选择性必修2 第三章 晶体结构与性质 章末单元同步练习题(含解析)

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第三章 晶体结构与性质 章末单元测试题
一、选择题（本题共有15小题，每小题3分，共45分，每小题只有一个正确选项）
1． 晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是(　　)
A．形成晶体硅的速率越大越好
B．晶体硅没有固定的熔、沸点
C．可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
2． 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和颗粒间的界面两部分，两部分都是长程有序的
3． 关于晶体的下列说法正确的是(　　)
①在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子，只要有阳离子就一定有阴离子
②分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
③晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
④离子晶体中，一定存在离子键
⑤分子晶体中，一定存在共价键
⑥共价晶体中，一定存在共价键
⑦熔融时化学键没有破坏的晶体一定是分子晶体
A．②④⑥　　　　 B．④⑤⑦ C．④⑥⑦ D．③④⑦
4． 某晶体结构最小的重复单元如图。A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为(　　)
A．B2A　　　　　　　 B．BA2
C．B7A4 D．B4A7
5． 利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是(　　)
A．C(金刚石)属于共价晶体
B．该反应利用了Na的强还原性
C．CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式相同
D．NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋
6． 下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　)
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
7． 下列说法中正确的是(　　)
A．金刚石晶体中的最小碳环由6个碳原子构成
B．Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1?1
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，在高温下也不会和O2反应
8． 观察下列模型并结合有关信息，判断下列说法不正确的是(　　)
HCN S8 SF6 B12结构单元
结构模型示意图
备注 — 易溶于CS2 — 熔点1 873 K
A．HCN的结构式为H—C≡N，分子中含有2个σ键和2个π键
B．固态硫S8属于共价晶体
C．SF6是由极性键构成的非极性分子
D．单质硼属原子晶体，结构单元中含有30个B—B键
9． 解释下列物质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的是(　　)
A．钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大
B．金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点
C．KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低
D．CF4、SiF4、GeF4、SnF4的熔点和沸点逐渐升高
10．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则有关下列说法正确的是(　　)
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O
B．晶体中每个K＋周围有8个O。每个O周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个
11．我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　)
A．11BN 和10BN的性质无差异
B．该晶体具有良好的导电性
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
12．氧化锌常作为金属缓蚀剂，其结构有很多种，其中一种立方晶胞结构如图，晶胞边长为a pm，下列说法错误的是(　　)
A．该晶体属于离子晶体
B．O原子与O原子的最短距离为a pm
C．Zn原子周围等距且最近的Zn原子数为6
D．该晶胞中含有4个O原子，4个Zn原子
13．已知NixMg1－xO晶体属立方晶系，晶胞边长a。将Li＋掺杂到该晶胞中，可得到一种高性能的p型太阳能电池材料，其结构单元如图所示。假定掺杂后的晶胞参数不发生变化，下列说法正确的是(　　)
A．该结构单元中O原子数为3
B．Ni和Mg间的最短距离是a
C．Ni的配位数为4
D．该物质的化学式为Li0.5Mg1.12Ni2.38O4
14．下表是对应物质的熔点(℃)：
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－107 2 073 920 801 1 291 190 －57 1 723
下列判断正确的是(　　)
A．铝的化合物的晶体中都是离子晶体
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．同族元素的氧化物只能形成相同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
15．已知金属钠和氦可形成化合物，该化合物晶胞如图所示，其结构中Na＋按简单立方分布，形成Na8立方体空隙，电子对(2e－)和氦原子交替分布填充在小立方体的中心。下列说法中错误的是(　　)
A．该晶胞中的Na＋数为8
B．该化合物的化学式[Na＋]2He[e2]2－
C．若将氦原子放在晶胞顶角，则所有电子对(2e－)在晶胞的内部
D．该晶胞中离Na＋最近的He原子数目为4
二、填空题（本题包括5个小题，共55分）
16．(12分)碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图。
回答下列问题。
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
(5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。
17．(10分)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)
18．(12分)核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘 131和铯 137。碘 131一旦被人体吸入，可能会引发甲状腺肿大等疾病。
(1)与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表：
元素代号 X Y Z
第一电离能/(kJ·mol－1) 520 496 419
基态Z原子的核外电子排布式为______________。X、Y、Z三种元素形成的单质熔点由高到低的顺序为________(用元素符号表示)，其原因为_____________________________。
(2)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示，该晶胞中含有________个131I2分子，该晶体属于________(填晶体类型)晶体。
(3)KI的晶胞结构如图乙所示，每个K＋的配位数为________。KI晶体的密度为ρ g·cm－3，K和I的摩尔质量分别为MK g·mol－1和MI g·mol－1，
原子半径分别为rK cm和rⅠ cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则KI晶胞中的空间利用率为 。
19．(12分) (1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是______。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的________，而Cl－位于该晶胞的________，Cs＋的配位数是________。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：
_____________________________________。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体 NaCl KCl CaO
晶格能/(kJ·mol－1) 786 715 3 401
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________。其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。
20．(11分)下图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题：
(1)图1所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，图3中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为________；
(2)图2所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是________。H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________；
(3)金属铜具有很好的延展性、导电传热性，对此现象最简单的解释是用“________”理论；
(4)三种晶体中熔点最低的是________，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用力为________。
1．答案：C
解析：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越大越好；B选项，晶体有固定的熔、沸点；C选项，X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据粒子是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体；D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。
2．答案：D
解析：等离子体是呈准电中性的，其构成微粒可以是带电粒子或中性粒子；纳米颗粒是长程有序的晶状结构，界面却是长程无序和短程无序的结构。
3．答案：C
解析：晶体中有阴离子就一定有阳离子，但有阳离子，不一定有阴离子，如金属晶体中只有阳离子，没有阴离子，①错；有些分子晶体的熔点高于金属晶体(如Hg常温下为液态)，②错；分子间作用力与分子稳定性无关，③错；由0族元素形成的分子晶体中不存在化学键，⑤错。
4．答案：B
解析：根据均摊法，该结构单元中含A的个数为8，含B的个数为8×＋6×＝4，B与A的个数之比为4∶8＝1∶2，即该晶体的化学式为BA2。
5．答案：D
解析：金刚石：每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构，形成的晶体为共价晶体，故 A 正确；该反应中Na由0价→＋1价，作还原剂将CCl4还原，故B正确；CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式都是sp3杂化，故C正确；NaCl晶体：每个Na＋同时吸引6个 Cl－，每个 Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6，故D错误。
6．答案：B
解析：氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
7．答案：A
解析：由金刚石晶体结构知，最小碳环是6个碳原子构成的六元环，故A正确；Na2O2晶体中阴、阳离子数目之比为1?2，故B错；1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，故C错；金刚石属于碳单质，在高温下可以和O2反应，故D错。
8．答案：B
解析：“C≡N”键中含有1个σ键和2个π键，所以H—C≡N中共有2个σ键和2个π键，A项正确；B属于分子晶体，B项错；SF6是正八面体对称结构。是非极性分子，C项正确；硼晶体的结构单元中有12个B原子，每个原子形成5个B—B键，而每个B—B键为2个原子所共有，所以B—B键数为12×5/2＝30个，D项正确。
9．答案：D
解析：钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大，这是因为它们中的金属键逐渐增强，与化学键的强弱有关；金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点，这是因为C—C键的键长比Si—Si键的键长短，C—C键的键能比Si—Si键的键能大，也与化学键的强弱有关；KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低，这是因为它们中的离子键的强度逐渐减弱，与化学键的强弱有关；CF4、SiF4、GeF4、SnF4的熔点和沸点逐渐升高，这是因为分子间作用力随相对分子质量的增大而增大，与化学键的强弱无关。
10．答案：A
解析：由题中的晶胞结构可知：有8个K＋位于顶点，6个K＋位于面心，则晶胞中含有的K＋数为8×＋6×＝4(个)；有12个O位于棱上，1个O处于体心，则晶胞中含有的O为12×＋1＝4(个)，所以超氧化钾的化学式为KO2；晶体中每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个。
11．答案：D
解析：11B 和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B错误；由题图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶点和面心上，故B原子的数量为8×＋6×＝4个，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，1个B原子可以和4个N原子成键，N原子周围等距且最近的N原子数为12个，D正确。
12．答案：C
解析：氧化锌晶体属于离子晶体，选项A正确；O原子与O原子的最短距离为面对角线的一半，即 a pm，选项B正确；由晶胞示意图，取顶角Zn原子来看，其周围等距且最近的Zn原子为面上的Zn原子，顶角Zn原子属于12个面，故Zn原子周围等距且最近的Zn原子数为12，选项C错误；由图可知，该晶胞含4个O原子(晶胞内)，Zn原子位于晶胞的顶角和面上，故Zn原子的个数为8×＋6×＝4，选项D正确。
13．答案：B
解析：A项，由均摊法可知该结构单元中O原子数＝1＋12×＝4，错误；B项，由图可知，Ni和Mg间的最短距离为晶胞面对角线的一半，即 ＝a，正确；C项，由晶胞可知Ni的配位数为6，错误；D项，1个晶胞中Li的个数＝1×＝0.5，Mg的个数＝2×＋1×＝1.125，Ni的个数＝7×＋3×＝2.375，O的个数＝4，因此该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4，错误。
14．答案：D
解析：AlCl3的熔点低，属于分子晶体，A项错误；表中BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶体，B项错误；同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，如CO2是分子晶体，二氧化硅是共价晶体，C项错误；表中Al2O3与Na2O均是离子晶体，Na与Al位于不同主族，D项正确。
15．答案：C
解析：该晶胞中的Na＋个数为6×＋12×＋8×＋1＝8，A项正确；晶胞中的电子对(2e－)和氦原子交替分布填充在小立方体的中心，不均摊，可知晶胞中有4个电子对、4个He原子，8个Na原子，则Na、He、 电子对数占比为8∶4∶4＝2∶1∶1，故化学式为[Na＋]2He[e2]2－，B项正确；若将氦原子放在晶胞顶角，则电子对(2e－)在晶胞的内部、棱上，C项错误；该晶胞中离Na＋最近的He原子数目为4，D项正确。
16．答案：(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合
(4)σ　σ　π(或大π或p p π)　(5)8　　
解析：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。(5)晶胞中顶点微粒数为8×＝1，面心微粒数为6×＝3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即a＝8r，r＝a；碳原子的体积为8××π×r3，晶胞体积为a3，碳原子的空间利用率＝＝＝＝。
17．答案： (1)4　 (2)　 (3)× ×1010
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 cm)3，解得a＝×1010，故两个S原子之间的距离为× ×1010 pm。
18．答案：(1)1s22s22p63s23p64s1　Li>Na>K　锂、钠、钾为金属晶体，它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低　
(2)4　分子　
(3)6　×100%
解析：(1)铯为第六周期第ⅠA族元素，则X、Y、Z均为第ⅠA族元素，而第ⅠA族前四周期元素分别为H、Li、Na、K，再由X与Y、Y与Z的第一电离能相差不大可知，这三种元素中不可能含有H，根据同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，可知X、Y、Z分别为Li、Na、K。根据构造原理可知基态K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。根据元素周期律可知，熔点：Li>Na>K。(2)由晶胞图可知，131I2在晶胞的8个顶点和6个面上，由均摊法可知一个晶胞中含有8×＋6×＝4个131I2分子，该晶体属于分子晶体。(3)KI晶胞与NaCl晶胞结构相似，每个K＋紧邻6个I－，即每个K＋的配位数为6。由均摊法可知该晶胞中含K＋数目和I－数目均为4。晶胞中原子所占的体积V1＝ cm3，晶胞的体积V2＝ cm3，则KI晶胞中的空间利用率为×100%＝×100%。
19．答案：(1)2　体心　顶点　8
(2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl
(3)F－
(4)TiN>MgO>CaO>KCl　12
解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1(铜为8×＋6×＝4，H为4)，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－ 。 (4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越大、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
20．答案：(1)8　12　(2)O　1:6 (3)电子气　(4)H3BO3　分子间作用力
解析：本题考查了离子晶体、分子晶体和金属晶体三种不同的晶体类型，涉及配位数、化学键的破坏等知识点。(1)从图1面心上的一个Ca2＋可看出连接4个F－，若将旁边的晶胞画出，也应连4个F－，则一个Ca2＋连有8个F－。铜属于面心立方最密堆积，配位数为12。(2)H是两电子，B从图2看，只形成三个共价键，应为6个电子，只有氧为8电子。H3BO3属于分子晶体，一个B连有3个O,3个O又连有3个H，所以一个B对应6个极性键。(3)“电子气”理论可以很好地解释金属的导电、导热和延展性等物理性质。(4)熔点大小一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体，金属晶体看具体情况，此题H3BO3为分子晶体，应熔点最低，熔化时破坏分子间作用力。
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