2022高考化学一轮复习专练56晶体结构与性质含解析

专练56　晶体结构与性质

一、单项选择题

1．[2021·高三专项测试]关于晶体的下列说法正确的是(　　)

A．化学键都具有饱和性和方向性

B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子

C．氢键具有方向性和饱和性，也属于一种化学键

D．金属键由于无法描述其键长、键角，故不属于化学键

2．下列关于晶体的说法中，不正确的是(　　)

①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性

②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体

③共价键可决定分子晶体的熔、沸点

④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小

⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列

⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定

⑦干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6

A．①②③B．②③④

C．④⑤⑥D．②③⑦

3．[2021·枣庄月考]下表所列物质晶体的类型全部正确的一组是 (　　)

4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是(　　)

A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3

B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr

C．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2

D．硬度：MgO＞CaO＞BaO

5．[2021·随州二中月考]下列性质适合于离子晶体的是(　　)

A．熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电

B．熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电

C．能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃

D．熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g·cm－3

6．据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是 (　　)

A．该物质有很高的熔点、很大的硬度

B．该物质形成的晶体属于分子晶体

C．该物质的相对分子质量为1200

D．该物质分子中Si60被包裹在C60里面

7．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是 (　　)

A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固

B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子

C．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构

D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构

8．[2021·郑州模拟]下列有关说法不正确的是(　　)

A．水合铜离子的模型如图1所示，1个水合铜离子中有4个配位键

B．CaF2晶体的晶胞如图2所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋

C．H原子的电子云图如图3所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动

D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图4，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12

9．现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是 (　　)

10．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是(　　)

A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积

B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个、②2个、③2个、④4个

C．晶胞中原子的配位数分别为①6、②8、③8、④12

D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④

二、不定项选择题

11.

[2021·浙江1月]铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道(如图)，其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可表示为Ma[(AlO2)x·(SiO2)y·zH2O(M代表金属离子)。下列推测不正确的是    (　　)

A．常采用水玻璃、偏铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛

B．若a＝，则M为二价阳离子

C．调节(硅铝比)的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性

D．分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子

12．下列关于晶体说法正确的组合是(　　)

①分子晶体中都存在共价键

②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子

③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低

④离子晶体中只有离子键，没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键

⑤CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4＋和12个O2－紧邻

⑥SiO2晶体中每个硅原子与2个氧原子以共价键相结合

⑦晶体中分子间作用力越大，分子越稳定

⑧氯化钠熔化时离子键被破坏

A．①②③⑥B．①②④

C．③⑤⑦D．③⑤⑧

13．已知某离子晶体晶胞如右图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为dg/cm3。下列说法中正确的是 (　　)

A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4

B．该晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为cm

C．其中阴、阳离子的配位数都是4

D．该晶胞可能是NaCl的晶胞

14．下列数据是对应物质的熔点(℃)：

下列判断中错误的是(　　)

A．铝的化合物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

三、非选择题

15．[角度创新]锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质和隔膜四大部分组成。

(1)基态Li＋的电子排布式为____________。

(2)LiPF6是锂离子电池电解液的重要组成部分，一般采用PF5、LiF为原料制备。上述原料的熔点PF5________(填“>”“＝”或“<”)LiF，原因是____________________________

________________________________________________________________________。

(3)锂离子电池的正极材料主要有层状结构的LiMO2、尖晶石结构的LiM2O4以及橄榄石型的LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni、Co等元素)。

①橄榄石型LiFePO4正极材料中，Fe2＋的价层电子排布式为________，PO的空间构型为__________________。

②层状LiCoO2的结构如图所示，Li＋和Co3＋各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置。钴原子的配位数为________；设阿伏加德罗常数的值为NA，则LiCoO2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。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，称作原子分数坐标，例如，图中原子1的坐标为(0,0,0)，则原子2和原子3的坐标分别为________________、________________。

16．[2021·河北卷]KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：

(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是________(填离子符号)。

(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为________。

(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol－1)如下表：

从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示为)形式存在的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为________，其中P采取________杂化方式。

(5)与PO电子总数相同的等电子体的分子式为________。

(6)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：

如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为________。

(7)分别用○、●表示H2PO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H2PO、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，晶体的密度为________g·cm－3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为________(填标号)。

专练56　晶体结构与性质

1．B　共价键具有饱和性和方向性，A不正确；晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子，B正确；氢键不是化学键，C不正确；金属键属于化学键，D不正确。

2．D　①晶体中原子呈周期性有序排列，且有自范性，非晶体中原子排列相对无序，无自范性，可以用衍射方法鉴别晶体和非晶体，故正确；②含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体，但含有阴离子的晶体一定是离子晶体，故错误；③决定分子晶体的熔、沸点的分子间作用力，共价键决定分子的稳定性，故错误；④晶格能与离子半径成反比、与离子电荷成正比，镁离子、氧离子电荷都大于钠离子、氯离子，且半径都小于钠离子、氯离子，所以MgO的晶格能远比NaCl大，故正确；⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，且有自范性，非晶体中原子排列相对无序，无自范性，故正确；⑥在以没有方向性和饱和性的作用力结合形成晶体时，晶体尽量采取紧密堆积方式以使其变得比较稳定，故正确；⑦干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻，CsCl晶体中阴阳离子配位数是8，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数是6，故错误。

3．C　根据构成晶体的微粒确定晶体类型，原子晶体的构成微粒是原子，分子晶体的构成微粒是分子，离子晶体的构成微粒是阴阳离子。A.磷酸的构成微粒是分子，所以磷酸属于分子晶体，A错误；B.氯化铝属于共价化合物，构成微粒是氯化铝分子，所以属于分子晶体，B不正确；C.金刚石的构成微粒是原子，所以属于原子晶体，烧碱的构成微粒是阴阳离子，所以属于离子晶体，冰的构成微粒是分子，所以属于分子晶体，故C正确；D.铁的构成微粒是金属阳离子和自由电子，所以属于金属晶体，尿素的构成微粒是分子，属于分子晶体，D错误。

4．A　离子半径越小，离子所带电荷越多，离子晶体熔点越高，所以熔点：NaF<MgF2<AlF3，A不正确；离子半径越小，晶格能越大，所以晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr，B正确；CsCl、NaCl、CaF2的阴离子的配位数分别是8、6、4, C正确；离子半径：Ba2＋＞Ca2＋＞Mg2＋，所以硬度：MgO＞CaO＞BaO，D正确。

5．A　离子晶体熔、沸点较高，质硬，固态时不导电，液态能导电，若易溶于水，则在水溶液中完全电离而能导电，故A正确。

6．B　该物质有分子式，则该物质是分子晶体，A错，B正确；相对分子质量为(12＋28)×60＝2400，C错；Si的原子半径大于C，Si60的体积大于C60的体积，C60被包裹在Si60里面，D错。

7．D　根据题意可知，该晶体属于原子晶体，且原子半径N<C，其化学键比金刚石更牢固，A正确；碳最外层有4个电子，氮最外层有5个电子，则该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构，B、C正确；金刚石中只有非极性共价键，但C3N4晶体中C、N之间以极性共价键结合，D错。

8．C　水合铜离子中铜离子的配位数为4，配体是水，水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键，A正确；根据均摊法可以知道，在CaF2晶体的晶胞中，每个CaF2晶胞平均占有Ca2＋个数为1/8×8＋1/2×6＝4，B正确；电子云密度表示电子在某一区域出现的机会的多少，H原子最外层只有一个电子，所以不存在大多数电子一说，只能说H原子的一个电子在原子核附近出现的机会较多，C错误；在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，对于铜原子也是如此，D正确。

9．C　A离子个数是1，B离子个数为1/8×8＝1，则其化学式为AB，A错；E离子个数＝1/8×4＝1/2，F离子个数＝1/8×4＝1/2，则其化学式为EF，B错；X离子个数是1，Y离子个数＝1/2×6＝3，Z离子个数＝1/8×8＝1，则其化学式为XY3Z，C正确；A离子个数＝1/8×8＋1/2×6＝4，B离子个数＝12×1/4＋1＝4，则其化学式为AB，D错。

10．B　①为简单立方堆积、②为体心立方堆积、③为六方最密堆积、④为面心立方最密堆积，A错；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1、②8×＋1＝2、③8×＋1＝2、④8×＋6×＝4，B正确；晶胞③中原子的配位数应为12，C错；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，④＝③>②>①，D错。

11．A　偏铝酸钠在强酸溶液中反应，AlO会转化成Al(OH)3，然后再溶解生成铝离子，不会形成铝氧四面体，即得不到分子筛，A推测错误；分子筛Ma[(AlO2)x·(SiO2)y·zH2O中，“AlO2”显－1价，“SiO2”、“H2O”都显0价，设M的化合价为m，则根据正、负化合价代数和为0，m×＋x×(－1)＝0，解得m＝＋2，B推测正确；铝硅酸盐型分子筛的热稳定性与其结构类型、结晶度、硅铝比等都有关系，则调节的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性，C推测正确；分子筛是一种具有多孔结构的水合铝硅酸盐，其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将直径比孔穴大的分子留在外面，故可用于筛分分子，D推测正确。

12．D　①稀有气体是单原子分子，不存在共价键，故①错误；②金属晶体由金属阳离子和自由电子组成，无阴离子，故②错误；③晶体中熔点高低一般顺序是：原子晶体>离子晶体>分子晶体；在原子晶体中，原子半径越大熔点越低；在离子晶体中，离子半径越大，熔点越低，电荷越多，熔点越高；在分子晶体中，相对分子质量越大，熔点越高(含有氢键的物质除外)，所以这几种物质的熔点高低顺序是金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S，故③正确；④离子晶体中可能有共价键，如氯化铵中氮氢键属于共价键，分子晶体中肯定没有离子键，故④错误；⑤由晶胞结构可知CaTiO3晶体中Ti的配位数为12，所以每个Ti4＋和12个O2－紧邻，故⑤正确；⑥SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合，故⑥错误；⑦分子稳定性与分子内共价键的强弱有关，与分子间作用力无关，故⑦错误；⑧离子晶体熔化时离子键被破坏，氯化钠是离子晶体，故⑧正确。故正确序号为③⑤⑧。综上所述，本题正确答案为D。

13．AD　晶体晶胞中阴、阳离子的个数分别为8×＋6×＝4,12×＋1＝4，故A正确；晶胞的质量为g，晶体的密度为dg·cm－3，则晶胞的体积是＝cm3，则晶胞的边长为cm，该晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为晶胞面对角线的一半，为×cm，B错误；根据晶胞结构，阴、阳离子的配位数都是6，C错误；该晶胞中阴、阳离子的个数比为1:1，可能是NaCl的晶胞，D正确。

14．B　由表中数据可知，Al2O3为离子晶体，A正确；表中AlCl3、BCl3和干冰是分子晶体，沸点都较低，B错误；C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和原子晶体，C正确；Na和Al不同主族，但对应的氧化物都为离子晶体，说明不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体，D正确。

15．(1)1s2　(2)<　PF5是分子晶体，LiF是离子晶体　(3)①3d6　正四面体(或四面体)

②6　　　

解析：(1)基态Li＋的电子排布式为1s2。(2) PF5是分子晶体，LiF是离子晶体，则熔点PF5小于LiF。(3)①铁是26号元素，铁原子失去2个电子变为Fe2＋，该离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，价层电子排布式为3d6。PO中P原子的价层电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论推断其空间构型为正四面体。②结合题图，以六棱柱上底面面心处的钴原子为研究对象，则钴原子的配位数为6。LiCoO2晶胞中Li原子个数＝2＋2×＋2×＝3，Co原子个数＝2＋4×＋4×＝3，O原子个数＝4＋4×＋4×＝6，晶胞体积＝(a×10－7×a×10－7×c×10－7) cm3＝×a2×c×10－21cm3，则ρ＝＝g·cm－3，或以六棱柱为研究对象，每个六棱柱由3个晶胞组成。原子1的坐标为(0,0,0)，原子2处于棱心，其坐标为，原子3处于棱长处，其坐标为。

16．(1)P3－、K＋　(2)＋

(3)3倍的N—N键的键能小于NN键的键能，而3倍的P—P键的键能大于PP键的键能

(4)　sp3　(5)SiF4　(6)PnO

(7)①　②B

解析：(1)H、O、P、K四种元素各自所能形成的简单离子中P3－、K＋的核外电子排布相同。(2)基态磷原子的价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道中自旋磁量子数的代数和为0,3p轨道中3个电子自旋方向相同，所以代数和为＋。(3)由题表中键能关系可知3倍的N—N键的键能小于NN键的键能，而3倍的P—P键的键能大于PP键的键能，所以氮以N2中的NN形式存在更稳定，磷以P4中的P—P键形式存在更稳定。(4)由KH2PO2为正盐，可知H3PO2中只含一个羟基氧，所以H3PO2的结构式为，其中P的价层电子对数为5＋×(5－1×3－2×2)＝4，则P的杂化方式为sp3。(5)PO的原子数为5，价电子数为32，总电子数为50，则与PO电子总数相同的等电子体的分子为SiF4。(6)每相邻两个磷酸分子脱去一个水分子，所以n个磷酸分子形成环状结构会脱去n个水分子，则形成的多磷酸的分子式中氢原子数目为3n－2n＝n，磷原子的数目为n，氧原子的数目为4n－n＝3n，即多磷酸分子式为HnPnO3n，故多磷酸的酸根可写成PnO。(7)①由题给KH2PO4晶体的四方晶胞图可知，每个晶胞中，K＋个数为6×＋4×＝4(个)，H2PO个数为8×＋4×＋1＝4(个)，则1个KH2PO4晶体的四方晶胞中有4个KH2PO4，晶体密度等于晶胞质量除以晶胞体积，其中晶胞体积为a2c×10－30cm3，晶胞的质量为g，所以晶体的密度为g·cm－3。②由题图(a)可知，晶胞在x轴方向的投影图，应为B选项中的图。