高考化学一轮复习课时分层作业三十九晶体结构与性质含解析新人教版

这是一份高考化学一轮复习课时分层作业三十九晶体结构与性质含解析新人教版，共10页。试卷主要包含了第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下，铁是最常见的金属材料等内容，欢迎下载使用。


1．(2021年辽宁适应性测试)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是( )
A.11BN和10BN的性质无差异
B．该晶体具有良好的导电性
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
【解析】选D。11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但物理性质有差异，A错误；该晶体结构中无自由移动的离子和电子，不具有导电性，B错误；该晶胞中，顶点上的B原子个数为8× eq \f(1,8) ＝1，面心上的B原子个数为6× eq \f(1,2) ＝3，共有4个B原子，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，每个B原子又分别和3个N原子成键，所以N原子周围等距且最近的N原子数为3×4＝12个，D正确。
2．(2021·扶余模拟)钛酸钡是陶瓷材料，其晶胞结构如图1，某碳镍镁超导体材料的晶胞结构如图2。下列推断错误的是( )
A.钛酸钡的化学式为BaTiO3
B．每个钛离子与周围8个氧离子等距离且最近
C．图2晶体的化学式为 MgNi3C
D．图1和图2都是立方晶胞
【解析】选B。据图知，Ba位于体心、Ti位于顶点，则其数目＝ eq \f(1,8) ×8＝1，O位于棱上，则其数目＝ eq \f(1,4) ×12＝3，故数目比Ba∶Ti∶O＝1∶1∶3，钛酸钡的化学式为BaTiO3，A正确；由图知，每个钛离子与周围6个氧离子等距离且最近，B错误；Mg原子的个数为 eq \f(1,8) ×8＝1，Ni原子的个数为6× eq \f(1,2) ＝3，C原子的个数为1，则图2晶体的化学式为MgNi3C, C正确；由图知图1和图2都是立方晶胞，D正确。
3．(1)第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下：
分解温度为什么越来越高？ _______________________________________。
(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，如图1是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构，该合金储氢后，含1 ml La的合金可吸附H2的数目为__________。

(3)碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅、②硝酸钾、③金刚石、④碳化硅、⑤干冰、⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是__________(填字母)。
(4)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图2所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为__________。
②继C60后，科学家又合成了Si60、N60，请解释如下现象。熔点：Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量：N60>C60>Si60，其原因是_____________________。
【解析】(1)在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。
(2)由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有8× eq \f(1,8) ＝1，Ni位于面心和体心，共含有8× eq \f(1,2) ＋1＝5，H2位于棱上和面心，共有8× eq \f(1,4) ＋2× eq \f(1,2) ＝3，则含1 ml La的合金可吸附H2的物质的量为3 ml，数目为3NA。
(3)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si碳化硅>晶体硅。
(4)①K处于晶胞表面：12× eq \f(1,2) ＝6，C60处于晶胞顶点和体心：8× eq \f(1,8) ＋1＝2。故K原子和C60分子的个数比为6∶2＝3∶1。②熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
答案：(1)阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强
(2)3NA (3)③④①②⑥⑤
(4)①3∶1 ②结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60>N60>C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60
4．(2021·福州模拟)(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是__________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的__________，而Cl－位于该晶胞的__________，Cs＋的配位数是__________。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式： ______________________________________________________________。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“”表示的离子是__________(填离子符号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是__________。
其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有__________个。
【解析】(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8× eq \f(1,8) ＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。
(2)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。
(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。
(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的
Mg2＋有12个。
答案：(1)2 体心 顶点 8
(2)2CuH＋3Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2CuCl2＋2HCl
(3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
【加固训练——拔高】
(2021·柳州模拟)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，据此回答下列问题。
(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过__________方法区分晶体、准晶体和非晶体；
(2)CuO在高温时分解为O2和Cu2O，请从阳离子的结构来说明在高温时，Cu2O比CuO更稳定的原因是______________________________________________；
Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有__________个铜原子；
(3)经验规律告诉我们，当成键的两个原子电负性x的差值Δx大于1.7时，原子间一般形成的是离子键；Δx小于1.7时，原子间一般形成的是共价键。已知x(Fe)＝1.8，x(Cl)＝3.1，据此推断化合物FeCl3中Fe—Cl键的共用电子对偏向__________原子(填名称)，FeCl3属于______________(填“共价化合物”或“离子化合物”)；
(4)某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。正六棱柱底边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为__________g·cm－3(用代数式表示)。
【解析】(1)从外观无法区分晶体、准晶体和非晶体，但用X光照射会发现：晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间，因此通过有无衍射现象即可确定；
(2)在Cu2O中Cu＋原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d10，处于d轨道的全充满的稳定状态，而若再失去1个电子变为Cu2＋时1s22s22p63s23p63d9，是不稳定的状态，CuO在高温时分解为O2和Cu2O；该晶胞中O原子数为4×1＋6× eq \f(1,2) ＋8× eq \f(1,8) ＝8，由Cu2O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，所以该晶胞中含有Cu原子个数为16个；
(3)Δx＝x(Cl)－x(Fe)＝3.1－1.8＝1.3＜1.7，化合物FeCl3中Fe—Cl键为共价键，FeCl3属于共价化合物，氯原子吸引电子的能力大于铁原子，共用电子对偏向氯原子；
(4)图中结构单元底面为正六边形，边长为a cm，底面面积为6× eq \f(1,2) ×a cm×a cm×sin60°＝ eq \f(3\r(3),2) a2cm2，结构单元的体积V＝ eq \f(3\r(3),2) a2 cm2×c cm＝ eq \f(3\r(3),2) a2c cm3，结构单元中含有N原子数为2，含有的Fe原子数为12× eq \f(1,6) ＋2× eq \f(1,2) ＋3＝6，该晶胞的质量m＝ eq \f(2×14＋6×56,NA) ＝ eq \f(364,NA) g，所以该晶体密度ρ＝ eq \f(m,V) ＝
eq \f(728,3\r(3)×a2cNA) g·cm－3。
答案：(1)X-射线衍射
(2)Cu2O中Cu＋的3d轨道处于全充满的稳定状态，而CuO中Cu2＋的3d轨道排布为3d9，能量高，不稳定 16
(3)氯 共价化合物
(4) eq \f(728,3\r(3)×a2cNA)
5．太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。
(1)基态钙原子的电子排布式为__________，金属钴的堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是__________。
(2)晶体硼的结构单元是正二十面体(如图1)，每个单元中有12个硼原子，其中有2个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有__________种不同的结构类型，该结构单元含有__________个B—B键。
(3)六方相氮化硼的结构与石墨相似，B的杂化方式是__________，其不导电的原因是_____________________________________________________________。
(4)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图2所示。
①该晶体中与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有__________个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有__________个，这几个N原子形成的空间形状是__________。
②该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点，其原因是___________________________________________________________________。
(5)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图3所示)，若该晶胞的棱长为
a nm，密度为ρ g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为__________。
【解析】(1)基态钙原子核外有20个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2。镁、钴是六方最密堆积，其配位数为12。
(2)晶体硼的结构类型取决于2个10B原子的相对位置，2个10B相邻、相间或相对，所以共有3种结构类型；1个硼原子形成5根B—B键，则1个硼原子占有的B—B键为5× eq \f(1,2) ＝2.5，该结构单元含有B—B键的数目为2.5×12＝30。
(3)六方相氮化硼中1个硼原子与3个氮原子结合，硼原子的杂化类型为sp2杂化；六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子。
(4)①与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个(在Ti原子的上、下、左、右、前、后)。②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能，因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。
(5)该晶胞中C的个数为8× eq \f(1,8) ＋1＝2，则该晶胞的质量为 eq \f(2M,NA) g＝ρ g·cm－3×(a×10－7 cm)3，M＝5a3ρNA×10－22。
答案：(1)1s22s22p63s23p64s2(或[Ar]4s2) 12
(2)3 30
(3)sp2杂化 层状结构中没有自由移动的电子
(4)①12 6 正八面体 ②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能
(5)5a3ρNA×10－22
6．(2021年湖北适应性测试)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。W是宇宙中最丰富的元素，W2X是维持生命过程的必需物质，WY可用于玻璃的刻蚀，ZX2是酸雨的主要形成原因之一，室温下化合物ZY4是气体。下列说法错误的是( )
A．Y的第一电离能在四种元素中最大
B．W2X和ZX2的中心原子分别为sp3和sp2杂化
C．W2X的沸点高于W2Z的沸点
D．ZY4分子中原子均为8电子结构
【解析】选D。宇宙中最丰富的元素为H元素，故X为H元素。W2X是维持生命过程的必需物质，故W2X为H2O，X为O元素。WY可用于玻璃的刻蚀，WY为HF，故Y为F元素。ZX2是酸雨的主要形成原因之一，ZX2为SO2，Z为S元素。H、O、F、S四种原子中，第一电离能最大的为F，故A正确；H2O中O原子的杂化方式为sp3杂化，SO2中S原子的杂化方式为sp2杂化，故B正确；H2O分子间含有氢键，其沸点高于H2S，故C正确；在SF4中硫最外层有6个电子，再共用4个电子，最外层则有10个电子，而不是8电子稳定结构，故D错误。
7．(2021·厦门模拟)我国科学家合成太阳能电池材料(CH3NH3)PbI3，其晶体结构如图，属于立方晶系，晶体密度为ρ g·cm－3。其中A代表(CH3NH3)＋；原子坐标参数A为(0，0，0)，B为( eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) )，下列说法错误的是( )
A.B代表Pb2＋
B．每个晶胞含有I－的数目为 6
C．M的原子坐标参数为( eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ，0)
D．(CH3NH3)PbI3的摩尔质量为ρ·a3×6.02×10－7 g·ml－1
【解析】选B。A代表(CH3NH3)＋，微粒数为2，而B代表微粒数也为2，所以B代表Pb2＋，A正确；图中是由两个晶胞构成，每个晶胞含有I－数目为6× eq \f(1,2) ＝3，B错误；M点处于xOy面上，由B的晶胞参数可知，M点的坐标是( eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ，0)，C正确；可由晶胞的密度计算(CH3NH3)PbI3的摩尔质量，ρ＝ eq \f(\f(M,6.02×1023)×1,a3×10－30) ，解得M＝ρ×a3×6.02×10－7 g·ml－1，D正确。
8．2020年11月5日至10日，第三届中国国际进口博览会在中国上海举办。在汽车展区展出了多款各种类型的汽车。其中现代XCIENT是全球首款量产氢燃料重型卡车，被称为最环保的重型卡车。对氢燃料汽车开发而言，高效储氢材料是最重要的研究方向。
(1)H3BNH3是一种潜在的储氢材料，其中N原子的价电子排布式为__________。
(2)CH4、H2O、CO2的键角由大到小的顺序为__________，B、C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为__________。
(3)C16S8是新型环烯类储氢材料，研究证明其分子呈平面结构(如图所示)。
①C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为______________。
②测得C16S8中碳硫键的键长介于C—S键和C===S键之间，其原因可能是___________________________________________________________________。
(4)某种铜银合金晶体具有储氢功能，它是面心立方最密堆积结构，Cu原子位于面心，Ag原子位于顶点，H原子可进入由Cu原子和Ag原子构成的四面体空隙中。若将Cu、Ag原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(如图)相似，该晶体储氢后的化学式为__________。
(5)MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图所示，该晶体的密度为ρ g·cm－3，则该晶胞的体积为__________cm3(用含ρ、NA的代数式表示)。
【解析】(1)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，价电子排布式为2s22p3；
(2)甲烷分子中键角为109°28′，水分子中因孤对电子对H－O键的挤压，导致键角小于109°28′，而二氧化碳中的键角为180°，因此键角由大到小的顺序为CO2>CH4>H2O；同周期元素随着原子序数的增加，第一电离能越来越大，但是考虑到氮原子2p3为半满的稳定结构，因此电离能最大，故电离能大小排序为N>O>C>B;
(3)①每个碳原子周围有3个碳原子，有3个σ键和1个π键，因此是sp2杂化，而每个硫原子周围有2个原子，还有2对孤对电子，因此为sp3杂化；
②由于C16S8中碳硫键具有一定程度的双键性质，双键的长度比单键短，因此碳硫键的长度介于C—S和C===S之间；
(4)处于顶点的原子按 eq \f(1,8) 计算，处于面心的原子按 eq \f(1,2) 计算，而处于晶体内部的原子按整个计算，铜原子位于面心，因此一共有6× eq \f(1,2) ＝3个铜原子，银原子位于顶点，因此一共有8× eq \f(1,8) ＝1个银原子，而氢原子全部嵌在晶体内，一共有8个氢原子，故储氢后的化学式为Cu3AgH8;
(5)晶胞中含有2个Mg、4个H，直接代入二者的原子量算出单个晶胞的质量为 eq \f(24×2＋4,NA) g＝ eq \f(52,NA) g，代入ρ＝ eq \f(m,V) 后得出V＝ eq \f(52,ρ·NA) cm3。
答案：(1)2s22p3 (2)CO2>CH4>H2O N>O>C>B
(3)①碳原子为sp2杂化，硫原子为sp3杂化
②C16S8中碳硫键具有一定程度的双键性质
(4)Cu3AgH8 (5) eq \f(52,ρ·NA)
9．(2021·长春模拟)铁是最常见的金属材料。铁能形成 [Fe(H2NCONH2)6](NO3)3[三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)]和Fe(CO)x等多种配合物。
(1)基态Fe3＋的M层电子排布式为__________________________；
(2)尿素(H2NCONH2)分子中C、N原子的杂化方式分别是__________、__________；
(3)配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x＝________。 Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为－20.5 ℃，沸点为103 ℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于__________(填晶体类型)。
(4)常温条件下，铁的晶体采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为__________，如果铁的原子半径为a cm，阿伏加德常数的值为NA，则此种铁单质的密度表达式为__________g·cm－3。
【解析】(1)Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe3＋，Fe3＋电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则M层电子排布式为3s23p63d5；
(2)尿素(H2NCONH2)分子中C原子与O原子之间形成C===O双键，与N原子之间形成C—N单键，没有孤对电子，其杂化轨道数目为3，杂化方式为sp2杂化；尿素分子中N原子的价层电子对数为 eq \f(5＋3,2) ＝4，所以N原子的杂化方式为sp3;
(3)Fe原子最外层电子数为8，CO为配体，CO分子提供1对电子，则8＋2x＝18，故x＝5；Fe(CO)x常温下呈液态，熔沸点低，易溶于非极性溶剂，可判断Fe(CO)x晶体属于分子晶体；
(4)Fe元素对应的单质在形成晶体时，采用题图所示的堆积方式，则这种堆积模型为体心立方堆积，即在立方体的中心有一个铁原子，与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点，所以铁的配位数为8，每个晶胞中含有的铁原子数＝1＋8× eq \f(1,8) ＝2，如果Fe的原子半径为a cm，其体对角线为4个原子半径距离，则晶胞棱长＝ eq \f(4a,\r(3)) cm，其密度＝ eq \f(\f(M,NA)×2,（\f(4a,\r(3))）3) g·cm－3＝ eq \f(\f(56,NA)×2,（\f(4a,\r(3))）3) g·cm－3＝ eq \f(112,（\f(4a,\r(3))）3NA) g·cm－3。
答案：(1)3s23p63d5 (2)sp2 sp3
(3)5 分子晶体 (4)8 eq \f(112,（\f(4a,\r(3))）3NA) 物质
BeCO3
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
分解温度
100 ℃
540 ℃
960 ℃
1 289 ℃
1 360 ℃
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/(kJ·ml－1)
786
715
3 401