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2018版高考化学一轮总复习第十二章物质结构与性质第40讲晶体结构与性质限时训练

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                              晶体结构与性质

    [选题细目表]

              考查知识点                   基础题        中档题           较难题
   1.晶体的特征和性质                         1、2

   2.晶体的结构与性质间的关系                       3         4、6
   3.常见晶体的空间结构                                    5、7

   4.晶体微粒数目、密度的相关计算                                8
   5.晶体结构和性质知识的综合应用                                9           10、11
    一、选择题(本题包括         7 个小题,每小题       6 分,共  42 分,每小题仅有一个选项符合题
意)
    1.下列关于晶体的说法错误的是(  )
    A.晶体中粒子呈周期性有序排列,有自范性,而玻璃体中原子排列相对无序,无自范
性
    B.含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
    C.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
    D.晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得较稳定
    解析:含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,如氯化铝含有金属阳离子但属于分
子晶体。
    答案:B
    2.下列说法中正确的是(  )
    A.离子晶体中每个离子周围均吸引着                6 个带相反电荷的离子
    B.金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子,电子定向运动
    C.分子晶体的熔、沸点很低,常温下都呈液态或气态
    D.原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合
    解析:A   项,离子晶体中每个离子周围不一定吸引                  6 个带相反电荷的离子,如          CsCl 晶
体中每个    Cs+吸引   8 个 Cl-;B  项,金属晶体中的自由电子不是因为外电场作用产生的;

C 项,分子晶体不一定是液态或气态,可能为固态,如                      I2、S8 等。
    答案:D
    3.下列各物质中,按熔点由高到低的顺序排列正确的是(  )

    A.CH4>SiH4>GeH4>SnH4

    B.KCl>NaCl>MgCl2>MgO
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    C.Rb>K>Na>Li

    D.金刚石>SiO2>Na>冰
    解析:A   项中均为分子晶体且结构相似,相对分子质量越大,溶、沸点越高;B                             项均为
离子晶体,离子半径越小,电荷越多,离子键就越强;C                       项均为金属晶体,金属键强弱与
金属原子半径成反比,与价电子数成正比。
    答案:D
    4.下列各物质熔化时,所克服的粒子间作用力相同的是(  )

    A.Na2O 和 SO3                   B.Mg  和 Si

    C.NaOH 和  NaCl                 D.AlCl3 和 MgCl2

    解析:Na2O、NaOH、NaCl、MgCl2     熔化时破坏离子键;SO3        和  AlCl3 熔化时克服分子间
作用力;Mg    熔化时克服金属键;Si         熔化时克服共价键。
    答案:C
    5.下面有关晶体的叙述中,不正确的是(  )
    A.金刚石网状结构中,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有                            6 个碳原子
    B.氯化钠晶体中,每个          Na+周围距离相等的       Na+共有   6 个
    C.氯化铯晶体中,每个          Cs+周围紧邻    8 个 Cl-

    D.干冰晶体中,每个         CO2 分子周围紧邻     12 个 CO2 分子
    解析:氯化钠晶体中,每个            Na+周围距离相等的       Na+共  12 个。每个    Na+周围距离相等
且最近的    Cl-共有   6 个。
    答案:B
    6.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:AlON   与石英(SiO2)均为原子晶体,所含化学键均为共价键,故                     A、B 项正确;

Al2O3 是离子晶体,晶体中含离子键,不含共价键,故                   C 项正确、D    项错误。
    答案:D

    7.下列关于     CaF2 的表述正确的是(  )
    A.Ca2+与  F-间仅存在静电吸引作用

        -                -
    B.F  的离子半径小于       Cl  ,则  CaF2 的熔点高于    CaCl2

    C.阴、阳离子比为        2∶1 的物质,均与       CaF2 晶体构型相同

    D.CaF2 中的化学键为离子键,因此            CaF2 在熔融状态下能导电
    解析:Ca2+与    F-之间既有静电引力作用,也有静电排斥作用,A                    错误;离子所带电荷
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相同,F-的离子半径小于          Cl-,所以    CaF 晶体的晶格能大,熔点高,B           错误;晶体构型还
与离子的大小有关,所以阴、阳离子比为                  2∶1 的物质,不一定与        CaF 晶体构型相同,C       错

误;     CaF2 中的化学键为离子键,CaF2        在熔融状态下发生电离,因此             CaF2 在熔融状态下能
导电,D   正确。
    答案:D
    二、非选择题(本题包括          4 个小题,共     58 分)
    8.(2016·全国Ⅲ卷)(14      分)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)GaF3 的熔点高于    1 000 ℃,GaCl3  的熔点为    77.9 ℃,其原因
    _______________________________________________________
    ______________________________________________________。
    (2)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________键相结合。Ga     和 As 的摩尔质量分别为        MGa   g·mol

1            -1
 和  MAs g·mol  ,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)GaF3 的熔点高于    1  000 ℃,GaCl3  的熔点为    77.9 ℃,其原因是      GaF3 是离

子晶体,GaCl3    是分子晶体,而离子晶体的熔点高于分子晶体。
    (2)GaAs 的熔点为    1 238 ℃,其熔点较高,据此推知            GaAs 为原子晶体,Ga     与  As 原子
之间以共价键相结合。分析            GaAs 的晶胞结构,4     个  Ga 原子处于晶胞体内,8        个  As 原子处
于晶胞的顶点、6       个  As 原子处于晶胞的面心,结合“均摊法”计算可知,每个晶胞中含有
4 个 Ga 原子,含有     As 原子个数为    8×1/8+6×1/2=4(个),Ga      和  As 的原子半径分别为

            -10                -10
rGapm=rGa×10   cm,rAspm=rAs×10                     cm,则原子的总体积为         V 原子=
   4                                   16π
                10  3         -10  3          -30           3
4×3π×[(rGa×10    cm) +(rAs×10    cm) ]= 3 ×10   (rG3a+rA3s)cm 。又知  Ga 和 As 的

                        -1            -1                      -3
摩尔质量分别为       MGa g·mol   和 MAs g·mol  ,晶胞的密度为        ρ  g·cm  ,则晶胞的体积
         4(MGa+MAs)
                                 3
为  V 晶胞=     ρNA               cm ,故  GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为
V原子
V晶胞×100%=        ×100%=     ×100%。

    答案:(1)GaF3   为离子晶体,GaCl3 分子晶体
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    (2)原子晶体 共价              ×100%
    9.(2016·全国Ⅰ卷)(际法        4 分)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应
用广泛。回答下列问题:
    (1)Ge 与 C 是同族元素,C     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。从原子结构角度分析,原因是

    _______________________________________________________
    ______________________________________________________。
    (2)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因

    _______________________________________________________
    ______________________________________________________。


                     项目         GeCl4     GeBr4       GeI4
                   熔点/℃        -49.5        26        146
                   沸点/℃         83.1       186       约 400
    (3)Ge 单晶具有金刚石型结构,其中            Ge 原子的杂化方式为______________,微粒之间
存在的作用力是____________________。
    (4)晶胞有两个基本要素:
    ①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。
                                                           1   1      1  1
                                                            ,0,        ,  ,0
    下图为   Ge 单晶的晶胞,其中原子坐标参数              A 为(0,0,0);B   为(2    2);C 为(2  2  )。
则  D 原子的坐标参数为________。


    ②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知                  Ge 单晶的晶胞参数       a=565.76   pm,其密
度为____________g·cm-3(列出计算式即可)。
    解析:     (1)锗虽然与碳为同族元素,但比碳多了两个电子层,因此锗的原子半径大,
原子间形成的      σ  单键较长,p­p     轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成
π  键。
    (2)由锗卤化物的熔、沸点由           Cl 到 I 呈增大的趋势且它们的熔、沸点较低可判断出它
们均为分子晶体,而相同类型的分子晶体,其熔、沸点取决于相对分子质量的大小,因为
相对分子质量越大,分子间的作用力就越大,熔、沸点就越高。
    (3)Ge 单晶为金刚石型结构,金刚石中碳原子的杂化方式为                      sp3,因此   Ge 原子的杂化
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方式也为    sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。
                                            1 1 1
                                             , ,
    (4)①根据题给图示可知,D          原子的坐标参数为(4        4 4)。
                             1     1                           8 × 73 g·mol-1
    ②每个晶胞中含有锗原子           8×8+6×2+4=8(个),每个晶胞的质量为                   NA     ,
                                                    8 × 73 g·mol-1
晶胞的体积为(565.76×10-10 cm)3,所以晶胞的密度为NA               × (565.76 × 10-10 cm)3。
    答案:(1)Ge   原子半径大,原子间形成的            σ 单键较长,p­p      轨道肩并肩重叠程度很小
或几乎不能重叠,难以形成            π 键

    (2)GeCl4、GeBr4、GeI4 的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,分子量依次增大,
分子间相互作用力逐渐增强
    (3)sp3 共价键
          1 1 1        8 × 73
          ,  ,
    (4)①(4  4 4) ②6.02 × 565.763×107
    10.(2015·全国Ⅱ卷)(15      分)A、B、C、D    为原子序数依次增大的四种元素,A2-和                B+
具有相同的电子构型;C、D           为同周期元素,C       核外电子总数是最外层电子数的              3 倍;D  元
素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:
    (1)四种元素中电负性最大的是________(填元素符号),其中                   C 原子的核外电子排布式
为____________。
    (2)单质  A 有两种同素异形体,其中沸点高的是______(填分子式),原因是
_____________________________________________;
    A 和 B 的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。
    (3)C 和 D 反应可生成组成比为        1∶3  的化合物    E,E 的立体构型为________,中心原子
的杂化轨道类型为________。

    (4)化合物   D2A 的立体构型为________,中心原子的价层电子对数为________,单质

D 与湿润的    Na2CO3 反应可制备    D2A,其化学方程式为________________________________。
    (5)A 和 B 能够形成化合物      F,其晶胞结构如图所示,晶胞参数               a=0.566 nm,F  的化学
式为__________;晶胞中      A 原子的配位数为________;列式计算晶体             F 的密度(g·cm-
3)_____________________。


    解析:C   核外电子总数是最外层电子数的              3 倍,则   C 为 P 元素。A、B   的原子序数小于
C,且   A2-和 B+具有相同的电子构型,则           A 为 O 元素,B   为 Na 元素。C、D    为同周期元素,
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且  D 元素最外层有一个未成对电子,则              D 为 Cl 元素。
    (1)O、Na、P  和  Cl 四种元素中,O     元素的电负性最大。P         原子核外有     15 个电子,其基
态原子的核外电子排布式为            1s22s22p63s23p3 或[Ne]3s23p3。

    (2)O 元素形成    O2 和 O3 两种同素异形体,固态时均形成分子晶体,而分子晶体中,相

对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的沸点越高,故                         O3 的沸点高于    O2。O 元素形成

的氢化物有     H2O 和 H2O2,二者均能形成分子晶体。Na           元素形成的氢化物为         NaH,属于离子
晶体。

    (3)P 和 Cl 元素形成的组成比为        1∶3  的化合物    E 为 PCl3,中心原子     P 形成 3 个 σ  键
且含有   1 对未成键的孤电子对,故           P 原子采取    sp3 杂化,分子构型为三角锥形。

    (4)化合物   D2A 为 Cl2O,其中   O 原子形成   2 个 σ  键且含有    2 对未成键的孤电子对,则

            3
O 原子采取    sp 杂化,故    Cl2O 为 V 形结构,中心原子       O 的价层电子对数为        4。Cl2 与湿润的

Na2CO3 反应可生成    Cl2O,据氧化还原反应规律可知,还生成还原产物                   NaCl,反应的化学方

程式为   2Cl2+2Na2CO3+H2O===2NaCl+Cl2O+2NaHCO3(或   2Cl2+Na2CO3===Cl2O+CO2+
2NaCl)。
    (5)O2-半径大于    Na+半径,由     F 的晶胞结构可知,大球代表           O2-,小球代表     Na+,每
                        1     1
个晶胞中含有      O2-个数为    8×8+6×2=4,含有      Na+个数为    8,故  O2-、Na+离子个数之比为

4∶8=1∶2,从而推知        F 的化学式为     Na2O。由晶胞结构可知,每个          O 原子周围有     8 个
Na 原子,故    O 原子的配位数为      8。晶胞参数      a=0.566  nm=0.566×10-7   cm,则晶胞的体
积为(0.566×10-7                                     cm)3,从而可知晶体       F 的密度为
          4 × 62 g·mol-1
(0.566 × 10-7cm)3 × 6.02 × 1023 mol-1=2.27 g·cm-3。
    答案:(1)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)

    (2)O3 O3 相对分子质量较大,范德华力大 分子晶体 离子晶体
    (3)三角锥形 sp3

    (4)V 形 4 2Cl2+2Na2CO3+H2O===Cl2O+2NaHCO3+2NaCl(或    2Cl2+Na2CO3===Cl2O+

CO2+2NaCl)

    (5)Na2O 8 
              4 × 62 g·mol-1
    (0.566 × 10-7cm)3 × 6.02 × 1023mol-1=2.27 g·cm-3
    11.(2016·海南卷)(15     分)M 是第四周期元素,最外层只有             1 个电子,次外层的所有
原子轨道均充满电子。元素            Y 的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问
题:
    (1)单质  M 的晶体类型为________,晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆
积,其中    M 原子的配位数为________。
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    (2)元素  Y 基态原子的核外电子排布式为__________,其同周期元素中,第一电离能最
大的是________(写元素符号)。元素           Y 的含氧酸中,酸性最强的是________(写化学式),
该酸根离子的立体构型为________。
    (3)M 与 Y 形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。


    ①该化合物的化学式为____________,已知晶胞参数                a=0.542    nm,此晶体的密度为

                   -3
______________g·cm   (写出计算式,不要求计算结果,阿伏加德罗常数的值为                       NA)。
    ②该化合物难溶于水但易溶于氨水,其原因是______________。此化合物的氨水溶液
遇到空气则被氧化为深蓝色,深蓝色溶液中阳离子的化学式为____________。
    解析:根据题给信息推断           M 为铜元素,Y     为氯元素。
    (1)单质铜的晶体类型为金属晶体,晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方密堆积,
铜原子的配位数为        12。
    (2)氯元素为    17 号元素,位于第三周期,根据构造原理知其基态原子的核外电子排布
式为   1s22s22p63s23p5,同周期元素由左向右元素原子
    的第一电离能逐渐增大,故其同周期元素中,第一电离能最大的是                            Ar。氯元素的含氧

                                               3
酸中,酸性最强的是         HClO4,该酸根离子中氯原子为           sp 杂化,没有孤对电子,立体构型为
正四面体形。
    (3)①根据晶胞结构利用切割法分析,每个晶胞中含有铜原子个数为                           8×1/8+
6×1/2=4,氯原子个数为         4,该化合物的化学式为          CuCl;则  1   mol 晶胞中含有     4   mol 
CuCl,1    mol 晶胞的质量为      4×99.5    g,又晶胞参数      a=0.542    nm,此晶体的密度为
       4 × 99.5        4 × Mr(CuCl)
NA × (0.542)3 × 10-21或NA × a3 × 10-21 g·cm-3。②该化合物难溶于水但易溶于氨水,
其原因是    Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中                       Cu+被氧化为    Cu2+,故

                                    2+
深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]              。
    答案:(1)金属晶体 金属键 12

         2  2 6  2 5
    (2)1s 2s 2p 3s 3p  Ar HClO4 正四面体
                     4 × 99.5
    (3)①CuCl NA   × (0.542)3 × 10-21
        4 × Mr(CuCl)
     或
    (  NA × a3 × 10-21)

        +                                                  2+
    ②Cu  可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) [Cu(NH3)4]
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