2023届新高考新教材化学人教版一轮训练-第五章第4讲　晶体结构与性质

第五章第4讲晶体结构与性质一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1．下列关于晶体的说法不正确的是()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晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定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：D①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；②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；③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；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，故④正确；⑤晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故⑤正确；⑥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．(2021·潍坊期末考试)硅和碳是重要的非金属元素，有关化学键键能如下表所示：化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/kJ·mol－1356413336226318452下列说法正确的是()A．热稳定性：CH4<SiH4B．金刚石的熔点低于晶体硅C．共价键的键能与成键原子的核间距一定成反比D．硅烷在种类和数量上都不如烷烃多解析：DC与Si是同主族元素，同种主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，简单氢化物的热稳定性逐渐减弱，所以热稳定性CH4>SiH4，A项错误；金刚石与晶体硅都是共价晶体，共价晶体的熔沸点主要与共价键强度有关，由表中信息可知，C—C键的键能大于Si—Si键，说明C—C键更稳定，金刚石的熔点比晶体硅高，B项错误；共价键的键能与成键原子的核间距及成键原子的种类均有关，C项错误；由表中信息可知，C—C键的键能大于Si—Si键且C—H键的键能大于Si—H键，说明C—C键和C—H键更稳定，因而所形成的烷烃更稳定，种类和数量也更多，而Si—Si键和Si—H键键能低，易断裂，导致长链硅烷难以生成，限制了硅烷的种类和数量，D项正确。3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是()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：B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。4．已知：NaF的熔点为993℃、MgF2的熔点为1261℃。下列分析错误的是()A．NaF和MgF2均由阴、阳离子构成B．离子半径和离子所带电荷数决定离子键强弱C．NaF中的离子键比MgF2中的弱D．MgF2的摩尔质量比NaF的大，所以MgF2熔点高解析：D本题考查离子晶体的结构和性质。NaF与MgF2均为离子化合物，由阴、阳离子构成，A正确；离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷数有关，一般来说，离子半径越小，离子所带电荷数越大，离子键越强，B正确；由于半径：r(Mg2＋)<r(Na＋)且Mg2＋所带电荷数多，MgF2中离子键更强，C正确；两者固态时均属于离子晶体，离子晶体的熔沸点与离子键键能有关，一般来说，离子半径越小，离子所带电荷数越多，离子键键能越大，离子晶体熔沸点越高，r(Mg2＋)<r(Na＋)且Mg2＋所带电荷数多，故MgF2离子键键能更大，熔沸点高，离子晶体的熔沸点与摩尔质量无关，D错误。5．如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是()A．图①和图③ B．图②和图③C．图①和图④ D．只有图④答案：C6．(2021·原创)钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)、金(Au)等金属材料具有广泛的用途。下面是一些晶体材料的结构示意图。下列说法正确的是()A．图1中，该晶体中原子的堆积方式为体心立方堆积B．图2中，1mol镧形成的该合金能储存2mol氢气C．图3中，该晶体的化学式为BaTiO3D．设图4中晶胞的边长为acm，则该合金的密度为eq\f(261,NAa3)g·cm－3解析：CA项，由晶胞结构图可知，该单质晶体中原子的堆积方式为六方最密堆积，错误。B项，根据图2可知1个该合金晶胞中含有La个数为8×eq\f(1,8)＝1；Ni个数为8×eq\f(1,2)＋1＝5，所以化学式是LaNi5，1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×eq\f(1,4)＋2mol×eq\f(1,2)＝3mol，错误。C项，根据均摊法计算可知，图3中晶体的化学式是BaTiO3，正确。D项，图4结构中实际占有的铜原子的个数为8×eq\f(1,8)＋2×eq\f(1,2)＝2，金原子的个数为4×eq\f(1,2)＝2，铜原子、金原子各为2个，晶胞的体积为a3cm3，故密度ρ＝m/V＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2,NA)×（64＋197）/a3))g·cm－3＝eq\f(522,NAa3)g·cm－3，错误。7．(2021·泰安一模，改编)常见的铜的硫化物有CuS和Cu2S两种。已知：晶胞中S2－的位置如图l所示，铜离子位于硫离子所构成的四面体中心，它们的晶胞具有相同的侧视图如图2所示。Cu2S的晶胞参数apm，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是()A．S2－是体心立方堆积B．Cu2S晶胞中，Cu＋填充了晶胞中一半四面体空隙C．CuS晶胞中，S2－配位数为8D．Cu2S晶胞的密度为eq\f(640,NA×a3×10－30)g·cm－3解析：D根据题图1可判断S2－是面心立方最密堆积，A项错误。在面心立方晶胞中，每个顶点都能与三个面心原子形成一个四面体空隙，如此，晶胞内能形成8个四面体空隙，CuS晶胞中，Cu2＋填充了晶胞中4个四面体空隙，对称分布。Cu2S晶胞中，Cu＋填充了晶胞中8个四面体空隙，所以，两种晶胞的侧视图是相同的，B项错误。根据B项解析可知CuS晶胞中，S2－配位数为4，Cu2S晶胞中，S2－配位数为8，C项错误。Cu2S晶胞中含有4个Cu2S，故Cu2S晶胞的密度为eq\f(640,NA×a3×10－30)g·cm－3，D项正确。8．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为rcm，则金晶体的空间利用率为()A.eq\f(\f(4,3)π,（2\r(2)）3)×100% B．eq\f(4×\f(4,3)π,（2\r(2)）3)×100%C.eq\f(4×\f(4,3)π,（\r(2)）3)×100% D．eq\f(4×\f(4,3)r,（2\r(2)）3)×100%解析：B面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶体为面心立方最密堆积，则晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为rcm，则晶胞的边长为4r×eq\f(\r(2),2)＝2eq\r(2)rcm，每个金晶胞中含有4个原子，则金原子总体积为4×eq\f(4,3)πr3cm3，金晶胞体积为(2eq\r(2)rcm)3，故空间利用率为eq\f(4×\f(4,3)πr3,（2\r(2)r）3)×100%＝eq\f(4×\f(4,3)π,（2\r(2)）3)×100%。二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)9．下列有关说法不正确的是()A．四水合铜离子([Cu(H2O)4]2＋)的模型如图1所示，铜离子与水分子的氧原子形成4个配位键B．CaF2晶体的晶胞如图2所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋C．H原子的电子云图如图3所示，电子云密度大的区域电子数目多D．金属Cu的晶胞结构如图4所示，晶胞中Cu原子的配位数为8解析：CD四水合铜离子中，铜离子提供4个空轨道，每个水分子的氧原子提供1对孤对电子，形成4个配位键，A正确；CaF2晶体中，每个CaF2晶胞平均占有的Ca2＋数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B正确；H原子的电子云图中，电子云密度大的区域仅表示电子出现的机会多，C错误；金属Cu的晶胞中，Cu原子的配位数为eq\f(3,2)×8＝12，D错误。10.(2021·潍坊二模)SiO2是合成“中国蓝”的重要原料之一。如图是SiO2晶胞中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视投影图，O原子略去。)，Si原子旁标注的数字是Si原子位于z轴的高度，则SiA与SiB的距离是()A.eq\f(d,2) B．eq\f(\r(2),2)dC.eq\f(\r(3),3)d D．d解析：B根据题图可知，Si原子在SiO2晶胞中位置如图，其中ABCD四个Si原子形成正四面体结构，且AB距离等于CD距离，AB距离在底面投影为底面面对角线的一半，则SiA与SiB的距离＝eq\f(1,2)×eq\r(2)d＝eq\f(\r(2),2)d，故B正确。11.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是()A．X元素的原子序数是19B．该晶体中阳离子与阴离子个数比为1∶3C．Xn＋中n＝1D．晶体中每个Xn＋周围有2个等距离且最近的N3－解析：AB从“元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层”可以看出，Xn＋共有28个电子，A项错误；图中Xn＋位于每条棱的中点，一个晶胞拥有的Xn＋个数为12×eq\f(1,4)＝3，N3－位于顶点，一个晶胞拥有N3－的个数为8×eq\f(1,8)＝1，B项错误；由于该物质的化学式为X3N，故X显＋1价，C项正确；D项正确。12.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，称作原子分数坐标。如图中原子1的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，则原子2和3的坐标中正确的是()A．原子2为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2))) B．原子2为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))C．原子3为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，0，\f(1,2))) D．原子3为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))解析：D原子1的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，则坐标系为，原子2在晶胞底面的中心，2的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))；原子3在坐标系z轴所在棱的一半，3的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))，故选D。三、非选择题13．微量元素硼对植物的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用。请回答下列问题：(1)区分晶体硼和无定形硼科学的方法为_________________________________。(2)下列B原子基态的价层电子排布图中正确的是_________________________。(3)NaBH4是重要的储氢载体，阴离子的空间结构为____________。(4)三硫化四磷分子(结构如图1所示)是________分子(填“极性”或“非极性”)。(5)图2表示多硼酸根离子的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为________。(6)硼酸晶体是片层结构，其中一层的结构如图3所示。硼酸在冷水中溶解度很小，但在热水中较大，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)立方氮化硼(BN)是新型高强度耐磨材料，可作为金属表面的保护层，其晶胞结构(如图4)与金刚石类似。已知该晶体密度为ag/cm3，则晶体中两个最近N原子间的距离为________pm。(用含a的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)解析：(2)B原子价电子有3个电子，2s能级上有2个电子，2p能级上有1个电子，其价电子排布图为。(3)NaBH4是一种重要的储氢载体，阴离子的化学式为BHeq\o\al(－,4)，则其结构式为，空间结构为正四面体形。(4)P4S3中P原子能形成3个P—S键、含有一对孤对电子，杂化轨道数为4，P原子采取sp3杂化，属于极性分子；(5)从图可看出，每个BOeq\o\al(2－,3)单元，都有一个B，有一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别为2个BOeq\o\al(2－,3)单元共用，所以N(B)∶N(O)＝1∶(1＋2×1/2)＝1∶2，化学式为BOeq\o\al(－,2)或(BO2)eq\o\al(n－,n)或BnOeq\o\al(n－,2n)；(6)由于晶体中硼酸分子间以氢键缔合在一起，难以溶解，加热时，晶体中部分氢键被破坏，溶解度增大，所以硼酸晶体在冷水中溶解度很小，但在热水中较大；(7)一个晶胞中B原子数目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含N原子数＝4，一个晶胞的质量eq\f(25×4,NA)g，根据ρ＝eq\f(m,V)，V＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(100,aNA)cm3，晶胞棱长为eq\r(3,\f(100,aNA))cm＝eq\r(3,\f(100,aNA))×1010pm，仔细观察BN的晶胞结构不难发现N位于晶胞中8个小立方体中互不相邻的4个小立方体的体心，相邻的两个N原子之间的距离就是晶胞面对角线的一半，因此晶体中两个最近的N原子间的距离为eq\f(\r(2),2)eq\r(3,\f(100,aNA))×1010pm。答案：(1)X射线衍射实验(2)A(3)正四面体形(4)极性(5)BOeq\o\al(－,2)或(BO2)eq\o\al(n－,n)或BnOeq\o\al(n－,2n)(6)晶体中硼酸分子间以氢键缔合在一起，难以溶解，加热时，晶体中部分氢键被破坏，硼酸分子与水分子形成氢键，溶解度增大(7)eq\f(\r(2),2)eq\r(3,\f(100,aNA))×101014.(1)氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料，其晶胞结构如图所示，为长方体。写出与AlHeq\o\al(－,4)空间结构相同的一种分子：_____________(填化学式)。NaAlH4晶体中，与AlHeq\o\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有________个；NaAlH4晶体的密度为________g/cm3(用含a、NA的代数式表示)。(2)(2021·四川绵阳一次诊断节选)氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示。氮化钼的化学式为________，如果让Li＋填入氮化钼晶体的八面体空隙，一个晶胞最多可以填入________个Li＋。氮化钼晶胞边长为anm，晶体的密度ρ＝________g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)与AlHeq\o\al(－,4)空间结构相同的分子有甲烷、CCl4等；NaAlH4晶体中，与AlHeq\o\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个：该晶胞体积为(a×a×2a×10－21)cm3，该晶胞中Na＋个数为6×eq\f(1,2)＋4×eq\f(1,4)＝4，AlHeq\o\al(－,4)个数为8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4，NaAlH4晶体的密度为eq\f(m,V)＝eq\f(\f(54,NA)×4,2a3×10－21)g/cm3＝eq\f(108×1021,a3NA)g/cm3＝eq\f(1.08×1023,a3NA)g/cm3。(2)由题图和题中信息知，Mo原子位于晶胞的顶点和面心，1个晶胞含有Mo原子的个数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4，N原子位于晶胞的棱上和体心，1个晶胞含有N原子的个数为4×eq\f(1,4)＋1＝2，故氮化钼的化学式为Mo2N；如图所示，“3、6、7、8、9、12”位置的Mo原子构成一个正八面体，然后以晶胞的12条棱中的任意一条为正八面体的中心轴线进行分析，如“1、6、7、10”构成一个正八面体的eq\f(1,4)，则12条棱形成12个eq\f(1,4)正八面体，故1个晶胞中共有4个正八面体，其中有2个正八面体空隙被N原子填充，因此Li＋填入氮化钼晶体的八面体空隙时，一个晶胞最多可以填入2个Li＋。ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×96＋2×14,NAa3×10－21)g·cm－3＝eq\f(412,NAa3×10－21)g·cm－3。答案：(1)CH4(合理即可)8eq\f(1.08×1023,a3NA)(2)Mo2N2eq\f(4×96＋2×14,NAa3×10－21)或eq\f(412,NAa3×10－21)15．钛及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。(1)基态钛原子的价电子排布式为______，与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有______种。(2)钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料，钛的硬度比铝大的原因是________________________________________________________________________________。(3)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配合离子的化学式为________________________________________________________________________。(4)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，其结构如图所示。①组成M的元素中，电负性最大的是________(填名称)。②M中碳原子的杂化方式为________。③M中不含________(填代号)。a．π键