高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第3章 不同聚集状态的物质与性质第1节 认识晶体习题

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[基础过关练]
1．下列叙述中，不正确的是( )
A．具有规则几何外形的固体一定是晶体
B．晶体内部微粒按一定的规律周期性重复排列
C．具有各向异性的固体一定是晶体
D．依据构成微粒的作用力不同可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体
A [有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，所以A选项错误；晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此B、C选项正确；晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体的依据是构成晶体的微粒及微粒间的相互作用力，因此D选项正确。]
2．云母属晶体，是单斜晶系一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。用烧热了的针去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面时，熔化了的石蜡呈现椭圆形，这是因为( )
A．云母是热的不良导体，传热不均匀
B．石蜡是热的不良导体，传热不均匀
C．石蜡具有各向异性，不同的方向导热性不同
D．云母具有各向异性，不同的方向导热性不同
D [云母属晶体，晶体具有各向异性。]
3．如图是a、b两种不同物质熔化时的温度变化曲线，下列说法正确的是( )
A．a没有固定的熔点 B．a是非晶体
C．b是晶体 D．b是非晶体
D [晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。]
4．(2021·天津一中高三上月考)如图是Mn和Bi形成的某种晶体的晶胞结构示意图，则该晶体的化学式可表示为( )
A．Mn4Bi B．Mn2Bi C．MnBi D．MnBi3
C [Mn处于晶胞的顶点、上下面心、体心、棱心，每个晶胞中Mn原子数目＝1＋2×eq \f(1,2)＋12×eq \f(1,6)＋6×eq \f(1,3)＝6，Bi原子处于每个晶胞的内部，每个晶胞中有6个Bi原子，二者数目之比为1∶1，所以化学式可写为MnBi，故选C。]
5．不能支持石墨是晶体这一事实的选项是( )
A．石墨和金刚石互为同素异形体
B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列
C．石墨的熔点为3 850 ℃
D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线
A [原子在三维空间里呈周期性有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C项)、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分明的斑点或明锐的谱线(D项)等特征，都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现。而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也与金刚石、石墨互为同素异形体，却属于非晶体。]
6．如图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，其对应的化学式是XY的是(图中：－X，eq \a\vs4\al\c1(•)－Y)( )
A [根据顶点、棱上、面上、体心和其他处于立方体内部的原子对晶胞的贡献分别为eq \f(1,8)、eq \f(1,4)、eq \f(1,2)、1，求出X、Y的数目之比，其化学式分别为XY、X3Y、XY4、XY4。]
7．石墨晶体是层状结构，在每层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。根据题图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为( )
A．2∶3 B．2∶1 C．1∶3 D．3∶2
A [每个碳原子被3个六边形共用，每个共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为(6×eq \f(1,3))∶(6×eq \f(1,2))＝2∶3。]
8．(2019·福建三明一中高二下期中)普鲁士蓝的晶胞结构如图所示(每两个立方体中，一个K＋在其中一个立方体中心，另一个则无K＋)，下列说法正确的是( )
普鲁士蓝的晶胞结构(K＋未标出)
A．化学式可以表示为KFe2(CN)6
B．每个立方体中平均含有24个π键
C．普鲁士蓝不属于配位化合物
D．每个Fe3＋周围与之相邻的Fe2＋有12个
A [普鲁士蓝的一个晶胞中钾离子个数为0.5，该立方体中Fe2＋和Fe3＋的个数之和为eq \f(1,8)×8＝1，CN－位于每条棱上，该立方体中含有CN－的个数为eq \f(1,4)×12＝3，所以普鲁士蓝的化学式可以表示为KFe2(CN)6，故A正确；每个CN－中含有2个π键，每个立方体中含有CN－的个数为3，所以每个立方体中含有6个π键，故B错误；普鲁士蓝中Fe3＋含有空轨道，CN－中N原子提供孤电子对，形成配位键，属于配合物，故C错误；根据晶体结构，普鲁士蓝中每个Fe3＋周围与之相邻的Fe2＋的个数为3，故D错误。]
9．氯化钠晶体是由钠离子和氯离子构成的，且均为如图所示的等距离交错排列。已知氯化钠的密度是2.2 g·cm－3，阿伏加德罗常数为6.02×1023ml－1。在氯化钠晶体中两个距离最近的钠离子的距离最接近于( )
NaCl晶体的晶胞
A．3.0×10－8cm B．3.5×10－8cm
C．4.0×10－8cm D．5.0×10－8cm
C [从NaCl晶胞中分割出一个小立方体，如图所示，a表示其边长，d表示两个相距最近的Na＋间的距离。每个小立方体含Na＋个数为eq \f(1,8)×4＝eq \f(1,2)，含Cl－个数为eq \f(1,8)×4＝eq \f(1,2)，则有ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(58.5 g·ml－1×\f(1,2),a3×6.02×1023ml－1)＝2.2 g·cm－3，解得a≈2.8×10－8cm，又因为d＝eq \r(,2)a，故NaCl晶体中两个距离最近的Na＋间的距离d＝eq \r(,2)×2.8×10－8cm≈4.0×10－8cm。]
10．(2021·黑龙江哈尔滨三中高二上期末)已知CsCl晶体的密度为ρ g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的摩尔质量可以表示为(单位：g·ml－1)( )
A．NAa3ρ B．eq \f(NAa3ρ,6) C．eq \f(NAa3ρ,4) D．eq \f(NAa3ρ,8)
A [每个CsCl晶胞中含1个Cs＋，8×eq \f(1,8)＝1个Cl－，则CsCl的摩尔质量为M＝ρa3NA g·ml－1，故选A。]
11．(1)在下列物质中________是晶体，________是非晶体。
①塑料 ②明矾 ③松香 ④玻璃 ⑤CuSO4·5H2O ⑥冰糖 ⑦糖果 ⑧单晶硅 ⑨铝块 ⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有______________，而非晶体______________；另外非晶体的多种物理性质，在各个方向都是________的，而晶体的多种物理性质在各个方向都是________的。
(3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是________。
①从外形上来判断
②从各向异性或各向同性上来判断
③从导电性能来判断
④从有无固定熔点来判断
[解析] 明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、糖果、橡胶都是非晶体。晶体最大的特征就是各向异性和有固定的熔点。
[答案] (1)②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩
(2)规则的几何外形 没有规则的几何外形 各向同性 各向异性
(3)②④
12．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。
(1)晶体中每个Y同时吸引着______个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式为________。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有________个。
(3)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX为________(填角的度数)。
[解析] 晶胞中的微粒分为4种：①体心上的微粒完全属于该晶胞；②面心上的微粒eq \f(1,2)属于该晶胞；③棱上的微粒eq \f(1,4)属于该晶胞；④顶点上的微粒eq \f(1,8)属于该晶胞。本题微粒Y位于体心，微粒X位于顶点，所以该晶体的化学式为Y2X(或XY2)。
观察图，4个X和1个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。
[答案] (1)4 8 Y2X(或XY2) (2)12 (3)109°28′
13．如图是超导化合物——钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。请回答：
(1)该化合物的化学式为________。
(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有________个。
(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为a g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙离子与钛离子之间的最短距离为________。
[解析] (1)这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为1/8，所以，它单独占有的钛原子个数为8×1/8＝1个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为1/4，所以，它单独占有的氧原子个数为12×1/4＝3个；它全部拥有体内的一个钙原子，所以，该晶胞中单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：1、3、1；该化合物的化学式为CaTiO3。(2)钛位于正方体的顶点上，则与一个钛离子距离最近的另一个钛离子与它共棱。从立方晶胞进行堆积的图形可以看出，在横向、纵向、竖向上，满足条件的离子都是2个，所以共6个。(3)设这种立方晶胞的边长是b，那么，钙离子与钛离子之间的距离是体对角线的一半，即eq \f(\r(,3),2)b。因为每个立方体的体积为b3，而NA个这样的立方体堆积到一起就是1 ml晶体，其质量为M g，其体积为eq \f(M g,a g·cm－3)＝eq \f(M,a)cm3。所以NA·b3＝eq \f(M,a)cm3，所以，b＝eq \r(3,\f(M,a·NA))cm，则题中所求距离为eq \f(\r(,3),2)·eq \r(3,\f(M,a·NA)) cm。
[答案] (1)CaTiO3 (2)6 (3)eq \f(\r(,3),2)·eq \r(3,\f(M,a·NA)) cm
[拓展培优练]
14．如图所示为干冰晶体的晶胞，它是一种面心立方结构，即每8个CO2分子构成立方体，且在6个面的中心各有1个CO2分子占据，在每个CO2分子周围距离eq \f(\r(2),2)a(其中a为立方体棱长)的CO2分子有( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
C [由晶胞可知，以立方体顶点的二氧化碳分子为例，与之距离为eq \f(\r(2),2)a，即面对角线长的一半，这样的二氧化碳分子分布在与之相连的面的面心上，而与一个顶点相连的面有12个，所以这样的二氧化碳分子也有12个。]
15．(2021·天津一中高三上月考)某固体仅由一种元素组成，其密度为5 g·cm－3。用X射线研究该固体的结果表明，在棱长为1×10－7 cm的立方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量接近( )
A．32 B．65 C．120 D．150
D [设该元素的相对原子质量为M，则20个原子的质量为eq \f(20M,6.02×1023) g，已知棱长为1×10－7 cm，所以每个晶胞的体积为10－21 cm3，则ρ＝eq \f(\f(20M,6.02×1023),10－21) g·cm－3＝5 g·cm－3，解得：M≈150，故选D。]
16．纳米材料的表面微粒数占总微粒数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面微粒数与总微粒数的比值为( )
A．7∶8 B．13∶14 C．25∶25 D．26∶27
D [表面微粒数＝26。总微粒数＝表面微粒数＋中心微粒数＝26＋1＝27。]
17．(2021·山东潍坊高二期中)原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图所示为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))；C为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，0)。则D原子的坐标参数为( )
A．(eq \f(1,4)，0,0) B．(0，eq \f(1,4)，0)
C．(eq \f(1,8)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4)) D．(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4))
D [对照晶胞结构及原子坐标参数A为(0,0,0)、B为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))、C为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，0)，选A为参照点，可知D在晶胞体对角线的eq \f(1,4)处，运用比例关系可知D原子的坐标参数为(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4))，D正确。]
18．下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。
(1)请写出元素d的基态原子的电子排布式：____________________________
__________________________________________________________________。
(2)b的氧化物中b原子与氧原子之间的共价键类型是________，其中b原子的杂化方式是________。
(3)a的单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。

若已知a元素原子的半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，a元素原子的摩尔质量为M，则1个晶胞中a原子的数目为________，该晶体的密度为________(用字母表示)。
[解析] (1)根据d在元素周期表中的位置可知，元素d为Cr，其d轨道半充满时更稳定，Cr的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。(2)SiO2中Si与相邻的4个O形成正四面体结构，其中Si的杂化方式是sp3杂化。(3)1个晶胞中a原子的数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4；该晶胞的质量m＝4×eq \f(M,NA)，该晶胞的体积V＝(4d×eq \f(\r(,2),2))3＝16eq \r(,2)d3，则晶胞密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(\r(,2)M,8d3NA)。
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
(2)σ键(或极性共价键) sp3杂化 (3)4 eq \f(\r(,2)M,8d3NA)