1、1考点规范练 37 晶体结构与性质(时间:45 分钟 满分:100 分)非选择题(共 5 小题,共 100 分)1.(20 分)磁性材料氮化铁镍合金可用 Fe(NO3)3、Ni(NO 3)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)N 和 NH3中氮原子的杂化方式为 。 O-3(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立体构型是 。 (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)62+蓝色溶液,则 1
2、mol Ni(NH3)62+含有的 键为 mol。 图 1 图 2(6)图 1 是丁二酮肟与镍形成的配合物,则分子内含有的作用力有 (填序号)。 A.氢键B.离子键C.共价键D.金属键E.配位键组成该配合物分子且同属第二周期元素的电负性由大到小的顺序是 。 (7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图 2 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 gcm-3(不必化简)。 2.(20 分)氮及其化合物与生产、生活联系密切。回答下列问题:(1)基态 15N 中有 个运动状态不相同的电子,砷元素在元素周期
3、表中位于第四周期且和氮元素同主族,基态砷原子的电子排布式为 。 (2)元素 C、N、O 的第一电离能由大到小排列的顺序为 (用元素符号表示),NF 3分子的空间构型为 。 (3)氨基乙酸(H 2NCH2COOH)分子中,碳原子的杂化轨道类型有 ;1 mol H 2NCH2COOH 中含有 键的数目为 ,二氧化碳为氨基乙酸分解的产物之一,写出二氧化碳的一种等电子体 (填化学式)。 (4)三氟化硼与氨气相遇,立即生成白色固体,写出该白色固体的结构式: (标注出其中的配位键);利用“卤化硼法”可合成含 B 和 N 两种元素的功能陶瓷,图 1 为该晶体的晶胞结构,该功能陶瓷晶体的化学式为 。 (5)铁
4、与氨气在 640 时可发生置换反应,其中一种产物的晶胞结构如图 2 所示,该反应的化学方程式为 。已知该晶胞的边长为 a nm,则该晶体的密度为 gcm-3(设 NA为阿伏加德罗常数的数值)。 3.(2018 湖北六校联合体联考)(20 分)由 P、S、Cl、Ni 等元素组成的新型材料有着广泛的用途。回答下列问题:(1)基态氯原子核外电子占有的原子轨道数目为 ,P、S、Cl 的第一电离能由大到小的排列顺序为 。 2(2)PCl3分子中的中心原子杂化轨道类型是 ,该分子的空间构型为 。 (3)PH4Cl 的电子式为 ,Ni 与 CO 能形成配合物 Ni(CO)4,该分子中 键与 键个数比为 。
5、(4)已知 MgO 与 NiO 的晶体结构(如图甲)相同,其中 Mg2+和 Ni2+的离子半径分别为 66 pm 和 69 pm,则熔点:MgO (填“”“NC(7)8 562NA(4a3)3解析(1)Fe 为 26 号元素,则 Fe3+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5或Ar3d 5。(2)N 为平面三角形,氮原子为 sp2杂化;NH 3为三角锥形,氮原子为 sp3杂化。O-3(4)N3-电子数为 10,与 N3-具有相同电子数的三原子分子为 H2O,分子的立体构型为 V 形。(5)在Ni(NH 3)62+中,每个氮原子与 3 个氢原子形成 键,同时还与镍原子形成配位键,也
6、是 键,因此 1molNi(NH3)62+含有的 键为 4mol6=24mol。(6)根据题图可知碳碳间、碳氮间为共价键,氮镍间为配位键,氧氢间为氢键;同一周期中,电负性随着原子序数的增大而增大,该物质中含有的第二周期元素有 O、N、C,其电负性由大到小的顺序为 ONC。(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图 2 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 +1=2,如果 Fe 的原子半径为 acm,则立方体的18边长为 cm,对应的体积为 ,阿伏加
7、德罗常数的值为 NA,所以铁单质的密度表达式为4a3 (4a3cm)3gcm-3。562NA(4a3)32.答案(1)7 1s 22s22p63s23p63d104s24p3(2)NOC 三角锥形(3)sp3、sp 2 9 NA N 2O 或 等N-3(4) BN(5)8Fe+2NH3 2Fe4N+3H2 2.381023a3NA解析(1)基态 15N 的核外有 7 个电子,所以有 7 个运动状态不同的电子,砷元素位于第四周期且和氮元素同主族,为 33 号元素,其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)同周期元素从左向右,第一电离能呈增大趋势,但第A 族和第
8、A 族元素由于存在全满或半满状态,是一种稳定结构,第一电离能高于同周期相邻元素,所以 C、N、O 的第一电离能由大到小排列的顺序为 NOC,NF3分子中氮原子的价层电子对数为 3+ =4,有 1 对孤电子对,所以分子的空5-32间构型为三角锥形。(3)氨基乙酸(H 2NCH2COOH)中,CH 2中的碳原子周围有四个 键,杂化类型为 sp3杂化,羧基中的碳原子周围有三个 键,没有孤电子对,杂化类型为 sp2杂化,1molH 2NCH2COOH 中含有9mol 键,所以 键的数目 9NA,一个二氧化碳分子中有三个原子,价电子数为 16,与之互为等电子体的为 N2O、 等。N-3(4)三氯化硼和三
9、氟化硼常温下都是气体,所以它们固态时的晶体类型为分子晶体,硼元素具有缺电子性,其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物,BF 3能与 NH3反应生成 BF3NH3,B与 N 之间形成配位键,氮原子含有孤电子对,所以氮原子提供孤电子对,BF 3NH3结构式为。根据图 1,利用均摊法可知,晶胞中含有硼原子数为 4,晶胞中含有氮原子数为 8 +6 =4,所18 12以化学式为 BN。5(5)该晶胞中铁原子个数=8 +6 =4,氮原子个数是 1,所以氮化铁的化学式是 Fe4N,铁与氨气18 12在 640可发生置换反应生成氢气和氮化铁,所以该反应的化学方程式为 8Fe+2NH3 2Fe4N+3H
10、2,该晶胞的边长为 anm,则晶胞的体积为( a10-7)3cm3,所以密度为 gcm-3= gcm-238NA(a10-7)3 2.381023a3NA3。3.答案(1)9 ClPS (2)sp 3 三角锥形(3) H+ - 11H Cl(4) Mg 2+半径比 Ni2+小,MgO 的晶格能比 NiO 大(5)(1,12,12)(6)2532a2NA或 7523a2NA解析(1)基态氯原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p5,其核外电子占有的原子轨道数为 9。同周期元素随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,由于 P 元素原子的 3p 能级为半充满的稳定状态,能量较低,第一电
11、离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:ClPS。(2)PCl3中 P 原子杂化轨道数为 (5+3)=4,采取 sp3杂化方式,有 1 对孤电子对,所以该分子构12型为三角锥形。(3)PH4Cl 的电子式为 H+ -;Ni 与 CO 能形成配合物 Ni(CO)4,该分子中 Ni 与 CH Cl形成配位键(即 键),CO 中含有 1 个 键和 2 个 键,则 键个数为 14+4=8, 键个数为24=8,所以个数之比为 11。(4)Mg2+的半径比 Ni2+小,所带电荷数相同,所以氧化镁的晶格能大于氧化镍,则熔点:MgONiO。(5)若 NiO 晶胞中离子坐标参数 A 为(0,0,0),B 为(1,
12、1,0),因 C 的 x 轴坐标与 B 的 x 轴坐标相同, y、 z 轴坐标都在棱的中点上,所以 C 的坐标参数为 。(1,12,12)(6)根据题图可知,每个氧化镍“分子”所占的面积为(2 a m)(2a msin 60)=2 a2 3m2,则每平方米面积上含有的氧化镍“分子”个数为 ,每个氧化镍“分子”的质量为 g,所以123a2 75NA每平方米面积上含有的氧化镍的质量为 g g。75NA 123a2=2532a2NA4.答案(1)1s 22s22p63s23p63d10 14 (2)b (3)12 (4)原子晶体GaN 晶体中,每 1 个镓原子与 4 个氮原子结合,而镓原子只有 3
13、个价电子,故需提供 1 个空轨道形成配位键(5)sp3 或(6)GeO 72.5解析(1)基态铜原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1,失去 4s 轨道上的 1 个电子变成基态 Cu+,则基态 Cu+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10或Ar3d 10,电子占据 1 个 1s 轨道、1 个 2s轨道、3 个 2p 轨道、1 个 3s 轨道、3 个 3p 轨道和 5 个 3d 轨道,故电子占据轨道数目为1+1+3+1+3+5=14。(2)碳、硅和磷三种元素中,硅元素的第一电离能最小,则曲线 c 代表硅;碳、磷原子的价电子排布式分别为 2s22p2、
14、3s 23p3,显然碳原子失去 2p 轨道的 2 个电子较易,失去 2s 轨道的 2 个电子较难,故碳元素的第一、二级电离能明显小于第三、四级电离能;磷原子失去 3p 轨道的 3 个电子相对较易,失去 3s 轨道的 2 个电子较难,故磷元素的第四级电离能明显大于第一、二、三级电离能,图中曲线 a 代表碳,曲线 b 代表磷。(3)二氧化硅晶体的结构与金刚石相似,硅原子周围有 4 个共价键与其相连,其中任意两个共价键向外都可以连有 2 个最小的环,故每个硅原子连接的十二元环的数目为 3212=12 个。6(4)氮化镓(GaN)的熔点为 1700,晶体结构与金刚石类似,故氮化镓属于原子晶体。由氮化镓
15、晶体结构可知,每个镓原子与 4 个氮原子相结合,而镓原子最外层有 3 个价电子,故需要提供 1 个空轨道形成配位键。(5)B(OH)4-离子中硼原子形成 4 个 BO 键且不含未成键的孤电子对,则硼原子采取 sp3杂化。硼原子最外层有 3 个电子,可与 3 个氧原子形成 BO 键,另外 1 个 BO 键为配位键,其中硼原子提供空轨道,氧原子提供成键电子对,故B(OH) 4-的结构简式为 (或 )。(6)由锗的氧化物晶胞结构可知,氧原子位于晶胞的 8 个顶点和 6 个面心,4 个锗原子位于晶胞内部,则每个晶胞中含有 4 个锗原子,含有氧原子数目为 8+ 6=4 个,Ge 和 O 原子个数之比为1
16、8 1244=11,故该锗的氧化物的化学式为 GeO。晶胞的边长为 4.310-10m=4.310-8cm,则晶胞的体积为 V=(4.310-8cm)37.9510 -23cm3,晶体的密度为 =7.4gcm-3,设 Ge 的摩尔质量为 M,则有 = ,M= -16gmol-1=4(M+16gmol-1)NAV VNA4-7.4gcm-37.9510-23cm36.021023mol-1416gmol-172.5g mol-1,故其相对原子质量为 72.5。5.答案(1)6 (2)平面三角形 sp 2(3)因为碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合 C 中的氧离子、使 C 分解为 CO2O2
17、-3 O2-3的过程,所以当阳离子所带电荷相同时,阳离子半径越小,其结合氧离子能力就越强,对应的碳酸盐就越容易分解(4)C8H8C60(或 C60C8H8)(5)4 1633 NAr2(6)D解析(1)原子核外的电子运动状态各不相同,有几个电子就有几种运动状态,故基态碳原子核外有 6种空间运动状态的电子,碳原子价电子排布图为 。(2)光气 COCl2的中心碳原子的价层电子对数为 3,分别与两个 Cl 和一个 O 形成三个 键,没有孤电子对,则其分子立体构型为平面三角形,碳原子为 sp2杂化。(4)根据复合型分子晶体的晶胞结构可知,一个晶胞中含有 C60的分子个数为 8 +6 =4,含有18 1
18、2C8H8的分子个数为 4,则该复合型分子晶体的组成可以表示为 C8H8C60或 C60C8H8。(5)石墨的晶胞结构如图,设晶胞的底边长为 acm,高为 hcm,层间距为 dcm,则 h=2d,从图中可以看出石墨晶胞含有 4 个碳原子,则:=rsin60a= ra2 3 gcm-3= =4NAmol-1M(C)(acm)2sin60hcmd= cm。4NAmol-112gmol-1(3r)2322dcm3 1633 NAr27(6)由金刚石的晶胞结构可知金刚石的晶胞相当于一个大的体心立方堆积中套一个小的体心立方堆积,故根据金属钠的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图,可知金刚石的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图为 D 图示。
