6 第3节 晶体结构与性质刷好题练能力.docx

6 第3节 晶体结构与性质刷好题练能力.docx

《6 第3节 晶体结构与性质刷好题练能力.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6 第3节 晶体结构与性质刷好题练能力.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

6第3节晶体结构与性质刷好题练能力

1．[2018·高考全国卷Ⅰ，35（4）（5）]

（1）Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图（a）的Born－Haber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。

（2）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图（b）所示。

已知晶胞参数为0.4665nm，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）。

解析：

（1）锂原子的第一电离能是指1mol气态锂原子失去1mol电子变成1mol气态锂离子所吸收的能量，由题给信息可知，2molLi（g）变为2molLi＋（g）吸收1040kJ热量，因此Li原子的第一电离能为

＝520kJ·mol－1；0.5mol氧气生成1mol氧原子吸收249kJ热量，因此O===O键键能为249kJ·mol－1×2＝498kJ·mol－1；晶格能是指气态离子结合生成1mol晶体所释放的能量或1mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2908kJ·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原子，O原子个数＝8×

＋6×

＝4。

因此一个Li2O晶胞的质量为

g，一个晶胞的体积为（0.4665×10－7）3cm3，即该晶体密度＝

g·cm－3。

答案：

（1）520　498　2908　

（2）

2．[2017·高考全国卷Ⅱ，35（4）]R的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，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________。

解析：

该晶胞的体积为（a×10－7cm）3，根据

×M＝（a×10－7）3d，可求出y＝

（或

×10－21）。

答案：

（或

×10－21）

3．[2017·高考全国卷Ⅲ，35（5）]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＝0.420nm，则r（O2－）为_____nm。

MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r（Mn2＋）为________nm。

解析：

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－）＝

×0.420nm≈0.148nm；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＋）＝0.076nm。

答案：

0.148　0.076

4．[2016·高考全国卷Ⅱ，37（4）]

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dg·cm－3，晶胞参数a＝____________nm。

解析：

（1）Cu原子位于面心，个数为6×

＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×

＝1，铜原子与镍原子的数量比为3∶1。

（2）以该晶胞为研究对象，则

g＝dg·cm－3×（a×10－7cm）3，解得a＝

×107。

答案：

（1）3∶1　

（2）

×107

5．[2016·高考全国卷Ⅲ，37（4）（5）]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。

回答下列问题：

（1）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________。

（2）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·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MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，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）根据晶体类型比较熔点。

一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。

（2）根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。

首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数为8×

＋6×

＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。

4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×

cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即

g，所以1个晶胞的体积V2＝

（MAs＋MGa）cm3。

最后由

即得结果。

答案：

（1）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体

（2）原子晶体　共价　

×100%

6．[2016·高考全国卷Ⅰ，37（3）（6）]锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。

回答下列问题：

（1）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：

__________________。

GeCl4

GeBr4

GeI4

熔点/℃

－49.5

26

146

沸点/℃

83.1

186

约400

（2）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。

如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0，0，0）；B为（

，0，

）；C为（

，

，0）。

则D原子的坐标参数为______________。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。

已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为_______________________________g·cm－3（列出计算式即可）。

解析：

（1）根据表中数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次升高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，组成和结构相似的分子，分子间相互作用力强弱与分子的相对分子质量有关。

（2）①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置（体对角线

处），由B、C点坐标可以推知D点坐标。

②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝

×107g·cm－3。

答案：

（1）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高。

原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强

（2）①

　②

×107

[课后作业]

一、选择题

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（　　）

选项

离子晶体

原子晶体

分子晶体

A

NaOH

Ar

SO2

B

H2SO4

石墨

S

C

CH3COONa

水晶

D

Ba（OH）2

金刚石

玻璃

解析：

选C。

A项中晶体氩为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体，石墨为混合型晶体；D项中玻璃为非晶体。

3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是（　　）

A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子

B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个

C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围等距且紧邻8个Cl－

D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子

解析：

选B。

氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有12个，每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。

4．氮氧化铝（AlON）属于原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是（　　）

A．AlON和石英的化学键类型相同

B．AlON和石英晶体类型相同

C．AlON和Al2O3的化学键类型不同

D．AlON和Al2O3晶体类型相同

解析：

选D。

AlON与石英（SiO2）均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A、B项正确；Al2O3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C项正确、D项错误。

5．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。

6．下列数据是对应物质的熔点（℃）：

BCl3

Al2O3

Na2O

NaCl

AlF3

AlCl3

干冰

SiO2

－107

2073

920

801

1291

190

－57

1723

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，表中只有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，如二氧化碳是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。

7．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。

8．下列关于CaF2的表述正确的是（　　）

A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用

B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2

C．阴、阳离子数之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同

D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电

解析：

选D。

Ca2＋与F－之间既有静电吸引作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷相同，F－的离子半径小于Cl－，所以CaF2晶体的晶格能大，熔点高，B错误；晶体构型还与离子的大小有关，所以阴、阳离子数之比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，在熔融状态下发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。

二、非选择题

9．如图为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－的个数为________。

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________个。

（2）图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达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________（填化学式），其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________。

（4）已知两个距离最近的Ca2＋核间距为a×10－8cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，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的1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。

（2）图Ⅱ中B原子最外层三个电子形成三条共价键，最外层共6个电子，H原子达到2电子稳定结构，只有氧原子形成两条共价键达到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原子形成三条B—O极性键，每个O原子形成一条O—H极性键，共六条极性键。

（3）H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，受热熔化时克服分子间作用力。

（4）一个CaF2晶胞中实际拥有的离子数：

Ca2＋数为8×

＋6×

＝4，而F－数为8，从而确定1个晶胞实际拥有4个“CaF2”，则CaF2晶体的密度为4×78g·mol－1÷[（

a×10－8cm）3×6.02×1023mol－1]≈

g·cm－3。

答案：

（1）8　12　

（2）O　1∶6　（3）H3BO3　分子间作用力　（4）

g·cm－3

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：

离子晶体

NaCl

KCl

CaO

晶格能/（kJ·mol－1）

786

715

3401

则这4种离子晶体（不包括NaCl）熔点从高到低的顺序是_______________________。

MgO晶体中一个Mg2＋周围与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个晶胞中金属原子个数为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，Cu、H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；由图4分析可知，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＋3Cl2

2CuCl2＋2HCl

（3）F－　（4）TiN>MgO>CaO>KCl　12

11．碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图：

回答下列问题：

（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。

（2）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化形式分别为________、________。

（3）C60属于________晶体。

（4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm，其原因是金刚石中只存在碳碳间的________键（填共价键的类型，下同），而石墨层内的碳碳间不仅存在______键，还有______键。

（5）金刚石晶胞含有________个碳原子。

若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率：

__________（不要求计算结果）。

解析：

C60为分子晶体，金刚石为原子晶体，石墨为混合型晶体，它们均属于碳元素的不同单质，因此互为同素异形体；金刚石为空间立体网状结构，每一个碳原子与四个相邻碳原子形成共价键，因此碳原子杂化方式为sp3杂化，化学键只有σ键；而石墨层内为平面正六边形，层间为分子间作用力，所以石墨烯中碳原子的杂化方式为sp2杂化，即石墨层内不仅存在σ键还存在π键；金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据均摊法计算确定在晶胞中的碳原子数目为8×1/8＋6×1/2＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有

·（

a）＝2r，则r＝

a；然后可以确定碳原子的空间占有率为

。

答案：

（1）同素异形体　

（2）sp3　sp2　（3）分子

（4）σ　σ　π（或大π或p－pπ）

（5）8　

12．（2017·高考海南卷）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1.4nm，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（b）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）3cm3，根据密度的定义，则晶胞的密度为2.0g·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

13．（2019·临沂模拟）钛及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。

（1）基态钛原子的价电子排布式为____________，与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有____________种。

（2）钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料，钛的硬度比铝大的原因是_________。

（3）在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为__________。

（4）半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，其结构如下图所示。

①组成M的元素中，电负性最大的是____________（填名称）。

②M中碳原子的杂化方式为____________。

③M中不含________（填字母）。

a．π键　　　　　　b．σ键

c．离子键d．配位键

（5）金红石（TiO2）是含钛的主要矿物之一。

其晶胞结构（晶胞中相同位置的原子相同）如图所示。

①A、B、C、D4种微粒，其中氧原子是________（填字母）。

②若A、B、C的原子坐标分别为A（0，0，0）、B（0.69a，0.69a，c）、C（a，a，c），则D的原子坐标为D（0.19a，__________，________）；钛氧键的键长d＝______（用代数式表示）。

解析：

（1）钛原子核外有22个电子，基态钛原子的价电子排布式为3d24s2；基态钛原子的未成对电子数为2，第四周期中未成对电子数为2的元素有Ni、Ge、Se，共3种。

（2）Ti原子的价电子数是4、铝原子的价电子数是3，Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强，所以钛的硬度比铝大。

（3）配位数为6，两种配体的物质的量之比为1∶5，所以配体中有1个氯原子、5个水分子，所以该配离子的化学式为[TiCl（H2O）5]2＋。

（4）①组成M的元素有Ti、C、H、O、Cl，其中O的非金属性最强，非金属性越强电负性越大，所以电负性最大的是氧；②M中有双键碳和单键碳原子两种，所以M中碳原子的杂化方式为sp2、sp3；③单键为σ键、双键中1个是σ键、1个是π键，根据M的结构图可知，还有配位键，没有离子键。

（5）①根据均摊原则，晶胞中共有原子数为8×

＋4×

＋3＝6，晶胞中相同位置的原子相同，根据钛氧原子数之比是1∶2，可知氧原子是B、D；②根据晶胞结构，若A、B、C的原子坐标分别为A（0，0，0），B（0.69a，0.69a，c），C（a，a，c），则D原子坐标是（0.19a，0.81a，0.5c）；根据图示，d2＝2×（0.31a）2，则d＝0.31×

a。

答案：

（1）3d24s2　3　

（2）Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强　（3）[TiCl（H2O）5]2＋

（4）①氧　②sp2、sp3　③c

（5）①B、D　②0.81a　0.5c　0.31×

a