（课标版）高考化学一轮复习 核心突破练案（34）晶体结构与性质（含解析）新人教版-新人教版高三化学试题

第34讲晶体结构与性质A组基础必做题1．(2020·江苏泰州校级期中)根据下列结构示意图，判断下列说法中正确的是(D)A．在CsCl晶体中，距Cs＋最近的Cl－有6个B．在CaF2晶体中，Ca2＋周围距离最近的F－有4个C．在SiO2晶体中，每个晶胞中含有4个Si原子和8个O原子D．在SiO2晶体中，最小环上有12个原子2．(2019·山东潍坊高三检测)下列有关说法不正确的是(C)A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋C．氢原子的电子云图如图丙所示，氢原子核外大多数电子在原子核附近运动D．金属Cu中铜原子堆积模型如图丁所示，为面心立方最密堆积，每个铜原子的配位数为123．(2020·海南高三检测)高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞。则下列说法正确的是(A)A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个Oeq\o\al(－,2)B．晶体中每个K＋周围有8个Oeq\o\al(－,2)，每个Oeq\o\al(－,2)周围有8个K＋C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个4．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是(B)δ－Feeq\o(,\s\up7(1394℃))γ－Feeq\o(,\s\up7(912℃))α－FeA．γ－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个B．α－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个C．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同D．三种同素异形体的性质相同5．(2020·经典习题选粹)下表给出几种氯化物的熔点和沸点：NaClMgCl2AlCl3SiCl4熔点/℃801714190－70沸点/℃1413141218057.57有关表中所列四种氯化物的性质，以下叙述正确的是(C)①氯化铝在加热时能升华②四氯化硅在晶态时属于分子晶体③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响A．仅② B．仅③④C．仅①②④ D．①②③④[解析]①AlCl3的熔沸点较低，则AlCl3属于分子晶体，沸点低于熔点，加热时能升华，①正确；②SiCl4的熔沸点较低，是分子晶体，②正确；③NaCl的沸点为1413℃，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，③错误；④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，并且都属于离子晶体，所以主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响，④正确。6．(2019·重庆校级期中)如图是蓝色晶体MxFey(CN)6中阴离子的最小结构单元(图中是该晶体晶胞的八分之一)。下列说法正确的是(D)A．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价B．该晶体属于分子晶体，化学式为MFe2(CN)6C．该晶体中与每个Fe3＋距离相等且最近的CN－为12个D．该晶体的一个晶胞中含有的M＋的个数为4个[解析]根据均摊法，含Fe2＋个数为4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，同样可推出含Fe3＋个数也为eq\f(1,2)，CN－为12×eq\f(1,4)＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，根据化合价代数和为零可知，M的化合价为＋1价，故A错误；由A的分析可知，晶体的化学式为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，故B错误；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个(同层4个，上、下层各1个)，故C错误；图中是该晶体晶胞的八分之一，所以一个晶胞中的CN－有3个×8＝24个，根据晶体的化学式MFe2(CN)6可知：M＋与CN－的个数比为1﹕6，所以M＋有4个，故D正确。7．(2020·山东济南高三检测)(1)金刚石的晶胞结构如图1所示，已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同，若图中a为Zn2＋，则S2－处于ZnS晶胞中的位置为顶点、面心。(2)石墨烯中部分碳原子被氧化后，转化为氧化石墨烯(如图2所示)。①石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C与相邻碳原子间键能的变化是变小(填“变大”“变小”或“不变”)。②石墨烯具有很大的比表面积，可用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为am,12g单层石墨烯的单面理论面积约为eq\f(3\r(3),4)a2NAm2(列出计算式即可)。[解析](1)已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同，若图中a为Zn2＋，这说明锌全部位于晶胞中，共计是4个，根据化学式ZnS可知，S2－处于ZnS晶胞中的位置为顶点、面心。(2)①石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C连接的氧原子吸引电子能力较强，导致与1号碳原子相邻碳原子对电子的吸引力减小，所以1号C与相邻碳原子间键能的变化是变小；②单层石墨烯中含有碳原子个数＝6×eq\f(1,3)＝2，每个六边形面积＝6×(eq\f(1,2)×a×a×eq\f(\r(3),2)m2)＝eq\f(3\r(3),2)a2m2。12g单层石墨烯中原子个数为NA，因此12g单层石墨烯的单面理论面积为eq\f(NA,2)×eq\f(3\r(3),2)a2m2＝eq\f(3\r(3),4)a2NAm2。8．(2020·经典习题选粹)下图为几种晶体或晶胞的示意图：请回答下列问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是金刚石晶体。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰。(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能小于(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)。(4)每个Cu晶胞中实际占有4个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为8。(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是H2O分子之间能形成氢键。[解析](1)原子晶体中原子间以共价键结合，则粒子之间以共价键结合形成的晶体是金刚石晶体。(2)熔点的一般规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体，冰和干冰属于分子晶体，熔点：冰>干冰，MgO和CaCl2属于离子晶体，熔点：MgO>CaCl2，则熔点由高到低的顺序为金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰。(3)因为MgO中离子带两个电荷，NaCl中离子带一个电荷，氧离子半径小于氯离子，根据离子半径越小，离子带电荷越多，晶格能越大，可得MgO晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能。(4)Cu原子占据面心和顶点，则每个Cu晶胞中实际占有的原子数为eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4；根据氯化钙的晶胞图可知，每个Ca2＋周围有8个Cl－，而每个Cl－周围有4个Ca2＋，所以CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为8。(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，水分子间含有氢键，氢键的作用力大于范德华力，所以其熔沸点较高。B组能力提升题9．(2020·江苏江阴期中)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，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(D)A．10个 B．18个C．24个 D．14个[解析]根据图片知，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法知，7个六元环含有碳原子个数为eq\f(1,3)×6×7＝14。10．(2020·吉林延边校级期中)20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图)。下列说法错误的是(B)A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体D．C60的熔点低于C90[解析]金刚石属于原子晶体，石墨属于混合晶体，C60、C70等属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高，故A正确，B错误；球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子，都是碳元素形成的不同单质，所以均为碳的同素异形体，故C正确；C60、C90均属于分子晶体，C90相对分子质量大，分子间作用力强，熔点较高，故D正确。11．(2020·试题调研)现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是(C)[解析]A．该晶胞中A离子个数是1，B离子个数＝8×eq\f(1,8)＝1，A、B离子个数之比＝1﹕1，其化学式为AB或BA，故A错误；B.该晶胞中E离子个数＝F离子个数＝4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，离子个数比＝eq\f(1,2)﹕eq\f(1,2)＝1﹕1化学式为EF或FE，故B错误；C.该晶胞中，X离子个数是1，Y离子个数＝6×eq\f(1,2)＝3，Z离子个数＝8×eq\f(1,8)＝1，X、Y、Z离子个数比＝1﹕3﹕1，其化学式为XY3Z，故C正确；D.该晶胞中A离子个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B离子个数1＋12×eq\f(1,4)＝4，A、B离子个数之比＝4﹕4＝1﹕1，其化学式为AB或BA，故D错误。12．(2019·河北衡水检测)下列常见分子中σ键、π键判断正确的是(C)A．CN－与N2结构相似，CH2=CHCN分子中σ键与π键数目之比为1﹕1B．CO与N2结构相似，CO分子中σ键与π键数目之比为2﹕1C．Ceq\o\al(2－,2)与Oeq\o\al(2＋,2)互为等电子体，1molOeq\o\al(2＋,2)中含有的π键数目为2NAD．已知反应N2O4＋2N2H4=3N2＋4H2O，若该反应中有4molN—H键断裂，则形成的π键数目为6NA[解析]A项，CH2=CH—C≡N中有3个π键、6个σ键，A错误；B项，C≡O中σ键为1个，π键为2个，B错误；C项，Ceq\o\al(2－,2)中有碳碳三键，则Oeq\o\al(2＋,2)中有氧氧三键，C正确；D项，4molN—H键断裂，消耗1molN2H4，生成1.5molN2，形成π键数目为3NA，D错误。13．(2020·湖北武汉武昌区调研考试)请回答以下问题：(1)第三周期的某主族元素，其第一至第五电离能数据如图1所示，则该元素对应的原子有12种不同运动状态的电子。(2)如图2所示，每条折线表示周期表第ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是SiH4，判断依据是在第ⅣA～ⅦA族中的氢化物里，只有第ⅣA族元素氢化物沸点不存在反常现象；且a为第三周期氢化物，故a为SiH4。(3)CO2在高温高压下形成的晶体的晶胞结构如图3所示。则该晶体属于原子晶体。(4)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素有3种。BCl3中心原子的杂化方式为sp2杂化，写出与BCl3结构相同的一种等电子体(写离子)NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SiOeq\o\al(2－,3)(写出其中一个即可)。(5)冰、干冰、碘都是分子晶体，冰的结构具有特殊性，而干冰、碘的晶体具有相似的结构特征，干冰分子中一个分子周围有12个紧邻分子。D的醋酸盐晶体局部结构如图4，该晶体中含有的化学键是abc(填字母标号)。a．极性键b．非极性键c．配位键d．金属键(6)Fe的一种晶体如图5中甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的A～D中正确的是A(填字母标号)。铁原子的配位数是8，假设铁原子的半径是rcm，该晶体的密度是ρg·cm－3，则铁的相对原子质量为eq\f(32\r(3)·ρ·NA·r3,9)(设阿伏加德罗常数的值为NA)。[解析]本题考查物质结构与性质，考查的核心素养是宏观辨识与微观探析。(1)根据该元素的第一至第五电离能数据，可知该元素的第三电离能发生突变，说明该原子最外层有2个电子，结合该元素为第三周期主族元素可知，该元素为Mg，其核外有12个电子，每个电子的运动状态均不相同，故该元素对应的原子有12种不同运动状态的电子。(2)第ⅣA～ⅦA族元素的氢化物中，只有第ⅣA族元素的氢化物均不存在氢键(第ⅤA族中NH3、第ⅥA族中H2O、第ⅦA族中HF均存在分子间氢键)，而对于结构相似的分子晶体，随着相对分子质量增大，范德华力逐渐增大，氢化物的沸点逐渐升高，a为第三周期氢化物，故a为SiH4。(3)该晶胞为空间网状结构，故该晶体属于原子晶体。(4)同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族由于s能级全满，处于稳定状态，第ⅤA族由于p能级半满，较稳定，故第三周期元素的第一电离能由大到小的顺序为Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar，第一电离能介于Al、P之间的元素有3种。BCl3中B无孤电子对，成键电子对数为3，故B的杂化方式为sp2，BCl3的价电子数为3＋7×3＝24，与BCl3结构相同的等电子体可以为NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SiOeq\o\al(2－,3)。(5)干冰晶胞为面心立方结构，1个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子。由题图4可知，该晶体中C和C之间为非极性键，C和O之间为极性键，D和O之间有配位键。(6)题图5甲中Fe位于顶点和体心，乙由8个甲组成，按甲虚线方向切乙形成的截面边长不相等，排除B、D，由于每个小立方体的体心处有1个Fe原子，故A正确；由题图5甲可以看出，位于体心的铁原子周围距离最近的铁原子有8个，所以铁原子的配位数是8。设题图5甲晶胞的棱长为acm，铁原子半径为rcm，则4r＝eq\r(3)a，a＝eq\f(4,\r(3))r；该晶胞中Fe个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，设铁的相对原子质量为Ar，则eq\f(Ar,NA)g×2＝ρg·cm－3×(acm)3，解得Ar＝eq\f(32\r(3)·ρ·NA·r3,9)。14．(2020·河南洛阳第二次统考)黄铜矿(CuFeS2)是炼铜的最主要矿物。火法冶炼黄铜矿的过程中，其中一步反应是2Cu2O＋Cu2Seq\o(=,\s\up7(高温))6Cu＋SO2↑。回答下列问题：(1)Cu＋的价电子排布图为；Cu2O与Cu2S比较，熔点较高的是Cu2O，原因是两物质均为离子化合物，且离子所带电荷数相同，O2－半径小于S2－，Cu2O的晶格能大。(2)SO2与SO3的键角相比，键角更大的是SO3，某种硫的氧化物冷却到289.8K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构片段如图1所示。此固态物质中S原子的杂化轨道类型是sp3；该物质的化学式为SO3或(SO3)n。(3)离子化合物CaC2的晶体结构如图2所示。写出该物质的电子式为Ca2＋[﹕C⋮⋮C﹕]2－。从钙离子看，该晶体属于面心立方最密堆积，一个晶胞含有的π键平均有8个。(4)根据图3可知，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个，其距离为7.1×eq\r(2)×10－8cm(列出计算式即可)。[解析]本题考查物质结构与性质知识的综合应用，考查的核心素养是宏观辨识与微观探析。(1)Cu＋核外有28个电子，3d能级处于全充满状态，根据泡利原理和洪特规则，Cu＋的价电子排布图为；Cu2O和Cu2S均为离子晶体，且离子所带电荷数相同，离子半径：S2－>O2－，故Cu2O的晶格能大于Cu2S，Cu2S的熔点低于Cu2O。(2)SO2和SO3中S原子的孤电子对数分别为(6－2×2)/2＝1和(6－2×3)/2＝0，由于孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力，故SO2的键角小于SO3的键角。根据题图1可知S与4个O形成4个σ键，无孤电子对，价层电子对数为4，故S原子的杂化类型为sp3；与S形成σ键的4个O中有2个O被共用，则该物质的化学式为SO3或(SO3)n。(3)CaC2的电子式为Ca2＋[﹕C⋮⋮C﹕]2－，根据题图2可知，该晶胞中Ca2＋位于顶点和面心，形成面心立方最密堆积，Ceq\o\al(2－,2)位于棱上和体心，该晶胞含有Ceq\o\al(2－,2)的个数为12×1/4＋1＝4，由于两个碳原子之间有3个共用电子对，即1个Ceq\o\al(2－,2)中有2个π键，故1个晶胞中有8个π键。(4)根据C60晶胞示意图可知与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个，其距离为晶胞棱长的eq\f(\r(2),2)，即为7.1×eq\r(2)×10－8cm。15．(2020·山东潍坊高三检测)A、B、C、D、E为原子序数依次增大的5种元素。A元素原子的p轨道有3个未成对电子；B元素原子的价层电子中，p轨道电子数是s轨道的2倍；C、D为同周期元素，C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，D元素原子最外层有1个未成对电子；E元素位于第四周期，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。请回答下列问题：(1)D元素基态原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为纺锤形(或哑铃形)，E元素基态原子的价层电子排布图(轨道表达式)为。(2)A、B、C中第一电离能最大的是N(填元素符号)。(3)元素A形成氢化物A2H4，元素B形成H2B2，二者沸点如表所示：氢化物A2H4H2B2沸点113℃150.2℃A2H4中A原子的杂化类型为sp3，H2B2比A2H4沸点高的原因是O的电负性比N强，H2O2中分子之间氢键比N2H4中的强，故沸点高。(4)化合物D2B的立体构型为V形，单质D与湿润的Na2CO3可以1﹕1反应制备D2B，其化学方程式为2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl。(5)E与C所形成化合物的晶胞如图所示：①在1个晶胞中，C的数目为4，该化合物的化学式为ZnS。②其中原子坐标参数：O(0,0,0)，P(0，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))，Q(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))，则R的坐标参数为(eq\f(1,4)，eq\f(1,4)，eq\f(1,4))。[解析]A元素原子的p轨道有3个未成对电子，价层电子排布式为xs2xp3，B元素原子的价层电子中，p轨道电子数是s轨道的2倍，价层电子排布式为ys2yp4，C的基态原子的3p轨道上有4个电子，C的电子排布式为1s22s22p63s23p4，C为S；五种元素原子序数依次增大，则y和x均为2，A为N，B为O；C和D属于同周期，且原子序数依次增大，D元素原子最外层有1个未成对电子，即D为Cl，E元素位于第四周期，内层轨道全部排满，最外层电子数为2，E的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，即E为Zn。(1)Cl元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，电子占据最高能级为p能级，其电子云轮廓图为纺锤形(或哑铃形)；Zn为副族元素，价层电子包括最外层电子和次外层d能级上的电子，价层电子排布图为。(2)同主族从上到下第一电离能逐渐减小，同周期从左向右第一电离能逐渐增大，但存在电离能反常情况，即第ⅡA族>第ⅢA族、第ⅤA族>第ⅥA族，因此第一电离能最大的元素是N。(3)N2H4的电子式为，中心原子N形成3个σ键，还有一对孤电子对，故N原子的杂化方式为sp3。O的电负性比N强，H2O2中分子之间氢键比N2H4中的强，故沸点高。(4)D2B的分子式为Cl2O，可以看作O为中心原子，O形成2个σ键，孤电子对数为eq\f(6－2×1,2)＝2，即Cl2O的空间构型为V形。根据题意，得出制备Cl2O的化学方程式：2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl。(5)①利用均摊法，C位于顶点和面心，个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；E位于晶胞内部，个数为4，因此化学式为ZnS。②R在体对角线eq\f(1,4)的位置，R的坐标参数为(eq\f(1,4)，eq\f(1,4)，eq\f(1,4))。[点拨]结合原子的电子排布原理推断元素，以元素推断为切入点，考查物质结构与性质，是高考中常见的考查方式，能够较好地考查考生的逻辑推理能力，预计2021年可能会如此考查。16．(2020·河南郑州第二次质量预测)砷化镍可用于制作发光器件、半导体激光器、太阳能电池和高速集成电路。(1)基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2，基态As原子电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃(或纺锤)形。(2)第一电离能As>(填“>”或“<”)Se，原因是As元素原子的4p轨道上的电子呈半满状态，比较稳定。(3)As2O3(砒霜)是两性氧化物，As2O3溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3。①AlHeq\o\al(－,4)的中心原子的杂化方式为sp3，其空间构型为正四面体。写出一种与AlHeq\o\al(－,4)互为等电子体的分子的化学式SiH4或CH4。②AsH3分子中H—As—H键角<(填“>”“＝”或“<”)109.5°。AsH3的沸点低于NH3，其原因是NH3分子间能形成氢键，AsH3分子间只有范德华力。(4)有机砷是治疗昏睡病不可缺少的药物，该有机砷中存在的化学键的种类为abc(填字母编号)。a．离子键 b．σ键c．π键 d．碳碳双键(5)砷化镍激光在医学上用于治疗皮肤及黏膜创面的感染、溃疡等，砷化镍晶胞如图所示，该晶体密度ρ为eq\f(268,\f(\r(3),2)ab2NA×10－30)(或eq\f(2×59＋2×75,\f(\r(3),2)ab2N