第三章《晶体结构与性质》章节测评(解析版)

第三章《晶体结构与性质》章节测评(时间:90分钟满分:100分)可能用到的相对原子质量:C12N14Ti48Fe56一、选择题(本题包括10个小题,每小题只有一个选项符合题意。每小题2分,共20分)1.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是()杯酚A.第一电离能:C<OB.杯酚分子中存在大π键C.杯酚与C60形成氢键D.C60与金刚石晶体类型不同【答案】C【解析】杯酚与C60不能形成氢键2.最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：T-碳。可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成一个正四面体结构单元替代(如图所示，所有小球都代表碳原子)。下列说法正确的是()金刚石T-碳A．T-碳与石墨、金刚石互为同分异构体B．T-碳晶体与金刚石晶体类似，属于共价晶体C．T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同D．T-碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式不同【答案】B【解析】A．根据题干信息和T-碳的晶胞分析可知，T-碳是由C元素组成的单质，与石墨、金刚石互为同素异形体，A选项错误；B．T-碳可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成一个正四面体结构单元替代，属于原子晶体，B选项正确；C．T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键，相同，C选项错误；D．T-碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式均采取sp3杂化，杂化方式相同，D选项错误；答案选B。3．（2022·湖北·高三期末）冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。下图是18-冠-6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是A．冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键B．中心原子K+的配位数为6C．冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有阴离子D．这类配合物晶体是分子晶体【答案】D【详解】A．配位键是共价键的一种类型，是由一方提供空轨道，另一方提供孤电子对形成的共用电子对，故冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键，A正确；B．由图可知，中心原子K+周围形成了6个配位键，故其的配位数为6，B正确；C．由题干信息可知冠醚是皇冠状的分子，则冠醚与碱金属离子形成配合物是一个配位阳离子，故所得到的晶体里还有阴离子，C正确；D．由C项分析可知，该类化合物配合物晶体是由阴、阳离子组成的，故属于是离子晶体，D错误；故答案为：D。4．（2022·浙江温州·高二期末）乙二胺与CuCl2可形成配离子[Cu(H2NCH2CH2NH2)2]2+(如图所示)，下列有关说法不正确的是A．该配离子中心离子是Cu2+，配位数为2B．该配离子中既有极性键又有非极性键C．乙二胺分子中H—N—H的键角小于H—C—H的键角D．乙二胺分子沸点高于ClCH2CH2Cl【答案】A【详解】A．根据配合离子的结构，中心离子为Cu2+，Cu2+与4个N原子形成配位键，配位数为4，故A说法错误；B．C－N、C－H、H－N为极性键，C－C间为非极性键，故B说法正确；C．乙二胺分子中H—N—H中N有一个孤电子对，H—C—H中C没有孤电子对，孤电子对之间的斥力＞孤电子对-成键电子对之间斥力＞成键电子对之间的斥力，因此乙二胺分子中H—N—H的键角小于H—C—H的键角，故C说法正确；D．乙二胺分子间存在氢键，ClCH2CH2Cl分子间不存在氢键，因此乙二胺的沸点高，故D说法正确；答案为A。5.下图是氯化铯晶体的晶胞结构示意图（晶胞是指晶体中最小的重复单元），其中黑球表示氯离子、白球表示铯离子。已知晶体中2个最近的铯离子的核间距离为acm，氯化铯的摩尔质量为Mg/mol，则氯化铯晶体的密度为（）A． B． C． D．【答案】C【解析】该晶胞中平均占有Cs:;平均占有Cl：1个，即化学式为CsCl；晶胞的体积为；又；故答案选C。6.下列说法正确的是()A．冰融化时,分子中H—O键发生断裂B．分子晶体中,分子间作用力越大,通常熔点越高C．分子晶体中,共价键键能越大,分子的熔、沸点越高D．分子晶体中,分子间作用力越大,分子越稳定【答案】B【解析】冰融化时,破坏的是氢键和范德华力,水分子中的共价键不被破坏,分子晶体的熔、沸点高低与分子间作用力的大小有关,与化学键的强弱无关,而分子的稳定性与化学键的强弱有关,与分子间作用力的大小无关。7.仔细观察下列图形，则它表示的是晶体还是非晶体A．是晶体 B．可能是晶体，可能是非晶体C．是非晶体 D．不能确定【答案】C【解析】根据非晶体的特性进行判断。晶体有整齐规则的几何外形；非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。根据图形信息可知，微粒的排列相对无序，没有平行六面体的晶胞，属于非晶体。答案选C。8.已知某化合物的晶胞是由以下最小单元密堆积而成的,关于该化合物的以下叙述正确的是()A.1mol该晶胞中有2molYB.1mol该晶胞中有6molOC.1mol该晶胞中有2molBaD.该化合物的化学式是YBa2Cu3O6【答案】C【解析】由图中可以看出,白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上,大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上,▲代表的Cu原子位于长方体的内部(共有三个),小黑球代表的O原子有2个位于长方体的内部、有10个位于长方体的面上,分别运用均摊法可计算出该结构单元实际含有的各原子个数,进而可确定该化合物的化学式。Y原子个数为8×1/8=1,Ba原子个数为8×1/4=2,Cu原子个数为3,O原子个数为10×1/2+2=7。9．（2021·云南昭通·高二阶段练习）下列说法不正确的是A．熔点：NaF>MgF2>AlF3 B．沸点：PH3<NH3<H2OC．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 D．晶格能：NaF>NaCl>NaBr【答案】A【详解】A．NaF、MgF2、AlF3均为离子晶体，离子所带电荷数Al3+＞Mg2+＞Na+，且离子半径Al3+＜Mg2+＜Na+，所以离子键的键能NaF＜MgF2＜AlF3，则熔点NaF＜MgF2＜AlF3，A错误；B．常温下水为液体，NH3为气体，所以沸点NH3＜H2O，NH3分子间存在氢键，所以沸点：PH3＜NH3，B正确；C．金刚石、碳化硅、晶体硅均为共价晶体，原子半径Si＞C，则键长C-C＜C-Si＜Si-Si，所以键能：C-C＞C-Si＞Si-Si，硬度金刚石＞碳化硅＞晶体硅，C正确；D．离子半径：F-＜Cl-＜Br-，所以晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr，D正确；综上所述答案为A。10．（2021·辽宁·高二期中）下列说法错误的是A．气态和液态物质都是由分子构成的B．超分子的重要特征是分子识别和自组装C．大多数晶体都是四种典型晶体之间的过渡晶体D．石墨晶体中既有共价键和范德华力又有类似金属的导电性属于混合型晶体【答案】A【详解】A．常温下汞为液态，由汞原子构成，A错误；B．超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，超分子的重要特征是分子识别和自组装，B正确；C．四类典型晶体分别是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等，但纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体，C正确；D．石墨为层状结构，层内C原子间以共价键结合成六边形，层与层之间为范德华力，是一种混合型的晶体，D正确；故选A。二、选择题(本题包括5个小题,每小题有1~2个选项符合题意。每小题4分,共20分)11.（2021·福建·泉州市城东中学高三期中）科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构示意图如图(实线代表共价键)。W、X、Z分别位于不同周期，Z是同周期中金属性最强的元素。下列说法正确的是A．原子半径Z>Y>X>WB．Y与Z可组成阴阳离子数之比为1:1的离子化合物C．Y与W、X、Z均可形成至少两种化合物D．元素W、X、Y一起组成的化合物一定是非电解质【答案】C【分析】W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次递增，Z是同周期中金属性最强的元系，且W、X、Z分别位于不同周期，则Z为Na，W为H；X、Y位于第二周期，由超分子的结构示意图知，X连四条键、Y连两条键，则X为C，Y为O，综上所述，W、X、Y、Z分别为H、C、O、Na，据此解答。【详解】A．同主族从上到下原子半径逐渐增大，同周期从左往右原子半径逐渐减小，故原子半径Na>C>O>H，即Z>X>Y>W，故A错误；B．Y为O，Z为Na，O与Na可形成Na2O、Na2O2，二者阳离子均为钠离子，阴离子分别为氧离子、过氧离子，二者皆是阴阳离子数之比为1:2的离子化合物，故B错误；C．W、X、Y、Z分别为H、C、O、Na，O与H可形成H2O、H2O2，O与C可形成CO、CO2，O与Na可形成NaO、Na2O2，故Y与W、X、Z均可形成至少两种化合物，故C正确；D．W、X、Y分别为H、C、O，三者组成的可能是电解质，如H2CO3，也可能是非电解质，如CH3CH2OH，故D错误；答案选C。。12.下列说法正确的是()A.NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性B.足球烯(C60)的沸点可达500℃左右,故足球烯为共价晶体C.干冰和NaCl晶体转变为液态时,所克服的作用力相同D.NH3的熔、沸点较PH3高,主要是因为氨分子间可以形成氢键【答案】AD【解析】NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性,A项正确;足球烯为分子晶体,B项错误;干冰为固态二氧化碳,转化为液态时需要克服范德华力,而NaCl晶体变为液态,需要克服离子键,C项错误;NH3和PH3均为分子晶体,NH3的熔、沸点较PH3高的原因是NH3分子间可以形成氢键,D项正确。13.下列关于晶体的叙述正确的是()A.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高B.石墨为混合型晶体,层内碳原子以共价键相连,熔点高C.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体【答案】BC【解析】分子晶体中,共价键的键能越大,该物质的稳定性越强,而分子间的作用力越大,熔、沸点越高,所以不能根据键能的大小判断分子晶体的熔、沸点高低,A项错误;石墨层内碳原子通过共价键连接,熔化时需破坏共价键,导致熔点高,B项正确;共价晶体中,共价键的键能越大,晶体熔、沸点越高,C项正确;某些共价化合物溶于水后也可电离出自由移动的离子,如HCl等,D项错误。14.研究人员发现钇钡铜氧化合物在90K时即具有超导性,该化合物的部分结构如图所示:该化合物以Y2O3、BaCO3和CuO为原料,经研磨烧结而成,其原料配比(物质的量之比)为()A.1∶1∶1 B.1∶4∶6C.1∶2∶3 D.2∶2∶3【答案】B【解析】晶胞中钡原子个数为2,铜原子个数为×8+×8=3,钇原子个数为1,则Y2O3、BaCO3、CuO之比为∶2∶3=1∶4∶6。15.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()δ-Feγ-Feα-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.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【答案】B【解析】γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子为12个,A错误;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,B正确;冷却到不同的温度,得到的晶体类型不同,C错误;一个α-Fe晶胞中含有铁原子的个数为1,体积为a3cm3,用NA表示阿伏加德罗常数的值,密度为g·cm-3,一个γ-Fe晶胞中含有铁原子的个数为4,体积为b3cm3,密度为g·cm-3,则二者的密度之比为b3∶4a3,D错误。三、非选择题(本题包括5个小题,共60分)16.(2021湖南卷,18节选)(6分)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。(1)已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示原子(填元素符号),该化合物的化学式为;

(2)已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm,α=β=γ=90°,则该晶体的密度ρ=g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、b、c、NA的代数式表示)。

【答案】(每空2分)(1)OMg2GeO4(2)(740/abcNA)×1021【解析】(1)根据各粒子在晶胞中的位置及其贡献率,确定各元素的原子数目:X位于顶点、棱上、面上和体内:8×+4×+6×+3=8;Y均在体内共4个;Z均在体内共16个。结合Ge和O的原子个数比为1∶4,则化学式为Mg2GeO4。Z元素为O。(2)每个晶胞含有4个Mg2GeO4,Mg2GeO4的摩尔质量为185g·mol-1;晶胞体积为(a×b×c)×10-21cm3。则晶体的密度为ρ=(740/abcNA)×1021g·cm-3。17.(14分)（1）下列关于晶体的说法正确的组合是__________①分子晶体中都存在共价键②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低④离子晶体中只有离子键没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键⑤晶格能由大到小顺序：MgCl2>NaCl>NaBr⑥SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合⑦晶体中分于间作用力越大，分子越稳定A、①②③⑥B、③⑤C、③⑤⑥D、①②④（2）金属原子与CO形成的配合物称为金属羰基配合物(如羰基铁)。形成配合物时，每个CO提供一对电子与金属原子形成配位键，且金属原子的外围电子和CO提供的电子总和等于18，①写出Fe3+的价层电子的电子排布图___________。②金属羰基配合物中，微粒间作用力有_______(填字母代号)a.配位键b、共价键c、离子键d，金属键（3）用光气（COCl2）与甲胺(CH3NH2)可以制取CH3NCO.①1molCOCl2.含有_________mol键和_________mol键.②与COCl2互为等电子体的一种阴离子为____________，中心原子的杂化方式是_________，离子的空间构型为_________。③甲胺极易溶于水，除因为它们都是极性分子外，还因为_____________。【答案】（1）C（2分）（2）①（2分）②ab（2分）（3）①3（1分）1（1分）②CO32-或NO3-（2分）sp2（1分）平面三角形（1分）③甲胺能与水形成分子间氢键（2分）【解析】本题主要考查物质结构。（1）①稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键，故①错误；②在金属晶体中有金属阳离子没有阴离子，带负电荷的是自由电子，故②错误；③金刚石、SiC是共价晶体，共价键强度随着成键原子半径减小而增大，原子半径：C<Si，共价键强度：C—C>C—Si，所以熔点：金刚石>SiC。离子晶体晶格能随着离子半径增大而减小，离子半径：F-<Cl-，晶格能：NaF>NaCl，所以熔点：NaF>NaCl，水分子之间存在氢键，所以熔点：H2O>H2S，总之，金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低，故③正确；④离子晶体的根中存在共价键，故④错误；⑤离子半径：Cl-<Br-，Na+>Mg2+，所以晶格能由大到小顺序：MgCl2>NaCl>NaBr，故⑤正确；⑥SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合，故⑥正确；⑦晶体中分于间作用力大小与分子稳定性之间没有关系，故⑦错误。故选C。（2）①Fe3+的价层电子的电子排布图为。②金属羰基配合物中，微粒间作用力有ab。（3）①COCl2分子的成键情况与甲醛相似，1molCOCl2含有3mol键和1mol键.②与COCl2互为等电子体的一种阴离子为CO32-或NO3-，中心原子的杂化方式是sp2，离子的空间构型为平面三角形。③甲胺极易溶于水，除因为它们都是极性分子外，还因为甲胺能与水形成分子间氢键。18.(14分)碳和硅均为元素周期表中第ⅣA族的元素,其单质和化合物有着重要的应用。(1)碳元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:回答下列问题:①C60属于晶体,石墨属于晶体。

②石墨晶体中,层内C—C的键长为142pm,而金刚石中C—C的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在碳原子间的共价键,而石墨层内的碳原子间不仅存在共价键,还有键。

(2)①单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献个原子。

②在硅酸盐中,Si四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根:Si与O的原子数之比为,该结构对应的化学式为。

【答案】(除标注外每空2分)(1)①分子混合型②σ(1分)σ(1分)π(2)①3②1∶3SiO32-【解析】(1)①C60的构成微粒是分子,所以C60属于分子晶体;石墨的层内原子间以共价键结合,层与层之间以分子间作用力结合,所以石墨属于混合型晶体;②在金刚石中只存在碳原子之间的σ键;石墨层内碳原子之间不仅存在σ键,还存在π键。(2)①单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以Si—Si共价键相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置的有6个原子,每个面心原子贡献二分之一,所以6个面心原子对该晶胞贡献3个原子。②题干图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中每个硅原子和4个氧原子形成四面体结构,Si与O的原子数之比为1∶3,化学式为SiO32-。19.(12分)金属钛(Ti)被誉为“21世纪金属”,具有良好的生物相容性,它兼具铁的高强度和铝的低密度,其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料,经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如图Ⅰ)。图Ⅰ图Ⅰ中的M是短周期金属元素,M的部分电离能(单位:kJ·mol-1)如下表所示:I1I2I3I4I5738145177331054013630请回答下列问题:(1)Ti的基态原子外围电子排布式为。

(2)M是(填元素符号)。

(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,用纳米TiO2催化的反应实例如图Ⅱ所示。化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有个,化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应的元素的电负性由大到小的顺序为。

图Ⅱ图Ⅲ(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似,如图Ⅲ所示,该晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm,则该氮化钛的密度为g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值,只列计算式)。该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有个。

【答案】(每空2分)(1)3d24s2(2)Mg(3)7O>N>C(4)31/NA×103012【解析】(1)Ti为22号元素,根据核外电子排布规律可知,Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2)M是短周期金属元素,M的第三电离能剧增,则M处于第ⅡA族,能与TiCl4反应置换出Ti,则M为Mg。(3)化合物甲的分子中采取sp2杂化的碳原子:苯环上的六个、羰基中的一个,共7个;采取sp3杂化的原子的价层电子对数是4,乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O,同一周期主族元素中,元素电负性随着原子序数增加而逐渐增大,所以它们的电负性关系为O>N>C。(4)根据均摊法可知,该晶胞中N原子个数为6×1/2+8×1/8=4,该晶胞中Ti原子个数为1+12×1/4=4,所以一个晶胞的质量m=248/NAg,而一个晶胞的体积V=(2a×10-10)3cm3,所以晶体的密度ρ=31/NA×1030g·cm-3;以晶胞顶点N原子进行研究,与之距离相等且最近的N原子处于面心位置,每个顶点为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,故与之距离相等且最近的N原子为=12。20.(14分)（2021·湖南·长沙一中高三阶段练习）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(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_________________(用元素符号作答)。(2)基态磷原子价电子排布式为________________。(3)图2黑磷区中P原子的杂化方式为_________________，石墨区中C原子的杂化方式为____________。(4)氢化物PH3、CH4、NH3的沸点由高到低顺序为________________。(5)根据图1和图2的信息，下列说法正确的有________(填字母)。