高考化学40 物质的聚集状态与物质性质 课时分层训练 鲁科版.docx
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高考化学40物质的聚集状态与物质性质课时分层训练鲁科版
课时分层训练(四十) 物质的聚集状态与物质性质
(建议用时:
45分钟)
A级 基础达标
1.
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为________,微粒间存在的作用力是________。
SiC晶体和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________。
(2)氧化物MO的电子总数与SiC的相等,则M为________(填元素符号)。
MO是优良的耐高温材料,其晶体结构与NaCl晶体相似。
MO的熔点比CaO的高,其原因是___________________________________________________
________________________________________________________。
(3)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。
CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。
从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成上述π键,而Si、O原子间不能形成上述π键:
___________________________________
________________________________________________________________,
SiO2属于________晶体,CO2属于________晶体,所以熔点CO2________SiO2(填“<”“=”或“>”)。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MgO、CO2、Mg六种晶体的构成微粒分别是______________________________________________________,
熔化时克服的微粒间的作用力分别是______________________________
________________________________________________________________。
【解析】
(1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连,呈正四面体结构,所以C原子杂化方式是sp3,因为Si—C的键长小于Si—Si,所以熔点碳化硅>晶体硅。
(2)SiC电子总数是20个,则该氧化物为MgO;晶格能与所构成离子所带电荷成正比,与离子半径成反比,MgO与CaO的离子电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。
(3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键,SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体,所以熔点SiO2>CO2。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体,构成微粒为原子,熔化时破坏共价键;Mg为金属晶体,由金属阳离子和自由电子构成,熔化时克服金属键;CO2为分子晶体,由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合;MgO为离子晶体,由Mg2+和O2-构成,熔化时破坏离子键。
【答案】
(1)sp3 共价键 SiC>Si
(2)Mg Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大
(3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键 原子 分子 <
(4)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子 共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键
2.
(1)氮化铝是一种新型无机非金属材料,具有耐高温、耐磨等特性,空间结构如图1所示。
铝的配位数为________。
氮化铝的晶体类型是________。
图1
(2)N和Cu形成的化合物的晶胞结构如图2所示,则该化合物的化学式为________。
该化合物的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数。
若该晶胞的边长为apm,则该晶体的密度是________g·cm-3。
图2
(3)F元素基态原子M层上有5对成对电子,F形成的单质有δ、γ、α三种结构,三种晶胞(分别如下图3所示)中F原子的配位数之比为________,δ、γ、α三种晶胞的边长之比为________。
图3
【解析】
(1)由氮化铝的空间结构知,1个铝连接4个氮,铝的配位数为4;根据氮化铝具有耐高温、耐磨等特性,推知它属于原子晶体。
(2)根据均摊法,每个晶胞平均含有Cu原子数为12×1/4=3,N原子数为8×1/8=1,故其化学式为Cu3N。
根据密度的定义式:
ρ=m/V=
×1030g·cm-3。
(3)三种晶胞分别为体心立方(配位数为8),面心立方(配位数为12),简单立方(配位数为6),则配位数之比为4∶6∶3。
由半径表示边长,则体心立方4r=
a1,面心立方4r=
a2,简单立方2r=a3,故边长之比为2
∶2
∶
。
【答案】
(1)4 原子晶体
(2)Cu3N
×1030 (3)4∶6∶3 2
∶2
∶
3.(2018·石家庄模拟)现有某第4周期过渡金属元素A,其基态原子排布中有四个未成对电子,由此元素可构成固体X。
【导学号:
95160415】
(1)区分固体X为晶体或非晶体的方法为________。
若此固体结构如图甲、乙所示,则按甲虚线方向切乙得到的A~D图中正确的是________。
甲 乙
A B C D
(2)A可与CO反应生成A(CO)5,常压下熔点为-20.3℃,沸点为103.6℃,试推测:
该晶体类型是________。
(3)A可与另两种元素B、C构成某种化合物,B、C的外围电子排布分别为3d104s1、3s23p4,其晶胞如图所示,则其化学式为________________。
该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度d=________g·cm-3。
(保留两位小数)
【解析】
(1)根据题干信息可知元素A为Fe。
甲中Fe位于顶点和体心,乙由8个甲组成,按甲虚线方向切乙形成的截面是长方形,则排除B、D,由于甲的体心含有1个Fe原子,则A图符合题意。
(3)根据B、C的外围电子排布式分别为3d104s1、3s23p4可判断B为Cu、C为S。
该晶胞中,Fe原子有6个位于面上、4个位于棱上,个数为4×
+6×
=4,Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点,个数为8×
+4×
+1=4,S原子数为8。
晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体的化学式为CuFeS2。
晶胞质量=
,晶胞体积=(524×10-10cm)2×1030×10-10cm,故该晶体的密度d=
≈4.32g·cm-3。
【答案】
(1)X射线衍射 A
(2)分子晶体
(3)CuFeS2
≈4.32
4.
(1)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物,该物质在低温时是一种超导体,其晶胞如图所示,该物质中K原子和C60分子的个数比为________。
【导学号:
95160415】
②继C60后,科学家又合成了Si60、N60。
请解释如下现象:
熔点Si60>N60>C60,而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60,其原因是_____________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)铜晶体为面心立方最密堆积,铜的原子半径为127.8pm,列式计算晶体铜的密度_______________________________________________________。
(3)A是周期表中电负性最大的元素,A与钙可组成离子化合物,其晶胞结构如图所示,该化合物的电子式是__________________。
已知该化合物晶胞1/8的体积为2.0×10-23cm3,求该离子化合物的密度,请列式并计算(结果保留一位小数):
__________________________________。
【解析】
(1)①K处于晶胞表面:
12×
=6,C60处于晶胞顶点和体心:
8×
+1=2。
故K原子和C60分子的个数比为6∶2=3∶1。
②熔点与分子间作用力大小有关,而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
(2)晶胞边长2
r(Cu),晶胞含有Cu的个数为4,M(Cu)=64g·mol-1,
ρ=
g·cm-3≈9.0g·cm-3。
(3)A为F,与Ca形成CaF2,电子式为[
]-Ca2+[
]-,
ρ=
g·cm-3≈3.2g·cm-3。
【答案】
(1)①3∶1
②结构相似的分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力(或范德华力)越强,熔化所需的能量越多,故熔点:
Si60>N60>C60;而破坏分子需断开化学键,元素电负性越强其形成的化学键越稳定,断键时所需能量越多,故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60
(2)
g·cm-3≈9.0g·cm-3
≈3.2g·cm-3
B级 能力提升
5.
(1)比较下列卤化锡的熔点和沸点,分析其变化规律及原因________________________________________________。
SnCl4
SnBr4
SnI4
熔点/℃
-33
31
144.5
沸点/℃
114.1
202
364
(2)灰锡具有金刚石型结构,其中Sn原子的杂化方式为________,微粒之间存在的作用力是________________。
(3)①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为灰锡的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0)、B为
,则D为
。
锡的配位数为________。
②已知灰锡的晶胞参数a=0.6489nm,其密度为______g·cm-3(NA为6.02×1023mol-1,不必算出结果,写出简化后的计算式即可)。
【解析】
(1)锡元素的卤化物都为分子晶体,分子之间通过分子间作用力结合。
对于组成类型相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。
由于相对分子质量:
SnCl4 SnCl4 (2)灰锡具有金刚石型结构,其中Sn原子的杂化方式为sp3杂化。 灰锡是同一元素的原子通过共用电子对形成的单质,所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键(或共价键)。 (3)①根据各个原子的相对位置可知,D在体对角线的1/4处,所以其坐标参数是 。 ②根据晶胞结构可知,在晶胞中含有的Sn原子个数是8×1/8+6×1/2+4=8,所以晶胞的密度为 g·cm-3= ×107g·cm-3。 【答案】 (1)SnCl4、SnBr4、SnI4熔、沸点依次升高;原因是它们分子结构相似,随相对分子质量增大,分子间作用力逐渐增强 (2)sp3杂化 非极性共价键(或共价键) (3)① 4 ② ×107 (1)(2016·全国Ⅰ卷,节选)下图为Ge单晶的晶胞。 已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为________g·cm-3(列出计算式即可)。 (2)(2014·全国Ⅰ卷,节选)①Cu2O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。 ②Al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)。 (3)(2013·全国Ⅱ卷,节选)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示(已知A、B、D分别为F、K、Ni元素)。 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。 【解析】 (1)每个晶胞中含有锗原子8×1/8+6×1/2+4=8(个),每个晶胞的质量为 ,晶胞的体积为(565.76×10-10cm)3,所以晶胞的密度为 。 (2)①Cu2O立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则一个Cu2O晶胞含有氧原子个数为4+ ×6+ ×8=8,那么该晶胞中含有铜原子个数为16。 ②Al单质为面心立方晶体,则晶胞中Al原子的配位数为12。 每个晶胞中含有Al原子个数为8× +6× =4个,晶胞参数a=0.405nm=0.405×10-7cm,晶胞的体积为(0.405×10-7cm)3,因此晶胞的密度可表示为 g·cm-3。 (3)①在该化合物中F原子位于棱、面心以及体内,故F原子个数为 ×16+ ×4+2=8个,K原子位于棱和体内,故K原子个数为 ×8+2=4个,Ni原子位于8个顶点上和体内,故Ni原子个数为 ×8+1=2个,K、Ni、F原子的个数比为4∶2∶8=2∶1∶4,所以化学式为K2NiF4;由图示可看出在每个Ni原子的周围有6个F原子,故配位数为6。 ②结合解析①,根据密度公式可知ρ= = g·cm-3≈3.4g·cm-3。 【答案】 (1) ×107 (2)①16 ②12 (3)①K2NiF4 6 ② ≈3.4 课时分层训练(四十) 物质的聚集状态与物质性质 (建议用时: 45分钟) A级 基础达标 1. (1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为________,微粒间存在的作用力是________。 SiC晶体和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________。 (2)氧化物MO的电子总数与SiC的相等,则M为________(填元素符号)。 MO是优良的耐高温材料,其晶体结构与NaCl晶体相似。 MO的熔点比CaO的高,其原因是___________________________________________________ ________________________________________________________。 (3)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。 CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。 从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成上述π键,而Si、O原子间不能形成上述π键: ___________________________________ ________________________________________________________________, SiO2属于________晶体,CO2属于________晶体,所以熔点CO2________SiO2(填“<”“=”或“>”)。 (4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MgO、CO2、Mg六种晶体的构成微粒分别是______________________________________________________, 熔化时克服的微粒间的作用力分别是______________________________ ________________________________________________________________。 【解析】 (1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连,呈正四面体结构,所以C原子杂化方式是sp3,因为Si—C的键长小于Si—Si,所以熔点碳化硅>晶体硅。 (2)SiC电子总数是20个,则该氧化物为MgO;晶格能与所构成离子所带电荷成正比,与离子半径成反比,MgO与CaO的离子电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。 (3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键,SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体,所以熔点SiO2>CO2。 (4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体,构成微粒为原子,熔化时破坏共价键;Mg为金属晶体,由金属阳离子和自由电子构成,熔化时克服金属键;CO2为分子晶体,由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合;MgO为离子晶体,由Mg2+和O2-构成,熔化时破坏离子键。 【答案】 (1)sp3 共价键 SiC>Si (2)Mg Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大 (3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键 原子 分子 < (4)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子 共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键 2. (1)氮化铝是一种新型无机非金属材料,具有耐高温、耐磨等特性,空间结构如图1所示。 铝的配位数为________。 氮化铝的晶体类型是________。 图1 (2)N和Cu形成的化合物的晶胞结构如图2所示,则该化合物的化学式为________。 该化合物的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数。 若该晶胞的边长为apm,则该晶体的密度是________g·cm-3。 图2 (3)F元素基态原子M层上有5对成对电子,F形成的单质有δ、γ、α三种结构,三种晶胞(分别如下图3所示)中F原子的配位数之比为________,δ、γ、α三种晶胞的边长之比为________。 图3 【解析】 (1)由氮化铝的空间结构知,1个铝连接4个氮,铝的配位数为4;根据氮化铝具有耐高温、耐磨等特性,推知它属于原子晶体。 (2)根据均摊法,每个晶胞平均含有Cu原子数为12×1/4=3,N原子数为8×1/8=1,故其化学式为Cu3N。 根据密度的定义式: ρ=m/V= ×1030g·cm-3。 (3)三种晶胞分别为体心立方(配位数为8),面心立方(配位数为12),简单立方(配位数为6),则配位数之比为4∶6∶3。 由半径表示边长,则体心立方4r= a1,面心立方4r= a2,简单立方2r=a3,故边长之比为2 ∶2 ∶ 。 【答案】 (1)4 原子晶体 (2)Cu3N ×1030 (3)4∶6∶3 2 ∶2 ∶ 3.(2018·石家庄模拟)现有某第4周期过渡金属元素A,其基态原子排布中有四个未成对电子,由此元素可构成固体X。 【导学号: 95160415】 (1)区分固体X为晶体或非晶体的方法为________。 若此固体结构如图甲、乙所示,则按甲虚线方向切乙得到的A~D图中正确的是________。 甲 乙 A B C D (2)A可与CO反应生成A(CO)5,常压下熔点为-20.3℃,沸点为103.6℃,试推测: 该晶体类型是________。 (3)A可与另两种元素B、C构成某种化合物,B、C的外围电子排布分别为3d104s1、3s23p4,其晶胞如图所示,则其化学式为________________。 该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度d=________g·cm-3。 (保留两位小数) 【解析】 (1)根据题干信息可知元素A为Fe。 甲中Fe位于顶点和体心,乙由8个甲组成,按甲虚线方向切乙形成的截面是长方形,则排除B、D,由于甲的体心含有1个Fe原子,则A图符合题意。 (3)根据B、C的外围电子排布式分别为3d104s1、3s23p4可判断B为Cu、C为S。 该晶胞中,Fe原子有6个位于面上、4个位于棱上,个数为4× +6× =4,Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点,个数为8× +4× +1=4,S原子数为8。 晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体的化学式为CuFeS2。 晶胞质量= ,晶胞体积=(524×10-10cm)2×1030×10-10cm,故该晶体的密度d= ≈4.32g·cm-3。 【答案】 (1)X射线衍射 A (2)分子晶体 (3)CuFeS2 ≈4.32 4. (1)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物,该物质在低温时是一种超导体,其晶胞如图所示,该物质中K原子和C60分子的个数比为________。 【导学号: 95160415】 ②继C60后,科学家又合成了Si60、N60。 请解释如下现象: 熔点Si60>N60>C60,而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60,其原因是_____________________ __________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)铜晶体为面心立方最密堆积,铜的原子半径为127.8pm,列式计算晶体铜的密度_______________________________________________________。 (3)A是周期表中电负性最大的元素,A与钙可组成离子化合物,其晶胞结构如图所示,该化合物的电子式是__________________。 已知该化合物晶胞1/8的体积为2.0×10-23cm3,求该离子化合物的密度,请列式并计算(结果保留一位小数): __________________________________。 【解析】 (1)①K处于晶胞表面: 12× =6,C60处于晶胞顶点和体心: 8× +1=2。 故K原子和C60分子的个数比为6∶2=3∶1。 ②熔点与分子间作用力大小有关,而破坏分子则是破坏分子内的共价键。 (2)晶胞边长2 r(Cu),晶胞含有Cu的个数为4,M(Cu)=64g·mol-1, ρ= g·cm-3≈9.0g·cm-3。 (3)A为F,与Ca形成CaF2,电子式为[ ]-Ca2+[ ]-, ρ= g·cm-3≈3.2g·cm-3。 【答案】 (1)①3∶1 ②结构相似的分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力(或范德华力)越强,熔化所需的能量越多,故熔点: Si60>N60>C60;而破坏分子需断开化学键,元素电负性越强其形成的化学键越稳定,断键时所需能量越多,故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60 (2) g·cm-3≈9.0g·cm-3 ≈3.2g·cm-3 B级 能力提升 5. (1)比较下列卤化锡的熔点和沸点,分析其变化规律及原因________________________________________________。 SnCl4 SnBr4 SnI4 熔点/℃ -33 31 144.5 沸点/℃ 114.1 202 364 (2)灰锡具有金刚石型结构,其中Sn原子的杂化方式为________,微粒之间存在的作用力是________________。 (3)①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为灰锡的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0)、B为 ,则D为 。 锡的配位数为________。 ②已知灰锡的晶胞参数a=0.6489nm,其密度为______g·cm-3(NA为6
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