練案[16]第16講晶體結構與性質一、選擇題：本題共10小題，每小題只有一個選項符合題目要求。1．(2023·山東濱州模擬)下列關于晶體的說法不正確的是(D)①晶體中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶體中原子排列相對無序，無自范性②含有金屬陽離子的晶體一定是離子晶體③共價鍵可決定分子晶體的熔、沸點④晶胞是晶體結構的基本單元，晶體內部的微粒按一定規律作周期性重復排列⑤四類典型晶體都有過渡型晶體⑥干冰晶體中，一個CO2分子周圍有12個CO2分子緊鄰；CsCl和NaCl晶體中陰、陽離子的配位數都為6A．①②③ B．②③④C．④⑤⑥ D．②③⑥[解析]晶體中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶體中原子排列相對無序，無自范性，故①正確；含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，可能是金屬晶體，故②錯誤；分子間作用力決定分子晶體的熔、沸點，共價鍵決定穩定性，故③錯誤；晶胞是晶體結構的基本單元，晶體內部的微粒按一定規律作周期性重復排列，故④正確；純粹的典型晶體不多，大多數晶體是它們之間的過渡晶體，它們都有過渡型，故⑤正確；干冰晶體中，一個CO2分子周圍有12個CO2分子緊鄰；CsCl晶體中陰、陽離子的配位數都為8，NaCl晶體中陰、陽離子的配位數都為6，故⑥錯誤。2．幾種單質的沸點如圖所示。下列推斷正確的是(A)A．D可能為共價晶體，H可能為分子晶體B．G可能為離子晶體，A可能為分子晶體C．G、H一定是分子晶體，E、F一定是金屬晶體D．D可能為共價晶體，B一定是離子晶體[解析]D的沸點約為3000℃，則D可能為共價晶體；H的沸點低于0℃，則H可能為分子晶體，A正確；G的沸點低于0℃，則G可能是分子晶體，A的沸點約1000℃，可能為離子晶體，B錯誤；G、H的沸點低于0℃，可能為分子晶體，E、F的沸點較低，可能是分子晶體或金屬晶體，C錯誤。D的沸點約為3000℃，可能是共價晶體或金屬晶體(如鎢)；B的沸點約1000℃，可能是離子晶體或金屬晶體，D錯誤。3．石墨晶體是層狀結構，在每一層內，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相結合。據圖分析，石墨晶體中碳原子數與共價鍵數之比為(A)A．23 B．21C．13 D．32[解析]用平均法處理，以一個六元環來看。一個其價鍵被兩個六元環所共有，故一個六元環擁有共價鍵數＝eq\f(1,2)×6＝3；一個碳原子被三個六元環所共有，故一個六元環擁有C原子數＝eq\f(1,3)×6＝2。4．BN(氮化硼)和CO2中的化學鍵均為共價鍵，BN的晶體熔點高且硬度大，而CO2固體(干冰)卻松軟而且極易升華，由此判斷，BN的晶體類型是(B)A．分子晶體 B．共價晶體C．離子晶體 D．金屬晶體[解析]干冰松軟而且極易升華，則晶體內二氧化碳分子間作用力小，干冰是分子晶體，氮化硼晶體熔點高且硬度大，則晶體內粒子間作用力強，因為化學鍵是共價鍵，因此是共價晶體，B正確。5．(2021·湖北新高考適應性考試，9)B和Al為同族元素，下列說法錯誤的是(B)A．BF3和AlF3都可以與F－形成配位鍵B．H3BO3為三元酸，Al(OH)3呈兩性C．共價鍵的方向性使晶體B有脆性，原子層的相對滑動使金屬Al有延展性D．B和Al分別與N形成的共價晶體，均具有較高硬度和熔點[解析]F－可以提供孤電子對，BF3和AlF3中的B和Al有空軌道，可以形成配位鍵，A正確；H3BO3為一元弱酸，在水中的電離方程式為H3BO3＋H2O[H4BO4]－＋H＋，B錯誤；由于共價鍵的方向性和飽和性，共價晶體B堆積的緊密程度大大降低，導致晶體B有脆性，金屬Al具有良好的延展性，是因為當金屬受到外力作用時，金屬晶體中的各原子層可以發生相對滑動而不改變原來的排列方式，也不破壞金屬鍵，C正確；BN、AlN都是共價晶體，其硬度和熔點均較高，D正確。6．(2022·湖北新高考聯考協作體模擬)鐵鎂合金是目前已發現的儲氫密度較高的儲氫材料之一，其晶胞結構如圖所示。儲氫時，H2分子在晶胞的體心和棱的中心位置，且最近的兩個氫分子之間的距離為anm，NA表示阿伏加德羅常數的值。下列說法正確的是(C)A．該合金儲氫后晶體的化學式為Fe2MgH2B．該合金中，Fe的配位數為4C．該晶體中，與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個D．儲氫后晶體的密度為eq\f(416,\r(2)a×10－73NA)g·cm－3[解析]根據晶胞結構判斷，晶胞中含有Mg原子數為8，Fe原子數為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，儲氫后，含有H2分子數為1＋12×eq\f(1,4)＝4，則該合金儲氫后晶體的化學式為FeMg2H2，A錯誤；該晶體中Fe周圍最近的Mg原子共有8個，則配位數為8，B錯誤；該晶體中與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個，C正確；根據ρ＝eq\f(m,V)可知，該鐵鎂晶體未儲氫時的密度為eq\f(416,\r(2)a×10－73NA)g·cm－3，儲氫后晶體的密度增大，D錯誤。7．(2023·湖北二模)一水合甘氨酸鋅是一種礦物類飼料添加劑，結構簡式如圖所示，下列說法正確的是(D)A．一水合甘氨酸鋅中C、N原子的雜化軌道類型都為sp3B．一水合甘氨酸鋅中Zn2＋的配位數為4，配位原子為O、NC．基態Zn2＋價電子排布式為3d84s2D．一水合甘氨酸鋅中元素C、N、O的第一電離能由大到小的順序為N>O>C[解析]一水合甘氨酸鋅中還含有碳氧雙鍵，碳氧雙鍵中碳原子的雜化軌道類型都為sp2，故A錯誤；由圖可知，一水合甘氨酸鋅中Zn2＋與2個氮原子和3個氧原子成鍵，配位數為5，故B錯誤；鋅元素的原子序數為30，鋅原子失去2個電子形成鋅離子，則基態鋅離子價電子排布式為3d10，故C錯誤；同周期元素，從左到右第一電離能呈增大的趨勢，氮原子的2p軌道為半充滿的穩定結構，第一電離能大于相鄰元素，則C、N、O的第一電離能由大到小的順序為N>O>C，故D正確。8.(2023·遼寧沈陽模擬)鈦酸鍶是人造寶石的主要成分之一，化學式為SrTiO3，其晶體結構如圖所示，已知晶胞中Ti處于體心位置。下列說法正確的是(D)A．Sr位于面心位置B．與O最近的Sr有6個C．該晶體中含有離子鍵和非極性鍵D．O與Ti構成的空間結構不同[解析]根據鈦酸鍶的化學式為SrTiO3，容易得出Sr、Ti、O三種微粒的個數比為113，若Ti處于體心位置，根據均攤法，晶胞中Ti的數目為1，而處于面心位置的屬于一個晶胞的粒子數為3，所以處于面心位置的為O不是Sr，Sr應該處于頂點位置，故A錯誤；與O最近的Sr有4個，故B錯誤；根據鈦酸鍶化學式特點，可以得出該晶體中含有離子鍵和極性鍵，故C錯誤；根據該晶體結構特點，可以得出O構成正八面體，而Ti構成正六面體，兩者構成的空間結構不同，故D正確。9．(2021·湖北卷，10)某立方晶系的銻鉀(Sb－K)合金可作為鉀離子電池的電極材料，圖a為該合金的晶胞結構圖，圖b表示晶胞的一部分。下列說法正確的是(B)A．該晶胞的體積為a3×10－36cm3B．K和Sb原子數之比為31C．與Sb最鄰近的K原子數為4D．K和Sb之間的最短距離為eq\f(1,2)apm[解析]晶胞參數為apm＝a×10－10cm，則晶胞的體積為(a×10－10cm)3＝a3×10－30cm3，A錯誤；該晶胞中K原子個數為12×eq\f(1,4)＋9＝12，Sb原子個數為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，則K和Sb原子個數之比為31，B正確；以面心Sb為研究對象，與Sb最鄰近的K原子處于Sb周圍8個小立方體的體心，故最鄰近的K的個數為8，C錯誤；分析圖b，K與Sb之間的最短距離為體對角線的eq\f(1,2)，體對角線為eq\f(\r(3)a,2)pm，則K與Sb之間的最短距離為eq\f(\r(3),4)apm，D錯誤。10．(2023·山東濟南模擬)下列各組物質性質的比較，結論正確的是(D)A．物質的硬度：NaCl<NaBr<NaIB．物質的沸點：AsH3>PH3>NH3C．氫化物水溶液的酸性：HCl>HBr>HID．穩定性：BaCO3>SrCO3>CaCO3[解析]NaCl、NaBr、NaI均為離子晶體，陽離子相同，陰離子半徑越小，硬度越高，所以硬度：NaCl>NaBr>NaI，A錯誤；分子晶體的沸點取決于相對分子質量的大小，相對分子質量越大，沸點越高，但NH3分子間存在氫鍵，AsH3與PH3中沒有氫鍵，所以沸點：NH3>AsH3>PH3，B錯誤；鹵素原子原子核對其核外電子的吸引電子能力從上到下逐漸減小，使得氫鹵鍵從上到下越來越易斷裂，氫離子變得更易于解離，酸性越來越強，所以酸性：HCl<HBr<HI，C錯誤；碳酸鹽分解的本質為碳酸根離子生成CO2和O2－，后者與金屬離子結合的過程，CaO、SrO、BaO三者中，CaO中鍵能最大，所以最穩定，故CaCO3最容易分解，所以穩定性大小：BaCO3>SrCO3>CaCO3，D正確。二、非選擇題：本題共4小題。11．2020年我國“奮斗者”號載人潛水器成功進行萬米海試，國產新型材料“鈦”牛了！該合金中含鈦、鐵、鎳、鉑等十幾種元素，具有高強度、高韌性。回答下列問題：(1)基態鈦原子的核外電子的空間運動狀態有12種。TiF4的熔點(377℃)遠高于TiCl4(－24.12℃)的原因是TiF4晶體為離子晶體，TiCl4晶體為分子晶體。(2)鄰二氮菲(NN)中氮原子可與Fe2＋通過配位鍵形成橙紅色鄰二氮菲亞鐵離子，利用該反應可測定Fe2＋的濃度，該反應的適宜pH范圍為2～9，試解釋選擇該pH范圍的原因當H＋濃度高時，鄰二氮菲中的N原子優先與H＋形成配位鍵，導致與Fe2＋配位能力減弱；若OH－濃度較高時，OH－與Fe2＋反應，會影響與鄰二氮菲配位。(3)以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子的分數坐標。氯鉑酸鉀(K2PtCl6，式量為486)的立方晶胞結構如圖所示。①該晶胞中部分PtCleq\o\al(2－,6)、K＋的分數坐標為PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)、Keq\o\al(＋,A)(0.25,0.75,0.25)、Keq\o\al(＋,B)(0.75，0.25,0.25)，其中A、B分別代表K的位置。找出距離PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)最近的K＋(0.25,0.25,0.25)(用分數坐標表示)。②用NA表示阿伏加德羅常數的值，若實驗測得氯鉑酸鉀的密度為dg·cm－3，則A、B兩個K＋的距離為eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4×486,dNA))×1010pm(列出計算式即可)。[解析](1)基態Ti原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，電子占據12個不同原子軌道，故核外電子的空間運動狀態有12種。TiF4的熔點(377℃)遠高于TiCl4(－24.12℃)，其原因是Ti和F的電負性相差較大，形成離子晶體，Ti和Cl的電負性相差不大，形成分子晶體。(2)當H＋濃度高時，鄰二氮菲中的N優先與H＋形成配位鍵，導致與Fe2＋配位能力減弱；若OH－濃度較高時，OH－與Fe2＋反應，會影響與鄰二氮菲配位，故該反應的適宜pH范圍為2～9。(3)①PtCleq\o\al(2－,6)(0,0,0)位于三維坐標原點，與其距離最近的K＋處于晶胞的左側、下方、靠前的位置，該K＋的分數坐標為(0.25,0.25,0.25)。②一個晶胞有4個PtCleq\o\al(－,6)，8個鉀離子，設晶胞棱長為acm，一個晶胞質量＝eq\f(4×486,NA)g＝eq\f(1944,NA)g，晶胞的體積為a3cm3，d＝eq\f(1944,NAa3)，故a＝eq\r(3,\f(1944,dNA))，即晶胞的邊長為eq\r(3,\f(1944,dNA))×1010pm，結合A、B兩個鉀離子的坐標，A、B兩個離子之間的距離為eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)－\f(1,4)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)－\f(1,4)))2)a＝eq\f(\r(2),2)a，故兩鉀離子間的距離為eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(1944,dNA))×1010pm。12．(2023·山東威海模擬)金屬Ni可以與Mg、C形成一種化合物M，M是一種新型超導體，它的臨界溫度為8K。回答下列問題：(1)在基態Mg原子中，核外存在6對自旋相反的電子。(2)碳在礦物中，通常以碳酸鹽形式存在。根據價層電子對互斥理論，可推知COeq\o\al(2－,3)的空間構型為平面三角形，其中碳原子的雜化軌道類型為sp2。NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小，其原因是HCOeq\o\al(－,3)在水溶液中易形成多聚離子，請解釋HCOeq\o\al(－,3)形成多聚離子的原因是HCOeq\o\al(－,3)中的—OH可以與另一HCOeq\o\al(－,3)中的氧原子形成氫鍵，故可形成多聚體。(3)Ni的基態原子的價層電子排布式為3d84s2。區分晶體Ni和非晶體Ni的最可靠的科學方法為X射線衍射法。向綠色的NiSO4溶液中滴加過量的氨水，溶液會變成深藍色，其原因是溶液中生成了一種六配體的配離子，該配離子的化學式為[Ni(NH3)6]2＋。(4)已知M的晶胞(α＝β＝γ＝90°)結構如圖所示，則M的化學式為MgCNi3。其晶胞參數為a＝b＝c＝dpm，該晶體的密度為eq\f(213,d3×10－30NA)g·cm－3(列出計算式)。[解析](1)Mg元素為12號元素，核外電子排布為1s22s22p63s2，同一軌道中最多有兩個自旋方向相反的電子，Mg原子所占軌道均排滿，所以有6對自旋相反的電子。(2)COeq\o\al(2－,3)中C原子的價層電子對數為3＋eq\f(4－3×2＋2,2)＝3，不含孤電子對，所以空間構型為平面三角形，碳原子為sp2雜化；HCOeq\o\al(－,3)中含有—OH可以與另一HCOeq\o\al(－,3)中的氧原子形成氫鍵，故可形成多聚體。(3)Ni元素為28號元素，核外電子排布為[Ar]3d84s2，價層電子排布式為3d84s2；區分晶體和非晶體的最科學方法為X射線衍射法；氨水中含有大量NH3分子，NH3分子中N原子有孤電子對，而Ni2＋存在空軌道，二者可以形成配位鍵，根據題意配位數為6，所以該配離子為[Ni(NH3)6]2＋。(4)根據均攤法，晶胞中Mg原子的個數為8×eq\f(1,8)＝1，Ni原子的小數為6×eq\f(1,2)＝3，C原子的個數為1，所以化學式為MgCNi3；晶胞的質量為m＝eq\f(59×3＋12＋24,NA)g，晶胞的體積為V＝d3pm＝d3×10－30cm3，則晶體密度為ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(213,d3×10－30NA)g·cm－3。13．(2023·山東濟南模擬)磷及其化合物在電池、催化等領域有重要應用。黑磷與石墨類似，也具有層狀結構(如圖1)。為大幅度提高鋰電池的充電速率，科學家最近研發了黑磷—石墨復合負極材料，其單層結構俯視圖如圖2所示。回答下列問題：(1)Li、C、P三種元素中，電負性最小的是Li(用元素符號作答)。(2)基態磷原子的電子排布式為1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)。(3)氫化物PH3、CH4、NH3的沸點最高的是NH3，原因是NH3分子之間能形成氫鍵。(4)根據圖1和圖2的信息，下列說法正確的有A、B、C(填選項字母)。A．黑磷區P—P鍵的鍵能不完全相同B．黑磷與石墨都屬于混合型晶體C．由石墨與黑磷制備該復合材料的過程，發生了化學反應D．復合材料單層中，P原子與C原子之間的作用力屬范德華力(5)貴金屬磷化物Rh2P(化學式量為237)可用作電解水的高效催化劑，其立方晶胞如圖3所示。已知晶胞參數為anm，晶體中與P距離最近的Rh的數目為8，晶體的密度為eq\f(237×4,NAa×10－73)g·cm－3(列出計算式)。[解析](1)非金屬性越強電負性越大，三種元素中Li的非金屬性最弱，所以電負性最小。(2)P為15號元素，核外電子排布為[Ne]3s23p3或1s22s22p63s23p3。(3)NH3分子間存在氫鍵沸點最高，PH3的相對分子質量大于CH4，所以PH3的沸點較高，所以沸點由高到低順序為NH3>PH3>CH4，故沸點最高的是NH3，因為NH3分子之間能形成氫鍵。(4)據圖可知黑磷區中P—P鍵的鍵長不完全相等，所以鍵能不完全相同，故A正確；黑磷與石墨，每一層原子之間由共價鍵組成六元環結構，層與層之間由范德華力互相吸引，所以為混合型晶體，故B正確；由石墨與黑磷制備該復合材料的過程中，P—P和C—C鍵斷裂，形成P—C鍵，發生了化學反應，故C正確；復合材料單層中，P原子與C原子之間的作用力為共價鍵，故D錯誤。(5)根據晶胞結構可知一個晶胞中有8個黑球，4個白球，晶體化學式為Rh2P，所以黑球表示Rh原子，白球表示P原子，以面心P原子為例，該晶胞中有4個Rh原子距離其最近，該晶胞上方晶胞中還有4個，所以晶體中與P距離最近的Rh的數目為8；晶胞的體積為a3nm3＝(a×10－7)3cm3，晶胞的質量為eq\f(237×4,NA)g，所以晶體的密度為eq\f(\f(237×4,NA)g,a×10－73cm3)＝eq\f(237×4,NAa×10－73)g·cm－3。14．(202