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晶体结构与性质专题训练及答案非选择题(本题包括7小题,共100分)1.(16分)(2018·内江模拟)铁氰化钾,化学式为K3[Fe(CN)6],主要应用于制药、电镀、造纸、钢铁生产等工业。其煅烧分解生成KCN、FeC2、N2、(CN)2等物质。(1)基态钾原子核外电子排布式简写为________。K3[Fe(CN)6]中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是________,各元素的第一电离能由大到小的顺序为________。(2)(CN)2分子中存在碳碳键,则分子中σ键与π键数目之比为________。KCN与盐酸作用可生成HCN,HCN的中心原子的杂化轨道类型为________。(3)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253K,沸点为为376K,其固体属于________晶体。(4)如图是金属单质常见的两种堆积方式的晶胞模型。①铁采纳的是a堆积方式,铁原子的配位数为________,该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为________(用含π的最简代数式表示)。②常见的金属铝采纳的是b堆积方式,铝原子的半径为rpm,则其晶体密度为________g·cm(用含有r、NA的最简代数式表示)。【解析】(1)钾(K)为19号元素,原子核外共有19个电子,由于3d和4s轨道能级交错,第19个电子填入4s轨道而不填入3d轨道,基态钾原子核外电子排布式为1s2s2p3s3p4s简写为[Ar]4s;铁原子的基态电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s,碳原子的基态电子排布式为1s2s2p,氮原子的基态电子排布式为1s2s2p,则K、Fe、C、N基态原子核外未成对电子数依次为1、4、2、3,所以K3[Fe(CN)6]中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是Fe(铁)。第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量,第一电离能主要体现的是元素失电子的能力,C、N为非金属元素都较难失电子,C、N同周期,氮原子序数大于C,且N最外层2p能级容纳3的电子,为半满稳定状态,能量较低,第一电离能也高于同周期相邻元素;K、Fe是金属元素都较易失电子,且K比Fe活泼,故K的第一电离能小于Fe的第一电离能,综上分析,各元素的第一电离能由大到小的顺序为NCFeK。(2)(CN)2分子中存在碳碳键,结构式为键与π键数目之比为3∶4。HCN的结构式为电子对为2,sp杂化。(3)Fe(CO)5的熔点为253K,沸点为376K,熔沸点比较低,属于分子晶体。,共价单键是σ键,共价三键中含有2个π键1个σ键,则分子中σ,所以碳为中心原子,形成4个共价键,没有孤电子对,碳的价层22626622222232262611-3-1-(4)①铁的a堆积方式为体心立方堆积,与一个铁原子最近的铁原子距离为立方体边长的错误！未找到引用源。,这样的原子有八个,所以铁的配位数为8;如图所示:,晶胞中铁原子数为8×错误！未找到引用源。+13×1=2,体心立方晶胞中r=错误！未找到引用源。a,所以铁原子总体积=2×错误！未找到引用源。πr=2×错误！未找到引用源。π错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。πa,晶胞体积=a,则该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为错误！未找到引用源。π。②铝的b堆积方式为面心立方堆积,晶胞中含有铝原子数为8×错误！未找到引用源。+6×错误！未找到引用源。=4,33则晶胞质量为错误！未找到引用源。g;该晶胞结构侧面可用如图表示:2-102,铝原子半径rpm=r×10cm,-10-10设晶胞边长为acm,晶胞边长a与铝原子的半径为r的关系为2a=(4r×10),解得a=2错误！未找到引用源。r×10,所以晶胞体积为(2错误！未找到引用源。r×10)cm,根据密度=错误！未找到引用源。,则晶体密度为错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。g·cm。答案:(1)[Ar]4sFe(铁)NCFeK(2)3∶4sp(3)分子(4)①8错误！未找到引用源。②错误！未找到引用源。2.(15分)(2017·全国卷Ⅰ)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中存在错误！未找到引用源。离子。错误！未找到引用源。离子的几何构型为________,中心原子的杂化形式为________________。1-3-1033(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。【解析】(1)紫色光波长范围大约在380nm到440nm之间,故选A。-2-(2)基态K原子中,最外层电子排布为4s,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。K和Cr都属于金属晶体,Cr的价电子数多,半径小,金属键强,所以K的熔点、沸点等都比金属Cr低。(3)根据计算公式,错误！未找到引用源。的价层电子对数=(7+2×1-1)/2=4,结构如下:个σ键,有两对孤电子对,因此杂化方式为sp,构型为V形。(4)根据晶胞结构,位于顶角的K和位于相邻面心的O之间的距离最短,且刚好等于晶胞面对角线长度的一半,因此最短距离=错误！未找到引用源。a/2≈1.414×0.446/2≈0.315(nm)。求与K紧邻的O个数,即求顶角周围面心的个数,其实也就是面心立方密堆积的配位数为12。(5)若将体心的位置设定为顶角,原本顶角的位置变成了体心,面心的位置变成了棱心。因此K位于体心位置,O位于棱心位置。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sp(4)0.31512(5)体心棱心3.(12分)(2018·抚顺模拟)地球表面十公里厚的地层中,含钛元素达千分之六,比铜多61倍,金属钛(Ti)被誉为21世纪金属,其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料,经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如图)。331,中心碘原子形成了两图中的M是短周期金属元素,M的部分电离能如下表:电离能/738(kJ·mol)请回答下列问题:(1)TiO2为离子晶体,已知晶体中阳离子的配位数为6,阴离子的配位数为3,则阳离子的电子排布式为__________。(2)金属Ti与金属M的晶体原子堆积模型相同,其堆积模型为__________(填写堆积模型名称),晶体中原子在二维平面里的配位数为________________。(3)室温下TiCl4为无色液体,沸点为136.4℃,由此可知其晶体类型为__________,构成该晶体的粒子的空间构型为__________。-3--1I1I21451I37733I410540I513630(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似,如图所示,已知该氮化钛的密度为ρg·cm,则该晶胞中N、Ti之间的最近距离为__________pm(NA为阿伏加德常数的数值,只列算式)。该晶体中与钛原子距离相等且最近的钛原子有__________个。-3(5)科学家通过X射线探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似。且知三种离子晶体的晶格能数据如下:离子晶体晶格能786/(kJ·mol)KCl、CaO、TiN三种离子晶体硬度由低到高的顺序为__________。【解析】(1)Ti是阳离子,Ti是22号元素,因此Ti的电子排布式为1s2s2p3s3p。(2)根据金属M的电离能,在第二电离能到第三电离能发生突变,说明最外层有2个电子,M是短周期金属元素,根据部分电离能,推出是Mg,金属Ti与Mg的晶体原子堆积模型相同,因此堆积模型为六方最密堆积,二维平面里的配位数为6。(3)TiCl4为无色液体,且沸点较低,符合分子晶体的特点,因此TiCl4属于分子晶体,空间构型为正四面体。(4)根据晶胞的结构,最近N和Ti的位置是棱长的一半,设棱长为apm,晶胞中Ti位于棱上和体心,个数为12×错误！未找到引用源。+1=4,N位于面心和顶点,个数为8×错误！未找到引用源。+6×错误！未找到引用源。=4,化学式为TiN,晶胞的质量为错误！未找到引用源。g,根据密度的定义求Ti和N的最近距离是错误！未找到引用源。×10,根据晶胞的结构,距离Ti最近的Ti上面有四个,同一平面的有4个,下面有4个,共有12个。(5)晶格能越大,硬度越大,晶格能与阴阳离子所带电荷数以及阴阳离子的半径有关,所带电荷数越多,半径越小,晶格能越大,硬度越大,即KClCaOTiN。答案:(1)1s2s2p3s3p(2)六方最密堆积6(3)分子晶体正四面体(4)错误！未找到引用源。×1012(5)KClCaOTiN4.(10分)(2018·吉林模拟)已知:A、B、C、D、E、F、G七种元素的核电荷数依次增大,属于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基态时p轨道半充满且电负性是同族元素中最大的;D、E原子核外的M层中均有两个未成对电子;G原子核外最外层电子数与B相同,其余各层均充满。B、E两元素组成化合物B2E的晶体为离子晶体。C、F的原子均有三个能层,C原子的第一至第四电离能(kJ·mol)分别为578、1817、2745、11575;C与F能形成原子数目比为1∶3、熔点为190℃的化合物Q。-11022626104+22626-1NaClKCl715CaO3401-4-(1)B的单质晶体为体心立方堆积模型,其配位数为__________;E元素的最高价氧化物分子的立体构型是________________。F元素原子的核外电子排布式是________________,G的高价离子与A的简单氢化物形成的配离子的化学式为__________。(2)试比较B、D分别与F形成的化合物的熔点高低并说明理由______________________________。(3)A、G形成某种化合物的晶胞结构如图所示。若阿伏加德罗常数为NA,该化合物晶体的密度为ag·cm,其晶胞的边长为__________cm。-3(4)在1.01×10Pa、t1℃时,气体摩尔体积为53.4L·mol,实验测得Q的气态密度为5.00g·L,则此时Q的组成为(写化学式)__________。【解析】A、B、C、D、E、F、G七种元素的核电荷数依次增大,属于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基态时p轨道半充满且电负性是同族元素中最大的,因此A是N。D、E原子核外的M层中均有两个未成对电子,则D的M层为3s3p,是Si。E的M层为3s3p,是S。B、E两元素组成化合物B2E的晶体为离子晶体,所以B为ⅠA族的金属,B应该是钠元素。G原子核外最外层电子数与B相同,其余各层均充满,且G的原子序数最大,因此G是铜。C、F的原子均有三个能层,因此C、F在第3周期。C的逐级电离能前三个数据接近,第四电离能突变,所以易失去三个电子,为第ⅢA族元素,C是铝。C与F能形成原子数目比为1∶3、熔点为190℃的化合物Q,说明F为-1价,即F为氯元素。(1)金属钠的单质晶体为体心立方堆积模型,其配位数为8;E元素的最高价氧化物分子是三氧化硫,其中心原子硫原子含有的孤电子对数=(6-3×2)÷2=0,所以三氧化