1、第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题包括 16 小题，每小题 3 分，共 48 分，每小题只有一个选项符合 题意。) 1.化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是( ) 氧化铁 钙钛矿太阳能电池 A.用作涂料 B.太阳能转化为电能 SiO2超分子纳米管 石墨烯发热服 C.有机高分子材料 D.有电热转化性能 解析 A.氧化铁为红色，俗称铁红，难溶于水，氧化铁常用作红色油漆和涂料， 故 A 正确；B.钙钛矿太阳能电池是把吸收的光能转化为电能，故 B 正确；C.SiO2 属于无机非金属材料，可以制取超分子纳米管，不属
2、于有机高分子材料，故 C 错 误；D.石墨烯电热膜施加电压后能够产生较高热量是因为它具有良好的导热性， 可制作发热服，故 D 正确；综上所述，本题选 C。 答案 C 2.下列说法正确的是( ) A.晶体在受热熔化过程中一定存在化学键的断裂 B.共价晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力 C.区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行 X 射线衍射实验 D.非金属元素的原子间只形成共价键，金属元素的原子与非金属元素的原子间只 形成离子键 解析 A 项，分子晶体受热熔化时破坏的是分子间作用力而不是化学键，错误； B 项，有的分子晶体中存在氢键，错误；D 项，非金属元素的原子间也可形成离
3、 子键，如 NH4Cl；金属元素原子与非金属元素原子间也可形成共价键，如 AlCl3 错误。 答案 C 3.共价键、金属键、离子键和分子间作用力都是构成物质微粒间的不同相互作用 力，下列含有上述两种相互作用力的晶体是( ) A.SiC 晶体 B.Ar 晶体 C.NaCl 晶体 D.NaOH 晶体 解析 SiC 晶体、Ar 晶体、NaCl 晶体中都只含有一种作用力，分别是共价键、范 德华力、离子键。 答案 D 4.仅由下列各组元素所组成的化合物的晶体，不可能属于离子晶体的是( ) A.H、O、S B.Na、H、O C.K、Cl、O D.H、N、S 解析 A项不可能形成离子化合物， B、 C、 D
4、三项形成的离子化合物可能为 NaOH、 KClO3、(NH4)2S 等。 答案 A 5.下列叙述中正确的是( ) A.共价晶体、离子晶体、金属晶体、分子晶体中都一定存在化学键 B.同素异形体之间的转化都是物理变化 C.共价晶体的熔点不一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点不一定比金属晶体的 低 D.已知 12 g 金刚石中含有 2NA个 CC 键，则 60 g SiO2中也含有 2NA个 SiO 键 解析 稀有气体的晶体中不含有化学键，A 项错；3O2= 放电 2O3是化学变化，B 项错； 晶体硅的熔点比金属钨的熔点低，蔗糖的熔点比汞高，C 项正确；60 g SiO2 中有 4NA个 SiO 键，
5、D 项错。 答案 C 6.下列物质所属晶体类型分类正确的是( ) A B C D 共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石 分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰 离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝 金属晶体 铜 汞 铝 铁 解析 石墨为混合型晶体，生石灰、氯化铯为离子晶体，氮化铝为共价晶体。 答案 D 7.下列关于物质特殊聚集状态结构的叙述中，错误的是( ) A.等离子体的基本构成微粒的排列是带电的离子和电子及不带电的分子或原子 B.非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序的 C.液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性 D.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分都是长
6、程有序的 解析 纳米材料实际上是三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功 能的材料，纳米材料内部具有晶体结构，但界面则具有无序结构，因此选项 D 不 正确，其余选项都是正确的，答案选 D。 答案 D 8.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( ) A.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B.冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有 4 个紧邻的水分子 C.干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D.干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有 12 个紧邻的分子 解析 干冰晶体中 CO2分子间作用力只有范德华力，分子采用紧密堆积，一个分 子周围有 12 个紧邻的分子； 冰晶体中水分子间除了范德
7、华力还存在氢键， 由于氢 键具有方向性，每个水分子周围有 4 个紧邻的水分子，采用非紧密堆积的方式， 空间利用率小，因而密度小。干冰融化只需克服范德华力，冰融化还需要克服氢 键，由于氢键比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。 答案 A 9.下列叙述正确的是( ) A.金属晶体的熔点 AlMgNa B.在卤族元素(F、Cl、Br、I)的氢化物中，HF 的沸点最低 C.CaH2、Na2O2晶体的阴、阳离子个数比分别为 21、11 D.晶体熔点：金刚石食盐干冰冰 解析 A 项中金属原子的半径大小 AlMgMgNa，金属键的 强弱 AlMgNa，故熔点 AlMgNa，正确；B 项因
8、 HF 分子间存在氢键，故 HF 沸点最高；D 项熔点：冰干冰；C 项 Na2O2中阴离子(O2 2)与阳离子(Na )个数比 为 12。 答案 A 10.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一， 其晶胞结构如图所示 (黑球代表 Fe，白球代表 Mg)。则下列说法不正确的是( ) A.铁镁合金的化学式为 Mg2Fe B.晶体中存在的化学键类型为金属键 C.离子键键能：氧化钙氧化镁 D.该晶胞的质量是416 NA g(NA表示阿伏加德罗常数的值) 解析 依据均摊规则， 晶胞中共有 4 个铁原子， 8 个镁原子， 故化学式为 Mg2Fe， 一个晶胞中含有 4 个“Mg2Fe”，其质量为
9、4 NA mol104 g/mol 416 NA g。在元素周期 表中，镁元素在钙元素的上一周期，故 Mg2 半径比 Ca2半径小，氧化镁的离子 键键能较氧化钙大。故 C 项错误。 答案 C 11.Al2O3在一定条件下可制得硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，其晶体结构如图 所示。下列说法正确的是( ) A.氮化铝属于离子晶体 B.氮化铝可用于制造切割金属的刀具 C.1 个氮化铝晶胞中含有 9 个铝原子 D.氮化铝晶体中 Al 的配位数为 2 解析 由题给信息知，氮化铝属于原子晶体，A 项错误；氮化铝的硬度、熔点都 很高，可用于制造切割金属的刀具，B 项正确；1 个氮化铝晶胞中含有的铝原子 个数为
10、 81 812，C 项错误；氮化铝晶体中 Al 的配位数为 4，D 项错误。 答案 B 12.由硼和镁两种元素组成化合物可为超导材料， 下图为该化合物的晶体结构单元 示意图：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有 1 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.Mg5B12 B.MgB2 C.Mg2B D.Mg3B2 解析 由于镁原子位于顶点处，另外棱柱的上下底面还各有 1 个镁原子，则晶胞 中含有的镁原子个数是 21/2121/63。6 个硼原子位于棱柱内，即 Mg 与 B 的原子个数之比是 12，因此该化合物的化学式可表示为 MgB2，答案选 B。 答案
11、 B 13.CaC2晶体的晶胞结构与 NaCl 晶体的相似(如下图所示)， 但 CaC2晶体中哑铃形 C2 2的存在使晶胞沿一个方向拉长。下列关于 CaC2晶体的说法中正确的是( ) A.1 个 Ca2 周围距离最近且等距离的 C2 2数目为 6 B.6.4 g CaC2晶体中含阴离子 0.1 mol C.该晶体中的阴离子与 F2是价电子总数相等 D.与每个 Ca2 距离相等且最近的 Ca2共有 12 个 解析 注意该晶胞中边长的差异。与每个 Ca2 距离最近且距离相等的 C2 2、Ca2 的数目均为 4，A、D 项错误；C2 2的价电子数为 10，而 F2的价电子数为 14，C 项错误。 答
12、案 B 14.配合物 Na3Fe(CN)6可用于离子检验，下列说法不正确的是( ) A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键 B.配离子为Fe(CN)63 ，中心离子为 Fe3，配位数为 6，配位原子为 C C.1 mol 配合物中 键数目为 12NA D.该配合物为离子化合物，易电离，1 mol 配合物电离得到阴阳离子共 4NA 解析 A.Na 与Fe(CN) 63 之间存在离子键，CN与 Fe3之间存在配位键，CN 中碳原子与氮原子之间存在极性键共价键，不存在非极性键，A 错误；B.配合物 Na3Fe(CN)6中，配离子为Fe(CN)63 ，中心离子为 Fe3，配位数为 6，配位
13、原 子为 C，B 正确；C.1 mol 配合物 Na3Fe(CN)6中 键数目为(62)NA12NA， C 正确； D.该配合物为离子化合物， 易电离， 其电离方程式为： Na3Fe(CN)6=3Na Fe(CN) 63 ，1 mol 配合物电离得到阴阳离子共 4N A，D 正确。 答案 A 15.有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( ) A.在 NaCl 晶体中，距 Na 最近的 Cl形成正八面体 B.在 CaF2晶体中，每个晶胞平均占有 4 个 Ca2 C.在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键数目比为 12 D.由 E 原子和 F 原子构成的气态团簇分子的分子式为 EF 或 FE 解析
14、 在 NaCl 晶体中，每个 Na 周围距离最近的 Cl是 6 个(上、下、左、右、 前、后各 1 个)，构成正八面体，A 项正确；根据“均摊法”，1 个 CaF2晶胞中含 有的 Ca2 数为 81 86 1 24，B 项正确；金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的 4 个碳原子结合形成 4 个碳碳键，每个碳碳键为 2 个碳原子所共用，故碳原子与 碳碳键数目之比为 12，C 项正确；由 E 原子和 F 原子构成的气态团簇分子的分 子式应为 E4F4或 F4E4，D 项错误。 答案 D 16.观察下列模型并结合有关信息，判断有关说法正确的是( ) B12结构单元 SF6分子 S8 HCN 结构模型 示
15、意图 备注 熔点 1 873 K 易溶于 CS2 A.单质硼属于共价晶体 B.SF6是由极性键构成的极性分子 C.固态 S8属于共价晶体 D.HCN 的结构式为 HCN 解析 SF6空间结构高度对称，是由极性键构成的非极性分子，B 项错误；根据 S8易溶于CS2可知， 固态S8属于分子晶体， C项错误； HCN的结构式应为HCN， D 项错误。 答案 A 二、非选择题(本题包括 4 个小题，共 52 分) 17.(12 分)铜及其合金是人类最早使用的金属材料，铜的化合物在现代生活和生产 中有着广泛的应用。 (1)铜的熔点比钙的高，其原因是_。 (2)金属铜的堆积方式为下图中的_(填字母序号)。
16、 (3)科学家通过 X 射线推测，胆矾的结构如下图所示。 胆矾的阳离子中心原子的配位数为_，阴离子的空间结构为_。胆 矾中所含元素的电负性从大到小的顺序为_ (用元素符号作答)。 (4)铜与 Cl 原子构成晶体的晶胞结构如下图所示，该晶体的化学式为_， 已知该晶体的密度为 4.14 g/cm3，则该晶胞的边长为_ pm(写计算式)。将 该物质气化后实验测定其蒸汽的相对分子质量为 198，则其气体的分子式为 _。 解析 (1)铜的原子半径比钙小，金属键比钙强，因此铜的熔点比钙的高；(2)金属 铜的晶胞为面心立方堆积，C 为面心立方，故选 C； (3)根据图示，胆矾晶体中铜离子周围有 4 个水分子
17、，配位数4，阴离子为硫酸 根离子，S 的价层电子对数4，采用 sp3杂化，空间结构为正四面体；元素的非 金属性越强，电负性数值越大，胆矾中所含元素 O、S、H、Cu 的电负性从大到 小的顺序为 OSHCu； (4)由晶胞结构可知，Cu 原子处于晶胞内部，晶胞中含有 4 个 Cu 原子，Cl 原子处 于顶点与面心上， 晶胞中含有 Cl 原子数目为 81 86 1 24， 故化学式为 CuCl， 一个晶胞的质量为499 g NA ，则晶胞的边长 3499 g NA 4.14 g/cm3 3 499 4.14NA cm 3 499 4.14NA10 10 pm，该气体的最简式为 CuCl，设该气体的
18、化学式为(CuCl)n，蒸 汽的相对分子质量为 198，则 n198 99 2，化学式为 Cu2Cl2。 答案 (1)铜的金属键强度大于钙 (2)C (3)4 正四面体 OSHCu (4)CuCl 3 499 4.14NA10 10 Cu2Cl2 18.(12分)(1)(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体密度为d g cm 3， 其立方晶胞参数为a nm， 晶胞中含有 y 个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对分子质量为 M，则 y 的 计算表达式为_。 (2)GaAs 的熔点为 1 238 ，密度为 gcm 3，其晶胞结构如图所示。Ga 和 As 的摩尔质量分别为
19、 MGa g mol 1 和 MAs g mol 1， 原子半径分别为 r Gapm 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 _。 (3)Al 单质为面心立方晶体，其晶胞参数 a0.405 nm，列式表示 Al 单质的密度 _g cm 3(不必计算出结果)。 答案 (1)602a 3d M (或a 3dNA M 10 21) (2)410 30N A（r3Gar3As） 3（MGaMAs） 100% (3) 427 6.021023（0.40510 7）3 19.(12 分)目前市售 LED 晶片， 材质基本以 GaAs(砷化镓)、 A
20、lGaInP(磷化铝镓铟)、 InGaN(氮化铟镓)为主。砷化镓的晶胞结构如图。试回答： (1)镓的基态原子的电子排布式是_。 (2)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为_。 (3)下列说法正确的是_(填字母)。 A.砷化镓晶胞结构与 NaCl 相同 B.第一电离能：AsGa C.电负性：AsGa D.GaP 与 GaAs 价电子总数相等 (4)N 、 P 、 As 处 于 同 一 主 族 ， 其 简 单 氢 化 物 沸 点 由 高 到 低 的 顺 序 是 _。 (5)砷化镓可由(CH3)3Ga 和 AsH3在 700 时制得。(CH3)3Ga 中镓原子的杂化方式 为_。 解析 (2)根
21、据均摊法可得， 晶胞中白球的个数为 81/861/24。 (3)As 与 Ga 处于同一周期且原子序数： AsGa， 同一周期从左到右， 元素的电负性逐渐增大， 第一电离能呈增大趋势(A、A 族反常)；砷化镓晶胞结构与 NaCl 的晶胞结构 不同；GaP 与 GaAs 原子总数和价电子总数相等。(4)一般同主族非金属元素简单 氢化物的沸点随相对分子质量的增大而升高，但第A、A、A 族的第二周期 元素的简单氢化物因存在氢键，所以沸点反常得高。 答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p1 (2)4 (3)CD (4)NH3AsH3PH3 (5)sp2
22、20.(16 分)开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。 (1)Ti(BH4)3是一种储氢材料，可由 TiCl4和 LiBH4反应制得。 基态原子 Ti 有_种能量不同的电子， 基态 Ti3 的未成对电子有_ 个。 LiBH4由 Li 和 BH 4构成，BH 4的空间结构是_，LiBH4中不存在的作用 力有_(填字母)。 a.离子键 b.共价键 c.金属键 d.配位键 Li、B、H 元素的电负性由大到小排列顺序为_ _。 (2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。LiH 中，离子半径 Li _(填“”、“”或“”)H 。 某储氢材料是短周期金属元素 M 的氢化物。M 的部分电离能如下表
23、所示： I1 I2 I3 I4 I5 I/(kJ mol 1) 738 1 451 7 733 10 540 13 630 M 是_(填元素符号)。 MH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度 a g cm 3，则该晶胞的体积为_cm3用 a、N A表示(NA为阿伏加德罗常数的值)。 NaH 具有 NaCl 型晶体结构，已知 NaH 晶体的晶胞参数 a488 pm(棱长)，Na 半径为 102 pm，H的半径为_，NaH 的理论密度是_g cm3(只列 算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为 NA)。 (3)氨硼烷(NH3BH3)与镧镍合金(LaNix)都是优良的储氢
24、材料。 镧镍合金的晶胞结构示意图如图所示(只有 1 个原子位于晶胞内部)，则 x _。氨硼烷在高温下释放氢后生成的立方氮化硼晶体，具有类似金刚石的 结构， 硬度略小于金刚石。 则在下列各项中， 立方氮化硼晶体不可用作_(填 字母)。 a.耐磨材料 b.切削工具 c.导电材料 d.钻探钻头 解析 (1)基态原子 Ti 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2，有 7 个能级，即 7 种能量不同的电子， Ti3 的价电子排布式为 3d1， 有 1 个未成对电子。 Li和 BH 4 以离子键结合，BH 4中 B 原子与 H 原子间以共价键结合，B 原子最外层有 3 个电 子，而 B
25、 原子最外层有 4 个轨道，能提供一个空轨道与 H 形成配位键，化合物 中不存在金属键。Li、B、H 电负性：HBLi。 (2)电子层结构相同的离子，核电荷数越多，半径越小，离子半径：Li H。 M 的 I3I2，所以 M 原子最外层有 2 个电子，M 为短周期元素 Mg。每个晶 胞中含有 Mg 原子 81 812 个， 含有 H 原子 4 个， 所以晶胞的体积为 V m 226 g mol 1 NA mol 1 a g cm 3 52 aNA cm 3。 NaH 具有 NaCl 型晶体结构，NaH 晶体的晶胞参数 a488 pm(棱长)，Na 半径 为 102 pm， H 的半径为4881022 2 pm142 pm， 该晶胞中钠离子个数81 8 61 24，氢离子个数12 1 414，NaH 的密度是 m V 4M NA V ， 4M NAV 244 NA488310 30 g cm 3。(3)每个晶胞中含有 La：81 81，Ni：8 1 215，x 5。立方氮化硼为共价晶体不导电，故选 c。 答案 (1)7 1 正四面体 c HBLi (2) Mg 52 aNA 142 pm 244 NA488310 30 (3)5 c
