2023屆新高考新教材化學(xué)人教版一輪訓(xùn)練-第五章第4講　晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第五章第4講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、選擇題(每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)1．下列關(guān)于晶體的說法不正確的是()①晶體中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶體中原子排列相對(duì)無序，無自范性②含有金屬陽離子的晶體一定是離子晶體③共價(jià)鍵可決定分子晶體的熔、沸點(diǎn)④晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律作周期性重復(fù)排列⑤晶體盡可能采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定⑥干冰晶體中，一個(gè)CO2分子周圍有12個(gè)CO2分子緊鄰；CsCl和NaCl晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都為6A．①②③ B．②③④C．④⑤⑥ D．②③⑥解析：D①晶體中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶體中原子排列相對(duì)無序，無自范性，故①正確；②含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，可能是金屬晶體，故②錯(cuò)誤；③分子間作用力決定分子晶體的熔、沸點(diǎn)，共價(jià)鍵決定穩(wěn)定性，故③錯(cuò)誤；④晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律作周期性重復(fù)排列，故④正確；⑤晶體盡可能采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定，故⑤正確；⑥干冰晶體中，一個(gè)CO2分子周圍有12個(gè)CO2分子緊鄰；CsCl晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都為8，NaCl晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都為6，故⑥錯(cuò)誤。2．(2021·濰坊期末考試)硅和碳是重要的非金屬元素，有關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下表所示：化學(xué)鍵C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O鍵能/kJ·mol－1356413336226318452下列說法正確的是()A．熱穩(wěn)定性：CH4<SiH4B．金剛石的熔點(diǎn)低于晶體硅C．共價(jià)鍵的鍵能與成鍵原子的核間距一定成反比D．硅烷在種類和數(shù)量上都不如烷烴多解析：DC與Si是同主族元素，同種主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，簡(jiǎn)單氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸減弱，所以熱穩(wěn)定性CH4>SiH4，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金剛石與晶體硅都是共價(jià)晶體，共價(jià)晶體的熔沸點(diǎn)主要與共價(jià)鍵強(qiáng)度有關(guān)，由表中信息可知，C—C鍵的鍵能大于Si—Si鍵，說明C—C鍵更穩(wěn)定，金剛石的熔點(diǎn)比晶體硅高，B項(xiàng)錯(cuò)誤；共價(jià)鍵的鍵能與成鍵原子的核間距及成鍵原子的種類均有關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由表中信息可知，C—C鍵的鍵能大于Si—Si鍵且C—H鍵的鍵能大于Si—H鍵，說明C—C鍵和C—H鍵更穩(wěn)定，因而所形成的烷烴更穩(wěn)定，種類和數(shù)量也更多，而Si—Si鍵和Si—H鍵鍵能低，易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以生成，限制了硅烷的種類和數(shù)量，D項(xiàng)正確。3．下面有關(guān)晶體的敘述中，不正確的是()A．金剛石網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中，最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子B．氯化鈉晶體中，每個(gè)Na＋周圍距離相等的Na＋共有6個(gè)C．氯化銫晶體中，每個(gè)Cs＋周圍緊鄰8個(gè)Cl－D．干冰晶體中，每個(gè)CO2分子周圍緊鄰12個(gè)CO2分子解析：B氯化鈉晶體中，每個(gè)Na＋周圍距離相等的Na＋共12個(gè)。每個(gè)Na＋周圍距離相等且最近的Cl－共有6個(gè)。4．已知：NaF的熔點(diǎn)為993℃、MgF2的熔點(diǎn)為1261℃。下列分析錯(cuò)誤的是()A．NaF和MgF2均由陰、陽離子構(gòu)成B．離子半徑和離子所帶電荷數(shù)決定離子鍵強(qiáng)弱C．NaF中的離子鍵比MgF2中的弱D．MgF2的摩爾質(zhì)量比NaF的大，所以MgF2熔點(diǎn)高解析：D本題考查離子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。NaF與MgF2均為離子化合物，由陰、陽離子構(gòu)成，A正確；離子鍵的強(qiáng)弱與離子半徑和離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，一般來說，離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越大，離子鍵越強(qiáng)，B正確；由于半徑：r(Mg2＋)<r(Na＋)且Mg2＋所帶電荷數(shù)多，MgF2中離子鍵更強(qiáng)，C正確；兩者固態(tài)時(shí)均屬于離子晶體，離子晶體的熔沸點(diǎn)與離子鍵鍵能有關(guān)，一般來說，離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，離子鍵鍵能越大，離子晶體熔沸點(diǎn)越高，r(Mg2＋)<r(Na＋)且Mg2＋所帶電荷數(shù)多，故MgF2離子鍵鍵能更大，熔沸點(diǎn)高，離子晶體的熔沸點(diǎn)與摩爾質(zhì)量無關(guān)，D錯(cuò)誤。5．如圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是()A．圖①和圖③ B．圖②和圖③C．圖①和圖④ D．只有圖④答案：C6．(2021·原創(chuàng))鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)、鑭(La)、金(Au)等金屬材料具有廣泛的用途。下面是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖。下列說法正確的是()A．圖1中，該晶體中原子的堆積方式為體心立方堆積B．圖2中，1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存2mol氫氣C．圖3中，該晶體的化學(xué)式為BaTiO3D．設(shè)圖4中晶胞的邊長為acm，則該合金的密度為eq\f(261,NAa3)g·cm－3解析：CA項(xiàng)，由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，該單質(zhì)晶體中原子的堆積方式為六方最密堆積，錯(cuò)誤。B項(xiàng)，根據(jù)圖2可知1個(gè)該合金晶胞中含有La個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1；Ni個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,2)＋1＝5，所以化學(xué)式是LaNi5，1mol該合金吸附氫氣的物質(zhì)的量是8mol×eq\f(1,4)＋2mol×eq\f(1,2)＝3mol，錯(cuò)誤。C項(xiàng)，根據(jù)均攤法計(jì)算可知，圖3中晶體的化學(xué)式是BaTiO3，正確。D項(xiàng)，圖4結(jié)構(gòu)中實(shí)際占有的銅原子的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋2×eq\f(1,2)＝2，金原子的個(gè)數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2，銅原子、金原子各為2個(gè)，晶胞的體積為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，錯(cuò)誤。7．(2021·泰安一模，改編)常見的銅的硫化物有CuS和Cu2S兩種。已知：晶胞中S2－的位置如圖l所示，銅離子位于硫離子所構(gòu)成的四面體中心，它們的晶胞具有相同的側(cè)視圖如圖2所示。Cu2S的晶胞參數(shù)apm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法正確的是()A．S2－是體心立方堆積B．Cu2S晶胞中，Cu＋填充了晶胞中一半四面體空隙C．CuS晶胞中，S2－配位數(shù)為8D．Cu2S晶胞的密度為eq\f(640,NA×a3×10－30)g·cm－3解析：D根據(jù)題圖1可判斷S2－是面心立方最密堆積，A項(xiàng)錯(cuò)誤。在面心立方晶胞中，每個(gè)頂點(diǎn)都能與三個(gè)面心原子形成一個(gè)四面體空隙，如此，晶胞內(nèi)能形成8個(gè)四面體空隙，CuS晶胞中，Cu2＋填充了晶胞中4個(gè)四面體空隙，對(duì)稱分布。Cu2S晶胞中，Cu＋填充了晶胞中8個(gè)四面體空隙，所以，兩種晶胞的側(cè)視圖是相同的，B項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)B項(xiàng)解析可知CuS晶胞中，S2－配位數(shù)為4，Cu2S晶胞中，S2－配位數(shù)為8，C項(xiàng)錯(cuò)誤。Cu2S晶胞中含有4個(gè)Cu2S，故Cu2S晶胞的密度為eq\f(640,NA×a3×10－30)g·cm－3，D項(xiàng)正確。8．金晶體是面心立方最密堆積，已知立方體的每個(gè)面上5個(gè)金原子緊密堆積，金原子半徑為rcm，則金晶體的空間利用率為()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面心立方最密堆積原子在晶胞中的位置關(guān)系如圖。金晶體為面心立方最密堆積，則晶胞面對(duì)角線為金原子半徑的4倍，金原子半徑為rcm，則晶胞的邊長為4r×eq\f(\r(2),2)＝2eq\r(2)rcm，每個(gè)金晶胞中含有4個(gè)原子，則金原子總體積為4×eq\f(4,3)πr3cm3，金晶胞體積為(2eq\r(2)rcm)3，故空間利用率為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、選擇題(每小題有一個(gè)或兩個(gè)選項(xiàng)符合題意)9．下列有關(guān)說法不正確的是()A．四水合銅離子([Cu(H2O)4]2＋)的模型如圖1所示，銅離子與水分子的氧原子形成4個(gè)配位鍵B．CaF2晶體的晶胞如圖2所示，每個(gè)CaF2晶胞平均占有4個(gè)Ca2＋C．H原子的電子云圖如圖3所示，電子云密度大的區(qū)域電子數(shù)目多D．金屬Cu的晶胞結(jié)構(gòu)如圖4所示，晶胞中Cu原子的配位數(shù)為8解析：CD四水合銅離子中，銅離子提供4個(gè)空軌道，每個(gè)水分子的氧原子提供1對(duì)孤對(duì)電子，形成4個(gè)配位鍵，A正確；CaF2晶體中，每個(gè)CaF2晶胞平均占有的Ca2＋數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B正確；H原子的電子云圖中，電子云密度大的區(qū)域僅表示電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，C錯(cuò)誤；金屬Cu的晶胞中，Cu原子的配位數(shù)為eq\f(3,2)×8＝12，D錯(cuò)誤。10.(2021·濰坊二模)SiO2是合成“中國藍(lán)”的重要原料之一。如圖是SiO2晶胞中Si原子沿z軸方向在xy平面的投影圖(即俯視投影圖，O原子略去。)，Si原子旁標(biāo)注的數(shù)字是Si原子位于z軸的高度，則SiA與SiB的距離是()A.eq\f(d,2) B．eq\f(\r(2),2)dC.eq\f(\r(3),3)d D．d解析：B根據(jù)題圖可知，Si原子在SiO2晶胞中位置如圖，其中ABCD四個(gè)Si原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，且AB距離等于CD距離，AB距離在底面投影為底面面對(duì)角線的一半，則SiA與SiB的距離＝eq\f(1,2)×eq\r(2)d＝eq\f(\r(2),2)d，故B正確。11.元素X的某價(jià)態(tài)離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個(gè)電子層，它與N3－形成晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．X元素的原子序數(shù)是19B．該晶體中陽離子與陰離子個(gè)數(shù)比為1∶3C．Xn＋中n＝1D．晶體中每個(gè)Xn＋周圍有2個(gè)等距離且最近的N3－解析：AB從“元素X的某價(jià)態(tài)離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個(gè)電子層”可以看出，Xn＋共有28個(gè)電子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖中Xn＋位于每條棱的中點(diǎn)，一個(gè)晶胞擁有的Xn＋個(gè)數(shù)為12×eq\f(1,4)＝3，N3－位于頂點(diǎn)，一個(gè)晶胞擁有N3－的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于該物質(zhì)的化學(xué)式為X3N，故X顯＋1價(jià)，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)正確。12.以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。如圖中原子1的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，則原子2和3的坐標(biāo)中正確的是()A．原子2為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2))) B．原子2為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))C．原子3為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，0，\f(1,2))) D．原子3為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))解析：D原子1的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，則坐標(biāo)系為，原子2在晶胞底面的中心，2的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))；原子3在坐標(biāo)系z(mì)軸所在棱的一半，3的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))，故選D。三、非選擇題13．微量元素硼對(duì)植物的生長和人體骨骼的健康有著十分重要的作用。請(qǐng)回答下列問題：(1)區(qū)分晶體硼和無定形硼科學(xué)的方法為_________________________________。(2)下列B原子基態(tài)的價(jià)層電子排布圖中正確的是_________________________。(3)NaBH4是重要的儲(chǔ)氫載體，陰離子的空間結(jié)構(gòu)為____________。(4)三硫化四磷分子(結(jié)構(gòu)如圖1所示)是________分子(填“極性”或“非極性”)。(5)圖2表示多硼酸根離子的一種無限長的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其化學(xué)式可表示為________。(6)硼酸晶體是片層結(jié)構(gòu)，其中一層的結(jié)構(gòu)如圖3所示。硼酸在冷水中溶解度很小，但在熱水中較大，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)立方氮化硼(BN)是新型高強(qiáng)度耐磨材料，可作為金屬表面的保護(hù)層，其晶胞結(jié)構(gòu)(如圖4)與金剛石類似。已知該晶體密度為ag/cm3，則晶體中兩個(gè)最近N原子間的距離為________pm。(用含a的代數(shù)式表示，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)解析：(2)B原子價(jià)電子有3個(gè)電子，2s能級(jí)上有2個(gè)電子，2p能級(jí)上有1個(gè)電子，其價(jià)電子排布圖為。(3)NaBH4是一種重要的儲(chǔ)氫載體，陰離子的化學(xué)式為BHeq\o\al(－,4)，則其結(jié)構(gòu)式為，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。(4)P4S3中P原子能形成3個(gè)P—S鍵、含有一對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)為4，P原子采取sp3雜化，屬于極性分子；(5)從圖可看出，每個(gè)BOeq\o\al(2－,3)單元，都有一個(gè)B，有一個(gè)O完全屬于這個(gè)單元，剩余的2個(gè)O分別為2個(gè)BOeq\o\al(2－,3)單元共用，所以N(B)∶N(O)＝1∶(1＋2×1/2)＝1∶2，化學(xué)式為BOeq\o\al(－,2)或(BO2)eq\o\al(n－,n)或BnOeq\o\al(n－,2n)；(6)由于晶體中硼酸分子間以氫鍵締合在一起，難以溶解，加熱時(shí)，晶體中部分氫鍵被破壞，溶解度增大，所以硼酸晶體在冷水中溶解度很小，但在熱水中較大；(7)一個(gè)晶胞中B原子數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含N原子數(shù)＝4，一個(gè)晶胞的質(zhì)量eq\f(25×4,NA)g，根據(jù)ρ＝eq\f(m,V)，V＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(100,aNA)cm3，晶胞棱長為eq\r(3,\f(100,aNA))cm＝eq\r(3,\f(100,aNA))×1010pm，仔細(xì)觀察BN的晶胞結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)N位于晶胞中8個(gè)小立方體中互不相鄰的4個(gè)小立方體的體心，相鄰的兩個(gè)N原子之間的距離就是晶胞面對(duì)角線的一半，因此晶體中兩個(gè)最近的N原子間的距離為eq\f(\r(2),2)eq\r(3,\f(100,aNA))×1010pm。答案：(1)X射線衍射實(shí)驗(yàn)(2)A(3)正四面體形(4)極性(5)BOeq\o\al(－,2)或(BO2)eq\o\al(n－,n)或BnOeq\o\al(n－,2n)(6)晶體中硼酸分子間以氫鍵締合在一起，難以溶解，加熱時(shí)，晶體中部分氫鍵被破壞，硼酸分子與水分子形成氫鍵，溶解度增大(7)eq\f(\r(2),2)eq\r(3,\f(100,aNA))×101014.(1)氫化鋁鈉(NaAlH4)是一種新型輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，為長方體。寫出與AlHeq\o\al(－,4)空間結(jié)構(gòu)相同的一種分子：_____________(填化學(xué)式)。NaAlH4晶體中，與AlHeq\o\al(－,4)緊鄰且等距的Na＋有________個(gè)；NaAlH4晶體的密度為________g/cm3(用含a、NA的代數(shù)式表示)。(2)(2021·四川綿陽一次診斷節(jié)選)氮化鉬作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很好的發(fā)展前景。它屬于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面體空隙中，晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。氮化鉬的化學(xué)式為________，如果讓Li＋填入氮化鉬晶體的八面體空隙，一個(gè)晶胞最多可以填入________個(gè)Li＋。氮化鉬晶胞邊長為anm，晶體的密度ρ＝________g·cm－3(列出計(jì)算式，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。解析：(1)與AlHeq\o\al(－,4)空間結(jié)構(gòu)相同的分子有甲烷、CCl4等；NaAlH4晶體中，與AlHeq\o\al(－,4)緊鄰且等距的Na＋有8個(gè)：該晶胞體積為(a×a×2a×10－21)cm3，該晶胞中Na＋個(gè)數(shù)為6×eq\f(1,2)＋4×eq\f(1,4)＝4，AlHeq\o\al(－,4)個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4，NaAlH4晶體的密度為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)由題圖和題中信息知，Mo原子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心，1個(gè)晶胞含有Mo原子的個(gè)數(shù)為6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4，N原子位于晶胞的棱上和體心，1個(gè)晶胞含有N原子的個(gè)數(shù)為4×eq\f(1,4)＋1＝2，故氮化鉬的化學(xué)式為Mo2N；如圖所示，“3、6、7、8、9、12”位置的Mo原子構(gòu)成一個(gè)正八面體，然后以晶胞的12條棱中的任意一條為正八面體的中心軸線進(jìn)行分析，如“1、6、7、10”構(gòu)成一個(gè)正八面體的eq\f(1,4)，則12條棱形成12個(gè)eq\f(1,4)正八面體，故1個(gè)晶胞中共有4個(gè)正八面體，其中有2個(gè)正八面體空隙被N原子填充，因此Li＋填入氮化鉬晶體的八面體空隙時(shí)，一個(gè)晶胞最多可以填入2個(gè)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．鈦及其化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。(1)基態(tài)鈦原子的價(jià)電子排布式為______，與鈦同周期的元素中，基態(tài)原子的未成對(duì)電子數(shù)與鈦相同的有______種。(2)鈦比鋼輕、比鋁硬，是一種新興的結(jié)構(gòu)材料，鈦的硬度比鋁大的原因是________________________________________________________________________________。(3)在濃的TiCl3的鹽酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至飽和，可得到配位數(shù)為6、組成為TiCl3·6H2O的綠色晶體，該晶體中兩種配體的物質(zhì)的量之比為1∶5，則該配合離子的化學(xué)式為________________________________________________________________________。(4)半夾心結(jié)構(gòu)催化劑M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，其結(jié)構(gòu)如圖所示。①組成M的元素中，電負(fù)性最大的是________(填名稱)。②M中碳原子的雜化方式為________。③M中不含________(填代號(hào))。a．π鍵