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高中鲁科版 (2019)第1章 原子结构与元素性质微项目 甲醛的危害与去除——利用电负性分析与预测物质性质当堂检测题
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这是一份高中鲁科版 (2019)第1章 原子结构与元素性质微项目 甲醛的危害与去除——利用电负性分析与预测物质性质当堂检测题，共15页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
单元素养评价(三)
(第3章)
(90分钟 100分)
一、选择题:本题包括10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一个选项符合题意。
1.下列不属于晶体的特点的是 ( )
A.一定有对称性 B.一定有各向异性
C.一定有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体
【解析】选D。本题主要考查晶体的特征:①对称性,②具有各向异性,③有固定的熔点。A、B、C三项均正确;有些晶体带有颜色,如常见的五水硫酸铜晶体,呈蓝色,D项错误。
2.下面有关晶体的叙述中,不正确的是 ( )
A.金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围紧邻且距离相等的Na+共有6个
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
【解析】选B。金刚石中由共价键构成的最小环状结构中有6个碳原子;NaCl晶体中,每个Na+周围紧邻6个Cl-,每个Na+周围紧邻12个Na+;氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-,每个Cs+周围紧邻6个Cs+;干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子。
3.(2020·秦皇岛高二检测)下列晶体分类中正确的一组是 ( )
选项
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
【解析】选C。从构成晶体的粒子和微粒间的相互作用力去判断晶体的类型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是阴、阳离子间通过离子键相互结合成的离子晶体,H2SO4中无H+,是分子晶体。Ar原子间以范德华力相互结合为分子晶体,石墨是混合型晶体,水晶(SiO2)与金刚石是典型的共价晶体。硫的化学式用S表示,实际上是S8,气体时为S2,是以范德华力结合成的分子晶体,玻璃没有固定的熔点,加热时逐渐软化,为非晶体。
4.下列关于纳米技术的叙述不正确的是 ( )
A.将“纳米材料”均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶
B.用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率,提高反应物的平衡转化率
C.用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D.银器能抑菌、杀菌,将纳米银微粒植入内衣织物中,有抑菌、杀菌效果
【解析】选B。纳米材料的直径在1～100 nm范围内,与胶粒直径范围相同,A正确;催化剂可加快化学反应的速率,但不能使化学平衡发生移动,B不正确;与块状固体相比,纳米颗粒直径小,表面积大,因而化学反应的速率快,所以短时间内可产生更大推动力,C正确;银为重金属,重金属离子,可使蛋白质变性,故有杀菌作用,D正确。
5.下列关于晶体的说法一定正确的是 ( )
A.分子晶体中都存在共价键
B.在NaCl晶体中,与一个Na+最近且距离相等的Na+是12个
C.SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合
D.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
【解析】选B。稀有气体都是单原子分子,它们的晶体中不存在共价键,A项不正确;NaCl晶体中与每个Na+距离相等且最近的Na+个数=4×3=12,B项正确;在SiO2的晶体中Si、O以单键相结合,故每个硅原子与4个氧原子结合,C项不正确;金属汞的熔点比I2、蔗糖等的熔点低,D项不正确。
6.(2020·大连高二检测)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白球代表Mg)。则下列说法不正确的是 ( )
A.铁镁合金的化学式为Mg2Fe
B.晶体中存在的化学键类型为金属键
C.晶格能:氧化钙>氧化镁
D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
【解析】选C。依据切割法,晶胞中共有4个铁原子,8个镁原子,故化学式为Mg2Fe,一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,其质量为×104 g= g。在元素周期表中,镁元素在钙元素的上一周期,故Mg2+半径比Ca2+半径小,氧化镁的晶格能大,故C项错误。
7.下列各项所述的数字不是6的是 ( )
A.在NaCl晶体中,与一个Na+最近且距离相等的Cl-个数
B.在金刚石晶体中,最小环上的碳原子个数
C.在二氧化硅晶体中,最小环上的原子个数
D.在石墨晶体的片层结构中,最小环上的碳原子个数
【解析】选C。在二氧化硅晶体中,最小的环上的原子个数是12个。
8.(2020·济南高二检测)下图中各数据对应各物质的熔点,则判断中错误的是 ( )
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920 ℃
801 ℃
1 292 ℃
190 ℃
BCl3
Al2O3
CO2
SiO2
-107 ℃
2 073 ℃
-57 ℃
1 723 ℃
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
【解析】选B。由表可知:AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物且是分子晶体;SiO2是共价晶体。
9.下列关于物质熔、沸点的比较不正确的是 ( )
A.Si、SiC、金刚石的熔点依次降低
B.SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次升高
C.F2、Cl2、Br2、I2的沸点依次升高
D.PH3、NH3、H2O的沸点依次升高
【解析】选A。因为Si、SiC、金刚石都是原子晶体,键能的大小顺序为C—C键>Si—C键>Si—Si键,所以Si、SiC、金刚石的熔点依次升高。
10.(2020·徽州高二检测)二茂铁[(C5H5)2Fe]是由1个二价铁离子和2个环戊烯基负离子构成的,它的发现可以说是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的新领域。已知:二茂铁熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,不溶于水,易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法正确的是 ( )
A.二茂铁属于离子晶体
B.在二茂铁结构中,C5与Fe2+之间形成的化学键类型是离子键
C.已知环戊二烯的结构式为,则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化
D.二价铁离子的基态电子排布式为[Ar]3d44s2
【解析】选C。根据题给信息知,二茂铁易升华,易溶于有机溶剂,可以推断它应为分子晶体,则C5与Fe2+之间不可能形成离子键,而应为配位键,A项、B项错误。由环戊二烯的结构式知,仅1号碳原子形成四个单键,为sp3杂化,其余四个碳均为sp2杂化,C项正确。铁原子失去4s轨道上的2个电子即为Fe2+的基态,应为[Ar]3d6,D项错误。
二、选择题:本题包括5小题,每小题4分,共20分,每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
11.CaTiO3的晶体结构模型如图所示(图中Ca2+、O2-、Ti4+分别位于立方体的体心、面心和顶点)。下列说法不正确的是 ( )
A.Ge最高价氯化物的沸点高于其溴化物的沸点
B.CaTiO3晶体中每个Ti4+与12个O2-相紧邻
C.键长:Si—O键
【解析】选A、C。氯化锗和溴化锗都是分子晶体,但氯化锗的相对分子质量小于溴化锗,所以氯化锗的沸点低于溴化锗的沸点,A不正确;B中晶胞每个Ti4+处在立方体的顶点,所以一个Ti4+同时被8个立方体所共有,在这8个立方体中有12个O2-与之相紧邻,B正确;离子晶体熔化时破坏离子键,分子晶体熔化时破坏分子间作用力,D正确。
12.(2020·三门峡高二检测)金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质,下列说法正确的是 ( )
A.金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子
B.金刚石熔化破坏的是共价键,石墨熔化破坏的主要是范德华力,故前者熔点高,后者熔点低
C.金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2杂化
D.金刚石中碳原子数与C—C键数之比为1∶4,而石墨中碳原子数与C—C键数之比为1∶3
【解析】选A。金刚石和石墨中最小的碳环均含6个原子,不同的是前者6个碳原子不在同一平面上,后者6个碳原子处于同一平面上,A项正确。金刚石属于共价晶体,熔化时破坏的是共价键,石墨属于混合型晶体,同一层内是共价键,层与层之间存在范德华力,故石墨熔化时不仅破坏范德华力,而且主要破坏共价键。因石墨中C—C键的键长小于金刚石中C—C键的键长,故石墨中C—C键的键能大于金刚石中C—C键的键能,因此石墨的熔点高于金刚石的熔点,B项错误。金刚石中碳原子采取sp3杂化, 而石墨中碳原子采取sp2杂化,C项错误。金刚石中每个碳原子与周围其他4个碳原子形成共价键,而每个共价键为两个碳原子所共有,根据“切割法”,每个碳原子平均形成的共价键数为4×=2,故碳原子数与C—C键数之比为1∶2;石墨晶体中每个碳原子与周围其他3个碳原子形成共价键,同样可求得每个碳原子平均形成的共价键数为3×=1.5,故碳原子数与C—C键数之比为2∶3,D项错误。
13.如图是某无机化合物的二聚分子结构示意图,该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外层都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是 ( )
A.该物质的化学式是Al2Cl6
B.该物质是离子化合物,在熔融状态下能导电
C.该物质在固态时所形成的晶体是分子晶体
D.该物质中只含有极性键共价键,不含配位键
【解析】选B、D。A项,由A、B元素都在第三周期,并且所有原子最外层都达到8个电子的稳定结构,可知A为Cl元素,B为Al元素,A项正确;B、C项,因该物质是二聚分子,故其固态时形成分子晶体,该物质是共价化合物,在熔融状态下不导电,B项错误,C项正确;D项,该物质中不含离子键,只含极性键和配位键,D项不正确。
【补偿训练】
在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,一层镁一层硼的相间排列,如图是从该晶体微观空间中取出的部分原子沿z轴方向的投影,白球是镁原子的投影,黑球是硼原子的投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据该图确定硼化镁的化学式为 ( )
A.MgB B.MgB2
C.Mg2B D.MgB6
【解析】选B。根据题意可将相邻的一层镁一层硼压缩为一层,即可将如题图所示结构看成一个平面结构,并且不影响镁与硼的原子个数比的计算结果。每个镁原子周围有6个硼原子,每个硼原子为3个镁原子所共有,所以镁原子与硼原子个数之比为1∶2,化学式为MgB2。
14.(2020·贵阳高二检测)下列说法中正确的是 ( )
A.完全由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物
B.构成分子晶体的粒子一定含有共价键
C.分子晶体的熔点一定比金属晶体的熔点低
D.含有金属离子的晶体一定是离子晶体
【解析】选A。由非金属元素组成的化合物可能是离子化合物,如NH4Cl等,A正确;稀有气体元素所形成的分子晶体中不含共价键,B不正确;金属汞的熔点低于许多分子晶体,C不正确;金属晶体中也含有金属阳离子,D不正确。
15.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是 ( )
A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B.和Ca2+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体
C.和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个
D.如图的结构中共含有4个Ca2+和4个
【解析】选B。A项,据CaC2晶体结构可知其属于离子晶体,故熔点较高、硬度较大,正确;B项,由于晶胞沿一个方向拉长,故该晶胞不是正方体结构,而是长方体结构,和Ca2+距离相同且最近的有4个,且在同一平面上,错误;C项,和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个,也在同一平面上,正确;D项,图示结构中N(Ca2+)=12×+1=4,N()=8×+6×=4,正确。
三、非选择题:本题包括5小题,共60分
16.(10分)(1)氯酸钾熔化,粒子间克服了____________的作用力;二氧化硅熔化,粒子间克服了__
的作用力;碘的升华,粒子间克服了____________的作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是____________(填化学式)。
(2)下列六种晶体:①CO2,②NaCl,③Na,④Si,⑤CS2,⑥金刚石,它们的熔点从低到高的顺序为________________(填序号)。
(3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中,由极性键形成的能形成分子晶体的物质是________,含有氢键的晶体的化学式是________,属于离子晶体的是__,
属于共价晶体的是________,五种物质的熔点由高到低的顺序是____________________。
【解析】(1)氯酸钾是离子晶体,熔化离子晶体时需要克服离子键的作用力;二氧化硅是共价晶体,熔化共价晶体时需克服共价键的作用力;碘为分子晶体,熔化分子晶体时需克服的是分子间的作用力。由于共价晶体是由共价键形成的空间立体网状结构的晶体,所以共价晶体的熔点最高,其次是离子晶体,由于分子间作用力与化学键相比较要小得多,所以碘的熔点最低。
(2)先把六种晶体分类。共价晶体:④、⑥;离子晶体:②;金属晶体:③;分子晶体:①、⑤。由于C原子半径小于Si原子半径,所以金刚石的熔点高于晶体硅。CO2和CS2同属于分子晶体,其熔点与相对分子质量成正比,故CS2熔点高于CO2。Na在通常状况下是固态,而CS2是液态,CO2是气态,所以Na的熔点高于CS2和CO2;Na在水中即熔化成小球,说明它的熔点较NaCl低。
答案:(1)离子键 共价键 分子间
SiO2>KClO3>I2
(2)①<⑤<③<②<④<⑥
(3)CO2、HF HF (NH4)2SO4 SiC SiC>(NH4)2SO4>HF>CO2>H2
17.(14分)(1)下列物质在固态时,属于分子晶体的有________,属于共价晶体的有________,属于离子晶体的有________。
①金刚石 ②氩 ③水晶 ④水银 ⑤氧化铝
⑥P4 ⑦苯
(2)比较下列物质的有关性质(用“>”“<”“=”或“≈”号连接)
沸点:16O2________18O2 熔点:Na________K
稳定性:H2O________D2O
(3)某常见固体能导电,质软,它可能属于________。
A.分子晶体 B.共价晶体 C.离子晶体
D.金属晶体 E.混合晶体
(4)在氯化铯晶体(见图1)中,若以某一铯离子为球心,与之等距离的若干离子构成一个球面。与某铯离子距离最近的离子构成的球面(最内层的球面或第一层球面)上有________个________离子(填写离子符号,下同),第二层球面上有________个________离子。
(5)在氯化钠晶体(见图2)中,每个钠离子与________个最近且等距离的氯离子以________键相结合,与每个氯离子最近的且等距离的氯离子有________个。
【解析】(2)相对分子质量:16O2<18O2,故沸点:16O2<18O2;金属键:Na>K,故熔点:Na>K;键能:H—O≈或“=”D—O,故稳定性:H2O≈或=D2O。
(3)固体能导电,该固体可能是金属晶体或混合晶体。
(4)以Cs+为球心,与之等距离且距离最近的离子为Cl-,由图1可知每个Cs+周围有8个最近等距离的Cl-,第二层球面则为等距离的Cs+,以球心为原点的x、y、z轴上有6个这样的Cs+(即上、下、左、右、前、后位置)。
(5)每个Na+的上、下、左、右、前、后有6个最近且等距离的Cl-与Na+以离子键结合;计算每个Cl-最近且等距离的Cl-个数时,可按分析,每个正方体中有3个Cl-与1个Cl-最近,而1个顶点上的Cl-为8个正方体共用,故周围等距离Cl-个数为3×8×=12。
答案:(1)②⑥⑦ ①③ ⑤
(2)< > ≈或= (3)DE
(4)8 Cl- 6 Cs+ (5)6 离子 12
【补偿训练】
现有几组物质的熔点(以℃为单位)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:3 550
Li:181
HF:-83
NaCl:801
硅晶体:1 410
Na:98
HCl:-115
KCl:776
硼晶体:2 300
K:64
HBr:-89
RbCl:718
二氧化硅:1 723
Rb:39
HI:-51
CsCl:645
据此回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于 __。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电
④熔融状态能导电
(5)XY晶体单元结构如图所示,晶体中距离最近的X+与Y-的核间距离为a cm,已知阿伏加德罗常数为NA mol-1,其密度为ρ g·cm-3,则XY的摩尔质量可表示为________g·mol-1。
【解析】通过读取表格数据判断晶体的类型及晶体的性质,并且应用氢键解释HF熔点反常的原因。该题难度在第(5)问,每个XY晶体单元结构的质量是(2a)3 cm3·ρ g·cm-3=8a3ρ g,1 mol这种XY晶体单元结构中含有X+的个数为12×+1=4,Y-的个数为8×+6×=4,故XY的摩尔质量为=2NAa3ρ g·mol-1。
答案:(1)共价 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)②④ (5)2NAa3ρ
18.(12分)(2020·青岛高二检测)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为__,
3d能级上的未成对电子数为__________。
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是__________。
②在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为__________,提供孤电子对的成键原子是__________。
③氨的沸点____________(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是__;
氨是__________分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为__________。
(3)单质铜及镍都是由__________键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu=1 958 kJ·mol-1,INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是__。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为__________。
②若合金的密度为d g·cm-3,晶胞参数a=__________nm。
【解析】(1)镍是28号元素,位于第4周期,第Ⅷ族,根据核外电子排布规则,其基态原子的电子排布式为
1s22s2 2p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2,3d能级有5个轨道,先占满5个自旋方向相同的电子,再分别占据三个轨道,电子自旋方向相反,所以未成对的电子数为2。
(2)①根据价层电子对互斥理论,S的σ键电子对数等于4,孤电子对数(6+2-2×4)÷2=0,则阴离子的立体构型是正四面体形。
②根据配位键的特点,在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为配位键,提供孤电子对的成键原子是N。
③氨气分子间存在氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3);根据价层电子对互斥理论,氨气中心原子N的σ键电子对数等于3,孤电子对数(5-3)÷2=1,则氨气是sp3杂化,分子呈三角锥形,正、负电荷重心不重叠,氨气是极性分子。
(3)铜和镍属于金属,则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体;Cu+核外电子排布比Ni+稳定,难以失去电子,所以ICu>INi。
(4)①根据均摊法计算,晶胞中铜原子个数为6×1/2=3,镍原子的个数为8×1/8=1,则铜和镍的数量比为3∶1。②根据上述分析,该晶胞的组成为Cu3Ni,若合金的密度为d g·cm-3,根据ρ=m÷V,则d=,即晶胞参数a=×10-7nm。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2 2
(2)①正四面体 ②配位键 N ③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(3)金属 Cu+核外电子排布比Ni+稳定,难以失电子
(4)①3∶1 ②×10-7或[×10-7
【补偿训练】
有A、B、C、D、E五种元素。其相关信息如下:
元素
相关信息
A
A原子的1s轨道上只有1个电子
B
B是电负性最大的元素
C
C的基态原子2p轨道中有三个未成对电子
D
D是主族元素且与E同周期,其最外能层上有两个运动状态不同的电子
E
E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题:
(1)写出E元素原子基态时的电子排布式__。
(2)C元素的第一电离能比氧元素的第一电离能________(填“大”或“小”)。
(3)CA3分子中C原子的杂化轨道类型是__。
(4)A、C、E三种元素可形成[E(CA3)4]2+配离子,其中存在的化学键类型有________(填序号)。
①配位键 ②金属键 ③极性共价键
④非极性共价键 ⑤离子键 ⑥氢键
若[E(CA3)4]2+具有对称的立体构型,且当[E(CA3)4]2+中的两个CA3被两个Cl-取代时,能得到两种不同结构的产物,则[E(CA3)4]2+的立体构型为________(填字母)。
a.平面正方形 b.正四面体
c.三角锥形 d.角形
(5)B与D可形成离子化合物,其晶胞结构如图所示。其中D离子的配位数为__________,若该晶体的密度为a g·cm-3,则该晶胞的体积是________cm3(写出表达式即可)。
【解析】根据A、B、C、D、E五种元素的相关信息,可以推断出A、B、C、D、E五种元素分别是H、F、N、Ca、Cu。(1)Cu的基态原子电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(2)由于N的2p轨道满足半充满状态,故氮元素的第一电离能比氧元素的第一电离能大。
(3)NH3中氮原子最外层有5个电子,与氢共用3个电子,达8电子结构,根据杂化轨道理论,应为sp3杂化。
(4)[Cu(NH3)4]2+中Cu与NH3通过配位键结合,NH3中N与H通过极性共价键结合。由于[Cu(NH3)4]2+是对称结构,且两个NH3被两个Cl-取代时,能得到两种不同结构的产物。如果[Cu(NH3)4]2+是正四面体结构,两个NH3被两个Cl-取代时,能得到一种产物,不合题意,故[Cu(NH3)4]2+是平面正方形结构。
(5)F与Ca形成CaF2,从晶体结构可以看出,氟化钙结构又称萤石型结构,属面心立方结构。氟化钙是AB2型离子晶体。其中阳离子A(Ca2+)呈立方密堆积,阴离子B(F-)填充在四面体空隙中。阴、阳离子的配位数分别为4和8。一个氟化钙晶体中有4个氟化钙。该晶体的密度为a g·cm-3,则该晶胞的体积是 cm3。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)大 (3)sp3 (4)①③ a (5)8 4×
19.(12分)(2020·济南高二检测)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.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5
(2)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)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=0.446 nm,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________。
(4)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。
【解析】(1)当对金属钾或其化合物进行灼烧时,焰色反应显紫红色,可见光的波长范围为400～760 nm,紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁,但处于较高能量轨道的电子不稳定,跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多,故放出的光的波长较短)。(2)金属原子半径越小、价电子数越多,金属键越强,其熔沸点越高。(3)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半,即×0.446 nm≈0.315 nm。与钾紧邻的氧原子有12个。(4)想象4个晶胞紧密堆积,则I处于顶角,O处于棱心,K处于体心。
答案:(1)A (2)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱 (3)0.315 12 (4)体心 棱心
【补偿训练】
已知A、B、C、D、E为元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素;B元素3p能级半充满;C是所在周期电负性最大的元素;D是第四周期未成对电子最多的元素;E元素位于元素周期表的第11列。
试回答下列有关的问题:
(1)写出基态D原子的价电子排布式:__________________,E元素位于元素周期表__。
(2)A、B、C三种元素的第一电离能最大的是______________(用元素符号表示)。这三种元素最高价氧化物的水化物形成的溶液,物质的量浓度相同时,pH由大到小的顺序是__________(写化学式)。
(3)D可形成化合物[D(H2O)6](NO3)3。
①[D(H2O)6](NO3)3中配位体的VSEPR模型名称是________________。该化合物中阴离子的中心原子的轨道杂化类型为______________。
②1 个[D(H2O)6]3+ 中含有的σ键数目为__个。
(4)已知B、C两种元素形成的化合物通常有两种。这两种化合物中________(填化学式)为非极性分子,另一种化合物的电子式为__。
(5)E+能与SCN-形成ESCN沉淀。SCN-对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—NCS),这两种酸沸点更高的是________(填名称),原因是__________。
(6)由A、C两元素形成的化合物组成的晶体中,阴、阳离子都具有球型对称结构,它们都可以看作刚性圆球,并彼此“相切”。如图所示为A、C形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的截面图,晶胞中距离一个A+最近的A+有________个,距离一个A+最近的C-围成的图形是________(写名称)。若晶体密度
为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则A+的半径为________cm(用含NA与ρ的式子表达)。
【解析】已知A、B、C、D、E为元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素;A为Na,B元素3p能级半充满,B为P;C是所在周期电负性最大的元素,C为Cl;D是第四周期未成对电子最多的元素,价电子排布式为3d54s1,D为Cr,E元素位于元素周期表的第11列,E为Cu。
(1)D为Cr,基态D原子的价电子排布式为3d54s1,Cu位于元素周期表第四周期第ⅠB族;
(2)A、B、C三种元素中Cl的非金属性最强,最难失去电子,第一电离能最大的是Cl;这三种元素最高价氧化物的水化物形成的溶液分别是氢氧化钠、磷酸、高氯酸,物质的量浓度相同时,pH由大到小的顺序是NaOH>H3PO4>HClO4;(3)D可形成化合物[D(H2O)6](NO3)3。①[D(H2O)6](NO3)3中配位体为H2O,H2O中O采用sp3杂化,VSEPR模型是四面体形,该化合物中阴离子为N,其中N的价电子对数为3+(5+1-2×3)=3,采用sp2杂化;②1个[D(H2O)6]3+中含有12个O—H共价键和6个配位键,σ键数目为18个;(4)已知B、C两种元素形成的化合物通常有三氯化磷和五氯化磷。三氯化磷为三角锥形结构,属于极性分子,五氯化磷是三角双锥结构,属于非极性分子,三氯化磷的电子式为;(5)SCN-对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—NCS),这两种酸中异硫氰酸分子间能形成氢键,沸点较高;(6)由Na、Cl两元素形成的化合物为NaCl,以中间的黑色球为Na+研究,与之最近的Na+处于晶胞的棱上,共有12个,根据晶胞结构可知距离一个A+最近的C-围成的图形是正八面体;晶胞中Na+数目=1+12×=4,Cl-数目=8×+6×=4,故晶胞质量= g,晶胞体积= cm3= cm3,令Cl-半径为r,则棱长为×4r=
2r,故(2r)3=cm3,解得r= cm,根据等腰直角三角形边长关系可知Na+的半径为= cm。
答案:(1)3d54s1 第四周期第ⅠB族 (2)Cl NaOH>H3PO4>HClO4
(3)①四面体形 sp2杂化
②18 (4)PCl5 (5)异硫氰酸 分子间能形成氢键
(6)12 正八面体
20.(12分)(2020·全国Ⅲ卷) 氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好,是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题:
(1)H、B、N中,原子半径最大的是__________。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素__的相似。
(2)NH3BH3分子中,N—B化学键称为____________键,其电子对由____________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:3NH3BH3+6H2O3N+B3+9H2,B3的结构为
。在该反应中,B原子的杂化轨道类型由__________变为__________。
(3)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(Hδ+),与B原子相连的H呈负电性(Hδ-),电负性大小顺序是________________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________________(写分子式),其熔点比NH3BH3________(填“高”或“低”),原因是在NH3BH3分子之间,存在______,也称“双氢键”。
(4)研究发现,氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构,晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm,α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。
氨硼烷晶体的密度ρ=__________g·cm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
【解析】(1)H、B、N中,H的电子层数最少,原子半径最小(H是所有元素中原子半径最小的元素);而B、N同周期,电子层数相同,但是N的核电荷数大,所以原子半径小,所以三种元素中原子半径最大的是B。由于周期表中B的对角线元素为Si,所以根据对角线规则,B的一些化学性质与元素Si的相似。
(2)NH3BH3分子是由NH3与BH3结合而成的,其中NH3分子中N原子具有孤电子对,而BH3分子中B原子具有空轨道,所以二者通过N与B原子之间形成配位键而结合生成NH3BH3。NH3BH3中B原子的价层电子对数为4,发生sp3杂化,而中B的价层电子对数为3,发生sp2杂化。
(3)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(Hδ+),故电负性N>H,而与B原子相连的H呈负电性(Hδ-),故电负性H>B,所以电负性大小顺序是N>H>B;与NH3BH3原子总数相等的等电子体是CH3—CH3,由于NH3BH3分子中,存在Hδ+与Hδ-,二者之间存在静电作用力,而CH3—CH3只存在Hδ+,不存在Hδ-,所以熔点NH3BH3>CH3—CH3。
(4)由图可知晶胞体积为2a×2b×2c=8abc (pm3)=8abc×10-30(cm3);而每个晶胞中氨硼烷质量为 g,所以晶体的密度ρ= g·cm-3。
答案:(1)B 硅(或Si) (2)配位 N sp3 sp2
(3)N>H>B CH3—CH3 低 Hδ+与Hδ-的静电引力
(4)
单元素养评价(三)
(第3章)
(90分钟 100分)
一、选择题:本题包括10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一个选项符合题意。
1.下列不属于晶体的特点的是 ( )
A.一定有对称性 B.一定有各向异性
C.一定有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体
【解析】选D。本题主要考查晶体的特征:①对称性,②具有各向异性,③有固定的熔点。A、B、C三项均正确;有些晶体带有颜色,如常见的五水硫酸铜晶体,呈蓝色,D项错误。
2.下面有关晶体的叙述中,不正确的是 ( )
A.金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围紧邻且距离相等的Na+共有6个
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
【解析】选B。金刚石中由共价键构成的最小环状结构中有6个碳原子;NaCl晶体中,每个Na+周围紧邻6个Cl-,每个Na+周围紧邻12个Na+;氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-,每个Cs+周围紧邻6个Cs+;干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子。
3.(2020·秦皇岛高二检测)下列晶体分类中正确的一组是 ( )
选项
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
【解析】选C。从构成晶体的粒子和微粒间的相互作用力去判断晶体的类型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是阴、阳离子间通过离子键相互结合成的离子晶体,H2SO4中无H+,是分子晶体。Ar原子间以范德华力相互结合为分子晶体,石墨是混合型晶体,水晶(SiO2)与金刚石是典型的共价晶体。硫的化学式用S表示,实际上是S8,气体时为S2,是以范德华力结合成的分子晶体,玻璃没有固定的熔点,加热时逐渐软化,为非晶体。
4.下列关于纳米技术的叙述不正确的是 ( )
A.将“纳米材料”均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶
B.用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率,提高反应物的平衡转化率
C.用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D.银器能抑菌、杀菌,将纳米银微粒植入内衣织物中,有抑菌、杀菌效果
【解析】选B。纳米材料的直径在1～100 nm范围内,与胶粒直径范围相同,A正确;催化剂可加快化学反应的速率,但不能使化学平衡发生移动,B不正确;与块状固体相比,纳米颗粒直径小,表面积大,因而化学反应的速率快,所以短时间内可产生更大推动力,C正确;银为重金属,重金属离子,可使蛋白质变性,故有杀菌作用,D正确。
5.下列关于晶体的说法一定正确的是 ( )
A.分子晶体中都存在共价键
B.在NaCl晶体中,与一个Na+最近且距离相等的Na+是12个
C.SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合
D.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
【解析】选B。稀有气体都是单原子分子,它们的晶体中不存在共价键,A项不正确;NaCl晶体中与每个Na+距离相等且最近的Na+个数=4×3=12,B项正确;在SiO2的晶体中Si、O以单键相结合,故每个硅原子与4个氧原子结合,C项不正确;金属汞的熔点比I2、蔗糖等的熔点低,D项不正确。
6.(2020·大连高二检测)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白球代表Mg)。则下列说法不正确的是 ( )
A.铁镁合金的化学式为Mg2Fe
B.晶体中存在的化学键类型为金属键
C.晶格能:氧化钙>氧化镁
D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
【解析】选C。依据切割法,晶胞中共有4个铁原子,8个镁原子,故化学式为Mg2Fe,一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,其质量为×104 g= g。在元素周期表中,镁元素在钙元素的上一周期,故Mg2+半径比Ca2+半径小,氧化镁的晶格能大,故C项错误。
7.下列各项所述的数字不是6的是 ( )
A.在NaCl晶体中,与一个Na+最近且距离相等的Cl-个数
B.在金刚石晶体中,最小环上的碳原子个数
C.在二氧化硅晶体中,最小环上的原子个数
D.在石墨晶体的片层结构中,最小环上的碳原子个数
【解析】选C。在二氧化硅晶体中,最小的环上的原子个数是12个。
8.(2020·济南高二检测)下图中各数据对应各物质的熔点,则判断中错误的是 ( )
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920 ℃
801 ℃
1 292 ℃
190 ℃
BCl3
Al2O3
CO2
SiO2
-107 ℃
2 073 ℃
-57 ℃
1 723 ℃
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
【解析】选B。由表可知:AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物且是分子晶体;SiO2是共价晶体。
9.下列关于物质熔、沸点的比较不正确的是 ( )
A.Si、SiC、金刚石的熔点依次降低
B.SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次升高
C.F2、Cl2、Br2、I2的沸点依次升高
D.PH3、NH3、H2O的沸点依次升高
【解析】选A。因为Si、SiC、金刚石都是原子晶体,键能的大小顺序为C—C键>Si—C键>Si—Si键,所以Si、SiC、金刚石的熔点依次升高。
10.(2020·徽州高二检测)二茂铁[(C5H5)2Fe]是由1个二价铁离子和2个环戊烯基负离子构成的,它的发现可以说是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的新领域。已知:二茂铁熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,不溶于水,易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法正确的是 ( )
A.二茂铁属于离子晶体
B.在二茂铁结构中,C5与Fe2+之间形成的化学键类型是离子键
C.已知环戊二烯的结构式为,则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化
D.二价铁离子的基态电子排布式为[Ar]3d44s2
【解析】选C。根据题给信息知,二茂铁易升华,易溶于有机溶剂,可以推断它应为分子晶体,则C5与Fe2+之间不可能形成离子键,而应为配位键,A项、B项错误。由环戊二烯的结构式知,仅1号碳原子形成四个单键,为sp3杂化,其余四个碳均为sp2杂化,C项正确。铁原子失去4s轨道上的2个电子即为Fe2+的基态,应为[Ar]3d6,D项错误。
二、选择题:本题包括5小题,每小题4分,共20分,每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
11.CaTiO3的晶体结构模型如图所示(图中Ca2+、O2-、Ti4+分别位于立方体的体心、面心和顶点)。下列说法不正确的是 ( )
A.Ge最高价氯化物的沸点高于其溴化物的沸点
B.CaTiO3晶体中每个Ti4+与12个O2-相紧邻
C.键长:Si—O键
【解析】选A、C。氯化锗和溴化锗都是分子晶体,但氯化锗的相对分子质量小于溴化锗,所以氯化锗的沸点低于溴化锗的沸点,A不正确;B中晶胞每个Ti4+处在立方体的顶点,所以一个Ti4+同时被8个立方体所共有,在这8个立方体中有12个O2-与之相紧邻,B正确;离子晶体熔化时破坏离子键,分子晶体熔化时破坏分子间作用力,D正确。
12.(2020·三门峡高二检测)金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质,下列说法正确的是 ( )
A.金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子
B.金刚石熔化破坏的是共价键,石墨熔化破坏的主要是范德华力,故前者熔点高,后者熔点低
C.金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2杂化
D.金刚石中碳原子数与C—C键数之比为1∶4,而石墨中碳原子数与C—C键数之比为1∶3
【解析】选A。金刚石和石墨中最小的碳环均含6个原子,不同的是前者6个碳原子不在同一平面上,后者6个碳原子处于同一平面上,A项正确。金刚石属于共价晶体,熔化时破坏的是共价键,石墨属于混合型晶体,同一层内是共价键,层与层之间存在范德华力,故石墨熔化时不仅破坏范德华力,而且主要破坏共价键。因石墨中C—C键的键长小于金刚石中C—C键的键长,故石墨中C—C键的键能大于金刚石中C—C键的键能,因此石墨的熔点高于金刚石的熔点,B项错误。金刚石中碳原子采取sp3杂化, 而石墨中碳原子采取sp2杂化,C项错误。金刚石中每个碳原子与周围其他4个碳原子形成共价键,而每个共价键为两个碳原子所共有,根据“切割法”,每个碳原子平均形成的共价键数为4×=2,故碳原子数与C—C键数之比为1∶2;石墨晶体中每个碳原子与周围其他3个碳原子形成共价键,同样可求得每个碳原子平均形成的共价键数为3×=1.5,故碳原子数与C—C键数之比为2∶3,D项错误。
13.如图是某无机化合物的二聚分子结构示意图,该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外层都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是 ( )
A.该物质的化学式是Al2Cl6
B.该物质是离子化合物,在熔融状态下能导电
C.该物质在固态时所形成的晶体是分子晶体
D.该物质中只含有极性键共价键,不含配位键
【解析】选B、D。A项,由A、B元素都在第三周期,并且所有原子最外层都达到8个电子的稳定结构,可知A为Cl元素,B为Al元素,A项正确;B、C项,因该物质是二聚分子,故其固态时形成分子晶体,该物质是共价化合物,在熔融状态下不导电,B项错误,C项正确;D项,该物质中不含离子键,只含极性键和配位键,D项不正确。
【补偿训练】
在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,一层镁一层硼的相间排列,如图是从该晶体微观空间中取出的部分原子沿z轴方向的投影,白球是镁原子的投影,黑球是硼原子的投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据该图确定硼化镁的化学式为 ( )
A.MgB B.MgB2
C.Mg2B D.MgB6
【解析】选B。根据题意可将相邻的一层镁一层硼压缩为一层,即可将如题图所示结构看成一个平面结构,并且不影响镁与硼的原子个数比的计算结果。每个镁原子周围有6个硼原子,每个硼原子为3个镁原子所共有,所以镁原子与硼原子个数之比为1∶2,化学式为MgB2。
14.(2020·贵阳高二检测)下列说法中正确的是 ( )
A.完全由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物
B.构成分子晶体的粒子一定含有共价键
C.分子晶体的熔点一定比金属晶体的熔点低
D.含有金属离子的晶体一定是离子晶体
【解析】选A。由非金属元素组成的化合物可能是离子化合物,如NH4Cl等,A正确;稀有气体元素所形成的分子晶体中不含共价键,B不正确;金属汞的熔点低于许多分子晶体,C不正确;金属晶体中也含有金属阳离子,D不正确。
15.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是 ( )
A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B.和Ca2+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体
C.和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个
D.如图的结构中共含有4个Ca2+和4个
【解析】选B。A项,据CaC2晶体结构可知其属于离子晶体,故熔点较高、硬度较大,正确;B项,由于晶胞沿一个方向拉长,故该晶胞不是正方体结构,而是长方体结构,和Ca2+距离相同且最近的有4个,且在同一平面上,错误;C项,和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个,也在同一平面上,正确;D项,图示结构中N(Ca2+)=12×+1=4,N()=8×+6×=4,正确。
三、非选择题:本题包括5小题,共60分
16.(10分)(1)氯酸钾熔化,粒子间克服了____________的作用力;二氧化硅熔化,粒子间克服了__
的作用力;碘的升华,粒子间克服了____________的作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是____________(填化学式)。
(2)下列六种晶体:①CO2,②NaCl,③Na,④Si,⑤CS2,⑥金刚石,它们的熔点从低到高的顺序为________________(填序号)。
(3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中,由极性键形成的能形成分子晶体的物质是________,含有氢键的晶体的化学式是________,属于离子晶体的是__,
属于共价晶体的是________,五种物质的熔点由高到低的顺序是____________________。
【解析】(1)氯酸钾是离子晶体,熔化离子晶体时需要克服离子键的作用力;二氧化硅是共价晶体,熔化共价晶体时需克服共价键的作用力;碘为分子晶体,熔化分子晶体时需克服的是分子间的作用力。由于共价晶体是由共价键形成的空间立体网状结构的晶体,所以共价晶体的熔点最高,其次是离子晶体,由于分子间作用力与化学键相比较要小得多,所以碘的熔点最低。
(2)先把六种晶体分类。共价晶体:④、⑥;离子晶体:②;金属晶体:③;分子晶体:①、⑤。由于C原子半径小于Si原子半径,所以金刚石的熔点高于晶体硅。CO2和CS2同属于分子晶体,其熔点与相对分子质量成正比,故CS2熔点高于CO2。Na在通常状况下是固态,而CS2是液态,CO2是气态,所以Na的熔点高于CS2和CO2;Na在水中即熔化成小球,说明它的熔点较NaCl低。
答案:(1)离子键 共价键 分子间
SiO2>KClO3>I2
(2)①<⑤<③<②<④<⑥
(3)CO2、HF HF (NH4)2SO4 SiC SiC>(NH4)2SO4>HF>CO2>H2
17.(14分)(1)下列物质在固态时,属于分子晶体的有________,属于共价晶体的有________,属于离子晶体的有________。
①金刚石 ②氩 ③水晶 ④水银 ⑤氧化铝
⑥P4 ⑦苯
(2)比较下列物质的有关性质(用“>”“<”“=”或“≈”号连接)
沸点:16O2________18O2 熔点:Na________K
稳定性:H2O________D2O
(3)某常见固体能导电,质软,它可能属于________。
A.分子晶体 B.共价晶体 C.离子晶体
D.金属晶体 E.混合晶体
(4)在氯化铯晶体(见图1)中,若以某一铯离子为球心,与之等距离的若干离子构成一个球面。与某铯离子距离最近的离子构成的球面(最内层的球面或第一层球面)上有________个________离子(填写离子符号,下同),第二层球面上有________个________离子。
(5)在氯化钠晶体(见图2)中,每个钠离子与________个最近且等距离的氯离子以________键相结合,与每个氯离子最近的且等距离的氯离子有________个。
【解析】(2)相对分子质量:16O2<18O2,故沸点:16O2<18O2;金属键:Na>K,故熔点:Na>K;键能:H—O≈或“=”D—O,故稳定性:H2O≈或=D2O。
(3)固体能导电,该固体可能是金属晶体或混合晶体。
(4)以Cs+为球心,与之等距离且距离最近的离子为Cl-,由图1可知每个Cs+周围有8个最近等距离的Cl-,第二层球面则为等距离的Cs+,以球心为原点的x、y、z轴上有6个这样的Cs+(即上、下、左、右、前、后位置)。
(5)每个Na+的上、下、左、右、前、后有6个最近且等距离的Cl-与Na+以离子键结合;计算每个Cl-最近且等距离的Cl-个数时,可按分析,每个正方体中有3个Cl-与1个Cl-最近,而1个顶点上的Cl-为8个正方体共用,故周围等距离Cl-个数为3×8×=12。
答案:(1)②⑥⑦ ①③ ⑤
(2)< > ≈或= (3)DE
(4)8 Cl- 6 Cs+ (5)6 离子 12
【补偿训练】
现有几组物质的熔点(以℃为单位)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:3 550
Li:181
HF:-83
NaCl:801
硅晶体:1 410
Na:98
HCl:-115
KCl:776
硼晶体:2 300
K:64
HBr:-89
RbCl:718
二氧化硅:1 723
Rb:39
HI:-51
CsCl:645
据此回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于 __。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电
④熔融状态能导电
(5)XY晶体单元结构如图所示,晶体中距离最近的X+与Y-的核间距离为a cm,已知阿伏加德罗常数为NA mol-1,其密度为ρ g·cm-3,则XY的摩尔质量可表示为________g·mol-1。
【解析】通过读取表格数据判断晶体的类型及晶体的性质,并且应用氢键解释HF熔点反常的原因。该题难度在第(5)问,每个XY晶体单元结构的质量是(2a)3 cm3·ρ g·cm-3=8a3ρ g,1 mol这种XY晶体单元结构中含有X+的个数为12×+1=4,Y-的个数为8×+6×=4,故XY的摩尔质量为=2NAa3ρ g·mol-1。
答案:(1)共价 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)②④ (5)2NAa3ρ
18.(12分)(2020·青岛高二检测)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为__,
3d能级上的未成对电子数为__________。
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是__________。
②在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为__________,提供孤电子对的成键原子是__________。
③氨的沸点____________(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是__;
氨是__________分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为__________。
(3)单质铜及镍都是由__________键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu=1 958 kJ·mol-1,INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是__。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为__________。
②若合金的密度为d g·cm-3,晶胞参数a=__________nm。
【解析】(1)镍是28号元素,位于第4周期,第Ⅷ族,根据核外电子排布规则,其基态原子的电子排布式为
1s22s2 2p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2,3d能级有5个轨道,先占满5个自旋方向相同的电子,再分别占据三个轨道,电子自旋方向相反,所以未成对的电子数为2。
(2)①根据价层电子对互斥理论,S的σ键电子对数等于4,孤电子对数(6+2-2×4)÷2=0,则阴离子的立体构型是正四面体形。
②根据配位键的特点,在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为配位键,提供孤电子对的成键原子是N。
③氨气分子间存在氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3);根据价层电子对互斥理论,氨气中心原子N的σ键电子对数等于3,孤电子对数(5-3)÷2=1,则氨气是sp3杂化,分子呈三角锥形,正、负电荷重心不重叠,氨气是极性分子。
(3)铜和镍属于金属,则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体;Cu+核外电子排布比Ni+稳定,难以失去电子,所以ICu>INi。
(4)①根据均摊法计算,晶胞中铜原子个数为6×1/2=3,镍原子的个数为8×1/8=1,则铜和镍的数量比为3∶1。②根据上述分析,该晶胞的组成为Cu3Ni,若合金的密度为d g·cm-3,根据ρ=m÷V,则d=,即晶胞参数a=×10-7nm。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2 2
(2)①正四面体 ②配位键 N ③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(3)金属 Cu+核外电子排布比Ni+稳定,难以失电子
(4)①3∶1 ②×10-7或[×10-7
【补偿训练】
有A、B、C、D、E五种元素。其相关信息如下:
元素
相关信息
A
A原子的1s轨道上只有1个电子
B
B是电负性最大的元素
C
C的基态原子2p轨道中有三个未成对电子
D
D是主族元素且与E同周期,其最外能层上有两个运动状态不同的电子
E
E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题:
(1)写出E元素原子基态时的电子排布式__。
(2)C元素的第一电离能比氧元素的第一电离能________(填“大”或“小”)。
(3)CA3分子中C原子的杂化轨道类型是__。
(4)A、C、E三种元素可形成[E(CA3)4]2+配离子,其中存在的化学键类型有________(填序号)。
①配位键 ②金属键 ③极性共价键
④非极性共价键 ⑤离子键 ⑥氢键
若[E(CA3)4]2+具有对称的立体构型,且当[E(CA3)4]2+中的两个CA3被两个Cl-取代时,能得到两种不同结构的产物,则[E(CA3)4]2+的立体构型为________(填字母)。
a.平面正方形 b.正四面体
c.三角锥形 d.角形
(5)B与D可形成离子化合物,其晶胞结构如图所示。其中D离子的配位数为__________,若该晶体的密度为a g·cm-3,则该晶胞的体积是________cm3(写出表达式即可)。
【解析】根据A、B、C、D、E五种元素的相关信息,可以推断出A、B、C、D、E五种元素分别是H、F、N、Ca、Cu。(1)Cu的基态原子电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(2)由于N的2p轨道满足半充满状态,故氮元素的第一电离能比氧元素的第一电离能大。
(3)NH3中氮原子最外层有5个电子,与氢共用3个电子,达8电子结构,根据杂化轨道理论,应为sp3杂化。
(4)[Cu(NH3)4]2+中Cu与NH3通过配位键结合,NH3中N与H通过极性共价键结合。由于[Cu(NH3)4]2+是对称结构,且两个NH3被两个Cl-取代时,能得到两种不同结构的产物。如果[Cu(NH3)4]2+是正四面体结构,两个NH3被两个Cl-取代时,能得到一种产物,不合题意,故[Cu(NH3)4]2+是平面正方形结构。
(5)F与Ca形成CaF2,从晶体结构可以看出,氟化钙结构又称萤石型结构,属面心立方结构。氟化钙是AB2型离子晶体。其中阳离子A(Ca2+)呈立方密堆积,阴离子B(F-)填充在四面体空隙中。阴、阳离子的配位数分别为4和8。一个氟化钙晶体中有4个氟化钙。该晶体的密度为a g·cm-3,则该晶胞的体积是 cm3。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)大 (3)sp3 (4)①③ a (5)8 4×
19.(12分)(2020·济南高二检测)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.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5
(2)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)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=0.446 nm,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________。
(4)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。
【解析】(1)当对金属钾或其化合物进行灼烧时,焰色反应显紫红色,可见光的波长范围为400～760 nm,紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁,但处于较高能量轨道的电子不稳定,跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多,故放出的光的波长较短)。(2)金属原子半径越小、价电子数越多,金属键越强,其熔沸点越高。(3)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半,即×0.446 nm≈0.315 nm。与钾紧邻的氧原子有12个。(4)想象4个晶胞紧密堆积,则I处于顶角,O处于棱心,K处于体心。
答案:(1)A (2)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱 (3)0.315 12 (4)体心 棱心
【补偿训练】
已知A、B、C、D、E为元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素;B元素3p能级半充满;C是所在周期电负性最大的元素;D是第四周期未成对电子最多的元素;E元素位于元素周期表的第11列。
试回答下列有关的问题:
(1)写出基态D原子的价电子排布式:__________________,E元素位于元素周期表__。
(2)A、B、C三种元素的第一电离能最大的是______________(用元素符号表示)。这三种元素最高价氧化物的水化物形成的溶液,物质的量浓度相同时,pH由大到小的顺序是__________(写化学式)。
(3)D可形成化合物[D(H2O)6](NO3)3。
①[D(H2O)6](NO3)3中配位体的VSEPR模型名称是________________。该化合物中阴离子的中心原子的轨道杂化类型为______________。
②1 个[D(H2O)6]3+ 中含有的σ键数目为__个。
(4)已知B、C两种元素形成的化合物通常有两种。这两种化合物中________(填化学式)为非极性分子,另一种化合物的电子式为__。
(5)E+能与SCN-形成ESCN沉淀。SCN-对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—NCS),这两种酸沸点更高的是________(填名称),原因是__________。
(6)由A、C两元素形成的化合物组成的晶体中,阴、阳离子都具有球型对称结构,它们都可以看作刚性圆球,并彼此“相切”。如图所示为A、C形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的截面图,晶胞中距离一个A+最近的A+有________个,距离一个A+最近的C-围成的图形是________(写名称)。若晶体密度
为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则A+的半径为________cm(用含NA与ρ的式子表达)。
【解析】已知A、B、C、D、E为元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素;A为Na,B元素3p能级半充满,B为P;C是所在周期电负性最大的元素,C为Cl;D是第四周期未成对电子最多的元素,价电子排布式为3d54s1,D为Cr,E元素位于元素周期表的第11列,E为Cu。
(1)D为Cr,基态D原子的价电子排布式为3d54s1,Cu位于元素周期表第四周期第ⅠB族;
(2)A、B、C三种元素中Cl的非金属性最强,最难失去电子,第一电离能最大的是Cl;这三种元素最高价氧化物的水化物形成的溶液分别是氢氧化钠、磷酸、高氯酸,物质的量浓度相同时,pH由大到小的顺序是NaOH>H3PO4>HClO4;(3)D可形成化合物[D(H2O)6](NO3)3。①[D(H2O)6](NO3)3中配位体为H2O,H2O中O采用sp3杂化,VSEPR模型是四面体形,该化合物中阴离子为N,其中N的价电子对数为3+(5+1-2×3)=3,采用sp2杂化;②1个[D(H2O)6]3+中含有12个O—H共价键和6个配位键,σ键数目为18个;(4)已知B、C两种元素形成的化合物通常有三氯化磷和五氯化磷。三氯化磷为三角锥形结构,属于极性分子,五氯化磷是三角双锥结构,属于非极性分子,三氯化磷的电子式为;(5)SCN-对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—NCS),这两种酸中异硫氰酸分子间能形成氢键,沸点较高;(6)由Na、Cl两元素形成的化合物为NaCl,以中间的黑色球为Na+研究,与之最近的Na+处于晶胞的棱上,共有12个,根据晶胞结构可知距离一个A+最近的C-围成的图形是正八面体;晶胞中Na+数目=1+12×=4,Cl-数目=8×+6×=4,故晶胞质量= g,晶胞体积= cm3= cm3,令Cl-半径为r,则棱长为×4r=
2r,故(2r)3=cm3,解得r= cm,根据等腰直角三角形边长关系可知Na+的半径为= cm。
答案:(1)3d54s1 第四周期第ⅠB族 (2)Cl NaOH>H3PO4>HClO4
(3)①四面体形 sp2杂化
②18 (4)PCl5 (5)异硫氰酸 分子间能形成氢键
(6)12 正八面体
20.(12分)(2020·全国Ⅲ卷) 氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好,是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题:
(1)H、B、N中,原子半径最大的是__________。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素__的相似。
(2)NH3BH3分子中,N—B化学键称为____________键,其电子对由____________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:3NH3BH3+6H2O3N+B3+9H2,B3的结构为
。在该反应中,B原子的杂化轨道类型由__________变为__________。
(3)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(Hδ+),与B原子相连的H呈负电性(Hδ-),电负性大小顺序是________________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________________(写分子式),其熔点比NH3BH3________(填“高”或“低”),原因是在NH3BH3分子之间,存在______,也称“双氢键”。
(4)研究发现,氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构,晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm,α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。
氨硼烷晶体的密度ρ=__________g·cm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
【解析】(1)H、B、N中,H的电子层数最少,原子半径最小(H是所有元素中原子半径最小的元素);而B、N同周期,电子层数相同,但是N的核电荷数大,所以原子半径小,所以三种元素中原子半径最大的是B。由于周期表中B的对角线元素为Si,所以根据对角线规则,B的一些化学性质与元素Si的相似。
(2)NH3BH3分子是由NH3与BH3结合而成的,其中NH3分子中N原子具有孤电子对,而BH3分子中B原子具有空轨道,所以二者通过N与B原子之间形成配位键而结合生成NH3BH3。NH3BH3中B原子的价层电子对数为4,发生sp3杂化,而中B的价层电子对数为3,发生sp2杂化。
(3)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(Hδ+),故电负性N>H,而与B原子相连的H呈负电性(Hδ-),故电负性H>B,所以电负性大小顺序是N>H>B;与NH3BH3原子总数相等的等电子体是CH3—CH3,由于NH3BH3分子中,存在Hδ+与Hδ-,二者之间存在静电作用力,而CH3—CH3只存在Hδ+,不存在Hδ-,所以熔点NH3BH3>CH3—CH3。
(4)由图可知晶胞体积为2a×2b×2c=8abc (pm3)=8abc×10-30(cm3);而每个晶胞中氨硼烷质量为 g,所以晶体的密度ρ= g·cm-3。
答案:(1)B 硅(或Si) (2)配位 N sp3 sp2
(3)N>H>B CH3—CH3 低 Hδ+与Hδ-的静电引力
(4)
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