- 晶体结构与性质
- 共7164题
(10分)计算题:
已知:晶体“二氧化硅”可由晶体“硅”衍生得到;下图是晶体“硅”及“二氧化硅”的晶胞示意图:
试回答:
(1)请写出SiO2晶体的两种主要用途: (4分)
(2)请写出与晶体SiO2化学键及晶体类型完全相同的两种物质的名称: (2分)
(3)已知:二氧化硅晶体的密度为ρg/cm3 , 试求二氧化硅晶体中最近的两个Si原子之间的距离的表达式?(保留原表达式,不用化简)(4分)
正确答案
(1) 光导纤维、制玻璃、集成电路等
(2)碳化硅、氮化硼
(3)
略
金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体,即在立方体的8个顶点各有一个金原子,各个面的中心有一个金原子,每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量。
(1)金晶体每个晶胞中含有________个金原子。
(2)欲计算一个晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定____________。
(3)一个晶胞的体积是__________。
(4)金晶体的密度是____________。
正确答案
(1)4
(2)距离最近的两金原子间相接触,即相切
(3)2d3
(4)
利用均摊法解题,8个顶角上金原子有属于该晶胞,每个面上金原子有
属于该晶胞,共有6个,故每个晶胞中金原子个数=8×
+6×
=4。假设距离最近的两金原子间相切,则有
正方形的对角线为2d。正方形边长为
d。所以V晶=(
d)3=2
d3,Vm=
NA=
d3NA,所以ρ=
=
。
(11分)T、X、Y、Z、Q、R、W为周期表前四周期元素,原子序数依次递增,其中某些元素的相关信息如下表:
(1)X、Y、Q三种元素的电负性由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。
(2)X与Y原子结合形成的X3Y4晶体,晶体结构与金刚石类似,则X3Y4晶体的熔点比金刚石要 (填“高”、“低”)。
(3)W2+的核外电子排布式为 。元素W与人体分泌物中的盐酸以及空气反应可生成超氧酸:W+HCl+O2=WCl+HO2,HO2(超氧酸)不仅是一种弱酸而且也是一种自由基,具有极高的活性。下列说法或表示错误的是
A.氧化剂是O2 B.HO2在碱中不能稳定存在
C.氧化产物是HO2 D.1 molW参加反应有1 mol电子发生转移
(4)X、Y、Z分别与氢元素可以构成A、B、C、D等多种粒子。其中A、B、C均为10电子微粒,D为18电子微粒。A为5原子核的+1价阳离子,则A+的中心原子杂化方式为_______. B为4原子核的+1价阳离子,则B+电子式为___________。C为4个原子核构成的分子,则与C互为等电子体的分子可以是_______(写结构式)。D分子中两元素的原子个数之比为1:1,则D为 (填“极性”或“非极性”)分子。某双原子单质分子E也为18电子微粒,E与水的反应的化学方程式为______________________。
(5)已知25℃、101 kPa条件下:
4R(s)+3Z2(g)2R2Z3(s) △H=-2835.9 kJ/mol
4R(s)+2Z3(g)2R2Z3(s) △H=-3119.1 kJ/mol
则16g Z2(g)完全转化为Z3(g)的△H= .
正确答案
1)N>C>Na (2)高 (3)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9;C
(4)sp3
, 极性 2F2+2H2O=4HF+O2
(5)+47.2 kJ/mol(2分)
根据元素的结构及其性质可知,T、X、Y、Z、Q、R、W分别是H、C、N、O、Na、Al、Cu。
(1)非金属性越强,电负性越大,所以X、Y、Q三种元素的电负性由大到小的顺序是N>C>Na。
(2),晶体结构与金刚石类似,石墨是原子晶体。由于碳原子半径大于氮原子半径,原子半径越小,共价键越强,所以该晶体的熔点大于金刚石的。
(3)根据构造原理可知,铜离子的电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。根据方程式可知,氧气是氧化剂,所以HO2是还原产物,选项C不正确,其余都是正确的,答案选C。
(4)A为5原子核的+1价阳离子,则A是NH4+,氮原子是sp3杂化。B为4原子核的+1价阳离子,则B是H3O+,其电子式为。C为4个原子核构成的分子,则C是氨气,所以与氨气互为等电子体的分子可以是PH3,其结构式为
。D是双氧水,属于极性分子。E应该是是单质氟,和水反应的方程式为2F2+2H2O=4HF+O2。
(5)考查盖斯定律的应用。①-②即得到3Z2(g)2Z3(g) △H=+283.2 kJ/mol。所以16g Z2(g)完全转化为Z3(g)的△H=+283.2 kJ/mol÷6=+47.2 kJ/mol。
(6分). 金晶体是面心立方体,立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌(如图3,其余各面省略),金原子半径为A cm,求:
(1)金晶体中最小的一个立方体含有___________个金原子。
(2)金的密度为___________。(用带A计算式表示)
(3)金原子空间占有率为___________。(Au的相对原子质量为197,
用带A计算式表示)
正确答案
(1)4 (2) (3)
(1)根据晶胞结构可知,金晶体中最小的一个立方体含有(8×1/8+6×1/2)=4个金原子。
(2)金原子半径为A cm,则晶胞中面对角线是4Acm,所以晶胞的边长是,所以
,解得
。
(3)晶胞的体积是,而金原子占有的体积是
,所以金原子空间占有率为
/
=
。
(10分)铁及铁的化合物在生产、生活中有着重要的用途。
(1)聚合硫酸铁(简称PFS)的化学式为 [ Fe (OH)n(S04) (3-n) / 2 ]m ,现代潜水处理工艺中常利用PFS在水体中形成絮状物,以吸附重金属离子。则PFS的中心原子未成对电子数为__ 个。
(2)六氰合亚铁酸钾K4[Fe(CN)6]可用做显影剂,该化合物中存在的化学键类型有_____ ____ 。
(3)CN一中碳原子的杂化轨道类型是 _______ :写出一种与CN一互为等电子体的分子的化学式_____ ___;
(4)三氯化铁常温下为固体,熔点304℃,沸点3160C 在3000C以上可升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为______ 晶体。
(5)普鲁士蓝是一种配合物,可用作染料,它的结构单元如下图所示,普鲁士蓝中 n(K+):n(Fe3+):n(Fe2+):n(CN一)= _____ ___。
正确答案
(10分)(1)5 个(2分) (2)离子键、共价键、配位键 (3分)
(3) sp(1分)、 CO或N2(1分)
(4)分子晶体(1分) (5)1:1:1:6 (2分)
略
(9分)有A、B、C三种晶体,分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几
种形成,对这3种晶体进行实验,结果如下表所示:
(1)晶体的化学式分别为:
A:___________________,B:___________________,C:___________________。
(2)晶体的类型分别为:
A:_______________________,B:_______________________,
C:_______________________。
(3)晶体中粒子间的作用分别为
A:_______________________,B:_______________________,
C:_______________________。
正确答案
(1)NaCl 金刚石 HCl
(2)离子晶体 原子晶体 分子晶体
(3)离子键 共价键 分子间作用力
根据A的水溶液与Ag+反应有白色沉淀,说明A的水溶液中有Cl+-,再根据其可以导电得A为NaCl或HCl,又因为其硬度较大,所以判断其为NaCl。
由于B的熔点很高、硬度很大、不导电、不溶于水,可判断其应该为原子晶体,所以B为金刚石。
C的熔点为负、硬度很小,判断其为气体,易溶于水,水溶液与Ag+反应有白色沉淀,所以C为HCl。
(2)A为NaCl,属于离子晶体
B为金刚石,属于原子晶体
C为HCl,属于分子晶体
(12分)⑴第ⅢA、ⅤA元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与单晶硅相似。Ga原子的电子排布式为 ▲ 。在GaN晶体中,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为 ▲ 。在四大晶体类型中,GaN属于 ▲ 晶体。
⑵铜、铁元素能形成多种配合物。微粒间形成配位键的条件是:一方是能够提供孤电子对的原子或离子,另一方是具有 ▲ 的原子或离子
⑶CuCl2溶液与乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)可形成配离子:请回答下列问题:
① H、N、O三种元素的电负性由大到小的顺序是 ▲ 。
②SO2分子的空间构型为 ▲ 。与SnCl4互为等电子体的一种离子的化学式为 ▲
③乙二胺分子中氮原子轨道的杂化类型为 ▲ 。乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高的多,原因是 ▲ 。
④⑶中所形成的配离子中含有的化学键类型有 ▲ 。
a.配位键 b.极性键 c.离子键 d.非极性键
⑤CuCl的晶胞结构如上图所示,其中Cl原子的配位数为 ▲ 。
正确答案
(12分)
⑴1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(1分)
正四面体(1分)原子晶体(1分)
⑵能够接受孤电子对的空轨道(1分)
⑶① O >N >H(1分)
②V形(1分) SO42-、SiO44-等(1分)
③sp3杂化(1分) 乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键(1分)
④abd (2分) ⑤4(1分)
略
(10分)某离子晶体的晶胞结构如图所示,试求:
(1)晶体中每一个Y同时吸引着______个X,每个X同时吸引着________个Y,该晶体的化学式是________。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有______个。
(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1,晶胞密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA·mol-1,则晶体中两个最近的X中心间距离为________ cm。
正确答案
(1)4 8 XY2(或Y2X) (2)12 (3)
(1)根据晶胞的结构可知,晶体中每一个Y同时吸引着4个X,每个X同时吸引着8个Y。因此该晶体的化学式为XY2(或Y2X)。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X位于面的面心处,共计是3×8÷2=12。
(3)设晶体中两个最近的X中心间距离为x,则晶胞的边长是,由于晶胞中含有4个X和8个Y,所以有
,解得x=
.
1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体,如右图,该结构的建立基于以下考虑:C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;C60分子只含有五边形和六边形;碳与碳之间既有单键又有双键,每个碳原子仍然满足四个价键饱和;多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2。
请完成下列问题:
(1)一个C60分子中有多少个五边形和多少个六边形?
(2)一个C60分子中有多少个C=C?
(3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律,请确定C70分子结构中上述几项参数。
正确答案
(1)一个C60分子中有12个五边形和20个六边形。
(2)一个C60分子中有30个C=C。
(3)C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为12、25,C—C单键数和C=C双键数分别为70、35。
(1)设C60分子中含有个五边形和
个六边形。
先求欧拉定理中棱边数:每个顶点伸出三条棱,而每条棱又总是由两个顶点共有,所以,每个顶点单独伸出的棱有3×1/2=1.5条,60个顶点共伸出的棱为60×1.5=90条。至此,依据欧拉定理可写出: ①
为了求出和
,还要建立一个方程式。因为五边形和六边形构成多面体时是共用棱边和顶点的,所以,还可以根据棱边数守恒和顶点数守恒写出两个方程式。
棱边数守恒:每条棱是由两个多面体共用的,所以,一个五边形单独占有的棱边数为5/2=2.5条,一个六边形单独占有的棱边数为6/2=3条,所以, ②
至此联立①②可以解得:=12,
=20。
(2)首先要明确一个概念:在图中顶点间形成的棱都以单线标出,但有的是表示单键,有的是表示双键。从空间结构来说,每个碳原子连接三条棱,而从化学价键来说,每个碳原子连接四条键线。(一个双键也只是一个键,可以说有两条键线但不能说是两个键)。设一个C60分子中含的C—C单键数和C=C双键数分别为,则根据棱边守恒有:
④
再利用键线守恒列一个方程式。每个原子连接四条键线而每条键线被两个原子所共有,所以,每个原子单独占有的键线数为4/2=2,所以,60个碳原子共有键线120条: ⑤
联立④⑤解得:=60,
=30。即C60中含的双键数为30。
(3)设C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为,设C—C单键数和C=C双键数分别为
,则一个C70分子中的棱边总数为70×1.5=105;依据欧拉定理有:
⑥;依据顶点数守恒有:
⑦;联立⑥⑦得:
=12,
=25。
根据棱边守恒又写出:=105 ⑧;根据键线守恒有:
=70×2=140 ⑨;联立⑧⑨得:
=70,
=35。即C70中含的双键数为35。
【化学一一选修物质结构与性质】 (15分)
已知A、B、C、D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原子核外部分电子排布式为:NsnNpn;B原子核外2P轨道有3个未成对电子:C原子核外S能级电子总数和P能级电子总数相同,且P能级成对电子数等于未成对电子数:D原子核外M层全充满,N层只有1个电子。
请回答:
(1)B元素外围电子排布图为: 。
(2)A、B、C的第一电离能由大到小顺序为 ,电负性由大到小顺序为 (用元素符号回答)。
(3)B和C两元素形成的阴离子BC-3中B的杂化类型为 ,空间构型为 。
(4)与BC-3互为等电子体且含有A、C两元素的微粒是 。(写化学式)
(5)比较A、B的氢化物在水中溶解度大小并说明原因 。
(6)D元素基态原子电子排布 ,该元素单质形成的晶体晶胞如图所示,则D元素单质的堆积方式为 ,已知D原子半径为r,相对原子质量为Mr,则D元素单质的密度可表示为 。(用NA表示阿伏加德罗常数)
正确答案
(1)(1分)
(2)N>O>C O>N>C
(3)sp2 平面三角形(各1分)
(4)CO2-3
(5)溶解性:NH3>CH4,因为NH3是极性分子,且NH3与水分子形成氢键更易发生化学反应;CH4是非极性分子,根据相似相溶原理可知溶解性NH3>CH4。
(6)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(1分)
面方立方最密堆积(1分)(2分)
略
(10分)如右图所示,晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体,这个多面体中含有20个等边三角形和一定数目的顶角,每个顶角上各有1个原子。
(1)这个基本结构单元由 个硼原子组成,
共含有 个B—B键。
(2)假设将此基本结构单元的每个顶角按一定比例且同等
程度地削去(切点不重合),可得到另一个多面体,则此多面体含
个五边形, 个六边形。若再设此多面体的每个交点处有一个碳
原子,这样就构成了碳元素形成的一种单质分子,此分子的分子式为 。
正确答案
(1)12、30 (每空2分)
(2)12、20 C60 (每空2分)
略
(6分)下列七种晶体:
(1)由原子直接构成的分子晶体是__________。
(2)含有非极性键的分子晶体是____________,含有离子键、共价键的化合物是___________。
(3)在一定条件下能导电且导电时未发生化学反应的是______________,受热熔化需克服共价键的是__________________,受热熔化后化学键不发生变化的是__________。
正确答案
(6分) (1)E (2)BF C (3) G A BF(每空1分,不全对不给分)
分子晶体有:B、E和F;原子晶体有:A;离子晶体包括C、D;金属晶体包括:G
(1)氩是单原子分子,分子之间由范德华作用力,选E
(2)乙烷CH3CH3中含有C—C非极性键,过氧化氢H2O2中含有O—O非极性键,均为分子晶体;
只要含有离子键,必属于离子离子晶体,碳酸钠阴离子中含有非金属原子之间的共价键,选C
(3)金属导电时不发生化学反应,故选镁符合条件
原子晶体受热熔化时需要克服共价键,选二氧化硅符合题意
受热熔化后化学键不发生变化的是分子晶体,故乙烷、过氧化氢符合题意
一种离子晶体的晶胞如右图。其中阳离子A以表示,阴离子B以
表示。
(1)每个晶胞种含A离子的数目为________,含B离子数目为________。
(2)若A的核外电子排布与Ar相同,B的电子排布与Ne相同,则该离子化合物的化学式是___________________;
(3)阳离子的配位数为_________,阴离子的配位数为________。
(4)已知A的离子半径为0.99×10-10m,则该晶胞的体积是_______________m3。
(每空2分,共12分)
正确答案
(1)4、8
(2)CaF2
(3)8、4
(4)16r3
略
(选做题)(19分)图表法、模型法是常用的科学研究方法。
I.下图是研究部分元素的氢化物的沸点变化规律的图像。不同同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线——折线a和折线b(其中A点对应的沸点是100℃),你认为正确的是 ,理由是 。
II.人类在使用金属的历史进程中,经历了铜、铁、铝之后,第四种将被广泛应用的金属则被科学家预测为是钛(Ti)。钛被誉为“未来世纪的金属”。试回答下列问题:
(1)22Ti元素基态原子的价电子层排布式为 。
(2)在Ti的化合物中,可以呈现+2、+3、+4三种化合价,其中以+4价的Ti最为稳定。偏钛酸钡的热稳定性好,价电常数高,在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。偏钛酸钡晶体中晶胞的结构示意图如右图,则它的化学式是 。
III.上世纪60年化,第一个稀有气体化合物Xe[PtF6]被合成出来后,打破了“绝对情性”的观念。在随后的几年内,科学家又相继后成了氙的氟化物、氧化物等。
(1)金属Pt内部原子的堆积方式与铜及干冰中的CO2相同,右图正方体是Pt晶胞的示意图,试说出Pt原子在晶胞中的位置 。
(2)稀有气体(氡除外)中,只有较重的氙能合成出多种化合物,
其可能原因是 (填字母代号)
(3)已知XeO3分子中氙原子上有1对弧对电子,则XeO3为 分子(填“极性”或“非极性”)。
正确答案
Ⅰ.b(2分)
A点所示的氢化物是水,其沸点高是由于在水分子间存在多条结合力较大的氢键,总强度远远大于分子间作用力,所以氧族元素中其它氢化物的沸点不会高于水。(4分)
Ⅱ.(1)3d24s2(2分) (2)BaTiO3(3分)
Ⅲ.(1)正方体的八个顶点和六个面心(4分)
(2)C(2分)
(3)极性(2分)
略
(选做题)(21分)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。
试回答下列问题:
(1)元素p为26号元素,请写出其基态原子电子排布式 。
(2)d与a反应的产物的分子中中心原子的杂化形式为 。
(3)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光,请用原子结构的知识解释发光的原因: 。
(4)o、p两元素的部分电离能数据列于表:
比较两元素的I2、I3可知,气态o2+再失去一个电子比气p2+再失去一个电子。对此,你的解释是 。
(5)i单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示,其晶胞特征如下图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如下图丙所示,则晶胞中i原子的配位数为 。
(6)元素a、c、e可形成一种相对分子质量为60的一元羧酸分子,其分子中共形成 个键, 个
键。
(7)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如下图,其中电负性最大的是 (填下图中的序号)。
(8)短周期某主族元素M的电离能情况如下图所示,则M元素是述周期表的 元素(填元素符号)。
正确答案
(共21分)
(1)1s22s22p63s23p43d64s2(2分)
(2)sp3(2分)
(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能力较低的轨道时,以光(子)的形式释放能量(3分)
(4)Mn2+的3d轨道电子排布为半满状态,比较稳定(3分)
(5)12(3分)
(6)7(2分) 1(2分)
(7)7(2分)
(8)Al(2分)
略
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