考点48 晶体结构与性质 真题过关 2023年高考化学一轮复习

考点48  晶体结构与性质 真题过关

1．【2022•湖北省选择性考试】某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(    )

A．Ca2+的配位数为6 B．与距离最近的是K+

C．该物质的化学式为KCaF3 D．若换为Cl-，则晶胞棱长将改变

【答案】B

【解析】A项，Ca2+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数，如图所示，Ca2+位于体心，F-位于面心，所以Ca2+配位数为6，A正确；B项，F-与K+的最近距离为棱长的，F-与Ca2+的最近距离为棱长的，所以与F-距离最近的是Ca2+，B错误；C项，K+位于顶点，所以K+个数==1，F-位于面心，F-个数==3，Ca2+位于体心，所以Ca2+个数=1，综上，该物质的化学式为KCaF3，C正确；D项，F-与Cl-半径不同，替换后晶胞棱长将改变，D正确；故选B。

2．【2022•山东卷】Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是(    )

A．每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为x

B．每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞，转移电子数为8

C．每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x

D．当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时，每转移电子，产生(1-x)mol原子

【答案】D

【解析】A项，由Cu2-xSe晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，位于体内的铜离子和亚铜离子的个数之和为8，设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b，则a+b=8-4x，由化合价代数和为0可得2a+b=4×2，解得a=4x，故A错误；B项，由Na2Se转化为Cu2-xSe的电极反应式为Na2Se-e-+(2-x)Cu=Cu2-xSe+Na+，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，则每个晶胞中含有4个Na2Se，转移电子数为4，故B错误；C项，由NaCuSe晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，则每个晶胞中含有4个NaCuSe，晶胞中0价铜而个数为(4-4x)，故C错误；D项，由题意可知，NayCu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为NayCu2-xSe+(1-y) e-+ Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，所以每转移(1-y)电子，产生(1-x)mol铜，故D正确；故选D。

3．【2021•湖北省选择性考试】某立方晶系的锑钾(Sb－K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是(   )

A．该晶胞的体积为     B．K和Sb原子数之比为3:1

C．与Sb最邻近的K原子数为4      D．K和Sb之间的最短距离为 pm

【答案】B

【解析】该晶胞的边长为a×1010 cm，故晶胞的体积为(a×1010 cm)3＝a3×1030 cm3，A项错误；该晶胞中K的个数为12×＋9＝12，Sb的个数为8×＋6×＝4，故K和Sb原子个数之比为3:1，B项正确；以面心处Sb为研究对象，与Sb最邻近的K原子数为8，C项错误；K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的，即 pm，D项错误。

4．【2021•全国甲卷】(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为______g·cm-3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZrO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1-xOy，则y=________(用x表达)。

【答案】(4)8        2-x   

【解析】(4)以晶胞中右侧面心的Zr4+为例，同一晶胞中与Zr4+连接最近且等距的O2-数为4，同理可知右侧晶胞中有4个O2-与Zr4+相连，因此Zr4+离子在晶胞中的配位数是4+4=8；1个晶胞中含有4个ZrO2微粒，1个晶胞的质量m=，1个晶胞的体积为(a×10-10cm)×(a×10-10cm)×(c×10-10cm)=a2c×10-30cm3，因此该晶体密度===g·cm-3；在ZrO2中掺杂少量ZrO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1-xOy，其中Zn元素为+2价，Zr为+4价，O元素为-2价，根据化合物化合价为0可知2x+4×(1-x)=2y，解得y=2-x。

5．【2021•全国乙卷】(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示，处于顶角位置的是_______原子。设Cr和Al原子半径分别为和，则金属原子空间占有率为_______%(列出计算表达式)。

【答案】(4)Al       

 【解析】(4)已知AlCr2具有体心四方结构，如图所示，黑球个数为，白球个数为，结合化学式AlCr2可知，白球为Cr，黑球为Al，即处于顶角位置的是Al原子。设Cr和Al原子半径分别为和，则金属原子的体积为，故金属原子空间占有率=%。

6．【2021•湖南选择性考试】(3)如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。

①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1：4，图中Z表示　                　原子(填元素符号)，该化合物的化学式为　                　；

②已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝　                　g•cm﹣3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。

【答案】(3)①O    Mg2GeO4   ②×1021   

 【解析】(3)①根据如图所示晶胞，根据均摊法，Z球位于晶胞内，位于晶胞的内部，含有4+4+4+4＝16个；Y球有4个位于晶胞内，X球位于顶点的有8个，位于4条棱心的有4个，上下面心上各有2个，晶胞内有5个，则晶胞中共含有的X为8445＝8个；已知化合物中Ge和O的原子个数比为1：4，则为1：4比例的为X：Z，所以图中Z表示O原子，Y表示Ge原子，X表示Mg原子，则该化合物的化学式为Mg2GeO4；②晶胞的总质量为mg，晶胞的体积为V＝abcnm3＝abc×10﹣21cm3，代入根据晶体的密度ρ。

7．【2021•河北选择性考试】(7)分别用○、●表示H2PO4-和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H2PO4-、K+在晶胞xz面、yz面上的位置：

①若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度____________________g•cm-3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为_________ (填标号)。

【答案】(7) ①    ②B   

【解析】(7)①由晶胞结构可知，H2PO4-位于晶胞的顶点、面上和体心，顶点上有8个、面上有4个，体心有1个，故晶胞中H2PO4-的数目为；K+位于面上和棱上，面上有6个，棱上4个，故晶胞中K+的数目为。因此，平均每个晶胞中占有的H2PO4-和K+的数目均为4，若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm，则晶胞的体积为10-30a2c cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为。②由图(a)、(b)、(c)可知，晶胞在x轴方向的投影图为 ，选B。

8．【2021•广东选择性考试】(6)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图9a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。

①图9b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是__________________。

②图9c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为_________；该晶胞中粒子个数比Hg：Ge：Sb = _________。

③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为________g/cm3(列出算式)。

【答案】(6)①由图9c可知，图9b中Sb、Hg原子取代位置除图9b外还有其它形式   

②4    1：1：2    ③   

【解析】(6)①对比图9b和图9c可得X晶体的晶胞中上下两个单元内的原子位置不完全相同，不符合晶胞晶胞是晶体的最小重复单位要求；②以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为例，同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2，右侧晶胞中有2个Sb原子与Hg原子距离最近，因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4；该晶胞中Sb原子均位于晶胞内，因此1个晶胞中含有Sb原子数为8，Ge原子位于晶胞顶点、面心、体心，因此1个晶胞中含有Ge原子数为1+8×+4×=4，Hg原子位于棱边、面心，因此1个晶胞中含有Hg原子数为6×+4×=4，则该晶胞中粒子个数比Hg：Ge：Sb =4：4：8=1：1：2；③1个晶胞的质量m=，1个晶胞的体积V=(x×10-7cm)2×(y×10-7cm)=x2y×10-21cm3，则X晶体的密度为== g/cm3。

9．【2020•新课标Ⅰ卷】(4)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)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。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有____个。

电池充电时，LiFeO4脱出部分Li+，形成Li1−xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x=_______，n(Fe2+ )∶n(Fe3+)=_______。

【答案】(4)4    或0.1875    13:3   

10．【2020•新课标Ⅱ卷】 (3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是__________；金属离子与氧离子间的作用力为__________，Ca2+的配位数是__________。

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I﹣和有机碱离子CH3NH3+，其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中__________的空间位置相同，有机碱CH3NH3+中，N原子的杂化轨道类型是__________；若晶胞参数为a nm，则晶体密度为_________g·cm-3(列出计算式)。

(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘，降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐，提升了太阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理如图(c)所示，用离子方程式表示该原理_______、_______。

【答案】(3)O＞Ti＞Ca    离子键    12    (4)Ti4+    sp3       

11．【2020•新课标Ⅲ卷】(4)研究发现，氦硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。

氨硼烷晶体的密度ρ=__________g·cm−3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。

【答案】(4)   

12．【2020•山东卷】(4)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下表所示。

一个晶胞中有_________个Sn，找出距离Cd(0，0，0)最近的Sn_________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有___________个。

【答案】(4)4    (0.5，0，0.25)、(0.5，0.5，0)    4   

13．【2020•天津卷】(2)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】 (2)    NiO＞CoO＞FeO