第3章 整理与提升（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修2教师用书（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

整理与提升 第3章　 <<< 内容索引 一、体系构建 二、真题导向 2 体系构建 > < 一 一、体系构建 返回 真题导向 > < 二 考向一　晶体类型及熔、沸点的比较 1.［2021·全国甲卷，35(1)(3)节选］我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题： (1)单晶硅的晶体类型为　　　 　。 二、真题导向 共价晶体 晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，形成具有空间立体网状结构的共价晶体。 (3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6 ℃)之间，其原因是_________________________________________________________ _____________________。 甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能形成氢键，且水比甲醇形成的氢键多 甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分子间氢键的总强度低于水分子间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。 2.［2021·湖南，18(1)(2)①］硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题： (1)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为　 　 　　　　，晶体硅和 碳化硅熔点较高的是　　　(填化学式)。 SiC 硅元素的原子序数为14，价电子排布式为3s23p2，则价电子的轨道表 示式为 ；晶体硅和碳化硅都是共价晶体，共价晶体的 熔点取决于共价键的强弱，碳原子的原子半径小于硅原子，碳硅键的键长小于硅硅键，则碳硅键的键能大于硅硅键，碳化硅的熔点高于晶体硅。 (2)硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔、沸点如下表： ①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4 呈液态的是　 　 (填化学式)，沸点 依次升高的原因是_______________ _______________________________ ___________________________，气态SiX4分子的空间结构是　　　　　。   SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7 沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7 SiCl4 SiX4都是结构相 似的分子晶体，相对分子质量依次 增大，分子间作用力依次增大 正四面体形 由题给熔、沸点数据可知，0 ℃时，四氟化硅为气态，四氯化硅为液态，四溴化硅、四碘化硅为固态；分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小，SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，则SiX4的沸点依次升高；SiX4分子中硅原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，则分子的空间结构为正四面体形。 3.［2020·天津，13(2)］Fe、Co、Ni是三种重要的金 属元素。回答下列问题： CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的 值为NA，则CoO晶体的密度为　　 g·cm-3；三种元素 二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为　　 　　　　。 　 NiO>CoO>FeO 由题给图示可知，O2-位于顶点和面心，因此一个 晶胞中含有O2-的个数为8×+6×=4；Co2+位于棱 上和体心，因此一个晶胞中含有Co2+的个数为12× +1=4，即一个晶胞的质量为 g，一个晶胞的体 积为(a×10-7)3 cm3，因此CoO晶体的密度为 g·cm-3。 Fe、Co、Ni的原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，因此FeO、CoO、NiO微粒间的作用力由大到小的顺序为NiO>CoO>FeO，三种晶体的熔点由高到低的顺序为NiO>CoO>FeO。 考向二　晶体结构的分析与计算 4.(2024·安徽，14)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3)，其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价，La为+3价。下列说法错误的是 A.导电时，Ti和La的价态不变 B.若x=，Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时，空位移动方向与电流方向相反 √ 根据题意，导电时Li+发生迁移，化合 价不变，则Ti和La的价态不变，A项 正确； 根据“切割法”，1个晶胞中含Ti：8 ×=1个，含O：12×=3个，含La或Li或空位共1个，若x=，则La和空位共，n(La)+n(空位)=，结合正负化合价代数和为0， (+1)×+(+3)×n(La)+(+4)×1+(-2)× 3=0，解得n(La)=、n(空位)=，Li+ 与空位数目不相等，B项错误； 由立方晶胞的结构可知，与体心最 邻近的O原子数为12，即位于棱心的12个O原子，C项正确； 导电时Li+向阴极方向移动，即与电流方向相同，则空位移动方向与电流方向相反，D项正确。 5.(2024·吉林，14)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是 A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8 B.晶胞2中S与S的最短距离为a C.晶胞2中距Li最近的S有4个 D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体 √ 由切割法得，结构1中含有Co的 数目为4+4×=4.5，含有S的数 目为1+12×=4，Co与S的原子 个数比为9∶8，因此结构1的化学式为Co9S8，故A正确； 由图可知，晶胞2中S与S的最短距离为面对角线的，晶胞边长为a，即S与S的最短距离为a，故B错误； 如图： ，以图中的Li为例，与其最近的S共4个，故C正确； 如图 ，当两个晶胞2放在一起时，图中灰框截取的 部分就是晶胞3，晶胞2和晶胞3表示同一晶体，故D正确。 6.［2024·全国甲卷，35(5)］结晶型PbS可作为放射性探测器元件材料，其立方晶胞如图所示。其中Pb的配位数为　 　。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度为 　　　 　　　g·cm-3(列出计算式)。 6 PbS晶胞中有4个Pb和4个S，距离每个Pb原子周围最近的S原子是6个。设NA为阿伏加德罗常数的值，则NA个晶胞的质量为4×(207+32) g，NA个晶胞的体积为NA× 则该晶体密度为 g·cm-3。 7.［2022·全国乙卷，35(4)节选］α⁃AgI晶体中I-作体心立方堆积(如图所示)，Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。已知阿伏加德罗常数的值为NA，则α⁃AgI 晶体的摩尔体积Vm=　　　　　　　m3·mol-1(列出算式)。 　 每个晶胞中含碘离子的个数为8×+1=2，依据化学式 AgI可知，银离子个数也为2，晶胞的物质的量n== mol，晶胞体积V=a3 pm3=(504×10-12)3 m3，则α⁃AgI 晶体的摩尔体积Vm=== m3·mol-1。 8.［2022·广东，20(6)］我国科学 家发展了一种理论计算方法，可 利用材料的晶体结构数据预测其 热电性能，该方法有助于加速新 型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的 潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1，沿x、y、z轴方向 的投影均为图2。 ①X的化学式为　　 　。 K2SeBr6 根据晶胞结构得到一个晶胞中K有8个， 有8×+6×= 4个，则X的化学式为K2SeBr6。 ②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρ g·cm-3，则X中相邻K之间 的最短距离为_______________nm (列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。 ××107 设晶胞参数为a nm，得到ρ= ==ρ g·cm-3，解得 a=×107，X中相邻K之间的最短距离为晶胞 参数的一半，即为××107 nm。 9.［2022·湖南，18(4)］钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①该超导材料的最简化学式为　　　　　。 KFe2Se2 由平面投影图可知，晶胞中位于顶点和体心 的钾原子个数为8×+1=2，位于棱上和体内 的硒原子个数为8×+2=4，位于面上的铁原 子个数为8×=4， 该物质的晶胞结构如图所示： ， 则超导材料最简化学式为KFe2Se2。 ②Fe原子的配位数为　　　。 4 由平面投影图可知，铁原子的配位数为4。 ③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度 为　　 　　g·cm-3(列出计算式)。 设晶体的密度为d g·cm-3，由晶胞的质量公式可得： g =abc×10-21×d g，解得d=。 返回 $ 整理与提升 一、体系构建 二、真题导向 考向一　晶体类型及熔、沸点的比较 1.［2021·全国甲卷，35（1）（3）节选］我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题： （1）单晶硅的晶体类型为　　　　　　　。  （3）甲醇的沸点（64.7 ℃）介于水（100 ℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6 ℃）之间，其原因是　　　 　　　　。  答案　（1）共价晶体　（3）甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能形成氢键，且水比甲醇形成的氢键多 解析　（1）晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，形成具有空间立体网状结构的共价晶体。（3）甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分子间氢键的总强度低于水分子间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。 2.［2021·湖南，18（1）（2）①］硅、锗（Ge）及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题： （1）基态硅原子最外层电子的轨道表示式为　　　　　　，晶体硅和碳化硅熔点较高的是　　　　　（填化学式）。  （2）硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔、沸点如下表： SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7 沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7 ①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是　　　　（填化学式），沸点依次升高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，气态SiX4分子的空间结构是　　　　　　。  答案　（1）　SiC （2）①SiCl4　SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大　正四面体形 解析　（1）硅元素的原子序数为14，价电子排布式为3s23p2，则价电子的轨道表示式为；晶体硅和碳化硅都是共价晶体，共价晶体的熔点取决于共价键的强弱，碳原子的原子半径小于硅原子，碳硅键的键长小于硅硅键，则碳硅键的键能大于硅硅键，碳化硅的熔点高于晶体硅。 （2）①由题给熔、沸点数据可知，0 ℃时，四氟化硅为气态，四氯化硅为液态，四溴化硅、四碘化硅为固态；分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小，SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，则SiX4的沸点依次升高；SiX4分子中硅原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，则分子的空间结构为正四面体形。 3.［2020·天津，13（2）］Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题： CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为　　　g·cm-3；三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为　　　　　　　　　　。  答案　　NiO>CoO>FeO 解析　由题给图示可知，O2-位于顶点和面心，因此一个晶胞中含有O2-的个数为8×+6×=4；Co2+位于棱上和体心，因此一个晶胞中含有Co2+的个数为12×+1=4，即一个晶胞的质量为 g，一个晶胞的体积为（a×10-7）3 cm3，因此CoO晶体的密度为 g·cm-3。Fe、Co、Ni的原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，因此FeO、CoO、NiO微粒间的作用力由大到小的顺序为NiO>CoO>FeO，三种晶体的熔点由高到低的顺序为NiO>CoO>FeO。 考向二　晶体结构的分析与计算 4.（2024·安徽，14）研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物（LixLayTiO3），其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价，La为+3价。下列说法错误的是 （　　） A.导电时，Ti和La的价态不变 B.若x=，Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时，空位移动方向与电流方向相反 答案　B 解析　根据题意，导电时Li+发生迁移，化合价不变，则Ti和La的价态不变，A项正确；根据“切割法”，1个晶胞中含Ti：8×=1个，含O：12×=3个，含La或Li或空位共1个，若x=，则La和空位共，n（La）+n（空位）=，结合正负化合价代数和为0，（+1）×+（+3）×n（La）+（+4）×1+（-2）×3=0，解得n（La）=、n（空位）=，Li+与空位数目不相等，B项错误；由立方晶胞的结构可知，与体心最邻近的O原子数为12，即位于棱心的12个O原子，C项正确；导电时Li+向阴极方向移动，即与电流方向相同，则空位移动方向与电流方向相反，D项正确。 5.（2024·吉林，14）某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是 （　　） A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8 B.晶胞2中S与S的最短距离为a C.晶胞2中距Li最近的S有4个 D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体 答案　B 解析　由切割法得，结构1中含有Co的数目为4+4×=4.5，含有S的数目为1+12×=4，Co与S的原子个数比为9∶8，因此结构1的化学式为Co9S8，故A正确；由图可知，晶胞2中S与S的最短距离为面对角线的，晶胞边长为a，即S与S的最短距离为a，故B错误；如图：，以图中的Li为例，与其最近的S共4个，故C正确；如图，当两个晶胞2放在一起时，图中灰框截取的部分就是晶胞3，晶胞2和晶胞3表示同一晶体，故D正确。 6.［2024·全国甲卷，35（5）］结晶型PbS可作为放射性探测器元件材料，其立方晶胞如图所示。其中Pb的配位数为　　　　。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度为　　　　　　g·cm-3（列出计算式）。  答案　6 　 解析　PbS晶胞中有4个Pb和4个S，距离每个Pb原子周围最近的S原子是6个。设NA为阿伏加德罗常数的值，则NA个晶胞的质量为4×（207+32） g，NA个晶胞的体积为NA×，则该晶体密度为 g·cm-3。 7.［2022·全国乙卷，35（4）节选］α⁃AgI晶体中I-作体心立方堆积（如图所示），Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。已知阿伏加德罗常数的值为NA，则α⁃AgI晶体的摩尔体积Vm=　　　　　　　　m3·mol-1（列出算式）。  答案　 解析　每个晶胞中含碘离子的个数为8×+1=2，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2，晶胞的物质的量n== mol，晶胞体积V=a3 pm3=（504×10-12）3 m3，则α⁃AgI晶体的摩尔体积Vm=== m3·mol-1。 8.［2022·广东，20（6）］我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1，沿x、y、z轴方向的投影均为图2。 ①X的化学式为　　　　　。  ②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρ g·cm-3，则X中相邻K之间的最短距离为　　　　nm（列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值）。  答案　①K2SeBr6　②××107 解析　①根据晶胞结构得到一个晶胞中K有8个，有8×+6×=4个，则X的化学式为K2SeBr6。②设晶胞参数为a nm，得到ρ===ρ g·cm-3，解得a=×107，X中相邻K之间的最短距离为晶胞参数的一半，即为××107 nm。 9.［2022·湖南，18（4）］钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①该超导材料的最简化学式为　　　　　。  ②Fe原子的配位数为　　　　　。  ③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为　　　　g·cm-3（列出计算式）。  答案　①KFe2Se2　②4 ③ 解析　①由平面投影图可知，晶胞中位于顶点和体心的钾原子个数为8×+1=2，位于棱上和体内的硒原子个数为8×+2=4，位于面上的铁原子个数为8×=4，该物质的晶胞结构如图所示：，则超导材料最简化学式为KFe2Se2。②由平面投影图可知，铁原子的配位数为4。③设晶体的密度为d g·cm-3，由晶胞的质量公式可得： g=abc×10-21×d g，解得d=。 学科网（北京）股份有限公司 $