第三节 晶体结构与性质 课时作业（实战演练）-【高考引领教学】高考化学一轮针对性复习方案（全国通用）

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第三节　晶体结构与性质  课时作业一、选择题1．（2022·湖北黄石高三上学期模拟）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。下列说法不正确的是（     ）。 A．K与O间的最短距离为0.315nm B．与K紧邻的O个数为8 C．在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于体心位置，O处于棱心位置 D．若KIO3晶体的密度为g•cm－3，则阿伏加德罗常数的值可表示为NA＝mol－1【答案】B【解析】A项：K与O间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即×0.446nm＝0.315nm，A项正确；B项：由晶胞结构可知，与K紧邻的O位于与其直接相连的1个立方体的3个面的面心，过该K原子的立方体共有8个，而每个面为2个立方体共用，则与K紧邻的O个数为3×8×＝12个，B项错误；C项：想象8个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心，C项正确；D项：设NA表示阿伏加德罗常数的值，由晶胞结构可知，其含有1个K，1个I，3个O，则该晶胞含有1个KIO3，故有×（0.446×10－7cm）3×NA＝（39+127+16×3）×1，则NA＝mol－1，D项正确；2. （ 2021年湖北省高考试题）某立方晶系的锑钾(Sb—K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是A. 该晶胞的体积为a3×10-36cm-3 B. K和Sb原子数之比为3∶1C. 与Sb最邻近的K原子数为4 D. K和Sb之间的最短距离为apm【答案】B【解析】A项：该晶胞的边长为，故晶胞的体积为，A项错误；B项：该晶胞中K的个数为，Sb的个数为，故K和Sb原子数之比为3∶1，B项正确；C项：以面心处Sb为研究对象，与Sb最邻近的K原子数为8，C项错误；D项：K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的，即，D项错误。故选B。3．（2022届百校联盟辽宁卷高三质监）氧化锌常作为金属缓蚀剂，其结构有很多种，其中一种立方晶胞结构如图，晶胞边长为a pm。下列说法错误的是（     ）。A．该晶体属于离子晶体B．O原子与O原子的最短距离为a pmC．Zn原子周围等距且最近的Zn原子数为6D．该晶胞中含有4个O原子，4个Zn原子【答案】C【解析】A项：氧化锌晶体属于离子晶体，A选项正确；B项：O原子与O原子的最短距离为面对角线的一半，即a pm，B选项正确；C项：氧化锌晶胞中Zn原子采用面心立方堆积，其配位数为12，即Zn原子周围等距且最近的Zn原子数为12，C选项错误D项：由图可知，该晶胞中内部含有4个氧原子，Zn原子位于晶胞的8个顶点和6个面的面心，故Zn原子的个数为8×+6×＝4个，D选项正确。4．（2022·上海杨浦区·高三模拟）已知：NaF的熔点993℃、MgF2的熔点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【答案】D【解析】A项：NaF与MgF2均为离子化合物，由阴阳离子构成，A正确；B项：离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷有关，一般来说，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强，B正确；C项：由于半径：r(Mg2+)<r(Na+)且Mg2+带电荷多，根据B选项规律，MgF2中离子键更强，C正确；D项：两者固态均属于离子晶体，离子晶体的熔沸点可根据晶格能判断，一般来说，离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大，相应离子晶体熔沸点高，由于半径：r(Mg2+)<r(Na+)且Mg2+带电荷多，故MgF2晶体晶格能更大，熔沸点高，所以离子晶体熔沸点与摩尔质量无关，D错误；故答案选D。5．（2022届湖北宜昌市·高三月考）下列有关说法正确的是（    ）A．水合铜离子的模型如图，该微粒中存在极性共价键、配位键、离子键B．CaF2晶体的晶胞如图，距离F-最近的Ca2+组成正四面体C．氢原子的电子云图如图，氢原子核外大多数电子在原子核附近运动D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图，为面心立方最密堆积，Cu原子的配位数均为12，晶胞空间利用率68%【答案】B【解析】A项：水合铜离子中水中的氧原子提供孤对电子与铜离子形成配位键，水中的H原子和O原子形成极性共价键，但不存在这离子键，A选项错误；B项：CaF2晶体的晶胞中，F-位于体心，而Ca2+位于顶点和面心，距离F-最近的Ca2+组成正四面体，B选项正确；C项：电子云密度表示电子在某一区域出现的机会的多少，H原子最外层只有一个电子，所以不存在大多数电子一说，只能说H原子的一个电子在原子核附近出现的机会多，C选项错误；D项：金属Cu中Cu原子堆积模型为面心立方最密堆积，配位数为12，但空间利用率为74%，D选项错误；答案选B。6．（2022届安徽省六安市高三期末检测）金晶体采用面心立方最密堆积方式，其晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数的值，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是（     ）。A．每个晶胞中含有4个Au原子B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取紧密堆积C．一个晶胞的体积是16d3D．晶体中Au的配位数为12【答案】C【解析】A项：金晶胞中含有8×+6×＝4个Au原子，A选项正确；B项：金属键无方向性和饱和性，在空间允许的情况下金属原子尽可能采取紧密堆积，B选项正确；C项：面心立方最密堆积方式的晶胞中，各个面的对角线上3个Au原子两两相切，Au原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d＝d，故晶胞的体积为（d）3＝2d3，C选项错误；D项：面心立方最密堆积方式的配位数为12，D选项正确。7．（2022届河北省迁安市高三二模）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1所示，铜离子位于硫离子所构成的正四面体中心，它们晶胞具有相同的侧视图如图2所示。Cu2S的晶胞参数为apm，阿伏伽德罗常数为NA。下列说法正确的是（     ）。A．S2－是面心立方最密堆积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－的配位数为8D．Cu2S晶胞的密度为g·cm－3【答案】A【解析】A项：由图1所示，S2－位于立方体的8个顶点和6个面的中心，属于面心立方最密堆积，A选项正确；B项：在CuS和Cu2S晶胞中都含有8×+6×＝4个S2－，因为Cu2S中N（Cu+）∶N（S2－）＝2∶1，则Cu2S晶胞中含有2×4＝8个Cu+，根据图2所知，Cu+位于晶胞内部的八个小立方体的体心，B选项错误；C项：因为CuS中N（Cu2+）∶N（S2－）＝1∶1，所以CuS晶胞中含有4个Cu2+，则Cu2+位于晶胞内部的八个小立方体中交替排列的四个小立方体的体心，顶点的S2－周围有8个小立方体，只有4个有Cu2+，则S2－的配位数为4，Cu2+的配位数和S2－的配位数相同，C选项错误；D项：Cu2S晶胞中含有4个Cu2S，晶胞的密度为＝＝＝＝g·cm－3，D选项错误。8．（2022届山东省青岛市高三统一质量检测）近日，科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2+和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是（     ）。A．F、Si和Ca电负性依次减小，原子半径依次增大B．OF2与SiO2中含有化学键类型和氧原子杂化方式均相同C．右图中A处原子分数坐标为（0，0，0），则B处原子分数坐标为（，，）D．脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，脱硅能力BaF2＜CaF2＜MgF2【答案】D【解析】A项：金属元素的电负性小于非金属元素的电负性，非金属性越强，电负性越大，则电负性：F＞Si＞Ca。同周期元素，原子序数越大原子半径越小，同主族元素，原子序数越大原子半径越大，则原子半径Ca＞Si＞F，A选项正确；B项：OF2与SiO2都是只含共价键的共价化合物，前者属于分子晶体，后者属于共价晶体，氧原子的价层电子对数都为4，原均采用sp3杂化，B选项正确；C项：由晶胞结构可知，A处到B处的距离为体对角线的，若A处原子分数坐标为（0，0，0），则B处原子分数坐标为（，，），C选项正确；D项：三种金属氟化物都是离子晶体，晶体提供自由氟离子的能力越强，阴阳离子间形成的离子键越弱，阴阳离子的电荷数均相同，离子半径Ba2+＞Ca2+＞Mg2+，则离子键强弱BaF2＜CaF2＜MgF2，则提供自由氟离子的能力BaF2＞CaF2＞MgF2，D选项错误。9．（2022届河北省冀州市高三三模）钴的一种化合物的晶胞结构如图所示，已知A点的原子坐标参数为（0，0，0），B点为（，0，）。下列说法中错误的是（     ）。    A．配合物中Co2+的价电子排布式为3d7    B．钴的配位数为6    C．C点的原子坐标参数为（，，）    D．该物质的化学式为TiCoO2【答案】D【解析】A项：Co是27号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2，则Co2+的价电子排布式为3d7，A选项正确；B项：由图可知，1个Co2+处于6个O2－围成的正八面体的体心，其配位数为6，B选项正确；C项：C点处于立方体的体心，其原子坐标参数为（，，），C选项正确；D项：该晶胞中，N（O2－）＝6×＝3，N（Ti4+）＝8×＝1，N（Co2+）＝1，所以该物质的化学式为TiCoO3，D选项错误。10．（2022·辽宁高三二模）FeO晶胞结构如图所示，其摩尔质量为Mg/mol，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为dg/cm3，下列说法错误的是A．Fe位于第四周期第ⅧB族，属于d区B．Fe2+的电子排布简式为[Ar]3d6C．该晶体中，距Fe2+最近的O2-形成正八面体D．该晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为cm【答案】A【解析】A项：Fe位于第四周期第Ⅷ族，铁不是副族元素，故A错误；B项：Fe是26号元素，Fe失去最外层2个电子生成Fe2+，Fe2+的电子排布简式为[Ar]3d6，故B正确；C项：该晶体中，距Fe2+最近的O2-有6个，形成正八面体，故C正确；D项：设晶胞边长为a，根据均摊原则，每个晶胞含有4个FeO，则，a= ，该晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为面对角线的一半，所以距离为cm，故D正确；选A。11．（2022届辽宁高三三模）Al2O3在一定条件下可制得硬度大、熔点高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞结构如图所示，下列说法不正确的是A．氮化铝为原子晶体(共价晶体)B．第一电离能由大到小的顺序为：N＞O＞AlC．氮化铝晶体中N原子配位数为2D．氮化铝可用于制造切割金属的刀具【答案】C【解析】A项：氮化铝(AlN) 硬度大、熔点高，符合原子晶体(共价晶体)的特征，因此氮化铝(AlN)为原子晶体(共价晶体)，故A正确；B项：同一周期，从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，第一电离能：N＞O＞B；同一主族，从上到下，元素的第一电离能逐渐减小，第一电离能：B＞Al，因此第一电离能由大到小的顺序为：N＞O＞Al，故B正确；C项：晶胞中Al原子与周围最近的4个N原子形成正四面体，Al位于正四面体中心，N原子位于正四面体顶点，故Al原子配位数为4，结合AlN的化学式，N原子的配位数为4，故C错误；D项：氮化铝(AlN)熔沸点高，硬度大，可用于制造切割金属的刀具，故D正确；故选C。12．（2022·辽宁葫芦岛市·高三一模）某分子晶体晶胞结构模型如图，下列说法正确的是A．该晶胞模型为分子密堆积B．该晶胞中分子的配位数为8C．分子晶体的晶胞均可用此模型表示D．该晶体熔沸点高、硬度大【答案】A【解析】A项：该分子晶体为二氧化碳晶体，以一个分子为中心，周围可以有12个紧密的分子的特征称为分子密堆积，故A正确；B项：二氧化碳晶体配位数为12，故B错误；C项：分子晶体晶胞类型很多，还有简单立方堆积等，故C错误；D项：分子晶体的沸点低、硬度小，故D错误；故选：A。13．（2022·湖北高三模拟）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，单层黑磷叫黑磷烯，其结构如图1所示。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。下列说法不正确的是A．黑磷烯中最小的环为六元环，每个环平均含有2个P原子B．黑磷区中P-P键的键能不完全相同C．复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属范德华力D．石墨与黑磷的交界结合区域中，P原子与C原子共平面【答案】C【解析】A项：由图可知，黑磷烯中最小的环为六元环，每个P原子为3个环所共有，则每个环中P原子的个数为6×=2个，故A正确；B项：由图可知，石墨与黑磷的交界结合区域中P原子与C原子形成P—C键，导致黑磷区中P—P键的键长、键能不完全相同，故B正确；C项：由石墨与黑磷制备该复合材料的过程中会形成P—C键，则复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力是共价键，故C错误；D项：石碳原子为sp2杂化，与六元环中碳原子相连的原子与六元环共面，则墨与黑磷的交界结合区域中，磷原子与碳原子共平面，故D正确；故选C。14．（2022届高三八省联考河北卷）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（     ）。A．该结构单元中O原子数为3B．Ni和Mg间的最短距离是C．Ni的配位数为4D．该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4【答案】D【解析】A项：由均摊法可知该结构单元中O原子数＝1+12×＝4，A错误；B项：由图可知，Ni和Mg间的最短距离为晶胞面对角线的一半，即l＝＝，B错误；C项：由晶胞可知Ni的配位数为6，C错误；D项：1个晶胞中Li的个数＝1×0.5＝0.5，Mg的个数＝2×0.5+1×＝1.125，Ni的个数＝7×+3×0.5＝2.375，O的个数＝4，因此该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4，D正确。二、主观题15．（2022届安徽省安庆市高三二模）原子簇化学和团簇化学是化学中极其活跃的领域。回答下列问题。（1）科研工作者利用我国自主研发的高灵敏度光谱仪发现了一种由多个苯环形成的团簇新物种Al（C6H6）13+。在组成该团簇物种的元素中，基态原子未成对电子数最多的是_______（填元素符号）。Al元素的第一电离能小于第二电离能的原因是________________________________。（2）P4和S8都属于裸原子簇分子，其结构如图。S8中S原子的杂化方式是_______，P和S的简单氢化物均含有______________，因而可与部分金属元素形成配合物。（3）P、O之间可以形成双键，但P、S之间却难以形成，其原因是______________。P4S3是一种保持P4骨架结构的分子，各原子均满足8电子稳定结构，且S原子之间不成键，则其分子结构可能为（在下面方框中画出其结构）。（4）Ca和B可以形成一种离子型簇合物，晶胞结构如图，其化学式为________，若其晶胞边长为apm，则其密度的计算式为ρ＝________g•cm－3（阿伏伽德罗常数用NA表示）。【答案】（1）C；Al+带有正电荷，相比Al更难失去电子，电离能更大（2）sp3；孤对电子（3）S原子半径比O大，其电子云难以和P肩并肩重叠形成π键；（4）CaB6；或【解析】（1）Al、C、H的未成对电子分别是1、2、1，故未成对电子最多的是C。第一电离能是Al失去电子所需能量，第二电离能是Al+失去电子所需能量。由于Al+带有正电荷，正电荷对电子的吸引力强，相比Al更难失去电子，所以电离能更大。（2）由图可知S8中，S原子形成2个键，每个S原子上还有2对孤对电子，所以S上形成4个轨道，其杂化方式为sp3。PH3和H2S中P和S中都含有孤对电子，金属元素中含有空轨道，因而二者可以形成配位键。（3）O原子半径较小，可以比较近的靠近P，进而肩并肩重叠形成π键，而S的半径较大，难以形成双键。P4S3在保持P4结构基础上形成，因此只需要在P4结构中P－P之间插入三个S原子即可，其结构式为。（4）由图可知6个B原子形成1个团簇结构位于晶胞的八个顶点上，则晶胞中含有团簇的个数为8×＝1，即晶胞中含有6个B原子和1个Ca原子，其化学式为CaB6。则晶胞的密度公式为＝＝＝＝g•cm－3＝g•cm－3。16．（2022届八省联考题）科学工作者合成了含镁、镍、碳3种元素的超导材料，具有良好的应用前景。回答下列问题：（1）镍元素位于周期表第______列，基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数量比为______。（2）在CO分子中，C与O之间形成____个σ键、______个π键，在这些化学键中，O原子共提供了______个电子。（3）第二周期元素的第一电离能（I1）随原子序数（Z）的变化情况如图。I1随Z的递增而呈增大趋势的原因是_________________________________，原子核对外层电子的引力增大。导致I1在a点出现齿峰的原因是________________________。（4）下列分子或离子与CO2具有相同类型化学键和立体构型的是______（填标号）。    A．SO2    B．OCN－    C．HF2－    D．NO2+（5）过渡金属与O形成羰基配合物时，每个CO分子向中心原子提供2个电子，最终使中心原子的电子总数与同周期的稀有气体原子相同，称为有效原子序数规则。根据此规则推断，镍与CO形成的羰基配合物Ni（CO）x中，x＝______。 （6）在某种含镁、镍、碳3种元素的超导材料晶体中，镁原子和镍原子一起以立方最密堆积方式形成有序结构。结构中的两种八面体空隙，一种完全由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子共同构成，碳原子只填充在由镍原子构成的八面体空隙中，晶胞如图所示。    ①组成该晶体的化学式为_________。    ②完全由镍原子构成的八面体空隙与由镍原子和镁原子共同构成的八面体空隙的数量比为______，由镍原子和镁原子共同构成的八面体空隙中镍原子和镁原子的数量比为______。    ③若取碳原子为晶胞顶点，则镍原子位于晶胞的______位置。【答案】（1）10；3∶1（2）1，2，4（3）随原子序数增大，核电荷数增大，原子半径逐渐减小；N元素原子的2p能级轨道半满，更稳定（4）BD（5）4（6）①MgNi3C②1∶3；2∶1③棱心【解析】（1）Ni是28号元素，位于第四周期第Ⅷ族的第三列，则为周期表的第10列；其d轨道的电子排布为3d8，有3对（6个）成对电子和2个单电子，数量比为6∶2＝3∶1；（2）在CO分子中形成碳氧三键，C与O之间形成1个σ键、2个π键，其中一个π键为O原子提供孤电子对，C原子提供空轨道形成的配位键，所以O原子共提供了4个电子；（3）I1随Z的递增而呈增大趋势的原因是随原子序数增大，原子半径逐渐减小，原子核对外层电子的引力增大；a点为第ⅤA族元素，即N元素，其最高能层的p能级轨道半满，更稳定，第一电离能大于相邻元素，所以出现齿峰；（4）CO2只含有极性共价键，立体构型为直线型。SO2只含有极性键，但空间构型为V形，故A符合题意；OCN－只含有极性键，与CO2为等电子体，空间构型相同，故B符合题意；HF2－是由F－和HF通过氢键形成，故C不符合题意；NO2+只含有极性键，与CO2为等电子体，空间构型相同，故D符合题意；综上所述答案为BD；（5）Ni原子核外电子数为28，同周期的稀有气体元素为Kr，原子序数为36，每一个CO可提供2个电子，所以x＝＝4；（6）①根据均摊法，C原子位于晶胞内部，个数为1，Mg原子位于顶点，个数为8×＝1，Ni原子位于面心，个数为6×＝3，所以化学式为MgNi3C；②据图可知镍原子构成的八面体空隙数目为1，每条棱上的两个镁原子与相邻面心的镍原子构成正八面体空隙的，所以镍原子和镁原子共同构成的八面体空隙为12×＝3，则完全由镍原子构成的八面体空隙与由镍原子和镁原子共同构成的八面体空隙的数量比为1∶3；镍原子和镁原子共同构成的八面体空隙中有2个镁原子、4个镍原子，所以镍原子和镁原子的数量比2∶1；③若取碳原子为晶胞顶点，据图可知镍原子位于两个C原子之间，即棱心上。