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通用版高考化学一轮复习
课时突破练25　晶体结构与性质
必备知识基础练
1.(2024·天津东丽区模拟)下列各组晶体物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是(　　)
①SiO2和SO3　②石墨和碘　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮
A.③④ B.③④⑤
C.①③④ D.①②⑤
2.(2024·安徽省十校联盟联考)下列有关晶体的叙述正确且有因果关系的是(　　)
选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ
SiO2晶体的熔点高、硬度大 SiO2晶体可用于制造光导纤维
碘晶体中的I—I键能较小 晶体碘的沸点低、易升华
NaCl晶体中Na+与Cl-个数比为1∶1,CsCl晶体中Cs+与Cl-个数比也为1∶1 NaCl和CsCl的晶胞结构相同
在金刚石和晶体硅中,原子间通过共价键形成空间网状结构 金刚石和晶体硅类型相同
3.(2024·湖北武汉重点校联考)卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示,下列判断不正确的是 (　　)
A.TiF4的熔点反常升高是由于其键能较大
B.NaX均为离子晶体
C.随X半径的增大,NaX的离子键减弱,熔点逐渐降低
D.TiCl4、TiBr4、TiI4的相对分子质量依次增大,范德华力增大,熔点逐渐升高
4.(2024·辽宁沈阳市郊联体联考)一种氧化锌(M=81 g·mol-1)的立方晶胞结构如图所示(用NA表示阿伏加德罗常数的值),下列说法错误的是(　　)
A.晶胞的质量为 g
B.锌离子间的最短距离为a pm
C.基态氧原子的核外电子有5种运动状态
D.Zn是ds区元素,O是p区元素
5.(2024·湖南卷)Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为2LiH+C+N2Li2CN2+H2,晶胞如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.合成反应中,还原剂是LiH和C
B.晶胞中含有的Li+个数为4
C.每个C周围与它最近且距离相等的Li+有8个
D.C为V形结构
关键能力提升练
6.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如下图所示。已知该氧化物中Ti为+4价、La为+3价。下列说法错误的是(　　)
A.导电时,Ti和La的价态不变
B.若x=,Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时,空位移动方向与电流方向相反
7.(2023·河北卷)锆(Zr)是重要的战略金属,可从其氧化物中提取。如图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
A.该氧化物的化学式为ZrO2
B.该氧化物的密度为 g·cm-3
C.Zr原子之间的最短距离为a pm
D.若坐标取向不变,将p点Zr原子平移至原点,则q点Zr原子位于晶胞xy面的面心
8.(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是(　　)
A.晶体最简化学式为KCaB6C6
B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D.晶体的密度为 g·cm-3
9.(2024·广东梅州四校联考)Ga和As均位于元素周期表第四周期,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,其晶胞结构如图所示,其中原子1的坐标为(0,0,0),原子2的坐标为(1,1,1)。下列有关说法中错误的是(　　)
A.原子3的坐标为()
B.根据元素周期律,原子半径Ga>As
C.GaAs的熔点为1 238 ℃,硬度大,故晶体类型为共价晶体
D.若晶胞边长为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则GaAs晶体的密度为 g·cm-3
10.(2024·山东德州一模)物质的光学性质在科研中有重要的用途。
Ⅰ.一种比率光声探针M与Cu2+配位,可用于小鼠脑内铜(Ⅱ)的高时空分辨率动态成像,反应如图所示。
(1)H、C、N、F四种元素的电负性由大到小的顺序为　　　　　　　,M中键角F—B—F　　　　　(填“>”“<”或“=”)BF3中键角F—B—F;基态Cu2+的价层电子中,两种自旋状态的电子数之比为　　　　　　　　。
(2)均为平面结构的吡咯()和吡啶()是合成该探针的原料,吡咯和吡啶在盐酸中溶解度较大的为　　　　　　,原因是　 　。
Ⅱ.铪(Hf)的卤化物八面体离子是构建卤化物钙钛矿的基本发光单元,其构建的某晶胞结构如图所示。
(3)该晶胞中K+的配位数为　　　　,阴离子形成的八面体空隙有　　　　个。
(4)该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则Hf—Hf最近距离为　　　　 nm(列出计算式)。
参考答案
1.A　解析 ①SiO2是共价晶体,SO3分子晶体;②石墨是混合型晶体,碘是分子晶体;③CO2和SO2均为由共价键形成的分子,两者分别通过分子间作用力形成分子晶体,化学键类型和晶体类型均相同;④晶体硅和金刚石均为由共价键形成的共价晶体,化学键类型和晶体类型均相同;⑤晶体氖是分子晶体,晶体氮是由共价键形成分子,并通过分子间作用力形成的分子晶体,晶体类型相同,但化学键类型不同。
2.D　解析 SiO2晶体的熔点高、硬度大,属于共价晶体,SiO2晶体可用于制造光导纤维,Ⅰ和Ⅱ叙述正确但无因果关系,A错误。晶体碘属于分子晶体,其沸点低,易升华,与碘晶体中的I—I键能无关,B错误。NaCl和CsCl的晶胞结构不同,NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数均为6,CsCl晶体中Cs+、Cl-的配位数均为8,C错误。金刚石和晶体硅都是共价晶体,原子间通过共价键形成空间网状结构,D正确。
3.A　解析 由于电负性:F>Cl>Br>I,则TiF4形成离子晶体,而TiCl4、TiBr4、TiI4形成分子晶体,因此TiF4的熔点反常升高,不是其键能较大,A错误。NaX中只含有离子键,则NaX均为离子化合物,均形成离子晶体,B正确。NaX是离子晶体,离子键越强,熔点越高,X-电子层数越多,半径越大,离子键越弱,则随X半径的增大,NaX的离子键减弱,熔点逐渐降低,C正确。TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体,故随相对分子质量增大,范德华力增大,熔点逐渐升高,D正确。
4.C　解析 根据“均摊法”可知,1个晶胞中含有4个ZnO,晶胞的质量为m= g,A正确。锌离子间的最短距离为面心到顶点的距离,已知晶胞参数为a pm,则其面心到顶点的距离为a pm,B正确。氧元素的原子序数为8,基态氧原子核外有8个电子,每个电子的运动状态不一样,故共有8种运动状态,C错误。Zn为过渡元素,在元素周期表中位于第四周期第ⅠB族,位于ds区,O属于非金属主族元素,位于p区,D正确。
5.D　解析 LiH中H元素为-1价,C中N元素为-3价,C元素为+4价,根据反应2LiH+C+N2Li2CN2+H2可知,H元素由-1价升高到0价,C元素由0价升高到+4价,N元素由0价降低到-3价,由此可知还原剂是LiH和C,A正确;根据均摊法可知,Li+位于晶胞的面上,则含有Li+的个数为8×=4,B正确;观察位于体心的C可知,与它最近且距离相等的Li+有8个,C正确;C的中心原子C原子的价层电子对数为2+×(4+2-3×2)=2,且C与CO2互为等电子体,可知C为直线形离子,D错误。
6.B　解析 该晶体导电的基本原理是Li+的定向迁移,Ti和La的化合价不发生变化,A正确。根据LixLayTiO3的化学式,结合其立方晶胞中La或Li或空位位于体心,可知若x=,则Li+带的正电荷为+,由电荷守恒可知La3+带的正电荷应为(+2)-(+)=+,La3+的个数为,则空位的个数应为1-,所以Li+与空位的数目不相等,B错误。与体心最邻近的O原子为棱上的O原子,共12个,C正确。导电时,空位移动方向与Li+移动方向相反,Li+带正电,其移动方向与电流方向相同,故空位移动方向与电流方向相反,D正确。
7.B　解析 根据“均摊法”,晶胞中含4个Zr、8×+12×+6×+1=8个O,则立方氧化锆的化学式为ZrO2,A正确。晶体密度为ρ= g·cm-3= g·cm-3,B错误。将晶胞分为8个小立方体,Zr原子之间的最短距离为两个小立方体的体心的距离,为晶胞面对角线的二分之一,即a pm,C正确。根据晶胞的位置可知,若坐标取向不变,将p点Zr原子平移至原点,则垂直向下,q点Zr原子位于晶胞xy面的面心,D正确。
8.C　解析 根据“均摊法”,Ca2+位于晶胞体心,有1×1=1个,K+位于晶胞的8个顶点,有8×=1个,C、B均位于晶胞的面上,每个面上有2个C、2个B、故C、B原子个数均为12×=6个,该晶体最简化学式为KCaB6C6,A正确;K+位于立方晶胞的顶点,与之距离最近的Ca2+位于晶胞的体心,共有8个,B正确;晶胞中由2个B和2个C构成的四边形位于面上,共有6个,由3个B和3个C构成的六边形共有8个,共14个面,C错误;1个晶胞的质量为(39+40+6×11+6×12) g=217 g,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3=a3×10-30 cm3,故晶体密度为 g·cm-3,D正确。
9.A　解析 由题图可知,原子3在x、y、z轴上的投影分别为,坐标为(),A错误。电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,原子半径越小,故原子半径:Ga>As,B正确。GaAs的熔点为1 238 ℃,硬度大、熔点高,故晶体类型为共价晶体,C正确。根据“均摊法”,晶胞中含8×+6×=4个As、4个Ga,1个晶胞中含有4个GaAs,则晶体密度为×1030 g·cm-3= g·cm-3,D正确。
10.答案 Ⅰ.(1)F>N>C>H　<　5∶4(或4∶5)
(2)吡啶　吡咯是一个五元杂环化合物,其中氮原子与两个碳原子相连,形成一个环状结构,在吡咯中,氮原子的孤电子对参与了环的芳香性,这使氮原子上的电子云密度降低,从而减弱了其碱性,更难与盐酸反应,即降低其在盐酸中的溶解性
Ⅱ.(3)4　8
(4)×107
解析 Ⅰ.(1)根据同主族从上往下元素的电负性依次减小,同周期从左往右元素的电负性依次增大可知,H、C、N、F四种元素的电负性由大到小的顺序为F>N>C>H;由图示信息可知,M中B周围形成了4个共价键,即B采用sp3杂化,而BF3中B采用sp2杂化,故M中键角F—B—F(2)吡咯与吡啶相比,吡咯是一个五元杂环化合物,其中氮原子与两个碳原子相连,形成一个环状结构,在吡咯中,氮原子的孤电子对参与了环的芳香性,这使氮原子上的电子云密度降低,从而减弱其碱性,即吡啶更容易与盐酸电离出的H+结合,即吡啶在盐酸中的溶解性比吡咯的大。
Ⅱ.(3)该晶胞中K+位于体内,阴离子位于8个顶点和6个面心上,故每个K+位于顶点和面心阴离子形成的正四面体的体心上,故K+的配位数为4,阴离子形成的八面体空隙有8个。(4)由晶胞示意图可知,一个晶胞中含有8个K+,含有[HfBr6]2-的个数为8×+6×=4个,阿伏加德罗常数的值为NA,则一个晶胞的质量为 g,设晶胞参数为a nm,则一个晶胞的体积为V=(a×10-7 cm)3,该晶体的密度为ρ g·cm-3,则有ρ=,解得a=×107。Hf—Hf最近距离为面对角线的一半,即等于a nm=×107 nm。
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