高考化学一轮新课标通用训练检测考点38 晶体结构与性质Word文档格式.docx

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r（Cl－）<

r（Br－），故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小。

在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。

r（Mg2＋）<

r（Ca2＋）<

r（Ba2＋），故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。

3．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．Si原子采用sp2杂化

D．化学组成为SiO

答案　D

解析　由该离子的空间结构示意图可知：

硅氧原子形成正四面体结构，Si在体心，O在顶点，键角为109.5°

，离子组成为SiO

，Si原子采用sp3杂化。

4．如图是Mn和Bi形成的某种晶体的晶胞结构示意图，则该晶体的化学式可表示为（　　）

A．Mn2BiB．MnBi

C．MnBi3D．Mn4Bi3

解析　分析题给晶胞结构示意图，可知有6个Bi原子处于晶胞的内部，即1个晶胞拥有6个Bi原子；

有12个Mn原子在晶胞的顶点上，每个晶胞占有12×

＝2个，有6个Mn原子在晶胞的棱上，每个晶胞占有6×

＝2个，有2个Mn原子在晶胞的面心，每个晶胞占有2×

＝1个，还有1个Mn原子在晶胞内部，因此1个晶胞实际拥有的Mn原子个数为2＋2＋1＋1＝6，因此该晶胞的化学式可表示为MnBi。

5．下列叙述中正确的是（　　）

A．二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同

B．含有离子的晶体一定是离子晶体

C．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由于水分子中存在氢键

D．分子晶体中不一定含有共价键，离子晶体中一定含有离子键

解析　二氧化硅熔化克服的是共价键，干冰晶体熔化时所克服的是分子间作用力，A错误；

金属晶体也含有离子，B错误；

氢键不影响物质的化学性质，C错误。

6．已知C3N4晶体很可能具有比金刚石还大的硬度，且原子间均以单键结合。

下列关于C3N4晶体的说法正确的是（　　）

A．C3N4晶体是分子晶体

B．C3N4晶体中C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长长

C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子

D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合

答案　C

解析　根据C3N4晶体的硬度特点可知其为原子晶体，A错误；

N的原子半径比C的原子半径小，形成的C—N键的键长比金刚石中CC键的键长短，B错误；

C3N4晶体中微粒间通过共价键结合，D错误。

7．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（　　）

Na2O

NaCl

AlCl3

BCl3

Al2O3

CO2

SiO2

920

801

1291

190

－107

2073

－57

1723

A．铝的化合物形成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　从表中各物质的熔点可以看出，Na2O、NaCl、AlF3、Al2O3是离子晶体，SiO2是原子晶体，AlCl3、BCl3、CO2形成的晶体是分子晶体。

8．下列有关晶体的叙述正确的是（　　）

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．在晶体中，若有阳离子一定存在阴离子

C．分子晶体中一定不含离子键，但一定存在共价键

D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键结合

解析　如离子晶体CsCl中，每个离子周围都吸引着8个带相反电荷的离子；

金属晶体只存在金属阳离子不存在阴离子；

固态的稀有气体形成的晶体为分子晶体，该类分子晶体为单原子分子，分子内不存在共价键；

根据原子晶体定义可知D项叙述正确。

9.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　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项正确；

D项正确。

[题组一　基础大题]

10．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1所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，图3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2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）金属铜具有很好的延展性、导电性、传热性，对此现象最简单的解释是用________理论。

（4）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____________________。

（5）已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×

10－8cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为______________。

答案　

（1）8　12　

（2）O　1∶6　（3）电子气　

（4）H3BO3　分子间作用力　（5）183.3/a3g·

cm－3

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）图2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3条B—O极性键，每个O原子形成1条O—H极性键，共6条极性键。

（4）H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，熔化时克服了分子间作用力。

（5）一个晶胞中实际拥有的离子数：

阳离子数为8×

1/8＋6×

1/2＝4，而阴离子为8个，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]≈183.3/a3g·

cm－3。

11．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A、B、C的基态原子具有相同的能层和能级，且第一电离能I1（A）<

I1（C）<

I1（B），其中基态B原子的2p轨道处于半充满状态，BC

与AC2互为等电子体；

D为ⅠB族元素。

请回答下列问题：

（1）BC

的电子式为________（用元素符号表示），其中含有________个σ键和________个π键。

（2）B的简单氢化物极易溶于C的简单氢化物，其主要原因是_____________________________________________________________________。

（3）化合物X由A、B两元素组成，硬度超过金刚石，其晶胞结构如图甲所示。

则晶体中A原子的轨道杂化类型为________，X的晶体类型为________，其硬度超过金刚石的原因是______________________________________________。

（4）基态D原子的价层电子排布式为________。

图乙为D单质的晶胞结构示意图，若其原子半径为r，则计算其空间利用率的表达式为________（用含有r的表达式表示，不要化简）。

答案　

2　2

（2）NH3与H2O均为极性分子，且相互之间能形成氢键

（3）sp3　原子晶体　C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键

（4）3d104s1　

100%

解析　根据提供信息，可以推断A为C，B为N，C为O，D为Cu。

（1）NO

的电子式为[

N

]＋。

N和O之间为双键，则含有2个σ键和2个π键。

（3）根据晶胞结构，知X为C3N4,1个C周围有4个N,1个N周围有3个C，C的杂化类型为sp3。

C3N4中C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键，因此硬度比金刚石大。

（4）Cu的价层电子排布式为3d104s1。

Cu为面心立方堆积，晶胞中Cu的个数为

8＋

6＝4。

设Cu的原子半径为r，铜晶胞的边长为a，面对角线为4r，则（4r）2＝a2＋a2，即a＝2

r，即铜晶胞的体积：

V晶胞＝a3＝（2

r）3，Cu原子的体积：

V原子＝4×

πr3，故金属原子的空间利用率为

100%。

[题组二　高考大题]

12．高考题节选。

Ⅰ.（2018·

全国卷Ⅰ）Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，

得到广泛应用。

回答下列问题：

（5）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）。

Ⅱ.（2018·

全国卷Ⅱ）硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

（5）FeS2晶体的晶胞如图c所示。

晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________g·

cm－3；

晶胞中Fe2＋位于S

所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。

Ⅲ.（2018·

全国卷Ⅲ）锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。

（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如右图所示，这种堆积方式称为________。

六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·

Ⅳ.（2018·

江苏高考）臭氧（O3）在[Fe（H2O）6]2＋催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO

和NO

，NOx也可在其他条件下被还原为N2。

（5）[Fe（H2O）6]2＋与NO反应生成的[Fe（NO）（H2O）5]2＋中，NO以N原子与Fe2＋形成配位键。

请在[Fe（NO）（H2O）5]2＋结构示意图的相应位置补填缺少的配体。

答案　Ⅰ.（5）

Ⅱ.（5）

1021　

a

Ⅲ.（5）六方最密堆积（A3型）　

Ⅳ.（5）

解析　Ⅰ.（5）根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是ρ＝

＝

g·

Ⅱ.（5）根据晶胞结构可知含有Fe2＋的个数是12×

＋1＝4，S

个数是8×

＋6×

＝4，晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，则其晶体密度的计算表达式为ρ＝

cm－3＝

1021g·

所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角线的一半，则为

anm。

Ⅲ.（5）由图可知，堆积方式为六方最密堆积。

为了计算方便，选取该六棱柱结构进行计算。

六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的，面心是两个六棱柱共用，所以该六棱柱中的锌原子为12×

＋2×

＋3＝6个，所以该结构的质量为

g。

该六棱柱的底面为正六边形，边长为acm，底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为6×

a2cm2，高为ccm，所以体积为6×

a2ccm3。

所以密度为

Ⅳ.（5）根据化学式，缺少的配体是NO和H2O，NO中N为配位原子，H2O中O上有孤电子对，O为配位原子，答案为

。

13．（2017·

全国卷Ⅰ）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。

（1）元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________nm（填标号）。

A．404.4　　B．553.5　　C．589.2　　D．670.8　　E．766.5

（2）基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________________。

K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_________________________________________________________________。

（3）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I

离子。

I

离子的几何构型为____________________，中心原子的杂化形式为____________。

（4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446nm，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________。

（5）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。

答案　

（1）A

（2）N　球形　K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱

（3）V形　sp3

（4）0.315　12

（5）体心　棱心

解析　

（1）紫色光对应的辐射波长范围是400～430nm（此数据来源于物理教材人教版选修34）。

（2）基态K原子占据K、L、M、N四个能层，其中能量最高的是N能层。

N能层上为4s电子，电子云轮廓图形状为球形。

Cr的原子半径小于K且其价电子数较多，则Cr的金属键强于K，故Cr的熔、沸点较高。

（3）I

的价层电子对数为

＝4，中心原子杂化轨道类型为sp3，成键电子对数为2，孤电子对数为2，故空间构型为V形。

（4）K与O间的最短距离为

a＝

0.446nm≈0.315nm；

由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与K紧邻的O原子为12个。

（5）根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如上图，可看出K处于体心，O处于棱心。

14．（2017·

全国卷Ⅲ）研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2＋3H2===CH3OH＋H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。

（1）Co基态原子核外电子排布式为________。

元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。

（2）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。

（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________，原因是________________________________________________。

（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn（NO3）2中的化学键除了σ键外，还存在________。

（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。

答案　

（1）[Ar]3d74s2　O　Mn

（2）sp　sp3

（3）H2O>

CH3OH>

CO2>

H2　H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；

CO2与H2均为非极性分子，CO2分子量较大，范德华力较大

（4）离子键和π键（Π

4键）

（5）0.148　0.076

解析　

（1）Co是27号元素，其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2。

元素Mn与O中，由于O是非金属元素而Mn是金属元素，所以O的第一电离能大于Mn的。

O基态原子核外电子排布式为1s22s22p4，其核外未成对电子数是2，而Mn基态原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2，其核外未成对电子数是5，因此Mn的基态原子核外未成对电子数比O的多。

（4）硝酸锰是离子化合物，硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中N原子与3个氧原子形成3个σ键，硝酸根中存在氮氧双键，所以还存在π键。

（5）因为O2－采用面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即4r（O2－）＝

a，解得r（O2－）≈0.148nm；

根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此2r（Mn2＋）＋2r（O2－）＝0.448nm，所以r（Mn2＋）＝0.076nm。

15．（2016·

全国卷Ⅰ改编）锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。

（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。

（2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。

从原子结构角度分析，原因是__________________________________________________________________。

（3）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

（4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。

Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是____________。

（5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。

（6）如图为Ge单晶的晶胞，已知a＝565.76pm，其密度为________g·

cm－3（列出计算式即可）。

答案　

（1）3d104s24p2　2

（2）Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。

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

（4）O>

Ge>

Zn

（5）sp3　共价键

（6）

107

解析　

（2）单键中含有1个σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，叁键中含有1个σ键和2个π键。

σ键的成键方式是“头碰头”，π键的成键方式是“肩并肩”，原子间形成的σ键键长越长，越不利于两原子间形成π键。

（3）对于结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。

（4）元素的非金属性越强，原子吸引电子能力越强，元素的电负性越大。

（5）金刚石中C原子的杂化方式为sp3杂化，微粒间作用力为共价键，运用类推法不难得出结论。

（6）ρ＝

107g·

16．（2015·

全国卷Ⅱ节选）

氧和钠能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为________；

晶胞中氧原子的配位数为________；

列式计算晶体F的密度（g·

cm－3）：

______________________________________________。

答案　Na2O　8　

≈2.27g·

解析　由晶胞图知，小黑球有8个，大黑球有8×

1/2＝4，小黑球为Na，大黑球为O，所以化学式为Na2O。

由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个钠，在相邻的另一个晶胞中，O也连有4个钠，故O的配位数为8。

1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有：

ρ＝

[题组三　模拟大题]

17．（2019·

武汉模拟）硼、铝属于元素周期表第ⅢA族短周期元素。

（1）基态B原子的价电子轨道表达式为________________，其第一电离能比Be________（填“大”或“小”）。

（2）氨硼烷（NH3BH3）是最具潜力的储氢材料之一，分子中存在配位键，能体现配位键的结构式为__________________，与氨硼烷互为等电子体的烃的分子式为________________。

（3）常温常压下硼酸晶体为层状结构，其二维平面结构如图所示，硼酸的化学式为__________，B原子的杂化类型为____________。

从氢键的角度解释硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大：

_____________________________________________。

（4）8羟基喹啉铝是一种黄色粉末，它是OLED中的重要发光材料及电子传输材料，其微观结构如图所示，8羟基喹啉铝中存在的化学键为________。

A．金属键　B．极性键　C．非极性键　D．配位键　E．π键

（5）金属铝晶体中原子呈面心立方最密堆积（如图）。

该晶胞空间利用率为________（用含π的代数式表示）；

铝的密度是2.7g·

cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，据此可计算出Al原子半径r＝________cm。

答案　

（1）

　小

（2）

　C2H6

（3）H3BO3　sp2　氢键使硼酸“缔合”成层状“大分子”，故在冷水中硼酸溶解度小；

加热时破坏了分子间氢键使“大分子”解离，溶解度增大

（4）BCDE　（5）

解析　（3）由题图可知硼酸的化学式为H3BO3。

硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3个共用电子对，杂化类型为sp2。

硼酸晶体的层状结构中，H3BO3分子之间主要通过氢键相连，氢键使硼酸“缔合”成层状“大分子”，故在冷水中硼酸溶解度小；

加热时破坏了分子间氢键使“大分子”解离，溶解度增大。

（5）在面心立方最密堆积的晶胞中，面对角线长度是原子半径的4倍。

假定晶胞边长为a，则有a2＋a2＝（4r）2，a＝2

r，晶胞体积V晶胞＝a3＝16

r3，面心立方最密堆积的晶胞中含有的原子数为4，原子总体积V原子＝4×

πr3，则晶胞的空间利用率＝