1、1跟踪检测（三十八） 晶体结构与性质1(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_。(2)下列六种晶体：CO 2，NaCl，Na，Si，CS 2，金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为_(填序号)。(3)在 H2、(NH 4)2SO4、SiC、CO 2、HF 中，由极性键形成的非极性分子有_，由非极性键形成的非极性分子有_，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_，属于原子晶体的是_，五种物质的熔点由高到低的顺序是_。(4)A、B、C、D 为四种晶体，性质如下：a固
2、态时能导电，能溶于盐酸b能溶于 CS2，不溶于水c固态时不导电，液态时能导电，可溶于水d固态、液态时均不导电，熔点为 3 500 试推断它们的晶体类型：A._；B._；C._；D._。(5)图中 AD 是中学化学教科书上常见的几种晶体结构模型，请填写相应物质的名称：A_；B._；C._；D._。解析：(1)氯酸钾是离子晶体，熔化时破坏离子键；二氧化硅是原子晶体，熔化时破坏共价键；碘是分子晶体，升华时粒子间克服分子间作用力；熔点：原子晶体离子晶体分子晶体，所以熔点大小顺序为 SiO2KClO3I2。(2)根据晶体类型分析，熔点：原子晶体离子晶体分子晶体，Si 和金刚石都是原子晶体，原子半径越小，
3、共价键越强，熔点越高，CO2和 CS2都是分子晶体，相对分子质量越大熔点越高，所以熔点从低到高的顺序为。答案：(1)离子键 共价键 分子间 SiO 2KClO3I2 (2)(3)CO2 H 2 H 2、CO 2、HF HF (NH 4)2SO4 SiC SiC(NH 4)2SO4HFCO2H22(4)金属晶体 分子晶体 离子晶体 原子晶体(5)氯化铯 氯化钠 二氧化硅 金刚石2O 2、O 3、N 2、N 4是氧和氮元素的几种单质。回答下列问题：(1)O 原子中价电子占据的轨道数目为_。(2)第一电离能 I1：N_O(填“”或“O；O 失去一个电子后 O 的 2p 处于半充满状态，更加稳定，再失
4、去一个电子消耗能量更高，所以第二电离能 I2：ON。(3)O 3看成一个 O 原子是中心原子，其他两个 O 原子为配原子的三原子分子，价电子对数2 (622)3，有一个孤电子对，属于12sp2杂化，空间构型为 V 形；因为 V 形空间构型正负电荷重心不重合，所以是极性分子；O原子的轨道表示式为 O3中心氧原子采取 sp2杂化，其中两个单电子轨道与另外两个原子形成两个 键，第三个轨道有一对孤电子对，与另两个氧原子的各 1 个3电子形成三中心四电子大 键，可用符号 表示。(4)因为 O、N 原子有比较强的吸电子43能力，所以 NH3和 H2O 既会吸引同种分子的 H，又会吸引对方分子的 H，从而形
5、成氢键，所以在氨水中存在 4 种分子间氢键，可以表示为 H3NHN、H 3NHO、H 2OHN、H 2OHO。(5)因为 N4是正面体构型，N 原子占据四面体的四个顶点，所以 N4中只存在 NN，而 N2中只存在 NN，由表中数据可知，NN 键长大于 NN 键长，NN 键能小于NN 键能，且二者键能差距较大，所以 N4分子稳定性远小于 N2。(6)分析 Na2O 的晶胞结构图可得，处于面心上的 O2 被 2 个晶胞共用，以图中上面的面心 O2 为例，在其上方还有一个同样的晶胞与其紧邻，所以每个 O2 周围有 8 个 Na 与之距离最近，则 O2 的配位数为8；Na 2O 晶胞中 Na 数为 8
6、，O 2 数为 8 6 4，根据 r(Na ) x pm、 r(O2 ) y pm18 12及球体的体积公式可得这 12 个原子总体积 V18 x34 y3，根据该晶胞的棱43 43长为 a pm，则晶胞体积 V2 a3，所以该晶胞的原子空间利用率为 100%V1V2100% 100%。843 x3 443 y3a3 32 x3 16 y33a3答案：(1)4 (2) 失去一个电子后 O 的 2p 处于半充满状态，更加稳定，再失去一个电子消耗能量更高(3)V 形 极性 43(4)H3NHO、H 2OHN、H 2OHO(任写两种)(5)N4中 NN 键键能小于 N2中的 NN 键键能，键长大于
7、NN 键键长(6)8 100%32 x3 16 y33a33(2019武汉模拟)砷(As)是第A 族元素，砷及其化合物被应用于农药和合金中。回答下列问题：(1)基态砷原子的电子排布式为_，第四周期元素中，第一电离能低于砷原子的 p 区元素有_(填元素符号)。(2)氮原子间能形成氮氮三键，而砷原子间不易形成三键的原因是_。(3)AsH3分子为三角锥形，键角为 91.80，小于氨分子键角 107，AsH 3分子键角较小的原因是_。(4)亚砷酸(H 3AsO3)分子中，中心原子砷的 VSEPR 模型是_，砷原子杂化方式为_。(5)砷化镍的晶胞如图所示。晶胞参数 a360.2 pm, c500.9 p
8、m, 120。4该晶体密度的计算式为_gcm 3 。解析：(1)砷原子核电荷数为 33，基态原子的电子排布式为Ar3d 104s24p3；同一周期，从左到右，第一电离能呈现增大的趋势，第A 族元素 p 为半充满状态，第一电离能大于邻近元素的第一电离能；因此第四周期元素中，第一电离能低于砷原子的 p 区元素有Ga、Ge、Se。(2)由于砷原子半径较大，原子间形成的 键较长，pp 轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠，难以形成 键，所以氮原子间能形成氮氮三键，而砷原子间不易形成三键。(3)AsH 3分子键角较小的原因是砷原子电负性小于氮原子，其共用电子对离砷核距离较远，斥力较小，键角较小。(4)亚
9、砷酸(H 3AsO3)分子结构式为 ，砷原子的价层电子对数为 4，属于 sp3杂化，中心原子砷的 VSEPR 模型是四面体形。(5)根据砷化镍的晶胞可知：含有的镍原子个数为 8 4 2，含有砷原子个数为 2，所以该晶胞中含有18 142 个砷化镍，该晶胞的质量为 2 g，根据晶胞的俯视图可以求出 x a 134NA 32pm 360.21010 cm；该晶胞的体积为32360.21010 360.21010 500.91010 cm3； 32 mVgcm3 。134232 360.210 10 2500.910 106.021023答案：(1)1s 22s22p63s23p63d104s24p
10、3(或Ar3d 104s24p3) Ga、Ge、Se(2)砷原子半径较大，原子间形成的 键较长，pp 轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠，难以形成 键(3)砷原子电负性小于氮原子，其共用电子对离砷核距离较远，斥力较小，键角较小(4)四面体形 sp 3(5)134232 360.210 10 2500.910 106.0210234(2019岳阳模拟)碳和硅是自然界中大量存在的元素，硅及其化合物是工业上最重要的材料。粗硅的制备有二种方法：方法一：SiO 22C Si2CO；= = = = =高 温 5方法二：SiO 22Mg Si2MgO。= = = = =高 温 (1)基态硅原子中存在_对自
11、旋相反的电子，基态 Mg 的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是_。(2)上述反应中所有元素第一电离能最小的元素是_(填元素符号)。(3)试比较 C(金刚石)、晶体 Si、CO 三种物质的熔沸点从高到低的顺序_，试解释原因：_。(4)CO 在配合物中可作为配体，在 Cr(CO)6配合物中配位原子是_(填元素符号)，1 mol 该配合物中含有 键的数目是_。(5)SiO2晶胞(如图 1)可理解成将金刚石晶胞(如图 2)中的 C 原子置换成 Si 原子，然后在 SiSi 之间插入 O 原子而形成。推测 SiO2晶胞中 Si 采用_杂化，OSiO 的键角为_。SiO 2晶胞中，含有 Si 原子_个
12、和 O 原子_个。假设金刚石晶胞的边长为 a pm，试计算该晶胞的密度_gcm 3 (写出表达式即可)。解析：(1)基态硅原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p2，每一个 s 能级有 1 个轨道，s 轨道全满，有 3 对自旋相反的电子，2p 能级有 3 个轨道，全充满电子，2p 轨道有 3 对自旋相反的电子，所以基态硅原子中存在 6 对自旋相反的电子；Mg 的基态核外电子排布式为1s22s22p63s2,3s 轨道是最外层，s 能级的电子云图是球形的，所以基态 Mg 的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是球形。(2)第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量，第一电离能数值越小
13、，原子越容易失去一个电子，上述反应中涉及的元素有C、O、Mg、Si，其中 C、O、Si 是非金属元素，较难失去电子，Mg 元素的金属性最强，最易失去电子，所有元素第一电离能最小的是 Mg。(3)C(金刚石)、晶体 Si 都是原子晶体，熔点高，它们结构相似，但碳原子的半径比硅原子半径小，共价键的键能大，所以 C(金刚石)的熔点比晶体 Si 高，而 CO 是分子晶体，熔沸点低，所以三种物质的熔沸点从高到低的顺序：CSiCO。(4)配体中给出孤对电子与中心离子直接形成配位键的原子叫配位原子；CO 在 Cr(CO)6中可作为配体，配位原子是 C，CO 与 N2是等电子体，其结构式是 CO,1 mol
14、CO 中含 键的数目是 2NA，所以 1 mol 该配合物中含有 键的数目是 12NA。(5)在SiO2晶体中每个硅原子与周围的 4 个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围 4个碳原子连接的情况是相同的。所以 SiO2晶胞中 Si 采用 sp3杂化，金刚石是正四面体结构6单元，其键角是 10928，所以 SiO2晶胞中 OSiO 的键角也是 10928。SiO 2晶体为面心立体结构，每个 SiO2晶胞含有 Si 原子的个数为 8 6 48，按 Si、O 原18 12子个数比，O 原子数是 16。一个金刚石晶胞含有 8 个 C 原子结构，所以一个晶胞的质量为 g g，晶胞边长为 a pm
15、，所以 SiO2晶体的密度： 128NA 96NA mVgcm3 。96NA a10 10 3答案：(1)6 球形 (2)Mg(3)CSiCO 金刚石和晶体硅都是原子晶体且晶体结构相似，C 的原子半径小于硅的原子半径，所以金刚石中 CC 键键长短，键能大，所以金刚石的熔沸点比晶体硅大，CO是分子晶体，熔沸点最小(4)C 12 NA(5)sp 3 10928 8 16 96NA a10 10 35(2019重庆诊断)C、N、O、Si、P、Ge、As 及其化合物在科研和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：(1)基态氮原子核外电子占据的原子轨道数目为_。(2)图 1 表示碳、硅和磷三种元素的四级电
16、离能变化趋势，其中表示磷的曲线是_(填标号)。(3)NH3的沸点比 PH3高，原因是_。(4)根据等电子原理，NO 电子式为_。(5)Na3AsO4中 AsO 的空间构型为_，As 4O6的分子结构如图 2 所示，34则在该化合物中 As 的杂化方式是_。(6)锗的某种氧化物晶胞结构如图 3 所示，该物质的化学式为_。已知该晶体密度为 7.4 gcm3 ，晶胞边长为 4.311010 m。则锗的相对原子质量为_(保留小数点后一位)。(已知：O 的相对原子质量为16,4.31380， NA6.0210 23mol1 )解析：(1)N 的原子序数为 7，基态氮原子核外电子排布式为 1s22s22p
17、3，占据 5 个原子轨道。(2)同主族自上而下第一电离能减小，P 元素 3p 能级为半满稳定状态，第一电离能7高于同周期相邻元素，故 Si 的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c 为 Si，P 原子第四电离能为失去 4s2能级中 1 个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大，可知b 为 P、a 为 C。(3)NH 3分子间存在较强的氢键作用，而 PH3分子间仅有较弱的范德华力，因此 NH3的沸点比 PH3高。(4)根据等电子原理，NO 与 N2互为等电子体，电子式为(5)AsO 中 As 与周围 4 个 O 原子相连，采用 sp3杂化，空间34构型为正四面体，根据 As4O6的分子结构
18、图，As 与周围 3 个 O 原子相连，含有 1 个孤电子对，采用 sp3杂化。(6)晶胞中 Ge 原子数目为 4，O 原子数目为 8 6 4，则化学式18 12为 GeO，设锗的相对原子质量为 M，则晶胞质量为 g7.4 4 M 166.021023gcm3 (4.31108 cm)3，解得 M73.1。答案：(1)5 (2)b (3)NH 3分子间存在较强的氢键作用，而 PH3分子间仅有较弱的范德华力 (4) (5)正四面体 sp 3 (6)GeO 73.16硒化锌是一种半导体材料，回答下列问题。(1)锌在周期表中的位置_；Se 基态原子价电子排布图为_。元素锌、硫和硒第一电离能较大的是_
19、(填元素符号)。(2)Na2SeO3分子中 Se 原子的杂化类型为_；H 2SeO4的酸性比 H2SeO3强，原因是_。(3)气态 SeO3分子的立体构型为_；下列与 SeO3互为等电子体的有_(填标号)。ACO BNO23 3CNCl 3 DSO 23(4)硒化锌的晶胞结构如图所示，图中 X 和 Y 点所堆积的原子均为_(填元素符号)；该晶胞中硒原子所处空隙类型为_(填“立方体” “正四面体”或正八面体”)；若该晶胞密度为 gcm3 ，硒化锌的摩尔质量为 M gmol1 。用 NA代表阿伏加德罗常数的数值，则晶胞参数 a 为_nm。解析：(1)Zn 的原子序数是 30，其电子排布式为 1s2
20、2s22p63s23p63d104s2，在周期表中的位置是第四周期第B 族；Se 的原子序数是 34，原子核外有 34 个电子，最外层电子排布式为 4s24p6，基态原子价电子排布图为 元素锌金属性较强，第一电离能较小，硫和硒为同主族元素，同主族元素由上到下非金属性逐渐减弱，所以硫的非金属性强于 Se，所以第一电离最大的是 S。(2)Na 2SeO3分子中 Se 原子的价电子对数为 4，6 228所以 Se 原子的杂化类型为 sp3；H 2SeO4的非羟基氧比 H2SeO3多(或 H2SeO4中 Se 的化合价更高)，所以 H2SeO4酸性比 H2SeO3强。(3)气态 SeO3分子的价层电子
21、对数为 3，Se 没有孤电子对，故分子的立体构型为平面三角形；等电子体要求原子总数相同，价电子数相同，所以与 SeO3互为等电子体的离子有 CO 、NO 。(4)硒化锌的晶胞结构中原子个数比为23 311，其中 Se 原子 4 个，若 X 和 Y 点所堆积的原子均为锌原子，则 8 6 4，符合；18 12则图中 X 和 Y 点所堆积的原子均为 Zn 原子，根据图中原子的位置可知，该晶胞中硒原子所处空隙类型为正四面体；若该晶胞密度为 gcm3 ，硒化锌的摩尔质量为 M gmol1 。用 NA代表阿伏加德罗常数的数值，根据 ，则 V ，则晶胞的边长为 a 为 mV 4MNAV 4M NA107 n
22、m。34MNA答案：(1)第四周期第B 族 S (2)sp3 H 2SeO4的非羟基氧比 H2SeO3多(或 H2SeO4中 Se 的化合价更高) (3)平面三角形 AB(4)Zn 正四面体 10734MNA7(2019新余模拟)A、B、C、D、E 代表前四周期原子序数依次增大的五种元素。A、D 同主族且有两种常见化合物 DA2和 DA3；工业上电解熔融 C2A3制取 C 的单质；B、E 均除最外层只有 2 个电子外，其余各层全充满，E 位于元素周期表的 ds 区。回答下列问题：(1)B、C 中第一电离能较大的是_(用元素符号表示)，基态 D 原子价电子的轨道表达式为_。(2)DA2分子的 V
23、SEPR 模型是_。(3)实验测得 C 与氯元素形成化合物的实际组成为 C2Cl6，其球棍模型如图所示。已知 C2Cl6在加热时易升华，与过量的 NaOH 溶液反应可生成NaC(OH)4。C 2Cl6属于_晶体(填晶体类型)，其中 C 原子的杂化轨道类型为_杂化。C(OH) 4 中存在的化学键有_。(4)B、C 的氟化物晶格能分别是 2 957 kJmol1 、5 492 kJmol1 ，二者相差很大的原因是_。(5)D 与 E 所形成化合物晶体的晶胞如图所示：9在该晶胞中，E 的配位数为_。原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。上图晶胞中，原子的坐标参数 a为(0,0,0)；b 为 ；
24、c 为 。则 d 原子的坐标参数为_。(12， 0， 12) (12， 12， 0)已知该晶胞的密度为 gcm3 ，则晶胞中两个 D 原子之间的最近距离为_ pm(列出计算式即可)。解析：由 A、D 同主族且有两种常见化合物 DA2和 DA3，可推出 A 为 O，D 为 S；由工业上电解熔融 C2A3制取单质 C，可推出 C 为 Al；B、E 均除最外层只有 2 个电子外，其余各层全充满，E 位于元素周期表的 ds 区，且 A、B、C、D、E 五种元素原子序数依次增大，可推出 B 为 Mg，E 为 Zn。(1)同周期主族元素第一电离能从左到右呈增大趋势，但第A 族、A 族元素的第一电离能大于其
25、相邻元素的，故 Mg、Al 中第一电离能较大的是 Mg。基态 S原子价电子的轨道表达式为 。(2)SO 2分子的 VSEPR 模型是平面三角形。(3)Al 2Cl6在加热时易升华，说明其熔沸点比较低，属于分子晶体；结合 Al2Cl6的球棍模型可得 Al 原子形成 4 个共价键，其杂化轨道类型为 sp3杂化。Al(OH) 4 中存在的化学键有极性共价键、配位键。(4)由于 Al3 比 Mg2 电荷多、半径小，所以 AlF3的晶格能比 MgF2的晶格能大得多。(5)在该晶胞中，1 个 Zn 原子与 4 个 S 原子相连，其配位数为 4。根据晶胞结构可知 d 原子的坐标参数为 。该晶胞中 S 和 Zn 的个数均是 4，又该晶(1，12， 12)胞的密度为 gcm3 ，则晶胞边长 a 1010pm，两个 S 原子之间的3 65 32 4NA最近距离为面对角线长度的一半，即为 1010 pm。22 3 65 32 4NA答案：(1)Mg (2)平面三角形(3)分子 sp 3 极性共价键、配位键(4)Al3 比 Mg2 电荷多、半径小(5)4 1010(1，12， 12) 22 3 65 32 4NA10
