新高中化学晶胞的相关计算专项训练专题复习附解析

新高中化学晶胞的相关计算专项训练专题复习附解析一、晶胞的相关计算1.元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2;元素丫基态原子的3P轨道上有1对成对电子。X与丫形成的化合物的晶胞结构如图所示，下列关于该晶体的说法正确的是()A.该晶体属于原子晶体B.X2+的配位数为8,Y2-的配位数为4C.与每个Y2-距离最近且相等的Y2-共有12个D.该晶体的熔点比氧化锌高2.已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为Mg/mol,阿伏加德罗常数的值为Na,晶体的密度为dg/cm3下列说法中正确的是A.晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1B.晶体中阴、阳离子的配位数都是4C.该晶胞可能是NaCI的晶胞D.该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为4M/(NAd)cm3 .石墨烯具有原子级的厚度、优异的电学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型及分子结构示意图如下：(1)下列有关石墨烯说法正确的是A石墨烯的结构与金刚石相似B石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面C12g石墨烯含b键数为NaD从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钻等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙快、苯、乙醇或酬:菁等中的一种或任意组合。钻原子在基态时，核外电子排布式为：。乙醇沸点比氯乙烷高，主要原因是。下图是金与铜形成的金属互化物合金，它的化学式可表示为:O Au-LohO Cu -49001含碳源中属于非极性分子的是(填序号)a甲烷b乙快c苯d乙醇酬:菁与儆菁铜染料分子结构如下图，组成酗:菁铜染料分子的元素，血:菁变成儆菁铜，分子中多了什么作用力,配菁铜分子中设计到的元素，电负性由小到大依次为4 .铜元素是一种金属化学元素，也是人体所必须的一种微量元素，铜也是人类最早发现的金属，是人类广泛使用的一种金属，属于重金属。(1)写出基态铜原子的价层电子排布式。(2)简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层电子中含有的未成对电子数有关，如Fe3+呈黄色，Fe2+呈绿色，Cu2+呈蓝色等。预测Cu+为色，解释原因。(3)X射线研究证明，CuC2的结构为链状，如图所示，它含有的化学键类型为,在它的水溶液中加入过量氨水，得到Cu(NH3)4Cl2溶液，Cu(NH3)4C12中H-N-H的夹角(填“大于”、“等于”或“小于”)NH3分子中的H-N-H的夹角，原因是。(4)某种铜的氯化物晶体结构如图：此晶体中铜原子的配位数是,若氯原子位于铜形成的四面体的体心，且铜原子与铜原子、铜原子与氯原子都是采取最密堆积方式,则氯原子与铜原子半径之比为中国蓝、牛国紫”，直到近年来人们才研n =,基态时该阳离子的价电子排布式为5.我国秦俑彩绘和汉代器物上用的颜料被称为究出来其成分为BaCuSiOio,BaCuS2O6。(1)中国蓝“、中国紫”中均具有cw+离子,o（2）在5500年前，古代埃及人就己经知道如何合成蓝色颜料一埃及蓝CaCuSiio,其合成原料中用CaCQ代替了BaCQ,其它和中国蓝”一致。CO2一中键角/OCO为。根据所学，从原料分解的角度判断埃及蓝”的合成温度比中国蓝”更（填篙”或低”）。（3）配离子Cu（CN）32-中，中心离子的杂化类型是,该配离子的空间构型为；CN-中配位原子是（填名称）。（4）CaCux合金可看作由如图所示的（a）、（b）两种原子层交替堆积排列而成。（a）是由Cu和Ca共同组成的层，层中Cu-Cu之间由实线相连；（b）是完全由Cu原子组成的层，CuCu之间也由实线相连。图中虚线构建的六边形，表示由这两种层平行堆积时垂直于层的相对位置；（c）是由（a）和（b）两种原子层交替堆积成CaCix合金的晶体结构图。在这种结构中，同一层的Ca-Cu距离为294pm,相邻两层的Ca-Cu距离为327pm。该晶胞中Ca有个Cu原子配位（不一定要等距最近）。同一层中，Ca原子之间的最短距离是pm,设Na为阿伏加德罗常数的值,CaCu晶体的密度是g/cm3（用含m、n的式子表示）。6 .金属铜是被人们认识和利用较早的金属之一，西汉淮南万毕术中有“曾青得铁则化为铜”的记载，“曾青”是CuSQ溶液。回答下列问题：（1） 一些铜盐在灼烧时会产生特殊的颜色，原因是一。（2） CuSQ溶液中，金属阳离子的最高能层符号为；其中未成对电子数为一。（3） CuSQ.5吨0可写成Cu（H2O）4SQH2O,其结构如图所示：Cu（H2O）42+中。原子的杂化类型为。1molCu（H2O）42+中含有。键的个数为（Na表示阿伏加德罗常数的值）。CuSQ5H2O结构中含有的化学键的类型有，所含元素的电负性大小顺序为。（4）金属铜的晶胞结构如图所示。该晶胞结构中含有由Cu原子构成的正八面体空隙和正四面体空隙，则正八面体空隙数和正四面体空隙数的比为一。科研发现硫化铜可以作为一种极为重要的P型半导体，其晶胞结构可以理解为铜晶胞中互不相邻的正四面体形成的空隙被S2-占据，若该晶体的密度为ag-cm-3,则两个最近的S2-之间的距离为pm(NA表示阿伏加德罗常数的值)。7 .钻、铜及其化合物在工业上有重要用途，回答下列问题：(1)请补充完基态Co的简化电子排布式：Ar,CcT有个未成对电子。(2)Na3Co(NO2)6常用作检验/的试剂，配位体NO2的中心原子的杂化形式为,空间构型为。大兀键可用符号IImm表示，其中m代表参与形成大兀键的原子数，n为各原子的单电子数(形成b键的电子除外)和得电子数的总和(如果分子中的大兀键可表示为II：,则NO2中大兀键应表示为。(3)配合物Cu(En)2SO4的名称是硫酸二乙二胺合铜(n)，是铜的一种重要化合物。其中En是乙二胺(H2NCH2CH2NH2)的简写。该配合物Cu(En)2SO4中N、O、Cu的第一电离能由小到大的顺序是。乙二胺和三甲胺N(CR)3均属于胺，且相对分子质量相近，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是(4)金属Cu晶体中的原子堆积方式如图所示，其配位数为,铜原子的半径为anm,阿伏加德罗常数的值为Na,Cu的密度为g/cm3(列出计算式即可)。8.氧元素为地壳中含量最高的元素，可形成多种重要的单质和化合物。(1)氧元素位于元素周期表中区；第二周期元素中，第一电离能比氧大的有种。(2)。3可用于消毒。O3的中心原子的杂化形式为;其分子的VSEPR莫型为,与其互为等电子体的离子为(写出一种即可)。(3)含氧有机物中，氧原子的成键方式不同会导致有机物性质不同。解释C2H50H的沸点高于CROC睦的原因为。(4)氧元素可与Fe形成低价态氧化物FeO。FeO立方晶胞结构如图所示，则Fe2+的配位数为;与O2-紧邻的所有Fe2+构成的几何构型为。9.一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，结构简式如图(1)基态Zn2+的价电子排布式为;一水合甘氨酸锌中所涉及的非金属元素电负性由大到小的顺序是。(2)甘氨酸(H2N-CH2-COOH)中N的杂化轨道类型为;甘氨酸易溶于水，试从结构角度解释。(3) 一水合甘氨酸锌中Zn2+的配位数为。(4) Zn(IMI)4(ClO4)2是Zn2+的另一种配合物，IMI的结构为/-(H,则1molIMI中含有个b键。,I(5)常温下IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物厂为液JIACJL态而非固态，原因是。(6)Zn与S形成某种化合物的晶胞如图I所示。国IZn2+填入S2-组成的空隙中；由能否判断出S2-、Zn2+相切？(填“能”或“否”)；已知晶体密度为dg/cm3,S2-半径为apm,若要使S2-、Zn2+相切，则Zn2+半径为pm(写计算表达式)。10.中国的铀工业自20世纪50年代兴起，现已形成完整的和具有相当规模的科研和工业生产体系。铀是原子反应堆的原料，常见铀的化合物有UF4、UO2及(NH4)4UO2(CO3)3等。回答下列问题：(1)UF4用Mg或Ca还原可得金属铀。基态氟原子的价电子排布图为;金属铀的一种堆积方式为体心立方堆积，该堆积方式的空间利用率为;UF4用Mg或Ca还原时，其氧化产物是MgF2或Ca已知MgF2的熔点高于CaF,其原因是。(2)已知：(NH4)4UO2(CQ)3800c3UO2+10NH3T+9COT+Nd+9H2OT(NH4)4UO2(CO)3存在的微粒间作用力是；a.离子键b.共价键c.配位键d.金属键NH4+的空间构型为,与NH4+等电子体的分子或离子有(写一种)；CO32中碳原子杂化轨道类型为;(3)UO2的晶胞结构如图所示：晶胞中U原子位于面心和顶点，氧原子填充在U原子堆积形成的空隙中，在该空隙中氧原子堆积形成的立体的空间构型为(填立方体、四面体、八面体”)若两个氧原子间的最短距离为anm,则U6晶体的密度为gcm-3。(歹咄含a算式即可。用Na表示阿伏加德罗常数的值。)11.新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。(1)Ti(BH4)3是一种储氢材料，可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态Cl原子中，电子占据的最高电子层符号为一该电子层具有的原子轨道数为_。LiBH4由Li+和BH4-构成，BH4-的立体构型是一B原子的杂化轨道类型是。Li、B元素的电负性由小到大的顺序为。(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。LiH中，离子半径：Li+_H-(填=或SHCu1:2X3竺4X10102aNA【解析】【分析】【详解】(1)铜盐在灼烧时会产生特殊的颜色，这是由于金属的焰色反应导致的：灼烧时基态铜原子的电子跃迁到较高能级，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将以一定波长(可见光区域)的光的形式释放能量；故答案为：灼烧时基态铜原子的电子跃迁到较高能级，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将以一定波长(可见光区域)的光的形式释放能量；，、一一一9(2)CuSQ溶液中，金属阳离子的核外电子排布式为：Ar3d,最高能层符号是M,3d有5个轨道，根据洪特规则和泡利不相容规则，一个轨道最多容纳2个电子，故有1个未成对电子；故答案为：M;1;(3)Cu(H2O)42+中。原子的杂化类型，可直接分析水中氧原子的杂化方式，根据公式、一一612+.计算2-4,故氧原子采取sp3杂化；1molCu(H2O)42中，每摩尔水含2mol键，氧和铜形成1mol配位键，故1molCu(H2O)42+中含有(T键的个数为12Na；故答案为：sp3;12Na；根据CuSQ5H2O的结构图可知，4个水和铜形成配位键，由原子提供孤对电子，水与硫酸根均含共价键，硫酸铜还含有离子键，故CuSQ5H2O结构中含有的化学键的类型有配位键、共价键和离子键；根据元素周期律可知，元素周期表越靠近右上位置，电负性越强，故CuSQ5H2O所含元素的电负性大小顺序为OSHCu;故答案为：配位键、共价键和离子键；OSHCu；(4)晶胞中共有同一顶点的3个面心的微粒与顶点微粒形成正四面体，晶胞中正四面体数目为8;面心位置6个微粒围成正八面体，将晶胞补全可知共用1条棱的4个面心与该棱顶点微粒也围成正八面体，而这样的正八面体为4个晶胞共有，晶胞单独占有正八面体,1数目1124，故晶体中正八面体和正四面体空隙数的比值为4:81:2；4该硫化铜(CuS)晶体中，硫离子位于8个顶点和6个面心，故1个晶胞中硫离子数、，1_1为：8-64,铜离子个数也为4,则晶胞体积：82mNM4643238430。V寸1030(pm3),两个最近的是位于顶点和面心NAaNA1030aNA的位置，则两个最近的S2-之间的距离为边长的Y2倍，最近距离为：2故答案为互x3国4x1010。2aNA7.C解析：3d74s23sf2V形n3CuON乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子/644之间不能形成氢键12Na(2.2a107)3【解析】【分析】(1)Co的原子序数为27,则按电子排布规律可书写其简化电子排布式，Co2+有25个电子，按电子排布规律可确定有几个未成对电子;(2)通过计算配位体NO2的价电子对数，可确定中心原子的杂化形式及离子的空间构型，大兀键可用符号I*表示，其中m代表参与形成大兀键的原子数，n为各原子的单电子数(形成b键的电子除外)和得电子数的总和，则计算出m和n,就可表示；(3)按第一电离能的规律，对N、O、Cu的第一电离能展开由小到大排序；乙二胺比三甲胺的沸点高得多的原因从影响沸点的因素入手分析；(4)从金属Cu晶体中的原子堆积方式，按均摊法计算其配位数，铜原子的半径为anm,阿伏加德罗常数的值为Na,Cu晶体的密度即其晶胞的密度，可通过晶胞质量、晶胞体积按定义计算；【详解】(1)Co原子核外有27个电子，根据构造原理书写基态Co的简化电子排布式：Ar3d74s2,Co原子失去4s能级上的2个电子生成Co2+,该离子3d能级上有7个电子，有5个轨道，每个轨道最多排列2个电子，则未成对电子数是3；故答案为：3d74s2；3;(2)配位体NO2的中心原子N原子价层电子对个数=23 ,且含有1个孤电2子对，根据价层电子对互斥理论判断N原子的杂化形式及空间构型分别为sp2、V形；故答案为：sp2；V；NO2大兀键可用符号IIm表示，其中m代表参与形成大兀键的原子数，则m=3,中心原子sp2杂化，所以中心原子中有1对孤对电子没有参与形成大兀键，则n=6X42X2-2-4X2=4则NO2中大兀键应表示为n34；答案为：虱4;(3)同一周期元素，第VA族元素第一电离能大于其相邻元素第一电离能，所以第一电离能ON,非金属元素第一电离能大于金属元素第一电离能，所以第一电离能CuO;答案为：CuONCHsp甘氨酸为极性分子，且分子中的氨基和竣基都能与水分子形成氢键512Na阴阳离子半径大，电荷小，形成的离子晶体晶格能小，熔点低正四面3 388-仞体否(3/x10-a)pm4 ,dNA【解析】【分析】(1) Zn的核电荷数为30,处于周期表中第4周期第nB族，基态Zn2+的价电子排布式为3d10；C、N、O是同一周期的元素，从左到右电负性减小，电负性由大到小的顺序是ONCH(2) N原子价层电子对个数是4,杂化轨道类型为sp3;从分子极性和氢键两个角度解释；(3)根据配位数的定义判断；(4)1molIMI中含有5molC-N、6molC-H、1molC-H,共12X6.02x23)键。(5)从晶格能大小的角度解释；(6)ST做面心立方最密堆积，Z吊+做四面体填隙，根据结合晶胞边长和体对角线的关系、密度公式p=mV计算。【详解】(1)Zn为30号元素，基态Zn2+的价电子排布式为3d10;一水合甘氨酸锌中所涉及的非金属元素C、N、O、H,C、N、O是同一周期的元素，从左到右电负性减小，电负性由大到小的顺序是ONCH。(2)甘氨酸(H2N-CH2-COOH)中N原子形成三个键，孤电子对为-一2一3=1,N原子价层电子对个数是4,杂化轨道类型为sp3;甘氨酸易溶于水，因为：甘氨酸极性分子，且分子中的氨基和竣基都能与水分子形成氢键。(3) Zn与甘氨酸中的氧和氮原子形成4个配位键，和水中氧形成一个配位键，一水合甘氨酸专中Zn2+的配位数为5。(4) Zn(IMI)4(ClO4)2是Zn2+的另一种配合物，IMI的结构为二、门则1molIMI中含有5molC-N、6molC-H、1molC-H,共12X6.02x20键。(5)常温下IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物广、为液IKI11，态而非固态，原因是阴阳离子半径大，电荷小，形成的离子晶体晶格能小，熔点低。(6)S2为面心立方最密堆积，Zn2+做四面体填隙，所以晶体中与Zn等距且最近的S2形成的立体图形为正四面体形，Zn2+填入S2-组成的正四面体空隙中；由不能判断出S2-、Zn2+相切；晶体的密度为dgcm3,阿伏伽德罗常数为Na,一个晶胞中含有Zn2+的个数为4,一的个数为8X1+64=4个，不妨取1mol这样的晶胞，即有82Na个这样的晶胞，设晶胞的边长为Ccm,一个晶胞的体积为V=C3cm3,则晶体密度为m97413880+0一pabc正四面体 CH4 sp2立方体4 2708a3NA1021【解析】【分析】(1)F元素常用第二周期VIIA族，价电子排布式为2s22p5,结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；根据体心立方堆积晶胞的内部结构计算空间利用率，空间利用率=V(球)vM胞)CaF2和MgF2都是离子晶体，离子电荷相同，离子半径越小，晶格能越大，晶体的熔点越高；(2)(NH4)4UO2(CC3)3为离子晶体，含有离子键，俊根离子中有共价键和配位键；根据VSEPRI论判断NH4+的空间构型，等电子体是指原子总数相同，价电子总数也相同的微粒；根据VSEPRI论和杂化轨道理论判断；(3)由UO2的晶胞结构，氧原子与周围的4个U原子形成正四面体结构，氧原子位于正四面体的中心；1如图晶胞内部上半部4个。原子形成正方形，正方形边长为晶胞棱长的一，均摊法计算2晶胞中U、。原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，晶体密度=晶胞质量第胞体积。【详解】(1)F原子价电子排布式为2s22p5,由泡利原理、洪特规则，价层电子排布图为2s2p根据体心立方堆积晶胞的内部结构，1个体心立方晶胞含有硬球数目为8+1=2个，8设硬球边长为a,根据硬球接触模型，则硬球半径与晶胞边长的关系为4r=73a,所以r而V（千）24r3MX 100% 68%；=:43a所以空间利用率=而西100%=13aMgF2和CaB均为离子晶体，Mg/半径小于Ca2+半径，MgF2的晶格能大于Caf2,故MgF2的熔点较高；(2)(NH4)4UO2(CO3)3为离子晶体，含有离子键，钱根离子中有共价键和配位键;对于NH4+,根据VSEPRI论，价电子对数为VP=BP+LP=4+5141=4,VSEPR模型为四面体形，形成4根N-H键，则其空间构型为正四面体；等电子体是指原子总数相同，价电子总数也相同的微粒，所以与NH4+互为等电子体的分子或离子有：CH4、BH4-(或BeH42-、AIH4-、SiH4及GeH4);对于CO32-,根据VSEPRS论，价电子对数为VP=BP+LP=3+4232=3根据杂2化轨道理论，中心C为sp2杂化；(3)氧原子与周围的4个U原子形成正四面体结构，氧原子位于正四面体的中心，则氧原子填充在铀原子形成的正四面体空隙中；1如图晶胞内部上半部4个O原子形成正方形，正方形边长为晶胞棱长的-,若两个氧原2,一一，-一nc1子的取近距离为anm,则晶胞梭长为2anm,晶胞体积=(2ax10cm)3,U原子数目=8X-81 一 + 6X= 4, O原子数目=8,晶胞质重=24 238+ 8 16Nag,故晶体密度=4 238+ 8 1673 4 270g*（2a 乂-）瓯_21-10 g?cm-3。(或B与N的位置互换)142pm11.B解析：M9正四面体sp3LiBnA1.37【解析】【详解】(1)基态Cl原子中，电子占据的最高电子层为第3能层，符号为M,该电子层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道，具有的原子轨道数共9个，故答案为：M;9;LiBH4由Li+和BH4-构成，BH4-的中B原子价层电子对数为13+4+1=4,B原子的杂化2轨道类型是sp3,且不含孤对电子，所以立体构型是正四面体，故答案为：正四面体；sp3；根据电负性排列规律，可知Li、B元素的电负性由小到大的顺序为LiB,故答案为：LiB；(2)核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径：Li+H,故答案为：;由数据可知M的I3远远大于I3,说明M是最外层有2个电子，为HA族元素，故答案为：HAI(3)根据立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图，可得答案为：，手彳(或B与N的位置互NBI)；(4)NaH具有NaCl型晶体结构，已知NaH晶体的晶胞参数a=488pm,Na*半径为118 二 +6 - =4,氢离82102pm,H-的半径为WI；2=142pm,该晶胞中钠离子个数为14M子个数为12+1=4,NaH的理论密度是777,4NV24 46.021023488310301.37 ，故答案为 142pm ； 1.37。12.C解析：_622【解析】【分析】【详解】Cl原子位于Cu原子构成的四面体体心，则体对角线是铜原子和氯原子的半径之和的4倍，Cu原子位于立方体的顶点和面心，为面心立方最密堆积，则面对角线是铜原子半径的4倍，晶胞的边长为acm,所以面对角线等于尬acm,则铜原子半径为彳acm,体对角一3-.2.线等于石acm,则氯原子半径为acm,求得氯原子与铜原子半径之比为4.3-.24a=忘22-24