高考化学二轮复习题型突破 选择题专项突破分级训练(二十)　晶体结构与性质 含解析

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1. (2024·河北沧州部分示范性高中二模)砷化镓是重要的半导体材料，用于制作微波集成电路、红外线发光二极管等元件，砷化镓立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为a pm。下列说法正确的是( )
A．每个Ga周围距离最近的Ga原子个数为8
B．Ga原子与As原子的最短距离为eq \f(\r(3),2)a pm
C．该晶胞的质量为eq \f(580,NA) g(NA为阿伏加德罗常数的值)
D．一个晶胞中含有4个As原子和14个Ga原子
【答案】 C
【解析】 每个Ga周围距离最近的Ga原子个数为12，A错误；由晶胞结构可知，镓原子与砷原子的最短距离为体对角线的eq \f(1,4)，则镓原子与砷原子的最短距离为eq \f(\r(3),4)a pm，B错误；该晶胞含有4个GaAs，晶胞质量为eq \f(nM,NA)＝eq \f(580,NA) g，C正确；一个晶胞中含Ga的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4,4个As原子，D错误。
2. (2024·湖北武汉市二模)超导现象一直吸引着广大科学家的关注。某超导材料的晶体结构属于四方晶系，其晶胞如图所示。下列说法错误的是( )
A．第一电离能：I1(Cu)>I1(Ba)
B．与Ba2＋等距且最近的Cu2＋有12个
C．该超导材料的化学式为HgBa2CuO4
D．该晶体的密度为eq \f(6.02×1032,a2cNA) g·cm－3
【答案】 B
【解析】 同一主族随原子序数变大，原子半径变大，第一电离能变小；同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，第一电离能：I1(Cu)>I1(Ba)，A正确；由图可知，与Ba2＋等距且最近的Cu2＋有4个，B错误；根据“均摊法”，晶胞中含4×eq \f(1,4)＝1个Hg、2个Ba、8×eq \f(1,8)＝1个Cu、16×eq \f(1,4)＝4个O，则化学式为HgBa2CuO4，C正确；结合C分析可知，eq \f(\f(M,NA),a2c)×1030 g·cm－3＝eq \f(602,a2cNA)×1030 g·cm－3＝eq \f(6.02×1032,a2cNA) g·cm－3，D正确。
3.(2024·河北唐山二模)砷化镓是一种新型半导体材料，应用广泛。图甲为它的立方晶胞结构，图乙为该晶胞沿y轴的投影图。该晶胞的边长为d pm，在三维坐标系中a、b两点的原子坐标分别为(0,1,0)，(1,0,1)。下列说法错误的是( )
A．As和Ga原子间的最近距离为eq \f(\r(2),2)d pm
B．Ga原子的配位数为4
C．c点的原子坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))
D．As原子填充在Ga原子围成的“正四面体空隙”中
【答案】 A
【解析】 由晶胞所示可知，Ga在8个顶点和6个面心，均摊为eq \f(1,8)×8＋eq \f(1,2)×6＝4，As在内部，为4个，As和Ga原子间的最近距离为体对角线的eq \f(1,4)，据此回答。As和Ga原子间的最近距离为体对角线的eq \f(1,4)，即为eq \f(\r(3),4)d pm，A错误；Ga原子周围与之最近的As为4个，即Ga原子的配位数为4，B正确；由甲、乙图可知，c点的原子坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))，C正确；根据晶胞结构可知，As原子占据Ga原子形成的正四面体空隙，D正确。
4. (2024·河北保定示范性高中二模)晶体世界丰富多彩、复杂多样，各类晶体具有的不同结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料，其晶胞结构如图所示，为长方体。设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是( )
A．AlHeq \\al(－,4)中中心原子Al的杂化方式为sp3杂化
B．NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有4个
C．NaAlH4晶体的密度为eq \f(1.08×1023,a3NA) g·cm－3
D．若NaAlH4晶胞上下面心处的Na＋被Li＋取代，得到的晶体的化学式为Na3Li(AlH4)4
【答案】 B
【解析】 AlHeq \\al(－,4)中中心原子Al价层电子对数：4＋eq \f(1,2)(4－4×1)＝4，杂化轨道数为4，Al的杂化方式为sp3杂化，A正确；观察体心的AlHeq \\al(－,4)，可以看出与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个，B错误；Na＋个数为6×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＝4，Na＋个数与AlHeq \\al(－,4)个数相等，晶胞质量为eq \f(23×4＋31×4,NA) g，晶胞体积为(a×10－7)2×2a×10－7 cm3＝2a3×10－21 cm3，则晶胞密度：eq \f(1.08×1023,a3NA) g·cm－3，C正确；若NaAlH4晶胞上下面心处的Na＋被Li＋取代，晶胞中Li＋个数为2×eq \f(1,2)＝1，得到的晶体的化学式为Na3Li(AlH4)4，D正确。
5.(2024·江西南昌市三模)某晶体立方晶胞如图所示。已知图中微粒1的分数坐标是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是( )
A．Ag＋周围距离最近且相等的Neq \\al(－,5)个数是6
B．微粒2的分数坐标是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))
C．已知银与铜位于同一族，银元素位于元素周期表的d区
D．若晶胞边长为a pm，则晶体密度为eq \f(178×4,NA×a×10－103) g·cm－3
【答案】 D
【解析】 根据晶胞结构可知，Ag＋周围距离最近且相等的Neq \\al(－,5)个数是4，A错误；图中微粒1的分数坐标是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))，则微粒2的分数坐标是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))，B错误；银与铜位于同一族，所以银在元素周期表的ds区，C错误；Ag＋个数为4，Neq \\al(－,5)为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，则密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(178×4,NAa×10－103) g·cm－3，D正确。
6.(2024·湖南师大附中二模)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°。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，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))。已知Xe—F键长为r pm，下列说法不正确的是( )
A．该晶体的密度为eq \f(3.38×1032,a2cNA) g/cm3
B．B点原子的分数坐标为(0,0，r)
C．晶胞中A、B间距离d＝eq \r(\f(1,2)a2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(c,2)－r))2) pm
D．基态F原子的核外电子空间运动状态有5种
【答案】 B
【解析】 根据XeF2的化学式，可判断Xe、F原子个数比为1∶2，该晶胞中灰球有8×eq \f(1,8)＋1＝2个，为Xe原子，黑球有8×eq \f(1,4)＋2＝4个，为F原子，则该晶胞中有2个XeF2分子。故其密度为ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(\f(2,NA)·MXeF2,c×10－10·a×10－102) g/cm3＝eq \f(3.38×1032,a2cNA) g/cm3，A正确；由Xe－F键长为r pm可知，B点原子的分数坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0，0，\f(r,c)))，B错误；过A点向B点所在棱边作垂线，相交于D点，则D点为B点所在棱边的中点，AD长度为底面对角线的一半，AD＝eq \f(\r(2),2)a pm，则BD＝eq \f(c－2r,2) pm；AB＝eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2)a,2)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(c－2r,2)))2) pm，C正确；基态F原子的核外电子为1s22s22p5，根据s能级一个轨道，p能级3个轨道，故1s22s22p5有5种电子空间运动状态，D正确。
【培优练】
7.(2024·河北邢台市部分高中二模)硫化锌是一种优良的宽带隙半导体锂离子电池负极材料，具有在充电的同时合金化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图：
下列说法不正确的是( )
A．当ZnmS完全转化为LixZnyS时，Li＋和Zn2＋转化为LiZn(合金相)，每转移6 ml e－生成3 ml LiZn
B．ZnmS晶体中沿晶胞体对角线方向的一维空间上会出现“”的排布规律
C．4种晶胞中，ZnmS原子的空间利用率最低，Li2S中S2－所构成的四面体空隙全部被Li＋填充
D．若Li2S的晶胞参数为a nm，则EF间的距离为eq \f(\r(11),4)a nm
【答案】 A
【解析】 ZnmS晶胞中，均摊的Zn2＋和S2－均为4个，m＝1，化学式为ZnS，当ZnS完全转化为LixZnyS时，Li＋、Zn2＋转化为LiZn合金，生成1 ml LiZn转移3 ml电子，每转移6 ml电子，生成2 ml LiZn，A错误；根据ZnmS的晶胞结构，体对角线的一维空间上会出现“”的排布规律，B正确；LixZnyS和Li2S晶胞中的原子个数多于ZnmS立方晶胞，而ZnnS六方晶胞的体积比ZnmS立方晶胞小，则4种晶胞中，ZnmS原子的空间利用率最低，由Li2S晶胞结构可知，Li2S中S2－所构成的四面体空隙全部被Li＋填充，C正确；若Li2S的晶胞参数为a nm，将晶胞切三刀分为8个小立方体，则E在左后方立方体体心，则EF间的距离为eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3a,4)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,4)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,4)))2) nm＝eq \f(\r(11),4)a nm，D正确。
8.(2023·湖北选考)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn，在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系，晶胞结构和参数如图所示。高压下，LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构，即得到晶体LaHx。下列说法错误的是( )
A．LaH2晶体中La的配位数为8
B．晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHx
C．在LaHx晶胞中，H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼
D．LaHx单位体积中含氢质量的计算式为eq \f(40,4.84×10－83×6.02×1023) g·cm－3
【答案】 C
【解析】 由LaH2的晶胞结构可知，La位于顶点和面心，晶胞内8个小立方体的中心各有1个H原子，若以顶点La研究，与之最近的H原子有8个，则La的配位数为8，故A正确；由LaHx晶胞结构可知，每个H结合4个H形成类似CH4的结构，H和H之间的最短距离变小，则晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHx，故B正确；由题干信息可知，在LaHx晶胞中，每个H结合4个H形成类似CH4的结构，这样的结构有8个，顶点数为4×8＝32，且不是闭合的结构，故C错误；1个LaHx晶胞中含有5×8＝40个H原子，含H质量为eq \f(40,NA) g，晶胞的体积为(484.0×10－10 cm)3＝(4.84×10－8)3 cm3，则LaHx单位体积中含氢质量的计算式为eq \f(40,4.84×10－83×6.02×1023) g ·cm－3，故D正确。
9.(2024·河北邯郸二模)硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素，可形成多种化合物。某化合物是潜在热电材料之一，其晶胞结构如图甲所示，晶胞参数为a pm，沿x、y、z轴方向的投影均如图乙所示。
下列说法错误的是( )
A．基态钾原子核外电子有10种空间运动状态
B．Se和K的最短距离为eq \f(\r(3),4)a pm
C．该化合物的化学式为K4SeBr
D．距离Se最近的Se有12个
【答案】 C
【解析】 基态钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，占据10个轨道，故有10种空间运动状态，A项正确；Se原子位于八面体的体心，处于晶胞的顶点和面心，所以Se和K的最短距离为晶胞体对角线的eq \f(1,4)，为eq \f(\r(3),4)a pm，B项正确；根据均推法，一个晶胞中含有8个K和4个SeBr6，所以化学式为K2SeBr6，C项错误；由于Se位于晶胞顶点和面心，根据面心立方模型，距离Se最近的Se原子有12个，D项正确。
10.(2024·河北省重点高中三模)硫代硫酸盐是具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根离子(S2Oeq \\al(2－,3))可看作SOeq \\al(2－,4)中的一个O原子被S原子替代的产物。MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体，边长分别为a nm、b nm、c nm，其结构如图所示，已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·ml－1，NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
A．晶胞中[Mg(H2O)6]2＋的个数为3
B．若晶胞中A的分数坐标为(0,0,0)，则B的分数坐标为(a,0，c)
C．S2Oeq \\al(2－,3)的中心硫原子的杂化方式为sp3
D．该晶体的密度为eq \f(4M,NAabc) g·cm－3
【答案】 C
【解析】 晶胞中[Mg(H2O)6]2＋的个数为8×eq \f(1,8)＋2×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＋1＝4，A错误；若晶胞中A的分数坐标为(0,0,0)，B为右上顶点，分数坐标为(1,0,1)，B错误；硫代硫酸根离子(S2Oeq \\al(2－,3))可看作SOeq \\al(2－,4)中的一个O原子被S原子替代的产物，S2Oeq \\al(2－,3)的中心硫原子的杂化方式与SOeq \\al(2－,4)的中心硫原子的杂化方式相同为sp3，C正确；MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·ml－1,1 nm＝10－7 cm，其密度应为eq \f(4M,abc×10－21NA) g·cm－3，D错误。