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晶体结构与性质 突破训练（四）‎ ‎1.具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是(　　) ‎ A.熔点801 ℃,易溶于水 B.熔点10.31 ℃,液态不导电 C.熔点112.8 ℃,能溶于CS2 D.熔点97.81 ℃,固态能导电 ‎[解析] 离子晶体的性质:一般熔点较高,固体不导电,一般易溶于水,其水溶液或熔融态能导电,A正确; 熔点10.31 ℃,低熔点,液态不导电是共价化合物,是分子晶体,B错误;熔点低,能溶于CS2,是分子晶体,C错误;固态能导电,一般为金属晶体,D错误。‎ ‎2.分子晶体中如果只有范德华力,它的晶体一般采取密堆积结构,原因是分子晶体中 (　　)‎ A.范德华力无方向性和饱和性 ‎ B.占据晶格结点的粒子是原子 C.化学键是共价键 ‎ D.三者都是 ‎[解析] 由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子在堆积成晶体时如果只有范德华力将采取分子密堆积,A项正确;分子晶体的晶格结点是分子而非原子,B项错误;分子晶体的堆积受分子间作用力的影响,与分子内的共价键无关,C项错误。‎ ‎3. 下列说法不正确的是 (　　)‎ A.离子晶体的晶格能越大,离子键越强 B.阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多 C.通常阴、阳离子的半径越小、电荷越多,该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大 D.拆开1 mol离子键所需的能量叫该离子晶体的晶格能 ‎[解析]‎ 14‎ ‎ 在离子晶体中,离子之间的离子键越强,断裂消耗的能量就越高,离子的晶格能就越大,A项正确;在离子晶体中,阳离子的半径越大则周围的空间就越大,所以就可同时吸引更多的阴离子,B项正确;通常情况下,阴、阳离子的半径越小、电荷越多,则离子之间的作用力就越强,该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大,C项正确;气态离子形成1 mol的离子晶体时所释放的能量叫该离子晶体的晶格能,D项错误。‎ ‎4．用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3、晶胞的质量是____________g，阿伏加德罗常数为____________。[列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。‎ 解析：体积＝(3.61×10－8)3 cm3＝4.70×10－23 cm3(a为棱长)；质量＝体积×密度＝4.70×10－23 cm3×9.00 g·cm－3＝4.23×10－22 g；一个铜晶胞含4个铜原子，则4×Ar(Cu)＝NA·m(晶胞)，NA＝＝≈6.014×1023 mol－1。‎ 答案：4.70×10－23　4.23×10－22　NA＝＝≈6.014×1023 mol－1‎ ‎5．O和Na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O原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)：________________。‎ 解析：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＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×＋6×＝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≈2.27 g·cm－3。‎ 答案：Na2O　8　≈2.27 g·cm－3‎ 14‎ ‎6.碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：‎ ‎(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。‎ ‎(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接______个六元环，六元环中最多有______个C原子在同一平面。‎ 解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。‎ ‎(2)由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。‎ 答案：(1)3　2　(2)12　4‎ ‎7.某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。‎ ‎(1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。‎ ‎(2)若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝________nm。‎ 解析：(1)由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×＝3，含有Ni原子的个数为8×＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。‎ ‎(2)根据m＝ρV可得， 1 mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×d g·cm－3×NA，则a＝ cm＝×107 nm。‎ 14‎ 答案：(1)3∶1　(2)×107‎ ‎8.(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为______ nm，与K紧邻的O个数为_____。‎ ‎(2)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。‎ 解析：(1)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即×0.446 nm≈0.315 nm。由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与钾紧邻的氧原子有12个。(2)想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。‎ 答案：(1)0.315　12　(2)体心　棱心 ‎9.锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。‎ ‎(1)原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为。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)根据题给图示可知，D原子的坐标参数为。‎ ‎(2)每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8个，每个晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(565.76×10－10 cm)3，所以晶胞的密度为 g·cm－3。‎ 14‎ 答案：(1)　(2)×107‎ ‎10.某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________________。‎ 解析：能量越低越稳定，从图2知，Cu替代a位置Fe型晶胞更稳定，其晶胞中Cu位于8个顶点，N(Cu)＝8×＝1，Fe位于面心，N(Fe)＝6×＝3，N位于体心，N(N)＝1，其化学式为Fe3CuN。‎ 答案：Fe3CuN ‎11.MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为________ nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________ nm。‎ 解析：因为O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2－半径的4倍，则有 [4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。‎ 答案：0.148　0.076‎ ‎12.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。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________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol 14‎ ‎－1，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：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原子之间以共价键键合。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rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10 cm，则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×10－10cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝ cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝‎ ×100%＝‎ ×100%。‎ 答案：原子晶体　共价　×100%‎ ‎13.．立方NiO(氧化镍)晶体的结构如图所示，其晶胞边长为a pm，列式表示NiO晶体的密度为__________g·cm－3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为NA)。人工制备的NiO晶体中常存在缺陷(如图)。一个Ni2＋空缺，另有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。已知某氧化镍样品组成Ni0.96O，该晶体中Ni3＋与Ni2＋的离子个数之比为________。‎ 14‎ 解析：晶胞中Ni原子数目为1＋12×＝4，O原子数目为8×＋6×＝4，晶胞质量为 g，晶胞边长为a pm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3，NiO晶体的密度为＝ g·cm－3；设1 mol Ni0.96O中含Ni3＋x mol，Ni2＋为(0.96－x)mol，根据晶体仍呈电中性可知，3x＋2×(0.96－x)＝2×1，x＝0.08 mol，Ni2＋为(0.96－x)mol＝0.88 mol，即离子数之比为N(Ni3＋)∶N(Ni2＋)＝0.08∶0.88＝1∶11。‎ 答案：　1∶11 ‎ ‎14．S与Zn所形成化合物晶体的晶胞如图所示。‎ ‎(1)在该晶胞中，Zn的配位数为________。‎ ‎(2)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数a为(0,0,0)；b为；c为。则d的坐标参数为________。‎ ‎(3)已知该晶胞的密度为ρ g·cm－3，则其中两个S原子之间的距离为________pm。(列出计算式即可)‎ 解析：(1)该晶胞中Zn的原子个数为8×＋6×＝4，S的原子个数为4，故Zn、S的配位数相同，根据S的配位数为4，可知Zn的配位数为4。‎ ‎(2)根据d的位置，可知其坐标参数为。‎ ‎(3)根据S原子的位置可知，两个S原子之间的距离为晶胞边长的，设晶胞边长为a pm，则该晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×(a×10－10‎ 14‎ ‎ cm)3，解得a＝×1010，故两个S原子之间的距离为× ×1010 pm。‎ 答案：(1)4　(2)　(3)× ×1010‎ ‎15.Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。‎ ‎(1)该晶体的化学式为____________。‎ ‎(2)已知该合金的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是______cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。‎ ‎(3)该晶体的内部具有空隙，且每个晶胞的空隙中储存6个氢原子时比较稳定。已知：a＝511 pm，c＝397 pm；标准状况下氢气的密度为8.98×10－5 g·cm－3；储氢能力＝。若忽略储氢前后晶胞的体积变化，则该储氢材料的储氢能力为________。‎ 解析：(1)由晶胞结构图可知，1个晶胞中La的原子个数为8×＝1，Ni的原子个数为8×＋1＝5，则该晶体的化学式为LaNi5。(2)1个晶胞的质量m＝，由V＝可知1个晶胞中的体积V＝ cm3。(3)LaNi5合金储氢后氢气的密度ρ＝＝ g·cm－3≈0.111 g·cm－3，由定义式可知，储氢能力＝≈1 236。‎ 答案：(1)LaNi5　(2)　(3)1 236‎ ‎16．钛(22Ti)铝合金在航空领域应用广泛，回答下列问题：‎ 14‎ ‎(1)基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]__________，其中s轨道上总共有________个电子。‎ ‎(2)六氟合钛酸钾(K2TiF6)中存在[TiF6]2－配离子，则钛元素的化合价是________，配位体是________。‎ ‎(3)TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂，例如，丙烯用三乙基铝和三氯化钛作催化剂时，可以发生聚合反应：nCH3CH===CH2CH(CH3)—CH2，该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有________；该反应涉及的元素中电负性最大的是________。三乙基铝是一种易燃物质，在氧气中三乙基铝完全燃烧所得产物中分子的立体构型是直线形的是________。‎ ‎(4)钛与卤素形成的化合物的熔沸点如表所示：‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ TiCl4‎ ‎－25‎ ‎136.5‎ TiBr4‎ ‎39‎ ‎230‎ TiI4‎ ‎150‎ ‎377‎ 分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定规律的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(5)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为________g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。‎ 解析：(1)基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2，其中s轨道上总共有8个电子。(2)[TiF6]2－配离子中F显－1价，Ti显＋4价，配位体是F－，配位数是6。(3)该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型是sp3、sp2。非金属性越强，电负性越大，故该反应涉及的元素中电负性最大的是Cl。CO2为直线形分子。(4)TiCl4、TiBr4、TiI4的熔沸点较低，都是分子晶体，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。(5)该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为6× g，又该晶胞的体积为a×10－7×a×10－7××6×c×10－7‎ 14‎ ‎，所以该钛晶体的密度为 g·cm－3。‎ 答案：(1)3d24s2　8　(2)＋4　F－　(3)sp2、sp3　Cl　CO2‎ ‎(4)TiCl4、TiBr4、TiI4都是分子晶体，而且组成和结构相似，其相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强，因而三者的熔点和沸点依次升高 ‎(5) ‎17．铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是________。‎ ‎(2)酞菁钴分子的结构简式如图所示，中心离子为钴离子，酞钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是________(填1、2、3、4)，三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为________(用相应的元素符号表示)；氮原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(3)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)，若配合物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＝________。‎ ‎(4)NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO________FeO(填“>”“C>H；分子中N原子有2种，一种形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，杂化轨道类型为sp2，一种形成3个σ键，含有1个孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化轨道类型为sp3。(3)根据题给信息知，该物质的熔沸点较低，为分子晶体，配合物Fe(CO)x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2,8＋2x＝18，x＝5。(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔点越高，由于Ni2＋的离子半径小于Fe2＋的离子半径，熔点：NiO＞FeO。(5)①根据图示，砷离子周围有4个镍离子，构成正四面体，配位数为4，晶体中Ni和As的数目比为1∶1，因此镍离子周围也有4个砷离子，配位数为4；②根据图示，晶胞中含有的砷离子为4个，镍离子数目为8×＋6×＝4，晶胞的质量＝＝ g，晶体密度为ρ g·cm－3，则晶胞的边长＝ cm，晶胞中最近的Ni2＋之间的距离为面对角线的一半，为× cm。‎ 答案：(1)铁　(2)2、4　N>C>H　　sp2、sp3　(3)分子晶体　5　(4)>　相同电荷的离子半径越小，晶格能越大 ‎(5)①4　②× ‎18．根据下面三个表格所给相关信息，回答问题：‎ 表一：价电子对数和分子空间构型的关系：‎ 14‎ 分子 AB2‎ AB3‎ AB2‎ AB3‎ AB4‎ 价电子对数 ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎4‎ ‎4‎ 空间构型 直线形 平面正三角形 V形 三角锥形 正四面体形 表二：部分物质的熔点：‎ 物质 NaCl Na2O AlF3‎ AlCl3‎ BCl3‎ Al2O3‎ CO2‎ SiO2‎ 熔点/℃‎ ‎801‎ ‎920‎ ‎1 291‎ ‎190‎ ‎－109‎ ‎2 073‎ ‎－57‎ ‎1 723‎ 表三：部分化学键和键能的关系：‎ 化学键 Si—O Si—Si O===O 键能/(kJ/mol)‎ ‎460‎ ‎176‎ ‎498‎ ‎(1)指出下列物质分子或离子的空间构型：‎ NH________，CS2__________；SO3__________。‎ ‎(2)氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为______________。(填选项字母)‎ A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化 B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强 D．氨气分子是极性分子，而甲烷是非极性分子 ‎(3)下列说法正确的是__________。(填选项字母)‎ A．原子晶体的熔点一定比离子晶体高 B．BCl3为分子晶体，其空间构型为平面正三角形 C．AlCl3的熔点比Al2O3低，工业上应该用电解AlCl3的方法来制备铝 D．同主族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体，不同主族元素的氧化物可以形成相同类型的晶体 ‎(4)SiO2晶体结构如图所示，则SiO2晶体中Si和Si—O键个数的比例为__________，Si(s)＋O2(g)高温SiO2(s)，其反应热ΔH＝__________。‎ 14‎ 答案：(1)正四面体形　直线形　平面正三角形　(2)C　(3)BD　(4)1∶4　－990 kJ/mol ‎4．碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。‎ ‎(1)与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是____(写出元素符号)。‎ ‎(2)石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样(如图甲)，石墨烯中碳原子的杂化方式为________；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是________________。‎ ‎(3)二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O形成的最小环上O原子数目是________。‎ ‎(4)图丙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示出的C60分子数为14个。实际上一个C60晶胞中含有________个C60分子。‎ 解析：(1)C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2。‎ ‎(3)金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子，即六元环，共有6个C—C键，而二氧化硅中的硅原子相当于金刚石中的碳原子，氧原子在硅硅键之间，故二氧化硅中氧原子的数目与金刚石中C—C键的数目相同。‎ 14‎ ‎(4)晶胞中微粒个数的计算公式＝体内×1＋面上×1/2＋棱上×1/4＋顶角×1/8。C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶角上，6个在面上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为8×1/8＋6×1/2＝4。‎ 答案：(1)O ‎(2)sp2　甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力 ‎(3)6　(4)4‎ 14‎