目奪市安危陽光實驗學校課時梯級作業四十三晶體結構與性質(45分鐘100分)非選擇題(本題包括7小題,共100分)1.(16分)(2018·信陽模擬)金屬鈦(22Ti)號稱航空材料。回答下列問題:(1)鈦元素基態原子未成對電子數為__________個,能量最高的電子占據的能級符號為______________,

該能級所在能層具有的原子軌道數為____________。

(2)[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化學鍵有_______________________。

a.σ鍵 b.π鍵c.離子鍵 d.配位鍵(3)納米TiO2是一種應用廣泛的催化劑,納米TiO2催化的一個實例如圖所示。化合物甲的分子中采取sp2雜化方式的碳原子個數為__________,化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由小到大的順序為__________。

(4)工業上制金屬鈦采用金屬還原四氯化鈦。先將TiO2(或天然的金紅石)和足量炭粉混合加熱至1000～1100K,進行氯化處理,生成TiCl4。寫出生成TiCl4的化學反應方程式:________________________________。

(5)有一種氮化鈦晶體的晶胞如圖所示,該晶體的化學式為__________,該晶體中與鈦原子距離最近且相等的氮原子的個數為__________。已知晶體的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數為NA,則晶胞邊長為__________cm(用含ρ、NA的式子表示)。

【解析】(1)鈦元素價電子排布式為3d24s2,基態原子價電子排布圖為,可見鈦元素基態原子未成對電子數為2個,能量最高的電子占據的能級符號為3d,該能級所在能層為M能層,有3s、3p、3d,分別含有原子軌道數目為1、3、5,具有的原子軌道數為9。(2)OH-和H2O中H和O都是以σ鍵結合在一起,Ti4+提供空軌道,H2O和OH-提供孤電子對,形成配位鍵,即[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化學鍵只有σ鍵和配位鍵。(3)采取sp2雜化的碳原子價層電子對數是3,該分子中碳原子價層電子對數為3的有:苯環上的碳原子、連接羰基的碳原子,所以一共有7個;采取sp3雜化的原子價層電子對數是4,價層電子對個數是4的原子有:連接甲基和羥基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大趨勢,但第ⅤA族元素大于相鄰元素,所以這三種元素第一電離能從小到大順序是C<O<N。(4)TiO2和足量炭粉混合加熱至1000～1100K,生成TiCl4的化學反應方程式為TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO;(5)觀察晶胞N位于立方體的頂點和面心位置,N數=8×+6×=4;Ti位于晶胞內,有4個,化學式可寫為TiN;由晶胞圖可知與Ti相連的N有四個,組成正四面體;晶胞質量為4×g,晶體的密度為ρg·cm-3,則晶胞邊長為=cm。答案:(1)23d9(2)ad(3)7(4)TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO(5)TiN42.(15分)(2017·全國卷Ⅰ)鉀和碘的相關化合物在化工、醫藥、材料等領域有著廣泛的應用。回答下列問題: (1)元素K的焰色反應呈紫紅色,其中紫色對應的輻射波長為________nm(填標號)。

A.404.4B.553.5(2)基態K原子中,核外電子占據最高能層的符號是________,占據該能層電子的電子云輪廓圖形狀為________。K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子構型相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低,原因是____________________。

(3)X射線衍射測定等發現,I3AsF存在離子。離子的幾何構型為________,中心原子的雜化形式為________________。

(4)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學材料,具有鈣鈦礦型的立方結構,邊長為a=0.446nm,晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置,如圖所示。K與O間的最短距離為________nm,與K緊鄰的O個數為________。

(5)在KIO3晶胞結構的另一種表示中,I處于各頂角位置,則K處于________位置,O處于________位置。

【解析】(1)紫色光波長范圍大約在380nm到440nm之間,故選A。(2)基態K原子中,最外層電子排布為4s1,核外電子占據的最高能層為第四層,符號是N,占據該能層電子的電子云輪廓圖形狀為球形。K和Cr都屬于金屬晶體,Cr的價電子數多,半徑小,金屬鍵強,所以K的熔點、沸點等都比金屬Cr低。(3)根據計算公式,的價層電子對數=(7+2×1-1)/2=4,結構如下:[I——I]+,中心碘原子形成了兩個σ鍵,有兩對孤電子對,因此雜化方式為sp3,構型為V形。(4)根據晶胞結構,位于頂角的K和位于相鄰面心的O之間的距離最短,且剛好等于晶胞面對角線長度的一半,因此最短距離=a/2≈1.414×0.446/2≈0.315(nm)。求與K緊鄰的O個數,即求頂角周圍面心的個數,其實也就是面心立方密堆積的配位數為12。(5)若將體心的位置設定為頂角,原本頂角的位置變成了體心,面心的位置變成了棱心。因此K位于體心位置,O位于棱心位置。答案:(1)A(2)N球形K原子半徑較大且價電子數較少,金屬鍵較弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)體心棱心3.(12分)(2018·撫順模擬)地球表面十公里厚的地層中,含鈦元素達千分之六,比銅多61倍,金屬鈦(Ti)被譽為21世紀金屬,其單質和化合物具有廣泛的應用價值。氮化鈦(Ti3N4)為金黃色晶體,由于具有令人滿意的仿金效果,越來越多地成為黃金的代替品。以TiCl4為原料,經過一系列反應可以制得Ti3N4和納米TiO2(如下圖)。圖中的M是短周期金屬元素,M的部分電離能如下表:I1I2I3I4I5電離能/(kJ·mol-1)738145177331054013630請回答下列問題: (1)TiO2為離子晶體,已知晶體中陽離子的配位數為6,陰離子的配位數為3,則陽離子的電子排布式為__________。

(2)金屬Ti與金屬M的晶體原子堆積模型相同,其堆積模型為__________(填寫堆積模型名稱),晶體中原子在二維平面里的配位數為______________。

(3)室溫下TiCl4為無色液體,沸點為136.4℃,由此可知其晶體類型為__________,構成該晶體的粒子的空間構型為__________(4)有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似,如圖所示,已知該氮化鈦的密度為ρg·cm-3,則該晶胞中N、Ti之間的最近距離為__________pm(NA為阿伏加德常數的數值,只列算式)。該晶體中與鈦原子距離相等且最近的鈦原子有__________個。

(5)科學家通過X射線探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結構相似。且知三種離子晶體的晶格能數據如下:離子晶體NaClKClCaO晶格能/(kJ·mol-1)7867153401KCl、CaO、TiN三種離子晶體硬度由低到高的順序為__________。

【解析】(1)Ti是陽離子,Ti是22號元素,因此Ti4+的電子排布式為1s22s22p63s23p6。(2)根據金屬M的電離能,在第二電離能到第三電離能發生突變,說明最外層有2個電子,M是短周期金屬元素,根據部分電離能,推出是Mg,金屬Ti與Mg的晶體原子堆積模型相同,因此堆積模型為六方最密堆積,二維平面里的配位數為6。(3)TiCl4為無色液體,且沸點較低,符合分子晶體的特點,因此TiCl4屬于分子晶體,空間構型為正四面體。(4)根據晶胞的結構,最近N和Ti的位置是棱長的一半,設棱長為apm,晶胞中Ti位于棱上和體心,個數為12×+1=4,N位于面心和頂點,個數為8×+6×=4,化學式為TiN,晶胞的質量為g,根據密度的定義求Ti和N的最近距離是×1010,根據晶胞的結構,距離Ti最近的Ti上面有四個,同一平面的有4個,下面有4個,共有12個。(5)晶格能越大,硬度越大,晶格能與陰陽離子所帶電荷數以及陰陽離子的半徑有關,所帶電荷數越多,半徑越小,晶格能越大,硬度越大,即KCl<CaO<TiN。答案:(1)1s22s22p63s23p6(2)六方最密堆積6(3)分子晶體正四面體(4)×101012(5)KCl<CaO<TiN4.(10分)(2018·吉林模擬)已知:A、B、C、D、E、F、G七種元素的核電荷數依次增大,屬于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基態時p軌道半充滿且電負性是同族元素中最大的;D、E原子核外的M層中均有兩個未成對電子;G原子核外最外層電子數與B相同,其余各層均充滿。B、E兩元素組成化合物B2E的晶體為離子晶體。C、F的原子均有三個能層,C原子的第一至第四電離能(kJ·mol-1)分別為578、1817、2745、11575;C與F能形成原子數目比為1∶3、熔點為190℃的化合物(1)B的單質晶體為體心立方堆積模型,其配位數為__________;E元素的最高價氧化物分子的立體構型是______________。F元素原子的核外電子排布式是______________,G的高價離子與A的簡單氫化物形成的配離子的化學式為______________。

(2)試比較B、D分別與F形成的化合物的熔點高低并說明理由__________。

(3)A、G形成某種化合物的晶胞結構如圖所示。若阿伏加德羅常數為NA,該化合物晶體的密度為ag·cm-3,其晶胞的邊長為__________cm。

(4)在1.01×105Pa、t1℃時,氣體摩爾體積為53.4L·mol-1,實驗測得Q的氣態密度為5.00g·L-1,則此時Q的組成為【解析】A、B、C、D、E、F、G七種元素的核電荷數依次增大,屬于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基態時p軌道半充滿且電負性是同族元素中最大的,因此A是N。D、E原子核外的M層中均有兩個未成對電子,則D的M層為3s23p2,是Si。E的M層為3s23p4,是S。B、E兩元素組成化合物B2E的晶體為離子晶體,所以B為ⅠA族的金屬,B應該是鈉元素。G原子核外最外層電子數與B相同,其余各層均充滿,且G的原子序數最大,因此G是銅。C、F的原子均有三個能層,因此C、F在第3周期。C的逐級電離能前三個數據接近,第四電離能突變,所以易失去三個電子,為第ⅢA族元素,C是鋁。C與F能形成原子數目比為1∶3、熔點為190℃的化合物Q,說明F為-1價,即(1)金屬鈉的單質晶體為體心立方堆積模型,其配位數為8;E元素的最高價氧化物分子是三氧化硫,其中心原子硫原子含有的孤電子對數=(6-3×2)÷2=0,所以三氧化硫分子的立體構型是平面三角形。根據構造原理可知,氯元素原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p5;G的高價離子Cu2+與A的簡單氫化物NH3形成的配離子的化學式為[Cu(NH3)4]2+。(2)B、D與F形成的化合物分別是氯化鈉和四氯化硅。因為NaCl是離子晶體,SiCl4是分子晶體,所以NaCl的熔點高于SiCl4。(3)根據晶胞的結構可知,氮原子在頂點,含有的個數=8×=1。銅在棱邊,含有的個數=12×=3,即化學式為Cu3N。設邊長為xcm,則×NA=1,解得x=。(4)根據M=ρ×Vm=5.00g·L-1×53.4L·mol-1=267,是AlCl3相對分子質量的267÷133.5=2倍,所以其化學式為Al2Cl6。答案:(1)8平面三角形1s22s22p63s23p5[Cu(NH3)4]2+(2)NaCl的熔點高于SiCl4,因為NaCl是離子晶體,SiCl4是分子晶體(3)(4)Al2Cl65.(14分)磁性材料氮化鐵鎳合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨氣、氮氣、氫氧化鈉、鹽酸等物質在一定條件下反應制得。(1)Fe3+的電子排布式是________________。

(2)N和NH3中氮原子的雜化方式為_________________。

(3)NH3的沸點高于PH3,其主要原因是

____________。

(4)與N3-具有相同電子數的三原子分子的立體構型是________。

(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,剛開始時生成綠色Ni(OH)2沉淀,當氨水過量時,沉淀會溶解,生成[Ni(NH3)6]2+藍色溶液,則1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ鍵為________mol。

(6)圖1是丁二酮肟與鎳形成的配合物,則分子內含有的作用力有________(填序號)。

A.氫鍵B.離子鍵C.共價鍵D.金屬鍵E.配位鍵組成該配合物分子且同屬第2周期元素的電負性由大到小的順序是______________。

(7)鐵元素對應的單質在形成晶體時,采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數為________,如果Fe的原子半徑為acm,阿伏加德羅常數的值為NA,則計算此單質的密度表達式為________g·cm-3(不必化簡)。

【解析】(1)Fe為26號元素,則Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)N為平面三角形,氮原子為sp2雜化;NH3為三角錐形,氮原子為sp3雜化。(4)N3-電子數為10,與N3-具有相同電子數的三原子分子為H2O,分子的立體構型為V形。(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每個氮原子與3個氫原子形成σ鍵,同時還與鎳原子形成配位鍵,也是σ鍵,因此1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ鍵為4mol×6=24mol。(6)根據圖可知碳碳間、碳氮間為共價鍵,氮鎳間為配位鍵,氧氫間為氫鍵;同一周期中,電負性隨著原子序數的增大而增大,該物質中含有的第2周期非金屬元素有O、N、C,其電負性強弱順序為O>N>C。(7)鐵元素對應的單質在形成晶體時,采用如圖2所示的堆積方式,則這種堆積模型為體心立方堆積,即在立方體的中心有一個鐵原子,與這個鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個頂點,所以鐵的配位數為8,每個立方體中含有的鐵原子數為8×+1=2,如果Fe的原子半徑為acm,則立方體的邊長為cm,對應的體積為(cm)3,阿伏加德羅常數的值為NA,所以鐵單質的密度表達式為g·cm-3答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子間存在氫鍵(4)V形(5)24(6)A、C、EO>N>C(7)86.(18分)(2018·安慶模擬)有A、B、C、D、E五種原子序數增大的元素,只有一種為金屬。A、B、C均為第二周期緊鄰元素,其第一電離能順序為B>C>A;B與D同主族;E為第4周期副族元素,其價層電子為全滿。(1)E元素的名稱為________________,該元素基態原子的價電子排布式為__________。

(2)B與D分別與氫形成最簡單氫化物沸點高低順序為__________(用化學式表示);原因__________________。

(3)A、B、C三種元素分別與氫形成化合物中的M—M(M代表A、B、C)單鍵的鍵能如下表:氫化物HxA—AHxHmB—BHmHaC—CHa鍵能(kJ·mol-1)346247207上述三種氫化物中,A、B、C元素原子的雜化方式有______種;請解釋上表中三種氫化物M—M單鍵的鍵能依次下降的原因________。

(4)D與氯形成的化合物DCl5,加壓條件下148℃液化,發生完全電離得到一種能夠導電的熔體,測定D—Cl鍵長為198pm和206pm兩種,該熔體中含有一種正四面體結構的陽離子,請寫出該條件下DCl5電離的電離方程式____________________________;該熔體中陰離子的空間構型為__________(5)E與C形成的化合物晶體結構有四種,其中一種與石類似,石晶體結構如圖所示,該晶體的化學式為__________(用元素符號表示);該晶胞的棱長為apm則該晶體的密度為__________g·cm-3。

【解析】E為第4周期副族元素,且價層電子為全滿,因此推出E為Zn,五種元素只有一種元素是金屬,E為鋅,則A、B、C、D為非金屬,B和D屬于同主族,則D為第3周期,A、B、C為第2周期,第一電離能規律從左向右呈增大趨勢,但ⅡA族大于ⅢA族,ⅤA族大于ⅥA族,三種元素的第一電離能順序是B>C>A,三種元素原子序數增大,因此推出:A為C,B為N,C為O,D為P,(1)根據上述分析,E為鋅,鋅元素位于副族,鋅原子的價電子包括最外層和次外層d能級,即3d104s2;(2)氫化物分別是NH3、PH3,兩種氫化物都屬于分子晶體,NH3中存在分子間氫鍵,PH3無分子間氫鍵,因此沸點:NH3>PH3;(3)根據表格可知,氫化物分別是CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH,乙烷中C有4個σ鍵,無孤電子對,雜化類型為sp3,肼中N有3個σ鍵,1個孤電子對,雜化類型為sp3,H2O2中O有2個σ鍵,2個孤電子對,雜化類型為sp3,三者只有一種雜化類型,乙烷中的碳原子沒有孤電子對,肼中的氮原子有1對孤電子對,過氧化氫中的氧原子有兩對孤電子對,孤電子對數越多斥力越大,形成的化學鍵越不穩定,鍵能越小;(4)陽離子的立體構型為正四面體,說明P有4個σ鍵,無孤電子對,陽離子為PC,因此PCl5電離方程式為2PCl5PC+PC,PC中P有6個σ鍵,孤電子對數為=0,價層電子對數為=6,空間構型為正八面體;(5)鋅原子位于頂點和面心,屬于晶胞的個數為8×+6×=4,氧原子位于晶胞內,共有4個,即此化合物為ZnO,晶胞的質量為g,晶胞的體積為(a×10-10)3cm3,根據密度的定義,即密度為。答案:(1)鋅3d104s2(2)NH3>PH3均為分子晶體,NH3分子間存在氫鍵(3)1乙烷中的碳原子沒有孤電子對,肼中的氮原子有1對孤電子對,過氧化氫中的氧原子有兩對孤電子對,孤電子對數越多斥力越大,形成的化學鍵越不穩定,鍵能越小(4)2PCl5PC+PC正八面體(5)ZnO【加固訓練】(2018·太原模擬)前四周期原子序數依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的價電子層中未成對電子均只有1個,并且A-和B+的電子數相差為8;與B位于同一周期的C和D,它們價電子層中的未成對電子數分別為4和2,且原子序數相差為2。回答下列問題:(1)D2+的價層電子排布圖為____________。

(2)四種元素中第一電離能最小的是________,電負性最大的是________(填元素符號)。

(3)A、B和D三種元素組成的一個化合物的晶胞如圖所示。①該化合物的化學式為____________;D的配位數為____________;

②列式計算該晶體的密度________g·cm-3。

(4)A-、B+和C3+三種離子組成的化合物B3CA6,其中化學鍵的類型有________;該化合物中存在一個復雜離子,該離子的化學式為__________________,配位體是________。

【解析】(1)本題考查電子排布圖的書寫,A和B的價電子層中未成對電子均只有1個電子,A和B位于第ⅠA族,或第ⅢA族元素或ⅦA族元素,A-和B+的電子數相差為8,推出A為F,B為K,與B位于同一周期的C和D,它們價電子層中的未成對電子數分別為4和2,且原子序數相差為2,則C為Fe,D為Ni,D2+為Ni2+,其價層電子排布圖為;(2)第一電離能越小,說明越容易失去電子,即金屬性強,第一電離能最小的是K,電負性最大,說明非金屬性最強,即F的電負性最強;(3)考查晶胞、配位鍵等,①根據晶胞的結構,F位于棱上、晶胞內部和面上,因此F的個數為16×+4×+2=8,K位于棱上和內部,個數為8×+2=4,Ni位于頂點和內部,個數為8×+1=2,因此化學式為K2NiF4;由圖可知Ni的配位數為6;②晶胞的質量為1×(39×4+59×2+19×8)/NAg,晶胞的體積為400×400×1308×10-30cm3,因此晶胞的密度為=3.4g·cm-3;(4)組成的化學式為K3FeF6,此化合物屬于配合物,K+和Fe之間是離子鍵,Fe和F之間為配位鍵;該離子是[FeF6]3-,配體為F-。答案:(1)(2)KF(3)①K2NiF46②=3.4(4)離子鍵、配位鍵[FeF6]3-F-7.(15分)(能力挑戰題)我們利用物質的結構與性質對周期表進行研究,有助于我們更好地掌握同類知識。(1)基態砷原子中,價電子占用__________個原子軌道;雌黃分子式為As2S3,分子結構如圖,則砷原子的雜化方式為__________。

(2)N2與CO互為等電子體,則1molCO分子中含有的π鍵數目是__________個。

(3)向CuSO4溶液中加入少量氨水生成藍色沉淀,繼續加入過量氨水沉淀溶解,得到深藍色透明溶液,最后向該溶液中加入一定量乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體;該晶體所含的非金屬元素中,N、O、S第一電離能由大到小的順序是__________(填元素符號),S的空間構型為__________,晶體中含有的化學鍵有__________________。

加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體的原因是

__________________。

(4)常溫下PCl5是一種白色晶體,其立方晶系晶體結構模型如下左圖所示,由A、B兩種微粒構成。將其加熱至148℃熔化,形成一種能導電的熔體。已知A微粒與CCl4具有相同的空間構型和相似的化學鍵特征,則A為__________,B為__________(5)磷化硼(BP)是一種超硬耐磨涂層材料,上右圖為其立方晶胞。已知晶體中最近的硼原子和磷原子核間距為xcm,磷化硼的