2023版高考化学一轮总复习第十二章物质结构与性质第40讲晶体结构与性质限时训练

PAGEPAGE2晶体结构与性质[选题细目表]考查知识点根底题中档题较难题1.晶体的特征和性质1、22.晶体的结构与性质间的关系34、63.常见晶体的空间结构5、74.晶体微粒数目、密度的相关计算85.晶体结构和性质知识的综合应用910、11一、选择题(此题包括7个小题，每题6分，共42分，每题仅有一个选项符合题意)1．以下关于晶体的说法错误的选项是()A．晶体中粒子呈周期性有序排列，有自范性，而玻璃体中原子排列相对无序，无自范性B．含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体C．晶胞是晶体结构的根本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列D．晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得较稳定解析：含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，如氯化铝含有金属阳离子但属于分子晶体。答案：B2．以下说法中正确的选项是()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：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。答案：D3．以下各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的选项是()A．CH4>SiH4>GeH4>SnH4B．KCl>NaCl>MgCl2>MgOC．Rb>K>Na>LiD．金刚石>SiO2>Na>冰解析：A项中均为分子晶体且结构相似，相对分子质量越大，溶、沸点越高；B项均为离子晶体，离子半径越小，电荷越多，离子键就越强；C项均为金属晶体，金属键强弱与金属原子半径成反比，与价电子数成正比。答案：D4．以下各物质熔化时，所克服的粒子间作用力相同的是()A．Na2O和SO3 B．Mg和SiC．NaOH和NaCl D．AlCl3和MgCl2解析：Na2O、NaOH、NaCl、MgCl2熔化时破坏离子键；SO3和AlCl3熔化时克服分子间作用力；Mg熔化时克服金属键；Si熔化时克服共价键。答案：C5．下面有关晶体的表达中，不正确的选项是()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＋周围距离相等的Na＋共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻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：氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。答案：B6．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，以下描述错误的选项是()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：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。答案：D7．以下关于CaF2的表述正确的选项是()A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用B．F－的离子半径小于Cl－，那么CaF2的熔点高于CaCl2C．阴、阳离子比为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：Ca2＋与F－之间既有静电引力作用，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CaF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、阳离子比为2∶1的物质，不一定与CaF晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，CaF2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。答案：D二、非选择题(此题包括4个小题，共58分)8．(2022·全国Ⅲ卷)(14分)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。答复以下问题：(1)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因_____________________________________________________________________________________________________________。(2)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如下图。该晶体的类型为________，Ga与As以________键相结合。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，那么GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_________________________。解析：(1)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，(2)GaAs的熔点为1238℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键相结合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法〞计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10cm，那么原子的总体积为V原子＝4×eq\f(4,3)π×[(rGa×1010cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝eq\f(16π,3)×10－30(req\o\al(3,Ga)＋req\o\al(3,As))cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，晶胞的密度为ρg·cm－3，那么晶胞的体积为V晶胞＝eq\f(4〔MGa＋MAs〕,ρNA)cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为eq\f(V原子,V晶胞)×100%＝eq\f(\f(16π,3)×10－30〔req\o\al(3,Ga)＋req\o\al(3,As)〕cm3,\f(4〔MGa＋MAs〕,ρNA)cm3)×100%＝eq\f(4π10－30×NAρ〔req\o\al(3,Ga)＋req\o\al(3,As)〕,3〔MGa＋MAs〕)×100%。答案：(1)GaF3为离子晶体，GaCl3分子晶体(2)原子晶体共价eq\f(4π10－30×NAρ〔req\o\al(3,Ga)＋req\o\al(3,As)〕,3〔MGa＋MAs〕)×100%9．(2022·全国Ⅰ卷)(际法4分)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。答复以下问题：(1)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_____________________________________________________________________________________________________________。(2)比拟以下锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_____________________________________________________________________________________________________________。工程GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃－49.526146沸点/℃83.1186约400(3)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____________________。(4)晶胞有两个根本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。以下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))；C为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))。那么D原子的坐标参数为________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。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)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，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。(2)由锗卤化物的熔、沸点由Cl到I呈增大的趋势且它们的熔、沸点较低可判断出它们均为分子晶体，而相同类型的分子晶体，其熔、沸点取决于相对分子质量的大小，因为相对分子质量越大，分子间的作用力就越大，熔、沸点就越高。(3)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。(4)①根据题给图示可知，D原子的坐标参数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))。②每个晶胞中含有锗原子8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8(个)，每个晶胞的质量为eq\f(8×73g·mol－1,NA)，晶胞的体积为(565.76×10－10cm)3，所以晶胞的密度为eq\f(8×73g·mol－1,NA×〔565.76×10－10cm〕3)。答案：(1)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(2)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(3)sp3共价键(4)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))②eq\f(8×73,6.02×565.763)×10710．(2022·全国Ⅱ卷)(15分)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。答复以下问题：(1)四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为____________。(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是______(填分子式)，原因是_____________________________________________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。(3)C和D反响可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。(4)化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反响可制备D2A(5)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如下图，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为__________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)_____________________。解析：C核外电子总数是最外层电子数的3倍，那么C为P元素。A、B的原子序数小于C，且A2－和B＋具有相同的电子构型，那么A为O元素，B为Na元素。C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，那么D为Cl元素。(1)O、Na、P和Cl四种元素中，O元素的电负性最大。P原子核外有15个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。(2)O元素形成O2和O3两种同素异形体，固态时均形成分子晶体，而分子晶体中，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点越高，故O3的沸点高于O2。O元素形成的氢化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶体。Na元素形成的氢化物为NaH，属于离子晶体。(3)P和Cl元素形成的组成比为1∶3的化合物E为PCl3，中心原子P形成3个σ键且含有1对未成键的孤电子对，故P原子采取sp3杂化，分子构型为三角锥形。(4)化合物D2A为Cl2O，其中O原子形成2个σ键且含有2对未成键的孤电子对，那么O原子采取sp3杂化，故Cl2O为V形结构，中心原子O的价层电子对数为4。Cl2与湿润的Na2CO3反响可生成Cl2O，据氧化复原反响规律可知，还生成复原产物NaCl，反响的化学方程式为2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=2NaCl＋Cl2O＋2NaHCO3(或2Cl2＋Na2CO3=Cl2O＋CO2(5)O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566nm＝0.566×10－7cm，那么晶胞的体积为(0.566×10－7cm)3，从而可知晶体F的密度为eq\f(4×62g·mol－1,〔0.566×10－7cm〕3×6.02×1023mol－1)＝2.27g·cm－3。答案：(1)O1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)(2)O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体(3)三角锥形sp3(4)V形42Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3=Cl2O＋CO2＋2NaCl)(5)Na2O8eq\f(4×62g·mol－1,〔0.566×10－7cm〕3×6.02×1023mol－1)＝2.27g·cm－311．(2022·海南卷)(15分)M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。答复以下问题：(1)单质M的晶体类型为________，晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为________。(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为__________，其同周期元素中，第一电离能最大的是________(写元素符号)。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是________(写化学式)，该酸根离子的立体构型为________。(3)M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如下图。①该化合物的化学式为____________，晶胞参数a＝0.542nm，此晶体的密度为______________g·cm－3(写出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为NA)。②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是______________。此化合物的氨水溶液遇到空气那么被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为__________