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課時作業(yè)38 晶體結構與性質
一、選擇題
1．下列對各組物質性質的比較中，正確的是( )
A．硬度：Li>Na>K
B．熔點：金剛石>晶體硅>二氧化硅>碳化硅
C．第一電離能：Na
Na>K，故A正確；原子晶體中，鍵長越長其鍵能越小，則晶體的熔點越低，鍵能大小順序是：C—C鍵、C—Si鍵、Si—Si鍵，所以熔點高低順序是：金剛石>碳化硅>晶體硅，故B錯誤；同一周期，元素第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一電離能大于相鄰元素，第一電離能：Mg>Al>Na，故C錯誤；空間利用率：六方密堆積74%、面心立方74%、體心立方68%，所以空間利用率：六方密堆積＝面心立方>體心立方，故D錯誤。
答案：A
2．現(xiàn)有四種晶體，其離子排列方式如圖所示，其中化學式正確的是( )
解析：A.A離子個數(shù)是1，B離子個數(shù)＝1/88＝1，所以其化學式為AB，故A錯誤；B.E離子個數(shù)＝1/84＝1/2，F(xiàn)離子個數(shù)＝1/84＝1/2，E、F離子個數(shù)比為1∶1，所以其化學式為EF，故B錯誤；C.X離子個數(shù)是1，Y離子個數(shù)＝1/26＝3，Z離子個數(shù)＝1/88＝1，所以其化學式為XY3Z，故C正確；D.A離子個數(shù)＝1/88＋1/26＝4，B離子個數(shù)＝121/4＋1＝4，A、B離子個數(shù)比1∶1，所以其化學式為AB，故D錯誤。
答案：C
3．氮化硼是一種新合成的結構材料，它是一種超硬、耐磨、耐高溫的物質。下列各組物質熔化時，所克服的粒子間的作用力與氮化硅所克服的粒子間的作用力都相同的是( )
A．石膏和金剛石 B．晶體硅和水晶
C．冰和干冰 D．鋁和蒽
解析：氮化硼屬于原子晶體，熔化時所克服的微粒間的作用力為共價鍵。石膏為離子晶體，金剛石為原子晶體，A項錯誤；晶體硅和水晶都是原子晶體，熔化克服共價鍵，B項正確；冰和干冰都是分子晶體，C項錯誤；鋁為金屬晶體，蒽為分子晶體，D項錯誤。
答案：B
4．以NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法錯誤的是( )
A．18 g冰(圖1)中含O—H鍵數(shù)目為2NA
B．28 g晶體硅(圖2)中含有Si—Si鍵數(shù)目為2NA
C．44 g干冰(圖3)中含有NA個晶胞結構單元
D．石墨烯(圖4)是碳原子單層片狀新材料，12 g石墨烯中含C—C鍵數(shù)目為1.5NA
解析：1個水分子中含有2個O—H鍵，18 g冰的物質的量為1 mol，含O—H鍵數(shù)目為2NA，A項正確；28 g晶體硅中含有1 mol Si原子，每個硅原子與其他4個Si形成4個Si—Si鍵，每個硅原子形成的共價鍵為：4＝2，則1 mol單質硅含有2 mol Si—Si鍵，B項正確；1個晶胞結構單元含有4個二氧化碳分子，44 g干冰中含有晶胞結構單元個數(shù)小于NA個，C項錯誤；在石墨烯中，每個碳原子形成3個共價鍵，所以每個碳原子實際占化學鍵為1.5個，12 g石墨烯即1 mol所含碳碳鍵數(shù)目為1.5NA，D項正確。
答案：C
5．下列說法中，正確的是( )
A．冰融化時，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂
B．原子晶體中，共價鍵越強，熔點越高
C．分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子晶體的熔沸點一定越高
D．分子晶體中，分子間作用力越大，該物質越穩(wěn)定
解析：A項，冰為分子晶體，融化時破壞的是分子間作用力，錯誤。B項，原子晶體熔點的高低取決于共價鍵的強弱，共價鍵越強，熔點越高，正確。分子晶體熔沸點高低取決于分子間作用力和氫鍵的大小，而共價鍵的強弱決定了分子的穩(wěn)定性大小，C、D項錯誤。
答案：B
6．下列說法正確的是( )
A．區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學方法是對固體進行X－射線衍射
B．1 mol金剛石中的C—C鍵數(shù)是2NA,1 mol SiO2晶體中的Si—O鍵數(shù)也是2NA
C．水晶和干冰在熔化時，晶體中的共價鍵都會斷裂
D．晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定
解析：A.晶體與非晶體最本質的區(qū)別是組成物質的粒子在微觀空間是否有序排列，X－射線衍射可以看到微觀結構；B.金剛石中1個C原子與另外4個C原子形成C—C單鍵，這個C原子對每個單鍵的貢獻只有，所以1 mol C原子形成的C—C鍵為4＝2(mol)，而二氧化硅晶體中1個Si原子分別與4個O原子形成4個Si—O單鍵，則1 mol SiO2晶體中Si—O鍵為4 mol；C.水晶是原子晶體，熔化時共價鍵斷裂，而分子晶體干冰熔化時，分子間作用力被削弱而共價鍵不斷裂；D.分子的穩(wěn)定性取決于化學鍵的強弱。
答案：A
7．下列有關說法正確的是( )
①原子晶體中只存在非極性共價鍵
②在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子
③金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的熔點依次降低
④干冰升華時，分子內共價鍵會發(fā)生斷裂
⑤晶格能由大到小順序：NaF>NaCl>NaBr>NaI
⑥分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子晶體的熔、沸點一定越高
⑦分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定
A．①②③⑥ B．①②④
C．③⑤⑥⑦ D．③⑤
解析：原子晶體中有的只含有非極性共價鍵，如金剛石、晶體硅；也有含極性鍵的，如SiO2、BN等，①錯誤。在晶體中有陽離子不一定有陰離子，如：金屬晶體中存在金屬陽離子和自由電子，②錯誤；晶體中熔點高低一般順序是：原子晶體>離子晶體>分子晶體；在原子晶體中，原子半徑越大熔點越低；在離子晶體中，離子半徑越大，熔點越低，電荷越多，熔點越高；在分子晶體中，物質的熔點與相對分子質量成正比(含有氫鍵的物質除外)，所以這幾種物質的熔點高低順序是按金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的順序依次降低，③正確；干冰升華是物理性質中狀態(tài)的改變，變化的是分子間的距離，分子內的共價鍵沒有斷裂，④錯誤；F－、Cl－、Br－、I－的離子半徑逐漸增大，所以晶格能由大到小順序：NaF>NaCl>NaBr>NaI，⑤正確；分子晶體熔、沸點的高低取決于分子間作用力和氫鍵的大小，而共價鍵的強弱決定了分子的穩(wěn)定性，共價鍵越強物質越穩(wěn)定，⑥錯誤；分子穩(wěn)定性與分子內共價鍵的強弱有關，與分子間作用力無關，⑦錯誤。
答案：D
8．已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間均以單鍵結合。下列關于C3N4晶體的說法中正確的是( )
A．C3N4是分子晶體
B．C3N4晶體中，C—N鍵的鍵長比金剛石中的C—C鍵的鍵長長
C．C3N4晶體中每個碳原子連接4個氮原子，而每個氮原子連接3個碳原子
D．C3N4晶體中微粒間通過分子間作用力相結合
解析：根據(jù)C3N4的性質可知其為原子晶體，A項錯誤；C—N鍵為極性共價鍵，由于原子半徑r(N)1 800 ℃)條件下用C還原TiO2制取TiC：TiO2＋3CTiC＋2CO↑。該反應中涉及的元素按電負性由大到小的順序排列為________；根據(jù)所給信息，可知TiC是________晶體。
(3)鈦的化合物TiCl4，熔點為－24 ℃，沸點為136.4 ℃，常溫下是無色液體，可溶于甲苯和氯化烴。
①固態(tài)TiCl4屬于________晶體，其空間構型為正四面體，則鈦原子的雜化方式為________。
②TiCl4遇水發(fā)生劇烈的非氧化還原反應，生成兩種酸，反應的化學方程式為__________________________________________。
③用鋅還原TiCl4的鹽酸溶液，經(jīng)后續(xù)處理可制得綠色的配合物[TiCl(H2O)5]Cl2H2O。該配合物中含有化學鍵的類型有__________。
(4)鈦的一種氧化物是優(yōu)良的顏料，該氧化物的晶胞結構如圖所示。
該氧化物的化學式為________；在晶胞中Ti原子的配位數(shù)為________，若晶胞邊長為a nm，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，列式表示氧化鈦晶體的密度：________g/cm3。
解析：(1)Ti的核電荷數(shù)是22，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)。(2)元素非金屬性越強，電負性越大，則題述反應中涉及的元素按電負性由大到小的順序排列為O>C>Ti；根據(jù)題給信息知TiC的硬度大，說明TiC是原子晶體。(3)①TiCl4的熔點為－24 ℃，沸點為136.4 ℃，熔沸點低是分子晶體的性質，因此固態(tài)TiCl4屬于分子晶體；其空間構型為正四面體，則鈦原子的雜化方式為sp3。②TiCl4遇水發(fā)生劇烈的非氧化還原反應，生成兩種酸，根據(jù)原子守恒應該是鹽酸和鈦酸，反應的化學方程式為TiCl4＋3H2O===H2TiO3＋4HCl。③配合物[TiCl(H2O)5]Cl2H2O中含有化學鍵的類型有離子鍵和共價鍵(配位鍵屬于共價鍵)。(4)該晶胞中所含氧原子個數(shù)為4＋2＝4，所含Ti原子個數(shù)為1＋8＝2，所以該鈦的氧化物的化學式為TiO2；在晶胞中以中心鈦原子為例，與該鈦原子最近且等距的氧原子有6個，則Ti原子的配位數(shù)為6。若晶胞邊長為a nm，NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，氧化鈦晶體的密度為ρ＝＝ g/cm3。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
(2)O>C>Ti 原子
(3)①分子 sp3?、赥iCl4＋3H2O===H2TiO3＋4HCl
③共價鍵、離子鍵
(4)TiO2 6
13．原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子，D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子。
請回答下列問題：
(1)這四種元素中電負性最大的元素，其基態(tài)原子的價電子排布圖為________，第一電離能最小的元素是________(填元素符號)。
(2)C所在主族的前四種元素分別與A形成的化合物，沸點由高到低的順序是______________(填化學式)，呈現(xiàn)如此遞變規(guī)律的原因是______________________________________________________。
(3)B元素可形成多種單質，一種晶體結構如圖一所示，其原子的雜化類型為________，另一種的晶胞如圖二所示，若此晶胞的棱長為356.6 pm，則此晶胞的密度為________gcm－3(保留兩位有效數(shù)字)。
(4)D元素形成的單質，其晶體的堆積模型為________，D的醋酸鹽晶體局部結構如圖三，該晶體中含有的化學鍵是________(填選項序號)。
①極性鍵 ②非極性鍵?、叟湮绘I?、芙饘冁I
(5)向D的硫酸鹽溶液中滴加過量氨水，觀察到的現(xiàn)象是
____________________________________________________。
請寫出上述過程的離子方程式：___________________________。
解析：原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d104s1，D為銅元素；結合原子序數(shù)知C處于第三周期，B與C可形成正四面體形分子，C為氯元素。
(1)四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布式為3s23p5，基態(tài)原子的價電子排布圖為；四元素中Cu的金屬性最強，故Cu的第一電離能最小。
(2)HF分子之間形成氫鍵使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高，即沸點由高到低的順序是HF>HI>HBr>HCl。
(3)圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120，碳原子采取sp2雜化；一個晶胞中含碳原子數(shù)為8＋6＋4＝8，晶胞質量＝8 g，晶胞的棱長為356.6 pm，則晶胞密度＝(356.610－10cm)3≈3.5 gcm－3。
(4)晶體Cu為面心立方最密堆積，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵。
(5)硫酸銅溶液中加入氨水會產(chǎn)生藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液，有關反應的離子方程式為Cu2＋＋2NH3H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。
答案：(1) Cu
(2)HF>HI>HBr>HCl HF分子之間形成氫鍵使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大
(3)sp2 3.5
(4)面心立方最密堆積?、佗冖?
(5)先形成藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液 Cu2＋＋2NH3H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
14．在元素周期表中，除稀有氣體外幾乎所有元素都能與氫形成氫化物。
(1)氨氣屬于共價型氫化物，工業(yè)上常用氨氣和醋酸二氨合銅[Cu(NH3)2]Ac(CH3COO－簡寫為Ac－)的混合液來吸收一氧化碳。反應方程式為[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3CO]Ac。
①請寫出基態(tài)Cu＋的價電子排布式：________________________。
②氨水中各元素原子的第一電離能從大到小排列順序為
____________________________________________________，
理由是___________________________________________；
其中NH3應為________(填“極性”或“非極性”)分子。
③醋酸分子(CH3COOH)中的兩個碳原子的雜化方式分別_______________________________________________。
④生成物[Cu(NH3)3CO]Ac中所含化學鍵類型有________(填序號)。
a．離子鍵 b．金屬鍵
c．共價鍵 d．配位鍵
(2)某離子型氫化物化學式為XY2，晶胞結構如圖所示，其中6個Y原子(○)用阿拉伯數(shù)字1～6標注。
①已知1、2、3、4號Y原子在晶胞上、下面上，則5、6號Y原子均在晶胞________(填“側面”或“內部”)。
②根據(jù)以上信息可以推知，XY2晶體的熔沸點________(填“>”“＝”或“<”)固態(tài)氨的熔沸點。
③若該晶胞的邊長為a nm，密度為ρ g/cm3，XY2的摩爾質量為M g/mol，則阿伏加德羅常數(shù)的值為________。
解析：(1)①Cu元素為29號元素，原子核外有29個電子，所以外圍電子排布式為3d104s1，故基態(tài)Cu＋的價電子排布式為3d10；②氨水中含N、O、H三種元素，氮原子的2p3軌道為半充滿結構，相對穩(wěn)定，氧與氫比較，氧原子核電荷數(shù)大，非金屬性強，難失電子，故第一電離能由大到小的排列順序為N>O>H；③甲基(—CH3)中碳原子形成4個單鍵，雜化軌道數(shù)目為4，采用sp3雜化，羧基(—COOH)中碳原子形成3個σ鍵，雜化軌道數(shù)目為3，采用sp2雜化；④Cu2＋與NH3、CO間存在配位鍵，NH3中N與H形成共價鍵，[Cu(NH3)3CO]＋與Ac－之間是離子鍵，故選acd；(2)①X為8個頂點加一個體心，晶胞中一共含有2個X，由化學式為XY2可知，該晶胞中含4個Y，又1、2、3、4號Y原子在晶胞上、下面上，則實際為2個Y原子，則5、6號Y原子均在晶胞內部；②XY2晶體為離子晶體、固態(tài)氨為分子晶體，所以XY2晶體的熔沸點比固態(tài)氨高；③該晶胞中含有2個XY2，晶胞的體積為(a10－7 cm)3＝a310－21 cm3，則每個XY2的體積為a310－21 cm3/2＝0.5a310－21 cm3，XY2的摩爾質量為M g/mol，故0.5a310－21 cm3ρ g/cm3NA＝M g，解得NA＝2M1021/ρa3。
答案：(1)①3d10?、贜>O>H 氮原子的2p軌道為半充滿結構，相對穩(wěn)定，氧與氫比較，氧原子核電荷數(shù)大，非金屬性強，難失電子 極性?、踫p3、sp2 ④acd
(2)①內部?、? ③2M1021/ρa3
15．硼元素在化學中有很重要的地位，硼及其化合物廣泛應用于永磁材料、超導材料、富燃料材料、復合材料等高新材料領域。
(1)三氟化硼在常溫常壓下是具有刺鼻惡臭和強刺激性氣味的無色有毒腐蝕性氣體，其分子的立體構型為________，硼原子的雜化類型為________。
(2)磷化硼是一種受到高度關注的耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護層。如圖是磷化硼晶體的晶胞示意圖，則磷化硼的化學式為________，該晶體的晶體類型是________________________。
(3)硼酸(H3BO3)是一種片層狀結構的白色晶體，層內的H3BO3分子間通過氫鍵相連(如上圖)。
①硼酸分子中B最外層有________個電子，1 mol H3BO3的晶體中有________mol氫鍵。
②硼酸溶于水生成弱電解質一水合硼酸B(OH)3H2O，它電離生成少量[B(OH)4]－和H＋，則硼酸為________元酸，[B(OH)4]－含有的化學鍵類型為________。
(4)H3PO4的K1、K2、K3分別為7.610－3、6.310－8、4.410－13，硝酸完全電離，而亞硝酸K＝5.110－4，請根據(jù)結構與性質的關系解釋：
①H3PO4的K1遠大于K2的原因：_______________________；
②硝酸比亞硝酸酸性強的原因：_____________________。
(5)NiO晶體結構與NaCl晶體類似，其晶胞的棱長為a cm，則該晶體中距離最近的兩個陽離子核間的距離為(用含有a的代數(shù)式表示)________。
解析：(1)BF3分子中，中心原子的價層電子對數(shù)為3，不含孤電子對，故雜化軌道數(shù)為3，雜化方式為sp2雜化，BF3分子立體構型為平面三角形。(2)一個晶胞中含有硼原子的個數(shù)為8＋6＝4個，磷原子個數(shù)為4個，故化學式為BP；根據(jù)磷化硼晶體中只含共價鍵且耐磨，故為原子晶體。(3)①由圖可知，硼原子形成了三個共價單鍵，最外層電子數(shù)為6；1 mol H3BO3晶體中含有3 mol氫原子，每個氫原子都與相鄰的氧原子形成氫鍵，故氫鍵個數(shù)為3 mol；②1 mol B(OH)3H2O可電離出1 mol H＋，故硼酸為一元酸；[B(OH)4]－中硼原子有空的2p軌道，而OH－含有孤電子對，兩者之間可以形成配位鍵。(4)①磷酸能分步電離，第一步電離出的氫離子抑制了第二步電離，所以H3PO4的K1遠大于K2；②硝酸可表示為(HO)NO2，亞硝酸可表示為(HO)NO，則硝酸酸性較強。(5)根據(jù)氯化鈉的結構，距離最近的兩個陽離子核間的距離是位于頂點與位于面心的兩個原子之間的距離，所以其距離是a cm。
答案：(1)平面三角形 sp2
(2)BP 原子晶體
(3)①6 3 ②一 共價鍵、配位鍵
(4)①第一步電離出的氫離子抑制第二步的電離 ②硝酸可表示為(HO)NO2，亞硝酸可表示為(HO)NO，則硝酸酸性較強
(5)a cm
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