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课时规范练37晶体结构与性质非选择题(共7小题,共100分)1.(2019黑龙江哈尔滨第六中学高三阶段性考试)(14分)硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)均属于硼族元素(第A族),它们的化合物或单质都有重要用途。回答下列问题:(1)写出基态镓原子的电子排布式。(2)已知:无水氯化铝在178 升华,它的蒸气是缔合的双分于(Al2Cl6),更高温度下Al2Cl6则离解生成AlCl3单分子。固体氯化铝的晶体类型是;写出Al2Cl6分子的结构式;单分子AlCl3的立体构型是,缔合双分子Al2Cl6中Al原子的轨道杂化类型是。(3)晶体硼的结构单元是正二十面体,每个单元中有12个硼原子(如图),若其中有两个原子为10B,其余为11B,则该结构单元有种不同的结构类型。(4)金属铝属立方晶系,其晶胞边长为405 pm,密度是2.70 gcm-3,计算确定其晶胞的类型(简单、体心或面心立方):;晶胞中距离最近的铝原子可看作是接触的,列式计算铝的原子半径r(Al)= pm。2.(2018山东烟台高三诊断性测试)(14分)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。(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SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式是。(3)Fe3+、Co3+与N3-、CN-等可形成络合离子。K3Fe(CN)6可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为。Co(N3)(NH3)5SO4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。(4)砷化镓晶胞结构如下图。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 gcm-3,则阿伏加德罗常数的数值为(列出计算式即可)。3.(2019安徽合肥高三调研)(14分)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;AsO33-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,结构简式如图所示,该分子中存在的化学键为(填选项字母)。a.键b.键c.离子键d.配位键(5)砷化铟的晶胞结构如图所示,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)。4.(15分)黑火药是我国古代的四大发明之一,距今已有1 000多年的历史,其成分是木炭(C)、硫粉(S)和硝酸钾(KNO3)。回答下列有关问题:(1)黑火药爆炸生成无毒的气体和K2S,该反应的化学方程式为。(2)Se与S同主族,则Se原子的核外电子排布式为Ar,有对成对电子。(3)C、N、O、K的电负性由大到小的顺序是。(4)黑火药爆炸除生成K2S外,还生成少量K2S2,其结构类似于Na2O2。则K2S2中含有的化学键类型为。(5)K2S遇酸生成H2S,H2S分子中,S原子的杂化轨道类型是;KNO3可电离出NO3-,NO3-的空间构型是。(6)K2S的晶胞结构如图所示。其中K+的配位数为,若K2S晶体的密度为 gcm-3,则晶胞中距离最近的两个S2-核间距为 cm(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。5.(2018河北五校联盟高三联考)(14分)已知:周期表中前四周期的六种元素A、B、C、D、E、F核电荷数依次增大,其中A原子核外有三个未成对电子;化合物B2E的晶体为离子晶体,E原子核外的M层中只有两对成对电子;C元素是地壳中含量最高的金属元素;D单质的熔点在同周期元素形成的单质中是最高的;F2+核外各层电子均充满。请根据以上信息,回答下列问题:(1)A、B、C、D的第一电离能由小到大的顺序为。(用元素符号表示)(2)B的氯化物的熔点比D的氯化物的熔点高,理由是。(3)E的最高价氧化物分子的空间构型是,是分子(填“极性”“非极性”)。(4)F原子的核外电子排布式是。(5)E、F形成某种化合物有如图所示两种晶体结构(深色球表示F原子),其化学式为。(a)中E原子的配位数为。若在(b)的结构中取出一个平行六面体作为晶胞,则平均一个晶胞中含有个F原子。结构(a)与(b)中晶胞的原子空间利用率相比,(a)(b)(填“”“PAsNH3NO43-(3)sp6共价键、配位键N氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子(4)正四面体4145a310-30解析 (1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布为Ar3d104s24p3。(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NPAs;它们的氢化物中NH3中存在氢键,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,阴离子与SO42-互为等电子体,且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构,则该离子是NO43-。(3)CN-中C原子价层电子对个数=1+(4+1-13)=2,所以采取sp杂化;C、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增大,但氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是NOC。(4)Ga与周围等距离且最近的As形成的空间构型为Ga在中心As在四个顶点形成的正四面体结构;由题图可知一个晶胞占有4个Ga原子和4个As原子,若晶胞的边长为a pm,则晶胞体积为(a10-10)3 cm3,晶体的密度为 gcm-3,则晶胞质量为(a10-10)3 cm3 gcm-3=a310-30 g,则a310-30 gNA mol-1=4145 gmol-1,则NA=4145a310-30。3.答案 (1)1s22s22p63s23p33(2)三角锥形sp3(3)NH3NH3与水分子之间易形成氢键(4)abd(5)InAs760a3NA gcm-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个键,另外还有1对未成键价电子对,其价层电子对的总数是4,需要形成4个杂化轨道,采用sp3杂化,分子的空间构型为三角锥形;AsO43-中心原子的价层电子对数为5+32=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键、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=4190NAa3 gcm-3=760a3NA gcm-3。4.答案 (1)2KNO3+S+3CK2S+N2+3CO2(2)3d104s24p416(3)ONCK(4)离子键、共价键(5)sp3平面三角形(6)4223440NA解析 (1)黑火药爆炸生成无毒气体,此气体为N2和CO2,反应的化学方程式为S+2KNO3+3CK2S+3CO2+N2;(2)Se元素位于第四周期第A族,核外电子排布式为Ar3d104s24p4或1s22s22p63s23p63d104s24p4,其电子排布图为,因此Se共有16对成对电子;(3)电负性越大,非金属性越强,同周期从左向右,主族元素电负性依次增大,即电负性大小:ONCK;(4)过氧化钠的电子式为Na+OO2-Na+,K2S2的电子式与Na2O2的相似,则K2S2含有的化学键是离子键、共价键(非极性共价键);(5)H2S中S形成2个键,孤电子对数为2,价层电子对数为4,即S原子杂化类型为sp3;NO3-中N形成3个键,孤电子对数(5+1-32)=0,NO3-空间构型为平面三角形;(6)根据晶胞的结构,K+的配位数为4,S2-位于顶点和面心,晶胞中S2-个数为8+6=4,晶胞的质量为4(239+32)NA g,晶胞的体积为a3 cm3,根据密度的定义,=440NAa3 gcm-3,距离最近的两个S2-距离是面对角线的一半,即为223440NA cm。5.答案 (1)NaAlSiN(2)NaCl为离子晶体而SiCl4为分子晶体(3)平面正三角形非极性(4)1s22s22p63s23p63d104s2(或Ar3d104s2)(5)ZnS42=解析 C元素是地壳中含量最高的金属元素,即C为Al,D单质的熔点在同周期元素形成的单质中最高,推出D为Si,F2+核外各层电子均充满,推出F为Zn,化合物B2E的晶体为离子晶体,E原子核外的M层中只有两对成对电子,即E为S,B为Na,A原子核外有三个未成对电子,即A为N。(1)金属性越强,第一电离能越小,非金属性越强,第一电离能越大,Na的金属性强于Al,N的非金属性强于Si,因此第一电离能由小到大的顺序是NaAlSiOP(3)NH3电负性NP,NH3中成键电子对更靠近中心原子,成键电子对间排斥力较大,故键角较大(4)sp2(5)(1,12,12)433a解析 (1)SO2分子的中心原子价层电子对数为:2+6-222=3,所以SO2分子的VSEPR模型名称是平面三角形。(2)一般情况下,元素的非金属性越强,第一电离能越大,非金属性OP,则第一电离能OP,同一周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但氮原子的最外层p能级上是半充满的稳定结构,则第一电离能NO,所以N、O、P三种元素第一电离能由大到小的顺序是NOP。(3)电负性NP,中心原子的电负性越大,成键的共用电子对离中心原子越近,成键的电子对之间的距离越小,成键电子对之间的排斥力越大,导致键角变大,所以PH3的键角小于NH3的键角。(4)SCN-与CO2互为等电子体,CO2的中心碳原子价层电子对数为:2+4-222=2,碳原子的杂化类型为sp,CO2的结构式为OCO,1 mol CO2中含有2 mol 键,根据等电子体原理,SCN-中C原子的杂化类型为sp,1 mol SCN-中含键的数目为2NA。(5)原子坐标参数A为(0,0,0);B为(12,12,0);D为(1,1,1),由晶胞结构示意图可知,C原子位于晶胞的面心,C原子在x上为1,在y、z上均为12,则C原子的坐标参数为(1,12,12);由晶胞结构示意图可知,晶胞的体对角线是4a cm,所以磷化硼晶胞的边长为4a3 cm=433a cm。7.答案 (1)1s22s22p1NC(2)abc四面体(3)sp3杂化乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键(4)层与层之间通过范德华力结合在一起,作用力小,导致其质地软解析 (1)硼原子核外有5个电子,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1,C、N两种元素的第一电离能由大到小的顺序为NC。(2)晶体R中各种微粒间的作用力涉及离子键、共价键、配位键;阴离子中中心原子B原子含有4个键且不含孤电子对,所以B原子采用sp3杂化方式,为四面体构型。(3)乙二胺中N原子形成3个键,含有1对孤对电子,杂化轨道数为4,采取sp3杂化;乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺的沸点较高。(4)六方相氮化硼中,每一个B原子与3个N原子相连,每1个N原子与3个B原子相连,形成平面三角形,向空间发展成层状结构。六方相氮化硼不含键,只含键,层与层之间通过范德华力结合在一起,作用力小,导致其质地软。
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