人教版选修3第3章第1节晶体的常识第2课时作业

晶胞的计算 1.(2020·漳州高二检测)某磷青铜晶胞结构如图所示,下列说法不正确的是 ( ) A.磷青铜化学式为 Cu3SnP B.晶体中距离 Cu 原子最近的 P 原子有 6 个 C.晶体中距离 Sn 原子最近的 P 原子可构成正方体 D.若晶体密度为 a g·cm-3,则最近的 Cu 原子核间距为 ×1010 pm 【解析】选 B。用均摊法计算,Sn:8× =1;P:1;Cu:6× =3,所以磷青铜化学式为 Cu3SnP,A 正确;以上底面 Cu 原子为研究对象,通过该平面可形成两个晶胞,在该 晶胞中有 1 个 P 原子,在上面的晶胞中含有 1 个 P 原子,因此晶体中距离 Cu 原子 最近的 P 原子有 2 个,B 错误;晶体中 Sn 原子位于晶胞的顶点,通过一个顶点可形 成 8 个晶胞,P 原子位于晶胞中心,距离 Sn 原子最近的 P 原子在 8 个晶胞的体心, 这 8 个 P 可构成正方体结构,C 正确;根据选项 A 可知:在 1 个晶胞中含有 3 个 Cu,1 个 Sn,1 个 P,所以晶胞的质量为 m=(64×3+31+119)/NA=342/NA (g),晶胞的体积 为 V= = cm3,晶胞参数为 L= = = ×1010pm,根据立体 几何知识可知,最近的两个 Cu 原子核间距为面对角线的一半,所以最近的 Cu 原 子核间距为 ×1010pm,D 正确。 2.(1)(2018·全国卷Ⅰ节选)Li2O 具有反萤石结构,晶胞如图所示。已知晶胞参 数为 0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为 NA,则 Li2O 的密度为________g·cm-3(列 出计算式)。 (2)(2018·全国卷Ⅱ节选)FeS2 晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为 a nm,FeS2 相 对式量为 M,阿伏加德罗常数的值为 NA,其晶体密度的计算表达式为 ________g·cm-3;晶胞中 Fe2+位于 所形成的正八面体的体心,该正八面体的边 长为________nm。 (3)(2018·全国卷Ⅲ节选)金属 Zn 晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方 式称为________。六棱柱底边边长为 a cm,高为 c cm,阿伏加德罗常数的值为 NA,Zn 的密度为________g·cm-3(列出计算式)。 【解析】(1)1 个氧化锂晶胞含 O 的个数为 8× +6× =4,含 Li 的个数为 8,1 cm= 107 nm,代入密度公式计算可得 Li2O 的密度为 g·cm-3。 (2)该晶胞中 Fe2+位于立方体的棱上和体心,个数为 12× +1=4, 位于顶点和面 心,个数为 8× +6× =4,故晶体密度为( ×4 g)÷(a×10-7 cm)3= × 1021 g·cm-3。根据晶胞结构, 所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的 面心之间的连线之长,即为晶胞边长的 ,故该正八面体的边长为 a nm。 (3)题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积=6× a2 cm2,六棱柱的体积=6× a2c cm3,该晶胞中 Zn 原子个数为 12× +2× +3=6, 已知 Zn 的相对原子质量为 65,阿伏加德罗常数的值为 NA,则 Zn 的密度ρ= = g·cm-3。 答案:(1) (2) ×1021 a (3)六方最密堆积 3.(2017·全国卷Ⅰ·T35 节选) (1)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=0.446 nm,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________。 (2)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)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= ≈1.414× ≈ 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 方最密堆积的配位数为 12。 (2)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)0.315 12 (2)体心 棱心 4.(2020·长沙高二检测)硫、锌在农药、材料和人们日常生活中具有广泛的应 用。请回答下列问题: (1)基态 S 原子中,核外电子占据的最高能级符号为________,其电子云形状为 ________,基态 Zn 原子的价电子排布式为________。 (2)硫代乙酰胺(CH3CSNH2)在酸性溶液中水解产生H2S,可替代H2S在溶液中作沉淀 剂使用。1 mol CH3CSNH2 含有π键为________mol,其中两个 C 原子的杂化方式分 别为________。 (3)H2S 熔点为-85.5℃,而与其具有类似结构的 H2O 的熔点为 0 ℃,极易结冰成固 体,二者物理性质出现此差异的原因是________________。 (4)ZnS 可用于制白色的颜料及玻璃、发光粉、橡胶、塑料、发光油漆等。晶胞 结构如图所示: 在一个 ZnS 晶胞结构中,S 的数目为________。若该晶胞边长为 540.0 pm,则其 密度为________g·cm-3。 【解析】(1)考查能级、电子云的轮廓、电子排布式,基态硫原子价电子排布式 为 3s23p4,电子占据的能量最高能层为 M 层,能级为 3p,电子云轮廓图为哑铃形或 纺锤形,Zn 位于第四周期ⅡB 族,锌原子价电子包括最外层电子、次外层 d 能级 电子,即价电子排布式为:3d104s2 ;(2)考查化学键的数目,以及杂化类型的判 断,CH3CSNH2 的结构简式为: ,单键之间无π键,双键中有 1 个π键,因此 1 mol 该物质中含有的π键物质的量为 1 mol,甲基中碳原子为 sp3 杂化,“C S” 中碳原子为 sp2 杂化;(3)考查晶体熔沸点的高低,H2S 和 H2O 都属于分子晶体,但 H2O 分子间存在分子间氢键,H2S 分子间不存在分子间氢键,因此有:H2O 分子之间 极易形成氢键,而 H2S 分子之间只存在较弱的范德华力;(4)考查晶胞的计算,S 位 于顶点和面心,个数为 8× +6× =4,晶胞的物质的量为 4/NA mol,晶胞质量为 4×97/NAg,晶胞的体积为(540.0×10-10)3 cm3,根据密度的定义,求出密度为 4.1 g·cm-3。 答案:(1)3p 哑铃形(纺锤形) 3d104s2 (2)1 sp3、sp2 (3)H2O 分子之间极易形成氢键,而 H2S 分子之间只存在较弱的范德华力 (4)4 4.1 5.(2020·包头高二检测)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)四种元素中的第一电离能最小的是________(填元素符号,下同),电负性最 大的是________。 (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________。 【解析】推断具体元素,根据元素的性质以及化合物的结构与性质分析、解决问 题。 A、B、C、D 元素的原子序数依次增大,A 和 B 的价电子层中未成对电子均只有 1 个,且 B+比 A-多 8 个电子,故 A 为 F 元素,B 为 K 元素;在第四周期中未成对电子数 为 4 的原子的价电子排布式为 3d64s2,故 C 为 Fe 元素;D 的原子序数比 Fe 大 2,D 为 Ni 元素。 (1)Ni 原子的价电子排布式为 3d84s2,Ni 原子失去最外层 4s 轨道的两个电子变成 Ni2+,故价层电子排布图为 。 (2)F 是电负性最大的元素;同周期元素中随原子序数的增大,第一电离能呈增大 趋势,四种元素中第一电离能最小的是 K 元素。 (3)①在该化合物中F原子位于棱、面心以及晶胞体内,故F原子个数为 ×16+ × 4+2=8(个),K 原子位于棱和晶胞体内,故 K 原子个数为 ×8+2=4(个),Ni 原子位 于 8 个顶点上和晶胞体内,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≈3.4 g·cm-3。 (4)在 K3FeF6 中含有 K+与[FeF6]3-之间的离子键和[FeF6]3-中 Fe3+与 F-之间的配位键, 在配离子[FeF6]3-中 F-是配位体。 答案:(1) (2)K F (3)①K2NiF4 6 ② ≈3.4 (4)离子键、配位键 [FeF6]3- F-