2025版高考化学一轮总复习第5章物质结构与性质元素周期律第19讲晶体结构与性质提能训练

第19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．(2024·湖南汨罗模拟)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确定是离子晶体③共价键可确定分子晶体的熔、沸点④晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按确定规律作周期性重复排列⑤晶体尽可能实行紧密积累方式，以使其变得比较稳定⑥干冰晶体中，一个CO2分子四周有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]含有金属阳离子的晶体不愿定是离子晶体，可能是金属晶体，故②错误；分子间作用力确定分子晶体的熔、沸点，共价键确定稳定性，故③错误；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，故⑥错误。2．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(C)①SiO2和SO3②晶体硼和HCl③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和I2A．①②③ B.④⑤⑥C.③④⑥ D.①③⑤[解析]SiO2是共价晶体，SO3是分子晶体，化学键均为共价键，故①不符合题意；晶体硼是共价晶体，化学键为共价键，HCl是分子晶体，化学键为共价键，故②不符合题意；CO2和SO2是分子晶体，所含化学键均为共价键，故③符合题意；晶体硅和金刚石均为共价晶体，所含化学键均为共价键，故④符合题意；晶体氖和晶体氮均是分子晶体，但晶体氖是由单原子分子构成的，分子中不存在化学键，晶体氮中含有共价键，故⑤不符合题意；硫黄和I2均是分子晶体，所含化学键均为共价键，故⑥符合题意。综上，C项正确。3．砷化镓是一种重要的半导体材料，熔点为1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图。下列说法正确的是(D)A．砷化镓是一种离子晶体B．砷化镓中不存在配位键C．若晶胞参数为apm，则Ga原子与As原子的最短距离为eq\f(\r(3),2)apmD．晶胞中与Ga等距且最近的As形成的空间结构为正四面体[解析]由题给信息可知，砷化镓为共价晶体，故A错误；镓原子最外层的电子数为3，只能形成3个共价键，由晶胞结构可知，每个镓原子与4个砷原子形成共价键，所以砷化镓中存在配位键，故B错误；由晶胞结构可知，镓原子与砷原子的最短距离为体对角线的eq\f(1,4)，则镓原子与砷原子的最短距离为eq\f(\r(3),4)apm，故C错误。4．我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。依据SiO2晶胞结构图，下列说法不正确的是(D)A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数之比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2[解析]由题图可知每个Si原子与相邻的4个O原子以Si—O共价键相连，A项正确；在SiO2晶体中，每个O原子与相邻的2个Si原子以Si—O共价键相连，B项正确；在晶体中Si原子与O原子的个数之比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的元素组成及晶体中Si、O两种元素的原子个数之比，不存在单个的SiO2分子，C项正确，D项错误。5．已知SiC的熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(B)A．SiC晶体中碳原子和硅原子均实行sp3杂化B．硅单质的熔点高于2700℃C．距离硅原子最近的硅原子数为12D．若晶胞参数为apm，则该晶体的密度为eq\f(160,6.02×10－7a3)g·cm－3[解析]SiC晶体中碳原子和硅原子均形成4个σ键，则均实行sp3杂化，故A正确；共价键的键长越短，键能越大，则熔、沸点越高，C—Si键长比Si—Si键长短，硅单质的熔点低于2700℃，故B错误；距离硅原子最近的硅原子数为12，故C正确；碳原子位于晶胞的顶点和面心，个数为4，硅原子位于体内，个数为4，若晶胞参数为apm，则晶体的密度为eq\f(160g,6.02×1023×a3×10－30cm3)＝eq\f(160,6.02×10－7a3)g·cm－3，故D正确。6．(2024·辽宁协作体联考)近日，科学家探讨利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是(D)A．F、Si和Ca电负性依次减小，原子半径依次增大B．OF2与SiO2中含有的化学键类型和氧原子杂化方式均相同C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))D．脱除硅烷反应速率依靠于晶体供应自由氟离子的实力，脱硅实力：BaF2<CaF2<MgF2[解析]一般状况下，金属元素的电负性小于非金属元素，非金属元素的非金属性越强，电负性越大，则F、Si和Ca电负性依次减小，电子层数越多，原子半径越大，则F、Si和Ca原子半径依次增大，A正确；OF2与SiO2都是含有极性共价键的共价化合物，化合物中氧原子的价层电子对数都为4，杂化方式都为sp3杂化，B正确；由晶胞结构可知，A处到B处的距离为体对角线的eq\f(3,4)，若A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))，C正确；三种金属氟化物都为离子晶体，晶体供应自由氟离子的实力越强，阴阳离子间形成的离子键越弱，钡离子、钙离子和镁离子的电荷数相同，离子半径依次减小，则氟化钡、氟化钙、氟化镁三种晶体中的离子键能依次增大，晶体供应自由氟离子的实力依次减弱，D错误。7．(2024·湖南永州第一中学二模)如图所示，铁有δ、γ、α三种晶体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是(B)A．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．若α-Fe晶胞边长为acm，γ-Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体的密度比为b3∶a3[解析]由γ-Fe晶体的晶胞图可知，与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个，A错误；由α-Fe晶体的晶胞图可知，与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个，B正确；由δ-Feeq\o(,\s\up7(1394℃))γ-Feeq\o(,\s\up7(912℃))α-Fe可知，将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同，C错误；一个α-Fe晶胞中铁原子数为8×eq\f(1,8)＝1，α-Fe晶胞边长为acm，质量为eq\f(56,NA)g，体积为a3cm3，密度为eq\f(56,a3NA)g/cm3，一个γ-Fe晶胞中铁原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，γ-Fe晶胞边长为bcm，质量为eq\f(4×56,NA)g，体积为b3cm3，密度为eq\f(4×56,b3NA)g/cm3，则两种晶体的密度比为b3∶4a3，D错误。8．某FexNy的晶胞如图1所示，晶胞边长为apm，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或b位置Fe，形成Cu替代型产物Fex－nCunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变更如图2所示。下列说法正确的是(D)A．该FexNy的化学式为Fe2NB．与N等距且最近的N为8个C．两个a位置Fe的最近距离为eq\f(1,2)apmD．其中较稳定的Cu替代型产物的化学式为Fe3CuN[解析]以体心N原子看，其与上下、左右、前后晶胞中体心的N距离最近且等距离，则晶体中与每个N距离最近且等距离的N为6个，B错误；两个a位置Fe的最近距离为eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)a))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)a))2)pm＝eq\f(\r(2),2)apm，C错误；由图2可知Cu代替b位置Fe型能量低，更稳定，则较稳定的Cu替代型产物的化学式为Fe3CuN，D正确。9．如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。下列说法错误的是(D)A．1mol冰晶体中含有2mol氢键B．金刚石属于共价晶体，其中每个碳原子四周距离最近的碳原子数为4C．碘晶体属于分子晶体，每个碘晶胞中实际有8个碘原子D．冰、金刚石、MgO、碘单质四种晶体的熔点：金刚石>MgO>冰>碘单质[解析]熔点的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体，冰为分子晶体，碘单质为分子晶体，室温下碘为固体、水为液体，MgO为离子晶体，金刚石是共价晶体，因此熔点：金刚石>MgO>碘单质>冰，D错误。10．已知某离子晶体的晶胞结构如图所示，其摩尔质量为Mg/mol，设NA为阿伏加德罗常数的值，晶体的密度为dg/cm3。则下列说法不正确的是(B)A．晶胞中阴、阳离子的个数都为4B．该晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为eq\r(3,\f(4M,dNA))cmC．阴、阳离子的配位数都是6D．该晶胞可能是NaCl晶体的晶胞[解析]题给晶胞中白色球个数为eq\f(1,4)×12＋1＝4，黑色球个数为eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4，则晶胞中阴、阳离子的个数都为4，A正确；因为晶胞中阴、阳离子的个数都为4，则晶胞的体积为eq\f(4M,dNA)cm3，晶胞的边长为eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，因为两个距离最近的同种离子的核间距为晶胞面对角线长度的一半，所以晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，B错误；由晶胞的结构可知，阴、阳离子的配位数都是6，C正确；由晶胞结构可知，该晶胞可能为NaCl晶体的晶胞，D正确。二、非选择题：本题共4小题。11．(2024·福建漳州一模)钴(Co)是人体必需的微量元素，含钴化合物在机械制造、磁性材料等领域具有广泛的应用。回答下列问题：(1)下列状态的Co微粒中，电离最外层一个电子所需能量最大的是B(填字母)。A．[Ar]3d74s2 B.[Ar]3d74s1C．[Ar]3d74s14p1 D.[Ar]3d74p1(2)Co与Ca位于同一周期，且最外层电子数相等，但单质Co的熔点、沸点均比单质Ca高，缘由是Co原子半径较小且单位体积内自由电子数目较多，所以金属键更强。(3)设NA为阿伏加德罗常数的值。[Co(NH3)5Cl]Cl2为紫红色固体，1mol[Co(NH3)5Cl]Cl2中含有的σ键数目为21NA，NH3分子与Co3＋形成协作物后H—N—H键角变大(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)[Co(N3)(NH3)5]SO4中配体Neq\o\al(－,3)的空间结构为直线形。中国化学家首次成功制得含全氮阴离子(Neq\o\al(－,5))的金属盐Co(N5)2(H2O)4·4H2O，这是一种协作物分子，Co(N5)2(H2O)4的结构式如图所示。该金属盐中不存在的微粒间作用力有ce(填字母)。a．σ键 B.π键C.离子键 D.氢键e．金属键f．范德华力(5)化学家发觉了具有超导性的CoO2晶体，其层状结构如图所示。下列用实线画出的重复结构单元示意图不能描述其化学组成的是D(填字母)。[解析](1)要电离最外层一个电子，A项所需能量为I1，B项所需能量为I2，I2>I1，C项、D项为激发态，所需能量更低，故选B。(3)1mol[Co(NH3)5Cl]Cl2中含有的配位键数目为6NA，NH3中含有的σ键数目为(3×5)NA＝15NA，共21NA。NH3中N原子上有1个孤电子对，形成协作物后供应孤电子对形成配位键，成键电子对之间的斥力小于原来孤电子对与成键电子对之间的斥力，故H—N—H键角变大。(4)Neq\o\al(－,3)与CO2互为等电子体，空间结构为直线形。协作物分子间存在范德华力、水分子间能形成氢键、全氮阴离子(Neq\o\al(－,5))中含有σ键、π键，故选ce。(5)实线画出的重复结构单元中，Co、O原子的个数之比分别为A项中eq\f(1,4×\f(1,2))＝eq\f(1,2)，B项中eq\f(1＋4×\f(1,4),4)＝eq\f(1,2)，C项中eq\f(4×\f(1,4),4×\f(1,2))＝eq\f(1,2)，D项中eq\f(1,4×\f(1,4))＝eq\f(1,1)，故不能描述CoO2化学组成的是D。12．现有几组物质的熔点(℃)数据如表所示：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：－83NaCl：801硅晶体：1410Na：98HCl：－115KCl：776硼晶体：2300K：64HBr：－89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：－51CsCl：645据此回答下列问题：(1)A组属于共价晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是共价键。(2)B组晶体共同的物理性质是①②③④(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熔点反常是因为HF分子间能形成氢键，其熔化时须要消耗的能量更多。(4)D组晶体可能具有的性质是②④(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[解析](1)依据表中数据可看出A组熔点很高，属于共价晶体，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分子间能形成氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。13．(2024·广东梅州一模)碳是地球上组成生命的最基本元素之一。不仅能形成丰富多彩的有机化合物，还能形成多种无机化合物，碳及其化合物的用途广泛。依据要求回答下列问题：(1)在基态14C原子中，原子核外存在2对自旋相反的电子；其次周期的元素中，第一电离能介于B和C之间的是Be(填元素符号)。(2)图1、图2代表了碳单质的两种常见晶体，图1晶体中C原子的杂化方式为sp3，图2晶体中，每个六元环占有2个C原子。(3)碳可以形成多种有机化合物，如图3所示是一种吡咯的结构，分子中全部原子都在一个平面上。吡咯中全部元素的电负性的大小依次为N>C>H。(4)碳可形成CO、CO2等多种无机化合物，在CO转化成CO2的反应过程中，下列说法正确的是BC(填字母)。A．分子中孤电子对数不变B．分子极性发生变更C．原子间成键方式变更D．分子间作用力减弱(5)碳酸盐在确定温度下会发生分解生成二氧化碳和对应氧化物，试验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如表所示：碳酸盐MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3热分解温度/℃40290011721360阳离子半径/pm6699112135随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步上升，缘由是当阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子实力就越强，对应的碳酸盐就越简洁分解。(6)科学家团队合成了碳的一种新型同素异形体：T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维骨架晶体结构，如图4。已知T-碳晶胞参数为apm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则T-碳的密度为eq\f(12×8×4,NAa×10－103)g/cm3(列出计算式)。[解析](1)基态14C原子的轨道表示式为，有2个成对电子，成对电子中两个电子自旋方向相反；同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但一般第ⅡA族>第ⅢA族，第ⅤA族>第ⅥA族，所以Be、B、C的第一电离能：B<Be<C，第一电离能介于B和C之间的是Be。(2)由题图1晶体的空间结构可看出C原子形成的是四面体结构，碳原子的杂化方式为sp3；由题图2晶体所给结构可知，最小环为六元环，每个碳原子连接3个C—C，则每个碳原子连接3个六元环，每个六元环占有的碳原子数为6×eq\f(1,3)＝2。(3)吡咯中所含元素是C元素、N元素、H元素，一般来说，同周期从左到右主族元素电负性慢慢增加，所以电负性：N>C，而H是电负性最小的非金属元素，所以电负性：N>C>H。(4)CO分子中含有2个孤电子对，CO2分子中含有4个孤电子对，在CO转化成CO2的反应过程中，有孤电子对数目的变更，故A项错误；CO分子为极性分子，CO2分子为非极性分子，故B项正确；CO分子中存在碳氧三键，CO2分子中存在碳氧双键，原子间成键方式变更，故C项正确；CO和CO2都可以形成分子晶体，转化过程中，相对分子质量增大，分子间作用力会增加，故D项错误。(5)因为碳酸盐的分解过程事实上是晶体中阳离子结合COeq\o\al(2－,3)中的氧离子，使COeq\o\al(2－,3)分解为CO2的过程，所以当阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子实力就越强，对应的碳酸盐就越简洁分解。(6)依据题图4晶胞结构可知，晶胞中含有的正四面体结构的数目是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，每个正四面体结构含有4个碳原子，晶胞的质量是eq\f(4×8×12,NA)g，已知T-碳晶胞参数为apm，则T-碳的密度ρ＝eq\f(12×8×4,NAa×10－103)g/cm3。14．(2024·山东青岛一模)铬是人体内微量元素之一，是重要的血糖调整剂。(1)铬在元素周期表中的位置为第四周期第ⅥB族，其基态原子核外电子占据的原子轨道数为15。(2)已知Cr3＋半径小，正电场较强，简洁与H2O、NH3、Cl－等分子或离子形成多种协作物，其中的一种是[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O。①该协作物中供应孤电子对形成配位键的原子是O、N。②中心原子的杂化方式为d(填字母)。a．sp2 B.sp3C.sp3d D.d2sp3③该物质中，氮氢键的键角比独立存在的气态氨分子中键角略大，其缘由是独立存在的氨分子中氮原子上含有一个孤电子对，而该物质中的N原子供应孤电子对与Cr3＋形成了配位键。(3)钛铬合金是一种高温结构材料，其次电离能：I2(Ti)<(填“>”或“<”)I2(Cr)，缘由是钛其次电离能失去的是4s1电子，铬其次电离能失去的是3d5电子。(4)铬的一种氮化物晶体立方晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0)，则B点分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，1，\f(1,2)))。已知r(N3－)＝anm，r(Cr3＋)＝bnm，则A、B间距离为3eq\r(2)bnm。[解析](1