化学大一轮复习人教版新高考专用 十八晶体结构与性质.docx

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化学大一轮复习人教版新高考专用十八晶体结构与性质

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核心素养测评十八

晶体结构与性质

一、选择题（本题包括4小题，每题6分，共24分）

1.（2020年山东等级考模拟）利用反应CCl4+4Na

C（金刚石）+4NaCl可实现人工合成金刚石。

下列关于该反应的说法错误的是（　　）

A.C（金刚石）属于原子晶体

B.该反应利用了Na的强还原性

C.CCl4和C（金刚石）中的C的杂化方式相同

D.NaCl晶体中每个Cl-周围有8个Na+

【★解析★】选D。

A.金刚石晶体：

每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构。

形成的晶体为原子晶体，故A正确；B.该反应中Na由0价→+1价，作还原剂将CCl4还原，故B正确；C.CCl4和C（金刚石）中的C的杂化方式都是sp3杂化，故C正确；D.NaCl晶体：

每个Na+同时吸引6个Cl-，每个Cl-同时吸引6个Na+，配位数为6，故D错误。

2.（双选）钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，有关说法不正确的是（　　）

A.该晶体属于分子晶体

B.晶体的化学式为Ba2O2

C.该晶体晶胞结构与NaCl相似

D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个

【★解析★】选A、B。

Ba是活泼金属，O是活泼非金属，形成的是离子化合物，A错；根据Ba和O在晶胞的位置，晶胞中共含有Ba的个数为8×1/8+6×1/2=4，O个数为2×（12×1/4+1）=8，所以Ba与O的个数比为1∶2，该氧化物为BaO2，B错；NaCl晶胞结构也是该形状，C对；与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+为顶点和面心位置，每个晶胞中共有8×3×1/2=12个，D对。

【加固训练】

　　下列有关晶体结构或性质的描述不正确的是（　　）

A.冰中存在极性键、范德华力和氢键

B.因原子半径K>Na，故金属钾的熔点低于金属钠

C.1mol金刚石与1mol石墨晶体中所含的C—C键的数目相同

D.氧化镁的晶格能大于氯化钠，故其熔点高于氯化钠

【★解析★】选C。

冰中存在极性键、范德华力和氢键，A项正确；因原子半径：

K>Na，导致K的金属键不如Na强，故金属钾的熔点低于金属钠，B项正确；金刚石中每个C原子形成4个C—C键，1molC形成2mol共价键，石墨中每个C原子与其他3个C原子形成3个C—C键，1molC形成1.5mol共价键，C项错误；氧化镁的晶格能大于氯化钠，故其熔点高于氯化钠，D项正确。

3.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的

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①1，②2，③2，④4

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

【★解析★】选B。

②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，②与③判断有误，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×

=1，②8×

+1=2，③1+8×

=2，④8×

+6×

=4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，应为④=③>②>①，D项错误。

4.有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是（　　）

A.在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-形成正八面体

B.在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+

C.在金刚石晶体中，6个碳原子形成一个环且不在同一平面上

D.该气态团簇分子的分子式为EF或FE

【★解析★】选D。

在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-有6个，距Cl-最近的Na+有6个，这6个离子构成一个正八面体，故A项正确；在CaF2晶胞中含有C

数为8×

+6×

=4，故B项正确；金刚石晶体中碳原子杂化方式为sp3，6个碳原子形成一个环且不在同一平面上，故C项正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子，4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D项错误。

二、非选择题（本题包括2小题，共26分）

5.（12分）现有几组物质的熔点（℃）数据：

A组

B组

C组

D组

金刚石：

3550℃

Li：

181℃

HF：

-83℃

NaCl：

801℃

硅晶体：

1410℃

Na：

98℃

HCl：

-115℃

KCl：

776℃

硼晶体：

2300℃

K：

64℃

HBr：

-89℃

RbCl：

718℃

二氧化硅：

1723℃

Rb：

39℃

HI：

-51℃

CsCl：

645℃

据此回答下列问题：

（1）A组属于__________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是__________。

（2）B组晶体共同的物理性质是______（填序号）。

①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性

（3）C组中HF熔点反常是由于______________。

（4）D组晶体可能具有的性质是__________（填序号）。

①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电

（5）D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为______________。

【★解析★】

（1）A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。

（2）B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。

（3）HF分子间含有氢键，故其熔点反常。

（4）D组属于离子晶体，具有②④两条性质。

（5）D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。

答案：

（1）原子　共价键　

（2）①②③④

（3）HF能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多　（4）②④

（5）D组晶体都为离子晶体，r（Na+）

6.（14分）氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。

氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。

（1）印度尼赫鲁先进科学研究中心的Datta和Pati等人借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料（C16S8）进行研究，从理论角度证明这种材料的分子呈平面结构（如图1），每个杂环平面上下两侧最多可吸附10个H2分子。

①C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为________、________。

②相关键长数据如表所示：

化学键

C—S

C

S

C16S8中碳硫键

键长/pm

181

155

176

从表中数据可以看出，C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C

S键之间，原因可能是________________。

③C16S8与H2微粒间的作用力是_____________。

（2）具有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，晶胞中Cu原子位于面心，Ag原子位于顶点，氢原子可进入由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中。

若将Cu原子与Ag原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2（晶胞结构如图2）相似，该晶体储氢后的化学式为__________。

（3）MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图3所示，已知该晶体的密度为

ag·cm-3，则晶胞的体积为__________cm3（用含a、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值）。

【★解析★】

（1）①根据图1可知，C原子采取sp2杂化，S原子采取sp3杂化。

②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，从而导致C16S8中碳硫键键长介于

C—S键与C

S键之间。

③C16S8与H2微粒间的作用力为范德华力。

（2）根据题意知，该晶胞中铜原子数=6×

=3，银原子数=8×

=1，氢原子可进入由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中，则H原子位于该晶胞内部，储氢后该晶胞中含有8个H，则该晶体储氢后的化学式为Cu3AgH8。

（3）该晶胞中Mg原子数=8×

+1=2，H原子数=2+4×

=4，则该晶胞中含2个MgH2，该晶胞的体积V=

cm3。

答案：

（1）①sp2　sp3　②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质　③范德华力

（2）Cu3AgH8　（3）

一、选择题（本题包括3小题，每题6分，共18分）

1.下列说法正确的是（　　）

A.钛和钾都采取图1的堆积方式

B.图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积

C.图3是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为acm，则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个

D.图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果

【★解析★】选D。

图1表示的堆积方式为六方最密堆积，K采用体心立方堆积，A错误；图2在二维空间里的非密置层放置，在三维空间也能得到体心立方堆积，B错误；干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为12，即每个CO2周围距离相等的CO2分子有12个，C错误；该晶胞类型为面心立方，金属原子在三维空间里密置层采取ABCABC…的方式堆积，D正确。

2.（双选）（2019·松原模拟改编）在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。

后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。

21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家庭。

下列有关说法错误的是（　　）

A.金刚石、C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与H2发生加成反应

B.已知C（石墨，s）

C（金刚石，s）　ΔH>0，则石墨比金刚石稳定

C.C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有6个

D.熔点比较：

C60

【★解析★】选A、C。

C60的结构中存在碳碳双键，可与H2发生加成反应，故A错误；石墨转化为金刚石为吸热反应，则石墨能量低，金刚石能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，故B正确；以晶胞顶点上的C60为例，与之距离最近的分子在经过该点的面的面心上，这样的面有12个，所以这样的分子也有12个，故C错误；C60、C70、C90为分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，金刚石为原子晶体，在这四种物质中熔点最高，熔点比较：

C60

【加固训练】

　　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

【★解析★】选A。

由于r（Na+）>r（Mg2+）>r（Al3+），且Na+、Mg2+、Al3+所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。

r（F-）

在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。

r（Mg2+）

3.以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是（　　）

A.18g冰（图1）中含O—H键数目为2NA

B.28g晶体硅（图2）中含有Si—Si键数目为2NA

C.44g干冰（图3）中含有NA个晶胞结构单元

D.石墨烯（图4）是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含C—C键数目为1.5NA

【★解析★】选C。

1个水分子中含有2个O—H键，18g冰的物质的量为1mol，含O—H键数目为2NA，A项正确；28g晶体硅中含有1molSi原子，每个硅原子与其他4个Si形成4个Si—Si键，每个硅原子形成的共价键为

×4=2，则

1mol单质硅含有2molSi—Si键，B项正确；1个晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44g干冰中含有晶胞结构单元个数小于NA个，C项错误；在石墨烯中，每个碳原子形成3个共价键，所以每个碳原子实际占化学键为1.5个，12g石墨烯即1mol所含碳碳键数目为1.5NA，D项正确。

【加固训练】

　　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.金属铜中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

【★解析★】选C。

从图1可以看出水合铜离子中有1个铜离子和4个配位键，A正确；按均摊法，每个晶胞中有Ca2+：

8×

+6×

=4，B正确；H原子只有1个电子，电子云中点的疏密程度表示电子出现的机率密度，C错误；从图4中可以看出中心的铜原子的配位数为12，D正确。

二、非选择题（本题包括2小题，共32分）

4.（17分）（2019·云南高考模拟）超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。

由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键组装的超分子结构如图所示。

（1）Mo处于第五周期第ⅥB族，核外电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是____________； 核外未成对电子数是__________个。

（2）该超分子中存在的化学键类型有__________。

A.σ键　　B.π键　　C.离子键　　D.氢键

（3）该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是__________（填元素符号），p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有__________。

（4）从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因______________。

（5）C60与金刚石互为同素异形体，从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是______________。

【★解析★】

（1）Cr的基态价电子分布为3d54s1，而Mo与Cr同主族，但比Cr多了一周期，因而基态价电子分布为4d55s1，用轨道电子排布表示为

，因而核外未成对的电子为6个。

（2）观察该超分子结构有双键，说明有σ键和π键，分子中不存在离子键，根据信息Mo形成配位键，因而答案选AB。

（3）CO作配体时是C作配位原子，氧把孤电子对给了碳，碳变成富电子中心，有提供电子对形成配位键的能力，p-甲酸丁酯吡啶中碳原子有形成双键，说明其杂化方式为sp2，在丁基中C原子形成四个单键为sp3杂化。

（4）F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氧氢键较易断裂，因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。

（5）根据不同晶体类型的性质不同来解释：

C60是分子晶体，金刚石是原子晶体，原子晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力。

答案：

（1）4d55s1　6　

（2）AB

（3）C　sp2和sp3

（4）F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氧氢键较易断裂，因此CF3COOH酸性强于CH3COOH　（5）C60是分子晶体，金刚石是原子晶体，原子晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力

5.（15分）钛对酸、碱具有较强的耐腐蚀性，密度小，比强度高，已成为化工生产中重要的材料。

回答下列问题：

（1）基态钛原子的价电子排布式为__________，其原子核外未成对电子有__________个。

金属钛晶胞如图所示，晶胞参数为a=b=295.08pm，c=468.55pm，α=β=90°，γ=120°，则金属钛为__________堆积（填堆积方式），其中钛原子的配位数为__________。

（2）用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得到多孔的海绵钛。

已知TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为-25℃，沸点为136℃，由此可知TiCl4为__________晶体。

（3）通过X-射线探明KCl、CaO、TiN晶体与NaCl晶体结构相似，且知两种离子晶体的晶格能数据如下：

离子晶体

KCl

CaO

晶格能/（kJ·mol-1）

715

3401

解释KCl晶格能小于CaO的原因：

________________。

（4）钛可与C、N、O等元素形成二元化合物，C、N、O元素的电负性由大到小的顺序是__________。

（5）钙钛矿晶体的晶胞结构如图所示，则该晶体的化学式为__________。

【★解析★】

（1）钛原子的核电荷数为22，其电子排布式为[Ar]3d24s2，则价电子排布式为3d24s2，其原子核外的d轨道有2个未成对电子。

如题图所示，金属钛为六方最密堆积，其中钛原子的配位数为12。

（2）TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为-25℃，沸点为136℃，熔、沸点较低，由此可判断TiCl4是由共价键结合的分子，属于分子晶体。

（4）元素的非金属性越强，电负性越大，C、N、O三种元素非金属性的强弱顺序为O>N>C，则电负性由大到小的顺序是O>N>C。

（5）根据钙钛矿晶胞结构图，晶胞中Ti原子数为8×

=1，O原子数为12×

=3，Ca原子数为1，所以该化合物的化学式为CaTiO3。

答案：

（1）3d24s2　2　六方最密　12

（2）分子　（3）KCl、CaO均是离子晶体，而K+的半径大于Ca2+，K+的电荷数小于Ca2+，Cl-的半径大于O2-，Cl-电荷数小于O2-，故KCl的晶格能小于CaO的晶格能

（4）O>N>C

（5）CaTiO3

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