- 晶体的常识
- 共3962题
W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素,其原子半径随原子序数变化如图所示.已知W的一种核素的质量数为18,中子数为10;X和Ne原子的核外电子数相差1;Y的单质是一种常见的半导体材料;Z是
是同周期中非金属性最强的元素.
(1)X位于元素周期表的位置______,X与硫元素形成的化合物的电子式为______
(2)Z的气态氢化物和溴化氢相比,较稳定的是______ (写化学式).理由为______.
(3)Y与Z形成的化合物硬度小、熔点低、沸点低,其晶体中有存在的作用力有______
其分子属于______(填极性分子、非极性分子),它和足量水反应,有白色胶状沉淀产生,该反应的化学方程式是______.
(4)在25°C、101kPa下,已知Y的气态氢化物在氧气中完全燃烧后恢复至原状态,平均每转移1mol 电子放热190.0kJ,该反应的热化学方程式是______.
正确答案
W的一种核素的质量数为18,中子数为10,则W的质子数目为8,所以W为O,W、X、Y、Z四种常见的短周期元素的原子半径随原子序数的递增逐渐减小,所以X和Ne原子的核外电子数相差1时,只能为Na,Y的单质是一种常见的半导体材料,即为Si,Z是同周期中非金属性最强的元素,半径最小,所以为Cl.
(1)钠位于元素周期表的位置:第三周期、第IA族,硫化钠是离子化合物,电子式为:
,故答案为:第三周期、第IA族;
;
(2)原子的得电子能力越强则元素的非金属性越强,氢化物越稳定,得电子能力:Cl>Br,所以气态氢化物较稳定的是HCl,故答案为:HCl;氯元素的非金属性强于溴元素,所以HCl比HBr稳定;
(3)SiCl4属于极性键构成的非极性分子,属于分子晶体,晶体中有存在的作用力有范德华力(或分子间作用力)极性共价键(或共价键);它和足量水反应,有白色胶状沉淀硅酸产生,故答案为:范德华力(或分子间作用力)极性共价键(或共价键);非极性分子;SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl或SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl;
(4)反应SiH4+2O2=SiO2+2H2O转移的电子数目相等为8mol,每转移1mol电子放热190.0kJ,所以SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l)△H=-1520.0kJ/mol,
故答案为:SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l)△H=-1520.0kJ/mol.
(12分)决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题。
(1)已知A和B为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
则,A的化合价 ▲ B的化合价(填“>”、“<”或“=”)。
(2)实验证明:KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如右图所示),
其中3种离子晶体的晶格能数据如下表:
则该 4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是: ▲ ,原因是: ▲ 。
(3)金属阳离子含未成对电子越多,则磁性越大,磁记录性能越好。离子型氧化物V2O5和CrO2中,适合作录音带磁粉原料的是 ▲ 。
(4)某配合物的分子结构如右图所示,
则N原子的杂化方式为 ▲ ;基态Ni原子的电子排布式 ▲ 。
正确答案
(1)>(2)TiN>MgO>CaO>KCl (3)CrO2 (4)sp2 [Ar]3d84s2
略
(12分)几何学是解决物质结构问题的基础。C60(每个碳原子与周围3个碳原子相连,如下图)是一系列碳原子簇合物(即富勒烯)的一个典型代表,它的应用十分广泛,涉及光学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18世纪俄罗斯数学家莱昂哈德·欧拉通过理论论证,明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有12个五边形方能闭合成多面体。试回答:
(1)由12个五边形构成的最小碳笼的化学式为__________________________________,计算过程为_________________________。
(2)除碳原子能形成笼形球状分子外,实验中还发现了以金属原子部分取代碳原子的“金属——碳原子”团簇分子,即金属碳烯,若金属碳烯的价电子总数与碳原子团簇分子的价电子总数相等,你认为能代替碳原子的金属有____________________________________(填在周期表中的位置)。
(3)在最小的金属碳烯原子簇化合物中,金属与碳原子个数比为2∶3,这种最小金属碳烯团簇分子的化学式为_____________________________(用M代金属)。
(4)计算机技术的发展带动了理论化学的发展。最近,美国研究人员通过理论计算证明,可以用24个X原子和24个Y原子代替48个碳原子形成C12X24Y24新的团簇分子。若已知这种全非金属团簇分子与C60价电子总数相等,且X、Y、C元素位于同一周期,X的原子半径小于Y的原子半径,则在12个五边形中,每个五边形中有___________个X原子,有___________个Y原子,X是___________元素,Y是___________元素。
(5)目前,化学家已经找到十余种富勒烯家族成员,如C28、C32、C50、C60、C70……(富勒烯家族成员还在增加),它们的分子结构都是由正五边形和正六边形构成的封闭的凸多面体,则C80结构中五边形和六边形的个数分别是_________和_________。
(6)下列物质不属于富勒烯家族的有___________。
(7)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如下图所示)。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角,每个顶角上各有一个硼原子。请根据观察和计算确定:
①该基本结构单元内,所含硼原子的个数为__________;所含B—B键的数目是__________。
②若将晶体硼结构单元的每个顶角削去,余下部分就和C60晶体的结构相同。据此确定,C60是由__________个正六边形和__________个正五边形构成。
正确答案
(1)C20 12×5/3=20
(2)ⅣA或ⅣB的金属 (3)M8C12
(4)2 2 N B (5)12 30 (6)AD
(7)①12 30 ②12 20
(1)根据“一个碳原子与另三个碳原子相连”的结构特点,很快可以算出由12个五边形构成的最小碳笼分子中含有的碳原子个数为12×5/3=20。(2)价电子数相等,即最外层电子数相等(对同主族元素而言),所以能代替碳原子的金属应是ⅣA或ⅣB的金属。(3)因为最小的碳烯原子簇化合物共有20个原子,所以该金属碳烯团簇的化学式为M8C12。(4)因为C12X24Y24与C60价电子总数相等,所以元素X、Y可以有B、N或Be、O或Li、F等多种组合。但是X、Y全是非金属,且原子半径X,该基本结构单元中含硼原子数目为20×
=12;又因为每条边(B—B键)为2个三角形所共有,因此,该基本结构单元中所含B—B键数目为20×3×
=30。若削去晶体硼结构单元中的一个顶角,则得到一个正五边形(数学上,一个平行于正五棱锥底面的平面与正五棱锥相截,所得截面为一正五边形)。因晶体硼结构单元中每一个顶角都为B原子所占有,晶体硼结构单元中共有12个硼原子,故一共可得12个正五边形。另外,一个等边三角形切去三个顶点后,得到正六边形,因晶体硼结构单元中共有20个等边三角形,故最终将得到20个正六边形。
(15分)X、Y、Z三种短周期元素,它们之间的化合物有XY2,Z2Y,XY3,Z2Y2,Z2X等。已知Ym-与Zn+两种离子具有相同的电子层结构:Xm-比Ym-多一层电子。试回答:
(1)X原子的原子结构示意图是__________,它处于周期表中___________周期__________族。
(2)Z2Y2的电子式为___________,Z2Y的电子式为___________。
(3)XY3在标准状况下是针状晶体,它属于___________晶体。又知XY3的水化物与Z2Y2,反应可生成一种具有漂白作用的强氧化剂H2Y2,推测反应时的化学方程式为___________。
(4)Z2X属于___________晶体;Z2X的水溶液和XY3的水化物在溶液中反应的离子方程式是
______________________________________________________________________________。
(5)由X、Y、Z和氢四种元素所组成的两种化合物溶液,反应产生气体的离子方程式是
_______________________________________________________________________________
正确答案
(1) 第三 ⅥA
(3)分子 H2SO4+Na2O2====Na2SO4+H2O2
(4)离子 2H++S2-====H2S↑
(5)+H+====SO2↑+H2O
Xm-与Ym-带有相同电荷,可知X和Y位于同一主族,且能形成XY2和XY3型化合物。从Z2Y可知Y应显-2价。由此可推得X为S元素,Y为O元素。化学方程式为:NaHSO4+NaHSO4====Na2SO4+SO2↑+H2O
(22分) 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C22-与O22+互为等电子体,O22+的电子式可表示为 ;1mol O22+中含有的键数目为 。
(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。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晶体中哑铃形C22-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C22-数目为 。
(5)甲醇催化氧化可得到甲醛,甲醛与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛高,其主要原因是 ;甲醛分子中碳原子的轨道杂化类型为 。
②甲醛分子的空间构型是 ;1mol甲醛分子中σ键的数目为 。
③在1个Cu2O晶胞中(结构如图所示),所包含的Cu原子数目为 。
正确答案
③4
略
(10分)由阴阳离子通过离子键结合而成的晶体称为离子晶体,离子化合物固态时一般为晶体,在离子晶体中,阴、阳离子按一定规律在空间排列。下图是NaCl晶体的晶胞结构。(空心点为Cl—,实心球为Na+)
(1)在NaCl晶体中,每个Na+离子同时吸引着_______个Cl—离子,在周围与它最接近且等距离的Cl—共有___________个,Cl—离子位于Na+围成的___________体中心,而Na+离子数目与Cl-离子数目之比为___________。
(2)若CuO晶体中O2-采取NaCl晶胞结构中Na+的堆积方式,Cu2+占据O2-围成的正四面体空隙,则Cu2+占据O2-围成的正四面体空隙的占据率为 __________。
在离子晶体中,阴、阳离子具有或接近具有球形对称的电子云,它们可以被看成是不等径的刚性圆球,并彼此相切(如下图),离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和(如下图)。已知a为常数。试回答下列问题:
NaCl晶体中微粒间排布 NaCl晶体中离子键键长
(3)NaCl晶体离子键的键长为____________。
(4)Na+离子半径与Cl-离子半径之比=_______________。
(已知)
(5)NaCl晶体中不存在分子,但在温度达到1413℃时,NaCl晶体形成气体,并以分子形成存在,现在29.25g NaCl晶体,强热使温度达到1450℃,测得气体体积为5.6L(已折算为标准状况),则此时氯化钠气体的分子式(化学式)为____________。
正确答案
(1)6 12 正八面 1:1 (2)50%
(3)a/2 (4)0.414 (5)Na2Cl2。
略
(8分) 现有下列晶体, 请按要求回答相应问题。(前六个小题用编号填空)
(1)通过非极性键形成的晶体是 。
(2)属于非电解质且熔化时只需破坏分子间作用力的是 。
(3)属于分子晶体,且分子为直线型结构的是 。
(4)不含任何化学键的晶体是 。
(5)固态时不导电,熔融状态下能导电的是 。
(6)含有离子键、共价键、配位键的化合物是 。
(7)已知石墨在一定条件下可将D还原成B,反应方程式为SiO2+2C======Si+2CO,若石墨中C—C的键能为a,SiO2中Si—O的键能为b,晶体硅中Si—Si的键能为c,CO的键能为d,请用a、b、c、d表示生成晶体硅时的反应热△H= 。
正确答案
略
(14分)a、b、c、d、e、f、g为七种由短期周期元素构成的粒子,它们都有10个电子,其结构特点如下:
其中b的离子半径大于e的离子半径;d是由极性键构成的四原子极性分子;c与f可形成两个共价型g分子。
试写出:
(1)a粒子的核外电子排布式 __________________________________________。
(2)b与e相应元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较为:_______>_______ (用化学式表示)。
(3)d溶于水的电离方程式______________。
(4)g粒子所构成的晶体类型属______________。
(5)c粒子是___________,f粒子是___________ (用化学式表示)。
正确答案
(1)1s22s22p6 (2)NaOH Mg(OH)2 (3)NH3+H2ONH3·H2O
+OH- (4)分子晶体 (5)OH- H3O+
10电子的粒子有:
分子 离子
一核10电子 Ne O2-、F-、Na+、Mg2+、Al3+
二核10电子 HF OH-
三核10电子 H2O
四核10电子 NH3 H3O+
五核10电子 CH4
显然结合题目所给其他条件可知a为Ne,b为Na+,c为OH-,d为NH3,e为Mg2+,f为H3O+,g为H2O,至此题目所涉及的其他问题可解。
(12分) Ⅰ.某离子晶体特征结构如图A所示。X●位于立方体部分顶点,Y○位于立方体中心。试分析:
(1)每个Y同时吸引着_______个X,该晶体的化学式为______________。
(2)晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__________个。
(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是___________。
(4)设该晶体的摩尔质量为M g/mol,晶体密度为g/cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的X中心间距为__________cm。
Ⅱ.B4Cl4是一种淡黄色并具有挥发性的固体化合物,在70℃以下,它存在于真空中。结构测定表明:该化合物中每个氯原子均结合一个硼原子,其键长都是0.170nm,任意两个硼原子之间为0.171 nm。每个硼原子周围各有4个共价键。根据上述性质和参数画出B4Cl4分子空间构型的示意图______________________。
正确答案
I.(1)4,XY2或Y2X (2) 12 (3) (4)
II.(各2分)
略
(12分)本题包括A、B两小题,分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选定其中一题,并在相应的答题区域内作答。若两题都做,则按A题评分。
A.乙炔是有机合成工业的一种原料。工业上曾用与水反应生成乙炔。
(1) 中
与
互为等电子体,
的电子式可表示为 ;1mol
中含有的
键数目为 。
(2)将乙炔通入溶液生成
红棕色沉淀。
基态核外电子排布式为 。
(3)乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈。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) 晶体的晶胞结构与
晶体相似(如图所示),但
晶体中含有的中哑铃形
的存在,使晶胞沿一个方向拉长。
晶体中1个
周围距离最近的
数目为 。
B.对硝基甲苯是医药、染料等工业的一种重要有机中间体,它常以浓硝酸为硝化剂,浓硫酸为催化剂,通过甲苯的硝化反应制备。
一种新的制备对硝基甲苯的实验方法是:以发烟硝酸为硝化剂,固体NaHSO4为催化剂(可循环使用),在溶液中,加入乙酸酐(有脱水作用),45℃反应1h 。反应结束后,过滤,滤液分别用5% NaHCO3,溶液、水洗至中性,再经分离提纯得到对硝基甲苯。
(l)上述实验中过滤的目的是 。
(2) 滤液在分液漏斗中洗涤静置后,有机层处于 层(填“上”或'下”);放液时,若发现液体流不下来,其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外,还有 。
(3) 下列给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。
①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时,催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为 。
②由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知,甲苯硝化反应的特点是 。
③与浓硫酸催化甲苯硝化相比,NaHSO4催化甲苯硝化的优点有_ 、 。
正确答案
略
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