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3.3 第2课时 离子晶体 同步练习题
一、选择题(本题共有15小题,每小题4分,共60分,每小题只有一个正确选项)
1. 下列说法正确的是( )
A.离子晶体中可能含有共价键,但一定含有金属元素
B.分子晶体一定含有共价键
C.离子晶体中一定不存在非极性键
2. 下列说法不正确的是( )
A.离子晶体的晶格能越大,离子键越强
B.阳离子的半径越大,则可同时吸引的阴离子越多
C.通常阴、阳离子的半径越小、电荷越大,该阴阳离子组成离子化合物的晶格能越大
D.拆开1 mol 离子键所需的能量叫该离子晶体的晶格能
D.含有离子键的晶体一定是离子晶体
3. 下列叙述中错误的是( )
A.钠原子和氯原子作用生成NaCl后,其结构的稳定性增强
B.在氯化钠晶体中,除氯离子和钠离子的静电吸引作用外,还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用
C.任何离子键在形成的过程中必定有电子的得与失
D.钠与氯气反应生成氯化钠后,体系能量降低
4. 下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电
②熔点10.31 ℃,液态不导电,水溶液能导电
③能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g/cm3
⑤熔点-218 ℃,难溶于水
⑥熔点3 900 ℃,硬度很大,不导电
⑦难溶于水,固体时导电,升温时导电能力减弱
⑧难溶于水,熔点高,固体不导电,熔化时导电
A.①⑧ B.②③⑥
C.①④⑦ D.②⑤
5. 下列有关离子晶体的叙述中不正确的是( )
A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Cl-共有6个
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-
6. 由短周期元素构成的某离子化合物中,一个阳离子和一个阴离子核外电子数之和为20。下列说法中正确的是( )
A.晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等
B.晶体中一定只有离子键没有共价键
C.所含元素一定不在同一周期也不在第一周期
D.晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径
7. 下列晶体分类中正确的一组是( )
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体
A. NaOH Ar SO2
B. H2SO4 石墨 S
C. CH3COONa 水晶
D. Ba(OH)2 金刚石 玻璃
8. 下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A.熔点:NaF>MgF2>AlF3
B.晶格能:NaF>NaCl>NaBr
C.阴离子的配位数:CsCl>NaCl>CaF2
D.硬度:MgO>CaO>BaO
9. 下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于NaCl晶体结构的图像是( )
A.图(1)和图(3) B.图(2)和图(3)
C.只有图(1) D.图(1)和图(4)
10.如下图,在氯化钠晶体中,与每个Na+等距离且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为( )
A.十二面体 B.正八面体 C.正六面体 D.正四面体
11.离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子之间距离、晶格能的大小,据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl
12.已知食盐的密度为ρ g·cm-3,其摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数为NA,则在食盐晶体中Na+和Cl-的核间距大约是( )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
13.有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6],经X射线研究发现,它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点,而CN- 位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是( )
A.该晶体的化学式为MFe2(CN)6
B.该晶体属于分子晶体,M呈+1价
C.该晶体属于离子晶体,M呈+2价
D.晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN-为3个
14.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,结构如图所示。有关说法不正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.该晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体的晶胞结构与NaCl相似
D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个
15.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形C22- 的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是( )
A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B.和Ca2+距离相同且最近的C22- 构成的多面体是正六面体
C.和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个
D.如图的结构中共含有4个Ca2+和4个C22-
二、填空题(本题包括4个小题,共40分)
16.(10分)A、B、C、D、E都是元素周期表中前20号元素,其原子序数依次增大。B、C、D同周期,A、D同主族,E和其他元素既不在同周期也不在同主族。B、C、D的最高价氧化物对应水化物均能互相发生反应生成盐和水。A和E可形成离子化合物,其晶胞结构如下图所示。
(1)A和E所形成化合物的电子式是__________。
(2)A、B、C、D四种元素的原子半径由小到大的顺序为__________(用元素符号表示)。
(3)A和E形成的化合物的晶体中,每个阳离子周围与它最近且距离相等的阳离子共有__________个。
(4)已知A和E所形成化合物晶体的晶胞体积为1.6×10-22 cm3,则A和E组成的离子化合物的密度为(结果保留一位小数)__________。
17.(10分)CaF2的晶胞为立方晶胞,结构如下图所示:
(1)CaF2晶胞中,Ca2+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,已知A、B两点的原子坐标参数如图所示,则C点的“原子坐标参数”为。
(3)晶胞中两个F-的最近距离为273.1 pm,用NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶胞的密度为______________g·cm-3(列出计算式即可)。
18.(10分)根据表格数据回答下列有关问题:
(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如表所示:
NaBr NaCl MgO
离子的核间距/pm 290 276 205
晶格能/kJ·mol-1 787 3 890
①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能________(填“大”或“小”),主要原因是
。
②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大,主要原因是 。
③NaBr、NaCl和MgO晶体中,熔点最高的是 。
(2)NaF的熔点______ BF4-的熔点(填“>”“<”或“=”),其原因是
。
19.(10分)如图所示,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)请将其中代表Na+的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图。
(2)晶体中,每个Na+的周围距离相等且最近的Cl-有________个,它们所围成的空间几何构型为________。
(3)每个Na+周围距离相等且最近的Na+共有 个。
(4)一个NaCl晶胞中Cl-的个数等于________,即________(填计算式);Na+的个数等于________,即____________(填计算式)。
(5)关于NaCl晶体,下列描述正确的是________(填字母)。
a.它属于六方最密堆积
b.相邻的阴、阳离子的核间距离等于Na+和Cl-的半径之和
c.与CsCl晶体结构相同
d.离子键无方向性和饱和性
e.可以看成是Na+按面心立方进行最密堆积,Cl-填在Na+形成的空隙中
(6)已知NaCl晶体中最近的Na+和Cl-核间距离为a cm,NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,NA表示阿伏加德罗常数,则NaCl晶体的密度为________g·cm-3。
1.答案:D
解析:根据离子晶体的概念可知,只要含有离子键,形成的晶体就是离子晶体,但离子晶体中不一定只含有离子键,如Na2O2中含有非极性共价键,故C错,D正确。铵盐形成的晶体也是离子晶体,其中不含金属元素如NH4Cl,故A错。由稀有气体单原子分子形成的分子晶体中只含范德华力而无共价键,故B错。
2.答案:D
解析:晶格能是气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量。
3.答案:C
解析:活泼的金属元素原子和活泼的非金属元素原子之间形成离子化合物,阳离子和阴离子均达到稳定结构,这样体系的能量降低,其结构的稳定性增强,故A、B、D三项正确。离子键的形成只有阴、阳离子间的静电作用,并不一定发生电子的得与失,如Na+与OH-结合成NaOH。
4.答案:A
解析:离子晶体液态时能导电,难溶于非极性溶剂,熔点较高、质硬而脆,固体不导电,故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点;⑥中熔点达3 900 ℃,硬度很大应是原子晶体。故只有①⑧符合题意。
5.答案:A
解析:离子晶体采取密堆积方式,氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl分子”,其化学式仅表示阴、阳离子的个数比,“NaCl”是化学式,表示晶体的组成,其他三项根据晶胞结构判断,均正确。
6.答案:A
解析:在短周期中符合题设条件的物质有:NaF、Na2O、MgO、NaOH、NH4F等,故A正确;NaOH、NH4F含共价键,B不对;所含元素可在同一周期,也可在第一周期,如NH4F,故C不对;NaF、Na2O、MgO等其阳离子半径都比阴离子半径小,故D错。
7.答案:C
解析:A项中固态Ar为分子晶体;B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体;D项中玻璃是非晶体。
8.答案:A
解析:由于r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),且Na+、Mg2+、Al3+所带电荷依次增大,所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强,晶格能依次增大,故熔点依次升高。r(F-)9.答案:D
解析:在NaCl晶体结构中。每个Na+周围等距且最近的Cl-有6个,图(1)和图(4)能够满足;在CsCl晶体中,与每个Cs+等距且最近的Cl-有8个,图(2)和图(3)符合。
10.答案:B
解析:首先要理解最近的离子在什么位置,以一个晶胞为例,处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离中心Na+最近将六个面心的Cl-连成一个图形即正八面体,如图,也可以有其它连接方法。
11.答案:D
解析:对于离子晶体来说,离子所带电荷数越多,阴、阳离子核间距离越小,晶格能越大,离子键越强,熔点越高,阳离子半径大小顺序为:Ba2+>K+>Ca2+>Na+;阴离子半径:Cl->O2-,比较可得只有D项是正确的。
12.答案:B
解析:已知一个晶胞中有4个“NaCl分子”,且食盐晶体中Na+与Cl-的核间距的2倍正好是晶胞的边长。设晶胞的边长为a,故有×NA=4,解得a=,则= cm。
13.答案:A
解析:由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+的个数为4×=,含Fe3+的个数也为,CN-的个数为12×=3,因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]-,则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6,由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M的化合价为+1价,故A正确,B、C错误;由题图可看出与每个Fe3+距离最近且距离相等的CN-为6个。
14.答案:B
解析:由晶胞结构及“均摊法”计算,一个晶胞中含Ba2+:8×+6×=4(个),含O:12×+1=4(个),故晶体的化学式是BaO2,B项错误。
15.答案:B
解析:A项,据CaC2晶体结构可知其属于离子晶体,故熔点较高、硬度较大,正确;B项,由于晶胞沿一个方向拉长,故该晶胞不是正方体结构,而是长方体结构,和Ca2+距离相同且最近的C22- 有4个,且在同一平面上,错误;C项,和Ca2+距离相同且最近的Ca2+有4个,也在同一平面上,正确;D项,图示结构中N(Ca2+)=12×+1=4,N(C22- )=8×+6×=4,正确。
16.答案:(1) (2)F<Cl<Al<Na (3)12 (4)3.2 g/cm3
解析:由题意知B、C、D分别为Na、Al、S或Na、Al、Cl。E与其他元素不同周期也不同主族,只能为Ca。由晶胞可知A、E形成的离子化合物为EA2,则A为F。即A、B、C、D、E分别为F、Na、Al、Cl、Ca。(1)A、E形成的化合物为CaF2。(2)由同周期元素原子半径变化规律可知原子半径Na>Al>Cl,由同主族元素原子半径变化规律可知原子半径Cl>F。(3)由图可知为12个。(4)ρ==≈3.2 (g/cm3)。
17.答案:(1)8 (2) (3)
解析:(1)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。(2)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。(3)根据晶胞结构可知,在一个晶胞中含有Ca2+:×8+×6=4,含有F-:1×8=8,即一个晶胞中含有4个CaF2,根据C点的坐标可知:晶胞中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。
18.答案: (1)①小 NaBr比NaCl离子的核间距大
②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大,并且离子的核间距小
③MgO
(2)> 两者均为离子化合物,且电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低
解析:利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系,晶格能越大,离子晶体越稳定,熔沸点越高。
19.答案:(1) (2)6 正八面体 (3)12
(4)4 8×+6×=4 4 12×+1=4 (5)d (6)
解析:(1)NaCl晶体的结构特点是Na+和Cl-在三个互相垂直的方向上都是等距离交错排列。选择立方体的一个顶点Cl-开始涂黑,交替排列涂黑。(2)处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离中心Na+最近,将六个面心的Cl-连成一个图形即正八面体。(3)每个Na+周围距离它最近的Na+是分别位于三个互相垂直的平面内,每个平面内有4个,总共有12个。(4)根据立方晶胞中粒子的分摊规律,每个晶胞内Cl-数为8×+6×=4,Na+数为12×+1=4。(5)NaCl晶体是面心立方最密堆积,a不正确;相邻的阴、阳离子的核间距离大于Na+和Cl-的半径之和,b不正确;CsCl晶体为体心立方密堆积,c不正确;离子键没有方向性和饱和性,d正确;NaCl晶体可以看成是离子半径较大的Cl-按面心立方进行最密堆积,Na+填充在Cl-形成的空隙中,e不正确。(6)晶胞棱长为2a cm,根据m=ρ·V,=ρ×(2a)3 cm3,解得ρ=。
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