高考化学专题复习 跟踪检测（六十五） 晶体结构的分析与计算（含解析）

这是一份高考化学专题复习 跟踪检测（六十五） 晶体结构的分析与计算（含解析），共10页。试卷主要包含了食盐晶体的结构示意图如图所示，某晶体结构最小的重复单元如图，02×1023×0等内容，欢迎下载使用。

跟踪检测（六十五） 晶体结构的分析与计算
1.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　)
A．3∶9∶4　　　　　 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
解析：选B　图示晶胞中，含A粒子个数为6×＝，含B粒子个数为6×＋3×＝2，含C粒子个数为1，N(A)∶N(B)∶N(C)＝∶2∶1＝1∶4∶2。
2.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(　　)
A．2∶3 B．2∶1
C．1∶3 D．3∶2
解析：选A　每个碳原子被3个六边形共用，每个共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为∶＝2∶3。
3.磁光存储的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开始的。如图是Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式可表示为(　　)
A．Mn2Bi B．MnBi
C．MnBi3 D．Mn4Bi3
解析：选B　由晶体的结构示意图可知：白球代表Bi原子，且均在六棱柱内，所以Bi为6个。黑球代表Mn原子，个数为12×＋2×＋1＋6×＝6(个)，二者的原子个数比为1∶1，则该晶体物质的化学式可表示为MnBi。
4.食盐晶体的结构示意图如图所示。已知食盐的密度为ρ g·cm－3，摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA，则在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是(　　)
A. cm B. cm
C. cm D. cm
解析：选B　食盐晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，每个晶胞的体积为 cm3，设食盐晶体里Na＋和Cl－的间距为x cm，所以可得(2x)3＝，解得x＝ ，即在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是 cm。
5.某晶体结构最小的重复单元如图。A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为(　　)
A．B2A B．BA2
C．B7A4 D．B4A7
解析：选B　根据均摊法，该结构单元中含A的个数为8，含B的个数为8×＋6×＝4，B与A的个数之比为4∶8＝1∶2，即该晶体的化学式为BA2。

6．如图所示某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析，下列叙述正确的是(　　)
A．键角为120°
B．化学组成为SiO
C．硅原子采用sp2杂化
D．化学组成为SiO
解析：选D　硅氧离子是以硅原子为中心的正四面体结构，硅氧离子中4个Si—O键完全相同，Si—O键的键角为109°28′，故A错误；硅原子核外最外层为4个电子，根据硅氧离子的空间结构示意图可知：硅氧离子中含有4个Si—O键，其中含1个硅原子和4个氧原子，所以硅的化合价为＋4价，氧为－2价，硅氧离子的组成为SiO，故B错误，D正确；硅原子核外最外层为4个电子，与氧原子形成4个σ键，无孤电子对，价层电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝4＋0＝4，杂化方式为sp3杂化，故C错误。
7.(2019·信阳模拟)已知CsCl晶体的密度为ρ g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为(　　)
A．NA·a3·ρ B.
C. D.
解析：选A　该立方体中含1个Cl－，Cs＋个数＝8×＝1，根据ρV＝知，M＝ρVNA＝ρa3NA，摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是ρa3NA。
8.(2019·福州模拟)元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．X元素的原子序数是19
B．该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1
C．Xn＋中n＝1
D．晶体中每个Xn＋周围有2个等距离且最近的N3－
解析：选A　从“元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层”可以看出，Xn＋共有28个电子，A项错误；图中Xn＋位于每条棱的中点，一个晶胞拥有的Xn＋个数为12×＝3，N3－位于顶点，一个晶胞拥有N3－的个数为8×＝1，B项正确；由于该物质的化学式为X3N，故X显＋1价，C，D项正确。
9．(1)(2014·全国卷Ⅰ)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________，列式表示Al单质的密度________ g·cm－3(不必计算出结果)。
(2)(2014·山东高考)石墨烯(如图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。


石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部，该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。
(3)(2019·厦门质检)铀氮化物的某两种晶胞如图所示：

①晶胞a中铀元素的化合价为________，与U距离相等且最近的U有________个。
②已知晶胞b的密度为d g·cm－3，U原子的半径为r1 cm，N原子的半径为r2 cm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的空间利用率为________(用含r1、r2、d、NA的式子表示)。
解析：(1)在Al晶体的一个晶胞中，与Al原子距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占，通过一个顶点可形成8个晶胞，因此该晶胞中铝原子的配位数为8×3×＝12；一个晶胞中Al原子数为8×＋6×＝4，因此Al的密度为ρ＝＝＝ g·cm－3。(2)M原子位于晶胞的棱上与内部，棱上有12个M，内部有9个M，其个数为12×＋9＝12，C60分子位于顶点和面心，C60分子的个数为8×＋6×＝4，M原子和C60分子的个数比为3∶1，则该材料的化学式为M3C60。(3)①晶胞a中含U原子个数为8×＋6×＝4，N原子个数为12×＋1＝4，因此该铀氮化物的化学式为UN，其中N的化合价为－3，所以U元素的化合价为＋3；在晶胞a中与U距离相等且最近的U有12个。②晶胞b中含有的U原子数目为8×＋6×＝4，含有的N原子数目为8，晶胞b中含有的U、N原子的总体积为V(U)＋V(N)＝(16πr＋32πr)/3 cm3，晶胞的体积V(晶胞)＝(14×8＋4×238)/dNAcm3，则该晶胞中原子空间利用率为[V(原子)/V(晶胞)]×100%＝[(2πr＋4πr)dNA/399]×100%。
答案：(1)12　　(2)12　M3C60　(3)①＋3　12　②[(2πr＋4πr)dNA/399]×100%
10．铁、钴、镍并称铁系元素，性质具有相似性。
(1)基态钴原子的核外电子排布式为________。
(2)铁氰化钾K3[Fe(CN)6]溶液可以检验Fe2＋。1 mol CN－中含有π键的数目为________，与CN－互为等电子体的分子有________，铁氰化钾晶体中各种微粒间的相互作用不包括________。
a．离子键 b．共价键　c．配位键 d．金属键　e．氢键　f．范德华力　
(3)纳米结构氧化钴可在室温下将甲醛(HCHO)完全催化氧化。甲醛分子的立体构型为________，碳原子的杂化类型为________。
(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”)，判断依据是________________。
(5)某氮化铁的晶胞结构如图所示：

①原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为(0,1,1)。则D原子的坐标参数为________。
②若该晶体的密度是ρ g·cm－3，则晶胞中两个最近的Fe的核间距为________cm。(用含ρ的代数式表示，不必化简)
解析：(1)基态钴原子核外有27个电子，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(2)CN－中C、N之间为三键，根据1个三键中含有1个σ键和2个π键知，1 mol CN－含有2NA个π键。K＋、[Fe(CN)6]3－之间为离子键，Fe3＋与CN－之间为配位键，CN－中C、N之间为共价键。(3)HCHO的结构式为HCOH，C无孤电子对，立体构型为平面三角形，C的杂化轨道数为3，杂化类型为sp2杂化。(4)NiO、FeO都是离子晶体，氧离子半径相同，Ni2＋半径比Fe2＋小，半径越小，离子晶体的晶格能越大，晶格能越大，熔点越高，故熔点：NiO>FeO。(5)①D位于该晶胞侧面的面心，可知其坐标参数为。②该晶胞中Fe的个数为8×＋6×＝4，N的个数为1。设两个相邻的Fe核间距为x cm，晶胞的边长为a cm，则a＝2x，故a＝x。则ρ g·cm－3×(x cm)3＝，x＝ 。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　(2)2NA　CO、N2　def　(3)平面三角形　sp2杂化　(4)>　NiO、FeO都是离子晶体，氧离子半径相同，Ni2＋半径比Fe2＋小，半径越小离子晶体的晶格能越大，晶格能越大熔点越高　(5)①　②
11．下图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题：

(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为________。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外能层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________。
(3)三种晶体中熔点最低的是________，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________________。
(4)结合CaF2晶体的晶胞示意图，已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8cm，计算CaF2晶体的密度为__________。
解析：(1)CaF2晶体中Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋和F－个数比为1∶2，铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。(2)H3BO3中B原子，最外层共6个电子，H是2电子结构，只有氧原子达到8电子稳定结构。H3BO3晶体是分子晶体，相互之间通过氢键相连，每个B原子形成3个B—O极性键，每个O原子形成1个O—H共价键，共6个键。(3)H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，熔化时克服了分子间作用力和氢键。(4)一个晶胞中实际拥有的Ca2＋个数为8×＋6×＝4，F－个数为8个，晶胞顶点及六个面上的离子都为Ca2＋，晶胞内部的离子为F－，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”。则CaF2晶体的密度为≈ g·cm－3。
答案：(1)8　12　(2)O　1∶6　(3)H3BO3　分子间作用力和氢键　(4) g·cm－3
12．(1)(2019·揭阳一模)某磷青铜晶胞结构如图所示。

①则其化学式为________。
②该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有________个，这些Sn原子所呈现的构型为________。
③若晶体密度为8.82 g·cm－3，最近的Cu原子核间距为________pm(用含NA的代数式表示)。
(2)(2019·漳州调研)钴的一种化合物晶胞结构如图所示。

①已知A点的原子坐标参数为(0,0,0)，B点为，则C点的原子坐标参数为____________。
②已知晶胞参数a＝0.548 5 nm，则该晶体的密度为________g·cm－3(列出计算表达式即可)。
(3)(2019·泉州质检)NaCl晶体在50～300 GPa的高压下和Cl2反应，可以形成一种新晶体，其立方晶胞如图所示(大球为Cl，小球为Na)。

①若A的原子坐标为(0,0,0)，B的原子坐标为，则C的原子坐标为________。
②晶体中，Cl构成的多面体包含________个三角形的面，与Cl紧邻的Na个数为________。
③已知晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________g·cm－3(列出计算式)。
解析：(1)①根据晶胞结构可知，每个晶胞中含有的Sn原子个数＝8×＝1，Cu原子个数＝6×＝3，P位于体心，原子个数为1个，则其化学式为SnCu3P。②该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有4个，位于面的4个顶点上，因此这些Sn原子所呈现的构型为正方形。③根据晶胞结构可知最近的Cu原子核间距为面对角线的一半，晶胞的边长是 ×1010pm，所以最近的Cu原子核间距为× ×1010pm。(2)①已知A点的原子坐标参数为(0,0,0)，B是面心，B点的原子坐标参数为；C是体心，则C点的原子坐标参数为。②立方晶胞顶点粒子占，面上粒子占，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，因此一个晶胞中含有Ti4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为6×＝3，Co2＋的个数为1，取1 mol晶胞，则1 mol晶胞的质量为155 g，晶胞参数a＝0.548 5 nm＝0.548 5×10－7cm，则一个晶胞的体积V＝(0.548 5×10－7)3 cm3，因此晶体的密度ρ＝＝ g·cm－3。(3)①根据几何关系，C原子位于立方体的右侧面上，高度为立方体高度的一半，坐标应为；②该晶胞中，Cl构成的多面体共有12个顶点，每个顶点为5个三角形共用，每个三角形平均占用3×＝个顶点，因此共包含＝20个三角形面，与Cl紧邻的Na有4个；③晶胞中，Na分别位于顶点和体心，晶胞中Na的个数为共有8×＋1＝2,12个Cl都处于面上，晶胞中Cl的个数为有12×＝6，因此晶胞密度ρ＝＝＝×1030g·cm－3。
答案：(1)①SnCu3P　②4　正方形　③×1010　(2)①　　
②　(3)①　
②20　4　③×1030
13.(1)(2020·广东潮州二模)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为____________g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。
(2)(2020·广东肇庆二模)Ti的某氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐的晶胞结构如图所示(Ti4＋位于立方体的顶点，Ca2＋处于立方体的中心)。该晶体中，Ti4＋和周围________个O2－相紧邻；若该晶胞的密度为d g·cm－3，则钛氧键的键长为______pm(用含NA的代数式表示)。
(3)(2020·广东六校联盟二模)NiAs的晶胞结构如图所示。
①镍离子的配位数为________。
②若阿伏加德罗常数的值为 NA，晶体密度为ρ g·cm－3，则该晶胞中最近的砷离子之间的距离为________pm。
解析：(1)每个晶胞含Ti原子数为12×＋3＋2×＝6，晶胞质量是 g，晶胞的体积是×(2.95×10－8)2×4.69×10－8cm3，根据ρ＝＝
g·cm－3。(2)由晶胞结构图可知，体心为Ca2＋，面心为O2－，该晶体中每个顶点Ti4＋与面心的O2－相邻，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，晶体中Ti4＋周围紧相邻的O2－数目为3×8×＝12；如图晶胞中Ti4＋个数为8×＝1，Ca2＋个数为1，O2－个数为6×＝3，令晶胞边长为x pm，ρ＝，则d＝，x＝×1010，则钛氧键的键长为 ××1010pm。(3)该晶胞中含有的Ni3＋数目为×8＋×6＝4，含有的As3－数目为4，由图可知砷离子的配位数为4，则镍离子的配位数也为4；设其棱长为a cm，其质量为 g，所以a＝ ，而As3－位于其晶胞的体心，两个As3－间的距离相当于面对角线的一半，即为 ×1010pm。
答案：(1)　
(2)12　　××1010　(3)4　×1010
14．(1)钛酸锶(SrTiO3)可用作电子陶瓷材料和人造宝石。其一种晶胞结构如图所示，Ti处于体心位置，则Sr处于________位置，O处于________位置。已知晶胞参数a＝0.390 5 nm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。

(2)Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。
①该晶体的化学式为____________。
②已知该合金的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是______cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。
(3)立方NiO(氧化镍)晶体的结构如图所示，其晶胞边长为a pm，列式表示NiO晶体的密度为__________g·cm－3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为NA)。人工制备的NiO晶体中常存在缺陷(如图)。一个Ni2＋空缺，另有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。已知某氧化镍样品组成Ni0.96O，该晶体中Ni3＋与Ni2＋的离子个数之比为________。

解析：(1)已知钛酸锶的化学式为SrTiO3，Sr、Ti、O三种粒子的个数比为1∶1∶3，既然Ti处于体心位置，根据均摊法，晶胞中Ti的数目为1，处于面心位置的属于一个晶胞的粒子数为3，所以，处于面心位置的为O，那么，处于顶点位置的就是Sr。因为该晶胞是立方晶胞，且在一个晶胞中含有1个SrTiO3，则ρ＝＝g·cm－3。(2)①由晶胞结构图可知，1个晶胞中La的原子个数为8×＝1，Ni的原子个数为8×＋1＝5，则该晶体的化学式为LaNi5。②1个晶胞的质量m＝，由V＝可知1个晶胞中的体积V＝ cm3。(3)晶胞中Ni原子数目为1＋12×＝4，O原子数目为8×＋6×＝4，晶胞质量为 g，晶胞边长为a pm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3，NiO晶体的密度为＝ g·cm－3；设1 mol Ni0.96O中含Ni3＋的物质的量为x mol，Ni2＋的物质的量为(0.96－x)mol，根据晶体仍呈电中性可知，3x＋2×(0.96－x)＝2×1，x＝0.08 mol，Ni2＋的物质的量为(0.96－x)mol＝0.88 mol，即离子数之比为N(Ni3＋)∶N(Ni2＋)＝0.08∶0.88＝1∶11。
答案：(1)顶点　面心　　
(2)①LaNi5　②　(3)　1∶11