1、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胞“无隙并置”而成，所以晶胞与晶体的密
2、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，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。原子在三维空间里呈有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C
3、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()AYBa2Cu3O4BYBa2Cu2O5CYBa2Cu3O5 DYBaCu4O4【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81(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82(个)，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
4、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765(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.394B142C294 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；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632；该结构中包含C粒子的数
5、目为1，由此可见A、B、C三种粒子的数目之比为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()AK2OBK2O2CK2O3DKO2【解析】选D。K的个数：864；O的个数：1214，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.BaTi8O12 BBaTi4O6CBaTi2O4 DBaTiO3【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
6、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(8)(12)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的晶胞结构如图所示，则CsCl的摩尔质量可以表示为()A.NAa3 gmol1B gmol1C gmol1D gmol1【解析】选A。该晶胞中铯离子个数为81，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
7、。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。(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，
8、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123，钙离子1个，钛离子个数为81，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。晶胞的体积为d31021 cm3，则其密度为(gcm3)。答案：(1)68(2)311CaTiO3(3)10(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
9、机物在Ni催化下可与H2发生加成反应，如：CH2=CH2HCCHHCHO，其中碳原子的杂化轨道类型为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
10、素，基态镍原子的核外电子排布式为Ar3d84s2(或1s22s22p63s23p63d84s2)；(2)CH2=CH2HCHO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SO，中心原子S的价层电子对数44，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论，SO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
11、子位于晶胞的顶点，故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81，Cu原子个数63，晶胞的质量为 g g，则晶胞参数(即棱长)a107 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全满的3d10电子，镍失去的是4s1电子，所以I2(Cu)I2(
12、Ni)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：4，含Cl：4，即每个小立方体含NaCl离子对个。则有a32
13、.2 gcm3解得a2.81108 cm，又因为da，故食盐晶体中两个距离最近的Na中心间的距离为d2.81108 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.11B21 C31D41【解析】选C。根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为266，C60的个数为182，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.MgBBMgB2
14、CMg2B 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；上下底面的镁原子，属于本“单元”的为，则该结构单元共有镁原子数为2623；硼原子：6个硼原子位于棱柱内，均属于本“单元”。因此，该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【
15、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)F
16、eS2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；晶胞中Fe2位于S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864，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 gcm3；(2)该晶胞中Fe2位于棱上和体心，个数为1214，S位于顶点和面心，个数为864，故晶体密度 1021 gcm3；根据晶胞结构，S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，故该正八面体的棱长为a nm。答案：(1) (2) 1021a
