1、十二 晶胞 晶体结构的测定 (40 分钟 70 分)一、选择题(本题包括 8 小题，每小题 5 分，共 40 分)1(2021衡阳高二检测)下列关于晶体的说法中不正确的是()A凡有规则几何外形的固体一定是晶体B晶胞是晶体结构的基本单元C区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行 X 射线衍射实验D晶胞的密度与晶体密度相同【解析】选 A。晶体的特征之一是有自范性，即自发呈现规则的几何外形。切割整齐且规格相同的玻璃、石蜡、橡皮等虽然都具有规则的几何外形，但它们内部的原子无序排列，它们也没有固定的熔点，不是晶体，A 项错误。由晶体的特征和晶胞的概念可知 B、C 项正确。整块晶体可看作是数量巨大的晶
2、胞“无隙并置”而成，所以晶胞与晶体的密度是相等的，D 项正确。2(2021衡水高二检测)下列有关晶胞的叙述错误的是()A晶胞是晶体结构中最小的重复单元B不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同C晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D已知晶胞的结构可推知晶体的组成【解析】选 C。晶胞中的粒子有的并不完全属于该晶胞，如体心立方晶胞，立方体顶点的原子属于该晶胞的只有18，C 项错误。3(2021北京朝阳区高二检测)不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是()A石墨和金刚石是同素异形体B石墨中的碳原子呈周期性有序排列C石墨的熔点为 3 625 D在石墨的 X 射线衍射图谱上有明锐的谱线【解析】选 A。原子在三
3、维空间里呈有序排列(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无联系，如无定形碳是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。4钇钡铜氧化合物晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式可能是()AYBa2Cu3O4 BYBa2Cu2O5CYBa2Cu3O5DYBaCu4O4【解析】选 C。位于顶点的铜原子(最上层平面和最下层平面)共 8 个，这个晶胞中只分摊到 818 1(个)；位于棱上(中间两个平面)的也是 8 个，这个晶胞分摊到的是 814 2(个)
4、，所以每个晶胞单独占有的铜原子数为 3 个。氧原子共 13 个，位于晶胞面上(不含棱)的是 7 个，位于晶胞棱上的是 6 个，所以每个晶胞单独含有的氧原子数共为 712 614 5(个)。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独占有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为 1、2、3、5，化学式为YBa2Cu3O5。5(2021昆明高二检测)某晶体的部分结构为正三棱柱(如图所示)，这种晶体中 A、B、C 三种粒子数之比是()A.394 B142C294 D384【解析】选 B。由图可知该晶体部分结构的上下两面为正三角形，因此处于顶点的粒子为 12 个该结构共用，故该结构中 A 的数目为 6
5、112 12；处于水平棱上的粒子为 4 个该结构共用，处于垂直棱上的粒子为 6 个该结构共用，故该结构单元中包含 B 粒子的数目为 614 316 2；该结构中包含 C 粒子的数目为 1，由此可见 A、B、C 三种粒子的数目之比为12 21142。6(2021长沙高二检测)如图所示，在较高温度时，钾、氧两种元素形成的一种晶体结构与 NaCl 晶体结构相似，则该化合物的化学式为()AK2O BK2O2 CK2O3 DKO2【解析】选 D。K的个数：818 612 4；O2的个数：1214 14，故其比值为 11，应选 D。7(2021无锡高二检测)钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话
6、筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图如图，它的化学式是()A.BaTi8O12BBaTi4O6CBaTi2O4DBaTiO3【解析】选 D。Ba 在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti 处于立方体的 8 个顶点，每个 Ti 为与之相连的 8 个立方体所共用，即只有 1/8 属于该晶胞；O 处于立方体的 12 条棱的中点，每条棱为四个立方体共用，故每个 O 只有 1/4 属于该晶胞。即晶体中 BaTiO1(818)(1214)113。8(2021成都高二检测)已知 CsCl 晶体的密度为 gcm3，用 NA 表示阿伏加德罗常数的值，相邻的两个 Cs的核间距为 a cm，CsCl 的晶胞结构
7、如图所示，则 CsCl的摩尔质量可以表示为()A.NAa3 gmol1BNAa36 gmol1CNAa34 gmol1DNAa38 gmol1【解析】选 A。该晶胞中铯离子个数为 818 1，含有一个氯离子，其体积为a3 cm3，一个氯化铯的质量为 a3 g，1 mol 的质量为 NAa3 g，则其摩尔质量为NAa3 gmol1。二、非选择题(本题包括 2 小题，共 30 分)9(15 分)(2021宁波高二检测)如图所示为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿晶胞结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。(1)在该物质的晶胞结构中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的氧离子、钙离子分别有_个、_个。
8、(2)该晶胞结构中，元素氧、钛、钙的离子个数比是_，该物质的化学式可表示为_。(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为 a、b、c，晶胞结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为 d nm(1 nm109 m)，阿伏加德罗常数为 6.021023 mol1，则该晶胞的密度为_gcm3。【解析】(1)以钛离子为顶点，应有 8 个立方晶胞紧靠在一起，这样钛离子成为空间直角坐标系的中心原点，它的三维方向上前、后、左、右、上、下最近且距离相等各有一个氧离子，共 6 个，它周围的 8 个立方晶胞内各含一个与它距离相等且最接近的钙离子。(2)该晶胞中含氧离子个数为 1214 3，钙离子 1 个，钛离子个
9、数为 818 1，故其个数比为 311，那么它的化学式可表示为 CaTiO3。(3)晶胞的质量即三种离子的质量，即ab3c6.021023。晶胞的体积为 d31021 cm3，则其密度为 mV ab3c6.021023d31021 ab3c602d3(gcm3)。答案：(1)6 8(2)311 CaTiO3(3)ab3c602d310(15 分)(2021锦州高二检测)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)基态镍原子的核外电子排布式为_。(2)很多不饱和有机物在 Ni 催化下可与 H2 发生加成反应，如：CH2=CH2 HCCH HCHO，其中碳原子的杂化轨
10、道类型为 sp2 杂化的分子有_(填物质序号)。(3)Ni(NH3)6SO4 中阴离子的立体构型是_。氨气(NH3)的沸点_(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示，请回答：晶胞中镍原子的堆积模型名称是_。元素铜与镍的第二电离能分别为 I2(Cu)1 959 kJmol1，I2(Ni)1 753 kJmol1，I2(Cu)I2(Ni)的原因是_。若合金的密度为 d gcm3，晶胞参数(即棱长)a_nm。(用 NA 表示阿伏加德罗常数的值)【解析】(1)Ni 元素为 28 号元素，基态镍原子的核外电子排布式为Ar3d84s2(或1s22s22p63
11、s23p63d84s2)；(2)CH2=CH2 HCHO 中 C 原子价层电子对数都是 3，没有孤电子对，C 原子采取 sp2 杂化，HCCH 中 C 原子价层电子对数是 2，没有孤电子对，C 原子采取 sp 杂化，故碳原子的杂化轨道类型为 sp2 杂化的分子有；(3)Ni(NH3)6SO4中阴离子为SO24，中心原子S的价层电子对数4624224，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论，SO24的立体构型为正四面体形；含有分子间氢键的氢化物熔沸点较高，氨气(NH3)分子间可以形成氢键、膦(PH3)分子间没有氢键，则氨(NH3)的熔沸点高于膦(PH3)；(4)该晶胞中的镍原子位于晶胞的顶点，故
12、晶胞中镍原子的堆积模型名称是简单立方堆积；元素铜与镍的第二电离能分别为 I2(Cu)1 959 kJmol1，I2(Ni)1 753 kJmol1，I2(Cu)I2(Ni)的原因是铜失去的是全充满的 3d10 电子，镍失去的是 4s1 电子，所以 I2(Cu)I2(Ni)；该晶胞中 Ni 原子个数818 1，Cu 原子个数612 3，晶胞的质量为64359NA g251NA g，则晶胞参数(即棱长)a 3A251N d 107 nm。答案：(1)Ar3d84s2(或 1s22s22p63s23p63d84s2)(2)(3)正四面体形 高于 NH3 分子间可形成氢键(4)简单立方堆积 铜失去的是
13、全满的 3d10 电子，镍失去的是 4s1 电子，所以I2(Cu)I2(Ni)3A251N d 107 (20 分钟 30 分)一、选择题(本题包括 4 小题，每小题 5 分，共 20 分)11(2021太原高二检测)食盐晶体是由钠离子(图中的“”)和氯离子(图中的“”)构成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是 2.2 gcm3，阿伏加德罗常数为 6.021023mol1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于()A.3.0108 cm B3.5108 cmC4.0108 cm D5.0108 cm【解析】选 C。从 NaCl 晶体结构模型中分割出一个小立方体，如图所示
14、a 表示其棱长，d 表示两个 Na中心间的距离。每个小立方体含 Na：18 412，含Cl：18 412，即每个小立方体含 NaCl离子对12 个。则有 a32.2 gcm31258.5 gmol16.021023 mol1解得 a2.81108 cm，又因为 d 2 a，故食盐晶体中两个距离最近的Na中心间的距离为 d 2 2.81108 cm4.0108 cm。12(2021长春高二检测)科学家把 C60 和 K 掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中 K 和 C60 的个数之比为()A.11 B21 C31 D41【解析】选 C。根据均摊法可知，该晶胞中 K 的
15、个数为 2612 6，C60 的个数为1818 2，所以该物质中 K 和 C60 的个数之比为 6231。13如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6 个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为()A.MgB BMgB2CMg2B DMg3B2【解析】选 B。根据示意图进行分析，计算属于该“单元”的 Mg 与 B 原子数如下：镁原子：位于正六棱柱顶点的镁原子，属于本“单元”的为16；上下底面的镁原子，属于本“单元”的为12，则该结构单元共有镁原子数为 2616 212 3；硼原子：6 个硼原子位于棱柱内，均属于本“单元”。因此，该
16、结构单元的镁原子与硼原子数之比为 3612，即化学式为 MgB2。14(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()A11BN 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 818 1，面心上的 B 原子个数为 61
17、23，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。二、非选择题(本题包括 1 小题，共 10 分)15(2021南宁高二检测)(1)Li2O 具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为 0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为 NA，则 Li2O 的密度为_ gcm3(列出计算式)。(2)FeS2 晶体的晶胞如图所示。晶胞棱长为 a nm、FeS2 的摩尔质量为 M、阿伏加德罗常数的值为 NA，其晶体密度的计算表达式为_gcm3；
18、晶胞中 Fe2位于 S22所形成的正八面体的体心，该正八面体的棱长为_nm。【解析】(1)1 个氧化锂晶胞含 O 的个数为 818 612 4，含 Li 的个数为 8，1 cm107 nm，代入密度公式计算可得 Li2O 的密度为87416NA（0.466 5107）3 gcm3；(2)该晶胞中 Fe2位于棱上和体心，个数为 1214 14，S22位于顶点和面心，个数为 818 612 4，故晶体密度mV MNA4V4M（a107）3NA 4MNAa3 1021 gcm3；根据晶胞结构，S22所形成的正八面体的棱长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞棱长的 22，故该正八面体的棱长为 22a nm。答案：(1)87416NA（0.466 5107）3(2)4MNAa3 1021 22a