新高考化学二轮复习学案第3部分 考前特训 特色练7　晶体结构的分析应用（含解析）

特色练7　晶体结构的分析应用

1.我国科学家在FeS2表面自组装单原子层Cu5纳米团簇构筑双催化剂实现H2O2到·OH的稳定持续活化。FeS2的晶胞结构如图所示。已知：晶胞边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)

A．H2O2和FeS2中都含有非极性键

B．第二电离能：Cu<Zn

C．S和S之间的最短距离为a pm

D．FeS2的密度为 g·cm－3

答案　B

解析　双氧水含氧氧键，二硫化亚铁含硫硫键，它们都是非极性键，A正确；铜和锌的第二电离能分别是电离3d10和4s1上的电子时产生的，而3d10为全充满的稳定结构，铜的第二电离能大于锌的第二电离能，B错误；S与S之间的最短距离等于晶胞的面对角线的一半，即S和S之间的最短距离为a pm，C正确；1个晶胞中含S的个数为8×＋6×＝4，含Fe2＋的个数为12×＋1＝4，故可知FeS2的密度为 g·cm－3，D正确。

2.元素A、B组成的晶体经X射线衍射实验测得其晶胞结构(体心四方)如图所示，有关该晶体的叙述错误的是(设MA、MB分别为A、B元素的相对原子质量，NA为阿伏加德罗常数的值)(　　)

A．该晶体的化学式为A2B

B．该晶胞在底面的投影图为(部分被遮盖原子未表示)

C．与A原子最邻近且等距离的B原子有8个

D．该晶体的密度为 g·cm－3

答案　A

解析　该晶胞中，含A原子个数为8×＋1＝2，含B原子个数为8×＋2＝4，所以该晶体的化学式为AB2，A错误；从上往下看，该晶胞棱上的B原子全部被遮盖，体心的2个B原子与1个A原子重叠，所以在底面的投影图为(部分被遮盖原子未表示)，B正确；选择顶面上的1个A原子，它属于8个晶胞，体心中上面的B原子与它距离最近，所以与A原子最邻近且等距离的B原子有8个，C正确；由A项分析可知，该晶胞中含有2个“AB2”，该晶体的密度为＝ g·cm－3＝ g·cm－3，D正确。

3．锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。Ge与碳是同族元素，碳原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。Ge单晶的晶胞结构类似于金刚石，如图。(＝1.732，π＝3.14)(注：晶胞中所有的球是等径硬球，且A球和D球相切)下列说法错误的是(　　)

A．原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，其中原子坐标参数A为(0,0,0)，则C为(，，0)，D为(，，)，B为(，0，)

B．碳原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间不能形成的原因是Ge原子的半径大，原子间形成的σ单键长，p­p轨道“肩并肩”的重叠程度小

C．若Ge原子半径为r，Ge单晶晶胞边长为a，Ge原子在晶胞中的空间占有率为34%(一个晶胞中构成晶体粒子在整个晶体空间中所占的体积百分比)

D．两个最近的Ge原子之间的距离为a(Ge单晶晶胞边长为a)

答案　D

解析　根据图中几何关系可知，原子坐标参数A为(0,0,0)，则C为(，，0)，D为(，，)，B为(，0，)，A正确；Ge原子的半径大，原子间形成的σ单键长，p­p轨道肩并肩的重叠程度小，所以难以形成π键，即难以形成双键、三键，B正确；若Ge原子半径为r，Ge单晶晶胞边长为a，则根据几何关系可知，2r＝a，上述晶胞中含Ge原子的个数为8×＋6×＋4＝8，所以原子在晶胞中的空间占有率为×100%＝×100%＝π×100%≈34%，C正确；根据几何关系可知，两个最近的Ge原子(如A球和D球)之间的距离d为晶胞体对角线的四分之一，即d＝a，D错误。

4.我国科学家发明了高选择性的CO2加氢合成CH3OH的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体，其中ZrO2摩尔质量为M g·mol－1，晶胞如图所示，晶胞的棱长为a pm。下列说法错误的是(　　)

A．Zr4＋在晶胞中的配位数为8

B．40Zr位于元素周期表中ds区

C．该晶胞的密度为 g·cm－3

D．O位于Zr构成的正四面体空隙中

答案　B

解析　每个晶胞中，面心的Zr4＋与4个O2－相邻，则配位数为8，故A正确；40Zr位于元素周期表中d区，在第五周期第ⅣB族，故B错误；晶胞中Zr4＋位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，O2－位于晶胞内，个数为8，则晶胞质量为 g，晶胞体积为a3×10－30cm3，可知晶胞的密度为ρ＝＝＝ g·cm－3，故C正确；由晶胞可知O位于Zr构成的正四面体空隙中，故D正确。

5．在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2(结构如图)微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，“坚铝”是制造飞机的主要材料。

已知：该结构中Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中填入以四面体方式排列的Cu。则晶体结构中镁原子之间的最短距离为(　　)

A.a pm   B.a pm

C.a pm   D.a pm

答案　B

解析　根据晶胞结构可知Mg原子之间的最短距离为体对角线的，由于棱长为a pm，则体对角线是a pm，则Mg原子之间的最短距离为a pm，故B正确。

6.NaAlH4晶胞结构如图所示，它由两个正六面体叠加而成，已知正六面体的棱长为a nm。下列说法错误的是(　　)

A．NaAlH4晶体中，与AlH紧邻且等距的Na＋有8个

B．设阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度为 g·cm－3

C．制备NaAlH4的反应选择在乙醚(CH3CH2OCH2CH3)中进行，也可以在水中进行

D．AlH的空间结构为正四面体形

答案　C

解析　以体心的AlH研究，与之紧邻且等距的Na＋位于晶胞棱之间、晶胞中上面立方体左右侧面面心、晶胞中下面立方体前后面的面心，与AlH紧邻且等距的Na＋有8个，A正确；由晶胞结构可知：晶胞中AlH数目为1＋8×＋4×＝4，Na＋数目为6×＋4×＝4，晶胞质量为4× g，晶胞密度为＝ g·cm－3，B正确；制备NaAlH4的反应可以在乙醚中进行，但由于NaAlH4＋2H2O===NaAlO2＋4H2↑，故不可以在水中进行，C错误；AlH中Al原子孤电子对数为＝0，杂化轨道数目为4＋0＝4，Al原子杂化方式为sp3，故其空间结构为正四面体形，D正确。

7．钇钡铜复合氧化型超导材料YBCO(YBa2Cu3Ox)的晶胞结构如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．x＝7

B．晶胞的体积为3a3×10－30 cm3

C．该晶胞中Cu的配位数为4或5

D．相邻Y之间的最短距离为3a pm

答案　D

解析　Y在体心，数目为1，氧原子在棱上和面上，数目为12×＋8×＝7，A正确；晶胞的体积为3a×a2×10－30 cm3＝3a3×10－30cm3，B正确；铜原子位于晶胞的顶点和棱上，距离位于顶点的铜原子最近的氧原子个数有4个，位于棱上的铜原子，与之最近的氧原子有5个，故其配位数为4或者5，C正确；Y位于体心，在此晶胞上面还有一个晶胞，两个晶胞中相邻的Y之间最短距离为a pm，D错误。

8．如图1是NaH立方晶胞结构，图2为NaBH4结构，图3为Na晶胞结构。

下列说法错误的是(　　)

A．NaH晶胞中，Na＋的配位数是8

B．NaH晶胞中，Na与H之间的最短距离为 nm

C．NaBH4中存在离子键、配位键和共价键

D．1个Na晶胞中含有2个钠原子

答案　A

解析　NaH晶胞中，与Na＋距离最近且等距的H－个数为6，则Na＋的配位数是6，A项错误；NaH晶胞中，Na与H之间的最短距离等于晶胞棱长的一半，为 nm，B项正确；NaBH4中Na＋与BH之间存在离子键，BH中其中1个B—H为配位键，其余3个B—H为共价键，C项正确；Na晶胞中Na原子个数为1＋8×＝2，D项正确。

9.铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶点和面心的位置，镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法正确的是(　　)

A．距离Fe原子最近的Mg原子数为4

B．该晶胞的体积为b3×10－27 cm3

C．Fe原子与Mg原子间最短距离为b nm

D．晶体储氢时，H2在晶胞的体心和棱的中心位置，则储氢后化学式为FeMg2H2

答案　D

解析　由晶胞结构可知，位于顶点的铁原子与位于体对角线上镁原子的距离最近，则铁原子的配位数为8，故A错误；由晶胞结构可知晶胞参数为b nm，则该晶胞体积为b3×10－21 cm3，故B错误；由晶胞结构可知，位于顶点的铁原子与镁原子的距离为体对角线的，则铁原子与镁原子间最短距离为b nm，故C错误；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的铁原子个数为8×＋6×＝4，位于体内的镁原子个数为8，位于体心和棱的中心位置的氢分子个数为12×＋1＝4，储氢后化学式为FeMg2H2，故D正确。

10．科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。CaF2晶胞如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．CaF2晶体中，每个F周围距离相等且最近的F－有6个

B．OF2与SiO2中氧原子杂化方式相同

C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为(，，)

D．若脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，则脱硅能力：BaF2<CaF2<MgF2

答案　D

解析　由于CaF2晶体中钙离子、氟离子交替排列，所以假设这个晶胞的体心上是Ca2＋，那么三个顶点就是F－，则每个F－周围距离相等且最近的F－有6个，故A正确；OF2与SiO2都是含有极性共价键的共价化合物，化合物中氧原子的价层电子对数都为4，杂化方式都为sp3杂化，故B正确；若A处原子分数坐标为(0,0,0)，B点处于四面体间隙，根据立体几何关系，则B处原子分数坐标为(，，)，故C正确；三种氟化物均为离子晶体，晶体提供自由氟离子的能力越强，阴、阳离子间形成离子键越弱，钡离子、钙离子、镁离子的电荷数相同，离子半径依次减小，则BaF2、CaF2、MgF2三种晶体中的离子键依次增强，晶体提供自由氟离子的能力依次减弱，脱硅能力依次减弱，即脱硅能力：BaF2>CaF2>MgF2，故D错误。

11．由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构如图，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)

A．晶体中Al和Si构成二氧化硅型骨架

B．晶体中Li、Al、Si三种微粒的比例为2∶2∶1

C．图中所指Si原子的坐标为(，，)

D．晶体中与每个Al紧邻的Si有4个

答案　D

解析　根据图知，晶胞中有Si和Al原子不相连，故A错误；该晶胞中Li原子个数为1＋12×＝4、Al原子个数为8×＋6×＝4、Si原子个数为4，则Li、Al、Si原子个数之比为4∶4∶4＝1∶1∶1，故B错误；图中所指Si原子的坐标为(，，)，故C错误；根据图知，每个Al原子连接4个相同的Si原子，所以晶体中与每个Al紧邻的Si有4个，故D正确。