练案[32]　选修3　第32讲　晶体结构与性质

[练案32]

第32讲　晶体结构与性质

A组　基础必做题

1．下列关于晶体的说法中，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一定是离子晶体　③共价键可决定分子晶体的熔、沸点　④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小　⑤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　⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定　⑦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6

A．①②③ B．②③④

C．④⑤⑥ D．②③⑦

[解析]　晶体中原子呈周期性有序排列，且有自范性，非晶体中原子排列相对无序，无自范性，可以用X－射线衍射实验鉴别晶体和非晶体，①正确；含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，例如金属晶体中也含有阳离子，但含有阴离子的晶体一定是离子晶体，②不正确；决定分子晶体熔、沸点的是分子间作用力，共价键决定分子的稳定性，③不正确；晶格能与离子半径成反比、与离子电荷成正比，镁离子，氧离子电荷数都大于钠离子、氯离子，且镁离子半径小于钠离子，氧离子半径小于氯离子，所以MgO的晶格能远比NaCl大，④正确；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，具有自范性，非晶体中原子排列相对无序，无自范性，故⑤正确；在以没有方向性和饱和性的作用力结合形成晶体时，晶体尽量采取紧密堆积方式以使其变得比较稳定，故⑥正确；干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻，CsCl晶体中阴阳离子配位数8、NaCl晶体中阴阳离子配位数6，故⑦错误。

2．(2021·湖北新高考适应性考试)已知NixMg1－xO晶体属立方晶系，晶胞边长a。将Li＋掺杂到该晶胞中，可得到一种高性能的p型太阳能电池材料，其结构单元如图所示。

假定掺杂后的晶胞参数不发生变化，下列说法正确的是(　B　)

A．该结构单元中O原子数为3

B．Ni和Mg间的最短距离是a

C．Ni的配位数为4

D．该物质的化学式为Li0.5Mg1.12Ni2.38O4

[解析]　根据晶胞分摊原则，12个棱上有氧原子：12×＝3，晶胞体心有一个氧原子，结构单元内共有O原子数为4，A错误；Ni和Mg间的最短距离为晶胞面对角线的，面对角线长为a，所以Ni和Mg间的最短距离为a，B正确；Ni的配位数为6，C错误；根据分摊原则：1个位于面上的Li，结构单元分得1×＝0.5(个)，两个位于面上的Mg,1个位于顶点上的Mg，结构单元分得2×＋1×＝1.125(个)，3个位于面上的Ni,7个位于顶点上的Ni，结构单元分得3×＋7×＝2.375(个)，该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4，D错误。

3．(2020·山东等级考模拟卷)利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是(　D　)

A．C(金刚石)属于原子晶体

B．该反应利用了Na的强还原性

C．CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式相同

D．NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋

[解析]　金刚石晶体中每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构，形成的晶体为原子晶体，故A正确；该反应中Na由0价→＋1价，作还原剂，将CCl4还原，故B正确；CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式都是sp3杂化，故C正确；NaCl晶体中每个Na＋周围等距且紧邻6个Cl－，每个Cl－周围等距且紧邻6个Na＋，配位数为6，故D错误。

4．下列有关说法不正确的是(　C　)

A．四水合铜离子的模型如图1所示，1个四水合铜离子中有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．某气态团簇分子结构如图3所示，该气态团簇分子的分子式为EF或FE

D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图4所示，为面心立方最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12

[解析]　A项，四水合铜离子中铜离子的配位数为4，配体是水，水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键，正确；B项，根据均摊法可知，在CaF2晶体的晶胞中，每个CaF2晶胞平均占有Ca2＋个数为8×＋6×＝4，正确；C项，图示为一气态团簇分子，分子式为E4F4或F4E4，不能用均摊法，不正确；D项，在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，其周围的原子有同一层上的六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子的配位数均为12，正确。

5．(2021·四川广安调研)现有A、X、Y、Z、W五种元素，它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期序数相同；X基态原子的L层中有3个未成对电子；Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋状态与2p轨道其他电子不同；Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子；W基态原子的最外层电子数为1，其余内层均充满电子。请回答下列问题：

(1)这五种元素中，电负性最大的元素基态原子的电子排布式是__1s22s22p4__，W位于元素周期表的__ds__(填“s”“p”“d”或“ds”)区。

(2)已知X2Y分子中Y原子只与一个X原子相连，请根据等电子原理写出X2Y的电子式：∶∶∶N∶∶∶，其中心原子的杂化轨道类型是__sp__,1 mol X2 Y含有的π键数目为__2NA__。

(3)W可以形成配合物。A、X、Y、Z、W五种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈正四面体结构，该阴离子的化学式为__SO__；其阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图1所示)，该阳离子的化学式为__[Cu(NH3)4·(H2O)2]2＋__；该化合物加热时首先失去的成分是__H2O__，判断理由是__H2O与Cu2＋形成的配位键比NH3与Cu2＋形成的配位键弱__。

(4)W、X形成的某种化合物的晶胞结构为如图2所示的立方晶胞(其中X显－3价)，则其化学式为__Cu3N__。设阿伏加德罗常数的值为NA，距离最近的两个W粒子的核间距为a cm，则该晶体的密度为____g·cm－3。(用含有a和NA的代数式表示)

6．(1)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图所示。

①该晶体中与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，这几个N原子形成的空间形状是__正八面体__。

②该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点，其原因是__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__。

(2)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图所示)，若该晶胞的边长为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__5a3ρNA×10－22__。

 [解析]　(1)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。(2)该晶胞中Co原子的个数为8×＋1＝2，则该晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×(a×10－7 cm)3，Mr＝5a3ρNA×10－22。

B组　能力提升题

7．(2022·福建福州模拟)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　)

A．X元素的原子序数是19

B．该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1

C．Xn＋中n＝1

D．晶体中每个Xn＋周围有2个等距离且最近的N3－

[解析]　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×＝3，N3－位于顶点，一个晶胞拥有N3－的个数为8×＝1，B项正确；由于该物质的化学式为X3N，故X显＋1价，C项正确；D项正确。

8．金属钠晶体为体心立方晶胞，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA( mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　C　)

A． B．

C． D．

[解析]　根据ρ＝求得晶胞体积，再得到晶胞边长，因为金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切，所以钠原子的半径为晶胞体对角线的，据此可以确定钠原子的半径。因为金属钠晶体为体心立方晶胞，所以在晶胞中含有钠原子数为1＋8×＝2，设晶胞边长为x，根据ρ＝得，ρ＝，推出x＝，所以晶胞的体对角线长度为，因此钠原子半径为，故选C。

9．(2022·吉林扶余模拟)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(　B　)

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]　据图知，Ba位于体心、Ti位于顶点，则其数目＝×8＝1，O位于棱上，则其数目＝×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×8＝1，Ni原子的个数为6×＝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。

10．(2022·福建厦门模拟)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，下列说法错误的是(　B　)

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

D．(CH3NH3)PbI3的摩尔质量为ρ·a3×6.02×10－7 g·mol－1

[解析]　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×＝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，C正确；可由晶胞的密度计算(CH3NH3)PbI3的摩尔质量，ρ＝，解得M＝ρ×a3×6.02×10－7 g·mol－1，D正确。

11．(1)钠、钾、铬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__2__。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的__体心__，而Cl－位于该晶胞的__顶点__，Cs＋的配位数是__8__。

(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：__2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl__。

(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__F－__(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__TiN＞MgO＞CaO＞KCl__。其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有__12__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×＋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)由3种离子晶体的晶格能数据可知，离子所带电荷数越大，离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，熔点越高，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。

12．(2021·广东，20)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。

(1)基态硫原子价电子排布式为__3s23p4__。

(2)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为__H2O＞H2S＞CH4__。

(3)汞的原子序数为80，位于元素周期表第__六__周期第ⅡB族。

(4)化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的有__AD__。

A．在Ⅰ中S原子采取sp3杂化

B．在Ⅱ中S元素的电负性最大

C．在Ⅲ中C—C—C键角是180°

D．在Ⅲ中存在离子键与共价键

E．在Ⅳ中硫氧键的键能均相等

(5)汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物Ⅰ与化合物Ⅲ相比，水溶性较好的是__化合物Ⅲ__。

(6)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。

①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是__不能无隙并置成晶体，不是最小重复单元__。

②图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为__4__；该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb＝__1∶1∶2__。

③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为____g/cm3(列出算式)。

[解析]　(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，故价电子排布式为3s23p4。(2)H2O分子间有氢键，沸点最高，H2S的相对分子质量大于CH4，故沸点H2O＞H2S＞CH4。(3)由86号元素处于第六周期0族，并结合元素周期表的结构可知，80号元素也在第六周期。(4)Ⅰ中S原子形成两个σ键，有两对孤对电子，杂化方式为sp3，A项正确；在Ⅱ中O元素的电负性最大，B项错误；Ⅱ中三个碳原子不在一条直线上，C项错误；化合物Ⅳ是一种强酸，则化合物Ⅲ是一种钠盐，存在离子键，其他非金属元素原子间形成共价键，D项正确；Ⅳ中硫氧键有单键也有双键，键能不完全相等，E项错误。(5)化合物Ⅲ是一种钠盐，比有机化合物Ⅰ更易溶于水。(6)①组成晶体的最小重复单位称为晶胞，整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的，而图b不符合此条件，故不是晶胞。②图c晶胞中底面面心的原子是Hg原子，与其距离最近的Sb有两个，其下方的晶胞中还有两个距离最近的Sb，故X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4；每个晶胞中Hg原子数目为4×＋6×＝4，Ge原子数目为8×＋4×＋1＝4，Sb原子数目为8，故该晶胞中粒子个数比为Hg∶Ge∶Sb＝1∶1∶2。③每个晶胞含有的“HgGeSb2”数目为4，则1 mol“HgGeSb2”的体积为×NA,1 mol“HgGeSb2”的质量为Mr g，故X晶体的密度为 g/cm3。