- 晶体的常识
- 共3962题
[化学---物质结构与性质]研究物质的微观结构，有助于人们理解物质变化的本质．请回答下列问题．
（1）P、S、Cl三种元素中，第一电离能最小的是______．
（2）PCl3和CH4中心原子的杂化类型相同，PCl3分子的空间构型是______．
（3）钛原子的电子排布式为______．在浓的TiCl3溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3•6H2O的绿色晶体，将1mol该物质溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生1mol氯化银沉淀，则该配合物阳离子的化学式为______，形成该离子时提供孤电子对的分子或离子是______（填化学式）．
（4）铁元素在1183K以下形成的晶体的基本结构单元如图1所示，1183K以上转变为图2所示结构的基本结构单元．两种晶体的基本结构单元中的原子个数之比为______．
正确答案
（1）同周期元素从左到右元素的第一电离能逐渐增大，则Cl的第一电离能大于S，由于P元素的3p轨道为半充满状态，处于稳定状态，则P的第一电离能大于S，所以最小的是S，故答案为：S；
（2）PCl3中含有3个δ键和1个孤电子对，应为三角锥形，故答案为：三角锥形；
（3）Ti的原子序数为22，位于周期表第四周期ⅣB族，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，在浓的TiCl3溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3•6H2O的绿色晶体，将1mol该物质溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生1mol氯化银沉淀，说明有2molCl-与Ti3+形成配位键，形成的配离子为[TiCl2（H2O）4]+，
形成该离子时提供孤电子对的分子或离子是H2O、Cl-，
故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2；[TiCl2（H2O）4]+；H2O、Cl-；
（4）图1中Fe原子位于顶点和体心，晶胞中含有1+8×
图2中Fe原子位于顶点和面心，晶胞中含有6×
所以两种晶体的基本结构单元中的原子个数之比为2：4=1：2，
故答案为：1：2．
（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）晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单元称之为晶胞。NaCl晶体的晶胞如右图所示。 随着科学技术的发展，测定阿伏加德罗常数的手段越来越多，测定精确度也越来越高。现有一简单可行的测定方法，具体步骤如下：①将固体食盐研细，干燥后，准确称取m gNaCl固体并转移到定容仪器A中。②用滴定管向仪器A中加苯，并不断振荡，继续加苯至A仪器的刻度
⑴步骤①中A仪器最好用__________________（填仪器名称）。
⑵能否用胶头滴管代替步骤②中的滴定管______，其原因是____________。
⑶能否用水代替苯_______，其原因是_________________________________。
⑷经X射线衍射测得NaCl晶胞中最邻近的Na+ 和Cl- 平均距离为a cm，则利用上述
方法测得的阿伏加德罗常数的表达式为NA=_______________________。
正确答案
略
已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化（如图），请回答相关的问题：
α－Fe
（1）铁的三种晶体之间的转化属于 变化（填“物理”或“化学”），理由是： 。
（2）铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为： 。
（3）设α－Fe晶胞边长为a cm，δ－Fe晶胞边长为b cm，计算确定：
两种晶体的密度比为： 。（用a、b的代数式表示）
（4）Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为 。
事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物（即碳原子填入铁晶体中的某些空隙），根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是： 。（选填“α－Fe”、“γ－Fe”或“δ－Fe”）
正确答案
（1）物理 金属键没有变化（或“没有化学键变化”；“没有新物质生成”）
（2）2∶4∶1 （3）2b3∶a3 （4）2 γ－Fe
试题分析：（1）铁的三种晶体之间的转化过程中并没有新的物质生成，属于物理变化。
（2）根据晶胞的结构可知，三种晶体中含有的铁原子数分别是8×1/8＋1＝2、8×1/8＋6×1/2＝4、8×1/8＝1，所以铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为2∶4∶1。
（3）根据（2）可知，
（4）每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，构成八面体结构，每个铁原子又为两个八面体共用，即碳原子配位数为6，铁原子配位数为2；由于每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，所以符合该结构的应该是γ－Fe。
点评：由于描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，所以在计算晶体中原子个数时，应该利用数学知识立体几何，学会类推，要求学生树立物体的空间感，然后灵活运用即可。
锂电池由于其安全可靠的性能，体积小、质量轻、高效能及可逆等卓越品质被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子器材中。下图为锂电池工作原理图，阴极材料由LiMO2（M＝Co，Ni，V，Mn)构成，阳极材料由石墨构成，阴、阳两极之间用半透膜隔开，充电时锂离子由阴极向阳极迁移，放电时则相反，电池可表示为：
(－)Cn/LiClO4/LiMO2(＋)
⑴写出锂电池充放电时的可逆电极反应。
⑵根据上图所示的LiMO2的尖晶石结构，写出氧的堆积方式，并指出Li和M占据何种空隙，画出以氧为顶点的一个晶胞。
⑶锂离子在阳极与石墨形成固体混合物，试推测并画出锂离子嵌入石墨的可能结构。
⑷早期的阳极材料用的是锂金属，试指出锂金属作阳极材料的不足，并说明还可以用什么物质替代石墨作阳极材料？
正确答案
⑴ Cathode： LiMO2＝Li1－xMO2＋xLi＋＋xe
Anode： nC＋xLi＋＋xe＝LixCn
正反应为充电、逆反应为放电反应。（4分）
⑵ O：立方面心密堆积；Li和M占据八面体空隙；（1分）
以氧为顶点的一个晶胞表示如下：
⑶
⑷锂活泼，易与电解质反应，形成锂的枝状晶体，导致电池被侵蚀或爆炸。（1分）
还可用低熔点的金属如Si，Bi，Pb，Sn，Cd等与锂掺杂形成金属合金，或用电解质如液体电解质LiPF6，LiBF6，LiAsF6及LiOSO2CF3（有机溶剂不能含水)，以及固体电解质等。（1分）
⑴该锂电池的充、放电过程是Li离子的嵌入与脱嵌的过程（因为充电时Li+由阴极向阳极迁移，放电时相反），电池内部载荷离子为Li+。因此充电时，
阳极： xLi++Cn＋xe-→LixCn
阴极：LiMO2－xe-→Li1-xMO2＋xLi+
放电时反应反方向进行。
⑵根据题意——LiMO2为尖晶石结构，该结构中，O2-呈面心立方密堆积，Li+和M交替地填满所有的八面体空隙。从图上可知，该种画法中M3+、Li+的原子分数坐标为：（0，0，0），（1/2，1/2，0），（1/2，0，1/2），（0，1/2，1/2）——即交替地分布于顶点和面心；而O2-的原子分数坐标为（1/2，0，0），（0，1/2，0），（0，0，1/2），（1/2，1/2，1/2），即棱心和体心的位置。因此坐标发生移，将O2-平移到晶胞顶点的位置后，M3+、Li+交替位于晶胞的棱心和体心的位置。如下图所示：
⑶Li+嵌入石墨的层状结构之间，碳原子与锂离子之间发生一定的静电作用，石墨体积稍微变大。最大程度地嵌入时，锂离子呈简单六方晶体，晶胞结构示意图如下：
⑷锂是活泼金属，因此易与电解质反应，形成锂的枝状晶体，导致电池被侵蚀或爆炸。能够代替石墨的材料至少要满足这几个条件：一是不能锂发生化学反应，二最好是层状结构，以便嵌入Li+，三是能导电。所以还可用低熔点的金属如Si，Bi，Pb，Sn，Cd等与锂掺杂形成金属合金，或用电解质如液体电解质LiPF6，LiBF6，LiAsF6及LiOSO2CF3（有机溶剂不能含水)，以及固体电解质等。
固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物质。在基质中掺入杂质，含量可达千分之几或百分之几，可调整发光效率、余辉及发光光谱。如在刚玉Al2O3基质中掺入0.05~1.0%的Cr3＋及在Y2O3基质中掺入Eu3＋等均可制成固体发光材料。
⑴推测Al2O3基质中掺入Cr3＋的发光原理。
⑵Y2O3属立方晶系，将Y2O3的立方晶胞分为8个小立方体，Y在小立方体的面心和顶点，O位于小立方体内的四面体空隙，画出这样四个小立方体，指出Y和O的配位数。
正确答案
⑴Al3＋和O2－是满壳层电子结构，能隙大，电子不易激发，故无色；（2分）
掺入的Cr3＋是过渡金属，具有3d电子，在晶体中置换部分Al3＋形成较低的激发态能级，两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光，只有红光透过，因而掺Cr3＋的刚玉呈绚丽的红色，称为红宝石。（3分）
⑵
Y的O的配位数为6，O的Y配位数为4。（1分）
⑴本题考察学生对主族元素、过渡金属离子构型的掌握情况。Al3＋和O2－是是主族元素的阳离子和阴离子，都属于8电子结构，价电子不易被激发，因此为无色。当部分Cr3+置换出Al3+后，由于Cr3+为d3结构，电子易被激发，只能让红光通过（红宝石的颜色），因此能发红光。
⑵由于O位于小立方体的四面体空隙，即O的配位数为4，根据化学式可知，Y的配位数为6（配位数之比与原子数成反比）。根据题意，Y为面心立方最密堆积，因此Y原子与四面体空隙数的比例为1∶2，因此O原子在四面体空隙中的占有率为3/4，根据晶胞的对称性原理，可以把晶胞划分成八个小的立方体，其中共棱的立方体是相同的，共面的立方体不同：一种小立方体中Y位于顶点和面心，O位于六个四面体的空隙；另一个共面的立方体，O也位于六个四面体空隙中，但是未占四面体空隙呈对称关系。其中四个四面体的示意图如下所示：
化学-物质结构
氯化铬酰（CrO2Cl2）在有机合成中可作氧化剂或氯化剂，能与许多有机物反应．
请回答下列问题：
（1）写出铬原子的基态电子排布式______，与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有______（填元素符号），其中一种金属的晶胞结构如图所示，该晶胞中含有金属原子的数目为______，配位数为______．
（2）CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可判断CrO2Cl2是______（填“极性”或“非极性”）分子．
（3）在①苯 ②CH3OH ③HCHO ④CS2⑤CCl4⑥CH3Cl ⑦HCOOH七种有机物质中，碳原子采取sp2杂化的分子有______（填序号），CS2分子的空间构型是______．
正确答案
（1）Cr的原子序数为24，根据能量最低原理可知基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，
铬原子的最外层电子数为1，位于第四周期，
与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有K、Cu，
晶胞中原子分布于顶点和面心，则原子的数目为：8×
与顶点金属原子距离最近的原子位于面心位置，则配位数为8×
故答案为：1s22s22p63s23p63d54s1； K、Cu；4；12；
（2）CCl4、CS2等为非极性分子，CrO2Cl2能与CCl4、CS2等互溶，根据相似相溶可知，CrO2Cl2为非极性分子，
故答案为：非极性；
（3）①苯中C形成3个δ键，为sp2杂化，②CH3OH中C形成4个δ键，为sp3杂化，
③HCHO中C形成3个δ键，为sp2杂化，④CS2中C形成2个δ键，为sp杂化，
⑤CCl4中C形成4个δ键，为sp3杂化，⑥CH3Cl中C形成4个δ键，为sp3杂化
⑦HCOOH中C形成3个δ键，为sp2杂化，
所以碳原子采取sp2杂化的分子有①③⑦，
CS2分子中C形成2个δ键，孤电子对数为
故答案为：①③⑦； 直线形．
目前，全世界镍（Ni）的消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位，镍行业发展蕴藏着巨大的潜力。
（1）配合物Ni(CO)4常温下为液态，易溶于CCl4、苯等有机溶剂。固态Ni(CO)4属于__________晶体；基态Ni原子的电子排布式为______________________。
（2）某配合物结构如图所示，分子内含有的作用力有_________________（填编号）。
（3）很多不饱和有机物在Ni催化下可与H2发生加成反应。如①CH2=CH2、②HC≡CH、③
④HCHO等，其中碳原子采取sp2杂化的分子有________________（填物质序号），预测HCHO分子的立体结构为________________形。
（4）氢气是新型清洁能源，镧（La）和镍的合金可做储氢材料。该合金的晶胞如图所示，晶胞中心有一镍原子，其他镍原子都在晶胞面上。该晶体的化学式是____________________。
正确答案
（1）分子；1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar] 3d84s2）
（2）ACE
（3）①③④；平面三角
（4）LaNi5或Ni5La
(1)下表是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质
①A元素是形成有机物的主要元素，下列分子中采取sp和sp3两种杂化方式的是________
②与AD2互为等电子体（等电子体是指一类分子或离子，组成它们的原子数相同，而且所含的价层电子数也相同）的分子、离子的化学式依次为_________、__________（各写1种）。
③相同条件下，AD2与BD2在水中的溶解度较大的是______（填化学式），理由是_________________。
(2)下表是部分金属元素的电离能
④已知X、Y、Z的价层电子构型为ns1，则三种金属氯化物(RCl)的熔点由低到高的顺序为_________。
⑤CuCl可用作有机合成催化剂，并用于颜料、防腐等工业。CuCl的晶体结构如图所示。Cu+的电子排布式为____________，与同一个Cu+相连的Cl-有______个。
正确答案
(1)①D；②N2O；SCN-；③SO2；因为CO2是非极性分子，SO2和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，SO2在水中的溶解度较大
(2)④ZCl
D、E、X、Y、Z是周期表中的前20号元素，且原子序数逐渐增大，他们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体、三角锥形、正四面体、V形、直线型。请回答下列问题：
（1）、写出工业制E的氢化物的化学方程式
（2）、Z在元素周期表中位于 族，Z的单质与强碱溶液反应的离子方程式
（3）、试比较D和X的最高价氧化物熔点的高低并说明理由
（4）、写出Y的氧化物的化学式 、
正确答案
（1）N2+3H22NH3 (条件：高温高压催化剂)
（2）、第VIIA族；Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
（3）、CO2
(4)SO2、SO3
略
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