化学选修3 物质结构与性质第三章 晶体结构与性质综合与测试当堂达标检测题

本章复习提升

易混易错练

易错点1　对晶体与非晶体的区别掌握不牢导致错误

1.(★★☆)下列叙述正确的是(　　)

A.固体SiO2一定是晶体

B.有规则的几何外形的物质一定是晶体

C.晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列

D.冰和碘晶体中相互作用力相同

2.(★★☆)晶体与非晶体的本质区别是(　　)

A.晶体有规则的几何外形,而非晶体没有规则的几何外形

B.晶体内部粒子有序排列,而非晶体内部粒子无序排列

C.晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点

D.晶体的硬度大,而非晶体的硬度小

3.(★★☆)下面有关晶体的叙述中,不正确的是(　　)

A.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-

B.金刚石为空间网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子

C.干冰中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子

D.金属铜属于六方最密堆积结构,金属镁属于面心立方最密堆积结构

易错点2　晶体结构分析错误

4.(★★☆)在20世纪90年代末期,科学家发现并证明碳有新的单质C60存在。后来人们又相继发现了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初,科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子,大大丰富了碳元素单质的家庭。下列有关说法错误的是(　　)

A.金刚石、C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与H2发生加成反应

B.已知C(石墨,s) C(金刚石,s)　ΔH>0,则石墨比金刚石稳定

C.C60晶胞结构如图所示,每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个

D.熔点:C60<C70<C90<金刚石

5.(★★☆)观察下列模型并结合有关信息,判断有关说法正确的是(　　)

A.单质硼属于原子晶体

B.SF6是由极性键构成的极性分子

C.固态S8属于原子晶体

D.HCN的结构式为H—C N

6.(★★☆)硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。回答下列问题:

(1)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为　　　　,该能层具有的原子轨道数为　　　　,电子数为　　　　。 

(2)硅主要以硅酸盐、　　　　等化合物的形式存在于地壳中。 

(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以　　　　相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献　　　　个原子。 

(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为　。 

(5)碳和硅的有关化学键键能如下表所示,简要分析和解释下列有关事实:

①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

易错点3　晶格能大小的比较

7.(2019河南洛阳高二期末,★★☆)下列叙述不正确的是(　　)

A.晶胞空间利用率:金属铜>金属镁>金属钾>金属钋

B.热分解温度:MgCO3<CaCO3<SrCO3

C.晶体熔点由低到高:CH4<SiH4<GeH4<SnH4

D.晶格能由大到小:云母>石英>长石

思想方法练

利用建模思想解决晶胞的相关计算问题

1.(★★☆)GaAs晶体的熔点很高, 硬度很大, 密度为ρ g·cm-3,Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1, 原子半径分别为rGa pm和rAs pm,设阿伏加德罗常数的值为NA,其晶胞结构如下图所示,下列说法错误的是(　　)

A.该晶体为原子晶体

B.在该晶体中,Ga和As的配位数均为4

C.原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%

D.所有原子最外层均满足8电子稳定结构

2.(★★☆)(1)磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。如图是磷化硼晶体的晶胞,B原子的杂化方式是　　　　。立方相氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体的高,其原因是　　　 　                                            。 

(2)设NA为阿伏加德罗常数的值,已知磷化硼的晶胞参数a=478 pm,请列式计算该晶体的密度ρ=　　　　　g·cm-3(用含NA的代数式表示即可,不需要计算出结果)。晶胞中硼原子和磷原子最近的核间距为

　　　　pm。 

3.(★★☆)金属M(相对原子质量为m)与N60形成的化合物晶体结构如下图所示(其中白球代表N60,黑球代表金属M),若其晶胞边长为k pm,NA代表阿伏加德罗常数的值,则其密度为　　　　　　　　g·cm-3,该化合物中N60的配位数为　　　　　。 

4.(★★☆)Cu2O的晶胞结构如图所示,该晶胞的边长为a cm,则Cu2O的密度为　　　　　　g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的数值)。 

5.(★★☆)(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为　　　　;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为　　　　;若晶胞的边长为a pm,则金刚砂的密度表达式为　　　　。 

(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与　　　　个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,设阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为　　　　cm(用代数式表示即可)。 

6.(★★★)某磷青铜晶胞结构如图所示。

(1)其化学式为　　　　　　。 

(2)该晶体中距离Sn原子最近的Cu原子有　　　个。 

(3)若晶体密度为8.82 g/cm3,最近的Cu原子核间距为　　　　　　pm(用含NA的代数式表示,设NA表示阿伏加德罗常数的值)。 

7.(2019四川遂宁中学外国语实验学校高二段考,★★☆)氧化亚铁晶体的晶胞如图所示。已知氧化亚铁晶体的密度为ρ g·cm-3,NA代表阿伏加德罗常数的值。在该晶胞中,与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+数目为　　　　;Fe2+与O2-的最短核间距为　　　　pm。 

答案全解全析

易混易错练

1.C　SiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类,即SiO2也有非晶体,A错误;玻璃有规则的几何外形,但属于非晶体,B错误;晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列,C正确;冰晶体中存在氢键和范德华力,碘晶体中只有范德华力,相互作用力不相同,D错误。

2.B　晶体内部粒子有序排列,而非晶体内部粒子无序排列,这是晶体与非晶体的本质区别,故B正确。

3.D　氯化铯晶胞属于体心立方晶胞,每个Cs+周围紧邻8个Cl-,故A项正确;金刚石为原子晶体,由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子,故B 项正确;干冰是二氧化碳的晶体,为面心立方最密堆积,每个CO2分子周围紧邻的有12个CO2分子,故C项正确;金属镁为六方最密堆积,金属铜是面心立方最密堆积,故D项错误。

4.A　C60的结构中存在碳碳双键,可与H2发生加成反应,A错误;石墨转化为金刚石为吸热反应,则石墨能量低,金刚石能量高,能量越高,越不稳定,所以石墨比金刚石稳定,B正确;以晶胞顶点上的C60分子为例,与之距离最近的分子有12个,C正确;C60、C70、C90为分子晶体,分子晶体的相对分子质量越大,熔点越高,金刚石为原子晶体,在这四种物质中熔点最高,所以熔点:C60<C70<C90<金刚石,D正确。

5.A　由题图知,每个B原子与周围的B原子均通过共价键连接,且熔点很高,因此单质硼属于原子晶体,A正确;SF6为对称结构,分子极性抵消,正电中心和负电中心重合,电荷分布均匀,SF6为非极性分子,B错误;S8晶体属于分子晶体,C错误;HCN的结构式为,D错误。

6.答案　(1)M　9　4

(2)二氧化硅

(3)共价键　3

(4)Mg2Si+4NH4Cl SiH4+4NH3+2MgCl2

(5)①C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成

②C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

解析　(1)基态Si原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,电子占据的最高能层为第三层,符号为M,该能层原子轨道总数=1(3s轨道)+3(3p轨道)+5(3d轨道)=9。(3)6个面心位置贡献的Si原子数=6×=3。(4)由题给信息可写出制备SiH4的化学方程式:Mg2Si+4NH4Cl 2MgCl2+4NH3+SiH4。(5)可根据相关键能的数据解释相关的两个事实。

7.A　金属钾的空间利用率是68%,Po的空间利用率是52%,金属铜和金属镁的空间利用率都是74%,因此空间利用率大小关系为金属铜=金属镁>金属钾>金属钋,A项错误。

思想方法练

1.C　GaAs 晶体的熔点很高,硬度很大,为空间立体网状结构,属于原子晶体,故A项正确;由晶胞结构可知,Ga的配位数为4,晶胞中Ga原子数目为4,As原子数目为8×+6×=4,晶胞中As、Ga原子数目之比为1∶1,故As配位数也是4,故B项正确;晶胞中原子总体积为4×π(+)×10-30 cm3,晶胞质量= g,晶胞体积为 cm3,原子的体积占晶胞体积的百分率=×100%=×10-30×100%,故C项错误;每个As、Ga原子都形成4个共价键,所有原子最外层均满足8电子稳定结构,故D项正确。

2.答案　(1)sp3　二者均为原子晶体,氮原子的半径小于磷原子, N—B键的键长小于P—B键,N—B键的键能大　(2)　

解析　(2)根据均摊法可知一个晶胞含有4个B原子,4个P原子,设有1 mol晶胞,则体积为4783×10-30×NA cm3,质量为42×4 g,根据ρ=,晶体的密度为= g·cm-3。设某个顶点上的P原子坐标为(0,0,0),离这个P原子最近的B原子坐标为(478 pm×, 478 pm×,478 pm×),所以晶胞中硼原子和磷原子最近的核间距为= pm。

3.答案　或　4

解析　1个晶胞中含有4个M,含N60个数为×8+×6=4,M与N60个数之比为1∶1,晶体的化学式为MN60;晶胞边长为k pm,晶胞的体积为(k×10-10)3 cm3,该化合物的密度为 g·cm-3。根据晶胞结构可知,M的配位数为4,M与N60个数之比为1∶1,该化合物中N60的配位数也为4。

4.答案　

解析　O原子在晶胞的顶点和体心,故O原子数=8×+1=2,Cu原子全部在晶胞内部,故Cu原子数为4,即一个氧化亚铜晶胞中有2个O原子和4个Cu原子,则该氧化物的密度为= g·cm-3= g·cm-3。

5.答案　(1)原子晶体　12　

(2)4　正四面体　×

解析　(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于原子晶体;每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×+6×=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积为(a×10-10 cm)3,则ρ==。

(2)根据晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。在该Si晶体的晶胞中含有Si原子的数目是8×+6×+4=8,则根据晶胞的密度ρ=可知V== cm3,晶胞的边长a=cm,在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即×cm。

6.答案　(1)SnCu3P

(2)12　

(3)××1010

解析　(1)根据晶胞结构图,晶胞中P原子位于体心,含有一个磷原子,Cu原子位于面心,则Cu原子数为6×=3,Sn原子位于顶点,则Sn原子数为8×=1,据此得到化学式为SnCu3P。(2)该晶体中距离Sn原子最近的Cu原子有12个。(3)SnCu3P摩尔质量=342 g/mol,则一个晶胞质量为 g,设立方体边长为x,铜原子间最近距离为a,则a2=()2+()2,a=x,结合密度ρ=,V=x3== cm3,x= cm,a=× cm=××1010 pm。

7.答案　12　×1010

解析　 从晶胞结构可知,在该晶胞中,与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+数目为12个,1个晶胞中含有Fe2+的个数为6×+8×=4,含有O2-的个数为12×+1=4,Fe2+与O2-的最短核间距是晶胞的棱长,设氧化亚铁晶胞的棱长为a cm,可得到:ρ×a3=,则a=,Fe2+与O2-的最短核间距为×1010pm。