1、第第 2 2 课时课时 晶胞晶胞 晶体结构的测定晶体结构的测定 基础巩固 1.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是( ) A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体 B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子 C.平均每个晶胞中有 14 个原子 D.平均每个晶胞中有 4 个原子 解析 在该晶胞顶点和六个面的面心处都有一个原子，平均每个晶胞中含有的原 子数81 86 1 24。 答案 C 2.某晶体的晶胞为如图所示的正三棱柱，该晶体中 X、Y、Z 三种粒子数之比是 ( ) A.394 B.142 C.294 D.384 解析 解答此题的关键是正确分析顶角及棱上的粒子被几个结构单元共用。题图
2、 中不是一个平行六面体晶胞，而是一个正三棱柱结构的晶胞，它分摊到的粒子为 顶角粒子的 1 12，水平棱上粒子的 1 4，竖直棱上粒子的 1 6及内部的所有粒子，X 都在 顶角，6 个 Y 在水平棱上，3 个 Y 在竖直棱上，Z 位于内部，所以 X、Y、Z 三种 粒子数之比为(6 1 12)(6 1 43 1 6)1142。 答案 B 3.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大， 这是它有许多特殊性质的原因。 假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同，则这 种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为( ) A.78 B.1314 C.11 D.2627 解析 由题意知一个
3、氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数8 61226，总粒子数表面粒子数中心粒子数26127。 答案 D 4.如图为某晶体的一个晶胞，该晶体由 A、B、C 三种基本粒子构成，试根据图示 判断该晶体的化学式为( ) A.A6B8C B.A2B4C C.A3BC D.A3B4C 解析 分析晶胞结构可知，A 位于面心，B 位于晶胞的顶点，C 位于晶胞内部。 由均摊法可知，一个晶胞中含有 A 粒子个数为 61 23，含有 B 粒子个数为 8 1 8 1，含有 1 个 C 粒子，故 A、B、C 粒子的个数之比为 311，则该晶体的化 学式为 A3BC。 答案 C 5.如图所示，石墨晶体结构的每
4、一层里平均每个最小的正六边形占有的碳原子数 目为( ) A.2 B.3 C.4 D.6 解析 六个碳原子组成一个正六边形，而每个碳原子被 3 个正六边形共用，因此 每个正六边形拥有 2 个碳原子。 答案 A 6.硼化镁在 39 K 时呈超导性，成为人类对超导认识的里程碑。在硼化镁晶体的理 想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼的相间排列，下图是该 晶体微观空间中取出的部分原子沿 z 轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是 硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据图示确定硼化镁的 化学式为( ) A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.MgB6 解析 法一：由题目图
5、中的平面结构可以找出最小的重复单元(如下图所示)， 有两种结构：在三角形结构中，每个镁原子为 6 个小三角形共用，故 Mg、B 的 原子个数比为(31 6)112；在六边形结构中，每个 B 原子为三个小六边形共 用，故 Mg、B 的原子个数比为 1(61 3)12，故化学式为 MgB2。 法二：将此平面结构还原成空间结构(如图所示)，由此图可知，Mg 在顶点以及 上下底面的中心， B 原子在六棱柱内， 故 Mg、 B 的原子个数比为(121 62 1 2)6 12。 答案 B 7.磁光存储的研究是 Williams 等在 1957 年使 Mn 和 Bi 形成的晶体薄膜磁化并用 光读取之后开始的
6、。下图是 Mn 和 Bi 形成的某种晶体的结构示意图，则该晶体物 质的化学式可表示为( ) A.Mn2Bi B.MnBi C.MnBi3 D.Mn4Bi3 解析 该晶胞中 Mn 的个数为 121 66 1 32 1 216，Bi 的个数为 6，则该 晶体物质的化学式为 MnBi。 答案 B 8.如图是氯化铯晶体的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构单元)，已知晶体中 2 个最近的 Cs 核间距为 a cm，氯化铯(CsCl)的相对分子质量为 M，N A为阿伏加德 罗常数的值，则氯化铯晶体的密度为( ) A. 8M NAa3 g cm 3 B.Ma 3 8NA g cm 3 C. M NAa3 g
7、cm 3 D.Ma 3 NA g cm 3 解析 晶胞中平均含有一个 Cs 和一个 Cl， 晶胞的质量为(M/N A) g， 体积为 a3 cm3， 所以晶体密度为 M NAa3 g cm 3。 答案 C 9.已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该 化合物叙述错误的是( ) A.该化合物的化学式是 YBa2Cu3O6 B.1 mol 该化合物中含有 1 mol Y C.1 mol 该化合物中含有 3 mol Cu D.1 mol 该化合物中含有 2 mol Ba 解析 A.由晶胞结构可知，Y 位于顶点，个数为 81 81，Cu 位于体内，个数为 3，Ba 位于棱上
8、，个数为 81 42，O 位于面上和体内，个数为 10 1 227，则 化合物的化学式是YBa2Cu3O7， 故A错误； B.由化合物的化学式YBa2Cu3O7可知， 1 mol 该化合物中含有 1 mol Y、 含有 3 mol Cu、 含有 2 mol Ba， 故 B、 C、 D 正确； 故选 A。 答案 A 10.根据所学知识填空： (1)在下列物质中，属于晶体的是_，属于非晶体的是_。 A.玻璃 B.雪花 C.橡胶 D.铁块 E.单晶硅 F.沥青 (2)晶体中的微粒与晶胞的关系为： 凡处于立方体顶角的微粒，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体棱上的微粒，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体
9、面上的微粒，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体体心的微粒，同时为_个晶胞共有。 解析 (1)晶体具有固定的熔点，雪花就是冰，有固定的熔点；铁块和单晶硅都有 固定的熔点；橡胶、玻璃、沥青(烃的混合物)没有固定的熔点，都属于非晶体。 (2)分析晶体中的微粒与晶胞的关系，关键是看该微粒为几个晶胞所围绕，就为几 个晶胞所共有。 答案 (1)BDE ACF (2)8 4 2 1 11.某离子晶体晶胞结构如图所示，()X 位于立方体的顶点，()Y 位于立方体的 中心，试分析： (1)晶体中每个 Y 同时吸引着_个 X，每个 X 同时吸引着_个 Y， 该晶体的化学式为_。 (2)晶体中在每个 X 周围与它最
10、接近且距离相等的 X 共有_个。 (3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角XYX_(填角的度数)。 (4)若该立方体的棱长为a cm， 晶体密度为 g cm 3， N A为阿伏加德罗常数的值， 则该离子化合物的摩尔质量为_。 解析 (1)由晶胞可直接看出每个 Y 周围吸引着 4 个 X， 每个 X 被 8 个晶胞共用， 则 X 周围有 8 个等距离的 Y，晶胞内 X 与 Y 的数目比为(41 8)112，故化 学式为 XY2或 Y2X。 (2)以某个 X 为中心，补足 8 个共用 X 的晶胞，可发现与中心 X 等距离且最近的 X 共有 3 层，每层 4 个，共 12 个。(3)四个 X
11、围成一个正四面体，Y 位于中心， 类似甲烷的分子结构， 故XYX109.5 。 (4)每摩晶胞相当于含有 0.5 mol XY2(或 Y2X)，故摩尔质量可表示为 Ma 3NA 0.5 g mol 12a3N A g mol 1。 答案 (1)4 8 XY2(或 Y2X) (2)12 (3)109.5 (4)2a3NA g mol 1 能力提升 12.回答以下问题。 .元素 X 位于第四周期， 其基态原子的内层轨道全部排满电子， 且最外层电子数 为 2。元素 Y 基态原子的 3p 轨道上有 4 个电子。X 与 Y 所形成化合物晶体的晶 胞如图所示。 (1)在 1 个晶胞中，X 离子的数目为_。
12、 (2)该化合物的化学式为_。 .(1)准晶体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)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。 解析 .元素 X 的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s2，则 X 是锌。元素 Y 的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4，则 Y 是硫。(1)在 1 个晶胞中，Zn2 的数目 为81 86 1 24。 (2)1个晶胞中S 2的数目也为4， 所以该化合物的化学式为ZnS。 .(1)区分晶体、准晶体和非晶体
13、可用 X 射线衍射的方法。(2)根据“均摊法”计 算，1 个晶胞中含有的氧原子为 461 28 1 88(个)，再结合化学式 Cu2O 知， 1 个晶胞中含有 16 个铜原子。 答案 .(1)4 (2)ZnS .(1)X 射线衍射 (2)16 13.Ni 和 La 的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、长寿命等特点，在 中国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 (1)该晶体的化学式为_。 (2)已知该晶胞的摩尔质量为 M g mol 1，密度为 d g cm3。设 N A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)。 解析 (1)从图中可以看
14、出，La 位于平行六面体的顶角，晶胞中 La 的原子数为 4 1 124 1 61。平行六面体的上、下两个面各有 2 个 Ni 原子，四个侧面各有 1 个 Ni 原子，体心还有 1 个 Ni 原子。故晶胞中 Ni 的原子数为1 2815。故该晶 体的化学式为 LaNi5或 Ni5La。 (2)晶胞的体积为 V M NA d cm 3。 答案 (1)LaNi5或(Ni5La) (2) M NA d 14.氮、氧、硫、磷是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题： (1)SO2分子的 VSEPR 模型名称是_。 (2)N、O、P 三种元素第一电离能由大到小的顺序是_。 (3)气态氢化物氨(NH3)和
15、膦(PH3)的键角较大的是(填化学式)_，原因是 _。 (4)晶胞有两个基本要素： 原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。磷化硼是一种超硬耐磨的涂 层材料，其晶胞结构如图所示，其中原子坐标参数 A 为(0，0，0)；B 为(1/2，1/2， 0)；D 为(1，1，1)。则 C 原子的坐标参数为_。 晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。P 原子与 B 原子的最近距离为 a cm，则磷 化硼晶胞的边长为_ cm(用含 a 的代数式表示)。 解析 (1)SO2分子的中心原子价层电子对数为：2(622)/23，所以 SO2分 子的 VSEPR 模型名称是平面三角形；(2)一般情况下，元素的非金属性越
16、强，第 一电离能越大，非金属性 OP，则第一电离能 OP，同一周期从左到右，元素 的第一电离能呈增大趋势，但氮原子的最外层 p 能级上是半充满的稳定结构，则 第一电离能 NO，所以 N、O、P 三种元素第一电离能由大到小的顺序是 NO P；(3)电负性 NP，中心原子的电负性越大，成键的共用电子对离中心原子越 近，成键的电子对之间的距离越小，成键电子对之间的排斥力越大，导致键角变 大，所以 PH3的键角小于 NH3的键角；(4)原子坐标参数 A 为(0，0，0)；B 为 (1/2，1/2，0)；D 为(1，1，1)，由晶胞结构示意图可知，C 原子位于晶胞的面心， C 原子在 x 上为 1，在 y、z 上均为 1/2，则 C 原子的坐标参数为(1，1/2，1/2)； 由晶胞结构示意图可知，P 原子与周围的 4 个 B 原子距离最近且形成正四面体结 构，P 原子与 B 原子的最近距离为 a cm，由立体几何知识可知，晶胞的体对角线 是 4a cm，所以磷化硼晶胞的边长为 4a 3 cm 4 3 3 a cm。 答案 (1)平面三角形 (2)NOP (3)NH3 电负性 NP，NH3中成键电子对 更靠近中心原子， 成键电子对间排斥力较大， 故键角较大 (4)(1， 1 2， 1 2) 4 3 3 a