2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（三十八）晶体结构与性质（含解析）新人教版

课时跟踪检测（三十八）晶体结构与性质

1．下列说法中正确的是(　　)

 A．离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子

 B．金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动

 C．分子晶体的熔、沸点很低，常温下都呈液态或气态

 D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合

 解析：选D　A项，离子晶体中每个离子周围不一定吸引6个带相反电荷的离子，如CsCl晶体中每个Cs＋吸引8个Cl－；B项，金属晶体中的自由电子不是因为外电场作用产生的；C项，分子晶体不一定是液态或气态，可能为固态，如I2、S8等。

2．下列晶体分类中正确的一组是(　　)

 解析：选C　A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。

3. 如图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是(　　)

 A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构

 B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子

 C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体

 D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力

 解析：选A　在立方体的顶面上，有5个I2,4个方向相同，结合其他面考虑可知A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；此晶体是分子晶体，C选项错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D选项错误。

4. 氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为(　　)

 A．LaNi5　　　　　　　 B．LaNi

 C．La14Ni24   D．La7Ni12

 解析：选A　根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为12×＋2×＝3，而镍原子的数目为12×＋6＋6×＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。

5．下列数据是对应物质的熔点(℃)：

 据此做出的下列判断中错误的是(　　)

 A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体

 B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体

 C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体

 D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体

 解析：选B　A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，表中BCl3、AlCl3和干冰是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确；D项，Na、Al不同族，Na2O、Al2O3都是离子晶体，正确。

6．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X­射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法不正确的是(　　)

 A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6

 B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价

 C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价

 D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个

 解析：选C　由题图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数：4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故A、B两项正确，C项错误。由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个，故D项正确。

7．(1)(2018·全国卷Ⅰ·节选)①Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born­Haber循环计算得到。

 可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol－1，O===O键键能为________kJ·mol－1，Li2O晶格能为________kJ·mol－1。

 ②Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为____________g·cm－3(列出计算式)。

(2)(2018·全国卷Ⅲ·节选)锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。

 解析：(1)①由题给信息可知，2 mol Li(g)变为2 mol Li＋(g)吸收1 040 kJ热量，因此Li原子的第一电离能为520 kJ·mol－1；0.5 mol氧气生成1 mol氧原子吸收249 kJ热量，因此O===O键的键能为498 kJ·mol－1；Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol－1。

 ②由题给图示可知，Li位于晶胞内部，O位于顶点和面心，因此一个晶胞有8个Li，O原子个数＝6×＋8×＝4。因此一个Li2O晶胞的质量＝ g，一个晶胞的体积为(0.466 5×10－7)3 cm3，即该晶体密度＝ g·cm－3。

 (2)金属Zn晶体为六方最密堆积方式(A3型)。六棱柱底边边长为a cm，则六棱柱上下面的面积均为6×a2 cm2，则六棱柱的体积为6×a2c cm3，锌原子在六棱柱的顶点、上下面心和晶胞内，一个晶胞含锌原子个数＝12×＋2×＋3＝6，因此一个晶胞中Zn的质量＝ g，由此可知，Zn的密度＝ g·cm－3。

 答案：(1)①520　498　2 908

 ②

 (2)六方最密堆积(A3型)　

8．(1)(2017·全国卷Ⅰ·节选)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。

 ①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________ nm，与K紧邻的O个数为________。

 ②在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。

 (2)(2017·全国卷Ⅱ·节选)(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体密度为d g·cm－3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为________________。

 (3)(2017·全国卷Ⅲ·节选)MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为________ nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________ nm。

 解析：(1)①二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即×0.446 nm≈0.315 nm。由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与钾紧邻的氧原子有12个。②想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。

 (2)该晶胞的体积为(a×10－7 cm)3，根据×M＝(a×10－7)3d，可求出y＝或×10－21。

 (3)因为O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2－半径的4倍，则有 [4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。

 答案：(1)①0.315　12　②体心　棱心

 (2)y＝

 (3)0.148　0.076

9．(1)(2016·全国卷Ⅱ·节选)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。

 ①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。

 ②若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝________nm。

 (2)(2016·全国卷Ⅲ·节选)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。

 ①GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________。

②GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。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，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

 解析：(1)①由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×＝3，含有Ni原子的个数为8×＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。

 ②根据m＝ρV可得， 1 mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×d g·cm－3×NA，则a＝ cm＝×107 nm。

 (2)①GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。②GaAs的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGa pm＝rGa×10－10cm，rAs pm＝rAs×10－10 cm，则原子的总体积V原子＝4×π×[(rGa×10－10cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNA cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%

 ＝×100%。

 答案：(1)①3∶1　②×107

 (2)①GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体　

 ②原子晶体　共价　×100%

10．(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的________，而Cl－位于该晶胞的________，Cs＋的配位数是________。

 (2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：________________________________________________________________________。

 (3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“”表示的离子是________(填离子符号)。

 (4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：

 则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是

 ________________________________________________________________________。

 其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。

 解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。

 答案：(1)2　体心　顶点　8

 (2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl

 (3)F－　(4)TiN>MgO>CaO>KCl　12

11．ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：

(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。

 (2)SiCl4分子的中心原子的价层电子对数为________，分子的立体构型为________，属于________分子(填“极性”或“非极性”)。

 (3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。

 ①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_____________________________

 ________________________________________________________________________。

 ②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性________、共价性________。(填“增强”“不变”或“减弱”)

(4)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图(c)所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为________；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密度为________g·cm－3。

 解析：(1)该单质为石墨，石墨属于混合型晶体，层内碳原子之间形成σ键和π键；石墨中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2。(2)SiCl4中心原子是Si，有4个σ键，孤电子对数为(4－4×1)/2＝0，价层电子对数为4，立体构型为正四面体，属于非极性分子。(3)①SiX4属于分子晶体，不含分子间氢键，范德华力越大，熔、沸点越高，范德华力随着相对分子质量的增大而增大，即熔、沸点升高；②根据题图中PbX2熔点变化规律可知，PbX2中化学键的离子性减弱，共价性增强。(4)根据晶胞的结构，C60位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，K位于棱上和内部，个数为12×＋9＝12，因此化学式为K3C60，晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(1.4×10－7)3 cm3，根据密度的定义，则晶胞的密度约为2.0 g·cm－3。

答案：(1)混合型晶体　σ键、π键　sp2　

 (2)4　正四面体　非极性

 (3)①均为分子晶体，范德华力随分子相对质量增大而增大　②减弱　增强　(4)K3C60　2.0

12．(2020·石家庄模拟)氧、硫形成的化合物种类繁多，日常生活中应用广泛。如硫代硫酸钠(Na2S2O3)可作为照相业的定影剂，反应的化学方程式如下：AgBr＋2Na2S2O3===Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。回答下列问题：

 (1)已知银(Ag)位于元素周期表第五周期，与Cu同族，则基态Ag的价电子排布式为____________。

 (2)下列关于物质结构与性质的说法，正确的是________。

 A．玻尔原子结构模型能够成功地解释各种原子光谱

 B．Br、S、O三种元素的电负性顺序为 O＞Br＞S

 C．Na 的第一电离能小于 Mg，但其第二电离能却远大于 Mg

 D．水分子间存在氢键，故H2O的熔沸点及稳定性均大于H2S

 (3)依据VSEPR理论推测S2O的空间构型为______，中心原子S的杂化方式为________，[Ag(S2O3)2]3－中存在的化学键有________(填字母)。

 A．离子键           B．极性键        C．非极性键

 D．金属键           E．配位键

 (4)第一电子亲和能(E1)是指元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量(单位为kJ·mol－1)，电子亲和能越大，该元素原子越易得电子。已知第三周期部分元素第一电子亲和能如下表：

 表中元素的E1自左而右呈增大趋势，试分析P元素呈现异常的原因________________________________________________________________________。

 (5)某种离子型铁的氧化物晶胞如图所示，它由A、B组成。则该氧化物的化学式为________，已知该晶体的晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则密度ρ为____________g·cm－3(用含a和NA 的代数式表示)。

 解析：(1)银位于元素周期表第五周期，与铜同族，处于第一副族，价电子排布式为4d105s1。

 (2)A.玻尔原子结构模型能够成功地揭示氢原子光谱，故错误；B.非金属性越强电负性越大，故O>Br>S，故正确；C.镁原子3s轨道为全充满稳定状态，半径又较小，第一电离能高于钠，失去一个电子后，钠离子是稳定结构，第二电离能远高于镁，故正确；D.水分子间存在氢键，故水的熔沸点高于硫化氢，稳定性属于化学性质，由共价键决定，故错误。

 (3)S2O中一个硫原子相当于氧原子，中心硫原子孤电子对数为＝0，价层电子对数为0＋4＝4，微粒空间构型为四面体，中心硫原子采取sp3杂化；[Ag(S2O3)2]3－中Ag＋与S2O之间形成配位键，硫原子之间形成非极性键，硫与氧原子之间形成极性键，故选BCE。

 (4)P的价电子排布式为 3s23p3，磷原子的3p能级处于半充满状态，相对稳定，不容易结合一个电子。

 (5)亚铁离子处于晶胞的顶点，面心以及A位置小立方体的体心，氧离子位于A、B小立方体的内部，每个小立方体内部各有4个，铁离子处于晶胞B位置小立方体的内部，用均摊法计算晶胞中铁和氧原子数目确定化学式，铁原子数目为4＋8×＋6×＋4×4＝24，氧原子数目为4×8＝32，故铁和氧原子数目之比为24∶32＝3∶4，故氧化物化学式为Fe3O4。 晶胞相当于有8个四氧化三铁，晶胞质量＝8× g，晶体密度＝8× g÷(a×10－7cm)3＝ g·cm－3，

 答案：(1)4d105s1　(2)BC　(3)四面体　sp3　BCE　(4)P的价电子排布式为 3s23p3,3p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合一个电子

 (5)Fe3O4