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姓名 班級 考號
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第三章　晶體結構與性質
注意事項
1.全卷滿分100分。考試用時75分鐘。
2.可能用到的相對原子質量:H 1　C 12　N 14　O 16　Na 23　S 32　Cl 35.5　Cr 52　Mn 55　Fe 56　Cu 64　Se 79。
一、選擇題(本題共15小題,每小題3分,共45分。每小題只有一個選項符合題意)
1.在20世紀90年代末,科學家發現碳有新的單質形態C60存在。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等一些球碳分子。21世紀初,科學家又發現了管狀碳分子,大大豐富了碳元素單質的家族。下列有關碳元素單質的說法錯誤的是(　　)
A.金剛石和石墨的熔點比球碳分子、管狀碳分子的熔點高
B.球碳分子、管狀碳分子和石墨互為同位素
C.球碳分子、管狀碳分子都能與O2發生反應
D.金剛石屬于共價晶體,球碳分子、管狀碳分子屬于分子晶體
2.下列晶體的化學式中錯誤的是(　　)
　　　　　　　　　
3.下列各組物質的熔點均與所含化學鍵強弱無關的是(　　)
A.金屬鈉與干冰　　　　B.純堿與冰醋酸
C.金剛砂與石墨　　　　D.硫黃與碘
4.澤維爾研究發現,當用激光脈沖照射NaI使Na+和I-的核間距為1.0~1.5 nm時,呈離子鍵;當兩核靠近,相距0.28 nm時,呈共價鍵。根據澤維爾的研究成果能得出的結論是(　　)
A.NaI晶體是離子晶體和分子晶體的混合物
B.離子晶體可能含有共價鍵
C.NaI晶體中既有離子鍵,又有共價鍵
D.共價鍵和離子鍵沒有絕對的界限
5.某同學分別向0.1 mol·L-1 NaCl溶液、5 mol·L-1 NaCl溶液中滴加2滴0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,均有白色沉淀產生,振蕩后,前者沉淀不消失、后者沉淀消失。查閱水溶液中銀氯配合物離子及AgCl的分布曲線(以銀的百分含量計)如圖所示,下列說法不正確的是(　　)
A.AgCl在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同
B.銀氯配合物離子中Ag+是中心離子,Cl-是配體
C.上述實驗中,白色沉淀消失的離子方程式是Ag++4Cl- AgC
D.推測濃鹽酸中滴加2滴0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,產生白色沉淀,振蕩后沉淀消失
6.單質硫和H2在低溫、高壓下可形成新型超導材料,其晶胞如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.S位于元素周期表p區
B.該物質的化學式為H3S
C.S位于H構成的四面體空隙中
D.該晶體不屬于分子晶體
7.Fe3+形成的某種配離子結構如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.Fe3+和Fe2+核外未成對電子數之比為5∶4
B.該配離子中Fe3+的配位數為6
C.該配離子中含有的化學鍵有離子鍵、共價鍵和配位鍵
D.Fe3+可以用KSCN溶液鑒別,也是因為反應生成了配離子
8.某晶體的晶胞結構如圖所示,黑球、白球均為C60。下列說法正確的是(　　)
A.C60的配位數為6　　　　B.該晶體屬于分子晶體
C.其硬度取決于共價鍵　　　　D.1個晶胞中含有60個碳原子
9.已知兩種短周期元素X、Y的原子價層電子排布式分別為3s1、nsnnp2n。這兩種元素組成的一種晶體的晶胞結構如圖所示,晶胞參數為a nm。下列敘述錯誤的是(　　)
A.該晶體的化學式為Na2O
B.Y離子的配位數為4
C.該晶體為離子晶體
D.該晶體的密度為×1021g/cm3
10.我國科研工作者利用冷凍透射電子顯微鏡同步輻射等技術,在還原氧化石墨烯膜上直接觀察到了自然環境下生成的某二維晶體,其結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該二維晶體的化學式為CaCl2　　　　 B.Ca—Cl—Ca的鍵角為60°
C.Can+和Cl-的配位數均為3　　　　D.該晶體可由鈣在氯氣中燃燒制得
11.實驗室用K3[Fe(CN)6]檢驗Fe2+的離子方程式為Fe2++K++[Fe(CN)6]3- KFe[Fe(CN)6]↓。下列有關說法正確的是(　　)
A.K3[Fe(CN)6]中鐵離子的配位數為3
B.1 mol [Fe(CN)6]3-中含12 mol σ鍵
C.形成配位鍵時,CN-中氮原子提供孤電子對
D.Fe2+失去1個電子比Mn2+失去一個電子更難
12.在堿性溶液中,Cu2+可以與縮二脲形成紫色配離子,其結構如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.該配離子與水分子形成氫鍵的原子只有N和O
B.該配離子中銅離子的配位數是4
C.基態Cu原子的價層電子排布式是3d104s1
D.該配離子中非金屬元素的電負性大小順序為O>N>C>H
13.冠醚能與陽離子,尤其是與堿金屬離子作用,并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子作用。18-冠-6與鉀離子作用(如圖1)但不與鋰離子或鈉離子作用。圖2是由四種原子序數依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z “組合”成的超分子(實線代表共價鍵,其他重復的W、X未標注),W、X、Z分別位于不同周期,Z的原子半徑在同周期主族元素中最大。下列說法中錯誤的是(　　)
　　　
A.X的氫化物的沸點一定低于Y的氫化物
B.Z與Y可形成不止一種離子化合物
C.18-冠-6與K+作用,不與Li+或Na+作用,說明超分子有“分子識別”的特性
D.圖2為15-冠-5與鈉離子“組合”形成的超分子
14.科學家研究利用CaF2晶體釋放出的Ca2+和F-脫除硅烷,拓展了金屬氟化物材料的生物醫學功能。CaF2晶體的晶胞結構如圖,下列說法錯誤的是(　　)
A.F、Si、Ca元素電負性依次減小,原子半徑依次增大
B.OF2與SiO2中含有的化學鍵類型和氧原子雜化方式均相同
C.圖中A處原子坐標參數為(0,0,0),則B處原子坐標參數為(,,)
D.脫除硅烷反應速率依賴于晶體提供自由氟離子的能力,脫硅能力BaF215.已知Cu2-xSe晶胞結構如圖所示,該立方晶胞參數為a nm。阿伏加德羅常數的值為NA。下列說法正確的是(　　)
A.該晶體為金屬晶體
B.該晶胞中Se2-與Cu2+或Cu+之間的最短距離為a nm
C.該晶胞中Cu2+和Cu+的個數比為x∶(1-x)
D.晶體密度為×1021 g/cm3
二、非選擇題(本題共4小題,共55分)
16.(16分)超分子化學已逐漸擴展到化學的各個分支,還擴展到生命科學和物理學等領域。由Mo將2個C60分子、2個p-甲酸丁酯吡啶及2個CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結構如圖所示。
(1)Mo處于元素周期表第五周期第ⅥB族,核外電子排布與Cr相似,它的基態原子價層電子排布式是　　　　　;核外未成對電子數是　　　　。
(2)該超分子中存在的化學鍵類型有　　　　(填字母)。
A.σ鍵　　B.π鍵　　C.離子鍵　　D.氫鍵
(3)該超分子中配體CO提供孤電子對的原子是　　　　(填元素符號),p-甲酸丁酯吡啶中C原子的雜化方式有　　　　。
(4)從電負性角度解釋CF3COOH的酸性強于CH3COOH的原因:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)C60與金剛石互為同素異形體,從結構與性質之間的關系解釋C60的熔點遠低于金剛石的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
17.(11分)根據晶體結構知識,回答下列問題:
(1)如圖所示為二維平面晶體示意圖,可用化學式AX3表示的是　　　　。(填字母)
a　b
(2)Al晶體的晶胞結構如圖甲所示,原子之間相互位置關系的平面圖如圖乙所示。
甲　　　　乙
若已知Al的原子半徑為d cm,NA表示阿伏加德羅常數的值,Al的摩爾質量為M g·mol-1,則:
①晶胞中Al原子的配位數為　　　　。
②該晶體的密度為　　　　g·cm-3。
(3)如圖為氟化鈣晶胞,試回答下列問題:
每個F-周圍有　　　　個Ca2+與之緊鄰,每個F-周圍與其距離最近的F-的數目是　　　　。
18.(12分)過渡金屬釩(V)、鈷(Co)和鎳(Ni)都是重要的合金元素,它們的配合物在藥物合成方面有重要應用。回答下列問題:
(1)基態V原子核外未成對電子的個數是　　　　。
(2)一種釩的配合物分子結構如圖所示,該配合物中釩元素的化合價是　　　　,分子中除釩外的其他元素電負性由大到小的順序是　　　　　　　　　,N原子的雜化方式是　　　　。
(3)AsCl3也可與釩離子形成配合物,當氯原子被烷基取代后,配位能力增強,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
19.(16分)回答下列問題。
(1)As2Se3是一種非晶態半導體,也稱玻璃半導體。區分晶體與非晶體的最可靠的科學方法是　　　　　　　　。
(2)鈷的一種化合物的立方晶胞結構如圖所示,已知A點的原子坐標參數為(0,0,0),B點的原子坐標參數為(,0,),則C點的原子坐標參數為　　　　　　,Co2+周圍等距離且最近的O2-數目為　　　,該物質的化學式為　　　　。
(3)以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分數坐標。CsSiB3O7屬正交晶系(長方體形)。晶胞參數為a pm、b pm、c pm。如圖為沿y軸投影的晶胞中所有Cs原子的分布圖和原子分數坐標。據此推斷該晶胞中Cs原子的數目為　　　　。CsSiB3O7的摩爾質量為M g·mol-1,設NA為阿伏加德羅常數的值,則CsSiB3O7晶體的密度為　　　　g·cm-3(用代數式表示)。點(0.5,0.8,0)與點(1.0,0.7,1.0)之間的距離為　　　　pm。
答案與解析
1.B　金剛石屬于共價晶體,石墨屬于混合型晶體,球碳分子、管狀碳分子屬于分子晶體,金剛石和石墨的熔點比球碳分子、管狀碳分子高,A、D正確;球碳分子、管狀碳分子和石墨互為同素異形體,都能和O2反應,C正確、B錯誤。
2.A　A項,晶胞中A的個數是1,B的個數為8×=1,化學式為AB,錯誤;B項,晶胞中C的個數是1,D的個數為4×=,化學式為C2D,正確;C項,晶胞中E和F的個數均為4×=,化學式為EF,正確;D項,晶胞中X的個數為1,Y的個數為6×=3,Z的個數為8×=1,化學式為XZY3,正確。
3.D　干冰、冰醋酸、硫黃與碘均屬于分子晶體,其熔點的高低與分子間作用力的大小有關,與所含化學鍵無關,D符合題意;金剛砂的成分是SiC,屬于共價晶體,純堿是離子晶體,Na是金屬晶體,三者的熔點高低取決于化學鍵的強弱,A、B、C不符合題意。
4.D　由題中信息可知,當核間距改變時,化學鍵的種類會發生改變,這說明離子鍵和共價鍵沒有絕對的界限。
5.C　由題圖可知,AgCl能與過量的Cl-反應生成配離子,則AgCl在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,A正確;題圖配離子中,Ag+是中心離子,Cl-是配體,B正確;由題圖可知,AgCl消失發生反應的離子方程式為AgCl+3Cl- AgC,C錯誤;向濃鹽酸中滴加2滴0.1 mol·L-1硝酸銀溶液,濃鹽酸中c(Cl-)大,溶液中產生白色沉淀,振蕩后沉淀會消失,D正確。
6.C　S的價層電子排布式為3s23p4,位于元素周期表p區,A正確;晶胞中S的個數為8×+1=2,H的個數為12×+6×=6,該物質的化學式為H3S,B正確;S位于H構成的八面體空隙中,C錯誤;該晶體是一種新型超導材料,不屬于分子晶體,D正確。
7.C　Fe3+和Fe2+的價層電子排布式分別為3d5和3d6,Fe3+和Fe2+核外未成對電子數之比為5∶4,A正確;由配離子結構可知,配離子中Fe3+與6個氧原子形成配位鍵,配位數為6,B正確;由配離子結構可知,配離子中不含離子鍵,C錯誤;Fe3+可以與SCN-形成紅色的配離子,可用KSCN溶液鑒別,D正確。
8.B　以頂點C60為研究對象,與其距離最近且相等的C60有=12個,C60的配位數為12,A錯誤;該晶體是由C60組成的分子晶體,其硬度取決于分子間作用力,B正確、C錯誤;1個晶胞中含有8×+6×=4個C60,則含240個碳原子,D錯誤。
9.B　短周期元素X原子價層電子排布式為3s1,則X為Na元素;短周期元素Y原子價層電子排布式為nsnnp2n,n=2,則Y是O元素。離子半徑Na+10.C　由俯視圖可知,一個Can+周圍有3個Cl-,同樣一個Cl-周圍有3個Can+,則該二維晶體的化學式為CaCl,A錯誤;結合俯視圖和側視圖可知,3個Ca與3個Cl構成的為非平面六邊形,Ca—Cl—Ca的鍵角不是60°,B錯誤;由A項分析可知,Can+、Cl-周圍最近的異電性離子數均為3,故配位數均為3,C正確;鈣在氯氣中燃燒生成CaCl2,不能得到該晶體,D錯誤。
11.B　K3[Fe(CN)6]中鐵離子的配位數為6,A錯誤;1個CN-含1個σ鍵,1個CN-與Fe3+形成1個配位鍵,配位鍵也是σ鍵,所以1 mol [Fe(CN)6]3-中含12 mol σ鍵,B正確;氮原子半徑小于碳原子,氮原子核對孤電子對吸引力大于碳原子核,則形成配位鍵時CN-中碳原子提供孤電子對,C錯誤;Mn2+價層電子排布式為3d5,由Mn2+變為Mn3+,3d能級由較穩定的3d5半充滿狀態變為不穩定的3d4狀態,Fe2+價層電子排布式為3d6,Fe2+變為Fe3+,3d能級由較不穩定的3d6狀態變為較穩定的3d5半充滿狀態,所以Fe2+失去1個電子比Mn2+失去一個電子更容易,D錯誤。
12.A　根據配離子的結構可知,該配離子中的N和O可與水分子中的H形成氫鍵,而水分子中的O也可與配離子中的H形成氫鍵,A錯誤;由題圖可知,銅離子的配位數為4,B正確;基態銅原子的價層電子排布式是3d104s1,C正確;該配離子中非金屬元素的電負性大小順序為O>N>C>H,D正確。
13.A　W、X、Y、Z為四種原子序數依次增大的短周期主族元素,W、X、Z分別位于不同周期,則W為H元素;Z的原子半徑在同周期主族元素中最大,則Z為Na元素;X、Y都位于第二周期,X可形成4個共價鍵,Y可形成2個共價鍵,且圖2為超分子,則X為C元素,Y為O元素。碳的氫化物可能是相對分子質量很大的烴,常溫下可能呈固態,而Y的氫化物為H2O或H2O2,則碳的氫化物的沸點可能高于Y的氫化物,A錯誤;O、Na可形成離子化合物Na2O、Na2O2,B正確;冠醚能與半徑大小相匹配的金屬離子作用,18-冠-6與K+作用,不與Li+或Na+作用,說明超分子有“分子識別”的特性,C正確;從圖2可以看出,15-冠-5與鈉離子“組合”,也可形成超分子,D正確。
14.D　一般,金屬元素的電負性小于非金屬元素,非金屬元素的非金屬性越強,電負性越大,則F、Si、Ca元素電負性依次減小;一般,電子層數越多,原子半徑越大,則F、Si、Ca原子半徑依次增大,A正確;OF2與SiO2都是含有極性共價鍵的共價化合物,化合物中氧原子的價層電子對數都為4,雜化方式都為sp3,B正確;由晶胞結構可知,A處原子與B處原子的距離為體對角線長的,若A處原子坐標參數為(0,0,0),則B處原子坐標參數為(,,),C正確;三種金屬氟化物都為離子晶體,晶體提供自由氟離子的能力越強,陰、陽離子間形成的離子鍵越弱,Ba2+、Ca2+和Mg2+的電荷數相同,離子半徑依次減小,則BaF2、CaF2、MgF2三種晶體中的離子鍵依次增強,晶體提供自由F-的能力依次減弱,D錯誤。
15.B　該晶體是由陰、陽離子組成的離子晶體,A錯誤;該晶胞中Se2-與Cu2+或Cu+之間的最短距離為體對角線長的,即a nm,B正確;假設化學式中Cu2+為y個,則Cu+為2-x-y個,根據Cu2-xSe中各元素化合價代數和為零知2y+2-x-y=2,解得y=x,該晶胞中Cu2+和Cu+的個數比為x∶(2-2x),C錯誤;一個晶胞中平均含有4個Cu2-xSe,晶體密度為×1021 g/cm3,D錯誤。
16.答案　(除標注外,每空2分)
(1)4d55s1　6
(2)AB
(3)C　sp2和sp3
(4)F的電負性強于H使F3C—的極性大于H3C—的極性,導致三氟乙酸中的羥基的極性更大,更容易電離出H+(3分)
(5)C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞分子間作用力所需的能量(3分)
解析　(1)Cr的基態原子價層電子排布式為3d54s1,而Mo與Cr同族,且在Cr的下一周期,因而基態Cr原子價層電子排布式為4d55s1,軌道表示式為 ,因而核外未成對電子數為6。
(2)觀察題圖可知,該超分子中含有雙鍵,說明有σ鍵和π鍵,分子中不存在離子鍵,根據題給信息知Mo形成配位鍵,氫鍵不屬于化學鍵,故選AB。
(3)CO作配體時,C作配位原子;p-甲酸丁酯吡啶中有碳原子與氧原子形成雙鍵,說明其雜化方式為sp2,在丁基中C原子形成四個單鍵,為sp3雜化。
(5)根據不同類型的晶體性質不同來解釋:C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞分子間作用力所需的能量。
17.答案　(除標注外,每空2分)
(1)b
(2)①12　②(3分)
(3)4　6
解析　(1)a中每個灰球周圍有6個白球,每個白球周圍有3個灰球,所以化學式應為AX2,b中每個灰球周圍有6個白球,每個白球周圍有2個灰球,化學式應為AX3。(2)①以圖甲中任一頂點的Al原子為例,距離該Al原子最近且距離相等的Al原子數為3×8÷2=12,所以Al原子的配位數為12;②根據均攤法,一個晶胞中含Al的數目為8×+6×=4,所以晶胞的質量為 g,面對角線上的三個Al原子相切,Al原子半徑為d cm,則晶胞的棱長為2d cm,所以晶胞的體積為(2d cm)3=16d3 cm3,則密度為= g·cm-3。(3)據題圖可知,F-位于Ca2+形成的正四面體空隙中,所以每個F-周圍有4個Ca2+,而每個F-周圍與其距離最近的F-的數目是6。
18.答案　(除標注外,每空2分)
(1)3
(2)+3(3分)　O>N>C>H　sp2
(3)烷基為推電子基團,使As原子上的電子云密度增大,更易給出電子對(3分)
解析　(1)基態V原子核外電子排布式為[Ar]3d34s2,其3d能級上電子為未成對電子,故核外未成對電子的個數是3。
(2)由題圖知,V原子與3個N原子之間為配位鍵,孤電子對由N原子提供,不影響V元素化合價,但V與3個O原子之間為共用電子對,共用電子對偏向電負性強的O原子而使V顯正價,共三對共用電子偏離V,故V顯+3價;分子中除V元素外,還有C、N、O、H四種元素,根據電負性變化規律知電負性:O>N>C>H;由題圖知,分子中的每個N原子形成3個σ鍵,價層電子對數為3,故雜化方式為sp2。
(3)配體與中心離子(或中心原子)形成配位鍵時,電子云密度越大,配位鍵越穩定,鍵能越大。烷基為推電子基團,使As原子上的電子云密度增大,與釩離子形成的配位鍵鍵能大,所以配位能力增強。
19.答案　(除標注外,每空2分)
(1)X射線衍射法
(2)(,,)　6　TiCoO3
(3)4　×1030(3分)　(3分)
解析　(1)區分晶體與非晶體的最可靠的科學方法是X射線衍射法。(2)A點的原子坐標參數為(0,0,0),B點的原子坐標參數為(,0,),C點在體心,因此C的原子坐標參數為(,,);Co2+周圍等距離且最近的O2-數目為6;該晶胞中Co2+有1個,O2-有6×=3個,Ti4+有8×=1個,該物質的化學式為TiCoO3。(3)晶胞體內,Cs原子位置分別為,則晶胞中Cs原子數目為1+4×+4×=4。由化學式CsSiB3O7,可知晶胞中相當于含4個“CsSiB3O7”,CsSiB3O7的摩爾質量為M g·mol-1,NA為阿伏加德羅常數的值,則CsSiB3O7晶體的密度為=×1030 g·cm-3。點(0.5,0.8,0)與點(1.0,0.7,1.0)之間的距離為 pm= pm。

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