（天津专用）2020版高考化学一轮复习 专题八 晶体结构与性质课件

专题八晶体结构与性质高考化学(天津市专用)A组统一命题、省(区、市)卷题组五年高考考点一晶体常识1.(2017课标Ⅰ,35,15分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为nm(填标号)。A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是。(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在 离子。 离子的几何构型为,中心原子的杂化形式为。3I3I(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为nm,与K紧邻的O个数为。(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于位置,O处于位置。答案(1)A(2)N球形K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)体心棱心解析(1)紫色对应的辐射波长是可见光中最短的,A项正确。(2)K位于第4周期ⅠA族,电子占据的最高能层为N层,最外层只有一个电子,位于s能级,电子云轮廓图形状为球形。金属的熔、沸点与金属键强弱有关,金属键的强弱又与金属原子的半径以及价电子数有关,原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱,熔、沸点越低。(3)中心原子I的价层电子对数为 ×(7+2-1)=4,中心原子杂化类型为sp3杂化,成键电子对数为2,孤电子对数为2,故空间构型为V形。(4)根据晶胞结构可知K与O间的最短距离是面对角线的一半,即 ×0.446nm,根据晶胞结构可知与K紧邻的O的个数为12。(5)根据已知的晶胞可知,当I原子处于各顶角位置时,晶胞可以由八个已知晶胞堆积在一起组合而成,其中I原子处于八个晶胞的体心构成的八个顶角上,则K原子处于新晶胞的体心,O原子处于新晶胞的棱心。12222.(2016课标Ⅲ,37,15分)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:(1)写出基态As原子的核外电子排布式。(2)根据元素周期律,原子半径GaAs,第一电离能GaAs。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为,其中As的杂化轨道类型为。(4)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是。(5)GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为,Ga与As以键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为。答案(1)[Ar]3d104s24p3(1分)(2)大于(2分)小于(2分)(3)三角锥形(1分)sp3(1分)(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体(2分)(5)原子晶体(2分)共价(2分) ×100%(2分)3033AGaAsGaAs410()3()NρrrMM解析(1)As为33号元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,故其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3。(2)Ga和As同属第四周期元素,且Ga原子序数小于As,则原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。(3)AsCl3中As元素价电子对数为4,As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的立体构型为三角锥形。(5)GaAs为原子晶体,Ga和As之间以共价键键合。该晶胞中原子个数:Ga为4个,As为8× +6× =4个,晶胞中原子所占体积为 π( + )×4pm3;则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 ×100%= ×100%。1812433Gar3Asr3330GaAsGaAsA4()41034()πrrMMρN3033AGaAsGaAs410()3()NρrrMM3.(2017江苏单科,21A,12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。(1)Fe3+基态核外电子排布式为。(2)丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是,1mol丙酮分子中含有σ键的数目为。(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为。(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为。(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为。  图1FexNy晶胞结构示意图图2转化过程的能量变化答案(1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39mol(3)HCO(4)乙醇分子间存在氢键(5)Fe3CuN解析本题考查核外电子排布式的书写、杂化类型的判断、化学键、电负性的比较及晶胞的相关计算等知识。(1)Fe3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)丙酮分子中有两种碳原子,其中—CH3中碳原子为sp3杂化, 中碳原子为sp2杂化;单键均是σ键,一个双键中有一个σ键和一个π键,故1mol丙酮分子中含有9molσ键。(3)依据同周期元素电负性变化规律可知,电负性:CO;再结合元素非金属性强弱关系可知,电负性:HC。(4)乙醇分子间存在氢键,使得乙醇沸点较高。(5)由图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型,利用均摊法可得晶胞中各原子个数Cu:8× =1,Fe:6× =3,N:1,故化学式为Fe3CuN。18124.(2019课标Ⅰ,35,15分)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:(1)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是(填标号)。 (2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是、。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是(填“Mg2+”或“Cu2+”)。(3)一些氧化物的熔点如下表所示:氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因。(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=pm,Mg原子之间最短距离y=pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是g·cm-3(列出计算表达式)。 答案(1)A(2)sp3sp3乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键Cu2+(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O。分子间力(分子量)P4O6SO2(4) a a 2434330A824166410Na解析本题涉及电离能大小比较、原子轨道杂化方式、配合物稳定性判断、晶体熔点高低比较、晶胞的有关计算,考查学生运用化学用语及文字、图表、模型、图形分析和解决化学问题的能力,借助离子、分子晶体模型解释化学现象,揭示现象本质和规律,体现证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的学科核心素养。(1)A表示基态镁原子的第二电离能,B表示基态镁原子的第一电离能,则电离能:AB;C表示激发态镁原子的第一电离能,则电离能:ABC;D表示激发态镁原子的第二电离能,则电离能:AD。(2)乙二胺分子中,氮原子核外孤电子对数为1,σ键数目为3,则杂化轨道数目为4,故氮原子采取sp3杂化;碳原子核外孤电子对数为0,σ键数目为4,则杂化轨道数目为4,故碳原子采取sp3杂化。乙二胺的两个N提供孤对电子给Mg2+、Cu2+等金属离子,以配位键结合成稳定环状离子。(3)一般来说,晶体熔点:原子晶体离子晶体分子晶体。Li2O、MgO均为离子晶体,晶格能:Li2OMgO,故熔点:MgOLi2O;P4O6、SO2均为分子晶体,相对分子质量:P4O6SO2,则分子间作用力:P4O6SO2,故熔点:P4O6SO2。(4)由图(b)可知,x等于立方体面对角线长度的 ,即4x= a,则x= a;据图(a)、(b)分析可知,y14224等于立方体体对角线长度的 ,即4y= a,则y= a;据图(a)可知,该晶胞占用Cu原子数目为4×4=16,据MgCu2可知,Mg原子数目为8,一个晶胞的体积为(a×10-10)3cm3,质量为 g,则MgCu2的密度为 g·cm-3。14334A6416248N330A824166410Na方法技巧一个MgCu2晶胞中含有4个以四面体方式排列的Cu,则每个晶胞中含有4×4=16个Cu原子,再据化学式MgCu2可快速判断晶胞中含有的Mg原子数。考点二晶体结构与性质5.(2019课标Ⅱ,35,15分)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为,其沸点比NH3的(填“高”或“低”),其判断理由是。(2)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm2+价层电子排布式为。(3)比较离子半径:F-O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ=g·cm-3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为( , , ),则原子2和3的坐标分别为、。121212答案(1)三角锥形低NH3分子间存在氢键(2)4s4f6(3)小于(4)SmFeAsO1-xFx ( , ,0)(0,0, )230A2[28116(1)19]10xxacN121212解析本题涉及的知识点有分子结构与性质、核外电子失去顺序、离子半径比较、晶胞结构与计算等,考查分析和解决化学问题的能力。以超导材料研究为载体,体现科学态度与社会责任的学科核心素养,以及厚植爱国主义情怀的价值观念。(1)AsH3中As原子价层电子对数为4,其中有一对孤对电子,故AsH3立体结构为三角锥形。NH3分子间可以形成氢键,导致NH3沸点高于AsH3。(2)金属原子变为阳离子,首先失去最外层电子。(3)F-与O2-具有相同电子层结构,F原子序数较大,离子半径较小。(4)根据原子在长方体晶胞中位置可知,晶胞中As、Fe、Sm各有两个原子,F和O的原子数之和为2,则该化合物的化学式为SmFeAsO1-xFx。每个晶胞中有“两个分子”,每个晶胞质量为 g;该晶胞为长方体,其体积为a2·c×10-30cm3,则ρ= g·cm-3。根据坐标系和原子1的坐标可知,底面左后方的O或F原子为坐标系原点,其坐标是(0,0,0),则原子2的坐标为( , ,0),原子3的坐标为(0,0, )。A2[28116(1)19]xxN230A2[28116(1)19]10xxacN1212126.(2016课标Ⅰ,37,15分)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。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。