高考化学总复习 课时跟踪检测 三十六　晶体结构与性质 Word版含答案

课时跟踪检测三十六　晶体结构与性质

(时间：45分钟　满分：100分)

一、选择题 (每小题6分，共36分)

1．(2017届温州市联考)氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　)

A．AlON和石英的化学键类型相同 B．AlON和石英晶体类型相同

C．AlON和Al2O3的化学键类型不同 D．AlON和Al2O3晶体类型相同

解析：氮氧化铝(AlON)与石英均为原子晶体，所含化学键均为共价键；Al2O3为离子晶体，所含化学键为离子键，D项错误。

答案：D

2．金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体的根本区别是(　　)

A．基本构成微粒和微粒间的作用力不同

B．外部形状不同

C．金属晶体和原子晶体属于单质，分子晶体和离子晶体属于化合物

D．基本构成微粒做周期性重复排列所遵循的规律不同

解析：晶体之所以被分成不同的晶体类型，关键是根据构成晶体的粒子及粒子之间的作用力的不同，金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，作用力是金属键；离子晶体的构成微粒是离子，作用力是离子键；原子晶体的构成微粒是原子，作用力是共价键；分子晶体的构成微粒是分子，作用力是分子间作用力，故选A项。

答案：A

3．(2017届南充诊断)下表所列物质晶体的类型全部正确的一组是(　　)

解析：A项，磷酸属于分子晶体；B项，氯化铝属于分子晶体；D项，铁属于金属晶体，尿素属于分子晶体。

答案：C

4．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是(　　)

A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积

B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个

C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12

D．空间利用率的大小关系为：①<②<③<④

解析：A项②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，②、③颠倒，错误；B项根据晶胞计算，每个晶胞含有的原子数分别为：①8×1/8＝1个，②8×1/8＋1＝2个，③8×1/8＋1＝2个，④8×1/8＋6×1/2＝4个，正确；C项配位数是指晶胞中与原子紧邻的原子数，所以四种晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12，错误；D项空间利用率是指晶胞在所含原子的体积与晶胞体积的比值，根据四种晶胞有空间利用率判断①<②<③＝④，错误。

答案：B

5．(2017届四川雅安中学月考)下面的排序不正确的是(　　)

A．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4

B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅

C．熔点由低到高：Na<Mg<Al

D．晶格能由大到小：NaI>NaBr>NaCl>NaF

解析：CF4、CCl4、CBr4、CI4为分子晶体，其相对分子质量越大，分子间作用力越大，其熔点越高，A项正确；金刚石、碳化硅、晶体硅为原子晶体，形成原子晶体的共价键越强，硬度越大。形成共价键的原子半径越小，共价键越强，原子半径C—C<C—Si<Si—Si，硬度金刚石>碳化硅>晶体硅，B项正确；Na、Mg、Al属于金属晶体，金属晶体中金属阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键越强，熔点越高，离子半径Na＋>Mg2＋>Al3＋，故熔点由低到高：Na<Mg<Al，C项正确；NaI、NaBr、NaCl、NaF均为离子晶体，形成离子晶体的离子键越强，晶格能越大。离子半径越小，离子键越强，离子半径I－>Br－>Cl－>F－，故晶格能NaF>NaCl>NaBr>NaI，D项错误。

答案：D

6．高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是(　　)

A．与K＋最近且距离相等的K＋有6个

B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个O

C．晶体中与每个K＋距离最近的O有6个

D．晶体中，所有原子之间都以离子键相结合

解析：根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶体，超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O、K＋，晶体中K＋与O间形成离子键，O中O—O键为共价键。作为面心立方晶体，每个晶胞中含有K＋：8×＋×6＝4(个)，O：1＋×12＝4(个)，晶胞中与每个K＋距离相等且最近的O有6个，最近且距离相等的K＋有12个。

答案：C

二、非选择题(共64分)

7．(15分)(2016年全国卷Ⅲ)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

(1)写出基态As原子的核外电子排布式：________。

(2)根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”)

(3)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。

(4)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是_______________。

(5)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析：(1)由As位于第四周期第ⅤA族，类比P的核外电子排布式可知基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)Ga位于第四周期第ⅢA族，而As位于第四周期第ⅤA族，同周期主族元素的原子半径随核电荷数增大而减小，故原子半径：Ga>As；同周期元素随原子序数的增大，第一电离能呈增大的趋势，因As的4p轨道处于半充满的稳定状态，其第一电离能比同周期相邻元素的大，故第一电离能：Ga<As。(3)由价层电子对互斥理论知，AsCl3分子的中心原子As的价层电子对数目为4其中孤电子对数为＝1，因此其分子构型为三角锥形；As的杂化轨道类型是sp3杂化。(4)非金属性F大于Cl，再结合GaF3与GaCl3的熔点知，GaF3熔点较高的原因是GaF3是通过离子键形成的离子晶体，而GaCl3则是通过共价键形成的分子晶体。(5)GaAs的熔点较高，结合晶胞结构知GaAs是Ga与As通过共价键形成的原子晶体；由“均摊法”可知每个晶胞中含有4个Ga和4个As，依据密度公式，结合题中数据知每个晶胞的体积V(晶胞)＝ cm3；每个晶胞中含有原子的体积之和为4×cm3。故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为4×π×10－30(r＋r) cm3÷ cm3＝×100%。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d10 4s24p3

(2)大于　小于

(3)三角锥形 　 sp3

(4)GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体

(5)原子晶体　共价　×100%

8．(14分)(2017届衡水中学调研)1967年舒尔滋提出金属互化物的概念，其定义为固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。回答下列问题：

(1)某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于________(填“晶体”或“非晶体”)。

(2)基态铜原子有________个未成对电子，二价铜离子的电子排布式为________，在CuSO4溶液中滴入过量氨水，形成配合物的颜色为________。

(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1 mol (SCN)2分子中含有σ键的数目为________；类卤素(SCN)2 对应的酸有两种，理论上硫氰酸(HN)的沸点低于异硫氰酸(H—N===C===S)的沸点，其原因是_______________________________。

(4)ZnS的晶胞结构如图1所示，在ZnS晶胞中，S2－的配位数为________。

(5)铜与金形成的金属互化物结构如图2，其晶胞边长为a nm，该金属互化物的密度为________(用含“a、NA的代数式”表示)g·cm－3。

解析：(1)由于金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，故金属互化物属于晶体。(2)基态Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，共有1个未成对电子，＋2价铜离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)，Cu2＋形成配合物颜色为深蓝色。(3)由Cl2的结构可知(SCN)2的结构式为S===C===N—N===C===S，故1 mol (SCN)2分子中含有σ键数目为5 mol，由于H—N===C===S中H—N===可与另一个分子形成氢键而HN不能形成分子间氢键，故H—N===C===S的沸点高。(4)由图可看出S2－的配位数为4。(5)由晶胞可知其中含有Cu 6×＝3个，Au 8×＝1个，故其化学式为Cu3Au，一个Cu3Au晶胞的质量为，一个Cu3Au晶胞的体积为a3×10－21 cm－3，故其密度为 g·cm－3。

答案：(1)晶体

(2)1　1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)　深蓝色

(3)5NA　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能

(4)4　(5)

9．(14分)原子序数依次递增的A、B、C、D、E是周期表中前30号元素。已知A的最外层电子数是其内层电子数的2倍；A与C形成的常见化合物之一是主要的温室气体；D与A同主族，其单质在同周期元素所形成的单质中熔点最高；E原子M能层为全充满状态，且核外的未成对电子只有一个。请回答下列问题：

(1)B的元素名称是________，该主族元素的气态氢化物中，沸点最低的是________(填化学式)。

(2)根据等电子原理分析，BC中B原子的轨道杂化类型是________。

(3)五种元素中，电负性最大与最小的两种非金属元素形成的化合物在常温下是晶体，其晶体类型是________。

(4)A的一种相对分子质量为28的氢化物，其分子中σ键与π键的个数之比为________。

(5)E的基态原子有________种形状不同的原子轨道；E2＋的价电子排布式为________；下图________(填“甲”“乙”或“丙”)表示的是E晶体中微粒的堆积方式。

解析：根据元素的结构及有关性质可知，A、B、C、D、E五种元素分别是C、N、O、Si、Cu。

(1)氨气分子存在氢键，所以其熔沸点是同主族元素的氢化物中最高的，而最低的是PH3。

(2)价电子数与原子数分别都相等的是等电子体，所以与NO互为等电子体的是CO2。由于CO2是直线形结构，碳原子是sp杂化，所以NO中氮原子也是sp杂化。

(3)电负性最大与最小的两种非金属元素分别是O和Si，形成的氧化物是SiO2，属于原子晶体。

(4)碳元素的一种相对分子质量为28的氢化物是乙烯，分子中含碳碳双键。而双键是由1个σ键与1个π键构成的，而单键都是σ键，所以分子中σ键与π键的个数之比为5∶1。

(5)铜原子的基态原子有s、p、d 3种形状不同的原子轨道；根据构造原理可知，铜离子的价电子排布式为3d9；根据晶胞可知，甲是体心立方堆积，乙是六方最密堆积，丙是面心立方最密堆积，所以答案选丙。

答案：(1)氮　PH3

(2)sp　(3)原子晶体

(4)5∶1　(5)3　3d9　丙

10．(12分)石墨烯[如图(a)所示]是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯[如图(b)所示]。

(1)基态碳原子的核外电子有________种运动状态。

(2)图(a)中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

(3)图(b)中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图(a)中1号C与相邻C形成的键角。

(4)若将图(b)所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。

(5)石墨烯可转化为富勒烯分子(C60)，C60属于________晶体，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________________。

解析：(1)C是6号元素，所以基态碳原子的核外电子有6种不同的运动状态。(2)图(a)中，1号C与相邻C形成σ键的个数为3个。(3)在(a)中1号C的键角是120°，而图(b)中，1号C的杂化方式是sp3杂化，键角是接近109°28′，所以图(b)中的键角<图(a)中1号C与相邻C形成的键角。(4)若将图(b)所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有O、H两种元素的原子。(5)石墨烯可转化为富勒烯分子(C60)，C60是60个C原子形成的分子，属于分子晶体。某金属M与C60可制备一种低温超导材料，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为12×1/4＋8＋1＝12；在该晶胞中含有的C60的个数是8×1/8＋6×1/2＝4，n(M)∶n(C60)＝12∶4＝3∶1，所以该材料的化学式为M3C60。

答案：(1)6　(2)3　(3)sp3　＜　(4)O、H　(5)分子　12　M3C60

11．(9分)(1)写出Ni2＋基态的价电子排布式_________________________________。

(2)SO的空间构型是________________。

(3)OCN－与CO2是等电子体，则OCN－中碳原子的杂化方式是____________。

(4)层状晶体六方氮化硼(BN)具有很高的熔点，硼原子和氮原子均为sp2杂化。该晶体中存在的作用力有________________。

(5)元素O、Mg、Ni可形成一种晶体，其晶胞如图所示。在晶体中，每个Ni2＋与________个Mg2＋配位。该晶体的化学式是__________________。

解析：(1)镍原子序数为28，Ni2＋为Ni失去2个电子形成的离子，价电子排布式为3d8。

(2)根据价电子互斥理论可推出SO的空间构型是三角锥形。

(3)等电子体结构相似，所以OCN－中碳原子的杂化方式与CO2相同。

(4)N、B之间形成共价键，六方氮化硼(BN)晶体为层状结构，层与层之间作用力为范德华力。

(5)根据晶胞的结构，结合立体几何知识可看出每个Ni2＋与8个Mg2＋配位；该晶胞含O2－：12×1/4＝3，Mg2＋：4×1/2＝2，Ni2＋：8×1/8＝1，可得出化学式。

答案：(1)3d8　(2)三角锥形　(3)sp

(4)共价键、范德华力(或分子间作用力)

(5)8　Mg2NiO3