第3讲-晶体结构与性质(作业).doc

课时跟踪检测(五十七)　晶体结构与性质(基础课)

1．(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的________，而Cl－位于该晶胞的________，Cs＋的配位数是________。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/(kJ·mol－1)
786
715
3 401

则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________________________。其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。

解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，微粒个数比为1∶1，化学式为CuH，CuH与Cl2反应，产物为CuCl2和HCl，化学方程式为2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
答案：(1)2　体心　顶点　8
(2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl
(3)F－　(4)TiN>MgO>CaO>KCl　12
2．现有几组物质的熔点(℃)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)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为_____________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共同的物理性质。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
答案：(1)原子　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)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
3．铬的同位素有Cr、Cr、Cr、Cr。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
(1)基态Cr的价层电子排布图为_______________________________________________
_________________________________________________。
(2)交警用“酒精仪”查酒驾，其化学反应原理为2K2Cr2O7＋3CH3CH2OH＋8H2SO4―→3CH3COOH＋2Cr2(SO4)3＋2K2SO4＋11H2O。
①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3(二甲醚)、HCOOCH3(甲酸甲酯)，主要原因是_______________________________________________________________。
②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是__________；CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为________。
③K2SO4晶体中阴离子的立体构型是________________________________________。
该反应中，只含极性键的极性分子有________________________(填分子式)。
(3)CrF3晶体、CrBr3晶体的熔点分别为1 100 ℃以上、79 ℃，其可能的原因是________________________________________________________________________。
(4)晶体铬的晶胞结构如图所示，其堆积模型为____________；铬原子的配位数为____________。

解析：(1)基态铬原子的价层电子排布图为(2)①乙醇、乙酸分子间存在氢键，氢键比范德华力强，所以，乙醇的沸点高于二甲醚，乙酸的沸点高于甲酸甲酯。②CH3COOH分子中—CH3中碳原子采用sp3杂化，—COOH中碳原子采用sp2杂化。单键都是σ键，1个碳氧双键含1个σ键和1个π键，故CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为7∶1。③K2SO4的阴离子是SO，SO的立体构型是正四面体形，乙醇、乙酸分子中存在碳碳非极性键，H2O、H2SO4分子中只含极性键。(3)三氟化铬、三溴化铬的晶体类型不同，故熔点相差较大。(4)图中为体心立方堆积，铬原子的配位数为8。
答案：(1) (2)①CH3CH2OH、CH3COOH分子间存在氢键
②sp2、sp3　7∶1　③正四面体形　H2O、H2SO4
(3)CrF3是离子晶体，CrBr3是分子晶体，离子键比分子间作用力强　(4)体心立方堆积　8
4．下面是一些晶体的结构示意图。

(1)下列关于晶体的说法正确的是________(填字母)。
A．晶体的形成与晶体的自范性有关
B．可以用X­射线衍射仪区分晶体和非晶体
C．石蜡是非晶体，但有固定的熔点
D．晶胞就是晶体
(2)图甲表示的是晶体的二维平面示意图，a、b中可表示化学式为AX3的化合物的是________(填“a”或“b”)。
(3)图乙表示的是金属铜的晶胞。
①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________，铜原子的配位数为________。
②该晶胞称为________(填字母)。
A．六方晶胞　B．体心立方晶胞　C．面心立方晶胞
(4)NiO、FeO的晶体结构相同，且r(Fe2＋)>r(Ni2＋)，NiO的熔点为1 960 ℃，则FeO的熔点________(填“>”或“<”)1 960 ℃，判断的依据是__________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在一定条件下，物质能形成具有几何形状的晶体，这个过程与晶体的自范性有关，A项正确；区别晶体与非晶体最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验，B项正确；非晶体没有固定的组成，没有固定的熔点，C项错误；晶体是由数量庞大的晶胞无隙并置而成的，D项错误。(2)a中每个黑球周围有6个白球，而每个白球周围有3个黑球，故黑球与白球数目之比为1∶2，b中每个黑球周围有6个白球，而每个白球周围有2个黑球，故黑球与白球数目之比为1∶3，a所示物质的化学式为AX2、b所示物质的化学式为AX3。(3)①根据晶胞结构和均摊法知，该晶胞中Cu原子个数＝8×＋6×＝4；在铜的晶胞中，顶点上的铜原子被8个晶胞共有，每个晶胞中与1个顶点上铜原子距离最近的铜原子数是3，每个面上的铜原子被2个晶胞共有，所以铜原子的配位数是3×8×＝12。②晶胞中铜原子位于顶点和面心，即该晶胞称为面心立方晶胞，C项正确。(4)NiO和FeO均为离子晶体，且晶体中阴、阳离子所带电荷数均相同，由于半径：Fe2＋>Ni2＋，则晶格能：FeO<NiO，由此判断熔点：NiO>FeO。
答案：(1)AB　(2)b　(3)①4　12　②C　(4)<　两者均为离子晶体，且阴、阳离子电荷数均为2，但Fe2＋的离子半径较大，FeO的晶格能小，因此FeO的熔点较低
5．(1)Al2O3、SiC、Si、金刚石中属于原子(共价)晶体的有________________________，其熔点由高到低的顺序为____________，理由是________________________。
(2)干冰、冰二者的熔点较高的是________，其理由是________________________。
(3)CS2熔、沸点高于CO2的理由是________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)BN、MgBr2、SiCl4的熔点由高到低的顺序为________________________。
(5)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“<”)BF的熔点，其原因是____________________________________。
解析：(1)SiC、Si、金刚石为原子晶体，原子晶体中共价键键长越短，键能越大，熔、沸点越高。(2)冰晶体中含有氢键，熔点比干冰高。(3)CS2、CO2均为分子晶体，组成、结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。(4)BN为原子晶体，MgBr2为离子晶体，SiCl4为分子晶体，故熔点：BN>MgBr2>SiCl4。
答案：(1)SiC、Si、金刚石　金刚石>SiC>Si　C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大，键能依次减小，熔点依次降低
(2)冰　冰晶体中分子间存在氢键
(3)CS2和CO2均为分子晶体，CS2的相对分子质量大，分子间作用力大，因此CS2熔、沸点高于CO2
(4)BN>MgBr2>SiCl4
(5)>　两者均为离子化合物，且离子所带电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低
6．N、Ga元素因其在生产、生活和科研领域的重要作用而备受关注。
请回答下列问题：
(1)基态Ga原子中含有________种能量不同的电子，其中能量最高的电子的电子云轮廓图的形状为____________________。
(2)Ga单质有晶体和玻璃体两种形态，区别二者最可靠的科学方法为_________
_____________________________________________________。
(3)Ga分别与N、P、As形成化合物的晶体结构与金刚石相似，其熔点如下表所示：
物质
GaN
GaP
GaAs
熔点/℃
1 700
1 465
1 238

①从结构的角度分析，三种晶体熔点不同的原因为_____________________________
________________________________________________________________________。
②GaN晶体中含有的化学键类型为________(填字母)。
A．离子键　　　　　　 B．配位键
C．σ键 D．π键
E．氢键
(4)一种铜的溴化物晶胞结构如图所示，若将图中的Cu去掉，再把所有的Br换成Cu，得到晶体铜的晶胞结构，则晶体铜的堆积方式为________，某同学将基态铜原子的价电子错误地写为3d94s2，违背了核外电子排布规律中的________。

(5)下列关于上述铜的溴化物晶胞结构说法正确的是________(填字母)。
A．该化合物的化学式为CuBr2
B．铜的配位数为8
C．与Br紧邻的Br有12个
D．由图中P点和Q点的原子坐标参数，确定R点的原子坐标参数为
解析：(1)基态Ga原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，同能级电子的能量相同，故有8种能量不同的电子，其中能量最高的电子在4p能级，其电子云轮廓图的形状为哑铃形。(2)区分晶体和非晶体最科学的方法为X­射线衍射实验。(3)①三种晶体均为原子晶体，原子晶体的熔点高低受键能影响，随着N、P、As原子半径增大，键长增长， 键能减小，对应物质的熔点降低；②原子晶体中不含离子键，该晶体中，原子和原子之间靠单键相连，故不含π键，氢键不属于化学键，GaN晶胞结构与金刚石相似，内部的碳原子被N原子代替，顶点和面心的碳原子被Ga原子代替，说明一个N原子形成了4个σ键，其中存在1个配位键，B、C正确。(4)晶胞中铜原子位于面心、顶点上，属于面心立方最密堆积；根据洪特规则，对于同一电子亚层，当电子排布为全充满、半充满或全空时是比较稳定的结构，基态铜原子价电子应为3d104s1，若写为3d94s2，则违背了核外电子排布规律中的洪特规则(特例)。(5)根据均摊法，晶胞中含有的铜原子数目为4个，含有的溴原子数是8×＋6×＝4，所以晶胞的化学式是CuBr，A错误；Cu原子与4个Br原子成键，Cu原子的配位数为4，B错误；根据晶胞图可知，与每个Br紧邻的Br有12个，C正确；图中P点原子坐标参数为(0,0,0)，Q点原子坐标参数为，晶胞边长设为1，P与R间的距离为晶胞对角线长的，则R点的原子坐标参数为，D正确。
答案：(1)8　哑铃形　(2)X­射线衍射实验　(3)①三种晶体均为原子晶体，N、P、As原子半径增大，键长增长，键能减小，熔点降低　②BC　(4)面心立方最密堆积　洪特规则(特例)　(5)CD
7．(1)火箭使用的推进剂燃料由N、H两种元素组成，且原子个数N(N)∶N(H)＝1∶2，其水溶液显碱性，则该物质中N原子的杂化方式为____________。
(2)笑气(N2O)曾被用作麻醉剂，但过度吸食会导致身体机能紊乱。预测N2O的结构式为____________________。
(3)在电解冶炼铝过程中加入冰晶石(用“A”代替)，可起到降低Al2O3熔点的作用。冰晶石的生产原理为2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2A＋3CO2↑＋9H2O。

①冰晶石的化学式为____________。
②冰晶石由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，位于大立方体的顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，位于大立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是________(填微粒符号)。
③冰晶石溶液中不存在的微粒间作用力有________(填字母)。
A．离子键 B．共价键
C．配位键 D．金属键
E．范德华力 F．氢键
④Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示。若已知Al的原子半径为d cm，NA代表阿伏加德罗常数的值，Al的相对原子质量为M，则晶胞中Al原子的配位数为________。

(4)配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点为103 ℃，可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图戊所示：
①Fe(CO)5晶体类型属于________晶体。
②关于Fe(CO)5，下列说法正确的是________。
A．Fe(CO)5是非极性分子，CO是极性分子
B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键
D．反应Fe(CO)5===Fe＋5CO↑没有新化学键生成
解析：(1)火箭燃料为N2H4，其结构可表示为H2N—NH2，其中N有3个σ键电子对和1对孤电子对，故N2H4中N采用sp3杂化。(2)N2O与CO2互为等电子体，CO2的结构式为O===C===O，故N2O的结构式为N===N===O。(3)①根据质量守恒定律分析，冰晶石的化学式为Na3AlF6。②位于大立方体的顶点和面心，属于该晶胞的份额为8×＋6×＝4，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，属于该晶胞的份额为12×＋8＝11，要使两种离子的个数比为1∶3，则大立方体的体心处为Na＋。③冰晶石溶液中存在Na＋、AlF、水，还有水电离出的OH－和H＋，AlF中存在共价键和配位键，水分子中存在共价键，水分子间存在范德华力和氢键，所以不存在离子键和金属键。④在晶胞中以面心的铝原子为中心，与其距离最近的等距离的铝原子有12个，即铝的配位数为12。(4)①配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点为103 ℃，熔、沸点较低，说明该配合物为分子晶体。②Fe(CO)5为对称结构，分子中正、负电荷中心重合，属于非极性分子，CO为极性分子，A项正确；Fe(CO)5中Fe原子与CO形成配位键，铁原子提供空轨道，B项错误；铁与CO形成5个配位键，CO分子中O提供1对孤电子对与1个碳原子形成1个配位键，所以1 mol Fe(CO)5中含有10 mol配位键，C项正确；反应Fe(CO)5===Fe＋5CO↑得到铁单质，形成金属键，D项错误。
答案：(1)sp3　(2)N===N===O
(3)①Na3AlF6　②Na＋　③AD　④12　(4)①分子　②AC