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2，有2个未成对电子，同周期也有2个未成对电子的基态原子的外围排布式分别为3d84s2、4s24p2和4s24p4，即还有Ni、Ge和Se 3种。（3）①由晶胞结构可知：钙位于体心，其个数为1，钛位于顶点，则其个数为×8＝1，氧位于棱边的中点，则其个数为×12＝3，故晶胞的化学式为CaTiO3，立方晶胞共有12条边，每条边长的中点有一个氧原子，共12个氧原子包围着中心的钙离子，则Ca的配位数为12；②由晶胞结构及其特点的坐标分析可得X点的坐标为；③若晶胞参数为a pm，则该晶胞的密度等于晶体的密度，ρ＝＝＝ g·cm－3。