第九章第三節[A組·基礎練習]1．下表所列有關晶體的說法中，有錯誤的是()選項ABCD晶體名稱碘化鉀干冰石墨碘組成晶體微粒名稱陰、陽離子分子原子分子晶體內存在的作用力離子鍵范德華力共價鍵范德華力【答案】C2．螢石(CaF2)是一種難溶于水的固體。下列實驗事實能說明CaF2一定是離子晶體的()A．CaF2難溶于水，其水溶液的導電性極弱B．CaF2的熔點較高，硬度較大C．CaF2固體不導電，但在熔融狀態下可以導電D．CaF2在有機溶劑(如苯)中的溶解度極小【答案】C3．據報道，帶結晶水的晶體在5K下呈現超導性，該晶體中含有最簡式為CoO2的層狀結構。下列用粗線畫出的CoO2層狀結構晶胞示意圖(小球表示Co原子、大球表示O原子)不正確的是()A BC D【答案】D【解析】在此平面結構中，截取的每一個小正方形的頂點上的原子都被四個小正方形共用，在邊上的原子都為兩個小正方形共用。A中n(Co)∶n(O)＝1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2，B中n(Co)∶n(O)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋4×\f(1,4)))∶4＝1∶2，C中n(Co)∶n(O)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,4)))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2，D中n(Co)∶n(O)＝1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,4)))＝1∶1。4．錳單質及其化合物應用十分廣泛。回答下列問題：(1)Mn位于元素周期表中第四周期________族，基態Mn原子核外未成對電子有________個。(2)MnCl2可與NH3反應生成[Mn(NH3)6]Cl2，新生成的化學鍵為______鍵。NH3分子的空間構型為____________，其中N原子的雜化軌道類型為__。(3)金屬錳有多種晶型，其中δ－Mn的結構為體心立方堆積，晶胞參數為apm。δ－Mn中錳的原子半徑為____________pm。已知阿伏加德羅常數的值為NA，δ－Mn的理論密度ρ＝__________________g·cm－3。(列出計算式)(4)已知錳的某種氧化物的晶胞如圖所示，其中錳離子的化合價為________，其配位數為________。【答案】(1)ⅦB5(2)配位三角錐形sp3雜化(3)eq\f(\r(3),4)aeq\f(2×55,NA×a×10－103)(4)＋265．碳及其化合物在研究和生產中有許多重要用途。請回答下列問題：(1)基態碳原子核外電子有________種空間運動狀態，其價電子軌道表示式為_____________。(2)光氣的分子式為COCl2，又稱碳酰氯，是一種重要的含碳化合物，判斷其分子空間構型為______________________，其碳原子雜化軌道類型為________雜化。(3)碳酸鹽在一定溫度下會發生分解，實驗證明碳酸鹽的陽離子不同，分解溫度不同，如下表所示：碳酸鹽MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3熱分解溫度/℃40290011721360陽離子半徑/pm6699112135試解釋為什么隨著陽離子半徑的增大，碳酸鹽的分解溫度逐步升高？__________________________________________________________________________________________________________________。(4)碳的一種同素異形體——C60，又名足球烯，是一種高度對稱的球碳分子。立方烷(分子式為C8H8，結構是立方體：)是比C60約早20年合成出的一種對稱型烴類分子，而現如今已合成出一種立方烷與C60的復合型分子晶體，該晶體的晶胞結構如下圖所示，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間八面體空隙中。則該復合型分子晶體的組合用二者的分子式可表示為________________。(5)碳的另一種同素異形體——石墨，其晶體結構如上圖所示，則石墨晶胞含碳原子個數為________個。已知石墨的密度為ρg·cm－3，C—C鍵鍵長為rcm，阿伏加德羅常數的值為NA，則石墨晶體的層間距為________cm(用含ρ、NA、r的式子表示)。(6)金剛石和石墨的物理性質差異很大，其中熔點較高的是________，試從結構分析：________________；硬度大的是________，試從結構分析：___________________。【答案】(1)6(2)平面三角形sp2(3)碳酸鹽分解過程實際是晶體中陽離子結合碳酸根離子中的氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，結合氧離子能力越強，對應的碳酸鹽就越容易分解(4)C8H8·C60(5)4eq\f(16\r(3),3ρNAr2)(6)石墨石墨為混合型晶體，金剛石為原子晶體，二者熔點均取決于碳碳共價鍵，前者鍵長短，則熔點高金剛石石墨硬度取決于分子間作用力，而金剛石硬度取決于碳碳共價鍵【解析】(1)碳原子核外有6個電子，因此有6種運動狀態不同的電子，碳原子價電子排布式為2s22p2，價電子軌道表示式為。(2)光氣的分子式為COCl2，其分子中C原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，空間結構為平面三角形，雜化軌道數目為3，C原子采取sp2雜化。(4)晶胞中C60數目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間八面體空隙中，晶胞中立方烷數目為4，則該復合型分子晶體的組成可表示為C8H8·C60。(5)根據石墨的晶胞結構，設晶胞的底面邊長為acm，晶胞的高為hcm，層間距為dcm，則h＝2d，底面圖為，則eq\f(a,2)＝r×sin60°，可得a＝eq\r(3)r，則底面面積為(eq\r(3)r)2×sin60°cm2，晶胞中C原子數目為1＋2×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,4)＝4，晶胞質量為eq\f(4×12,NA)g，則ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×\f(12,NA),\r(3)r2×sin60°×2d)，整理可得d＝eq\f(16\r(3),3ρNAr2)。[B組·提高練習]6．門捷列夫為好幾種當時尚未發現的元素(如“類鋁”“類硅”和“類硼”)留下了空位。而法國科學家在1875年研究閃鋅礦(ZnS)時發現的“鎵”，正是門捷列夫預言的“類鋁”，性質也是和預言中驚人的相似。回答下列問題：(1)①寫出鎵的基態原子的電子排布式：_________________。門捷列夫預言的“類硼”就是現在的鈧，“類硅”就是現在的鍺。這三種元素原子的中，未成對電子數最多的是________(填元素符號)。②下對說法最有可能正確的是________(填字母)。A．類鋁在1000B．類鋁的氧化物不能溶于強堿溶液C．類鋁不能與沸水反應D．類鋁能生成類似明礬的礬類(2)氯化鎵的熔點為77.9℃，A．PCl3 B．SO3C．CHeq\o\al(－,3) D．NOeq\o\al(－,3)(3)鎵多伴生在鋁土礦、二硫鎵銅礦等礦中。①Cu(OH)2可溶于氨水形成一種配合物。在該配合物中，配離子的結構可用示意圖表示為_____________________(用“→”表示出配位鍵)。②鋅的第一電離能(I1)大于銅的第一電離能，而鋅的第二電離能(I2)卻小于銅的第二電離能的主要原因是_____________________。(4)砷化鎵也是半導體材料，其結構與硫化鋅類似，其晶胞結構如下圖所示。①原子坐標參數是晶胞的基本要素之一，表示晶胞內部各原子的相對位置。圖中A(0,0,0)、Beq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))、Ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))，則此晶胞中，距A最遠的黑球的坐標參數為______________。②若砷和鎵的原子半徑分別為acm和bcm，砷化鎵的摩爾質量為Mg/mol，密度是ρg·cm－3(列出計算表達式)，晶胞中原子體積占空間體積百分率(即原子體積的空間占有率)為w，則阿伏加德羅常數的值為____________mol－1。【答案】(1)①1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)Ge②D(2)BD(3)①②鋅失去1個電子后Zn＋形成的價電子排布為3d104s1，銅失去1個電子后形成的Cu＋的價電子排布為3d10，故鋅的第一電離能(I1)大于銅的第一電離能，而鋅的第二電離能(I2)卻小于銅的第二電離能(4)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))②eq\f(wM,ρ×\f(4,3)πa3＋b3)【解析】(1)①鎵、鈧、鍺基態原子的價電子排布式分別為4s24p1、3d14s2、4s24p2，這三種元素的原子中，未成對電子數最多的是鍺。②類鋁位于元素周期表第四周期第ⅢA族，與鋁元素相鄰且位于鋁元素的下一周期，根據元素性質的相似性和遞變性分析，鎵的金屬性比鋁強，所以最有可能正確的是能生成類似明礬的礬類。(2)根據VSEPR理論，氯化鎵的中心原子雜化方式為sp2，空間構型為平面三角形，鍵角為120°，與其相同的是SO3和NOeq\o\al(－,3)，故B、D正確。(4)①設距離A球最遠的黑球為D點，D與A的連線位置在晶胞體對角線上，過面心B及上底面面心且平行于側面的平面將晶胞2等分，同理，過D點且平行于側面的平面將半個晶胞2等分，可知D點的坐標參數為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))。根據均攤法計算，晶胞中原子所占的體積V1＝4eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4πa3,3)＋\f(4πb3,3)))cm3，晶胞的體積V2＝eq\f(4M,ρ·NA)cm3，GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率w＝eq\f(V1,V2)，代入即可求出阿伏加德羅常數NA＝eq\f(wM,ρ×\f(4,3)πa3＋b3)mol－1。7．(1)若NiO晶胞中(圖1)離子坐標參數A為(0,0,0)，B為(1,1,0)，則C離子坐標參數為____________。一定溫度下，NiO晶體可以自發地分散并形成“單分子層”，可以認為O2－作密置單層排列，Ni2＋填充其中(圖2)，已知O2－的半徑為am，每平方米面積上分散的該晶體的質量為__________g。(用a、NA表示)圖1圖2(2)Sn的一種同素異形體——灰錫的晶體結構類似金剛石，立方晶胞結構如圖3所示，則錫的配位數是______。假設錫原子(如圖3中A、B兩原子)在體對角線上外切，晶胞參數為a，計算灰錫的空間利用率約為________。(百分數表示，取兩位有效數字)(3)已知：A、B、C三種短周期元素，原子序數依次增大。A是短周期中原子半徑最大的元素，B元素3p能級半充滿；C是所在周期電負性最大的元素。由A、C兩元素形成的化合物組成的晶體中，陰、陽離子都具有球型對稱結構，它們都可以看作剛性圓球，并彼此“相切”。圖4所示為A、C形成化合物的晶胞結構圖以及晶胞的剖面圖：晶胞中距離一個A＋最近的C－有______個，這些C－圍成的圖形是__________，若晶體密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數的值用NA表示，則A＋的離子半徑為______________cm(用含NA與ρ的式子表達)。圖3