晶体的结构与性质专项训练知识归纳总结及解析.docx

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晶体的结构与性质专项训练知识归纳总结及解析

晶体的结构与性质专项训练知识归纳总结及解析

一、晶体的结构与性质

1．以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（）

A．36g冰（图甲）中含共价键数目为4NA

B．12g金刚石（图乙）中含有σ键数目为4NA

C．44g干冰（图丙）中含有NA个晶胞结构单元

D．12g石墨（图丁）中含σ键数目3NA

2．有关常见晶体的叙述正确的是（　　）

A．氯化铯晶体中，每1个Cs+与其他8个Cs+等距离紧邻

B．干冰晶体中，每1个CO2分子与其他12个CO2分子等距离紧邻

C．石墨中由非极性键构成的最小碳环有6个碳原子，每个该小环平均分配6个碳原子

D．氯化钠晶体中，每个Na+与其他6个Na+等距离紧邻

3．碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法错误的是（）

A．在石墨烯晶体中，每个C原子连接3个六元环

B．石墨烯晶体中的化学键全部是碳碳单键

C．在金刚石晶体中，C原子采用sp3杂化

D．在金刚石晶体中，六元环中最多有4个C原子在同一平面

4．氮化铝（AlN）具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性能，被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域，其结构类似于金刚石。

一定条件下，氮化铝可通过反应Al2O3+N2+3C=2AlN+3CO合成，下述正确的是

A．氮化铝晶体属于分子晶体

B．由于AlN相对分子质量比立方BN大，所以熔沸点AlN比BN高

C．AlN中原子Al杂化方式为sp2，N杂化方式为sp3

D．氮化铝晶体中含有配位键

5．下列关于氯化钠晶胞（如图）的说法正确的是（）

A．每个晶胞含有6个Na+和6个Cl-

B．晶体中每个Na+周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Na+

C．晶体中与每个Na+最近的Na+有8个

D．将晶胞沿体对角线AB作投影，CD两原子的投影将相互重合

6．金刚石的熔点为a℃，晶体硅的熔点为b℃，足球烯（分子式为C）的熔点为c℃，a、b、c的大小关系是（）

A．a>b>cB．b>a>cC．c>a>bD．c>b>a

7．离子晶体熔点的高低取决于晶格能的大小，下列关于物质熔点的比较不正确的是（）

A．NaF>NaCl>NaBr>NaI

B．Na2O>Na2S>NaCl>NaI

C．NaCl>CaC12>MgCl2>AlCl3

D．MgCO3>CaCO3>SrCO3>BaCO3

8．元素ⅹ位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。

X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示，下列关于该晶体的说法正确的是（）

A．1个晶胞中所含离子总数为18

B．X2+的配位数为8，Y2-的配位数为4

C．与每个X2+距离最近且相等的X2+共有12个

D．该化合物的化学式为CaS

9．《天工开物》记载：

“凡火药以硝石、硫磺为主，草木灰为辅……而后火药成声”。

其中涉及的主要反应为：

S+2KNO3+3C

K2S+3CO2↑+N2↑。

下列说法正确的是（）

A．电负性N>O

B．CO2分子中C原子为sp1杂化

C．单质硫属于共价晶体

D．KNO3中化学键只有σ键

10．植物生长除了需要氮、磷、钾三种元素之外，还需要硼、镁等微量元素。

有一种硼镁肥料的主要成分是Mg3（BO3）2·2MgSO4·6H2O。

回答下列问题：

（1）Mg3（BO3）2·2MgSO4·6H2O的氧化物形式为_________，某短周期元素与硼同族，其元素原子的最外层电子排布式为__________；

（2）某短周期元素的单质和金属镁可在高温下反应，得到产物A，A与水反应生成两种碱，该元素周期表中的位置为___周期___族，写出A与水反应的化学方程式_______；

（3）比较硼和硫的非金属性强弱，硼的非金属性_______硫（填大于或小于），硼元素原子中有______种能量不同的电子；

（4）硼单质存在着多种同素异形体，某单质的熔点2300℃，沸点2550℃，原因可能是____。

A．硼单质性质与铝相似

B．硼在元素周期表中与碳相邻

C．硼单质的晶体结构为空间网状结构

D．硼元素存在着几种同位素，其中10B可用于原子反应堆

11．2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。

TiS2、LiCoO2和LiMnO2等都是他们研究锂离子电池的载体。

回答下列问题：

（1）基态Co原子价层电子排布式为_______________________________。

（2）已知第三电离能数据:

I3（Mn）=3246kJ·mol-1，I3（Fe）=2957kJ·mol-1。

锰的第三电离能大于铁的第三电离能,其主要原因是_______________________________。

（3）据报道，在MnO2的催化下，甲醛可被氧化成CO2，在处理含HCHO的废水或空气方面有广泛应用。

HCHO中键角_________CO2中键角（填“大于”“小于”或“等于"）。

（4）Co3+、Co2+能与NH3、H2O、SCN-等配体组成配合物。

①1mol[Co（NH3）6]3+含______molσ键。

②配位原子提供孤电子对与电负性有关，电负性越大，对孤电子对吸引力越大。

SCN-的结构式为[S=C=N]-,SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是______（填元素符号）。

③配离子在水中颜色与分裂能有关，某些水合离子的分裂能如表所示：

由此推知，a______b（填“>”“<”或“="），主要原因是_______________________。

（5）工业上，采用电解熔融氯化锂制备锂，钠还原TiCl4（g）制备钛。

已知：

LiCl、TiCl4的熔点分别为605°C、-24°C，它们的熔点相差很大，其主要原因是_______________。

（6）钛的化合物有2种不同结构的晶体，其晶胞如图所示。

二氧化钛晶胞（如图1）中钛原子配位数为__________。

氮化钛的晶胞如图2所示,图3是氮化钛的晶胞截面图。

已知:

NA是阿伏加德常数的值，氮化钛晶体密度为dg·cm-3。

氮化钛晶胞中N原子半径为__________pm

12．K4[Fe（CN）6]可用作食盐的抗结剂，高温下K4[Fe（CN）6]会分解生成（CN）2、KCN、N2、Fe3C、C等物质。

（1）基态铁原子的价电子排布式为___；上述物质中涉及的几种元素的第一电离能由大到小的顺序为___；[Fe（CN）6]4-中，铁提供的空轨道数目是___。

（2）（CN）2分子中存在碳碳键，则（CN）2的立体构型是__，分子中σ键与π键数目之比为___；KCN与盐酸作用可形成HCN，HCN的中心原子的杂化轨道类型为___。

（3）已知Fe3C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，与碳原子紧邻的铁原子的空间构型为___，铁原子的配位数是___。

（4）碳元素可形成多种结构和性质不同的单质，其中金刚石的熔点为3550℃，C60的熔点约为280℃，导致这种差异的原因是___。

（5）铁、镍位于同一族，若NiO晶胞中离子坐标参数A为（0，0，0），B为（1，1，0），则C离子坐标参数为___。

一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2-作密置单层排列，Ni2+填充其中（如图2），已知O2-的半径为am，每平方米面积上分散的该晶体的质量为___g。

（用a、NA表示）

【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除

一、晶体的结构与性质

1．A

【解析】

【分析】

【详解】

A．1个水分子中含有2个O-H键，36g冰的物质的量为2mol，含O-H键数目为4NA，故A正确；

B．12g金刚石中含有1molC原子，晶体金刚石中，每个碳原子与其它4个Ci形成4个C-C键，则每个C原子形成的共价键为：

×4=2，则1mol单质金刚石含有2molC-C键，含有2NA个σ键，故B错误；

C．1个晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44g干冰的物质的量为1mol，含有晶胞结构单元个数为0.25NA个，故C错误；

D．在石墨中，每个碳原子周围有三个C-C单键，所以每个碳原子实际占化学键为1.5个，12g石墨即1mol所含碳碳键数目为1.5NA，故D错误；

故答案为A。

2．B

【解析】

【分析】

【详解】

A．氯化铯晶体中，铯离子的配位数是8，是与其他8个Cl-等距离紧邻，故A错误；

B．二氧化碳晶体属于面心立方，每个二氧化碳分子周围紧邻二氧化碳分子个数=3×8/2=12，故B正确；

C．石墨是层状结构，由非极性键构成的最小碳环有6个碳原子，每个该小环平均分配2个碳原子，故C错误；

D．氯化钠晶胞中，每个钠离子周围距离最近的钠离子个数=3×8/2=12，故D错误；

答案为B。

3．B

【解析】

【分析】

【详解】

A.根据石墨烯结构可知：

在石墨烯晶体中，每个C原子与相邻3个C原子形成3个碳碳键，这些C原子形成一个个平面正六边形，通过每个C原子形成了3个六元环，A正确；

B.在石墨烯晶体中，C原子采用sp2杂化，物质结构中既有碳碳单键，也有碳碳双键，B错误；

C.碳原子价电子数为4，在金刚石晶体中，每个C原子与相邻的4个C原子形成共价键，所有价电子全部参与成键，形成了4个C-C键，C原子采用sp3杂化，C正确；

D.在金刚石中，C原子与相邻的4个C原子形成立体网状结构，最小的环上含有6个C原子，其中六元环上能够共平面的C原子数目为4，结构如图所示：

，D正确；

故合理选项是B。

4．D

【解析】

【分析】

【详解】

A．氮化铝（

）结构类似于金刚石，金刚石为原子晶体，则氮化铝（

）也为原子晶体，不是分子晶体，故A错误；

B．熔沸点与原子间的共价键的键能有关，原子半径越小，键能越大，熔沸点越高，所以熔沸点

比

要低，故B错误；

C．结构与金刚石结构类似，金刚石中的碳为

杂化，则

原子和

原子也为

杂化，故C错误；

D．结构与金刚石结构类似，金刚石中的碳形成

个共价键；

原子最外层只有

个电子，可以提供空轨道，

原子提供孤对电子而形成配位键，故D正确；

故选D。

【点睛】

氮化铝晶体与金刚石类似，均是正四面体结构，每个铝原子与4个氮原子相连，是由原子构成的原子晶体。

5．D

【解析】

【分析】

【详解】

A．每个晶胞含有8×

+6×

=4个Na+，12×

+1=4个Cl-，故A错误；

B．晶体中每个Na+周围有上下左右前后6个Cl-，同理每个Cl-周围有6个Na+，故B错误；

C．NaCl晶体为立方面心，与每个Na+距离相等且最近的Na+可看作顶点和面心位置，个数为3×

×8=12，故C错误；

D．将晶胞分成8个小正方体，CD为右上方小正方体的体对角线，与AB平行，若作投影，则相互重合，故D正确；

故选D。

【点睛】

难点D，注意理解题目的含义，沿体对角线AB作投影。

6．A

【解析】

【分析】

原子晶体原子半径越小，键能越高，熔点越高。

【详解】

金刚石和晶体硅均为原子晶体，二者晶体结构相似，熔点高，由于碳原子半径小于硅原子半径，所以碳碳键的键能高于硅硅键的键能，则金刚石的熔点高于晶体硅；足球烯（分子式为C60）为分子晶体，熔化时只需要克服分子间作用力，故熔点低。

综上所述，三者熔点：

金刚石>晶体硅>足球烯，A项符合题意。

故答案选：

A。

7．C

【解析】

【分析】

在离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔点越高。

【详解】

A.离子半径F-NaCl>NaBr>NaI，故A正确；

B.O2-和S2-所带电荷相同离子半径O2-Na2S>NaCl>NaI，故B正确；

C.Ca2+的半径大于Mg2+，则熔点CaC12

D．离子半径Mg2+CaCO3>SrCO3>BaCO3，故D正确；

故答案选：

C。

8．C

【解析】

【分析】

元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数为2+8+18=28，且最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p4，则Y是S元素。

【详解】

A．由晶胞结构可知，1个晶胞中所含离子总数为

，A项错误；

B．根据晶胞结构图分析，Y2-的配位数为4，X2+的配位数也为4，B选项错误；

C．由晶胞结构可知，与顶点上每个X2+距离最近且相等的X2+在其面心，则共有12个，C选项正确；

D．根据上述分析，X与Y形成的化合物为ZnS，D选项错误；

答案选C。

9．B

【解析】

【分析】

【详解】

A.元素的非金属性越强，电负性越大，非金属性O>N，则电负性O>N，故A错误；

B.CO2分子的空间构型为直线形，分子中C原子为sp杂化，故B正确；

C.单质硫属于熔沸点低的分子晶体，故C错误；

D.KNO3为离子化合物，含有离子键和共价键，故D错误；

故选B。

10．5MgO•2SO3•B2O3•6H2O3S23P1二ⅤAMg3N2+6H2O=3Mg（OH）2+2NH3小于三C

【解析】

【分析】

（1）硅酸盐改写为氧化物的一般方法为：

碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水（xMO•nSiO2•mH2O）；某短周期元素与硼同族，则该元素为铝；

（2）A与水反应生成两种碱，说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨，所以是镁条与氮气反应生成氮化镁；

（3）硫元素的非金属强于硼元素，硼元素核外有电子排布为1s22s22p1；

（4）硼的某单质的熔点高，说明其是原子晶体。

【详解】

（1）硅酸盐改写为氧化物的一般方法为：

碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水（xMO•nSiO2•mH2O），所以Mg3（BO3）2•2MgSO4•6H2O氧化物形式为5MgO•2SO3•B2O3•6H2O；某短周期元素与硼同族，则铝的最外层电子排布式为3S23P1，故答案为：

5MgO•2SO3•B2O3•6H2O；3S23P1；

（2）A与水反应生成两种碱，说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨，所以是镁条与氮气反应生成氮化镁，则氮在元素表中的位置为二周期第ⅤA族，氮化镁与水反应的方程式为：

Mg3N2+6H2O═3Mg（OH）2↓+2NH3↑，故答案为：

二；ⅤA；Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2↓+2NH3↑；

（3）硫元素的非金属强于硼元素，硼元素核外有电子排布为1s22s22p1，所以硼元素原子中有三种能量不同的电子，故答案为：

小于；三；

（4）硼的某单质的熔点高，说明其是原子晶体，相邻元素性质不一定具有相似性，如氮元素与碳元素也是相邻的，但是氮气的熔点和沸点都非常低。

原子晶体是空间网状态结构，相邻的原子以共价键结合，原子单体的熔点和沸点都很高，故选：

C。

【点睛】

A与水反应生成两种碱，说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨，所以是镁条与氮气反应生成氮化镁是解答关键。

11．3d74s2Mn2+价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁小于24S<[Co（H2O）6]3+所带正电荷较多LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强6

【解析】

【分析】

同一原子的电离能，通常第一电离能<第二电离能<第三电离能，但若电离能突然增大，则此离子应达到稳定结构；不同原子的电离能不同，但若相同类别电离能的差距突然增大，则离子可能处于稳定结构。

形成共价键的两原子间只能形成一个σ键，所以，计算微粒中所含σ键的数目时，只需确定有多少个原子间形成共价键。

确定配位原子时，需要比较配体中含有孤对电子的元素的吸电子能力，吸电子能力强的非金属原子，难以提供孤电子对与中心离子形成配位键。

计算晶胞中原子半径时，需先算出晶胞中所含原子的数目，以便确定质量；然后利用数学公式，建立质量、密度、体积的等量关系式，由此算出原子半径。

【详解】

（1）基态Co原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，价层电子排布式为3d74s2。

答案为：

3d74s2；

（2）根据离子价层电子排布和洪特规则的特例分析电离能，离子越稳定，越容易生成，生成此离子的电离能越小，此离子再失电子的电离能越大。

锰的第三电离能大于铁的第三电离能,其主要原因是Mn2+价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁。

答案为：

Mn价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁；

（3）HCHO分子呈平面结构，键角接近120°，而CO2的键角是180°，碳原子的杂化类型不同，键角不同。

HCHO中键角小于CO2中键角。

答案为：

小于；

（4）①1个NH3含有3个共价键，N原子还能形成1个配位键，配位键也属于σ键，所以1mol[Co（NH3）6]3+含24molσ键。

答案为：

24；

②SCN-中，C没有孤电子对，N吸引电子对的能力比S强，所以S提供孤电子对形成配位键。

从而得出SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是S。

答案为：

S；

③依题意，配体相同，配位数相等的配离子，分裂能与中心离子的电荷数有关，正电荷数越多，吸引电子能力越强，分裂能越大。

a

答案为：

<；[Co（H2O）6]3+所带正电荷较多；

（5）氯化锂为离子化合物，形成离子晶体，氯化钛是共价化合物，形成分子晶体，它们的熔点相差很大，其主要原因是LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强。

答案为：

LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强；

（6）图1中，由均摊法可知，1个晶胞含有2个黑球、4个白球（2个白球在体内，4个白球在面心），所以黑球为钛，白球为氧。

1个钛与6个氧相连，钛的配位数为6。

则二氧化钛晶胞（如图1）中钛原子配位数为6。

答案为：

6；

由图2知，1个晶胞含4个TiN（类似氯化钠晶胞），图3棱上三个粒子相切，则有[4r（Ti）]2=[2r（Ti）+2r（N）]2+[2r（Ti）+2r（N）]2，r（Ti）=

r（N）①，d=

，从而得出r（Ti）+r（N）=

②，将①代入②中，即得r（N）=

cm=

pm。

答案为：

。

【点睛】

在书写价层电子排布式时，我们若不注意审题，可能会把价层电子排布式写成核外电子排布式，从而导致出错。

12．3d64s2N>C>Fe>K6直线形3：

4sp正八面体2金刚石是原子晶体，C60是分子晶体，前者原子间是靠强烈的共价键结合的，后者分子间是靠微弱的范德华力结合在一起的（1，0.5，0.5）

【解析】

【分析】

（1）Fe原子核外电子排布式为

；IIA、VA族为全充满或半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素；

与

形成6个配位键；

（2）（CN）2分子中存在碳碳键，结构式为

，HCN结构式为

；

（3）Fe3C的晶胞结构中，以C原子为原点建立三维坐标系，Fe原子位于坐标轴上且关于原点

碳原子

对称，6个Fe形成的空间结构为正八面体；配位数之比等于相应原子数目反比；

（4）金刚石是原子晶体，

是分子晶体；

（5）由A、B参数，可知A处于坐标系的原点，晶胞中含有A原子的3个棱分别为坐标系的x、y、z轴，C为与晶胞右侧面，C到晶胞左侧面距离为参数x，到晶胞前平面距离为参数y，到晶胞下底面距离为参数z；由质量公式计算可得。

【详解】

（1）Fe原子核外电子排布式为

，处于过渡元素，除最外层外价电子还包含3d电子，故价电子排布式为：

；一般金属性越强第一电离能越小，同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，IIA、VA族为全充满或半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：

；

与

形成6个配位键，

中铁提供的空轨道数目是6，故答案为：

；

；6；

（2）（CN）2分子中存在碳碳键，结构式为

，C原子为sp杂化，故分子空间构型为：

直线形，单键为

键、三键含有1个

键、2个

键，分子中

键与

键数目之比为3：

4；HCN结构式为

，中心碳原子的

键电子对数为2，孤电子对数为0，价层电子对数为2，故碳原子的杂化轨道类型为sp杂化，故答案为：

直线形；3：

4；sp；

（3）Fe3C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，与碳原子紧邻的铁原子，以C原子为原点建立三维坐标系，Fe原子位于坐标轴上且关于原点

碳原子

对称，6个Fe形成的空间结构为正八面体，故C原子的配位数为6，配位数之比等于相应原子数目反比，则Fe原子配位数为

，故答案为：

正八面体；2；

（4）金刚石是原子晶体，

是分子晶体，前者原子间是靠强烈的共价键结合的，后者分子间是靠微弱的范德华力结合在一起的，金刚石的熔点比

的熔点高，故答案为：

金刚石是原子晶体，

是分子晶体，前者原子间是靠强烈的共价键结合的，后者分子间是靠微弱的范德华力结合在一起的；

（5）由A、B参数，可知A处于坐标系的原点，晶胞中含有A原子的3个棱分别为坐标系的x、y、z轴，C为与晶胞右侧面，C到晶胞左侧面距离为参数x，到晶胞前平面距离为参数y，到晶胞下底面距离为参数z，由B的参数可知晶胞是边长为1的正方体，则C的参数

、

、

，平面NiO基本结构单元为

，重复单元呈平行四边形，每个机构单元含有1个“NiO”，

的半径为am，则结构单元的面积为：

，每平方米含有的结构单元数目

，即结构单元含有“NiO“数目，故每平方米面积上分散的该晶体的质量为

，故答案为：

；

。

【点睛】

同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。