终身会员
搜索
    上传资料 赚现金

    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析)

    立即下载
    加入资料篮
    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析)第1页
    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析)第2页
    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析)第3页
    还剩9页未读, 继续阅读
    下载需要10学贝 1学贝=0.1元
    使用下载券免费下载
    加入资料篮
    立即下载

    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析)

    展开

    这是一份高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题5 大题题空逐空突破(五) 晶胞的结构(含解析),共12页。试卷主要包含了常见原子晶体结构分析,氮化镓是一种半导体材料,硅和碳在同一主族等内容,欢迎下载使用。
    

    1.常见原子晶体结构分析
    晶体
    晶体结构
    结构分析
    金刚石

    (1)每个C与相邻4个C以共价键结合,形成正四面体结构
    (2)键角均为109°28′
    (3)最小碳环由6个C组成且6个C不在同一平面内
    (4)每个C参与4个C—C键的形成,C原子数与C—C键数之比为1∶2
    (5)密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
    SiO2

    (1)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构
    (2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”,因此二氧化硅晶体中Si与O的个数之比为1∶2
    (3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si
    (4)密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
    SiC、BP、AlN

    (1)每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构
    (2)密度:ρ(SiC)=;ρ(BP)=;ρ(AlN)=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)

    2.常见分子晶体结构分析
    晶体
    晶体结构
    结构分析
    干冰

    (1)每8个CO2构成1个立方体且在6个面的面心又各有1个CO2
    (2)每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个
    (3)密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
    白磷

    (1)面心立方最密堆积
    (2)密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)

    3.常见离子晶体结构分析
    典型离子晶体模型

    NaCl型
    CsCl型
    ZnS型
    CaF2型
    晶胞




    配位数及影响因素
    配位数
    6
    8
    4
    F-:4;Ca2+:8
    影响因素
    阳离子与阴离子的半径比值越大,配位数越多,另外配位数还与阴阳离子的电荷比和离子键的纯粹程度有关等
    密度的计算(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)






    1.[2020·全国卷Ⅰ,35(4)]LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有________个。

    电池充电时,LiFeO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=________,n(Fe2+ )∶n(Fe3+)=________。
    答案 4 或0.187 5 13∶3
    解析 根据(a)图,小圆点为Li+,位于顶点的Li+有8个,位于棱上的Li+有4个,位于面心的Li+有4个,晶胞中共含有Li+的个数为8×+4×+4×=4,所以每个晶胞中含有LiFePO4的单元数为4。由(b)图与(a)图相比知,(b)图中少了2个Li+,一个是棱上的,一个是面心上的,所以(b)图中物质含Li+的个数为8×+3×+3×=,=,x=。设化合物中Fe2+为y,Fe3+为1-y,由化合物呈电中性,(1-)×1+2y+3(1-y)=3,解得y=,1-y=,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=13∶3。
    2.[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东),17(4)]以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如下图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
    坐标
    原子
    x
    y
    z
    Cd
    0
    0
    0
    Sn
    0
    0
    0.5
    As
    0.25
    0.25
    0.125


    一个晶胞中有________个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有__________个。
    答案 4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
    解析 由题给原子的分数坐标和晶胞图示可知,小白球表示的是Sn原子,Sn原子位于面心和棱上,因此一个晶胞中含Sn原子的个数=6×+4×=4。由Sn和As的分数坐标可知,x、y轴上a pm长的分数坐标为1,z轴上2a pm长的分数坐标为1。小黑球表示的是Cd原子,与Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,其分数坐标分别为(0.5,0,0.25)和(0.5,0.5,0)。灰球表示的是As原子,每个Sn周围与Sn等距离的As原子有4个,即与单个Sn键合的As有4个。
    3.[2019·全国卷Ⅱ,35(4)]一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为________;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ=________g·cm-3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为,则原子2和3的坐标分别为________、________。

    答案 SmFeAsO1-xFx   
    解析 由晶胞结构中各原子所在位置可知,该晶胞中Sm的原子个数为4×=2,Fe的原子个数为1+4×=2,As的原子个数为4×=2,O或F的原子个数为8×+2×=2,即该晶胞中O和F的个数之和为2,F-的比例为x,O2-的比例为1-x,故该化合物的化学式为SmFeAsO1-xFx。1个晶胞的质量为g=g,1个晶胞的体积为a2c pm3=a2c×10-30cm3,故密度ρ=g·cm-3。原子2位于底面面心,其坐标为;原子3位于棱上,其坐标为。
    4.[2018·全国卷Ⅰ,35(5)]Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为________________________________________
    __________________________________________________________g·cm-3(列出计算式)。

    答案 
    解析 (5)由题给图示可知,Li位于晶胞内部,O位于顶点和面心,因此一个晶胞有8个Li,O原子个数=6×+8×=4。因此一个Li2O晶胞的质量为 g,一个晶胞的体积为(0.466 5×10-7)3 cm3,即该晶体的密度为 g·cm-3。


    (一)和俯视图有关的晶体结构分析
    1.Fe的一种晶体如甲、乙所示,若按甲虚线方向切乙得到的A~D图中正确的是______(填字母)。


    铁原子的配位数是______,假设铁原子的半径是r cm,该晶体的密度是ρ g·cm-3,则铁的相对原子质量为______(设阿伏加德罗常数的值为NA)。
    答案 A 8 
    解析 图甲为该铁的一个晶胞,沿虚线的切面为长方形,长是宽的倍,四个顶角和中心有铁原子。图乙为8个晶胞叠成的立方体,沿虚线的切面为A图。设图甲中晶胞边长为a cm,则体对角线为a cm,又体对角线上三原子相切,得a cm=4r cm。
    根据密度公式得,ρ g·cm-3×(a cm)3=×Mr(Fe),解得Mr(Fe)=g·mol-1,Mr(Fe)=。
    2.LiFeAs可组成一种新型材料,其立方晶胞结构如图所示。若晶胞参数为a nm,A、B处的两个As原子之间距离为______nm,请在z轴方向投影图中画出铁原子的位置,用“·”表示。

    答案  
    3.砷化硼是近期受到广泛关注的一种Ⅲ—Ⅴ半导体材料。砷化硼为立方晶系晶体,该晶胞中原子分数坐标为:
    B:(0,0,0);(,,0);(,0,);(0,,)……
    As:(,,);(,,);(,,);(,,)
    请在图中画出砷化硼晶胞的俯视图,已知晶体密度为d g·cm-3,As半径为a pm,假设As、B原子相切,则B原子的半径为________pm(写计算表达式)。

    答案  ××1010-a
    解析 由各原子分数坐标可知,晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置,而As原子处于晶胞内部,处于B原子形成的正四面体体心位置,晶胞三维结构如图所示:(注:小球大小不代表原子大小),投影时顶点原子形成正方形的顶点,左、右侧面及前、后面的面心原子投影处于正方形棱心,而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心,As原子投影处于正方形内部且处于正方形对角线上(As原子投影、上下底面面心B原子投影将对角线4等分),故砷化硼晶胞俯视图为;根据晶胞三维结构示意图可知,位于体对角线上的原子相切,即As原子和B原子的半径之和的四倍即体对角线的长度;根据均摊法,一个晶胞中As原子个数为4,B原子个数为8×+6×=4,所以晶胞的质量为 g= g,晶胞密度为d g·cm-3,则晶胞的体积为cm3,则晶胞的边长为cm=×1010pm,则晶胞的体对角线长度为××1010pm,所以B原子的半径为(××1010-a) pm。
    4.氮化镓是一种半导体材料。晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替,顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。
    (1)与同一个Ga原子相连的N原子构成的立体构型为____________。
    (2)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。若沿y轴投影的晶胞中所有原子的分布图如图,则2、3、4原子的分数坐标不可能是________(填字母)。

    a.(0.75,0.25,0.25) b.(0.25,0.75,0.75)
    c.(0.25,0.75,0.25) d.(0.75,0.75,0.75)
    (3)GaN原子中N和N原子核间距为a pm,GaN摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,则GaN晶体的密度为________g·cm-3(1 pm=10-12m)。
    答案 (1)正四面体形 (2)b (3)
    解析 (1)与同一个Ga原子相连的 N 原子,与4个顶点的距离相等,构成的立体构型为正四面体形。(2)根据1原子的分数坐标可知2、3、4原子的分数坐标分别为(0.25,0.75,0.25)、(0.75,0.25,0.25)、(0.75,0.75,0.75),故选b。(3)设晶胞参数为x,则GaN 晶体中 N 和 N 的原子核间距为面上对角线长度的一半,即x=a pm,x=a pm=a×10-10cm。在晶胞中,含有4个“GaN”,则GaN晶体的密度为=g·cm-3。
    5.硫化锂是目前正在研发的锂离子电池的新型固体电解质,为立方晶系晶体,其晶胞参数为a pm。该晶胞中离子的分数坐标为:
    硫离子:(0,0,0);(,,0);(,0,);(0,,);……
    锂离子:(,,);(,,);(,,);(,,);……
    (1)在图上画出硫化锂晶胞沿x轴投影的俯视图。

    (2)硫离子的配位数为________。
    (3)设NA为阿伏加德罗常数的值,硫化锂的晶体密度为________g·cm-3(列出计算表达式)。
    答案 (1) (2)8 (3)
    解析 (1)根据硫离子的分数坐标参数,硫离子位于晶胞的面心、顶点;根据锂离子的分数坐标参数,锂离子位于晶胞的内部,结合坐标位置,则硫化锂晶胞沿x轴投影的俯视图为。(2)根据(1)中的分析,结合俯视图,从面心的S2-看,周围与之等距且最近的Li+有8个,所以S2-的配位数为8。(3)1个晶胞中有S2-数目为8×+6×=4个,含有Li+数目为8个,晶胞参数为a pm,一个晶胞体积为V=a3 pm3=a3×10-30cm3,1 mol晶胞的体积为a3×10-30NA cm3,1 mol晶胞质量为m=4×46 g,所以晶体密度为ρ===g·cm-3。
    6.硅和碳在同一主族。下图为SiO2晶体中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视图),其中O原子略去,Si原子旁标注的数字表示每个Si原子位于z轴的高度,则SiA与SiB之间的距离是________nm。

    答案 d
    解析 根据图可知其三维模型为(图中黑球和白球均为硅原子,氧原子位于两个硅原子之间,省略),图中 ABCD 四个Si原子形成正四面体结构,且AB距离等于AC距离,AC距离在底面投影为底面面对角线的一半,则SiA与SiB的距离=×d nm=d nm。
    7.磷化硼晶胞的示意图如图甲所示,其中实心球表示P原子,空心球表示B原子,晶胞中P原子空间堆积方式为________;设阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞参数为a cm,磷化硼晶体的密度为________g·cm-3(列出计算式);若磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影),请在图乙中用实心圆点画出B原子的投影位置。

    答案 面心立方最密堆积  或
    解析 磷化硼晶胞中,P原子分布在面心和顶点,由此可确定空间堆积方式为面心立方最密堆积;在磷化硼晶胞中,含有P原子的个数为×8+×6=4,含有B原子个数为4,由此可求出1个晶胞的质量,再由晶胞参数a cm,可求出晶胞的体积,由此求出磷化硼晶体的密度ρ==g·cm-3;若磷化硼沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影),则B原子与面心中的P原子间隔重叠,则在图乙中用实心圆点画出B原子的投影为或。
    8.某储氢合金的结构属六方晶系,晶体结构及俯视图分别如图(a)、(b)所示,该储氢合金的化学式是________(填最简式)。已知该储氢合金晶胞底边长为a=0.501 7 nm,高为c=0.397 7 nm,设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为________g·cm-3(列出计算式)。

    答案 LaNi5 
    解析 根据晶体结构及俯视图可知,La位于晶胞的顶点和棱上,个数为4×+4×+2×+2×=2,Ni位于内部和面上,个数为12×+4=10,因此化学式为LaNi5;该储氢合金晶胞底边长为 a=0.501 7 nm,高为c=0.397 7 nm,则晶胞的体积为a×asin 60°×c=a2c=×(0.501 7×10-7)2×0.397 7×10-7cm3,图示晶体结构含有2个晶胞,晶胞的质量为 g= g,则晶体的密度== g·cm-3。
    (二)“非立方系”晶体结构分析
    9.天然硅酸盐组成复杂阴离子的基本结构单元是SiO四面体,如图(a),通过共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构,图(b)为一种无限长双链的多硅酸根,其中O与Si的原子数之比为________,化学式为________。

    答案 2∶5.5 [Si4O11]
    解析 n个SiO2通过共用顶角氧离子可形成双链结构,找出重复的结构单元,如图:,由于是双链,其中顶点氧占,O原子数为4×+2=4,Si原子数为4×+6×+4+2=11,其中Si与O的原子数之比为2∶5.5,化学式为[Si4O11]。
    10.从石墨晶体结构示意图中截取石墨的晶胞如图所示,设阿伏加德罗常数为NA,已知sin 60°=,石墨晶体的密度为________g·cm-3(列出计算式)。

    答案 
    解析 设晶胞的底边长为a cm,高为h cm,由图可知,晶胞中含4个C原子,石墨晶体的密度为ρ=g·cm-3=g·cm-3。
    11.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。其中铁原子周围最近的铁原子个数为________;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(列出计算式)。

    答案 12 
    解析 氮化铁晶胞中,由观察可知,面心碳原子与结构单元中6个顶点Fe原子相邻,且与内部3个Fe原子也相邻,密置层为ABAB…方式排列,其中铁原子周围最近的铁原子的个数为12;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ρ==g·cm-3=g·cm-3。
    12.一种类石墨的聚合物半导体g-C3N4,其单层平面结构如图1,晶胞结构如图2。

    (1)g-C3N4中氮原子的杂化类型是________。
    (2)根据图2,在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元。
    (3)已知该晶胞的体积为V cm3,中间层原子均在晶胞内部。设阿伏加德罗常数的值为NA,则g-C3N4的密度为________g·cm-3。
    答案 (1)sp2杂化 (2) (3)
    解析 (1)该物质中N原子价层电子对数为3,根据价电子对互斥理论判断N原子杂化类型为sp2杂化。(2)由图2可知,重复的结构单元为六元环和外加三个N原子形成的结构,如图所示:。(3)由均摊法可知,该晶胞中N原子个数=8×+8×+2×+4=8,C原子个数=3+6×=6,1个晶胞的质量=g,密度ρ== g·cm-3。
    13.Fe与S形成的一种化合物晶体的结构如图所示,六棱柱底边边长为a pm,高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,该Fe、S化合物晶体的密度为________g·cm-3(列出计算式)。

    答案 ×1030
    解析 根据图分析得出S个数为12×+6×+2×+1=6,Fe个数为6,化学式为FeS,晶体的结构如图所示,六棱柱底边边长为a pm,底边面积为6×××(a×10-10)2 cm2,高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,该Fe、S化合物晶体的密度为ρ== g·cm-3=×1030 g·cm-3。
    14.某含铜化合物的晶胞如图所示,晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直。则晶胞中每个Cu原子与________个S原子相连,含铜化合物的化学式为________。设NA为阿伏加德罗常数的值,则该晶胞的密度为________g·cm-3(用含a、b、NA的代数式表示)。

    答案 4 CuFeS2 
    解析 晶胞中S原子位于晶胞内部,原子数目为8,Fe原子6个位于面上,4个位于棱上,Fe原子数目为=6×+4×=4,Cu原子4个位于面上、1个位于内部、8个位于顶点上,原子数目为4×+8×+1=4,晶体中Cu、Fe、S原子数目之比4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体的化学式为CuFeS2。晶胞质量m=×4 g,晶胞体积V=(a×10-10cm)2×b×10-10cm,晶体密度ρ=(×4 g)÷[(a×10-10cm)2×b×10-10cm]
    = g·cm-3。

    相关试卷

    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题10 大题题空逐空突破(十七) 合成路线的分析与设计(含解析):

    这是一份高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题10 大题题空逐空突破(十七) 合成路线的分析与设计(含解析),共11页。试卷主要包含了有机合成中官能团的转变,常见有机物转化应用举例,有机合成路线设计的几种常见类型等内容,欢迎下载使用。

    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题9 大题题空逐空突破(十六) 实验规范解答集训(含解析):

    这是一份高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题9 大题题空逐空突破(十六) 实验规范解答集训(含解析),共6页。试卷主要包含了认识喷泉实验的原理等内容,欢迎下载使用。

    高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题8 大题题空逐空突破(十一) 沉淀洗涤集训(含解析):

    这是一份高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题8 大题题空逐空突破(十一) 沉淀洗涤集训(含解析),共5页。

    欢迎来到教习网
    • 900万优选资源,让备课更轻松
    • 600万优选试题,支持自由组卷
    • 高质量可编辑,日均更新2000+
    • 百万教师选择,专业更值得信赖
    微信扫码注册
    qrcode
    二维码已过期
    刷新

    微信扫码,快速注册

    手机号注册
    手机号码

    手机号格式错误

    手机验证码 获取验证码

    手机验证码已经成功发送,5分钟内有效

    设置密码

    6-20个字符,数字、字母或符号

    注册即视为同意教习网「注册协议」「隐私条款」
    QQ注册
    手机号注册
    微信注册

    注册成功

    返回
    顶部
    Baidu
    map