届高考化学一轮复习山东专用晶体结构与性质学案.docx
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届高考化学一轮复习山东专用晶体结构与性质学案
专题八 晶体结构与性质
挖命题
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
难度
关联考点
晶胞
1.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算
2.了解金属晶体常见的堆积方式
2014山东理综,33,12分
难
杂化类型
共价键
★★★
晶体结构与性质
1.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别
2.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响
3.了解分子晶体结构与性质的关系
4.了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系
2016课标Ⅲ,37,15分
难
核外电子排布
元素周期律
★★★
分析解读 本专题作为高考命题区分度的重要题型,其命题是在综合题中,由前面定性考查,转向定量计算,反映考生理解能力和计算能力的重要依据。
试题难度大,为高考必考点。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 晶胞
1.（2018山东菏泽一模,35）砷（As）可作为半导体材料锗（Ge）和硅的掺杂元素,这些材料广泛应用于发光二极管、红外线发射器等。
回答下列问题:
（1）天然的SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类,结晶形SiO2能自发地呈现规则多面体外形的性质被称为晶体的 性,区分这两种形态的SiO2最可靠的方法是对固体进行 实验。
（2）基态砷原子的价电子排布图为 ,最高能层符号为 ,Ge、As、Se的第一电离能从大到小的顺序为 。
（3）锗元素与碳元素类似,可形成锗烷（GenH2n+2）,但至今没有发现n大于5的锗烷,根据下表提供的数据分析其中的原因:
。
化学键
C—C
C—H
Ge—Ge
Ge—H
键能（kJ·mol-1）
346
411
188
288
（4）GeCl4分子中的键角为 ,GeH4分子中Ge的 轨道和H的 轨道重叠形成σ键。
（5）立方砷化镓的晶胞如下图所示,已知晶胞边长为565pm,则Ga—As键的键长为 pm（只列出算式即可）,Ga—As键中共用电子对偏向 （填“Ga”或“As”）。
答案
（1）自范 X-射线衍射
（2）
N As>Se>Ge
（3）锗烷中Ge—Ge键和Ge—H键键能较小,易断裂,导致长链锗烷难以形成
（4）109°28' sp3杂化 1s （5）
×565 As
2.（2018山东天成第二次大联考,18）C、O、Si、S、Fe是重要的化学元素,在中学化学中对它们的单质和化合物的研究颇多。
（1）C、O、Si三种元素第一电离能由大到小的顺序是 。
（2）CS2是重要的溶剂,CS2中C原子的杂化方式为 ,其空间构型为 。
（3）基态Fe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 。
（4）晶胞推导有助于我们理解晶体结构。
①将NaCl晶胞（如下图）中的所有Cl-去掉,并将Na+全部换成Si原子,再在间隔的“小立方体”中心处各放置一个Si原子便构成了晶体Si的一个晶胞,若再在每两个距离最近的Si原子中心连线的中点处增添一个O原子,便构成了SiO2晶胞。
由此可推算SiO2晶胞中有 个Si原子, 个O原子。
②简述利用NaCl晶胞推导出CsCl晶胞的方法:
。
答案
（1）O>C>Si
（2）sp 直线形 （3）N 球形
（4）①8 16 ②将NaCl晶胞中面心上的Na+和棱上的Cl-全部去掉,将顶角上的Na+替换为Cs+（或其他合理答案）
考点二 晶体结构与性质
1.（2018山东七校联合体二模,35）C60具有完美的球形结构。
之后Si60、N60球形分子被不断制备出来。
回答下列问题:
（1）Si的核外电子排布式为 ,C和N元素中第一电离能较大的是 。
（2）富勒烯衍生物具有良好的光电性能,富勒烯（C60）的结构如上图所示,C60属于 晶体。
（3）N60的晶体中存在的作用力有 （填字母标号）。
A.共价键 B.离子键 C.氢键
D.范德华力 E.配位键 F.金属键
（4）氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成:
已知其阴离子构型为平面正三角形,则其阳离子的构型为 形,阳离子中氮的杂化方式为 。
（5）金属M（相对原子质量为m）与N60形成的化合物晶体结构如下图所示（其中白球代表N60,黑球代表金属M）,若其晶胞边长为kpm,NA代表阿伏加德罗常数的值,则其密度为 g·cm-3,该化合物中N60的配位数为 。
答案
（1）1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 N
（2）分子 （3）AD （4）直线 sp
（5）
或
4
2.（2018山东聊城三模,35）铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。
回答下列问题:
（1）铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是 。
（2）酞菁钴分子的结构简式如图所示,中心离子为钴离子,酞菁钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是 （填“1”“2”“3”或“4”）,三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为 （用相应的元素符号表示）;氮原子的杂化轨道类型为 。
（3）Fe（CO）x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe（CO）x晶体属于 （填晶体类型）,若配合物Fe（CO）x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18,则x= 。
（4）NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点:
NiO FeO（填“>”“<”或“=”）,原因是 。
（5）NiAs的晶胞结构如图所示:
①镍离子的配位数为 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,晶体密度为ρg·cm-3,则该晶胞中最近的Ni2+之间的距离为 cm。
（写出计算表达式）
答案
（1）铁
（2）2、4 N>C>H sp2、sp3 （3）分子晶体 5 （4）> 具有相同电荷数的离子半径越小,晶格能越大 （5）①4 ②
×
炼技法
【方法集训】
方法 有关晶胞的计算
1.（2017山东潍坊二模,35）C、O、N、Cl是重要的非金属元素,它们的单质和化合物有重要的应用。
回答下列问题:
（1）C、O、N、Cl四种元素中基态原子未成对电子数最多的是 ,C、O、Cl原子得到电子时放出热量,而N原子得到电子却吸收热量的原因是 。
（2）N
的空间构型为 ;H2O分子中H—O键间的键角小于NH3分子中N—H键间的键角的原因
是 。
（3）CO可形成多种配位化合物,CO的结构式为 ,与CO互为等电子体且带1个单位负电荷的阴离子化学式为 。
（4）C元素的单质石墨烯的结构可以看作是单层的石墨,其中碳原子的杂化方式为 ;C60的晶体结构类似于干冰,则每个C60晶胞的质量为 g（用含NA的式子表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。
（5）NaCl晶体的结构如下图所示。
已知:
NaCl晶体的密度为ag·cm-3,则NaCl晶体中最近两个Na+的距离
为 cm（用含a、NA的式子表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。
答案
（1）N N的核外电子排布为1s22s22p3,2p轨道半充满,比较稳定;如果得到电子,破坏稳定状态,需要吸收能量
（2）平面三角形 H2O中O原子有两对孤对电子,NH3中N原子只有一对孤对电子,H2O中孤对电子对成键电子的排斥力更大,因而键角变得更小 （3）
CN- （4）sp2
（5）
×
2.（2018山东聊城一模,35）金属钛（22Ti）、铁（26Fe）及其相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。
回答下列问题:
（1）基态Ti原子中,最高能层电子的电子云轮廓形状为 ,与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有 种。
（2）琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是 。
（3）SCN-可用于Fe3+的检验,其对应的酸有两种,分别为硫氰酸（H—S—
）和异硫氰酸（H—N
C
S）。
①写出与SCN-互为等电子体的一种微粒:
（分子或离子）;
②硫氰酸分子中π键和σ键的个数之比为 ;
③异硫氰酸的沸点比硫氰酸沸点高的原因是 。
（4）TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂,如:
nCH3CH
CH2
CH（CH3）—CH2。
该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有 ;反应涉及的元素中电负性最大的是 。
（5）Ti的某种氧化物和CaO相互作用所形成的钛酸盐的晶胞结构如图所示（Ti4+位于立方体的顶点,Ca2+处于立方体的中心）。
该晶体中,Ti4+和周围 个O2-紧邻;若该晶胞的密度为dg/cm3,则钛氧键的键长
为 cm（用含NA的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。
答案
（1）球形 2
（2）Fe3+的3d轨道半充满更稳定 （3）①N2O、CO2、CS2、OCN- ②2∶3 ③异硫氰酸分子间含有氢键 （4）sp2、sp3 Cl （5）12
×
过专题
【五年高考】
A组 山东省卷、课标卷题组
考点一 晶胞
1.（2014课标Ⅰ,37,15分）早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。
回答下列问题:
（1）准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过 方法区分晶体、准晶体和非晶体。
（2）基态Fe原子有 个未成对电子,Fe3+的电子排布式为 。
可用硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为 。
（3）新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。
乙醛中碳原子的杂化轨道类型为 ,1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为 。
乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是 。
Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
（4）Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405nm,晶胞中铝原子的配位数为 。
列式表示Al单质的密度 g·cm-3（不必计算出结果）。
答案
（1）X-射线衍射
（2）4 1s22s22p63s23p63d5 血红色
（3）sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16
（4）12
2.（2014山东理综,33,12分）石墨烯（图甲）是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯（图乙）。
（1）图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为 。
（2）图乙中,1号C的杂化方式是 ,该C与相邻C形成的键角 （填“>”“<”或“=”）图甲中1号C与相邻C形成的键角。
（3）若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有 （填元素符号）。
（4）石墨烯可转化为富勒烯（C60）,某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱上与内部。
该晶胞中M原子的个数为 ,该材料的化学式为 。
答案
（1）3
（2）sp3 < （3）O、H （4）12 M3C60
考点二 晶体结构与性质
3.（2016课标Ⅲ,37,15分）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。
回答下列问题:
（1）写出基态As原子的核外电子排布式 。
（2）根据元素周期律,原子半径Ga As,第一电离能Ga As。
（填“大于”或“小于”）
（3）AsCl3分子的立体构型为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
（4）GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是 。
（5）GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。
该晶体的类型为 ,Ga与As以 键键合。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。
答案
（1）[Ar]3d104s24p3（1分）
（2）大于（2分） 小于（2分）
（3）三角锥形（1分） sp3（1分）
（4）GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体（2分）
（5）原子晶体（2分） 共价（2分）
×100%（2分）
4.（2015课标Ⅰ,37,15分）碳及其化合物广泛存在于自然界中。
回答下列问题:
（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。
在基态14C原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
（2）碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是 。
（3）CS2分子中,共价键的类型有 、C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。
（4）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,其固体属于 晶体。
（5）碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:
①在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C原子。
②在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接 个六元环,六元环中最多有 个C原子在同一平面。
答案 （15分）
（1）电子云 2（每空1分,共2分）
（2）C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构（2分）
（3）σ键和π键 sp CO2、SCN-（或COS等）（2分,1分,2分,共5分）
（4）分子（2分）
（5）①3 2（每空1分,共2分）
②12 4（每空1分,共2分）
5.（2017课标Ⅲ,35,15分）研究发现,在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2
CH3OH+H2O）中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。
回答下列问题:
（1）Co基态原子核外电子排布式为 。
元素Mn与O中,第一电离能较大的是 ,基态原子核外未成对电子数较多的是 。
（2）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为 和 。
（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn（NO3）2中的化学键除了σ键外,还存在 。
（5）MgO具有NaCl型结构（如图）,其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420nm,则r（O2-）为 nm。
MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448nm,则r（Mn2+）
为 nm。
答案
（1）[Ar]3d74s2 O Mn
（2）sp sp3
（3）H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大
（4）离子键和π键（
键）
（5）0.148 0.076
B组 其他自主命题省（区、市）卷题组
考点一 晶胞
1.（2017江苏单科,21A,12分）铁氮化合物（FexNy）在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。
某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
（1）Fe3+基态核外电子排布式为 。
（2）丙酮（
）分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1mol丙酮分子中含有σ键的数目为 。
（3）C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。
（4）乙醇的沸点高于丙酮,这是因为 。
（5）某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe（x-n）CunNy。
FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
图1 FexNy晶胞结构示意图
图2 转化过程的能量变化
答案
（1）[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
（2）sp2和sp3 9mol （3）H考点二 晶体结构与性质
2.（2016海南单科,19-Ⅱ,14分）M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子。
元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。
回答下列问题:
（1）单质M的晶体类型为 ,晶体中原子间通过 作用形成面心立方密堆积,其中M原子的配位数为 。
（2）元素Y基态原子的核外电子排布式为 ,其同周期元素中,第一电离能最大的是 （写元素符号）。
元素Y的含氧酸中,酸性最强的是 （写化学式）,该酸根离子的立体构型为 。
（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为 ,已知晶胞参数a=0.542nm,此晶体的密度为 g·cm–3。
（写出计算式,不要求计算结果。
阿伏加德罗常数为NA）
②该化合物难溶于水但易溶于氨水,其原因是 。
此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色,深蓝色溶液中阳离子的化学式为 。
答案
（1）金属晶体 金属键 12
（2）1s22s22p63s23p5 Ar HClO4 正四面体
（3）①CuCl
或
②Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子）[Cu（NH3）4]2+
3.（2018海南单科,19-Ⅱ,14分）黄铜矿是主要的炼铜原料,CuFeS2是其中铜的主要存在形式。
回答下列问题:
（1）CuFeS2中存在的化学键类型是 。
下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是 （填标号）。
（2）在较低温度下CuFeS2与浓硫酸作用时,有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。
①X分子的立体构型是 ,中心原子杂化类型为 ,属于 （填“非极性”或“极性”）分子。
②X的沸点比水低的主要原因是 。
（3）CuFeS2与氧气反应生成SO2,SO2中心原子的价层电子对数为 ,共价键的类型有 。
（4）四方晶系CuFeS2晶胞结构如图所示。
①Cu+的配位数为 ,S2-的配位数为 。
②已知:
a=b=0.524nm,c=1.032nm,NA为阿伏加德罗常数的值,CuFeS2晶体的密度是 g·cm-3（列出计算式）。
答案
（1）离子键 CD
（2）①V形 sp3 极性 ②水分子间存在氢键 （3）3 σ键和π键 （4）①4 4 ②
C组 教师专用题组
考点一 晶胞
1.（2013课标Ⅰ,37,15分）硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。
回答下列问题:
（1）基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 ,电子数为 。
（2）硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。
（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以 相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献 个原子。
（4）单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。
工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为 。
（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/（kJ·mol-1）
356
413
336
226
318
452
①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是 。
②SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是 。
（6）在硅酸盐中,Si
四面体[如图（a）]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。
图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
答案
（1）M 9 4
（2）二氧化硅 （3）共价键 3
（4）Mg2Si+4NH4Cl
SiH4+4NH3+2MgCl2
（5）①C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定。
而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成
②C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定。
而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
（6）sp3 1∶3 [SiO3
（或Si
）
考点二 晶体结构与性质
2.（2013课标Ⅱ,37,15分）前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。
回答下列问题:
（1）D2+的价层电子排布图为 。
（2）四种元素中第一电离能最小的是 ,电负性最大的是 。
（填元素符号）
（3）A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为 ;D的配位数为 ;
②列式计算该晶体的密度 g·cm-3。
（4）A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有 ;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是 。
答案
（1）
（2分）
（2）K F（每空2分,共4分）
（3）①K2NiF4 6（2分,1分,共3分）
②
=3.4（2分）
（4）离子键、配位键 [FeF6]3- F-（2分,1分,1分
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