第3讲-晶体结构与性质

1限时规范训练[单独成册]限时50分钟A组(20分钟)1．在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与氢键或化学键的强弱无关的变化规律是()A．H2O、H2S、H2Se、H2Te的热稳定性依次减弱B．熔点：Al＞Mg＞Na＞KC．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低D．CF4、CCl4、CBr4、CI4的熔、沸点逐渐升高解析：选D。D项中四种物质熔、沸点逐渐升高，是由于随着相对分子质量增大范德华力依次增大。2．已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A．14、6B．14、8C．4、8D．4、12解析：选D。(1)晶胞中所含原子的计算方法，晶胞顶点上的原子占18，棱上的原子占14，面上的原子占12，体心上的原子为1，根据以上规律就可计算晶胞所含的原子数。(2)金属晶体中金属原子的配位数即为距离该原子最近的金属原子的数目。在Cu的晶胞中，顶角原子为8个晶胞共用，面上的铜原子为两个晶胞共用，因此，金属铜的一个晶胞的原子数为8×18＋6×12＝4。在Cu的晶胞中，与每个顶点的Cu原子距离相等的铜原子共有12个，因此其配位数为12。3．最近发现一种由M、N两种原子构成的气态团簇分子，如图所示。实心球●表示N原子，空心球○表示M原子，则它的化学式为()A．M4N4B．MNC．M14N13D．M4N5解析：选C。关键点是该物质为气态团簇分子，故属于分子晶体。与离子晶体、原子晶体不同，它不存在共用与均摊问题，因此该物质的化学式就是其分子式，由14个M原子和13个N原子组成，故应选C。4．萤石(CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2一定是离子晶体的是2()A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱B．CaF2的熔点较高，硬度较大C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小解析：选C。难溶于水，其水溶液的导电性极弱，不能说明CaF2一定是离子晶体；熔、沸点较高，硬度较大，也可能是原子晶体，B项不能说明CaF2一定是离子晶体；固体不导电但熔融状态下可以导电，一定有自由移动的离子生成，C项说明CaF2一定是离子晶体；CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小，只能说明CaF2是极性分子，不能说明CaF2一定是离子晶体。5．关于如图所示堆积模型的说法不正确的是()A．此种最密堆积为面心立方最密堆积B．该种堆积方式空间利用率为74%C．该种堆积方式可用符号“…ABCABC…”表示D．金属Mg就属于此种最密堆积解析：选D。从图示可以看出，该堆积模型的第一层和第四层重复，可用符号“…ABCABC…”表示，属于面心立方最密堆积，空间利用率为74%，而Mg属于六方最密堆积，所以D项不正确。6．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是()A．6个120°B．5个108°C．4个109°28′D．6个109°28′解析：选D。根据金刚石的晶体结构特点可知，最小的环上有6个碳原子。由于每个碳原子都是形成4个相同的共价键，所以基本构型是正四面体，键角是109°28′，故选D。7．下列关于化学键的叙述中，正确的是()A．金属晶体内部都有“自由电子”，都存在金属键B．因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，随意的C．配合物[Cu(NH3)4]Cl2的配位数是6D．因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子解析：选A。金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”构成的，都存在金属键，A项正确；为了使物质的能量最低，体系最稳定，阴、阳离子的排列也是有规律的，不是随意的，B项错误；C项中该配合物的配位数是4而不是6，错误；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以吸引尽可能多的带异性电荷的离子，但不是任意多，受阳离子与阴离子半3径比的限制，D项错误。8．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是()AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/℃190－682300＞35501415沸点/℃17857255048272355A.SiCl4是分子晶体B．晶体硼是原子晶体C．AlCl3是分子晶体，加热能升华D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱解析：选D。SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知：金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强。B组(30分钟)9．1915年诺贝尔物理学奖授予HenryBragg和LawrenceBragg，以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献。(1)科学家通过X射线探明，NaCl、KCl、MgO、CaO晶体结构相似，其中三种晶体的晶格能数据如下表：晶体NaClKClCaO晶格能/(kJ·mol－1)7867153401四种晶体NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是________，Na、Mg、Al第一电离能I1从小到大的排列顺序是________。(2)科学家通过X射线推测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如图，其中配位键和氢键均采用虚线表示。①实验证明，用蒸汽密度法测得的H2O的相对分子质量比用化学式计算出来的相对分子质量要大，其原因是__________________________________________________________________________________________________。②SO2－4中S原子的杂化类型是________，与其互为等电子体的分子有________(任写一种)。③Cu2＋还能与NH3、Cl－等形成配位数为4的配合物，[Cu(NH3)4]2＋中存在的化学键类型有________(填序号)。4A．配位键B．离子键C．极性共价键D．非极性共价键④写出基态Cu原子的外围电子排布式：________________________________________________；金属铜采用面心立方堆积方式，已知Cu原子的半径为rpm，相对原子质量为M，NA表示阿伏加德罗常数，则金属铜的密度是________g/cm3(列出计算式)。解析：(1)离子半径Mg2＋＜Na＋＜O2－＜Ca2＋＜Cl－；离子电荷数Na＋＝Cl－＜O2－＝Mg2＋＝Ca2＋，离子晶体的离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔沸点越高，则有NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是MgO＞CaO＞NaCl＞KCl；同周期从左到右第一电离能增大，但是第ⅡA与ⅢA族、第ⅤA与ⅥA族反常，则第一电离能I从小到大的排列顺序是Na＜Al＜Mg；(2)①因为水分子间存在氢键，氢键会使水分子成为缔合水分子，使得体积变小，所以用蒸汽密度法测得的H2O的相对分子质量比理论计算出来的相对分子质量较大。②SO2－4中S的价电子对数＝(6＋2)÷2＝4，形成四条杂化轨道，S原子的杂化方式为sp3，具有相同原子数和价电子数的微粒互称为等电子体，所以与SO2－4互为等电子体的粒子有SiCl4等；③[Cu(NH3)4]2＋中Cu2＋与NH3之间的化学键为配位键，N—H为极性共价键，选AC。④铜为29号元素，其原子外围电子排布式为3d104s1，根据均摊法计算出晶胞中铜原子数为8×1/8＋6×1/2＝4，Cu原子的半径为rpm，则晶胞的边长为22rpm，晶胞的体积为(22r×10－10)3cm3，所以铜的密度ρ＝m÷V＝4MNA22r×10－103g/cm3＝M2NA2r×10－103g/cm3。答案：(1)MgO＞CaO＞NaCl＞KClNa＜Al＜Mg(2)①水分子间有氢键发生缔合作用②sp3CCl4(SiCl4)③AC④3d104s1M2NA2r×10－10310．铜的相关化合物在生产生活中具有重要的作用。回答下列问题：(1)铜元素在周期表中的位置是________，基态铜原子中，核外电子占据最高能层的符号是________，占据该最高能层的电子数为________。(2)在一定条件下，金属相互化合形成的化合物称为金属互化物，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。某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”)。(3)铜能与类卤素[(SCN)2]反应生成Cu(SCN)2,1mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为________。(SCN)2对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)、异硫氰酸(H—N===C===S)两种。理论上前者沸点低于后者，其原因是________________________________________________。5(4)铜晶体中铜原子的堆积方式为面心立方堆积，每个铜原子周围距离最近的铜原子个数为________。(5)铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图所示，其晶胞边长为anm，该金属互化物的密度为________(用含a、NA的代数式表示)g·cm－3。解析：(3)类卤素(SCN)2的结构式为N≡C—S—S—C≡N，1mol(SCN)2中含σ键的数目为5NA。异硫氰酸(H—N===C===S)分子中N原子与H原子形成共价键，分子间能形成氢键，故沸点高。(4)铜晶体中铜原子的堆积方式为面心立方堆积，每个铜原子周围距离最近的铜原子个数为12。(5)根据均摊法，铜与金形成的金属互化物晶胞中Cu的个数为6×12＝3，Au的个数为8×18＝1，该金属互化物的化学式为Cu3Au，该金属互化物的密度为3×64＋1×197NAa×10－73g·cm－3＝3.89×1023a3NAg·cm－3。答案：(1)第四周期ⅠB族N1(2)晶体(3)5NA(或5×6.02×1023)异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能(4)12(5)3.89×1023a3NA11．黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题：(1)基态Cu原子的价电子排布式为________。(2)从原子结构角度分析，第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是：I1(Fe)________I1(Cu)(填“＞”“＜”或“＝”)。(3)血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物，血红素(含Fe2＋)可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如下图：①已知吡咯中的各个原子均在同一平面内，则吡咯分子中N原子的杂化类型为________。6②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为________个。分子中的大π键可用Πnm表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数，则吡咯环中的大π键应表示为________。③C、N、O三种元素的简单氢化物中，沸点由低到高的顺序为________(填化学式)。④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的，则血红蛋白中的Fe2＋与O2是通过__________键相结合。(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2―→SO3―→H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间构型为________。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是_________________________________________________。(5)用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。石墨的晶体结构如图所示，虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞中含碳原子数为________个。已知石墨的密度为ρg/cm3，C—C键的键长为rcm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则石墨晶体的层间距d＝________cm。解析：(2)Cu原子的价电子3d104s1，失去1个电子后，3d10变为全充满状态，结构稳定，所以铜原子易失去1个电子，第一电离能较小；而铁原子价电子排布式为3d64s2，失去1个电子后，不是稳定结构，所以，铁原子不易失去1个电子，第一电离