高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 认识晶体课时训练

认识晶体

(30分钟　50分)

一、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分)

1.(2021·南平高二检测)下列有关晶体的说法正确的是 (　　)

A.晶体中分子间作用力越大,分子越稳定

B.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子

C.冰融化时水分子中共价键断裂

D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体

【解析】选B。分子间作用力影响分子的物理性质,不影响物质的化学性质,而分子的稳定性属于化学性质,晶体中分子间作用力和分子稳定性之间没有必然联系,故A错误;离子晶体由离子构成,晶体呈电中性,存在阴离子,则一定存在阳离子,故B正确;冰融化时只破坏分子间作用力,共价键没有断裂,故C错误;共价化合物形成的电解质溶于水后可电离出自由移动的离子,如HCl等,故D错误。

【补偿训练】

　　(双选)下列说法错误的是 (　　)

A.同一物质有时可以是晶体,有时可以是非晶体

B.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是确定有没有固定熔点

C.雪花是水蒸气凝华得到的晶体

D.晶体只能从溶液中析出得到

【解析】选B、D。本题考查晶体获得的途径及区别晶体和非晶体的方法。A项正确,如晶态SiO2和非晶态SiO2;B项错误,最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验;C项正确;晶体的获取方法很多,从溶液中析出溶质是方法之一,D错误。

2.(2020·青岛高二检测)某固体仅由一种元素组成,其密度为5.0 g·cm-3。用X射线研究该固体的结构时得知:在边长为10-7 cm的正方体中含有20个原子,则此元素的相对原子质量最接近于下列数据中的              (　　)

A.32   B.120   C.150   D.180

【解析】选C。M=Vm·ρ=×6.02×1023mol-1×5.0 g·cm-3≈150 g·mol-1,即Mr=150。

3.(双选)下列各组物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 (　　)

A.CH4和H2O    B.KCl和HCl

C.Au和Hg     D.SiO2和CO2

【解析】选A、C。A.CH4中化学键是碳氢共价键,晶体类型是分子晶体,而H2O中含氢氧共价键,晶体类型是分子晶体,所以化学键类型相同,晶体类型也相同;B.KCl中含离子键,晶体类型是离子晶体,而HCl是氢氯共价键,晶体类型是分子晶体,所以化学键类型与晶体类型都不同;C.Au和Hg都是金属晶体,所以化学键类型与晶体类型都相同;D.固体CO2是分子晶体,二氧化硅是共价晶体,二氧化硅、二氧化碳都只含共价键,所以化学键类型相同,晶体类型不同。

【补偿训练】

　　(2020·福州高二检测)纳米材料的表面微粒数占总微粒数的比例极大,这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示),则这种纳米颗粒的表面微粒数与总微粒数的比值为              (　　)

A.7∶8　　B.13∶14　　C.25∶25　　D.26∶27

【解析】选D。表面微粒数=26。总微粒数=表面微粒数+中心微粒数=26+1=27。

4.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合,据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为              (　　)

A.2∶3　　B.2∶1　　C.1∶3　　D.3∶2

【解析】选A。每个碳原子形成3个共价键,每个共价键被2个碳原子共用,所以每个碳原子拥有共价键数为3×=,则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为1∶=2∶3。

【补偿训练】

　　(2020·盐城高二检测)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子,在正方体内,B为阳离子,分别在顶点和面心,则该晶体的化学式为              (　　)

A.B2A　　　  B.BA2

C.B7A4    D.B4A7

【解析】选B。根据“切割法”,A在正方体内,晶胞中的8个A离子完全被这1个晶胞占用;B分别在顶点和面心,顶点上的离子被1个晶胞占用,面心上的离子被1个晶胞占用,所以1个晶胞实际占用的B离子为8×+6×=4,则该晶体的化学式为BA2,故B正确。

5.(2020·青岛高二检测)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是              (　　)

A.ZXY3　　　  B.ZX2Y6

C.ZX4Y8     D.ZX8Y12

【解析】选A。离子晶体晶胞结构利用“切割法”分析。根据离子晶胞结构可知X全部在顶点处,其个数是8×=1,Y全部在棱上,其个数是12×=3,Z在体心处,全部属于该晶胞,则该物质的化学式是ZXY3。

二、非选择题(本题包括1小题,共10分)

6.(2020·日照高二检测)数目巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。NaCl晶体是一个正六面体(如图所示)。我们把阴、阳离子看成不等径的圆球,并彼此相切(已知a为晶胞的棱长)。

回答下列问题:

(1)每个晶胞平均分摊:________个Na+、________个Cl-。 

(2)NaCl晶体中阴、阳离子间的最短距离为________(用a表示)。 

(3)NaCl晶体为“巨分子”,在高温下(≥1 413 ℃时)晶体转变成气态团簇分子。现有1 mol NaCl晶体,加强热使其变为气体,测得气体体积为11.2 L(已折算为标准状况)。则此时氯化钠气体的分子式为______。

【解析】(1)该晶胞中钠离子个数=12×+1=4,氯离子个数=8×+6×=4。(2)根据图知,NaCl晶体中阴、阳离子的最短距离为a的一半,即。

(3)1 mol氯化钠的质量=1 mol×58.5 g·mol-1=58.5 g,标准状况下,气体体积为11.2 L的氯化钠的物质的量==0.5 mol,M==117 g·mol-1,所以氯化钠气体的分子式为Na2Cl2。

答案:(1)4　4　(2)　(3)Na2Cl2

【补偿训练】

1.(2020·临沂高二检测)某晶胞结构如图所示,X位于立方体的顶点,Y位于立方体的中心,试分析:

(1)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有________个。 

(2)晶体中距离最近的两个X和一个Y所形成的夹角∠XYX=________(填角的度数)。 

【解析】(1)晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如图所示立方体的面对角线。位置关系分为在此X的上层、下层和同一层,每层均有4个,共有12个。(2)4个X连线后构成正四面体,Y原子位于正四面体的体心,类似于甲烷的分子构型,所以∠XYX=109.5°。

答案:(1)12　(2)109.5°

2.(2020·广州高二检测)β-羧乙基锗倍半氧化物(即Ge-132)是与人体健康有关的最重要的有机锗化合物。其片层结构如图所示,每个结构相同的基团都是由六个锗原子和六个氧原子构成的十二元环。每个锗原子同时与三个氧原子相连接,形成可以任意延伸的片层,每个锗原子还连接一个β-羧乙基(—CH2CH2COOH),各片层间存在相互作用,连接成三维网状结构。

(1)每个正六边形平均拥有________个锗原子。 

(2)试写出Ge-132的化学式__________________________。 

【解析】正六边形上锗原子是三个正六边形共用,氧原子是两个正六边形共用,所以每个锗原子有、每个氧原子有属于一个正六边形所有。所以每个正六边形拥有锗原子数为6×=2个,氧原子数为6×=3个。同理可求,每个正六边形拥有羧乙基数目为6×=2个,则Ge-132的化学式为(CH2CH2COOH)2Ge2O3或

(GeCH2CH2COOH)2O3或Ge2C6H10O7。

答案:(1)2　(2)(CH2CH2COOH)2Ge2O3或

(GeCH2CH2COOH)2O3或Ge2C6H10O7

一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)

7.(2020·临沂高二检测)铝铁合金在微电机中有广泛应用。

一种Al-Fe合金的晶胞如图所示。则该合金的化学式为 (　　)

A.Fe2Al　　B.FeAl　　C.Fe3Al2　　D.Fe2Al3

【解析】选A。立方体有8个顶点,每个顶点被8个晶胞所共有,每个晶胞占有其;面心上的每个原子被2个晶胞所共有,每个晶胞占有其;棱上共12个原子,每个原子被4个晶胞所共有,每个晶胞占有其;体心还有一个铁原子,故铁原子数为8×+6×+12×+1=8;铝原子都在晶胞内部,共4个。所以铁、铝原子个数比为2∶1,化学式为Fe2Al。

8.(2021·日照高二检测)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。晶胞中,Cu原子数目=6×=3、Sn原子数目=8×=1、P原子数目=1,故磷青铜的化学式为Cu3SnP,故A正确;由晶胞结构可知,晶体中距离Cu原子最近的P原子有2个,故B错误;以顶点Sn原子研究,与之最近的P原子处于晶胞体心共有8个,这8个P原子形成正方体,故C正确;面心的6个Cu原子形成正八面体,Cu原子核间距等于正八面体的棱长,而该正八面体棱长等于晶胞棱长的倍。晶胞质量= g,故晶胞体积= g÷(a g·cm-3)= cm3,故晶胞棱长= cm,则最近的Cu原子核间距为× cm=××1010pm,故D正确。

二、非选择题(本题包括1小题,共10分)

9.(2020·泉州高二检测)回答以下问题。

Ⅰ.元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。

(1)在1个晶胞中,X离子的数目为_____________________________。 

(2)该化合物的化学式为_____________________________。 

Ⅱ.准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过______________方法区分晶体、准晶体和非晶体。 

【解析】Ⅰ.元素X的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,则X是锌。元素Y的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则Y是硫。(1)在1个晶胞中,Zn2+的数目为8×+6×=4。(2)1个晶胞中S2-的数目也为4,所以该化合物的化学式为ZnS。

Ⅱ.区分晶体、准晶体和非晶体可用X射线衍射的方法。

答案:Ⅰ.(1)4　(2)ZnS　Ⅱ.X射线衍射

【补偿训练】
　　1.(2020·济南高二检测)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。

(1)请写出元素d的基态原子的电子排布式:__________________________。

(2)b的氧化物中b与氧之间的共价键类型是__________________,其中b原子的杂化方式是______________________________________。
(3)a的单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。

若已知a元素原子的半径为d,NA代表阿伏加德罗常数,a元素原子的摩尔质量为M,则1个晶胞中a原子的数目为________,该晶体的密度为________(用字母表示)。
【解析】(1)根据d在元素周期表中的位置可知,元素d为Cr,其3d轨道半充满时更稳定,Cr的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(2)SiO2中Si原子与相邻的4个O原子形成正四面体结构,其中Si原子的杂化方式是sp3杂化。(3)1个晶胞中a原子的数目为8×+6×=4;该晶胞的质量m=4×,该晶胞的体积V==16d3,则晶胞密度ρ==。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)　(2)σ键(或极性共价键)　sp3杂化　(3)4　
2.已知:硫酸铜溶液中滴入氨基乙酸钠
(H2N—CH2—COONa)即可得到配合物A。其结构如图1所示:
 

(1)Cu元素基态原子的电子排布式为__________________。

(2)配合物A中碳原子的轨道杂化类型为__________________。
(3)1 mol氨基乙酸钠(H2N—CH2—COONa)含有σ键的数目为______________________。
(4)氨基乙酸钠分解产物之一为二氧化碳。写出CO2的一种等电子体: ________(要求为负一价阴离子,写化学式)。
(5)已知:灼烧硫酸铜可以生成一种红色晶体,其结构如图2所示,则该化合物的化学式是__________________。
(6)CH4和NO在400～500 ℃和Pt作催化剂下,能转化成无毒无害的物质,利用该反应可以控制机动车尾气排放。该反应的化学方程式为__________________。
【解析】(1)Cu是29号元素,其原子核外有29个电子,根据构造原理知其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。(2)配合物A分子中,中的C为sp2杂化,中的C为sp3杂化。(3)共价单键为σ键,共价双键中一个是σ键一个是π键,则H2N—CH2—COONa中含有8个σ键,所以1 mol氨基乙酸钠中含有σ键8 mol,数目为8NA。(4)二氧化碳分子中原子个数为3,价电子数为16;原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体,则CO2的等电子体有 SCN-、或OCN-等。

答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

(2)sp3、sp2　(3)8NA　(4)SCN-(或、OCN-等)

(5)Cu2O　(6)CH4+4NO2N2+CO2+2H2O