晶体结构与性质

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第三节晶体结构与性质级别A级(基础)1～7　13　14B级(能力)8～12　15　16一、选择题(每小题5分，共40分)1．(2010·日照调研)下面有关晶体的叙述中，错误的是(　　)A．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子B．在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或6个Na＋)C．白磷晶体中，粒子之间通过共价键结合，键角为60°D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏解析：金刚石的网状结构中，每个最小的碳环上有6个原子，以共价键为边；NaCl晶体的配位数为6，即每个晶胞中有6个Na＋、6个Cl－；白磷的化学式为P4，结构为正四面体形，键角为60°，分子内以P—P共价键结合，而P4分子晶体以分子间力结合，而非共价键；离子晶体熔化时，离子键被断开，而分子晶体熔化时，分子并未发生改变。答案：C2．下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是(　　)A．SiO2　CsCl　CBr4　CF4B．SiO2　CsCl　CF4　CBr4C．CsCl　SiO2　CBr4　CF4D．CF4　CBr4　CsCl　SiO2解析：SiO2为原子晶体，CsCl为离子晶体，CBr4和CF4都是分子晶体，一般来说，原子晶体的熔、沸点高于离子晶体，离子晶体高于分子晶体，而分子晶体的熔、沸点高低主要由分子间作用力决定，一般对结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。同时分子晶体的熔、沸点又受氢键、分子的极性等影响。答案：A3．(2010·淄博质检)据美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。下列关于该晶体的说法不正确的是(　　)A．该晶体属于原子晶体B．该晶体易汽化，可用作制冷材料C．一定条件下，该晶体可跟氢氧化钠反应D．每摩尔该晶体中含4molC—O键解析：高熔点、高硬度是原子晶体的特点，故该二氧化碳晶体是原子晶体。答案：B4．(2010·惠州调研)下列性质适合分子晶体的是(　　)①熔点1070℃，易溶于水，水溶液导电　②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液导电　③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃　④熔点97.81℃，质软导电，密度为0.97g/cm3A．①②B．②③C．①④D．③④解析：①熔点高，不是分子晶体，分子晶体熔点较低；④是金属钠的性质。答案：B5．下列关于晶体的说法正确的是(　　)A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低解析：在原子晶体中构成晶体的粒子是原子；在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和阴离子；在分子晶体中构成晶体的粒子是分子；在金属晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，故选项B错误。晶体的熔点一般是原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，而金属晶体的熔点相差比较大。晶体硅的熔点(1410℃)要比金属钨的熔点(3410℃)低，而金属汞的熔点(常温下是液体)比蔗糖、白磷(常温下是固态，分子晶体)等低。所以选项C、D不正确。答案：A6．如图是NaCl晶体的一个晶胞结构模型。KO2的晶体结构与NaCl相似，KO2可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－位置用O代替，则关于KO2晶体结构的描述不正确的是(　　)A．与K＋距离相等且最近的O共有8个B．与K＋距离相等且最近的O构成的多面体是正八面体C．与K＋距离相等且最近的K＋有12个D．一个KO2晶胞中摊得的K＋和O粒子数均为4个解析：分析NaCl晶胞结构，并将Na＋用K＋代替，Cl－用O代替，可知B、D正确；与K＋距离相等且最近的O有6个，与K＋距离相等且最近的K＋有12个。答案：A7．(2010·山东枣庄期末)如右图所示，在氯化钠晶体中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间几何构型为(　　)A．十二面体B．正八面体C．正六面体D．正四面体解析：在氯化钠晶体中，与每个Na＋等距离且最近的Cl－有6个，正好位于Na＋的上下左右前后，构成正八面体。答案：B8．(2010·浙江卷，8)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是(　　)A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂解析：找到突破口：Y单质晶体熔点高硬度大、半导体材料，则Y是Si。根据X、Y、Z、W同周期，Z2－、M2－知Z是S，M是O(Z、M同主族)。X＋与M2－具有相同的电子层结构则X为Na。离子半径：Z2－>W－，则W为Cl。整理一下：X、Y、Z、W、M分别是：Na、Si、S、Cl、O。A项X、M两种元素能形成Na2O和Na2O2两种化合物。B项W、Z、M元素的氢化物分别为HCl、H2S、H2O，分子量减小，但由于水中存在氢键，沸点最高。C项Y、Z、W的单质分别为：Si、S、O2。分别属于原子晶体和分子晶体两种类型。D项W和M的单质Cl2、O3可作水处理剂。答案：D 二、非选择题(本题包括5个大题，共60分)9．(12分)(2009·山东理综，32)C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出Si的基态原子核外电子排布式_________________________________________。从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为___________。(2)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________。(3)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是________________。(4)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述π键：________________________________________________________________________。解析：(1)Si的原子结构示意图为，核外电子排布为1s22s22p63s23p2，非金属性O>C>Si。(2)SiC为正四面体结构，C原子为sp3杂化，作用力为共价键。(3)SiC为20个电子，故M为Mg；MgO和CaO都属离子晶体，离子半径r(Mg2＋)C>Si(2)sp3　共价键(3)Mg　Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大(4)C的原子半径较小，C、O原子能充分接近，pp轨道肩并肩重叠程度较大，形成较稳定的π键；Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键10．(12分)(2010·山东，32)碳族元素包括：C、Si、Ge、Sn、Pb(1)碳纳米管有单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。(2)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为____________________________________________________。(3)用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br的键角________120°(填“>”“<”或“＝”)。(4)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4＋处于立方晶胞顶点，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为________________，每个Ba2＋与________个O2－配位。解析：(1)石墨的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些平面网状结构再以范德华力结合形成层状结构。因碳纳米管结构与石墨类似，可得答案。(2)共用电子对偏向电负性大的原子，故电负性：C>H>Si。(3)SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数目是(4＋2)/2＝3，配位原子数为2，故Sn原子含有孤对电子，SnBr2空间构型为V形，键角小于120°。 (4)每个晶胞含有Pb4＋：8×＝1个，Ba2＋：1个，O2－：12×＝3个，故化学式为：PbBaO3。Ba2＋处于晶胞中心，只有1个，O2－处于晶胞棱边中心，共12个，故每个Ba2＋与12个O2－配位。答案：(1)sp2　范德华力　(2)C>H>Si　(3)<(4)PbBaO3　1211．(12分)(2010·福建卷，30)(1)中国古代四大发明之一——黑火药，它的爆炸反应为：2KNO3＋3C＋SA＋N2↑＋3CO2↑(已配平)①除S外，上列元素的电负性从大到小依次为________。②在生成物中，A的晶体类型为________，含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为______________________________________________________________________。③已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________。(2)原子序数小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数T比Q多2。T的基态原子外围电子(价电子)排布为________，Q2＋的未成对电子数是________。(3)在CrCl3的水溶液中，一定条件下存在组成为[CrCln(H2O)6－n]x＋(n和x均为正整数)的配离子，将其通过氢离子交换树脂(R—H)，可发生离子交换反应：[CrCln(H2O)6－n]x＋＋xR—H―→Rx[CrCln(H2O)6－n]x－＋xH＋交换出来的H＋经中和滴定，即可求出x和n，确定配离子的组成。将含0.0015mol[CrCln(H2O)6－n]x＋的溶液，与R—H完全交换后，中和生成的H＋需浓度为0.1200mol·L－1NaOH溶液25.00mL，该配离子的化学式为________。解析：(1)①钾为活泼金属，电负性比较小；在同周期C、N、O在同周期，非金属性逐渐增强，电负性也逐渐增大；②K2S是离子化合物，属于离子晶体，产物中含有极性共价键的分子为CO2，其空间构型为直线形，中心原子轨道杂化类型为sp；③HCN中CN－与N2结构相同，含有三个键，一个σ键和两个π键；另外C和H之间形成一个σ键，所以HCN分子中σ键和π键数目之比为2∶2，即为1∶1。(2)原子序数小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，应该都属于第Ⅷ族元素，原子序数T比Q多2，可以确定T为Ni，Q为Fe，所以T的基态原子外围电子(价电子)排布为3d84s2，Q2＋即Fe2＋的未成对电子数是4。(3)中和生成的H＋需要浓度为0.1200mol·L－1NaOH溶液25.00mL，则可以得出H＋的物质的量为0.12×25.00×10－3＝0.0030mol，所以x＝0.0030/0.0015＝2；Cr的化合价为＋3价，x＝2可以得知n＝1，即该配离子的化学式为[CrCl(H2O)5]2＋。答案：(1)①O>N>C>K　②离子晶体　sp　③1∶1(2)3d84s2　4　(3)[CrCl(H2O)5]2＋12．(12分)(2010·江苏卷，21A)乙炔是有机合成工业的一种原料。工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。(1)CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为________；1molO中含有的π键数目为________。(2)将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。Cu＋基态核外电子排布式为________________________________________________________________________。(3)乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2CCHCN)。丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是________；分子中处于同一直线上的原子数目最多为_________________________。 (4)CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中含有的中哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C数目为_____________________________。解析：(1)根据等电子体原理可知，O的电子式[O⋮⋮O]2＋，在1mol三键中含有2mol的π键和1mol的σ键，故1molO中，含有2NA个π键。(2)Cu为29号元素，要注意3d轨道写在4s轨道的前面同时还有就是它的3d结构，Cu＋的基本电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3)通过丙烯氰的结构可以知道碳原子的杂化轨道类型为sp和sp2杂化，同一直线上有3个原子。(4)依据晶胞示意图可以看出，从晶胞结构图中可以看出，1个Ca2＋周围距离最近的C有4个，而不是6个，要特别注意题给的信息。答案：(1)[O⋮⋮O]2＋　2NA(2)1s22s22p63s23p63d10(3)sp杂化和sp2杂化　3(4)413．(12分)已知A、B、C、D和E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。A与其他4种元素既不在同一周期又不在同一主族。B和C属同一主族，D和E属同一周期，又知E是周期表中1～18列中的第7列元素。D的原子序数比E小5，D跟B可形成离子化合物其晶胞结构如图。请回答：(1)A元素的名称是__________________________________________________；(2)B的元素符号是________，C的元素符号是________，B与A形成的化合物比C与A形成的化合物沸点高，其原因是____________________；(3)E属元素周期表中第________周期，第________族的元素，其中元素名称是________，它的＋2价离子的电子排布式为____________________；(4)从图中可以看出，D跟B形成的离子化合物的化学式为________；该离子化合物晶体的密度为ag·cm－3，则晶胞的体积是________(只要求列出算式)。解析：依据晶胞结构可知，该晶胞中B与D的个数比为2∶1，再结合题给条件可推出A为H、B为F，C为Cl，D为Ca，E为Mn。(4)设有1mol该晶胞。则有1mol该细胞中含有4molCaF2，其质量为4×78g，一个晶胞的体积为：V＝(cm3)。答案：(1)氢(2)F　Cl　氟化氢分子间存在氢键，氯化氢分子间没有氢键　(3)四　ⅦB　锰　1s22s22p63s23p63d5(4)CaF2　(cm3)