新高考化学二轮复习讲义第3部分考前特训特色练7　晶体结构的分析应用

展开

这是一份新高考化学二轮复习讲义第3部分考前特训特色练7　晶体结构的分析应用，共7页。

A．H2O2和FeS2中都含有非极性键
B．第二电离能：CuC．Seq \\al(2－,2)和Seq \\al(2－,2)之间的最短距离为eq \f(\r(2),2)a pm
D．FeS2的密度为eq \f(480,NA×a×10－103) g·cm－3
答案 B
解析双氧水含氧氧键，二硫化亚铁含硫硫键，它们都是非极性键，A正确；铜和锌的第二电离能分别是电离3d10和4s1上的电子时产生的，而3d10为全充满的稳定结构，铜的第二电离能大于锌的第二电离能，B错误；Seq \\al(2－,2)与Seq \\al(2－,2)之间的最短距离等于晶胞的面对角线的一半，即Seq \\al(2－,2)和Seq \\al(2－,2)之间的最短距离为eq \f(\r(2),2)a pm，C正确；1个晶胞中含Seq \\al(2－,2)的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，含Fe2＋的个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，故可知FeS2的密度为eq \f(480,NA×a×10－103) g·cm－3，D正确。
2.元素A、B组成的晶体经X射线衍射实验测得其晶胞结构(体心四方)如图所示，有关该晶体的叙述错误的是(设MA、MB分别为A、B元素的相对原子质量，NA为阿伏加德罗常数的值)( )
A．该晶体的化学式为A2B
B．该晶胞在底面的投影图为(部分被遮盖原子未表示)
C．与A原子最邻近且等距离的B原子有8个
D．该晶体的密度为eq \f(2MA＋4MB,3a3NA) g·cm－3
答案 A
解析该晶胞中，含A原子个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2，含B原子个数为8×eq \f(1,4)＋2＝4，所以该晶体的化学式为AB2，A错误；从上往下看，该晶胞棱上的B原子全部被遮盖，体心的2个B原子与1个A原子重叠，所以在底面的投影图为(部分被遮盖原子未表示)，B正确；选择顶面上的1个A原子，它属于8个晶胞，体心中上面的B原子与它距离最近，所以与A原子最邻近且等距离的B原子有8个，C正确；由A项分析可知，该晶胞中含有2个“AB2”，该晶体的密度为eq \f(m,V)＝eq \f(\f(2MA＋4MB,NA),3a3) g·cm－3＝eq \f(2MA＋4MB,3a3NA) g·cm－3，D正确。
3．锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。Ge与碳是同族元素，碳原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。Ge单晶的晶胞结构类似于金刚石，如图。(eq \r(3)＝1.732，π＝3.14)(注：晶胞中所有的球是等径硬球，且A球和D球相切)下列说法错误的是( )
A．原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，其中原子坐标参数A为(0,0,0)，则C为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，0)，D为(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4))，B为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))
B．碳原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间不能形成的原因是Ge原子的半径大，原子间形成的σ单键长，pp轨道“肩并肩”的重叠程度小
C．若Ge原子半径为r，Ge单晶晶胞边长为a，Ge原子在晶胞中的空间占有率为34%(一个晶胞中构成晶体粒子在整个晶体空间中所占的体积百分比)
D．两个最近的Ge原子之间的距离为eq \f(\r(2),4)a(Ge单晶晶胞边长为a)
答案 D
解析根据图中几何关系可知，原子坐标参数A为(0,0,0)，则C为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，0)，D为(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4))，B为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))，A正确；Ge原子的半径大，原子间形成的σ单键长，pp轨道肩并肩的重叠程度小，所以难以形成π键，即难以形成双键、三键，B正确；若Ge原子半径为r，Ge单晶晶胞边长为a，则根据几何关系可知，2r＝eq \f(\r(3),4)a，上述晶胞中含Ge原子的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＋4＝8，所以原子在晶胞中的空间占有率为eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%＝eq \f(8×\f(4,3)π\f(\r(3),8)a3,a3)×100%＝eq \f(\r(3),16)π×100%≈34%，C正确；根据几何关系可知，两个最近的Ge原子(如A球和D球)之间的距离d为晶胞体对角线的四分之一，即d＝eq \f(\r(3),4)a，D错误。
4.我国科学家发明了高选择性的CO2加氢合成CH3OH的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体，其中ZrO2摩尔质量为M g·ml－1，晶胞如图所示，晶胞的棱长为a pm。下列说法错误的是( )
A．Zr4＋在晶胞中的配位数为8
B．40Zr位于元素周期表中ds区
C．该晶胞的密度为eq \f(4×M,NA×a3×10－30) g·cm－3
D．O位于Zr构成的正四面体空隙中
答案 B
解析每个晶胞中，面心的Zr4＋与4个O2－相邻，则配位数为8，故A正确；40Zr位于元素周期表中d区，在第五周期第ⅣB族，故B错误；晶胞中Zr4＋位于顶点和面心，个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，O2－位于晶胞内，个数为8，则晶胞质量为eq \f(4M,NA) g，晶胞体积为a3×10－30cm3，可知晶胞的密度为ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(\f(4M,NA) g,a×10－103 cm3)＝eq \f(4×M,NA×a3×10－30) g·cm－3，故C正确；由晶胞可知O位于Zr构成的正四面体空隙中，故D正确。
5．在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2(结构如图)微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，“坚铝”是制造飞机的主要材料。
已知：该结构中Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中填入以四面体方式排列的Cu。则晶体结构中镁原子之间的最短距离为( )
A.eq \f(\r(2),4)a pm B.eq \f(\r(3),4)a pm
C.eq \f(\r(2),2)a pm D.eq \f(\r(3),2)a pm
答案 B
解析根据晶胞结构可知Mg原子之间的最短距离为体对角线的eq \f(1,4)，由于棱长为a pm，则体对角线是eq \r(3)a pm，则Mg原子之间的最短距离为eq \f(\r(3),4)a pm，故B正确。
6.NaAlH4晶胞结构如图所示，它由两个正六面体叠加而成，已知正六面体的棱长为a nm。下列说法错误的是( )
A．NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个
B．设阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度为eq \f(1.08×1023,a3NA) g·cm－3
C．制备NaAlH4的反应选择在乙醚(CH3CH2OCH2CH3)中进行，也可以在水中进行
D．AlHeq \\al(－,4)的空间结构为正四面体形
答案 C
解析以体心的AlHeq \\al(－,4)研究，与之紧邻且等距的Na＋位于晶胞棱之间、晶胞中上面立方体左右侧面面心、晶胞中下面立方体前后面的面心，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个，A正确；由晶胞结构可知：晶胞中AlHeq \\al(－,4)数目为1＋8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＝4，Na＋数目为6×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＝4，晶胞质量为4×eq \f(54,NA) g，晶胞密度为eq \f(4×\f(54,NA) g,a×10－7 cm2×2a×10－7 cm)＝eq \f(1.08×1023,a3NA) g·cm－3，B正确；制备NaAlH4的反应可以在乙醚中进行，但由于NaAlH4＋2H2O===NaAlO2＋4H2↑，故不可以在水中进行，C错误；AlHeq \\al(－,4)中Al原子孤电子对数为eq \f(3＋1－1×4,2)＝0，杂化轨道数目为4＋0＝4，Al原子杂化方式为sp3，故其空间结构为正四面体形，D正确。
7．钇钡铜复合氧化型超导材料YBCO(YBa2Cu3Ox)的晶胞结构如图所示，下列说法错误的是( )
A．x＝7
B．晶胞的体积为3a3×10－30 cm3
C．该晶胞中Cu的配位数为4或5
D．相邻Y之间的最短距离为3a pm
答案 D
解析 Y在体心，数目为1，氧原子在棱上和面上，数目为12×eq \f(1,4)＋8×eq \f(1,2)＝7，A正确；晶胞的体积为3a×a2×10－30 cm3＝3a3×10－30cm3，B正确；铜原子位于晶胞的顶点和棱上，距离位于顶点的铜原子最近的氧原子个数有4个，位于棱上的铜原子，与之最近的氧原子有5个，故其配位数为4或者5，C正确；Y位于体心，在此晶胞上面还有一个晶胞，两个晶胞中相邻的Y之间最短距离为a pm，D错误。
8．如图1是NaH立方晶胞结构，图2为NaBH4结构，图3为Na晶胞结构。
下列说法错误的是( )
A．NaH晶胞中，Na＋的配位数是8
B．NaH晶胞中，Na与H之间的最短距离为eq \f(a,2) nm
C．NaBH4中存在离子键、配位键和共价键
D．1个Na晶胞中含有2个钠原子
答案 A
解析 NaH晶胞中，与Na＋距离最近且等距的H－个数为6，则Na＋的配位数是6，A项错误；NaH晶胞中，Na与H之间的最短距离等于晶胞棱长的一半，为eq \f(a,2) nm，B项正确；NaBH4中Na＋与BHeq \\al(－,4)之间存在离子键，BHeq \\al(－,4)中其中1个B—H为配位键，其余3个B—H为共价键，C项正确；Na晶胞中Na原子个数为1＋8×eq \f(1,8)＝2，D项正确。
9.铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶点和面心的位置，镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法正确的是( )
A．距离Fe原子最近的Mg原子数为4
B．该晶胞的体积为b3×10－27 cm3
C．Fe原子与Mg原子间最短距离为eq \f(\r(3),2)b nm
D．晶体储氢时，H2在晶胞的体心和棱的中心位置，则储氢后化学式为FeMg2H2
答案 D
解析由晶胞结构可知，位于顶点的铁原子与位于体对角线上镁原子的距离最近，则铁原子的配位数为8，故A错误；由晶胞结构可知晶胞参数为b nm，则该晶胞体积为b3×10－21 cm3，故B错误；由晶胞结构可知，位于顶点的铁原子与镁原子的距离为体对角线的eq \f(1,4)，则铁原子与镁原子间最短距离为eq \f(\r(3),4)b nm，故C错误；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的铁原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，位于体内的镁原子个数为8，位于体心和棱的中心位置的氢分子个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，储氢后化学式为FeMg2H2，故D正确。
10．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。CaF2晶胞如图所示，下列说法错误的是( )
A．CaF2晶体中，每个F周围距离相等且最近的F－有6个
B．OF2与SiO2中氧原子杂化方式相同
C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(3,4))
D．若脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，则脱硅能力：BaF2答案 D
解析由于CaF2晶体中钙离子、氟离子交替排列，所以假设这个晶胞的体心上是Ca2＋，那么三个顶点就是F－，则每个F－周围距离相等且最近的F－有6个，故A正确；OF2与SiO2都是含有极性共价键的共价化合物，化合物中氧原子的价层电子对数都为4，杂化方式都为sp3杂化，故B正确；若A处原子分数坐标为(0,0,0)，B点处于四面体间隙，根据立体几何关系，则B处原子分数坐标为(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(3,4))，故C正确；三种氟化物均为离子晶体，晶体提供自由氟离子的能力越强，阴、阳离子间形成离子键越弱，钡离子、钙离子、镁离子的电荷数相同，离子半径依次减小，则BaF2、CaF2、MgF2三种晶体中的离子键依次增强，晶体提供自由氟离子的能力依次减弱，脱硅能力依次减弱，即脱硅能力：BaF2>CaF2>MgF2，故D错误。
11．由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构如图，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
A．晶体中Al和Si构成二氧化硅型骨架
B．晶体中Li、Al、Si三种微粒的比例为2∶2∶1
C．图中所指Si原子的坐标为(eq \f(3,4)，eq \f(1,4)，eq \f(3,4))
D．晶体中与每个Al紧邻的Si有4个
答案 D
解析根据图知，晶胞中有Si和Al原子不相连，故A错误；该晶胞中Li原子个数为1＋12×eq \f(1,4)＝4、Al原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4、Si原子个数为4，则Li、Al、Si原子个数之比为4∶4∶4＝1∶1∶1，故B错误；图中所指Si原子的坐标为(eq \f(3,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4))，故C错误；根据图知，每个Al原子连接4个相同的Si原子，所以晶体中与每个Al紧邻的Si有4个，故D正确。