专题3 微粒间作用力与物质性质 过关检测
一、选择题(本题包括14小题,每小题3分,共计42分。每小题只有一个选项符合题意)
1.BF3与一定量的水形成(H2O)2·BF3晶体Q,Q在一定条件下可转化为R:
反应过程中新形成的化学键中无( )
A.离子键 B.配位键
C.非极性共价键 D.氢键
2.下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( )
A.液溴和苯分别受热变为气体
B.干冰和氯化铵分别受热变为气体
C.二氧化硅和铁分别受热熔化
D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中
3.已知几种共价键的键能如下:
化学键 H—N N≡N Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 391 946 243 431
下列说法错误的是( )
A.键能:N≡N>NN>N—N
B.H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=-431 kJ·mol-1
C.H—N键键能小于H—Cl键键能,所以NH3的沸点高于HCl
D.2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g)
ΔH=-457 kJ·mol-1
4.某晶体中含有极性键,下列关于该晶体的说法中错误的是( )
A.不可能有很高的熔、沸点
B.可能是单质
C.可能是有机物
D.可能是离子晶体
5.下面的排序不正确的是( )
A.晶体熔点由低到高:CF4
C.熔点由高到低:Na>Mg>Al
D.晶格能由大到小:NaF>NaCl>NaBr>NaI
6.下列物质所属晶体类型分类正确的是( )
选项 A B C D
共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石
分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰
离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝
金属晶体 铜 汞 铝 铁
7.冰晶石主要用作铝电解的助熔剂,也用作研磨产品的耐磨添加剂。如图所示为冰晶石(化学式为Na3AlF6)的晶胞。图中“”位于大立方体的顶点和面心,“”位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心。则下列说法正确的是( )
A.冰晶石的名称是六氟合铝化钠
B.该物质中存在离子键和共价键
C.大立方体的体心处“▽”代表的是Al3+
D.该物质是电解冶炼铝的还原剂
8.“中国芯”的主要原材料是高纯单晶硅,可通过反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)制备高纯硅。下列有关说法正确的是( )
硅晶胞示意图
A.H2分子中含有非极性共价键
B.氯化氢的电子式:H+]-
C.单晶硅是传输信号所用光缆的主要成分
D.由图可知硅晶胞中硅原子的配位数为12
9.[2023河南信阳校考期末]由原子序数依次增大的四种短周期主族元素X、Y、Z、W构成的化合物甲在提炼金时可提高金的溶解速率,其结构如图所示:
已知:四种元素位于三个周期,Y、Z是同周期相邻元素,化合物甲中,Y、Z、W原子均满足8电子稳定结构。下列说法错误的是( )
A.最简单氢化物的沸点:W>Y
B.Z、W的最高价氧化物对应水化物的浓溶液均可用铁制容器盛装
C.四种元素可形成某种离子化合物
D.W的单质难溶于Y、W形成的二元化合物中
10.磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是目前主流的动力电池之一,安全性较好,其工作原理可表示为LixC6+Li(1-x)FePO4LiFePO4+6C(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)。LiFePO4的晶胞结构示意图如图所示,其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。一种制备LiFePO4的反应为2FePO4+Li2CO3+H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑。下列说法不正确的是( )
A.基态Fe2+的电子排布式为[Ar]3d54s1
B.每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个
C.制备LiFePO4时,应当在还原性或惰性氛围中进行
D.制备LiFePO4时,每转移1 mol e-生成标准状况下的CO2 33.6 L
11.用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.18 g冰中含O—H键的数目为2NA
B.28 g晶体硅中含有Si—Si键的数目为2NA
C.44 g干冰中含有NA个晶胞
D.石墨烯是碳原子单层片状新材料,12 g石墨烯中含C—C键的数目为1.5NA
12.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如表所示。下列说法不正确的是( )
原子分数坐标 x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
A.灰色大球代表As
B.1个晶胞中有4个Sn
C.CdSnAs2晶体中与单个Sn结合的As有2个
D.距离Cd(0,0,0)最近的Sn的原子分数坐标是(0.5,0,0.25)和(0.5,0.5,0)
13.F2和Xe在一定条件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三种氟化氙,它们都是极强的氧化剂(其氧化性依次递增),都极易与水发生反应,其中:6XeF4+12H2O2XeO3+4Xe↑+24HF+3O2↑。下列推测正确的是( )
A.XeF2分子中各原子最外层均达到8电子结构
B.某种氟化氙的晶体结构单元如图,可推知其化学式为XeF6
C.XeF4按题中方程式与水反应时,每生成4 mol Xe,转移16 mol e-
D.XeF2加入水中,在水分子作用下将生成Xe和F2
14.砷化镓是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料,其晶胞结构如图1所示,图2为晶胞沿z轴的1∶1平面投影图,已知图中A球的原子坐标参数为(0,0,0),B球为(1,1,1),下列说法错误的是( )
A.该晶体的化学式为GaAs
B.晶胞参数为2a pm
C.晶胞中离Ga原子距离最近且相等的Ga原子有8个
D.晶胞中离B球距离最远的黑球的坐标参数为()
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
15.(12分)Al和Si在元素周期表金属和非金属分界线附近,其单质和化合物在建筑业、电子工业和石油化工等方面应用广泛。请回答下列问题:
(1)AlCl3是化工生产中的常用催化剂,熔点为192.6 ℃,熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在,Al2Cl6是具有配位键的化合物,分子中原子间成键的关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线上加上箭头。
(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,每个Al原子与 个N原子相连,与同一个Al原子相连的N原子构成的空间结构为 。AlN属于 晶体。
(3)Si和C同主族,Si、C和O成键情况如下:
化学键 C—O CO Si—O SiO
键能/(kJ·mol-1) 360 803 464 640
C和O之间可以通过双键形成CO2分子,而Si和O则不能像碳那样形成稳定分子的原因是 。
(4)下列数据是对应物质的熔点,有关的判断错误的是 (填字母)。
物质 Na2O Na AlF3 AlCl3
熔点/℃ 1 275 97.5 1 040 194
物质 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
熔点/℃ 2 054 -107 -56.6 1 610
A.Na2O、AlF3是离子晶体;AlCl3、BCl3是分子晶体
B.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
C.SiO2是共价晶体
D.在上面涉及的共价化合物分子中各原子都形成8电子稳定结构
16.(14分)某合金(含Al、Zn、Mg和Cu)几乎与钢一样坚固,但重量仅为钢的三分之一,已被用于飞机机身和机翼、智能手机外壳上等。但这种合金很难被焊接,将碳化钛纳米颗粒注入该合金的焊丝内,可以很好地解决这一难题。回答下列问题:
(1)基态铜原子的外围电子排布式为 。
(2)第3周期某元素失去前5个电子的电离能如图1所示。该元素是 (填元素符号),判断依据是 。
图1
图2
图3
(3)铝镁合金是优质储钠材料,原子位于面心和顶点,其晶胞如图2所示。1个铝原子周围距离最近且等距离的镁原子有 个。
(4)在二氧化钛和光照条件下,苯甲醇可被氧气氧化成苯甲醛:
苯甲醇的沸点高于苯甲醛,其原因是 。
(5)钛晶体的某种晶胞如图3所示。
图3中六棱柱底面边长为x cm,高为y cm,该钛晶体密度为D g·cm-3,NA为 mol-1(用含x、y和D的式子表示)。
17.(16分)X、Y、Z、W为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素,已知:
①X元素原子外围电子排布式为ns2np2,且原子半径是同族元素中最小的。
②Y元素是地壳中含量最多的元素;W元素的电负性略小于Y元素,在W原子的电子排布中,p轨道上只有1个未成对电子。
③Z元素的电离能数据(kJ·mol-1)见下表:
电离能 I1 I2 I3 I4 …
数据(kJ·mol-1) 496 4 562 6 912 9 540 …
请回答:
(1)Z2Y2的电子式为 ,含有的化学键类型为 ,Z2Y2为 晶体。
(2)X、Y、Z三种元素所形成的常见化合物的名称为 ;XY2的结构式为 。
(3)X、Y、Z、W四种元素所形成的单质中,熔点最高、硬度最大的是 (填名称);晶体ZW的熔点比晶体XW4明显高的原因是 。
(4)ZW晶体的结构示意图如图。已知:ρ(ZW)=2.2 g·cm-3,NA=6.02×1023 mol-1,则ZW晶体中两个最近的Z离子中心间的距离为 。
18.(16分)氨硼烷是一种特殊的化合物,分子式为NH3BH3。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:3NH3BH3+6H2O3N+B3+9H2。B3的结构如图1所示,回答下列问题:
图1 图2
(1)写出O原子的外围电子轨道表示式: 。
(2)写出NH3BH3分子的电子式: ;NH3BH3晶体中含有的微粒间作用力有
(填字母)。
a.非极性共价键 b.配位键 c.氢键 d.范德华力 e.金属键
(3)有机碱离子CH3N与NH3BH3结构相似,该离子与Pb2+、I-组成的光电材料的晶胞如图2所示:
该晶体中CH3N与I-间的作用力为 ,CH3N的配位数是 。若晶胞参数为a nm,该晶体密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数NA可表示为 mol-1(列出计算式)。
答案：
1.C 解析 Q在一定条件下可转化为R,由题图可知,晶体Q中O—H键断裂,而R中出现离子键和[H3O]+中H与O间的配位键,则新形成的化学键包括离子键和配位键,新形成的化学键中不包括非极性共价键,氢键为一种分子间作用力。故选C。
2.A 解析 液溴和苯分别受热变为气体都需克服分子间作用力,A符合题意;干冰受热变为气体克服分子间作用力,而氯化铵受热会发生分解反应,破坏的是化学键,B不符合题意;二氧化硅受热熔化破坏共价键,铁受热熔化破坏金属键,C不符合题意;食盐溶解在水中破坏的是离子键,葡萄糖溶解在水中,破坏的是分子间作用力,D不符合题意。
3.C 解析 三键键长小于双键键长小于单键键长,键长越短,键能越大,所以键能:N≡N>NN>N—N,A正确;H(g)+Cl(g)HCl(g)的焓变为H—Cl键键能的相反数,则ΔH=-431 kJ·mol-1,B正确;NH3的沸点高于HCl是由于NH3形成分子间氢键,C错误;2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=6E(N—H)+3E(Cl—Cl)-E(N≡N)-6E(H—Cl)=-457 kJ·mol-1,D正确。
4.A 解析 SiO2是共价晶体,晶体中含有Si—O极性共价键,原子之间通过共价键结合,共价键断裂需要吸收很高的能量,因此该物质有很高的熔、沸点,A错误;臭氧属于单质,臭氧分子中的共价键是极性键,B正确;若该极性键存在于含有C元素的化合物中,如CH4、CH3CH2OH等,则相应的物质可能为有机物,C正确;离子化合物中一定含有离子键,可能含有极性共价键,如NaOH,也可能含有非极性共价键,如Na2O2,因此含有极性键的化合物可能是离子晶体,D正确。
5.C 解析 组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,则晶体熔点由低到高:CF4
6.D 解析 石墨是混合型晶体,氮化铝属于共价晶体,故A错误;生石灰是氧化钙,属于离子晶体,故B错误;氯化铯属于离子晶体,故C错误;金刚石属于共价晶体,干冰属于分子晶体,芒硝属于离子晶体,铁属于金属晶体,故D正确。
7.B 解析 Na3AlF6中[AlF6]3-为六氟合铝酸根离子,故冰晶石的名称是六氟合铝酸钠,故A错误;六氟合铝酸根离子中含有共价键,该物质中存在离子键和共价键,故B正确;晶胞中个数为8×+6×=4,个数为8+12×=11,根据冰晶石的化学式,则大立方体的体心处“▽”代表的应为,则个数与个数比为1∶3,则“▽”代表Na+,代表[AlF6]3-,故C错误;该物质是电解冶炼铝的助熔剂,故D错误。
8.A 解析 氢气分子是含有非极性共价键的非金属单质,故A正确;氯化氢是共价化合物,电子式为,故B错误;二氧化硅是传输信号所用光缆的主要成分,故C错误;由晶胞结构可知,晶胞中每个硅原子与周围4个硅原子构成正四面体形结构,则晶胞中硅原子的配位数为4,故D错误。
9.D 解析 原子序数依次增大的四种短周期主族元素X、Y、Z、W,且四种元素位于三个周期;从题图中可知X形成1个键,且原子序数最小,X为H;Y、Z为同周期相邻元素,在化合物甲中,Y、Z、W原子均满足8电子稳定结构,Y形成4个键,Y为C,Z形成3个键,Z为N;W形成两个键,且四种元素位于三个周期,则W为S。
两者均为分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,H2S>CH4,A正确;Z、W的最高价氧化物对应水化物的浓溶液分别为浓硝酸、浓硫酸,两者均可以使铁钝化,均可用铁制容器盛装,B正确;H、C、N、S四种元素可形成NH4SCN,属于离子化合物,C正确;S单质易溶于CS2,D错误。
10.A 解析 基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,则Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6,故A错误;在晶胞中Li+数为8×+4×+4×=4个,所以每个晶胞中含有4个LiFePO4单元,故B正确;由于Fe2+具有较强的还原性,因此制备LiFePO4时,应在还原性或惰性氛围中进行,避免被氧化,故C正确;根据反应:2FePO4+Li2CO3+H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑,制备LiFePO4时,每转移1 mol电子,生成1.5 mol CO2,标准状况下的体积为33.6 L,故D正确。
11.C 解析 1个水分子中含有2个O—H键,18 g冰的物质的量为1 mol,含O—H键的数目为2NA,A正确;28 g晶体硅中含有1 mol Si原子,晶体硅中,每个硅原子与4个Si形成4个Si—Si键,每两个硅原子形成1个Si—Si键,则每个硅原子平均形成的共价键数目为×4=2,则1 mol晶体硅含有2 mol Si—Si键,即含有2NA个Si—Si键,B正确;1个干冰晶胞中含有4个二氧化碳分子,44 g干冰,即1 mol CO2中含有晶胞的个数为NA,C错误;在石墨烯中,每个碳原子形成3个C—C键,每两个碳原子形成1个C—C键,所以每个碳原子实际占有的化学键数目为×3=1.5个,12 g石墨烯的物质的量为1 mol,所含碳碳键数目为1.5NA,D正确。
12.C 解析 由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0)可知,8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面心,1个Cd在晶胞的体心;部分Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5),4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面上;部分As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125),8个As在晶胞的内部,因此灰色大球代表As,A项正确;根据选项A的分析可知1个晶胞中Sn的个数为4×+6×=4,B项正确;由晶胞结构图可知,CdSnAs2晶体中与单个Sn结合的As有4个,C项错误;由晶胞结构图可知,距离Cd(0,0,0)最近的Sn的原子分数坐标是(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0),D项正确。
13.C 解析 Xe原子本身最外层就是8电子结构,再与F原子结合,肯定就不是8电子结构,A错误;晶胞中Xe原子个数为8×+1=2,F原子个数为8×+2=4,故原子个数比Xe∶F=1∶2,其化学式为XeF2,B错误;由题中化学方程式可知,反应中部分Xe元素化合价降低,部分Xe元素和氧元素化合价升高,则每生成4 mol Xe,转移电子总物质的量为16 mol,C正确;F2与水会剧烈反应,所以在溶液中不可能生成F2,D错误。
14.C 解析 根据切割法,晶胞中Ga原子的个数为8×+6×=4,As原子的个数为4,所以化学式为GaAs,A正确;题图中白球与黑球的投影距离为a pm,即面对角线的为a pm,所以晶胞参数为2a pm,B正确;以顶面面心Ga原子为例,晶胞中离Ga原子距离最近且相等的Ga原子共有12个(同层4个,上层4个,下层4个),C错误;根据各个原子的相对位置可知,晶胞中离B球距离最远的黑球即和A球直接相连的黑球,其坐标参数为(),D正确。
15.答案 (1)或
(2)4 正四面体 共价
(3)CO键的键能大于2倍的C—O键的键能,SiO键的键能小于2倍的Si—O键的键能,所以Si和O以单键相连,而C和O以双键形成稳定分子
(4)D
解析 (1)Al2Cl6中Cl原子最外层有7个电子,只能与Al原子各提供1个电子形成一个共价键,使自己达到8电子稳定结构。Al原子最外层有3个电子,可分别与3个Cl原子形成共价键,因而Cl原子与2个Al原子形成的化学键中,有1个是配位键。配位键由氯原子提供孤电子对,铝原子提供空轨道形成。
(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,可以知道AlN为共价晶体,因此每个Al原子周围有4个N原子,且与同一个Al原子相连的4个N原子构成正四面体结构。
(4)Na2O、AlF3的熔点较高,是活泼金属元素与活泼非金属元素的原子通过离子键结合形成的离子晶体;AlCl3、BCl3的熔点较低,应为由分子通过分子间作用力结合而形成的分子晶体,A项正确。C、Si都是ⅣA族的元素,它们形成的氧化物中,CO2的熔点较低,是由分子通过分子间作用力结合而形成的分子晶体,而SiO2熔点很高,是原子通过共价键结合而形成的共价晶体,B、C项正确。BCl3分子中B原子最外层只有6个电子,没有形成8电子稳定结构,D项错误。
16.答案 (1)3d104s1
(2)Mg I3远远大于I2,说明该元素原子最外层有2个电子
(3)8
(4)苯甲醇分子间存在氢键,而苯甲醛分子间没有氢键
(5)
解析 (1)Cu的原子序数为29,基态铜原子的外围电子排布式为3d104s1。
(2)该元素的第三电离能远远大于第二电离能,说明该元素原子最外层有2个电子,由于该元素位于第3周期,故该元素为Mg。
(3)1个铝原子周围距离最近且等距离的镁原子有8个。
(4)苯甲醇分子间存在氢键,而苯甲醛分子间没有氢键,所以苯甲醇的沸点高于苯甲醛。
(5)题图3每个晶胞中Ti原子数为3+2×+12×=6,每个晶胞的质量=6×,则(6××x cm×x cm×sin 60°)×y cm×D g·cm-3=6×,解得NA= mol-1。
17.答案 (1)Na+]2-Na+ 离子键、非极性共价键 离子
(2)碳酸钠 OCO
(3)金刚石 NaCl为离子晶体而CCl4为分子晶体
(4)4.0×10-8 cm
解析 由题意可知元素X、Y、Z、W分别为C、O、Na、Cl。
(1)Na2O2的电子式为Na+]2-Na+,含有离子键、非极性共价键,为离子晶体。
(2)C、O、Na三种元素所形成的常见化合物为碳酸钠,CO2的结构式为OCO。
(3)C、O、Na、Cl四种元素所形成的单质中,共价晶体金刚石熔点最高、硬度最大;由于NaCl为离子晶体而CCl4为分子晶体,故NaCl晶体的熔点比CCl4晶体的熔点明显高。
(4)ZW晶体为NaCl晶体,可选定题干图示的一个晶胞来进行计算。利用“切割法”可知1个晶胞含有的Na+、Cl-个数均为4。
一个晶胞的质量:m(晶胞)=×4≈3.887×10-22 g,
一个晶胞的体积:V(晶胞)=≈1.767×10-22 cm3。
设晶胞中两个最近的Na+中心间的距离为a,则(a)3=V(晶胞),解得a≈4.0×10-8 cm,故两个最近的Na+中心间的距离为4.0×10-8 cm。
18.答案 (1)
(2)H bcd
(3)离子键 12 ×1021
解析 (1)O原子外围电子排布式为2s22p4,其轨道表示式为。
(2)NH3BH3属于共价化合物,其分子的电子式为H;NH3BH3属于分子晶体,分子间存在范德华力,NH3BH3分子中N和H原子间、B和H原子间形成的都是极性共价键,N和B原子间形成的是配位键,其分子间还可以形成氢键。
(3)该晶体中CH3N与I-之间的作用力为离子键;由题图可知CH3N在立方体的顶点,其配位数为12。1个晶胞中含有I-的个数为6×=3,CH3N的个数为8×=1,Pb2+的个数为1,化学式为PbCH3NH3I3,其摩尔质量为620 g·mol-1,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,则晶体密度ρ g·cm-3=×1021,所以阿伏加德罗常数NA=×1021 mol-1。
12
