2025版高考化学一轮总复习真题演练第5章物质结构与性质元素周期律第19讲晶体结构与性质

第19讲晶体结构与性质命题分析近几年高考对于晶体结构与性质主要从两个方面切入：(1)相识不同晶体类型的特点。能从多角度、动态地分析不同晶体的组成及相应物质的性质。(2)关于晶胞的计算。主要考查晶体类型、四种晶体的区分、晶体的结构特点以及晶胞的相关计算。近几年高考对于协作物的考查，以生产生活中应用的或者是新技术中出现的协作物为载体，考查配位键、协作物的组成以及σ键数目等内容，对于混合型晶体石墨主要考查其结构、用途，对于过渡晶体和超分子的考查仍在尝摸索究中。真题演练1．(2024·北京，1,3分)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。金刚石石墨石墨炔下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(A)A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键B．三种物质中的碳原子都是sp3杂化C．三种物质的晶体类型相同D．三种物质均能导电[解析]金刚石、石墨和石墨炔中均有碳碳原子间的σ键，A正确；石墨中的碳原子接受sp2杂化，石墨炔中的碳原子接受sp2和sp杂化，B错误；金刚石为共价晶体，石墨为混合型晶体，C错误；金刚石不能导电，D错误。2．(2024·新课标，9,6分)一种可吸附甲醇的材料，其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl，部分晶体结构如下图所示，其中[C(NH2)3]＋为平面结构。下列说法正确的是(A)A．该晶体中存在N—H…O氢键B．基态原子的第一电离能：C<N<OC．基态原子未成对电子数：B<C<O<ND．晶体中B、N和O原子轨道的杂化类型相同[解析]由题图可知晶体中存在N—H…O氢键，A项正确；同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但第ⅤA族元素原子的p轨道处于半充溢稳定状态，其第一电离能大于第ⅥA族的，则基态原子的第一电离能：N>O>C，B项错误；基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1，未成对电子数为1；基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，未成对电子数为2：基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4，未成对电子数为2；基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，未成对电子数为3；则基态原子未成对电子数：B<C＝O<N，C项错误；由题图可知，O、B原子均为sp3杂化，[C(NH2)3]＋为平面结构，N原子应为sp2杂化，D项错误。归纳拓展：氮原子的2p轨道是半充溢状态，比较稳定，其第一电离能大于氧原子。3．(2024·湖北，11,3分)物质结构确定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是(D)性质差异结构因素A沸点：正戊烷(36.1℃)高于新戊烷(9.5℃)分子间作用力B熔点：AlF3(1040℃)远高于AlCl3(178℃升华)晶体类型C酸性：CF3COOH(pKa＝0.23)远强于CH3COOH(pKa＝4.76)羟基极性D溶解度(20℃)：Na2CO3(29g)大于NaHCO3(8g)阴离子电荷[解析]正戊烷与新戊烷均为分子晶体，新戊烷有支链，分子间作用力：正戊烷>新戊烷，沸点：正戊烷>新戊烷，A正确；AlF3为离子晶体，AlCl3为分子晶体，熔点：AlF3>AlCl3，B正确；羧基中羟基极性越强越易电离，酸性越强，C正确；Na2CO3与NaHCO3中阴离子电荷不同，晶格能不同，熔沸点不同，与溶解度无关，D错误。归纳拓展：羟基所连的基团吸引电子实力越强，羟基的极性越强。4．(2024·湖南，11,3分)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为apm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是(C)A．晶体最简化学式为KCaB6C6B．晶体中与K＋最近且距离相等的Ca2＋有8个C．晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面D．晶体的密度为eq\f(2.17×1032,a3·NA)g·cm－3[解析]1个晶胞中的K原子数为8×eq\f(1,8)＝1，Ca原子数为1，B原子数为12×eq\f(1,2)＝6，C原子数为12×eq\f(1,2)＝6，故晶体最简化学式为KCaB6C6，A项正确；K＋位于顶点，Ca2＋位于体心，与K＋最近且距离相等的Ca2＋位于共用1个顶点的8个立方晶胞的体心，B项正确；晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，6个位于晶胞的面上，8个位于晶胞内部，垂直于体对角线，C项错误；由A项分析可知1个晶胞中有1个“KCaB6C6”，晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，质量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(217,NA)×1))g，晶体密度为eq\f(217,a3×10－30×NA)g·cm－3，即eq\f(2.17×1032,a3·NA)g·cm－3，D项正确。5．(2024·山东，5,2分)石墨与F2在450℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是(B)A．与石墨相比，(CF)x导电性增加B．与石墨相比，(CF)x抗氧化性增加C．(CF)x中C—C的键长比C—F短D．1mol(CF)x中含有2xmol共价单键[解析]石墨中的碳原子为sp2杂化，平面内存在大π键，导电性强，插入F后，碳原子为sp3杂化，层状结构变更，且破坏了大π键，导电性减弱，A错误；相比石墨中的大π键，(CF)x中C原子只形成σ键，键能更大，更难与O2反应，B正确；碳原子的半径大于氟原子的半径，因此C—C的键长比C—F长，C错误；每个碳原子与3个碳原子和1个氟原子相连，则1mol(CF)x中含有xmolC—F与eq\f(3,2)xmolC—C，共含有eq\f(5,2)xmol共价单键，D错误。6．(2024·山东，16,12分)卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题：(1)－40℃时，F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下，HOF为无色气体，固态HOF的晶体类型为分子晶体，HOF水解反应的产物为HF和H2O2(填化学式)。(2)ClO2中心原子为Cl，Cl2O中心原子为O，二者均为V形结构，但ClO2中存在大π键(eq\i\pr\in(3,5,))。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式为sp2；O—Cl—O键角>Cl—O—Cl键角(填“>”“<”或“＝”)。比较ClO2与Cl2O中Cl—O键的键长并说明缘由ClO2中存在大π键，Cl2O中仅存在Cl—Oσ键，所以ClO2中Cl—O键的键长更短。(3)确定条件下，CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系，晶胞结构如图所示(晶胞参数a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°)，其中Cu化合价为＋2。上述反应的化学方程式为CuCl2＋4K＋2F2eq\o(=,\s\up7(确定条件))2KCl＋K2CuF4。若阿伏加德罗常数的值为NA，化合物X的密度ρ＝eq\f(4.36×1032,a2cNA)g·cm－3(用含NA的代数式表示)。[解析](1)常温常压下HOF为无色气体，说明其沸点低，可推知固态HOF为分子晶体；F的电负性大于O，HOF水解时H＋与显负电性的F结合，OH－与显正电性的HO结合，生成HF和H2O2。(2)由于ClO2中存在大π键，故Cl原子必需有垂直于分子所在平面的未杂化的p轨道以参与形成大π键，因此Cl原子的轨道杂化方式为sp2；ClO2中Cl原子为sp2杂化，Cl2O中Cl原子为sp3杂化，因此O—Cl—O键角更大。(3)CuCl2＋K＋F2→KCl＋X，由元素守恒可知化合物X中确定含有Cu和F，依据晶胞结构，利用均摊法可知，1个晶胞中白球(A)的个数为16×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＋2＝8，灰球(B)的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，黑球(C)的个数为8×eq\f(1,4)＋2＝4，其最简式为C2BA4，又因为Cu为＋2价，K为＋1价，F为－1价，故X为K2CuF4，则反应的化学方程式为CuCl2＋4K＋2F2eq\o(=,\s\up7(确定条件))2KCl＋K2CuF4。1个晶胞中含有4个K、2个Cu和8个F，则晶胞质量m＝eq\f(4×39＋2×64＋8×19,NA)g＝eq\f(436,NA)g，晶胞体积V＝(a×10－10cm)2×c×10－10cm＝a2c×10－30cm3，故化合物X的密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4.36×1032,a2cNA)g·cm－3。本讲要点速记：1．晶体是由多数个晶胞积累得到的。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。2．晶胞中微粒个数的计算，其关键是正确分析晶胞中随意位置上的一个微粒被几个晶胞所共用。不同形态的晶胞，状况不同。3．四种晶体类型(1)分子间通过分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。(2)构成共价晶体的微粒是原子，其相互作用力是共价键。共价晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比的关系，不是分子式。(3)金属键无方向性和饱和性，通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。(4)离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。4．推断熔点凹凸的一般规律共价晶体>离子晶体>分子晶体5．立方体晶胞分摊粒子数的四条规律(1)顶点粒子数×eq\f(1,8)(2)棱上粒子