第三讲 晶体结构与性质
1．C、Ti的单质及其化合物在现代社会有广泛用途。
(1)基态钛原子的电子排布式为__________________________。
(2)CS2分子中含有σ键和π键之比为____________；NO2与CO2是等电子体，NO2的电子式为__________，键角为________。
(3)CH3CHO沸点低于CH3CH2OH的原因是______________ ；CH3CHO分子中碳原子杂化类型为________。
(4)钛酸钡(BaTiO3)晶体的某种晶胞如图所示。NA为阿伏加德罗常数值，Ba、O、Ti
＋
2＋
2－
4
＋
＋
的半径分别为a pm、b pm、c pm。
①与钡离子等距离且最近的氧离子有________个；
②假设晶体中的Ti、Ba分别与O互相接触，则该晶体的密度表达式为________________g·cm。
解析：(1)Ti为第22号元素，核外电子排布为[Ar]3d4s。(2)CS2和CO2是等电子体，所以结构相同，结构式为S===C===S，双键应该是1个σ键和1个π键，所以σ键和π键都是2个，比例为1∶1。NO2与CO2是等电子体，所以结构相似，因为二氧化碳的电子式为
，所以NO2的电子式为
＋
＋
2
2
－34＋
2＋
2－
。(3)CH3CHO沸点低于
CH3CH2OH的原因是乙醇有羟基，可以形成分子间氢键，从而提高物质的沸点。乙醛分子中，甲基碳形成4个单键，所以是sp杂化，醛基碳形成了1个碳氧双键，所以是sp杂化。(4)①将晶胞的结构进行代换，以Ba为体心，以Ti为顶点得到新的晶胞，此时O在12条棱的中心，所以与钡离子等距离且最近的氧离子有12个。②由图示可得：晶胞中有1个BaTiO3，所233
以晶胞的质量为g；钡离子与氧离子之间的距离为立方体晶胞的面对角线的一半，所以晶胞
2＋
4＋
2－
3
2
NA
2（a＋b）－10
的边长为＝2(a＋b) pm，即2(a＋b)×10 cm。或者得到钛离子与阳离子之间的距
2离为晶胞边长的一半，得到晶胞边长为2(b＋c)×10
－10
cm。晶体的密度等于晶胞质量除以晶
胞体积，晶胞体积等于晶胞边长的立方，所以由上述数据得到晶体的密度为233233
。 －103或
[2（b＋c）×10]NA[2（a＋b）×10－10]3NA
答案：(1)1s2s2p3s3p3d4s(或[Ar]3d4s) (2)1∶1
180°
2
2
6
2
6
2
2
2
2
(3)CH3CH2OH分之间存在氢键 sp、sp (4)①12 ②
233233??
－103?或－103? [2（b＋c）×10]NA?[2（a＋b）×10]NA?
23
2．锰及其化合物用途非常广泛。回答下列问题：
(1)Al70Pd21Mn9是一种准晶体(介于晶体和非晶体之间的固体)，能准确证明其不是晶体的方法是________________________。
(2)基态Mn原子的价电子排布式为________，未成对电子数为________个。 (3)MnS熔点(1 610 ℃)比MnO熔点(1 650 ℃)低，其原因是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (4)锰的一种配合物的化学式为[Mn(CO)5(CH3CN)]Br。 ①配合物中锰元素的价态为________。
②配体CH3CN与中心原子形成配位键时，提供孤对电子的原子是____________，该分子中碳原子的杂化方式为____________杂化；C、H、N的电负性从大到小的顺序为__________。
(5)锰的含氧酸有HMnO4(高锰酸)、H2MnO3(亚锰酸)，高锰酸的酸性比亚锰酸强，理由是__________________________________
____________________________________________________。 (6)某种含锰特殊材料的晶胞结构如下图所示：
若晶胞参数为a nm，用NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的密度为__________________________________(列出代数式即可)。
解析：(1)晶体具有微观点阵结构，能发生X射线衍射现象，故能准确证明Al70Pd21Mn9
不是晶体的方法是X射线衍射实验，若不产生X射线衍射现象，则不是晶体。(2)Mn是25号元素价电子排布式为3d4s，5个3d电子分别位于5个不同的轨道上，有5个未成对电子。(3)MnS和MnO晶体类型相同，由于S的半径比O的大，则MnS的晶格能比MnO小，MnS熔点比MnO熔点低。(4)①配合物[Mn(CO)5(CH3CN)]Br的配体有CO、CH3CN分子和Br，根据化合价代数和为零，配合物中锰元素的价态为＋1；②配体CH3CN与中心原子形成配位键时，碳原子价电子都用于形成共用电子对，氮原子5个价电子有3个形成共用电子对，还有1对孤对电子，所以提供孤电子对的原子是氮原子，该分子中2个碳原子其中CH3—上碳原子的杂化方式为sp ，—CN上的碳原子杂化方式为sp；元素的非金属性越强，吸引电子能力越强，则电负性越大，所以C、H、N的电负性从大到小的顺序为N>C>H。(5)HMnO4和H2MnO3都是含氧酸，
3
－
2－
2－
5
2
高锰酸是一元酸，含有3个非羟基氧，亚锰酸为二元酸，含有1个非羟基氧，含羟基氧越多酸性越强，所以高锰酸的酸性比亚锰酸强。(6)根据晶胞结构计算含有的原子数，含有Zn原11
子数：8×＝1，含Mn原子数6×＝3，含有N原子数：1个，故晶胞中Zn、Mn、N原子个数
82比为1∶3∶1，ZnMn3N的摩尔质量是244 g·mol，据m＝ρV得：ρ·(a×10) cm×NA·mol
－1
－1
－73
3
＝244 g·mol，ρ＝
－1
244－3
－73 g·cm。
NA·（a×10）
答案：(1)X射线衍射实验 (2)3d4s
(3)5S的半径比O的大，MnS的晶格能小 (4)①＋1 ②N(氮) ②sp和sp N>C>H
(5)高锰酸分子(HOMnO3)中含有3个非羟基氧原子，亚锰酸[(HO)2MnO]中只有1个非羟基氧原子
(6)
244－3
－73 g·cm
NA·（a×10）
3
2－
2－
5
2
3．黄铜矿(主要成分是CuFeS2)是一种重要的化工原料，通过化学工艺可获得二(氨基丙酸)合铜[Cu(NH2CH2CH2COO)2]等产品。
(1)Cu基态核外电子排布式为_______________________。
(2)[Cu(NH2CH2CH2COO)2]的结构简式如图1所示。1 mol [Cu(NH2CH2CH2COO)2]中含有σ键数目为______。
2＋
(3)黄铜矿在空气中灼烧得到废气和固体混合物。废气中SO2经催化氧化生成SO3，SO2
分子中S原子轨道的杂化类型为________。SO3分子的空间构型为________；固体混合物中含有一种化合物X，其晶胞如图2所示，化合物X的化学式为________。
解析：(1)Cu是29号元素，其电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s，转化为Cu的时候应该失去最外层的两个电子，所以是1s2s2p3s3p3d或[Ar]3d。(2)根据图1的结构图，每1个单键都是σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一共有26个σ键，即1
mol[Cu(NH2CH2CH2COO)2]中含有σ键数目为26NA。(3)根据价层电子对互斥理论，SO2的中心原
2
2
6
2
6
9
9
2
2
6
2
6
10
1
2＋
2＋（6－2×2）2
子S的价电子对为＝3，所以S是sp杂化。根据价层电子对互斥理论，SO3的
23＋（6－3×2）
中心原子S的价电子对为＝3，所以SO3的空间构型是平面三角形。图2中S占据
21
顶点和体心，所以S有8×＋1＝2(个)，Cu都在晶胞内部，所以Cu有4个，所以化学式为Cu2S。
8
答案：(1)[Ar]3d或1s2s2p3s3p3d (2)26NA
(3)sp杂化 平面三角形 Cu2S
4．新型钙钛矿太阳能电池是近几年来的研究热点，具备更加清洁、便于应用、制造成本低和效率高等显著优点，其中一种钙钛矿太阳能电池材料的晶胞如图1。回答下列问题：
2
9
2
2
6
2
6
9
图1
(1)铅或铅盐的焰色反应为绿色，下列有关原理分析的叙述正确的是________(填字母)。 a．电子从基态跃迁到较高的激发态 b．电子从较高的激发态跃迁到基态 c．焰色反应的光谱属于吸收光谱 d．焰色反应的光谱属于发射光谱
(2)碳原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为___________。基态Pb原子核外电子排布，最后占据能级的电子云轮廓图形状为____________________。
(3)CH3NH3中含有化学键的类型有________(填字母)，N原子的杂化形式为______杂化，与CH3NH3互为等电子体的分子为_______。
a．极性键 b．非极性键 c．配位键 d．离子键 e．σ键 f．π键
(4)NH4中H—N—H的键角比NH3中H—N—H的键角大的原因是________________________________________________________
______________________________________________________；
NH3和水分子与铜离子形成的化合物中阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2)，该化合物加热时首先失去水，请从原子结构角度加以分析：______________________________________________
______________________________________________________ _____________________________________________________。
＋
＋
＋
图2
(5)与I 紧邻的I 个数为________。X射线衍射实验测得晶胞参数：密度为a g·cm
－3
－
－
，则晶胞的边长;为________________pm(该物质的相对原子质量为M，NA表示阿伏加德罗常
数的值)。
解析：(1)铅或铅盐的焰色反应为绿色，是因为金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高的轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式释放出来，呈现特殊的颜色，其光谱属于发射光谱，故选bd。(2)根据核外电子排布规律可知碳原子价层电
子的轨道表达式(电子排布图)为。基态Pb原子核外电子排布，最后占
据能级的电子为6p能级，因此电子云轮廓图形状为哑铃形。(3)同种非金属元素之间存在非极性键，不同非金属元素之间存在极性键，含有孤电子对和含有空轨道的原子之间存在配位键，共价单键为σ键，共价双键含有1个σ键和1个π键，所以CH3NH3中碳氮原子之间，碳氢原子之间及氮氢原子之间存在极性键和σ键，氮氢之间含有配位键，故选ace，N连接4个单键，杂化形式为sp，CH3NH3为18电子微粒，与CH3NH3互为等电子体的分子为C2H6或BH3NH3。(4)NH4中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氨原子上有1对孤对电子，孤电子对与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH4中H—N—H的键角比NH3中大。由于O原子半径小，电负性大，提供孤电子对能力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子。 (5)由晶胞结构可知，I位于晶胞的面心，由于8个晶胞共用1个顶点，所以与I 紧邻的I 个数为8；设晶胞的边长为x pm，则晶胞的体积为x×10
－
－
3
－30
－
＋
＋
3
＋
＋
＋
cm，晶胞
－3
1?1?＋?2＋－?－33－中含有1个CH3NH3?8×＝1?、1个Pb(体心)、3个I?6×＝3?所以有a g·cm·x×10
?8??2?
30
cmNA＝M，解得x＝
答案：(1)bd
3
3
Ma·NA
×10
－10
。
(2)
3
哑铃形
(3)ace sp C2H6(或BH3NH3)
(4)NH4中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氨原子上有1对孤电子对，孤电子
＋
2021高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质第三讲晶体结构与性质规范演练含解析人教版
