高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 甲醛的危害与去除——利用电负性分析与预测物质性质综合训练题

金属晶体　离子晶体

　　　　　　　 (40分钟　70分)

一、选择题(本题包括7小题,每小题5分,共35分)

1.(2020·三门峡高二检测)下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　)

A.钙的熔、沸点低于钾

B.常温下,金属单质都以晶体形式存在

C.含有阳离子的化合物晶体,不一定含有阴离子

D.金属离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失

【解析】选D。原子半径:Ca<K,价电子数:Ca>K,所以金属键:Ca>K,故熔、沸点:Ca>K,A项错误;Hg在常温下为液态,B项错误;含有阳离子的化合物是离子化合物,一定含有阴离子,C项错误;在外力作用下,金属原子的密堆积层发生相对滑动,因“自由电子”属于整个金属,故金属键不会因形变而消失,D项正确。

2.下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于NaCl晶体结构的图像是 (　　)

A.图(1)和图(3)　　　　　　 B.图(2)和图(3)

C.只有图(1)      D.图(1)和图(4)

【解析】选D。在NaCl晶体结构中。每个Na+周围等距且最近的Cl-有6个,图(1)和图(4)能够满足;在CsCl晶体中,与每个Cs+等距且最近的Cl-有8个,图(2)和图(3)符合。

3.(2020·苏州高二检测)下列关于NaCl晶体结构的说法中正确的是 (　　)

A.NaCl晶体中,阴、阳离子的配位数相等

B.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引1个Cl-

C.NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl

D.NaCl晶体中存在单个的NaCl分子

【解析】选A。氯化钠晶体中,每个Na+周围结合6个Cl-,而每个Cl-周围结合6个Na+;NaCl只表示Na+和Cl-个数比为1∶1,而非NaCl分子。

4.元素X的某价态离子Xn+与N3-所形成晶体的结构单元如图所示,则Xn+中n的值为 (　　)

A.1    B.2

C.3    D.4

【解析】选A。晶胞中小黑点为12×1/4=3,空心圆圈为8×1/8=1,根据化学式中化合价代数和为0,则n=1。

5.(2020·日照高二检测)科学家发现的钇钡铜氧化合物在90 K具有超导性,若该化合物晶体的晶胞结构如图所示,则该化合物的化学式可能是              (　　)

A.YBa2Cu3O4    B.YBa2Cu2O5

C.YBa2Cu3O5    D.YBaCu4O4

【解析】选C。位于顶点的铜原子 (最上层平面和最下层平面)共8个,这个晶胞中只分摊到8×=1个;位于棱线(中间两个平面)的也是8个,这个晶胞分摊到的份额是8×=2个;所以,每个晶胞单独占有的铜原子数为3个。氧原子共13个,位于晶胞面上(不含棱)的是7个,位于晶胞棱上的是6个,所以,每个晶胞单独含有的氧原子数共为7×+6×=5个,每个晶胞独立拥有的钡原子数为2个。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独占有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为1、2、3、5,化学式为YBa2Cu3O5。

6.(2020·金华高二检测)下列热化学方程式中,能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是 (　　)

A.Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s)　ΔH

B.Na(s)+Cl2(g)NaCl(s)　ΔH1

C.Na(s)Na(g)　ΔH2

D.Na(g)-e-Na+(g)　ΔH3

【解析】选A。1 mol气态钠离子和1 mol气态氯离子结合生成1 mol氯化钠晶体释放出的能量为氯化钠晶体的晶格能。

【补偿训练】

　　按下列四种有关性质的叙述,可能属于金属晶体的是 (　　)

A.由分子间作用力结合而成,熔点低

B.固体或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右

C.由共价键结合成网状结构,熔点高

D.固体和熔融状态不导电,但溶于水后可能导电

【解析】选B。在固态和熔融状态能导电的晶体是金属晶体。

7.(2020·苏州高二检测)下列有关离子晶体的叙述中不正确的是 (　　)

A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子

B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Cl-共有6个

C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-

D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-

【解析】选A。离子晶体采取密堆积方式,氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl分子”,其化学式仅表示阴、阳离子的个数比,“NaCl”是化学式,表示晶体的组成,其他三项根据晶胞结构判断,均正确。

二、非选择题(本题包括3小题,共35分)

8.(10分)(2020·全国Ⅱ卷)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题:

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为 _________。 

(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是

_______________________________________________________________ __。 

(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示,其组成元素的电负性大小顺序是________;金属离子与氧离子间的作用力为________,Ca2+的配位数是________。 

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3N,其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中________的空间位置相同,有机碱CH3N中,N原子的杂化轨道类型是________;若晶胞参数为a nm,则晶体密度为________g·cm-3(列出计算式)。 

(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘,降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐,提升了太阳能电池的效率和使用寿命,其作用原理如图(c)所示,用离子方程式表示该原理__________________、__________________。 

【解析】(1) Ti是22号元素,位于元素周期表第4周期第ⅣB族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2) F的电负性强,故TiF4属于离子化合物,形成离子晶体,熔点较高,而自TiCl4至TiI4均为共价化合物,形成分子晶体,熔沸点很低,且随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高。(3)同一周期自左到右的电负性逐渐增大,同一主族自上而下的电负性逐渐减小,即O>S>Se>Ti>Ca;阴阳离子之间存在离子键,由晶体结构知Ca2+的周围与其最近且等距离的O2-有12个,故配位数是12。(4) 图(b) 中Pb2+周围围绕6个I-,图(a) 中Ti4+周围围绕6个O2-,故位置相同。有机碱CH3N中,N原子的价层电子对数为4,所以氮原子的杂化形式为sp3;由晶体结构知晶胞中含有3个I-、1个Pb2+、1个CH3N,晶胞的质量为(×127+×207+×32)g=g,则晶体密度为g·nm-3=×1021 g·cm-3。(5)由图(c)知,第一个过程Eu3+→Eu2+、Pb→Pb2+,离子方程式为2Eu3++Pb2Eu2++Pb2+,第二个过程Eu2+→Eu3+、I2→I-,离子方程式为2Eu2++I22Eu3++2I-。

答案:(1) 1s22s22p63s23p63d24s2　(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高　(3)O>Ti>Ca　离子键　12　(4) Ti4+　sp3　×1021　(5)2Eu3++Pb2Eu2++Pb2+　2Eu2++I22Eu3++2I-

9.(12分)根据表格数据回答下列有关问题:

(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如表所示:

①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能________(填“大”或“小”),主要原因是___。 

②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大,主要原因是 __。 

③NaBr、NaCl和MgO晶体中,熔点最高的是__。 

(2)NaF的熔点______ B的熔点(填“>”“<”或“=”),

其原因是  __。 

【解析】利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系,晶格能越大,离子晶体越稳定,熔沸点越高。

答案:(1)①小　NaBr比NaCl离子的核间距大

②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大,并且离子的核间距小

③MgO　(2)>

两者均为离子化合物,且电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低

10.(13分)(2020·兰州高二检测)ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:

(1)试写出三种结构分别对应的化学式:图甲__、 图乙________、图丙________。在这三种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的几何构型分别为___。 

(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围和它等距离且最近的Cl-分别有________个。 

【解析】在ZnS晶体中,阴、阳离子的配位数都是4,故图丙表示该晶体结构,在Zn2+周围的S2-构成正四面体结构;在NaCl晶体中,阴、阳离子的配位数都为6,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,由于晶体中Cl-采用A1型堆积,故每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,设定图甲中心离子为Cl-,每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-位于该立方体周围的6个立方体的体心。

答案:(1)CsCl　NaCl　ZnS　立方体、正八面体、正四面体　(2)12、6

　　　　　　　 (20分钟　30分)

一、选择题(本题包括2小题,每小题4分,共8分)

11.(2020·大连高二检测)《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物,其结构如图Ⅰ、Ⅱ所示。下列有关说法正确的是              (　　)

A.图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同

B.图Ⅱ中物质的化学式为CuAu3

C.图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个

D.设图Ⅰ中晶胞的边长为a cm,则图Ⅰ中合金的密度为 g·cm-3

【解析】选B。图Ⅰ中,铜原子个数为8×+2×=2,金原子个数为4×=2,故化学式为CuAu。图Ⅱ中,铜原子个数为8×=1,金原子个数为6×=3,故化学式为CuAu3。图Ⅱ中,铜原子位于立方体的顶点,故紧邻的铜原子有6个。图Ⅰ中,铜原子、金原子各为2个,晶胞的体积为a3 cm3,密度ρ=m/V=[×(64+197)÷a3]g·cm-3= g·cm-3。

12.(双选)有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6],经X射线研究发现,它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点,而CN-位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.该晶体的化学式为MFe2(CN)6

B.该晶体属于离子晶体,M呈+1价

C.该晶体属于离子晶体,M呈+2价

D.晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN-为3个

【解析】选A、B。由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+的个数为4×=,含Fe3+的个数也为,CN-的个数为12×=3,因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]-,则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6,由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M的化合价为+1价,故A、B项正确;由题图可看出与每个Fe3+距离最近且距离相等的CN-为6个。

二、非选择题(本题包括2小题,共22分)

13.(10分)(2020·衡水高二检测)镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。

(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有____________。 

(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请改正图中错误:

 _________________________________________________________________。 

(3)Mg是第三周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:

解释表中氟化物熔点差异的原因: _______________________。 

【解析】(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备Mg时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有增大离子浓度,从而增大熔融盐的导电性。

(2)⑧应为黑色。

(3)表中氟化物熔点差异的原因:NaF与MgF2均为离子晶体,SiF4为分子晶体,所以NaF与MgF2熔点远比SiF4熔点要高。又因为Mg2+的半径小于Na+的半径,其电荷数又是Na+的两倍,所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度,故MgF2的熔点大于NaF。

答案:(1)增大离子浓度,从而增大熔融盐的导电性

(2)⑧应为黑色　(3)NaF与MgF2均为离子晶体,SiF4为分子晶体,所以NaF与MgF2熔点远比SiF4熔点要高。又因为Mg2+的半径小于Na+的半径,其电荷数又是Na+的两倍,所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度,故MgF2的熔点大于NaF

14.(12分)(2020·南宁高二检测)如图所示,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。

(1)请将其中代表Na+的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图。

(2)晶体中,每个Na+的周围距离相等且最近的Cl-有________个,它们所围成的空间几何构型为________。 

(3)每个Na+周围距离相等且最近的Na+共有 

个。

(4)一个NaCl晶胞中Cl-的个数等于________,即________(填计算式);Na+的个数等于________,即____________(填计算式)。 

(5)关于NaCl晶体,下列描述正确的是________(填字母)。 

a.它属于六方最密堆积

b.相邻的阴、阳离子的核间距离等于Na+和Cl-的半径之和

c.与CsCl晶体结构相同

d.离子键无方向性和饱和性

e.可以看成是Na+按面心立方进行最密堆积,Cl-填在Na+形成的空隙中

(6)已知NaCl晶体中最近的Na+和Cl-核间距离为a cm,NaCl的摩尔质量为

M g·mol-1,NA表示阿伏加德罗常数,则NaCl晶体的密度为________g·cm-3。 

【解析】(1)NaCl晶体的结构特点是Na+和Cl-在三个互相垂直的方向上都是等距离交错排列。选择立方体的一个顶点Cl-开始涂黑,交替排列涂黑。

(2)处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离中心Na+最近,将六个面心的Cl-连成一个图形即正八面体。

(3)每个Na+周围距离它最近的Na+是分别位于三个互相垂直的平面内,每个平面内有4个,总共有12个。

(4)根据立方晶胞中粒子的分摊规律,每个晶胞内Cl-数为8×+6×=4,Na+数为12×+1=4。

(5)NaCl晶体是面心立方最密堆积,a不正确;相邻的阴、阳离子的核间距离大于Na+和Cl-的半径之和,b不正确;CsCl晶体为体心立方密堆积,c不正确;离子键没有方向性和饱和性,d正确;NaCl晶体可以看成是离子半径较大的Cl-按面心立方进行最密堆积,Na+填充在Cl-形成的空隙中,e不正确。

(6)晶胞棱长为2a cm,根据m=ρ·V,=ρ×(2a)3 cm3,解得ρ=。

答案:(1)

(2)6　正八面体

(3)12　(4)4　8×+6×=4　4　12×+1=4

(5)d　(6)