1、课时提升作业 四十三 晶体结构与性质(45 分钟 100 分)1.(12 分)(2017东莞模拟)1967 年舒尔滋提出金属互化物的概念，其定义为固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素，如Cu9Al4、Cu 5Zn8等。回答下列问题：世纪金榜导学号 30682451(1)某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于_(填“晶体”或“非晶体”)。(2)基态铜原子有_个未成对电子，二价铜离子的电子排布式为_，在 CuSO4溶液中滴入过量氨水，形成配合物的颜色为_。(3)铜能与类卤素(SCN) 2反应生成 Cu(SCN)2，1mol(SCN) 2分子中含有 键的
2、数目为_；类卤素(SCN) 2对应的酸有两种，理论上硫氰酸(HSCN)的沸点低于异硫氰酸(HN C S)的沸点，其原因是_。(4)ZnS 的晶胞结构如图 1 所示，在 ZnS 晶胞中，S 2-的配位数为_。(5)铜与金形成的金属互化物结构如图 2，其晶胞边长为 anm，该金属互化物的密度为_(用含“a、N A”的代数式表示)gcm -3。【解析】(1)晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性。(2)Cu 为 29 号元素，电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1，可以看出只有 4s 轨道上的电子未成对，二价铜离
3、子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d9或Ar3d 9，在 CuSO4溶液中滴入过量氨水，形成配合物为Cu(NH 3)42+，为深蓝色。(3)(SCN)2分子 结构式为 NCSSCN，1 个 NC 键中有 1 个 键，其余两个为 键，1mol(SCN) 2分子中含有 键的数目为 5NA，异硫氰酸(HN C S)分子中氮原子上连接有氢原子，分子间能形成氢键，故沸点高。(4)根据 图 1，距离 S2-最近的 锌离子有 4 个，即 S2-的配位数为 4。(5)铜原子位于晶胞面心，数目为 6 =3，金原子为晶胞顶点，数目为128 =1，晶胞体 积 V=(a10-7)3，密度 = = =1
4、8 m643+19731021gcm-3。38931021答案：(1)晶体(2)1 1s22s22p63s23p63d9(或Ar3d 9) 深蓝色(3)5NA 异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能(4)4 (5)38931021【加固训练】(1)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。单位质量的 A 和 B 单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料。已知 A 和 B 为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：电离能(kJ/mol) I1 I2 I3 I4A 932 1821 15399 21771B 738 1451 7733 10540根据上述信息可确
5、定 A 为_元素，B 的基态电子排布图为_。ACl n分子中 A 的杂化类型为_，ACln的立体构型为_。(2)铁原子或离子外围有较多能量相近的空轨道能与一些分子或离子形成配合物。以体心立方堆积形成的金属铁中，其原子的配位数为_。写出一种与 CN-互为等电子体的单质的电子式：_。六氰合亚铁离子Fe(CN) 64-中不存在_。A.共价键 B.非极性键 C.配位键D. 键 E. 键(3)一种 Al-Fe 合金的立体晶胞如图所示。请据此回答下列问题：确定该合金的化学式：_。若晶体的密度=gcm -3，则此合金中最近的两个铁原子之间的距离(用含 的代数式表示，不必化简)为_cm。【解析】(1)A 和
6、B的 I3I 2，说明最外层都只有 2个电子数，位于第A 族，A、 B均为短周期元素， 则只能为 Be、Mg两种元素。由于第一电离能 AB，因此 A为 Be，B为 Mg，Mg的基态电子排布图为。Be 最外层 2 个电子，ACl 2应为 BeCl2，分子中含有 2 个 键，无孤电子对，因此价层电子对数为 2，杂化类型为 sp，立体构型为直线形。(2)Fe 的晶胞是体心立方堆积，配位数为 8。与 CN-互 为等电子体的单质为 N2，其电子式为 。Fe(CN)64-中含有配位 键、共价键、 键，C 和 N 之间共用三键，含有 键，故 选项 B 正确。(3)Fe 的个数：8 +1+6 +12 =8，A
7、l 个数 为 4，因此化学式为18 12 14Fe2Al。设两个最近的 Fe 的距离为 acm，晶胞的体积为(2acm) 3，晶胞的质量为 g，根据密度的定义，因此 a= cm。答案：(1)Be sp 杂化 直线形(2)8 B(3)Fe2Al 2.(15 分)铁触媒是重要的催化剂，CO 易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe+5CO Fe(CO)5；除去 CO 的化学反应方程式为Cu(NH3)2OOCCH3+CO+NH3 Cu(NH3)3(CO)OOCCH3。请回答下列问题： 世纪金榜导学号 30682452(1)C、N、O 的第一电离能由大到小的顺序为_，基态铁原子的价电子排布式为_。(2)
8、Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则 Fe(CO)5的晶体类型是_，Fe(CO) 5在空气中燃烧后剩余固体呈红棕色，其化学方程式为_。(3)配合物Cu(NH 3)2OOCCH3中碳原子的杂化类型是_，配体中提供孤电子对的原子是_。(4)用Cu(NH 3)2OOCCH3除去 CO 的反应中，肯定有_形成。a.离子键 b.配位键c.非极性键 d. 键(5)单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为_，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为_(写出已化简的比例式即可)。【解析】(1)同周期由左向右元素的第
9、一电离能呈递增趋势，但是第A 和第A 族元素略大，因此 C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为 NOC。铁为 26号元素，根据构造原理确定，基态铁原子的价电子排布式为 3d64s2。(2)根据 题意知 Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，熔点较低，则 Fe(CO)5的晶体类型是分子晶体，Fe(CO) 5在空气中燃烧生成氧化铁和二氧化碳，化学方程式为4Fe(CO)5+13O2 2Fe2O3+20CO2。(3)配合物 Cu(NH3)2OOCCH3中， 羧基中碳原子的 杂化类型是 sp2，甲基中碳原子的杂化类型是 sp3，配体中提供孤电子对的原子是氮原子。(4)用Cu(NH 3)2OOC
10、CH3除去 CO 的反应中，肯定有配位键、 键形成，选 b、d。(5)根据晶胞结构利用均摊法分析，面心立方晶胞中含有的铁原子个数为 8 +6 =4，体心立方晶胞中含有的铁原子数目为 8 +1=2，实18 12 18际含有的铁原子个数之比为 21。设铁原子半径为 r，面心立方堆积晶胞的棱长为 a1，则 a1=4r，体心立方堆积晶胞的棱长为 a2，则2a2=4r，设铁原子质量为 m(Fe)，则两种铁晶体的密度之比为3=4 3 。4()(42)32()(43)3 2 3答案：(1)NOC 3d64s2 (2)分子晶体4Fe(CO)5+13O2 2Fe2O3+20CO2(3)sp2、sp3 N (4)
11、b、d(5)21 4 32 33.(16 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O3_。(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(NH 3)62+蓝色溶液，则1molNi(NH3)62+含有的 键为_mol。(6)图 1 是丁二酮肟与镍形成的配合物，则分
12、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 2 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 acm，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)。【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为三角锥形的分子，O3氮原子为 sp3杂化。(4)N3-电子数为 10
13、，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，也是 键，因此 1molNi(NH3)62+含有的 键为4mol6=24mol。(6)根据 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 2 周期非金属元素有 O、N、C，其 电负性强弱顺序为 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
14、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18为 acm，则立方体的边长为 cm，对应的体积为( cm)3，阿伏加德43 43罗常数的值为 NA，所以铁单质的密度表达式为 gcm-3562(43)3答案：(1)1s 22s22p63s23p63d5或Ar3d 5(2)sp2、sp 3(3)NH3分子间存在氢键 (4)V 形 (5)24(6)A、C、E ONC (7)8 562(43)34.(13 分)(2017汕头模拟)氮的化合物在无机化工领域有着重要的地位。请回答下列问题：(1)基态氮原子的价电子排布图为_。(2
15、)氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成：已知其阴离子构型为平面正三角形，则其阳离子的构型为_形，阳离子中氮的杂化方式为_。(3)某氮铝化合物 X 具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，广泛用于陶瓷工业等领域。工业上用氮气、氧化铝和碳在一定条件下反应生成 CO 和 X(X 的晶体结构如图所示)，工业制备 X 的化学方程式为_。(4)X 晶体中包含的化学键类型为_(填字母标号)。A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.金属键(5)已知氮化硼与 X 晶体类型相同，且氮化硼的熔点比 X 高，其原因是_。(6)若 X 的密度为 gcm -3，则晶体中最近的两个铝原子的距离为_cm(阿伏加德罗常
16、数用 NA表示，不必化简)。【解析】(1)氮是第 7号元素，价电子数是 5，价电子排布图为 。(2)氮的最高价氧化物为 N2O5，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为 N ，则其阳离子的化学式为 N ，其O3 O+2中心原子价电子对数为 =2，所以其中的氮原子按 sp 方式杂化，512阳离子的构型为直线形。(3)根据 X 的晶体结构 图可知，晶胞中含有氮原子 为 4，含有 铝原子：8+ 6=4，所以 X 的化学式为 AlN，根据元素守恒可以写出化学方18 12程式为 Al2O3+N2+3C2AlN+3CO。(4)根据 X 的结构可知，每个 铝和氮周围都有四个共价 键，都达
17、8 电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有 3 个电子，氮原子最外层有 5个电子，所以在 AlN 中有配位键，根据 AlN 的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，所以 B、C 正确。(5)氮化硼与 AlN 相比，硼原子半径比 铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比 AlN 高。(6)Al 位于晶胞 顶点和面心，所以晶体中最近的两个 Al 的距离为底面对角线的 ，根据晶胞的密度 = ，可以求得晶胞边长为12cm，进而求得底面对角线的长度为 cm，所以晶体中2最近的两个 Al 的距离为 cm。22答案：(1) (2)直线 sp(3)Al2O3+N2+3C 2AlN+
18、3CO (4)B、C(5)氮化硼与氮化铝均为原子晶体，且硼原子半径小于铝原子半径，BN 键键能大于 AlN 键键能 (6) 22【加固训练】(2017鹤壁模拟)砷化镓为第三代半导体材料，晶胞结构如图所示：(1)砷化镓可由(CH3)3Ga 和 AsH3在 700下反应制得，反应的化学方程式为_。(2)AsH3立体构型为_。已知(CH 3)3Ga 为非极性分子，则其中镓原子的杂化方式是_。(3)砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为 acm，砷化镓的摩尔质量为 bgmol-1，阿伏加德罗常数值为 NA，则砷化镓晶体密度表达式是_gcm -3。【解析】(1)该反应为(CH 3)3Ga和 AsH3生成
19、GaAs，根据质量守恒可知还有 CH4生成，所以反应的化学方程式为(CH3)3Ga+AsH3 3CH4+GaAs。(2)AsH3中含有 3 个 键和 1 个孤电子对，立体构型为三角锥形，(CH3)3Ga 中 Ga 形成 3 个 键，没有孤 电子对，为 sp2杂化。(3)砷和 镓原子核 间距为 acm，则晶胞的棱长为 a，一个晶胞中含433有 4 个 GaAs，所以密度表达式为 = = gcm-3= gcm-3。m答案：(1)(CH 3)3Ga+AsH3 3CH4+GaAs(2)三角 锥形 sp2 (3) 5.(14 分)有 A、B、C、D 四种元素，A 元素基态的最外层有三个未成对电子，次外层
20、有 2 个电子；B 元素的正二价离子的 3d 层为全充满；C 有三种常见的同位素 C1、C 2、C 3，其中在自然界中 C1的含量最高，且 C3原子的质量数是 C1的 3 倍，C 2原子的质量数是 C1的 2 倍；D 为短周期元素，其最外层电子数比次外层电子数少 2。世纪金榜导学号 30682453(1)A 元素原子的价层电子的电子排布图为_，该元素的名称是_。(2)B 元素原子基态时的电子排布式为_，该元素的符号是_。(3)C2粒子的符号为_，A 与 C 可形成化合物 AC3，该化合物的立体构型为_。(4)B 单质与一定浓度的 A 最高价氧化物对应水化物溶液反应生成B2+、A 和水，该反应的
21、离子方程式是C+4_。(5)比较 A 的氢化物与同族第 3、第 4 周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由：_。(6)B 与 D 形成化合物晶体的晶胞如图所示。已知该晶体的密度为agcm-3，则该晶胞的体积为_cm 3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。【解析】根据题意容易推断出 A、B、C、D四种元素分别为N、Zn、H、S。NH3可形成分子间氢键，沸点比同主族的氢化物 PH3、AsH3高。(1)A 为 氮元素，其价 层电子的电子排布图为 。(2)B 为锌 ，其原子基态时的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s2。(3)C2粒子为氘原子，符号为 H，NH3为三角 锥形分
22、子。 21(4)Zn 与一定浓度的 HNO3反应生成 Zn2+、N 和水，离子反应方程H+4式为 4Zn+10H+N 4Zn2+N +3H2O。O3 H+4(6)该晶胞含 Zn：8 +6 =4，硫原子个数为 4，因此化学式为 ZnS，晶18 12胞体积 V= = cm3。m答案：(1) 氮(2)1s22s22p63s23p63d104s2 Zn(3 H 三角锥形 (4)4Zn+10H+N 4Zn2+N +3H2O)21 O3 H+4(5)稳定性：NH 3PH3AsH3；因为键长越短，键能越大，化合物越稳定。沸点：NH 3AsH3PH3；因为 NH3可形成分子间氢键，沸点最高，AsH 3相对分子
23、质量比 PH3大，分子 间作用力大，因而 AsH3比 PH3沸点高 (6) 6.(15 分)(2017郑州模拟)卤族元素的单质和化合物很多，我们可以利用所学物质结构与性质的相关知识去认识和理解它们。(1)卤族元素位于元素周期表的_区；溴的价电子排布式为_。(2)在一定浓度的溶液中，氢氟酸是以二分子缔合(HF) 2形式存在的，使氢氟酸分子缔合的作用力是_。(3)请根据下表提供的第一电离能数据判断，最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是_(写出名称)。氟 氯 溴 碘第一电离能(kJmol-1)1681 1251 1140 1008(4)已知碘酸(HIO 3)和高碘酸(H 5IO6)的结构分别如
24、图、所示：请比较二者酸性强弱：HIO 3_H5IO6(填“” “H5IO6。(5)由于 Cl 的O2中心氯原子周围有四对价层电子，其中心氯原子的杂化轨道类型为sp3；根据“增减找 邻、同族互换”的原则可确定 Cl 的等电子体为O2Cl2O或 OF2。(6)在 CaF2晶胞中含有 Ca2+：8 +6 =4个，含有 F-8个，18 12相当于有 4个 CaF2，则 = gcm-3，化简得 M= 。43 a34答案：(1)p 4s24p5 (2)氢键 (3)碘 (4) (5)sp3 Cl2O(答案合理即可) (6)a347.(15 分)(2016乙卷)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域
25、应用广泛。回答下列问题：(1)基态 Ge 原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。(2)Ge 与 C 是同族元素，C 原子之间可以形成双键、三键，但 Ge 原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_。(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_。GeCl4 GeBr4 GeI4熔点/ -49.5 26 146沸点/ 83.1 186 约 400(4)光催化还原 CO2制备 CH4反应中，带状纳米 Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O 电负性由大至小的顺序是_。(5)Ge 单晶具有金刚石型结构，其中 Ge 原子的杂化方式为_，微粒之间存在的作用力
26、是_。(6)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为 Ge 单晶的晶胞，其中原子坐标参数 A 为(0，0，0)，B 为( ，0， )，C 为(12 12， ，0)。则 D 原子的坐标参数为_。12 12晶胞参数描述晶胞的大小和形状，已知 Ge 单晶的晶胞参数a=565.76pm，其密度为_gcm -3(列出计算式即可)。【解析】(1)Ge 为 32号元素，根据构造原理可推出基态锗原子的核外电子排布式为Ar3d 104s24p2，有 2个未成对电子。(2)锗原子之间难以形成双键或三键是因为 Ge的原子半径大，原子间形成的 键较长，p轨道之间重叠程度很小或几乎不能重叠
27、，难以形成 键。(3)锗的卤化物的熔点和沸点大小顺序均为 GeCl4Se，根据同周期从左到右元素的电负性逐渐增大可知，SeGeZn，所以 Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 OGeZn。(5)Ge单晶具有金刚石型结构，其中锗原子的杂化方式为 sp3，微粒之间存在的作用力是共价键。(6)原子坐标参数是表示晶胞内部各原子的相对位置，根据 Ge单晶的晶胞图，分析原子坐标参数 A为(0，0，0)， B为( ，0， )，C为( ， ，0)可知 D原子12 12 1212的坐标参数为( ， ， )。Ge单晶的晶胞参数 a=565.76pm，晶胞的141414体积为 a3，a需要进行单位换算，晶胞的质量为 ，873 16.0210231晶胞的密度为晶胞质量除以晶胞体积，所以晶胞密度=107(gcm-3)。8736.02565.763答案：(1)3d 104s24p2 2 (2)锗原子半径大，原子间形成的 键较长，p轨道之间重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成 键 (3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高，原因是分子结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强 (4)OGeZn (5)sp3 共价键(6)( ， ， ) 10714 14 14 8736.02565.763
