2023春高中化学选择性必修2 (苏教2019)专题3第四单元 分子间作用力 分子晶体 第3课时 常见晶体结构的分析与计算 课时练(含答案)

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名称 2023春高中化学选择性必修2 (苏教2019)专题3第四单元 分子间作用力 分子晶体 第3课时 常见晶体结构的分析与计算 课时练(含答案)
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资源类型 教案
版本资源 苏教版(2019)
科目 化学
更新时间 2022-12-03 21:58:26

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第3课时 常见晶体结构的分析与计算
题组一 晶体类型与结构
1.AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是(  )
A.①③ B.②⑤
C.⑤⑥ D.③④⑤⑥
2.有关晶体(或晶胞)的结构如图所示,下列说法不正确的是(  )
A.在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-有6个
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,碳原子与碳碳键个数之比为1∶2
D.该气态团簇分子的分子式为EF或FE
3.下列关于CaF2的表述正确的是(  )
A.Ca2+与F-间仅存在静电吸引作用
B.F-的半径小于Cl-,则CaF2的熔点低于CaCl2
C.阴、阳离子个数比为2∶1的物质,均与CaF2晶体结构相同
D.CaF2中的化学键为离子键,因此CaF2在熔融状态下能导电
题组二 晶体结构和相关计算
4.如图所示是金属钠的晶胞示意图,该晶胞平均含有的钠原子数是(  )
A.9 B.5 C.3 D.2
5.某研究小组发现首例带结晶水的晶体在5 K下呈现超导性。据报道,该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构,结构如图(小球表示Co原子,大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单位)示意图不符合化学式的是(  )
6.钴的一种化合物的晶胞结构如图所示,已知A点的原子分数坐标为(0,0,0),B点为(,0,)。下列说法错误的是(  )
A.化合物中Co2+的外围电子排布式为3d7
B.钴的周围有6个等距且最近的O2-
C.C点的原子分数坐标为(,,)
D.该物质的化学式为TiCoO2
7.Cs+核间距为a cm,氯化铯的相对分子质量为Mr,NA为阿伏加德罗常数的值,则氯化铯晶体的密度是(  )
A. g·cm-3
B. g·cm-3
C. g·cm-3
D. g·cm-3
8.已知某离子晶体晶胞如图所示,其摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为d g·cm-3。下列说法正确的是(  )
A.晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B.晶体中阴、阳离子的配位数都是4
C.该晶胞可能是NaCl的晶胞
D.该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为 cm
9.由K、I、O构成的立方晶胞如图所示。下列叙述错误的是(  )
A.该化合物的化学式为KIO3
B.微粒a的分数坐标为(0,,)
C.该晶胞密度的表达式为 g·cm-3
D.该晶胞的另一种表示中,I处于各顶点,则K处于体心位置
10.我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图,下列说法不正确的是(  )
A.石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B.每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2,可用“SiO2”来表示石英的组成
D.在晶体中存在石英分子,故石英的分子式为SiO2
11.CaF2的晶胞为立方晶胞,结构如图所示:
原子分数坐标可以表示晶胞内部各原子的相对位置,其中A原子分数坐标为(0,0,0),B原子分数坐标为(0,,),下列说法正确的是(  )
A.CaF2晶胞中,Ca2+的配位数为4
B.C点的原子分数坐标为(,,)
C.若晶胞中两个最近的F-之间距离为273.1 pm,则晶胞密度可表示为 g·cm-3
D.F-和Ca2+之间的最短距离是晶胞体对角线的
12.分析化学中常用X射线研究晶体结构,有一种蓝色晶体可表示为MxFey(CN)z,研究表明它的结构特性是Fe2+、Fe3+分别占据立方体的顶点,自身互不相邻,而CN-位于立方体的棱上,其晶体中的阴离子结构如图所示。下列说法正确的是(  )
A.该晶体是共价晶体
B.M的离子位于上述立方体的面心,呈+2价
C.M的离子位于上述立方体的体心,且M+的空缺率(体心中没有M+的占总体心的百分比)为50%
D.晶体的化学式可表示为MFe2(CN)3,且M为+1价
13.[2020·山东,17(4)]以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
坐标 原子    x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有______个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn_____________________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有__________个。
14.(1)Na2S的晶胞如图所示,设S2-的半径为r1 cm,Na+的半径为r2 cm。试计算Na2S晶体的密度为________________________________(阿伏加德罗常数的值用NA表示,写表达式,不化简)。
(2)Na3OCl是一种良好的离子导体,其晶胞结构如图所示。已知:晶胞参数为a nm,密度为d g·cm-3。
①Na3OCl晶胞中,Cl-位于各顶点位置,Na+位于____________位置,两个Na+之间的最短距离为________ nm。
②用a、d表示阿伏加德罗常数NA=________mol-1(列计算式)。
第3课时 常见晶体结构的分析与计算
1.B [从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合,所以最有可能是分子晶体。]
2.D [在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-有6个,故A正确;在CaF2晶胞中,Ca2+位于晶胞的顶点和面心,晶胞中含有Ca2+的个数为8×+6×=4,故B正确;在金刚石晶体中,每个碳原子连接4个共价键,每两个碳原子形成一个共价键,则每个碳原子连接的共价键平均为4×=2个,所以在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数之比为1∶2,故C正确;气态团簇分子不同于晶胞,气态团簇分子中含有4个E原子,4个F原子,则分子式为E4F4或F4E4,故D错误。]
3.D [Ca2+与F-之间既有静电吸引作用,也有静电排斥作用,A错误;离子所带电荷数相同,F-的半径小于Cl-,所以CaF2的熔点高,B错误;晶体结构还与离子的半径大小有关,所以阴、阳离子个数比为2∶1的物质,不一定与CaF2晶体结构相同,C错误; CaF2中的化学键为离子键,CaF2在熔融状态下能发生电离,因此CaF2在熔融状态下能导电,D正确。]
4.D [金属钠的晶胞中,有8个原子处于顶点,有1个原子位于体心,故该晶胞平均含有的钠原子数为×8+1=2。]
5.D [A项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1,含有O原子数为4×=2,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;B项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1+4×=2,含有O原子数为4,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;C项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为4×=1,含有O原子数为4×=2,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;D项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1,含有O原子数为4×=1,所以Co原子数与O原子数之比为1∶1,错误。]
6.D [化合物中Co2+的外围电子个数为7,外围电子排布式为3d7,A正确;由晶胞结构图可知,钴周围有6个O2-,B正确;C点的原子处于体心,原子分数坐标为(,,),C正确;此晶胞中O2-个数为6×=3,Ti4+个数为8×=1,Co2+个数为1,该物质的化学式为TiCoO3,D错误。]
7.C [处于顶点的离子同时为8个晶胞所共有,每个离子有属于该晶胞,处于晶胞内的离子完全属于该晶胞,可知1个氯化铯晶胞中有1个Cs+和1个Cl-,则1 mol氯化铯的体积为NAa3 cm3,故氯化铯晶体的密度为 g·cm-3。]
8.C [利用均摊法分析可知,晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4,A错误;晶胞中阴、阳离子的配位数都是6,B错误;该晶胞符合NaCl晶胞的特征,C正确;设晶胞边长为a cm,则两个距离最近的阳离子的核间距离为a cm,4×M g·mol-1=NA mol-1×a3 cm3×d g·cm-3,可求出a=,该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为× cm,D错误。]
9.C [该晶胞中K原子的个数为8×=1,O原子的个数为6×=3,I原子的个数为1,则化学式为KIO3,故 A正确;根据图示,a原子位于侧面面心,坐标为(0,,),故B正确;1 mol晶胞的质量是214 g,1个晶胞的体积为(b×10-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积就是NA(b×10-7)3 cm3,所以晶胞的密度为 g·cm-3,故C错误;在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点,个数为8×=1,则K也为1个,应位于体心,则O位于棱心,每个棱为4个晶胞共有,则O个数为12×=3,故D正确。]
10.D [由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连,而每个氧原子与两个硅原子相连,在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2,“SiO2”仅表示石英的组成,不存在单个的SiO2分子,故D错误。]
11.B [以面心Ca2+为研究对象,在一个晶胞中连接4个F-,通过该Ca2+可形成2个晶胞,所以与该Ca2+距离相等且最近的F-共有8个,因此Ca2+的配位数是8,A错误;观察A、B、C的相对位置可知,C点的x轴坐标是,y轴坐标是,z轴坐标是,B正确;根据晶胞结构可知,在一个晶胞中含有Ca2+的个数:×8+×6=4,含有F-的个数:8,即一个晶胞中含有4个CaF2,根据C点的坐标可知:晶胞中两个最近的F-之间的距离为晶胞边长的一半,所以晶胞参数L=2×273.1 pm=546.2 pm,则该晶胞的密度为ρ== g·
cm-3,C错误;根据C点坐标,利用几何知识(相似三角形对应边成比例)可知Ca2+和F-之间的最短距离是晶胞体对角线的,D错误。]
12.C [根据晶胞结构可知,晶胞中含有Fe2+的个数为4×=,Fe3+的个数为4×=,CN-的个数为12×=3,所以Fe2+、Fe3+、CN-的个数比为1∶1∶6,根据化合物中元素化合价代数和为零可知,M的化合价为+1价,则每个晶胞平均含有0.5个M,而M的离子位于上述立方体的体心,所以两个晶胞中一个有M+,而另一个必无M+,所以M+的空缺率为50%,故B错误、C正确;由以上分析可知,晶体的化学式可表示为MFe2(CN)6,故D错误。]
13.4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
解析 由题给原子的分数坐标和晶胞图可知,小白球表示的是Sn原子,Sn原子位于面上和棱上,因此一个晶胞中含Sn原子个数为6×+4×=4。由Sn和As的分数坐标可知,x、y轴上a pm长的分数坐标为1,z轴上2a pm长的分数坐标为1。小黑球表示的是Cd原子,与Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,其分数坐标分别为(0.5,0,0.25)和(0.5,0.5,0)。大灰球表示的是As原子,每个Sn周围与Sn等距离的As原子有4个,即与单个Sn键合的As有4个。
14.(1) g·cm-3
(2)①面心 a ②
解析 (1)在每个晶胞中含有Na+数为8,S2-数为8×+6×=4,由题图可知,晶胞的体对角线长为4(r1+r2) cm,晶胞的边长为(r1+r2) cm,晶体的密度ρ== g·
cm-3。
(2)①Na3OCl晶胞中白球个数为6×=3,灰球个数为8×=1,黑球个数为1,根据Na3OCl的化学式,可判断Na+应为白球,处在晶胞结构的面心,Na+之间的最短距离为晶胞结构中两个面心的距离,即为一半边长的倍,即a nm。②已知:晶胞参数为a nm,密度为d g·cm-3,则d g·cm-3=,解得NA= mol-1。