2024届人教版高考化学一轮复习第五章第4讲晶体结构与性质作业含答案

这是一份2024届人教版高考化学一轮复习第五章第4讲晶体结构与性质作业含答案，共14页。试卷主要包含了下列关于晶体的说法不正确的是，下列关于超分子的说法不正确的是，GaCl3的熔点为 77等内容，欢迎下载使用。
第4讲　晶体结构与性质

(40分钟)
选题表
知识点
题号
基础
能力
创新
晶体及类型判断
1,4
6

晶体结构和性质
3


配合物、超分子
2


晶体的相关计算

7
11
综合
5
8,9,10


1.(2023·湖南汨罗模拟)下列关于晶体的说法不正确的是(　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　④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
⑤晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定　⑥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.②③⑥
解析:含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,可能是金属晶体,故②错误;分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点,共价键决定稳定性,故③错误;CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8,故⑥错误。
2.下列关于超分子的说法不正确的是(　A　)
A.C70属于超分子
B.超分子有的是有限的,有的是无限伸展的
C.C60与“杯酚”可通过分子间作用力形成超分子
D.超分子具有“分子识别”“自组装”两大重要特征
解析:超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。C70是一种分子,故不属于超分子。
3.(2022·湖南株洲第一中学三模)砷化镓是一种重要的半导体材料,熔点为1 238 ℃。它在 600 ℃以下,能在空气中稳定存在,并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图。下列说法正确的是(　D　)

A.砷化镓是一种离子晶体
B.砷化镓中不存在配位键
C.若晶胞参数为a pm,则Ga原子与As原子的最短距离为32a pm
D.晶胞中与Ga等距且最近的As形成的空间结构为正四面体
解析:由题给信息可知,砷化镓为共价晶体,故A错误;镓原子最外层的电子数为3,只能形成3个共价键,由晶胞结构可知,每个镓原子与
4个砷原子形成共价键,所以砷化镓中存在配位键,故B错误;由晶胞结构可知,镓原子与砷原子的最短距离为体对角线的14,则镓原子与砷原子的最短距离为 34a pm,故C错误。
4.(2023·山东济南月考)单质铁的一种晶体如甲、乙所示,若按甲虚线方向切乙得到的图应为(　A　)


解析:Fe属于体心立方堆积,按甲中虚线方向(面对角线)切割,甲中得到长方形结构,晶胞体心的Fe原子处于长方形的中心,每个长方形顶点都被Fe原子占据,若按该虚线切乙,则切得的图形中含有甲切割得到的4个长方形结构,则图形A符合。
5.(2022·湖南永州第一中学二模)如图所示,铁有δ、γ、α三种晶体,三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是(　B　)

A.γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
B.αFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
C.将铁加热到1 500 ℃ 分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同
D.若αFe晶胞边长为a cm,γFe晶胞边长为 b cm,则两种晶体的密度比为b3∶a3
解析:由γFe晶体的晶胞图可知,与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个,A错误;由αFe晶体的晶胞图可知,与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个,B正确;由δFeγFeαFe 可知,将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型不同,C错误;一个αFe晶胞中铁原子数为8×18=1,αFe晶胞边长为a cm,质量为56NAg,体积为a3cm3,密度为56a3NAg/cm3,一个γFe晶胞中铁原子数为8×18+6×12=4,γFe晶胞边长为b cm,质量为 4×56NAg,体积为b3cm3,密度为4×56b3NAg/cm3,则两种晶体的密度比为b3∶4a3,D错误。

6.(不定项)(2022·山东潍坊三模)某FexNy的晶胞如图1所示,晶胞边长为a pm,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或b位置Fe,形成Cu替代型产物Fex-nCunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示。下列说法正确的是(　CD　)


A.该FexNy的化学式为Fe2N
B.与N等距且最近的N为8个
C.两个a位置Fe的最近距离为22a pm
D.其中较稳定的Cu替代型产物的化学式为Fe3CuN
解析:以体心N原子看,其与上下、左右、前后晶胞中体心的N距离最近且等距离,则晶体中与每个N距离最近且等距离的N为6个,B错误;两个a位置Fe的最近距离为(12a) 2+(12a) 2pm=22a pm,C正确;由图2可知Cu代替b位置Fe型能量低,更稳定,则较稳定的Cu替代型产物的化学式为Fe3CuN,D正确。
7.(2022·山东省实验中学模拟)晶胞中原子的位置通常用原子分数坐标表示。复杂结构的三维表示往往难以在二维图上绘制和解释,可以从晶胞的一个轴的方向往里看,例如面心立方晶胞的投影图如图1所示。

某种硫化硅晶胞的晶胞结构的投影图如图2所示,该硫化硅晶体的化学式为　　　　　　　,晶胞中与S原子距离最近的Si原子的数目为　　　　;若晶胞中S原子之间的最近核间距为d nm,则Si原子与S原子之间的最近核间距为　　　　 nm。 
解析:根据题干描述同时结合面心立方晶胞结构可知,硫化硅晶胞中的S原子8个位于顶点、6个位于面心,故S原子个数为4,Si原子处于晶胞内,个数为2,故硫化硅晶体的化学式为SiS2。观察硫化硅晶胞投影图,可知晶胞中Si原子连接的4个S原子中1个位于顶点、3个位于面心,整体呈四面体构型,1个晶胞中只有两个Si原子位于晶胞内,故面心上的S原子只能连接2个Si原子,则与S原子距离最近的Si原子的数目为2。根据题意可知S原子之间的最近核间距为d nm,则晶胞棱长为 2d nm,Si原子与S原子之间的最近核间距为晶胞棱长的34,为64d nm。
答案:SiS2　2　64d
8.(2022·湖南雅礼中学一模)(1)ZrCl4可以与乙二胺形成配合物[ZrCl4(H2NCH2CH2NH2)],其中Zr原子配位数为6。
①1 mol [ZrCl4(H2NCH2CH2NH2)]中含有σ键的物质的量为　　　 mol。
②H2NCH2CH2NH2形成[ZrCl4(H2NCH2CH2NH2)]后,H—N—H键角将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”),原因是　  　。 
(2)已知TiO2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心,ZrO2晶胞中Zr4+位于O2-所构成的立方体的体心,其晶胞结构如图所示:

①TiO2晶胞中O2-的配位数是　　　　。 
②已知ZrO2晶胞的密度为ρ g·cm-3,则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离为　　　　　　　　　 pm(列出表达式,NA为阿伏加德罗常数的值,ZrO2的摩尔质量为M g·mol-1)。 
解析:(1)①1个[ZrCl4(H2NCH2CH2NH2)]中含有 Zr←Cl 配位键4个、
Zr←N配位键2个,配位键属于σ键,共6个,H2NCH2CH2NH2中含有 N—H 4个、C—H 4个、N—C 2个、C—C 1个,共11个共价键,属于σ键,所以总共有17个共价键,则1 mol [ZrCl4(H2NCH2CH2NH2)]中含有 σ键的物质的量为17 mol。
(2)①TiO2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心,Ti4+的配位数为6,晶胞中Ti4+的数目为1+8×18=2,O2-的数目为2+4×12=4,则TiO2晶胞中O2-的配位数是3;②已知二氧化锆晶胞的密度为 ρ g·cm-3,则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离为晶胞体对角线的14,晶胞体对角线长度等于棱长的 3 倍,设两原子核之间的距离为a pm,则晶胞的棱长为4a3×10-10 cm,晶胞中白色球数目为8,黑色球数目为4,即O原子数目为8,Zr原子数目为4,晶胞质量为4MNAg=(4a3×10-10 cm)3×
ρ g·cm-3,解得a=34×34MρNA×1010。
答案:(1)①17　②变大　游离态H2NCH2CH2NH2与Zr结合后,孤电子对变成了σ键电子对,排斥力减小,因此H—N—H之间的夹角会增大
(2)①3　②34×34MρNA×1010
9.(2022·河北石家庄二模)(1)GaCl3的熔点为 77.9 ℃,GaF3的熔点为1 000 ℃,试分析GaCl3的熔点低于GaF3的原因:  　;
气态GaCl3常以二聚体形式存在,二聚体中各原子均满足8e-结构,据此写出二聚体的结构式:　 。 
(2)B和Mg形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。该化合物的晶体结构单元如图所示,其中Mg原子间形成正六棱柱,6个B原子分别位于六个三棱柱体心。则该化合物的化学式可表示为　　　　;相邻B原子与Mg原子间的最短距离为　　　　 nm(用含x、y的代数式表示)。 

解析:(1)GaCl3的熔点为77.9 ℃,为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,GaF3的熔点为1 000 ℃,为离子晶体,熔化时破坏离子键,离子键强于分子间作用力,所以GaCl3的熔点低于GaF3的;气态GaCl3常以二聚体形式存在,二聚体中各原子均满足8e-结构,说明Ga形成一个配位键,则二聚体的结构式为。
(2)镁原子处于晶胞顶点和面心上,顶点上的镁原子为 6个晶胞共用,面心上的镁原子为2个晶胞共用,B原子处于晶胞内部,为一个晶胞独有,故晶胞中镁原子个数为12×16+2×12=3,B原子个数为6,则该化合物的化学式可表示为MgB2;相邻B原子与Mg原子间的最短距离为B原子与上、下面上的镁原子的距离,B原子在下面三角形中心的正上方,故相邻镁原子和硼原子间的最短距离为x23+y24 nm。
答案:(1)GaCl3为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,GaF3为离子晶体,熔化时破坏离子键,离子键强于分子间作用力,所以GaCl3的熔点低于GaF3的

(2)MgB2　x23+y24
10.(2022·河北模拟)磷化镓与砷化镓是两种由第ⅢA族元素与第ⅤA族元素人工合成的ⅢⅤ族化合物半导体材料,其晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被P(As)原子代替,顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。
(1)基态Ga原子核外电子排布式为　。 
(2)磷化镓晶体中含有的化学键类型为　　　　(填字母)。 
A.离子键 B.配位键
C.σ键 D.π键
E.极性键 F.非极性键
(3)磷化镓与砷化镓具有相似的晶体结构,其中熔点较高的是　　　　　(填化学式),原因是　  　。 
(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,称作原子分数坐标。如图为沿y轴投影的磷化镓晶胞中所有原子的分布图。若原子1的原子分数坐标为(0.25,0.25,0.75),则原子3的原子分数坐标为　　　　　;若磷化镓的晶体密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中Ga原子和P原子的最近距离为
　 pm(用代数式表示)。 

解析:(2)1个金刚石晶胞内部的碳原子数为4,顶点和面心的碳原子数为4,磷化镓晶体为共价晶体,晶体中只存在共价键,每个P与4个Ga以单键相连,每个Ga也与4个P以单键相连,而P最外层有5个电子,Ga最外层有3个电子,只能形成3对共用电子对,而P与Ga之间有4个共价键,所以还有1个配位键,P与Ga之间存在的单键是极性共价键,同时也是σ键。
(4)晶胞内4个P原子形成正四面体结构,根据投影图可知晶胞在三维坐标的位置如图,则原子3的分数坐标为(0.75,0.25,0.25);一个GaP晶胞中P原子数为4,Ga原子数为8×18+6×12=4,一个GaP晶胞的质量为4×101NA g=404NA g,晶胞的体积为404NAgρg·cm-3=404ρNA cm3,晶胞的边长a=3404ρNA cm,晶胞中Ga原子与P原子的最近距离等于体对角线长度的14,而体对角线长度等于晶胞棱长的 3 倍,所以晶胞中Ga原子和P原子的最近距离为34a=34×3404ρNA cm=
34×3404ρNA×1010 pm。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
(2)BCE　
(3)GaP　两者均为共价晶体,P原子半径小于As原子的,Ga—P键长小于Ga—As键长,GaP键能更大,熔点更高　
(4)(0.75,0.25,0.25)　34×3404ρNA×1010

11.(2022·河北衡水中学一模)(1)[Zn(IMI)4](ClO4)2是Zn2+的一种配合物,IMI的结构为,IMI中大π键可表示为　　　　(已知苯中的大π键可表示为Π66),该配合物的配位原子为　　 　　(填序号),配位数为　　　 　;IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物常温下为液态而非固态,原因是　 。
(2)Co可以形成六方晶系晶体,晶胞结构如图所示,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,称作原子坐标。已知晶胞含对称中心,其中1号O原子的坐标为(0.666 7,0.333 3,0.107 7),则2号O原子的坐标为　　　　　　 　　。设NA为阿伏加德罗常数的值,该晶体的密度为　　　　 　　　 g/cm3(用代数式表示)。 

解析:(1)大π键可用符号Πmn表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,根据IMI的结构可知,其形成
5个原子、6个电子的大π键,即为Π56;由结构可知,该配合物的配位原子为1;配位数为4;该化合物中阴阳离子体积大,半径大,电荷小,形成的离子晶体晶格能小,熔点低,故常温下为液态而非固态。
(2)晶胞含对称中心,根据对称中心0.666 7+0.333 3=1,0.333 3+
0.666 7=1,0.107 7+0.892 3=1,对称位上的O原子的坐标为
(0.333 3,0.666 7,0.892 3),1、2号O原子z轴方向差为0.5c,则2号O原子的坐标为(0.333 3,0.666 7,0.607 7);根据晶胞的结构可知,晶胞中含有两个CoO(OH),其质量为2×92NA g,晶胞的体积为a2×c×10-30×32 cm3,故该晶胞的密度为2×9232NAa2c×10-30 g/cm3。
答案:(1)Π56　1　4　阴阳离子半径大,电荷小,形成的离子晶体晶格能小,熔点低
(2)(0.333 3,0.666 7,0.607 7) 2×9232NAa2c×10-30