新教材适用2024版高考化学一轮总复习练案16第五章物质结构与性质元素周期律第16讲晶体结构与性质

练案[16]第16讲晶体结构与性质一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2023·山东滨州模拟)下列关于晶体的说法不正确的是(D)①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体③共价键可决定分子晶体的熔、沸点④晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列⑤四类典型晶体都有过渡型晶体⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6A．①②③ B．②③④C．④⑤⑥ D．②③⑥[解析]晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，故①正确；含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故②错误；分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点，共价键决定稳定性，故③错误；晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，故④正确；纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体，它们都有过渡型，故⑤正确；干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6，故⑥错误。2．几种单质的沸点如图所示。下列推断正确的是(A)A．D可能为共价晶体，H可能为分子晶体B．G可能为离子晶体，A可能为分子晶体C．G、H一定是分子晶体，E、F一定是金属晶体D．D可能为共价晶体，B一定是离子晶体[解析]D的沸点约为3000℃，则D可能为共价晶体；H的沸点低于0℃，则H可能为分子晶体，A正确；G的沸点低于0℃，则G可能是分子晶体，A的沸点约1000℃，可能为离子晶体，B错误；G、H的沸点低于0℃，可能为分子晶体，E、F的沸点较低，可能是分子晶体或金属晶体，C错误。D的沸点约为3000℃，可能是共价晶体或金属晶体(如钨)；B的沸点约1000℃，可能是离子晶体或金属晶体，D错误。3．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(A)A．23 B．21C．13 D．32[解析]用平均法处理，以一个六元环来看。一个其价键被两个六元环所共有，故一个六元环拥有共价键数＝eq\f(1,2)×6＝3；一个碳原子被三个六元环所共有，故一个六元环拥有C原子数＝eq\f(1,3)×6＝2。4．BN(氮化硼)和CO2中的化学键均为共价键，BN的晶体熔点高且硬度大，而CO2固体(干冰)却松软而且极易升华，由此判断，BN的晶体类型是(B)A．分子晶体 B．共价晶体C．离子晶体 D．金属晶体[解析]干冰松软而且极易升华，则晶体内二氧化碳分子间作用力小，干冰是分子晶体，氮化硼晶体熔点高且硬度大，则晶体内粒子间作用力强，因为化学键是共价键，因此是共价晶体，B正确。5．(2021·湖北新高考适应性考试，9)B和Al为同族元素，下列说法错误的是(B)A．BF3和AlF3都可以与F－形成配位键B．H3BO3为三元酸，Al(OH)3呈两性C．共价键的方向性使晶体B有脆性，原子层的相对滑动使金属Al有延展性D．B和Al分别与N形成的共价晶体，均具有较高硬度和熔点[解析]F－可以提供孤电子对，BF3和AlF3中的B和Al有空轨道，可以形成配位键，A正确；H3BO3为一元弱酸，在水中的电离方程式为H3BO3＋H2O[H4BO4]－＋H＋，B错误；由于共价键的方向性和饱和性，共价晶体B堆积的紧密程度大大降低，导致晶体B有脆性，金属Al具有良好的延展性，是因为当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不改变原来的排列方式，也不破坏金属键，C正确；BN、AlN都是共价晶体，其硬度和熔点均较高，D正确。6．(2022·湖北新高考联考协作体模拟)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱的中心位置，且最近的两个氢分子之间的距离为anm，NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(C)A．该合金储氢后晶体的化学式为Fe2MgH2B．该合金中，Fe的配位数为4C．该晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有12个D．储氢后晶体的密度为eq\f(416,\r(2)a×10－73NA)g·cm－3[解析]根据晶胞结构判断，晶胞中含有Mg原子数为8，Fe原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，储氢后，含有H2分子数为1＋12×eq\f(1,4)＝4，则该合金储氢后晶体的化学式为FeMg2H2，A错误；该晶体中Fe周围最近的Mg原子共有8个，则配位数为8，B错误；该晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有12个，C正确；根据ρ＝eq\f(m,V)可知，该铁镁晶体未储氢时的密度为eq\f(416,\r(2)a×10－73NA)g·cm－3，储氢后晶体的密度增大，D错误。7．(2023·湖北二模)一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，结构简式如图所示，下列说法正确的是(D)A．一水合甘氨酸锌中C、N原子的杂化轨道类型都为sp3B．一水合甘氨酸锌中Zn2＋的配位数为4，配位原子为O、NC．基态Zn2＋价电子排布式为3d84s2D．一水合甘氨酸锌中元素C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C[解析]一水合甘氨酸锌中还含有碳氧双键，碳氧双键中碳原子的杂化轨道类型都为sp2，故A错误；由图可知，一水合甘氨酸锌中Zn2＋与2个氮原子和3个氧原子成键，配位数为5，故B错误；锌元素的原子序数为30，锌原子失去2个电子形成锌离子，则基态锌离子价电子排布式为3d10，故C错误；同周期元素，从左到右第一电离能呈增大的趋势，氮原子的2p轨道为半充满的稳定结构，第一电离能大于相邻元素，则C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C，故D正确。8.(2023·辽宁沈阳模拟)钛酸锶是人造宝石的主要成分之一，化学式为SrTiO3，其晶体结构如图所示，已知晶胞中Ti处于体心位置。下列说法正确的是(D)A．Sr位于面心位置B．与O最近的Sr有6个C．该晶体中含有离子键和非极性键D．O与Ti构成的空间结构不同[解析]根据钛酸锶的化学式为SrTiO3，容易得出Sr、Ti、O三种微粒的个数比为113，若Ti处于体心位置，根据均摊法，晶胞中Ti的数目为1，而处于面心位置的属于一个晶胞的粒子数为3，所以处于面心位置的为O不是Sr，Sr应该处于顶点位置，故A错误；与O最近的Sr有4个，故B错误；根据钛酸锶化学式特点，可以得出该晶体中含有离子键和极性键，故C错误；根据该晶体结构特点，可以得出O构成正八面体，而Ti构成正六面体，两者构成的空间结构不同，故D正确。9．(2021·湖北卷，10)某立方晶系的锑钾(Sb－K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是(B)A．该晶胞的体积为a3×10－36cm3B．K和Sb原子数之比为31C．与Sb最邻近的K原子数为4D．K和Sb之间的最短距离为eq\f(1,2)apm[解析]晶胞参数为apm＝a×10－10cm，则晶胞的体积为(a×10－10cm)3＝a3×10－30cm3，A错误；该晶胞中K原子个数为12×eq\f(1,4)＋9＝12，Sb原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则K和Sb原子个数之比为31，B正确；以面心Sb为研究对象，与Sb最邻近的K原子处于Sb周围8个小立方体的体心，故最邻近的K的个数为8，C错误；分析图b，K与Sb之间的最短距离为体对角线的eq\f(1,2)，体对角线为eq\f(\r(3)a,2)pm，则K与Sb之间的最短距离为eq\f(\r(3),4)apm，D错误。10．(2023·山东济南模拟)下列各组物质性质的比较，结论正确的是(D)A．物质的硬度：NaCl<NaBr<NaIB．物质的沸点：AsH3>PH3>NH3C．氢化物水溶液的酸性：HCl>HBr>HID．稳定性：BaCO3>SrCO3>CaCO3[解析]NaCl、NaBr、NaI均为离子晶体，阳离子相同，阴离子半径越小，硬度越高，所以硬度：NaCl>NaBr>NaI，A错误；分子晶体的沸点取决于相对分子质量的大小，相对分子质量越大，沸点越高，但NH3分子间存在氢键，AsH3与PH3中没有氢键，所以沸点：NH3>AsH3>PH3，B错误；卤素原子原子核对其核外电子的吸引电子能力从上到下逐渐减小，使得氢卤键从上到下越来越易断裂，氢离子变得更易于解离，酸性越来越强，所以酸性：HCl<HBr<HI，C错误；碳酸盐分解的本质为碳酸根离子生成CO2和O2－，后者与金属离子结合的过程，CaO、SrO、BaO三者中，CaO中键能最大，所以最稳定，故CaCO3最容易分解，所以稳定性大小：BaCO3>SrCO3>CaCO3，D正确。二、非选择题：本题共4小题。11．2020年我国“奋斗者”号载人潜水器成功进行万米海试，国产新型材料“钛”牛了！该合金中含钛、铁、镍、铂等十几种元素，具有高强度、高韧性。回答下列问题：(1)基态钛原子的核外电子的空间运动状态有12种。TiF4的熔点(377℃)远高于TiCl4(－24.12℃)的原因是TiF4晶体为离子晶体，TiCl4晶体为分子晶体。(2)邻二氮菲(NN)中氮原子可与Fe2＋通过配位键形成橙红色邻二氮菲亚铁离子，利用该反应可测定Fe2＋的浓度，该反应的适宜pH范围为2～9，试解释选择该pH范围的原因当H＋浓度高时，邻二氮菲中的N原子优先与H＋形成配位键，导致与Fe2＋配位能力减弱；若OH－浓度较高时，OH－与Fe2＋反应，会影响与邻二氮菲配位。(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。氯铂酸钾(K2PtCl6，式量为486)的立方晶胞结构如图所示。①该晶胞中部分PtCleq\o\al(2－,6)、K＋的分数坐标为PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)、Keq\o\al(＋,A)(0.25,0.75,0.25)、Keq\o\al(＋,B)(0.75，0.25,0.25)，其中A、B分别代表K的位置。找出距离PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)最近的K＋(0.25,0.25,0.25)(用分数坐标表示)。②用NA表示阿伏加德罗常数的值，若实验测得氯铂酸钾的密度为dg·cm－3，则A、B两个K＋的距离为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4×486,dNA))×1010pm(列出计算式即可)。[解析](1)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，电子占据12个不同原子轨道，故核外电子的空间运动状态有12种。TiF4的熔点(377℃)远高于TiCl4(－24.12℃)，其原因是Ti和F的电负性相差较大，形成离子晶体，Ti和Cl的电负性相差不大，形成分子晶体。(2)当H＋浓度高时，邻二氮菲中的N优先与H＋形成配位键，导致与Fe2＋配位能力减弱；若OH－浓度较高时，OH－与Fe2＋反应，会影响与邻二氮菲配位，故该反应的适宜pH范围为2～9。(3)①PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)位于三维坐标原点，与其距离最近的K＋处于晶胞的左侧、下方、靠前的位置，该K＋的分数坐标为(0.25,0.25,0.25)。②一个晶胞有4个PtCleq\o\al(－,6)，8个钾离子，设晶胞棱长为acm，一个晶胞质量＝eq\f(4×486,NA)g＝eq\f(1944,NA)g，晶胞的体积为a3cm3，d＝eq\f(1944,NAa3)，故a＝eq\r(3,\f(1944,dNA))，即晶胞的边长为eq\r(3,\f(1944,dNA))×1010pm，结合A、B两个钾离子的坐标，A、B两个离子之间的距离为eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)－\f(1,4)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)－\f(1,4)))2)a＝eq\f(\r(2),2)a，故两钾离子间的距离为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(1944,dNA))×1010pm。12．(2023·山东威海模拟)金属Ni可以与Mg、C形成一种化合物M，M是一种新型超导体，它的临界温度为8K。回答下列问题：(1)在基态Mg原子中，核外存在6对自旋相反的电子。(2)碳在矿物中，通常以碳酸盐形式存在。根据价层电子对互斥理论，可推知COeq\o\al(2－,3)的空间构型为平面三角形，其中碳原子的杂化轨道类型为sp2。NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小，其原因是HCOeq\o\al(－,3)在水溶液中易形成多聚离子，请解释HCOeq\o\al(－,3)形成多聚离子的原因是HCOeq\o\al(－,3)中的—OH可以与另一HCOeq\o\al(－,3)中的氧原子形成氢键，故可形成多聚体。(3)Ni的基态原子的价层电子排布式为3d84s2。区分晶体Ni和非晶体Ni的最可靠的科学方法为X射线衍射法。向绿色的NiSO4溶液中滴加过量的氨水，溶液会变成深蓝色，其原因是溶液中生成了一种六配体的配离子，该配离子的化学式为[Ni(NH3)6]2＋。(4)已知M的晶胞(α＝β＝γ＝90°)结构如图所示，则M的化学式为MgCNi3。其晶胞参数为a＝b＝c＝dpm，该晶体的密度为eq\f(213,d3×10－30NA)g·cm－3(列出计算式)。[解析](1)Mg元素为12号元素，核外电子排布为1s22s22p63s2，同一轨道中最多有两个自旋方向相反的电子，Mg原子所占轨道均排满，所以有6对自旋相反的电子。(2)COeq\o\al(2－,3)中C原子的价层电子对数为3＋eq\f(4－3×2＋2,2)＝3，不含孤电子对，所以空间构型为平面三角形，碳原子为sp2杂化；HCOeq\o\al(－,3)中含有—OH可以与另一HCOeq\o\al(－,3)中的氧原子形成氢键，故可形成多聚体。(3)Ni元素为28号元素，核外电子排布为[Ar]3d84s2，价层电子排布式为3d84s2；区分晶体和非晶体的最科学方法为X射线衍射法；氨水中含有大量NH3分子，NH3分子中N原子有孤电子对，而Ni2＋存在空轨道，二者可以形成配位键，根据题意配位数为6，所以该配离子为[Ni(NH3)6]2＋。(4)根据均摊法，晶胞中Mg原子的个数为8×eq\f(1,8)＝1，Ni原子的小数为6×eq\f(1,2)＝3，C原子的个数为1，所以化学式为MgCNi3；晶胞的质量为m＝eq\f(59×3＋12＋24,NA)g，晶胞的体积为V＝d3pm＝d3×10－30cm3，则晶体密度为ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(213,d3×10－30NA)g·cm－3。13．(2023·山东济南模拟)磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷—石墨复合负极材料，其单层结构俯视图如图2所示。回答下列问题：(1)Li、C、P三种元素中，电负性最小的是Li(用元素符号作答)。(2)基态磷原子的电子排布式为1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)。(3)氢化物PH3、CH4、NH3的沸点最高的是NH3，原因是NH3分子之间能形成氢键。(4)根据图1和图2的信息，下列说法正确的有A、B、C(填选项字母)。A．黑磷区P—P键的键能不完全相同B．黑磷与石墨都属于混合型晶体C．由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，发生了化学反应D．复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属范德华力(5)贵金属磷化物Rh2P(化学式量为237)可用作电解水的高效催化剂，其立方晶胞如图3所示。已知晶胞参数为anm，晶体中与P距离最近的Rh的数目为8，晶体的密度为eq\f(237×4,NAa×10－73)g·cm－3(列出计算式)。[解析](1)非金属性越强电负性越大，三种元素中Li的非金属性最弱，所以电负性最小。(2)P为15号元素，核外电子排布为[Ne]3s23p3或1s22s22p63s23p3。(3)NH3分子间存在氢键沸点最高，PH3的相对分子质量大于CH4，所以PH3的沸点较高，所以沸点由高到低顺序为NH3>PH3>CH4，故沸点最高的是NH3，因为NH3分子之间能形成氢键。(4)据图可知黑磷区中P—P键的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A正确；黑磷与石墨，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间由范德华力互相吸引，所以为混合型晶体，故B正确；由石墨与黑磷制备该复合材料的过程中，P—P和C—C键断裂，形成P—C键，发生了化学反应，故C正确；复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力为共价键，故D错误。(5)根据晶胞结构可知一个晶胞中有8个黑球，4个白球，晶体化学式为Rh2P，所以黑球表示Rh原子，白球表示P原子，以面心P原子为例，该晶胞中有4个Rh原子距离其最近，该晶胞上方晶胞中还有4个，所以晶体中与P距离最近的Rh的数目为8；晶胞的体积为a3nm3＝(a×10－7)3cm3，晶胞的质量为eq\f(237×4,NA)g，所以晶体的密度为eq\f(\f(237×4,NA)g,a×10－73cm3)＝eq\f(237×4,NAa×10－73)g·cm－3。14．(202