1、晶体结构与性质 (建议用时40分钟)1(2021年辽宁适应性测试)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是()A.11BN和10BN的性质无差异B该晶体具有良好的导电性C该晶胞中含有14个B原子，4个N原子DN原子周围等距且最近的N原子数为12【解析】选D。11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但物理性质有差异，A错误；该晶体结构中无自由移动的离子和电子，不具有导电性，B错误；该晶胞中，顶点上的B原子个数为81，面心上的B原子个数为63，共有4个B原子，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，每个B原子又分别和3个N原
2、子成键，所以N原子周围等距且最近的N原子数为3412个，D正确。2(2021扶余模拟)钛酸钡是陶瓷材料，其晶胞结构如图1，某碳镍镁超导体材料的晶胞结构如图2。下列推断错误的是()A.钛酸钡的化学式为BaTiO3B每个钛离子与周围8个氧离子等距离且最近C图2晶体的化学式为 MgNi3CD图1和图2都是立方晶胞【解析】选B。据图知，Ba位于体心、Ti位于顶点，则其数目81，O位于棱上，则其数目123，故数目比BaTiO113，钛酸钡的化学式为BaTiO3，A正确；由图知，每个钛离子与周围6个氧离子等距离且最近，B错误；Mg原子的个数为81，Ni原子的个数为63，C原子的个数为1，则图2晶体的化学式
3、为MgNi3C, C正确；由图知图1和图2都是立方晶胞，D正确。3(1)第A族金属碳酸盐分解温度如下：物质BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解温度100 540 960 1 289 1 360 分解温度为什么越来越高？ _。(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，如图1是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构，该合金储氢后，含1 mol La的合金可吸附H2的数目为_。(3)碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：晶体硅、硝酸钾、金刚石、碳化硅、干冰、冰，它们的熔点由高到低的顺序是_(填字母)。(4)科学家把C60
4、和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图2所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为_。继C60后，科学家又合成了Si60、N60，请解释如下现象。熔点：Si60N60C60，而破坏分子所需要的能量：N60C60Si60，其原因是_。【解析】(1)在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第A族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第A族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。(2)由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有81，Ni位于面心和体心，共含有815，H2位于棱上和面心
5、，共有823，则含1 mol La的合金可吸附H2的物质的量为3 mol，数目为3NA。(3)这些晶体属于原子晶体的有、离子晶体的有、分子晶体的有。一般来说，原子晶体的熔点离子晶体的熔点分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长SiSiSiCCC，相应键能SiSiSiC碳化硅晶体硅。(4)K处于晶胞表面：126，C60处于晶胞顶点和体心：812。故K原子和C60分子的个数比为6231。熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。答案：(1)阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强(2)3NA(3)(4)31结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，
6、熔化所需的能量越多，故熔点：Si60N60C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60C60Si604(2021福州模拟)(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是_。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs位于该晶胞的_，而Cl位于该晶胞的_，Cs的配位数是_。(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式： _。(3)图3为F与Mg2、K形成的某种离子晶体的晶胞，其中“”表示的离子是_(填离子符号)。(4)实验证明：KCl、MgO、Ca
7、O、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：离子晶体NaClKClCaO晶格能/(kJmol1)7867153 401则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是_。其中MgO晶体中一个Mg2周围和它最邻近且等距离的Mg2有_个。【解析】(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为812；氯化铯晶胞中，Cs位于体心，Cl位于顶点，Cs的配位数为8。(2)由晶胞可知，粒子个数比为11，化学式为CuH，1价的铜与1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3
8、)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2)n(K)n(F)113，故白球为F。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3Mg2，离子半径：Mg2Ca2，所以熔点：TiNMgOCaOKCl；MgO晶体中一个Mg2周围和它最邻近且等距离的Mg2有12个。答案：(1)2体心顶点8(2)2CuH3Cl22CuCl22HCl(3)F(4)TiNMgOCaOKCl12【加固训练拔高】(2021柳州模拟)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，据此回答下列问题。(1)准
9、晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体；(2)CuO在高温时分解为O2和Cu2O，请从阳离子的结构来说明在高温时，Cu2O比CuO更稳定的原因是_；Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子；(3)经验规律告诉我们，当成键的两个原子电负性x的差值x大于1.7时，原子间一般形成的是离子键；x小于1.7时，原子间一般形成的是共价键。已知x(Fe)1.8，x(Cl)3.1，据此推断化合物FeCl3中FeCl键的共用电子对偏向_原子(填名称)，FeCl3属于_(填“共价化合物”或“离子化合物”
10、)；(4)某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。正六棱柱底边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为_gcm3(用代数式表示)。【解析】(1)从外观无法区分晶体、准晶体和非晶体，但用X光照射会发现：晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间，因此通过有无衍射现象即可确定；(2)在Cu2O中Cu原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d10，处于d轨道的全充满的稳定状态，而若再失去1个电子变为Cu2时1s22s22p63s23p63d9，是不稳定的状态，CuO在高温时分解为O2和Cu2O；该晶胞中O
11、原子数为41688，由Cu2O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，所以该晶胞中含有Cu原子个数为16个；(3)xx(Cl)x(Fe)3.11.81.31.7，化合物FeCl3中FeCl键为共价键，FeCl3属于共价化合物，氯原子吸引电子的能力大于铁原子，共用电子对偏向氯原子；(4)图中结构单元底面为正六边形，边长为a cm，底面面积为6a cma cmsin60a2cm2，结构单元的体积Va2 cm2c cma2c cm3，结构单元中含有N原子数为2，含有的Fe原子数为12236，该晶胞的质量m g，所以该晶体密度 gcm3。答案：(1)X-射线衍射(2)Cu2O中Cu的3d
12、轨道处于全充满的稳定状态，而CuO中Cu2的3d轨道排布为3d9，能量高，不稳定16(3)氯共价化合物(4)5太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。(1)基态钙原子的电子排布式为_，金属钴的堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是_。(2)晶体硼的结构单元是正二十面体(如图1)，每个单元中有12个硼原子，其中有2个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有_种不同的结构类型，该结构单元含有_个BB键。(3)六方相氮化硼的结构与石墨相似，B的杂化方式是_，其不导电的原因是_。(4)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图2所示。该晶体中与Ti原子距离最近且
13、相等的Ti原子有_个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有_个，这几个N原子形成的空间形状是_。该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点，其原因是_。(5)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图3所示)，若该晶胞的棱长为a nm，密度为 gcm3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为_。【解析】(1)基态钙原子核外有20个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或Ar4s2。镁、钴是六方最密堆积，其配位数为12。(2)晶体硼的结构类型取决于2个10B原子的相对位置，2个10B相邻、相间或相对，所以共有3种结构类型；1个硼原子形成5根BB键，则1个硼原子占有的BB键为5
14、2.5，该结构单元含有BB键的数目为2.51230。(3)六方相氮化硼中1个硼原子与3个氮原子结合，硼原子的杂化类型为sp2杂化；六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子。(4)与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个，与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个(在Ti原子的上、下、左、右、前、后)。氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能，因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。(5)该晶胞中Co的个数为812，则该晶胞的质量为 g gcm3(a107 cm)3，M5a3NA1022。答案：(1)1s22s2
15、2p63s23p64s2(或Ar4s2)12(2)330(3)sp2杂化层状结构中没有自由移动的电子(4)126正八面体氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数，氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能(5)5a3NA10226(2021年湖北适应性测试)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。W是宇宙中最丰富的元素，W2X是维持生命过程的必需物质，WY可用于玻璃的刻蚀，ZX2是酸雨的主要形成原因之一，室温下化合物ZY4是气体。下列说法错误的是()AY的第一电离能在四种元素中最大BW2X和ZX2的中心原子分别为sp3和sp2杂化CW2X的沸点高于W2Z的沸点DZY
16、4分子中原子均为8电子结构【解析】选D。宇宙中最丰富的元素为H元素，故X为H元素。W2X是维持生命过程的必需物质，故W2X为H2O，X为O元素。WY可用于玻璃的刻蚀，WY为HF，故Y为F元素。ZX2是酸雨的主要形成原因之一，ZX2为SO2，Z为S元素。H、O、F、S四种原子中，第一电离能最大的为F，故A正确；H2O中O原子的杂化方式为sp3杂化，SO2中S原子的杂化方式为sp2杂化，故B正确；H2O分子间含有氢键，其沸点高于H2S，故C正确；在SF4中硫最外层有6个电子，再共用4个电子，最外层则有10个电子，而不是8电子稳定结构，故D错误。7(2021厦门模拟)我国科学家合成太阳能电池材料(C
17、H3NH3)PbI3，其晶体结构如图，属于立方晶系，晶体密度为 gcm3。其中A代表(CH3NH3)；原子坐标参数A为(0，0，0)，B为(，)，下列说法错误的是()A.B代表Pb2B每个晶胞含有I的数目为 6CM的原子坐标参数为(，0)D(CH3NH3)PbI3的摩尔质量为a36.02107 gmol1【解析】选B。A代表(CH3NH3)，微粒数为2，而B代表微粒数也为2，所以B代表Pb2，A正确；图中是由两个晶胞构成，每个晶胞含有I数目为63，B错误；M点处于xOy面上，由B的晶胞参数可知，M点的坐标是(，0)，C正确；可由晶胞的密度计算(CH3NH3)PbI3的摩尔质量，解得Ma36.0
18、2107 gmol1，D正确。82020年11月5日至10日，第三届中国国际进口博览会在中国上海举办。在汽车展区展出了多款各种类型的汽车。其中现代XCIENT是全球首款量产氢燃料重型卡车，被称为最环保的重型卡车。对氢燃料汽车开发而言，高效储氢材料是最重要的研究方向。(1)H3BNH3是一种潜在的储氢材料，其中N原子的价电子排布式为_。(2)CH4、H2O、CO2的键角由大到小的顺序为_，B、C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为_。(3)C16S8是新型环烯类储氢材料，研究证明其分子呈平面结构(如图所示)。C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为_。测得C16S8中碳硫键的键长介于C
19、S键和C=S键之间，其原因可能是_。(4)某种铜银合金晶体具有储氢功能，它是面心立方最密堆积结构，Cu原子位于面心，Ag原子位于顶点，H原子可进入由Cu原子和Ag原子构成的四面体空隙中。若将Cu、Ag原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(如图)相似，该晶体储氢后的化学式为_。(5)MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图所示，该晶体的密度为 gcm3，则该晶胞的体积为_cm3(用含、NA的代数式表示)。【解析】(1)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，价电子排布式为2s22p3；(2)甲烷分子中键角为10928，水分子中因孤对电子对HO键的挤压，导致键角小于10928，而二氧
20、化碳中的键角为180，因此键角由大到小的顺序为CO2CH4H2O；同周期元素随着原子序数的增加，第一电离能越来越大，但是考虑到氮原子2p3为半满的稳定结构，因此电离能最大，故电离能大小排序为NOCB; (3)每个碳原子周围有3个碳原子，有3个键和1个键，因此是sp2杂化，而每个硫原子周围有2个原子，还有2对孤对电子，因此为sp3杂化；由于C16S8中碳硫键具有一定程度的双键性质，双键的长度比单键短，因此碳硫键的长度介于CS和C=S之间；(4)处于顶点的原子按计算，处于面心的原子按计算，而处于晶体内部的原子按整个计算，铜原子位于面心，因此一共有63个铜原子，银原子位于顶点，因此一共有81个银原子
21、，而氢原子全部嵌在晶体内，一共有8个氢原子，故储氢后的化学式为Cu3AgH8; (5)晶胞中含有2个Mg、4个H，直接代入二者的原子量算出单个晶胞的质量为 g g，代入后得出V cm3。答案：(1)2s22p3(2)CO2CH4H2ONOCB(3)碳原子为sp2杂化，硫原子为sp3杂化C16S8中碳硫键具有一定程度的双键性质(4)Cu3AgH8(5)9(2021长春模拟)铁是最常见的金属材料。铁能形成 Fe(H2NCONH2)6(NO3)3三硝酸六尿素合铁()和Fe(CO)x等多种配合物。(1)基态Fe3的M层电子排布式为_；(2)尿素(H2NCONH2)分子中C、N原子的杂化方式分别是_、_
22、；(3)配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x_。 Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为20.5 ，沸点为103 ，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于_(填晶体类型)。(4)常温条件下，铁的晶体采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为_，如果铁的原子半径为a cm，阿伏加德常数的值为NA，则此种铁单质的密度表达式为_gcm3。【解析】(1)Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe3，Fe3电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则M层
23、电子排布式为3s23p63d5；(2)尿素(H2NCONH2)分子中C原子与O原子之间形成C=O双键，与N原子之间形成CN单键，没有孤对电子，其杂化轨道数目为3，杂化方式为sp2杂化；尿素分子中N原子的价层电子对数为4，所以N原子的杂化方式为sp3; (3)Fe原子最外层电子数为8，CO为配体，CO分子提供1对电子，则82x18，故x5；Fe(CO)x常温下呈液态，熔沸点低，易溶于非极性溶剂，可判断Fe(CO)x晶体属于分子晶体；(4)Fe元素对应的单质在形成晶体时，采用题图所示的堆积方式，则这种堆积模型为体心立方堆积，即在立方体的中心有一个铁原子，与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点，所以铁的配位数为8，每个晶胞中含有的铁原子数182，如果Fe的原子半径为a cm，其体对角线为4个原子半径距离，则晶胞棱长 cm，其密度 gcm3 gcm3 gcm3。答案：(1)3s23p63d5(2)sp2sp3(3)5分子晶体(4)8
