（山东专用）2020届高考化学一轮复习 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(山东专用)五年高考A组山东省卷、课标Ⅰ卷题组考点一晶体常识1.(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。2.(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2+ (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。1222考点二晶体结构与性质3.(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。(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、叁键,但Ge原子之间难以形成双键或叁键。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。GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃-49.526146沸点/℃83.1186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是。(6)晶胞有两个基本要素:①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( , ,0)。则D原子的坐标参数为。 12121212②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g·cm-3(列出计算式即可)。答案(1)3d104s24p22(2)Ge原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,分子量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强(4)OGeZn(5)sp3共价键(6)①( , , )② ×10714141438736.02565.76解析(2)单键中含有1个σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,叁键中含有1个σ键和2个π键。σ键的成键方式是“头碰头”,π键的成键方式是“肩并肩”,原子间形成的σ键键长越长,越不利于两原子间形成π键。(3)对于结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。(4)元素的非金属性越强,原子吸引电子能力越强,元素的电负性越大。(5)金刚石中C原子的杂化方式为sp3杂化,微粒间作用力为共价键,运用类推法不难得出结论。(6)②晶胞参数a即为晶胞边长,ρ= = g·cm-3= ×107g·cm-3。mV231037386.0210(565.7610)38736.02565.764.(2014山东理综,33,12分)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(图乙)。 (1)图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为。(2)图乙中,1号C的杂化方式是,该C与相邻C形成的键角(填“”“”或“=”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有(填元素符号)。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为,该材料的化学式为。 答案(1)3(2)sp3(3)O、H(4)12M3C60解析(1)由题图甲中1号C原子采取sp2杂化,形成平面正六边形结构可知,1号C与相邻C形成3个σ键。(2)题图乙中1号C原子除结合原来的三个C原子外,还与一个O形成共价键,故以sp3方式杂化,其键角小于sp2杂化时的120°。(3)氧化石墨烯中的H、O原子可分别与H2O形成氢键。(4)根据“均摊法”计算。晶胞中M的个数:12× +9=12;C60的个数:8× +6× =4,所以其化学式可表示为M3C60。141812B组课标卷、其他自主命题省(区、市)卷题组考点一晶体常识1.(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原子价层电子对数为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2.(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