第3章 分层作业15 金属晶体与离子晶体
A级 必备知识基础练
1.下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是( )
A.LiCl B.NaBr
C.KCl D.KBr
2.下列说法不正确的是( )
A.离子晶体可能全部由非金属元素形成
B.离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键
C.金属元素与非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体
D.熔化后能导电的晶体一定是离子晶体
3.下列关于NaCl晶体结构的说法正确的是( )
A.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引的Cl-与每个Cl-周围吸引的Na+数目相等
B.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引1个Cl-
C.NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl
D.NaCl晶体中存在单个的NaCl分子
4.下列关于金属晶体的六方最密堆积的结构型式的叙述中,正确的是( )
A.晶胞是六棱柱结构
B.晶胞是六面体结构
C.每个晶胞中含有6个原子
D.每个晶胞中含有17个原子
5.下列各组金属熔点高低顺序正确的是( )
A.Mg>Al>Ca
B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca
D.Mg>Ba>Al
6.如图是金属晶体内部结构的简单示意图,仔细观察该结构,以下有关金属能导电的理由正确的是( )
A.金属能导电是因为含有金属阳离子
B.金属能导电是因为含有的自由电子在外加电场作用下发生定向运动
C.金属能导电是因为含有电子且无规则运动
D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用
7.将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有( )
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
8.科学家通过X射线证明,MgO、CaO、NiO、FeO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。
(1)某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中的错误: 。
(2)MgO是优良的耐高温材料,MgO的熔点比CaO的高,其原因是 。
9.(1)根据下列叙述判断,一定为金属晶体的是 (填字母,下同)。
A.由分子间作用力形成,熔点很低
B.由共价键结合形成立体三维骨架结构的晶体,熔点很高
C.固体有良好的导电性、导热性和延展性
(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因:
A组物质 NaCl KCl CsCl
熔点/K 1 074 1 049 918
B组物质 Na Mg Al
熔点/K 370 922 933
晶体熔、沸点的高低,取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是 晶体。B组物质是 晶体,价电子数由少到多的顺序是 ,粒子半径由大到小的顺序是 。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.下列叙述错误的是( )
A.金属单质或其合金在固态和液态时都能导电
B.晶体中存在离子的一定是离子晶体
C.金属晶体中的“自由电子”为整块晶体所共有
D.钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强
11.已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P,它们的晶格能分别为923 kJ·mol-1、786 kJ·mol-1,下列有关说法不正确的是( )
A.Q的熔点比P的高
B.若P是NaCl,则Q一定是NaF
C.Q中键长较大
D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr
12.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,a、b、c分别代表这三种堆积方式形成的晶胞结构,则晶胞a、b、c内金属原子个数比为( )
A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
13.观察表中数据,下列说法错误的是( )
化合物 MgO BaO NH4NO3 C2H5NH3NO3
熔点/℃ 2 800 1 918 170 12
A.离子晶体的熔点一定高于分子晶体
B.CaO的熔点介于1 918~2 800 ℃之间
C.向离子晶体中引入有机基团可显著降低其熔点
D.离子晶体的熔点与离子所带电荷数、离子半径、是否含有机基团等因素都有关
14.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是( )
A.金属镁的熔点高于金属铝
B.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的
C.金属镁的硬度大于金属钙
D.金属铝的硬度大于金属钠
15.已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子数为( )
A.6 B.4
C.8 D.12
16.如图所示为NaCl和CsCl的晶胞结构,下列说法错误的是( )
A.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体
B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数均为6
D.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,所以阳离子与阴离子的半径比相同
17.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MFe3(CN)6
B.该晶体属于离子晶体,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
18.下列叙述不正确的是( )
A.Li2S晶胞结构如图1,S2-的配位数是8
B.某镍白铜合金的立方晶胞结构如图2,晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1
C.氯化钠晶胞如图3,离钠离子最近的钠离子有6个
D.铜与氧元素形成的晶胞如图4,晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部,a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、(),则d的坐标参数为()
19.Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞特征如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。
若已知Al的原子半径为d cm,NA代表阿伏加德罗常数的值,Al的相对原子质量为M,请回答:
(1)晶胞中一个Al原子周围最近的Al原子个数为 ,一个晶胞中Al原子的数目为 。
(2)该晶体的密度为 (用字母表示) g·cm-3。
20.ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:
(1)试写出图中三种结构分别对应的化学式:图甲 、图乙 、图丙 。在这三种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为 。
(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围与它等距离且最近的Cl-分别有 个、 个。
(3)下图所示是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是 (填字母)。
A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅱ和Ⅲ
C.Ⅰ和Ⅳ D.只有Ⅳ
C级 学科素养拔高练
21.回答下列问题:
(1)CaC2晶体的晶胞结构如图所示,CaC2晶体中含有哑铃形,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2+周围距离最近的数目为 。
(2)已知CaO晶体密度为a g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则CaO晶胞体积为 cm3。
(3)MgO具有NaCl型晶体结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为 nm。MnO也属于NaCl型晶体结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为 nm。
22.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题:
(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiO (填“<”或“>”)FeO。
(2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 、 。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为 。
答案：
1.D 解析 三种阳离子Li+、Na+、K+都是碱金属离子,随核电荷数的增加半径增大,故K+半径最大;两种阴离子Cl-、Br-是同主族元素形成的离子,Br-电子层数多,半径较大。综上所述,核间距最大的是KBr。
2.D 解析 离子晶体中不一定含有金属离子,如氯化铵晶体,A项正确;离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键,如铵盐、NaOH、Na2O2等离子晶体中存在离子键和共价键,B项正确;金属元素与非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3为分子晶体,C项正确;熔融状态下能导电的晶体可能是金属晶体或离子晶体,D项错误。
3.A 解析 氯化钠晶体中,每个Na+周围吸引6个Cl-,每个Cl-周围吸引6个Na+;NaCl晶体中的质点表示Na+或Cl-;NaCl晶体中不存在单个NaCl分子。
4.B 解析 金属晶体的六方最密堆积的晶胞是平行六面体结构(),每个晶胞中含有的原子数为4×+4×+1=2。
5.C 解析 离子所带电荷数:Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属阳离子半径:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),金属阳离子半径越小,所带电荷越多,金属键就越强,熔点越高,故C正确。
6.B 解析 金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动,从而能够导电。
7.C 解析 Na是金属晶体,熔化时破坏的是金属键;Na2O是离子晶体,熔化时破坏的是离子键;NaOH是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2S是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2SO4是离子化合物,熔化时断裂的是离子键。故上述五种物质分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有4种。
8.答案 (1)空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;8号空心球应改为实心球
(2)Mg2+半径比Ca2+小,MgO的晶格能大
解析 (1)Mg2+的半径小于O2-,故空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;图中黑、白球应该交替出现,故8号球应为实心球。
(2)MgO与CaO的离子所带电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。
9.答案 (1)C
(2)离子 金属 Na
Mg>Al
解析 (1)A项属于分子晶体;B项属于共价晶体;C项是金属的通性。(2)A组物质为离子晶体。B组物质为金属晶体,是由金属键结合而成的,价电子数排列顺序:NaMg>Al。
10.B 解析 离子晶体中存在阴、阳离子,而在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子,所以B错误;自由电子在整块金属中可自由移动,为整块晶体所共有,所以C正确;金属晶体的熔点高低取决于金属键的强弱,金属键越强,金属晶体的熔点越高,反之,越低,所以D正确。
11.CD 解析 Q的晶格能大于P的晶格能,故Q的熔点比P高,A项正确;因F-的半径比Cl-的小(其他卤素离子的半径比Cl-的大),故NaF的晶格能大于NaCl的,故B项正确,D项错误;因Q、P中成键离子所带电荷数相同,故二者晶格能的差异是由键长决定的,晶格能越大,表明键长越小,C项错误。
12.A 解析 a晶胞中,顶点的微粒被6个晶胞共用,所以a中原子个数为12×+2×+3=6;
b中原子个数为8×+6×=4;c中原子个数为8×+1=2。
13.A 解析 离子晶体的熔点有高有低,不一定都比分子晶体高,故A错误;Mg、Ca、Ba属于同一主族,氧化物的组成结构相似,离子晶体熔点与离子所带电荷数成正比、与离子半径成反比,离子半径:Mg2+14.CD 解析 镁离子带2个正电荷,而铝离子带3个正电荷,且铝离子半径小于镁离子,所以镁的金属键比铝弱,金属镁的熔点低于金属铝,故A错误;碱金属都属于金属晶体,从Li到Cs金属阳离子半径增大,对外层电子束缚能力逐渐减弱,金属键逐渐减弱,所以熔点逐渐降低,故B错误;因为镁离子的半径比钙离子小,所以镁的金属键比钙强,则金属镁的硬度大于金属钙,故C正确;因为铝离子带3个正电荷,而钠离子带1个正电荷,且铝离子半径小于钠离子,所以铝的金属键比钠强,则金属铝的硬度大于金属钠,故D正确。
15.D 解析 与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子共有12个。
16.CD 解析 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体,阴、阳离子个数比都为1∶1,则都属于AB型离子晶体,故A正确、B正确;结合题图可知,NaCl中钠离子的配位数为6,CsCl中铯离子的配位数为8,故C错误;NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,但钠离子半径小于铯离子半径,则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的阳离子与阴离子的半径比,故D错误。
17.B 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,因此阴离子为Fe2(CN,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B项正确、C项错误;由题图可看出与每个Fe3+最近且距离相等的CN-为6个。
18.C 解析 Li+与S2-的个数比为2∶1,则Li+与S2-的配位数之比为1∶2,由Li2S的晶胞结构可知,Li+的配位数为4,则S2-的配位数是8,A正确;用切割法可知,晶胞中Ni原子的个数为8×=1,Cu原子的个数为6×=3,则晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1,B正确;以1个顶点Na+为研究对象,在题图晶胞中离其最近的Na+为位于面心上的3个Na+,由于顶点Na+为8个晶胞共有,面心Na+为2个晶胞共有,则氯化钠晶胞中离钠离子最近的钠离子有=12个,C错误;晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部,由晶胞可知Cu位于体对角线上、与体心O的距离为体对角线的,a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、(),则d的坐标参数为(),D正确。
19.答案 (1)12 4 (2)
解析 (1)该晶胞中,一个Al原子周围最近的Al原子个数为12,一个晶胞中Al原子的数目为8×+6×=4。
(2)利用公式求金属晶体的密度,关键是找出正方体晶胞的边长。本题中面对角线的长度为4dcm,然后根据边长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的边长,进而根据公式ρ=计算可得晶体密度。
20.答案 (1)CsCl NaCl ZnS 立方体、正八面体、正四面体 (2)12 6 (3)C
解析 在ZnS晶体中,阴、阳离子的配位数都是4,故图丙可表示该晶体结构,在Zn2+周围的S2-构成正四面体结构;在NaCl晶体中,每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+,故图乙可表示该晶体结构,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,每个Cl-周围与它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,图甲可表示该晶体结构,设定图甲中心离子为Cl-,该Cl-周围与它等距离且最近的Cl-位于该立方体前、后、左、右、上、下的6个立方体的体心。
(3)根据NaCl和CsCl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图Ⅰ中与黑球最近的白球有6个,图Ⅳ为简单立方结构,故Ⅰ和Ⅳ应表示NaCl的晶体结构。图Ⅱ中与黑球最近的白球有8个,图Ⅲ为体心立方结构,故Ⅱ和Ⅲ应表示CsCl的晶体结构。
21.答案 (1)4 (2) (3)0.148 0.076
解析 (1)一个Ca2+吸引6个,由于晶胞沿一个方向拉长,结合题图可知,1个Ca2+周围距离最近的有4个。
(2)由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,所以CaO晶胞中也含有4个钙离子和4个氧离子,因此CaO晶胞体积为cm3=cm3。
(3)因为O2-采用面心立方最密堆积方式排列,所以晶胞面对角线长度是O2-半径的4倍,则有[4r(O2-)]2=2a2,解得r(O2-)=×0.420nm≈0.148nm;MnO也属于NaCl型晶体结构,根据晶胞的结构可得2r(Mn2+)+2r(O2-)=a',代入数据解得r(Mn2+)=0.076nm。
22.答案 (1)> (2)6 6 (3)LaNi5
解析 (1)NiO、FeO都属于离子晶体,熔点高低受离子键强弱影响,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。(2)因为NiO的晶体结构类型与NaCl的相同,而NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数都是6,所以NiO晶体中Ni2+、O2-的配位数也是6。(3)根据晶胞结构可计算,一个合金晶胞中,La原子的个数:8×=1,Ni原子的个数:1+8×=5,所以该合金的化学式为LaNi5。(共51张PPT)
分层作业16 共价晶体与分子晶体
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A 级 必备知识基础练
1.干冰、碘易升华是由于( )
A.干冰分子、碘分子是非极性分子
B.键能小
C.化学性质不活泼
D.分子间的作用力较弱
D
解析 干冰和碘均属于分子晶体,升华时只需要克服较弱的分子间作用力。
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2.如图为冰的一种骨架形式,依此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子具有的氢键个数为( )
A.2 B.4
C.8 D.12
A
解析 每个水分子与四个方向的其他四个水分子形成氢键,因此每个水分子具有的氢键个数为4× =2。
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3.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是( )
A.金刚石中C—C键的键角均为109°28',
所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
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解析 选项A,金刚石是共价晶体,CH4是分子晶体,二者的晶体类型不同;选项B,金刚石熔化过程中C—C键断裂,因C—C键的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高;选项D,金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的热量,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化。
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4.SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行下列推测,不正确的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
B
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解析 由于SiCl4具有分子结构,所以属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小,在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力大,熔、沸点比CCl4高。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的分子结构相似,也是正四面体结构,故SiCl4是含极性键的非极性分子。
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5.根据下表中对应物质的熔点,作出的下列判断中错误的是( )
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 292 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
B
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解析 由表可知,AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物,属于分子晶体;SiO2是共价晶体;其他的是离子晶体。
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6.二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示。
下列关于二氧化硅晶体的说法正确的是( )
A.1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
B.二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D.晶体中最小环上的原子数为8
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解析 A选项错误,SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成Si—O键,所以1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键;B选项错误,晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键,1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键,SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为1∶2,并不是分子式;C选项正确,1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对,1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对,所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构;D选项错误,SiO2晶体中最小环上的原子数为12,其中6个为硅原子,6个为氧原子。
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7.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列正确的一组是( )
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
D
解析 对于结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF分子、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。
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8.SO2可以与H2S发生归中反应:SO2+2H2S══2H2O+3S↓,硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.还原性:SO2>H2S
B.O—H键的键能大于S—H键的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为共价晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为角形
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解析 根据反应的化学方程式,SO2是氧化剂,H2S是还原剂,则还原性:H2S>SO2,A错误;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,与键能的大小无关,故B错误;S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,不是共价晶体,故C错误;SO2分子中硫原子的价电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为角形,H2S与H2O分子中的中心原子的价电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构均为角形,故D正确。
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9.下列有关共价晶体的叙述不正确的是( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA
C.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子
C
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解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有 ,所以1 mol C原子形成的C—C键的数目为4 mol× =2 mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1 mol SiO2晶体中Si—O键的数目为4 mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
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10.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶
体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga
原子与 个N原子相连,与同一个Ga
原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 (用代数式表示即可) cm。
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(2)类比图乙的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。
B 级 关键能力提升练
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以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中不一定存在共价键
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小环上有6个碳原子
D
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解析 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A不正确;部分分子晶体如稀有气体中不含共价键,B不正确;虽然HI的相对分子质量大于HF,但由于HF分子之间可以形成氢键,所以HF的沸点高于HI,C不正确;金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小碳环上有6个碳原子,D正确。
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12.下列晶体性质的比较中不正确的是( )
A.沸点:NH3>PH3
B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
C
解析 NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,A项正确;SiI4、SiBr4、SiCl4三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,B项正确;白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,C项错误;三种物质都是共价晶体,原子半径CC—Si>Si—Si,键能越大,共价晶体的硬度越大,D项正确。
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13.干冰晶体的晶胞是面心立方结构,如图所示,即每8个CO2分子构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离 a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A.4个 B.8个
C.12个 D.6个
C
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14.在硼酸[B(OH)3]分子中,每个B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( )
A.sp,范德华力 B.sp2,范德华力
C.sp2,氢键 D.sp3,氢键
C
解析 石墨晶体中C原子为sp2杂化,层与层之间以范德华力结合,硼酸[B(OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化,但由于B(OH)3中每个B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
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15.晶胞是晶体结构中可重复出现的基本的结构单元,C60晶胞结构如下图所示,下列说法正确的是( )
A.C60的摩尔质量是720
B.C60与苯互为同素异形体
C.1个C60晶胞中有4个C60分子
D.每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个
CD
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解析 C60的相对分子质量是12×60=720,所以摩尔质量为720 g·mol-1,选项A错误;由同种元素形成的不同种单质互为同素异形体,而苯是由碳、氢元素形成的化合物,选项B错误;C60分子构成的晶胞为面心立方晶胞,根据切割法可知,在一个C60晶胞中含有C60分子的个数为8× +6× =4,选项C正确;根据晶胞的结构可知,以晶胞中任意顶点上的C60分子为研究对象,与它距离最近且相等的C60分子分布在立方体的面心上,每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个,选项D正确。
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16.氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂;立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示,下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A.六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B.立方相氮化硼只含有σ键
C.两种晶体均为分子晶体
D.六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与
相邻氮原子构成的空间结构为三角形
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解析 A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;B项,立方相氮化硼中只含有σ键,正确;C项,立方相氮化硼是共价晶体,错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,层内每个硼原子与相邻3个氮原子构成三角形,正确。
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17.我国的激光技术在世界上处于领先地位,科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成氮碳化合物薄膜,氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,其中β-氮化碳的结构如图。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的化学式为C3N4
C.碳、氮原子均采取sp3杂化
D.1 mol氮化碳中含有4 mol N—C键
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解析 A项,根据题给信息,氮化碳是超硬新材料,符合共价晶体的典型物理性质,故A项正确;B项,晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元,正方形的顶点的原子占 ,边上的原子占 ,可得晶体的化学式为C3N4,故B项正确;C项,根据题图判断碳原子和氮原子的连接方式,碳、氮原子均采取sp3杂化,故C项正确;D项,1 mol氮化碳中含有12 mol N—C键,故D项错误。
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18.请回答下列问题:
(1)某石蕊分子结构如下图所示:
①石蕊分子所含元素中,基态原子2p轨道有两个未成对电子的是
(填元素符号);由其中两种元素形成的物质空间结构为三角锥形的一价阳离子是 (填离子符号)。
②该石蕊易溶解于水,分析可能的原因是 。
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(2)已知:
①Cu2+的核外电子排布式为 ;
②X难溶于水、易溶于有机溶剂,其晶体类型为 ;
③M中所含元素的电负性由大到小顺序为 ,X中N原子以
轨道与O原子形成σ键。
④上述反应中断裂和生成的化学键有 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.金属键 d.范德华力 e.共价键
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(3)白磷(P4)是磷的一种单质,它属于分子晶体,其晶胞结构如下图。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,晶胞的边长为a cm,则阿伏加德罗常数为 (用含ρ、a的式子表示) mol-1。
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答案 (1)①C、O H3O+
②该石蕊分子中含有—OH和—NH2,均能与H2O分子间形成氢键;由结构知,该分子为极性分子,根据“相似相溶”原理,易溶于极性溶剂水
(2)①1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
②分子晶体
③O>N>C>H sp2杂化
④be
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(2)②由X难溶于水、易溶于有机溶剂可知,其为分子晶体。③同周期由左向右,元素电负性增大,电负性:O>N>C,由H与非金属元素C形成的化合物中H表现出正价可推知,电负性:C>H;X中N原子形成3个σ键和1个π键,故N原子杂化类型为sp2杂化。④该反应中断裂苯环上连接的—OH中的O—H键及—OH中氢原子与氮原子之间的氢键(不是化学键),形成Cu←O、Cu←N配位键,故选b、e。
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19.请回答下列问题:
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型可能为 。
(2)C、N元素形成的新材料具有如下图所示结构,该晶体的化学式为
。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是
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(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,
该晶体属于 晶体。
(4)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,是新型的非金属高温
陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)
氮化碳的硬度,原因是 ;
②已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式: 。
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(5)ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与
个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
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答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
GaAs 共价晶体
(2)C3N4 C3N4与金刚石都是共价晶体,C—N键键长比C—C键键长短,键能大
(3)共价
(4)①小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大
②Si3N4
(5)4 正四面体形 共价
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解析 (1)Ga与Al同主族,位于第4周期ⅢA族,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。
(2)该晶胞中含C原子数=8× +4× =3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N键键长比C—C键键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。
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(4)①氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;②N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。
(5)GaN的晶体结构与晶体硅相似,则GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体形。
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C 级 学科素养拔高练
20.在我国南海300~500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,
下列说法正确的是 (填字母)。
A.甲烷晶胞中的小球只代表一个C原子
B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C.CH4熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E.CH4是非极性分子
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(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的空间结构是 形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有 ,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,这说明 。
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③冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有 个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是 。
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(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是 (填字母)。
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答案 (1)BE
(2)①角 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ③8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性
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解析 (1)CH4是分子晶体,熔化时克服范德华力。晶胞中的小球代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析,位于顶点的任意一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上,故与1
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H2O分子中的O原子形成2个σ键,含有的孤电子对数为2,金刚石中每个C原子形成4个σ键且没有孤电子对,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞中微粒的排列方式相似。第3章 分层作业17 液晶、纳米材料与超分子
A级 必备知识基础练
1.电子手表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中,正确的是( )
A.施加电场时,液晶分子沿垂直于电场方向排列
B.移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
C.施加电场后,液晶分子恢复到原来状态
D.移去电场后,液晶分子沿电场方向排列
2.[2023吉林吉化一中高二期末]关于晶体,下列有关叙述不正确的是( )
A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70
B.晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列,使晶体具有各向异性
C.把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体
D.“硅—炭黑晶体管”为一种新型材料,硅、炭黑均属于晶体
3.关于纳米材料,下列说法正确的是( )
①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度;
②纳米材料可提高材料的磁性;
③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘;
④纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞;
⑤纳米是长度单位。
A.全部 B.②④⑤
C.①②③⑤ D.①③④
4.下列说法符合科学性的是( )
A.某厂生产的食盐有益人体健康,它是纳米材料,易吸收、易消化
B.某厂生产的食盐,处于液晶状态,是日常生活中不可缺少的物质,它是非常纯净的非晶体
C.金的熔点为1 064 ℃,而制成2 nm尺寸的金的熔点仅为327 ℃左右,所以纳米金属于分子晶体
D.液晶在一定温度范围内具有液体的可流动性,是一种具有晶体性质的特殊物质,可用于制造显示器
5.下列关于物质聚集状态的叙述错误的是( )
A.物质只有气、液、固三种聚集状态
B.气态是高度无序的体系存在状态
C.固态中的原子或者分子结合的较紧凑,相对运动较弱
D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
6.下列关于物质聚集状态应用的描述错误的是( )
A.晶体和非晶体均呈固态
B.晶体的硬度和强度均比非晶体的硬度和强度高
C.液晶可用于各种显示仪器上
D.化妆品中加入纳米颗粒可使其具备防紫外线的功能
7.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60,首次制成了“纳米车”(如图所示),每辆“纳米车”由一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是( )
A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动
B.“纳米车”的诞生,说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段
C.“纳米车”是一种分子晶体
D.C60熔点比金刚石熔点高
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.液晶广泛用于电子仪表产品等,MBBA是一种研究较多的液晶材料,其化学式为C18H21NO,下列有关说法正确的是( )
A.MBBA属于有机高分子化合物
B.MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C.MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D.MBBA中不含有一氧化氮分子
9.2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域作出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系,当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时,分子组分间原有作用被破坏,各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是( )
A.驱动分子机器时,需要对体系输入一定的能量
B.分子状态的改变会伴随能量变化,属于化学变化
C.氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D.光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
10.美国《Science》上发表论文,宣布发现了一种Al的超原子结构,这种超原子(Al13)是以1个Al原子在中心,12个Al原子在表面形成的三角二十面体结构。这种超原子具有40个价电子(价电子即主族元素的最外层电子数)时最稳定。请预测稳定的Al13所带的电荷为( )
A.-1 B.+2
C.+3 D.0
11.21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注,请据图回答下列问题:
(1)纳米是 单位,1 nm等于 m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1~100 nm范围内材料的性质与应用。它与 的分散质粒子大小一样。
(2)世界上最小的马达只有千万分之一个蚊子那么大,如图,这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
①该图是马达分子的 。
②该分子中含有的组成环的原子是 元素的原子,分子中共有 个该原子。
12.(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子构成,熔点低于100 ℃,其挥发性一般比有机溶剂 (填“强”或“弱”),可用作 (填字母)。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂
c.复合材料 d.绝热材料
(2)在纳米级的空间中,水的结冰温度是怎样的呢 为此,科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度,冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是 。
C级 学科素养拔高练
13.纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
(1)A和B的单质单位质量放出的热量大,可用作燃料。已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
I1 I2 I3 I4
A 932 1821 15390 21771
B 738 1451 7733 10540
某同学根据上述信息,推断B的轨道表示式如下图所示:
①该同学所画的轨道表示式违背了 。
②根据价电子对互斥理论,预测A和氯元素形成的简单分子的空间结构为 。
(2)氢气作为一种清洁能源,必须解决它的储存问题,C60可用作储氢材料。
①已知金刚石中C—C键的键长为154.45 pm,C60中C—C键的键长为140~145 pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为是否正确并阐述理由: 。
②科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物,其晶胞如图所示,该物质在低温时是一种超导体。该物质中K原子和C60分子的个数比为 。
③继C60后,科学家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是 。Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,则一个Si60分子中π键的数目为 。
答案：
1.B 解析 液晶的显示原理为施加电场时,液晶分子沿电场方向排列;移去电场后,液晶分子恢复到原来状态。
2.D 解析 炭黑属于非晶体,D不正确。
3.A
4.D 解析 食盐处于晶体状态,而不是处于液晶状态,也不是纳米材料,A、B错误。纳米材料不同于一般的晶体、非晶体,C错误。
5.A 解析 物质除气、液、固三种聚集状态以外,还有其他的聚集状态,如液晶、纳米材料、超分子。
6.B 解析 某些非晶体的硬度和强度比晶体的硬度和强度高。
7.B 解析 “纳米车”是肉眼不能看见的,A项错误;“纳米车”只是几个分子的“组装”体,并非晶体,C项错误;C60属于分子晶体,熔点要比金刚石低得多,D项错误。
8.BD 解析 A项,有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚集而成,一般无固定的化学式,错误;B项,此物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成,正确;C项,由MBBA的化学式可知,碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1,错误;D项,MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物,不含NO分子,正确。
9.B 解析 分子状态的改变没有发生化学变化,故B项错误。
10.A 解析 1个Al有3个价电子,因此13个Al应该有39个价电子,但这种超原子具有40个价电子(价电子即主族元素的最外层电子数)时最稳定,所以应该带1个单位的负电荷,故选A项。
11.答案 (1)长度 10-9 胶体
(2)①球棍模型 ②碳 30
解析 根据题给信息,分子马达可用于消除体内垃圾,应是含碳物质,再根据图中“●”所表示原子的成键特点,进一步确定组成环的原子是碳原子。
12.答案 (1)弱 b
(2)碳纳米管直径越大,水的结冰温度越低
解析 (1)由(CH3)3NH+和[AlCl4]-形成的离子液体,阴、阳离子间的作用力肯定大于有机溶剂分子间的范德华力,因此其挥发性一般比有机溶剂弱。
(2)由题图可知,随着碳纳米管直径的增大,水的结冰温度依次为27℃、7℃、-53℃、-83℃,即碳纳米管直径越大,水的结冰温度越低。
13.答案 (1)①能量最低原理 ②直线形
(2)①不正确,C60的熔点应该低于金刚石。因为C60属于分子晶体,而金刚石是共价晶体 ②3∶1 ③N>C>Si 30
解析 (1)①根据两原子的第一至第四电离能的变化可以判断出A为铍元素,B为镁元素,镁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,可见题给轨道表示式的电子排布违反了能量最低原理;②氯化铍分子中铍原子只形成2个共价键,根据价电子对互斥理论,其分子的空间结构应该是直线形。
(2)①C60的熔点应该低于金刚石,因为C60属于分子晶体,分子间只存在范德华力,而金刚石是共价晶体,原子间以牢固的共价键结合。②根据所给晶胞结构图,可以计算出属于该晶胞的K原子数和C60分子数分别为6、2,因此该物质中K原子和C60分子的个数比为3∶1。③根据C、Si、N原子在元素周期表中的位置关系和元素周期表中元素电负性的递变规律,可得C、Si、N电负性由大到小的顺序是N>C>Si。由于Si60分子中每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,并且每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,则每个硅原子跟相邻的3个硅原子必须形成3个σ键和1个π键(即2个共价单键、1个共价双键),每个硅原子都与另一个硅原子之间形成1个π键,因此一个Si60分子中共有30个π键。(共36张PPT)
分层作业14 认识晶体
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A 级 必备知识基础练
1.下列叙述正确的是( )
A.固态物质一定是晶体
B.冰和固态碘晶体中微粒间的相互作用力相同
C.晶体内部的微粒按一定规律做周期性排列
D.凡有规则外形的固体一定是晶体
C
解析 固态物质分为晶体和非晶体,晶体有规则的几何外形、有各向异性、有固定的熔点,但有规则几何外形的固体不一定是晶体。冰中微粒间作用力除范德华力外,还含有氢键,而碘晶体中只有范德华力。所以,A、B、D错误,C正确。
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2.下列关于晶体的说法正确的是( )
A.将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体
B.假宝石往往是玻璃仿造的,可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品
C.石蜡和玻璃都是非晶体,但它们都有固定的熔点
D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
B
解析 选项A,将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾,胆矾属于晶体。选项B,宝石的硬度较大,玻璃制品的硬度较小,可以利用划痕法来鉴别。选项C,非晶体没有固定熔点。选项D,晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度存在差异。
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3.关于晶体的自范性,下列叙述正确的是( )
A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B.缺角的氯化钾晶体在饱和KCl溶液中能慢慢变为完美的立方体块
C.圆形容器中结出的冰是圆形体现了晶体的自范性
D.由玻璃制成的规则的玻璃球体现了晶体的自范性
B
解析 晶体的自范性是指在适宜条件下,晶体能自发地呈现规则的多面体外形的性质,适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件,A项所述过程不可能实现;C项中冰是圆形并不是晶体冰本身自发形成的,而是受容器的限制形成;D项中玻璃是非晶体。
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4.Al65Cu20Co15是一种十边形准晶体,准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体。区别晶体、准晶体及非晶体可靠的科学方法是( )
A.X射线衍射 B.测定熔点
C.测定密度 D.观察外形
A
解析 用X射线衍射实验可鉴别晶体、准晶体及非晶体。
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5.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是( )
A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C.平均每个晶胞中有14个原子
D.含该晶胞的整块晶体中,相邻晶胞之间没有任何间隙
C
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解析 晶胞是最小的重复单元,为六方面心结构,A正确;该晶胞是六方面心结构,在晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子,B正确;由于顶点为8个晶胞所共有,面上为2个晶胞所共有,所以平均每个晶胞中含有的原子个数为8× +6× =4,即平均每个晶胞中有4个原子,C错误;整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成,整块晶体中,相邻晶胞之间无任何间隙,D正确。
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6.下图为一块密度、厚度均匀的矩形样品,长为宽的两倍,若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R,则这块样品一定是( )
A.金属 B.半导体
C.非晶体 D.晶体
D
解析 由于AB=2CD,而AB、CD的电阻却相等,说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同,具有各向异性,而晶体的特征之一是各向异性,故该样品为晶体。
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7.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同,则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为( )
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
D
解析 由题意知,一个氯化钠纳米颗粒所含的表面粒子数=26,总粒子数=表面粒子数+中心粒子数=26+1=27,故选D。
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8.下列能够表示出每个晶胞中所含实际微粒个数的面心立方晶胞的是
( )
B
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解析 A项和B项表示的是面心立方晶胞,其中B项是经过切割了的面心立方晶胞,它能表示出此晶胞中所含微粒的实际数目;C项和D项表示的是体心立方晶胞。
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9.X、Y、Z、M为4种短周期元素,X、Y位于同周期且原子半径r(X)>r(Y), Y2-与M+的电子层结构相同,X与Z的原子核外最外层电子数相同,Z的单质可制成半导体材料。下列说法不正确的是( )
A.M的单质的晶体是体心立方堆积,M的配位数是8
B.XY2、ZY2、M2Y 3种物质中的化学键完全相同
C.X的氢化物X2H2分子中含有3个σ键和2个π键
D.由元素X与Z形成的化合物中只含有共价键
B
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解析 Z的单质可制成半导体材料,应为Si元素,Z与X的原子核外最外层电子数相同,X为C元素,X、Y位于同周期且原子半径r(X)>r(Y),Y2-与M+的电子层结构相同,可知Y为O元素,M为Na元素。单质Na的晶体结构是体心立方堆积,Na的配位数是8,故A正确;CO2、SiO2、Na2O中分别含有极性键、极性键、离子键,故B不正确;C2H2的结构式为H—C≡C—H,碳碳三键中含有1个σ键和2个π键,则乙炔分子中含有3个σ键和2个π键,故C正确;由元素X与Z形成的化合物为SiC,碳化硅为共价晶体,只含有共价键,故D正确。
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10.如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:
请完成下列空白:
(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为 。
(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是 。
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答案 (1)X3Y (2)1∶3∶1
B 级 关键能力提升练
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以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.MCl晶体具有立方体结构,其晶胞结构如图所示,在该晶体中,每个M+周围与它最接近的且距离相等的M+共有( )
A.6个 B.8个 C.12个 D.16个
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解析 根据MCl的晶胞结构可以看出,每个M+的上、下、左、右、前、后晶胞中各有一个M+与之距离相等且最近,故每个M+周围与它最接近的且距离相等的M+共有6个。
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12.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是
( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
B
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13.铁有δ、γ、α三种同素异形体,其晶胞结构如图所示,设NA为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.δ-Fe晶胞中含有2个铁原子,每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B.晶体的空间利用率:δ-Fe>γ-Fe>α-Fe
C.γ-Fe晶胞中的原子堆积方式为六方最密堆积
AD
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解析 δ-Fe晶胞中含有铁原子个数为 ×8+1=2,依据题图可知中心铁原子到8个顶点铁原子距离均相同且最小,所以其配位数为8,则每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个,A正确;三种晶体中只有γ-Fe晶体属于最密堆积,则空间利用率最大的是γ-Fe,B错误;依据题图γ-Fe晶体铁原子占据顶点和
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14.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示,该氯化物的化学式是 。
图1
(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
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(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,图2为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为 ,该功能陶瓷的化学式为 。
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(4)某晶体结构模型如图3所示。该晶体的化学式是 ,在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为 、 。
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(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,其结构如图4所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式为
(填字母)。
A.Ti14C13 B.TiC
C.Ti14C4 D.Ti4C3
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答案 (1)CuCl (2)16 (3)2 BN (4)CoTiO3 6 12 (5)A
解析 (1)题图1晶胞中灰球代表的微粒有4个,
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故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的体心,其周围距离最近的O原子位于6个面的中心,所以周围距离最近的O原子数目为6;Co原子位于晶胞的顶点,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12。
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(5)由题意知该物质是气态团簇分子,故题图4应是该物质的一个完整的分子,由14个Ti原子和13个C原子构成,选项A正确。
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15.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶胞结构,该结构是具有代表性的基本重复单位。
(1)在该物质的晶胞结构中,每个钛原子周围与它
最近且距离相等的氧原子、钙原子、钛原子各有
个、 个、 个。
(2)该晶胞结构中,元素氧、钛、钙的原子个数比
是 ,该物质的化学式可表示为 。
(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c,晶胞结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm=10-9 m),则该晶体的密度为
g·cm-3。
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解析 (1)以其中一个钛原子为顶点,应有8个立方晶胞紧靠在一起,以该钛原子作为空间直角坐标系的中心原子,它的前、后、左、右、上、下与之最近且距离相等的氧原子(或钛原子)各有1个,共6个,它周围的8个立方晶胞内各含1个钙原子。
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故其个数比为3∶1∶1,则它的化学式可表示为CaTiO3。
(3)1 mol该晶胞的质量等于(a+b+3c) g,
1 mol晶胞的体积为d3×10-21×6.02×1023cm3,
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16.根据图示,回答下列问题:
(1)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅰ所示),所包含的Cu原子数目为 ,每个氧原子与 个铜原子配位。
(2)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅱ所示。每个晶胞中包含 个Rb2Se单元,其中Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为 。
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答案 (1)4 4 (2)4 8
解析 (1)图Ⅰ晶胞中,含有黑球代表的微粒的数目为4,白球代表的微粒的数目为1+8× =2,所以黑球代表铜原子,白球代表氧原子,每个氧原子(白球)周围有4个Cu原子(黑球)。
(2)每个晶胞中含有8个Rb+,含有Se2-的数目为6× +8× =4,所以每个晶胞中含有4个Rb2Se单元;Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为8。
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C 级 学科素养拔高练
17.(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm。晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示。
①K与O间的最短距离为 nm,与K紧邻的O个数为 。
②在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点位置,则K处于 位置,O处于 位置。
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(2)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
图1 FexNy晶胞结构示意图
图2 转化过程的能量变化
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答案 (1)①0.315 12 ②体心 棱心
(2)Fe3CuN(共21张PPT)
分层作业17 液晶、纳米材料与超分子
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A 级 必备知识基础练
1.电子手表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中,正确的是( )
A.施加电场时,液晶分子沿垂直于电场方向排列
B.移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
C.施加电场后,液晶分子恢复到原来状态
D.移去电场后,液晶分子沿电场方向排列
B
解析 液晶的显示原理为施加电场时,液晶分子沿电场方向排列;移去电场后,液晶分子恢复到原来状态。
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2.[2023吉林吉化一中高二期末]关于晶体,下列有关叙述不正确的是( )
A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70
B.晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列,使晶体具有各向异性
C.把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体
D.“硅—炭黑晶体管”为一种新型材料,硅、炭黑均属于晶体
D
解析 炭黑属于非晶体,D不正确。
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3.关于纳米材料,下列说法正确的是( )
①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度;
②纳米材料可提高材料的磁性;
③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘;
④纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞;
⑤纳米是长度单位。
A.全部 B.②④⑤
C.①②③⑤ D.①③④
A
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4.下列说法符合科学性的是( )
A.某厂生产的食盐有益人体健康,它是纳米材料,易吸收、易消化
B.某厂生产的食盐,处于液晶状态,是日常生活中不可缺少的物质,它是非常纯净的非晶体
C.金的熔点为1 064 ℃,而制成2 nm尺寸的金的熔点仅为327 ℃左右,所以纳米金属于分子晶体
D.液晶在一定温度范围内具有液体的可流动性,是一种具有晶体性质的特殊物质,可用于制造显示器
D
解析 食盐处于晶体状态,而不是处于液晶状态,也不是纳米材料,A、B错误。纳米材料不同于一般的晶体、非晶体,C错误。
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5.下列关于物质聚集状态的叙述错误的是( )
A.物质只有气、液、固三种聚集状态
B.气态是高度无序的体系存在状态
C.固态中的原子或者分子结合的较紧凑,相对运动较弱
D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
A
解析 物质除气、液、固三种聚集状态以外,还有其他的聚集状态,如液晶、纳米材料、超分子。
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6.下列关于物质聚集状态应用的描述错误的是( )
A.晶体和非晶体均呈固态
B.晶体的硬度和强度均比非晶体的硬度和强度高
C.液晶可用于各种显示仪器上
D.化妆品中加入纳米颗粒可使其具备防紫外线的功能
B
解析 某些非晶体的硬度和强度比晶体的硬度和强度高。
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7.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60,首次制成了“纳米车”(如图所示),每辆“纳米车”由一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是( )
A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动
B.“纳米车”的诞生,说明人类操纵分子的技术进入
一个新阶段
C.“纳米车”是一种分子晶体
D.C60熔点比金刚石熔点高
B
解析 “纳米车”是肉眼不能看见的,A项错误;“纳米车”只是几个分子的“组装”体,并非晶体,C项错误;C60属于分子晶体,熔点要比金刚石低得多,D项错误。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.液晶广泛用于电子仪表产品等,MBBA是一种研究较多的液晶材料,其化学式为C18H21NO,下列有关说法正确的是( )
A.MBBA属于有机高分子化合物
B.MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C.MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D.MBBA中不含有一氧化氮分子
BD
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解析 A项,有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚集而成,一般无固定的化学式,错误;B项,此物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成,正确;C项,由MBBA的化学式可知,碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1,错误;D项,MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物,不含NO分子,正确。
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9.2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域作出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系,当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时,分子组分间原有作用被破坏,各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是( )
A.驱动分子机器时,需要对体系输入一定的能量
B.分子状态的改变会伴随能量变化,属于化学变化
C.氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D.光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
B
解析 分子状态的改变没有发生化学变化,故B项错误。
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10.美国《Science》上发表论文,宣布发现了一种Al的超原子结构,这种超原子(Al13)是以1个Al原子在中心,12个Al原子在表面形成的三角二十面体结构。这种超原子具有40个价电子(价电子即主族元素的最外层电子数)时最稳定。请预测稳定的Al13所带的电荷为( )
A.-1 B.+2
C.+3 D.0
A
解析 1个Al有3个价电子,因此13个Al应该有39个价电子,但这种超原子具有40个价电子(价电子即主族元素的最外层电子数)时最稳定,所以应该带1个单位的负电荷,故选A项。
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11.21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注,请据图回答下列问题:
(1)纳米是 单位,1 nm等于 m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1~100 nm范围内材料的性质与应用。它与 的分散质粒子大小一样。
(2)世界上最小的马达只有千万分之一个蚊子那么大,
如图,这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
①该图是马达分子的 。
②该分子中含有的组成环的原子是 元素的原子,
分子中共有 个该原子。
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答案 (1)长度 10-9 胶体
(2)①球棍模型 ②碳 30
解析 根据题给信息,分子马达可用于消除体内垃圾,应是含碳物质,再根据图中“●”所表示原子的成键特点,进一步确定组成环的原子是碳原子。
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12.(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子构成,熔点低于100 ℃,其挥发性一般比有机溶剂 (填“强”或“弱”),可用作 (填字母)。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂 c.复合材料 d.绝热材料
(2)在纳米级的空间中,水的结冰温度是怎样的呢 为此,科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度,冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是 。
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答案 (1)弱 b
(2)碳纳米管直径越大,水的结冰温度越低
解析 (1)由(CH3)3NH+和[AlCl4]-形成的离子液体,阴、阳离子间的作用力肯定大于有机溶剂分子间的范德华力,因此其挥发性一般比有机溶剂弱。
(2)由题图可知,随着碳纳米管直径的增大,水的结冰温度依次为27 ℃、7 ℃、-53 ℃、-83 ℃,即碳纳米管直径越大,水的结冰温度越低。
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C 级 学科素养拔高练
13.纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
(1)A和B的单质单位质量放出的热量大,可用作燃料。已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
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某同学根据上述信息,推断B的轨道表示式如下图所示:
①该同学所画的轨道表示式违背了 。
②根据价电子对互斥理论,预测A和氯元素形成的简单分子的空间结构为 。
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(2)氢气作为一种清洁能源,必须解决它的储存问题,C60可用作储氢材料。
①已知金刚石中C—C键的键长为154.45 pm,C60中C—C键的键长为140~145 pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为是否正确并阐述理由: 。
②科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合
物,其晶胞如图所示,该物质在低温时是一种超导体。
该物质中K原子和C60分子的个数比为 。
③继C60后,科学家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是 。Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,则一个Si60分子中π键的数目为 。
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答案 (1)①能量最低原理 ②直线形
(2)①不正确,C60的熔点应该低于金刚石。因为C60属于分子晶体,而金刚石是共价晶体 ②3∶1 ③N>C>Si 30
解析 (1)①根据两原子的第一至第四电离能的变化可以判断出A为铍元素,B为镁元素,镁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,可见题给轨道表示式的电子排布违反了能量最低原理;②氯化铍分子中铍原子只形成2个共价键,根据价电子对互斥理论,其分子的空间结构应该是直线形。
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(2)①C60的熔点应该低于金刚石,因为C60属于分子晶体,分子间只存在范德华力,而金刚石是共价晶体,原子间以牢固的共价键结合。②根据所给晶胞结构图,可以计算出属于该晶胞的K原子数和C60分子数分别为6、2,因此该物质中K原子和C60分子的个数比为3∶1。③根据C、Si、N原子在元素周期表中的位置关系和元素周期表中元素电负性的递变规律,可得C、Si、N电负性由大到小的顺序是N>C>Si。由于Si60分子中每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,并且每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,则每个硅原子跟相邻的3个硅原子必须形成3个σ键和1个π键(即2个共价单键、1个共价双键),每个硅原子都与另一个硅原子之间形成1个π键,因此一个Si60分子中共有30个π键。第3章 分层作业16 共价晶体与分子晶体
A级 必备知识基础练
1.干冰、碘易升华是由于( )
A.干冰分子、碘分子是非极性分子
B.键能小
C.化学性质不活泼
D.分子间的作用力较弱
2.如图为冰的一种骨架形式,依此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子具有的氢键个数为( )
A.2 B.4
C.8 D.12
3.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是( )
A.金刚石中C—C键的键角均为109°28',所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
4.SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行下列推测,不正确的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
5.根据下表中对应物质的熔点,作出的下列判断中错误的是( )
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 292 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
6.二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示。
下列关于二氧化硅晶体的说法正确的是( )
A.1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
B.二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D.晶体中最小环上的原子数为8
7.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列正确的一组是( )
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
8.SO2可以与H2S发生归中反应:SO2+2H2S══2H2O+3S↓,硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.还原性:SO2>H2S
B.O—H键的键能大于S—H键的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为共价晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为角形
9.下列有关共价晶体的叙述不正确的是( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA
C.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子
10.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 (用代数式表示即可) cm。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中不一定存在共价键
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小环上有6个碳原子
12.下列晶体性质的比较中不正确的是( )
A.沸点:NH3>PH3
B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
13.干冰晶体的晶胞是面心立方结构,如图所示,即每8个CO2分子构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A.4个 B.8个
C.12个 D.6个
14.在硼酸[B(OH)3]分子中,每个B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( )
A.sp,范德华力 B.sp2,范德华力
C.sp2,氢键 D.sp3,氢键
15.晶胞是晶体结构中可重复出现的基本的结构单元,C60晶胞结构如下图所示,下列说法正确的是( )
A.C60的摩尔质量是720
B.C60与苯互为同素异形体
C.1个C60晶胞中有4个C60分子
D.每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个
16.氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂;立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示,下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A.六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B.立方相氮化硼只含有σ键
C.两种晶体均为分子晶体
D.六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间结构为三角形
17.我国的激光技术在世界上处于领先地位,科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成氮碳化合物薄膜,氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,其中β-氮化碳的结构如图。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的化学式为C3N4
C.碳、氮原子均采取sp3杂化
D.1 mol氮化碳中含有4 mol N—C键
18.请回答下列问题:
(1)某石蕊分子结构如下图所示:
①石蕊分子所含元素中,基态原子2p轨道有两个未成对电子的是 (填元素符号);由其中两种元素形成的物质空间结构为三角锥形的一价阳离子是 (填离子符号)。
②该石蕊易溶解于水,分析可能的原因是 。
(2)已知:
①Cu2+的核外电子排布式为 ;
②X难溶于水、易溶于有机溶剂,其晶体类型为 ;
③M中所含元素的电负性由大到小顺序为 ,X中N原子以 轨道与O原子形成σ键。
④上述反应中断裂和生成的化学键有 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.金属键 d.范德华力
e.共价键
(3)白磷(P4)是磷的一种单质,它属于分子晶体,其晶胞结构如下图。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,晶胞的边长为a cm,则阿伏加德罗常数为 (用含ρ、a的式子表示) mol-1。
19.请回答下列问题:
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型可能为 。
(2)C、N元素形成的新材料具有如下图所示结构,该晶体的化学式为 。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是 。
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体属于 晶体。
(4)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是 ;
②已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式: 。
(5)ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
C级 学科素养拔高练
20.在我国南海300~500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 (填字母)。
甲烷晶胞
A.甲烷晶胞中的小球只代表一个C原子
B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C.CH4熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E.CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的空间结构是 形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有 ,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,这说明 。
③冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有 个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是 。
(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是 (填字母)。
答案：
1.D 解析 干冰和碘均属于分子晶体,升华时只需要克服较弱的分子间作用力。
2.A 解析 每个水分子与四个方向的其他四个水分子形成氢键,因此每个水分子具有的氢键个数为4×=2。
3.C 解析 选项A,金刚石是共价晶体,CH4是分子晶体,二者的晶体类型不同;选项B,金刚石熔化过程中C—C键断裂,因C—C键的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高;选项D,金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的热量,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化。
4.B 解析 由于SiCl4具有分子结构,所以属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小,在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力大,熔、沸点比CCl4高。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的分子结构相似,也是正四面体结构,故SiCl4是含极性键的非极性分子。
5.B 解析 由表可知,AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物,属于分子晶体;SiO2是共价晶体;其他的是离子晶体。
6.C 解析 A选项错误,SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成Si—O键,所以1molSiO2晶体中含4molSi—O键;B选项错误,晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键,1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键,SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为1∶2,并不是分子式;C选项正确,1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对,1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对,所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构;D选项错误,SiO2晶体中最小环上的原子数为12,其中6个为硅原子,6个为氧原子。
7.D 解析 对于结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF分子、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。
8.D 解析 根据反应的化学方程式,SO2是氧化剂,H2S是还原剂,则还原性:H2S>SO2,A错误;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,与键能的大小无关,故B错误;S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,不是共价晶体,故C错误;SO2分子中硫原子的价电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为角形,H2S与H2O分子中的中心原子的价电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构均为角形,故D正确。
9.C 解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有,所以1molC原子形成的C—C键的数目为4mol×=2mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1molSiO2晶体中Si—O键的数目为4mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
10.答案 (1)共价晶体 12
(2)4 正四面体
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;在SiC中,每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×+6×=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10cm,体积V=(a×10-10cm)3,ρ=。
(2)类比图乙的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。一个晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×+6×+4=8,根据密度的计算公式可知,V=cm3=cm3,晶胞的边长a=cm,在晶胞中最近的两个Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即cm。
11.D 解析 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A不正确;部分分子晶体如稀有气体中不含共价键,B不正确;虽然HI的相对分子质量大于HF,但由于HF分子之间可以形成氢键,所以HF的沸点高于HI,C不正确;金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小碳环上有6个碳原子,D正确。
12.C 解析 NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,A项正确;SiI4、SiBr4、SiCl4三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,B项正确;白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,C项错误;三种物质都是共价晶体,原子半径CC—Si>Si—Si,键能越大,共价晶体的硬度越大,D项正确。
13.C 解析 如题图在任意一个立方体顶点的CO2分子周围距离a的CO2分子为每个相邻面心上的CO2分子,共有8×(3×)=12个。
14.C 解析 石墨晶体中C原子为sp2杂化,层与层之间以范德华力结合,硼酸[B(OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化,但由于B(OH)3中每个B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
15.CD 解析 C60的相对分子质量是12×60=720,所以摩尔质量为720g·mol-1,选项A错误;由同种元素形成的不同种单质互为同素异形体,而苯是由碳、氢元素形成的化合物,选项B错误;C60分子构成的晶胞为面心立方晶胞,根据切割法可知,在一个C60晶胞中含有C60分子的个数为8×+6×=4,选项C正确;根据晶胞的结构可知,以晶胞中任意顶点上的C60分子为研究对象,与它距离最近且相等的C60分子分布在立方体的面心上,每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个,选项D正确。
16.BD 解析 A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;B项,立方相氮化硼中只含有σ键,正确;C项,立方相氮化硼是共价晶体,错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,层内每个硼原子与相邻3个氮原子构成三角形,正确。
17.D 解析 A项,根据题给信息,氮化碳是超硬新材料,符合共价晶体的典型物理性质,故A项正确;B项,晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元,正方形的顶点的原子占,边上的原子占,可得晶体的化学式为C3N4,故B项正确;C项,根据题图判断碳原子和氮原子的连接方式,碳、氮原子均采取sp3杂化,故C项正确;D项,1mol氮化碳中含有12molN—C键,故D项错误。
18.答案 (1)①C、O H3O+ ②该石蕊分子中含有—OH和—NH2,均能与H2O分子间形成氢键;由结构知,该分子为极性分子,根据“相似相溶”原理,易溶于极性溶剂水
(2)①1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) ②分子晶体
③O>N>C>H sp2杂化 ④be
(3)
解析 (1)①2p轨道有两个未成对电子的原子价电子排布式为2s22p2、2s22p4,故为C和O。C和H形成C,H和O形成H3O+,N和H形成N,其中C为平面三角形,H3O+为三角锥形,N为正四面体形。②从与H2O分子间能否形成氢键及“相似相溶”原理两个角度解答。
(2)②由X难溶于水、易溶于有机溶剂可知,其为分子晶体。③同周期由左向右,元素电负性增大,电负性:O>N>C,由H与非金属元素C形成的化合物中H表现出正价可推知,电负性:C>H;X中N原子形成3个σ键和1个π键,故N原子杂化类型为sp2杂化。④该反应中断裂苯环上连接的—OH中的O—H键及—OH中氢原子与氮原子之间的氢键(不是化学键),形成Cu←O、Cu←N配位键,故选b、e。
(3)每个白磷晶胞中含有P4的个数为8×+6×=4,每个晶胞质量为4×,体积为a3cm3,故=ρg·cm-3,NA=mol-1。
19.答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
GaAs 共价晶体
(2)C3N4 C3N4与金刚石都是共价晶体,C—N键键长比C—C键键长短,键能大
(3)共价
(4)①小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大 ②Si3N4
(5)4 正四面体形 共价
解析 (1)Ga与Al同主族,位于第4周期ⅢA族,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。
(2)该晶胞中含C原子数=8×+4×=3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N键键长比C—C键键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。
(4)①氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;②N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。
(5)GaN的晶体结构与晶体硅相似,则GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体形。
20.答案 (1)BE
(2)①角 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ③8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性
(3)b
解析 (1)CH4是分子晶体,熔化时克服范德华力。晶胞中的小球代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析,位于顶点的任意一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12(个)。甲烷晶胞属于面心立方晶胞,该晶胞中甲烷分子的个数为8×+6×=4。CH4分子为正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,结构对称,CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数==4,孤电子对数为2,所以水分子的空间结构为角形,H2O分子能与H+形成配位键,其原因是H2O中O原子上有孤电子对,H+有空轨道。H3O+价电子对数为=4,孤电子对数为1,故H3O+为三角锥形。②冰中氢键的作用能为18.5kJ·mol-1,而冰熔化热为5.0kJ·mol-1,说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,并且液态水中仍存在氢键。③每个冰晶胞平均含有的水分子数为4+6×+8×=8。H2O分子中的O原子形成2个σ键,含有的孤电子对数为2,金刚石中每个C原子形成4个σ键且没有孤电子对,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞中微粒的排列方式相似。
(3)由电离方程式NH3·H2ON+OH-,可知b图符合NH3·H2O的结构。第3章 分层作业14 认识晶体
A级 必备知识基础练
1.下列叙述正确的是( )
A.固态物质一定是晶体
B.冰和固态碘晶体中微粒间的相互作用力相同
C.晶体内部的微粒按一定规律做周期性排列
D.凡有规则外形的固体一定是晶体
2.下列关于晶体的说法正确的是( )
A.将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体
B.假宝石往往是玻璃仿造的,可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品
C.石蜡和玻璃都是非晶体,但它们都有固定的熔点
D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
3.关于晶体的自范性,下列叙述正确的是( )
A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B.缺角的氯化钾晶体在饱和KCl溶液中能慢慢变为完美的立方体块
C.圆形容器中结出的冰是圆形体现了晶体的自范性
D.由玻璃制成的规则的玻璃球体现了晶体的自范性
4.Al65Cu20Co15是一种十边形准晶体,准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体。区别晶体、准晶体及非晶体可靠的科学方法是( )
A.X射线衍射 B.测定熔点
C.测定密度 D.观察外形
5.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是( )
A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C.平均每个晶胞中有14个原子
D.含该晶胞的整块晶体中,相邻晶胞之间没有任何间隙
6.下图为一块密度、厚度均匀的矩形样品,长为宽的两倍,若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R,则这块样品一定是( )
A.金属 B.半导体
C.非晶体 D.晶体
7.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同,则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为( )
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
8.下列能够表示出每个晶胞中所含实际微粒个数的面心立方晶胞的是( )
9.X、Y、Z、M为4种短周期元素,X、Y位于同周期且原子半径r(X)>r(Y),Y2-与M+的电子层结构相同,X与Z的原子核外最外层电子数相同,Z的单质可制成半导体材料。下列说法不正确的是( )
A.M的单质的晶体是体心立方堆积,M的配位数是8
B.XY2、ZY2、M2Y 3种物质中的化学键完全相同
C.X的氢化物X2H2分子中含有3个σ键和2个π键
D.由元素X与Z形成的化合物中只含有共价键
10.如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:
请完成下列空白:
(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为 。
(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是 。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.MCl晶体具有立方体结构,其晶胞结构如图所示,在该晶体中,每个M+周围与它最接近的且距离相等的M+共有( )
A.6个 B.8个 C.12个 D.16个
12.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
13.铁有δ、γ、α三种同素异形体,其晶胞结构如图所示,设NA为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.δ-Fe晶胞中含有2个铁原子,每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B.晶体的空间利用率:δ-Fe>γ-Fe>α-Fe
C.γ-Fe晶胞中的原子堆积方式为六方最密堆积
D.铁原子的半径为a cm,则α-Fe晶体的密度为 g·cm-3
14.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示,该氯化物的化学式是 。
图1
(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,图2为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为 ,该功能陶瓷的化学式为 。
图2
(4)某晶体结构模型如图3所示。该晶体的化学式是 ,在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为 、 。
图3
(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,其结构如图4所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式为 (填字母)。
图4
A.Ti14C13 B.TiC
C.Ti14C4 D.Ti4C3
15.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶胞结构,该结构是具有代表性的基本重复单位。
(1)在该物质的晶胞结构中,每个钛原子周围与它最近且距离相等的氧原子、钙原子、钛原子各有 个、 个、 个。
(2)该晶胞结构中,元素氧、钛、钙的原子个数比是 ,该物质的化学式可表示为 。
(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c,晶胞结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm=10-9 m),则该晶体的密度为 g·cm-3。
16.根据图示,回答下列问题:
(1)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅰ所示),所包含的Cu原子数目为 ,每个氧原子与 个铜原子配位。
(2)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅱ所示。每个晶胞中包含 个Rb2Se单元,其中Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为 。
C级 学科素养拔高练
17.(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm。晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示。
①K与O间的最短距离为 nm,与K紧邻的O个数为 。
②在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点位置,则K处于 位置,O处于
位置。
(2)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
图1 FexNy晶胞结构示意图
图2 转化过程的能量变化
答案：
1.C 解析 固态物质分为晶体和非晶体,晶体有规则的几何外形、有各向异性、有固定的熔点,但有规则几何外形的固体不一定是晶体。冰中微粒间作用力除范德华力外,还含有氢键,而碘晶体中只有范德华力。所以,A、B、D错误,C正确。
2.B 解析 选项A,将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾,胆矾属于晶体。选项B,宝石的硬度较大,玻璃制品的硬度较小,可以利用划痕法来鉴别。选项C,非晶体没有固定熔点。选项D,晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度存在差异。
3.B 解析 晶体的自范性是指在适宜条件下,晶体能自发地呈现规则的多面体外形的性质,适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件,A项所述过程不可能实现;C项中冰是圆形并不是晶体冰本身自发形成的,而是受容器的限制形成;D项中玻璃是非晶体。
4.A 解析 用X射线衍射实验可鉴别晶体、准晶体及非晶体。
5.C 解析 晶胞是最小的重复单元,为六方面心结构,A正确;该晶胞是六方面心结构,在晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子,B正确;由于顶点为8个晶胞所共有,面上为2个晶胞所共有,所以平均每个晶胞中含有的原子个数为8×+6×=4,即平均每个晶胞中有4个原子,C错误;整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成,整块晶体中,相邻晶胞之间无任何间隙,D正确。
6.D 解析 由于AB=2CD,而AB、CD的电阻却相等,说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同,具有各向异性,而晶体的特征之一是各向异性,故该样品为晶体。
7.D 解析 由题意知,一个氯化钠纳米颗粒所含的表面粒子数=26,总粒子数=表面粒子数+中心粒子数=26+1=27,故选D。
8.B 解析 A项和B项表示的是面心立方晶胞,其中B项是经过切割了的面心立方晶胞,它能表示出此晶胞中所含微粒的实际数目;C项和D项表示的是体心立方晶胞。
9.B 解析 Z的单质可制成半导体材料,应为Si元素,Z与X的原子核外最外层电子数相同,X为C元素,X、Y位于同周期且原子半径r(X)>r(Y),Y2-与M+的电子层结构相同,可知Y为O元素,M为Na元素。单质Na的晶体结构是体心立方堆积,Na的配位数是8,故A正确;CO2、SiO2、Na2O中分别含有极性键、极性键、离子键,故B不正确;C2H2的结构式为H—C≡C—H,碳碳三键中含有1个σ键和2个π键,则乙炔分子中含有3个σ键和2个π键,故C正确;由元素X与Z形成的化合物为SiC,碳化硅为共价晶体,只含有共价键,故D正确。
10.答案 (1)X3Y (2)1∶3∶1
解析 甲中X位于立方体的棱上,Y位于立方体顶点,每个晶胞实际占有X的数目为×12=3,实际占有Y的数目为×8=1,N(X)∶N(Y)=3∶1,所以甲晶体的化学式为X3Y。乙中A在立方体的顶点,每个晶胞含A的数目为8×=1,B位于面心,每个晶胞含B的数目为6×=3,C位于立方体的体心,每个晶胞含有1个C,由此推出N(A)∶N(B)∶N(C)=1∶3∶1。
11.A 解析 根据MCl的晶胞结构可以看出,每个M+的上、下、左、右、前、后晶胞中各有一个M+与之距离相等且最近,故每个M+周围与它最接近的且距离相等的M+共有6个。
12.B 解析 这不是一个立方晶胞结构,而是一个正三棱柱结构,那么依据实际情况来计算,A粒子位于6个顶点,每个A粒子有属于该晶胞;B粒子位于9条棱上,3条侧棱上每个B粒子有属于该晶胞,其余B粒子有属于该晶胞;C粒子位于晶胞内部,完全属于该晶胞。A、B、C三种粒子数目之比为(6×)∶(6×+3×)∶1=1∶4∶2。
13.AD 解析 δ-Fe晶胞中含有铁原子个数为×8+1=2,依据题图可知中心铁原子到8个顶点铁原子距离均相同且最小,所以其配位数为8,则每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个,A正确;三种晶体中只有γ-Fe晶体属于最密堆积,则空间利用率最大的是γ-Fe,B错误;依据题图γ-Fe晶体铁原子占据顶点和面心,属于面心立方最密堆积,C错误;1个α-Fe晶胞含铁原子个数为×8=1,则晶体密度为g·cm-3=g·cm-3,D正确。
14.答案 (1)CuCl (2)16 (3)2 BN (4)CoTiO3 6 12 (5)A
解析 (1)题图1晶胞中灰球代表的微粒有4个,白球代表的微粒有6×+8×=4个,所以该氯化物的化学式为CuCl。
(2)晶胞中含氧原子数为×8+×6+4=8,根据化学式Cu2O可知,该晶胞中铜原子数目是氧原子的2倍,即16个。
(3)题图2每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×+1=2,灰球表示的原子个数为1+4×=2,所以每个晶胞中含N原子和B原子各2个;N元素的电负性大于B元素,所以该功能陶瓷的化学式为BN。
(4)题图3晶胞中含O原子:6×=3个,含Co原子:8×=1个,含Ti原子:1个,故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的体心,其周围距离最近的O原子位于6个面的中心,所以周围距离最近的O原子数目为6;Co原子位于晶胞的顶点,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12。
(5)由题意知该物质是气态团簇分子,故题图4应是该物质的一个完整的分子,由14个Ti原子和13个C原子构成,选项A正确。
15.答案 (1)6 8 6 (2)3∶1∶1 CaTiO3 (3)
解析 (1)以其中一个钛原子为顶点,应有8个立方晶胞紧靠在一起,以该钛原子作为空间直角坐标系的中心原子,它的前、后、左、右、上、下与之最近且距离相等的氧原子(或钛原子)各有1个,共6个,它周围的8个立方晶胞内各含1个钙原子。
(2)该晶胞中含氧原子个数为12×=3,钙原子个数为1,钛原子个数为8×=1,故其个数比为3∶1∶1,则它的化学式可表示为CaTiO3。
(3)1mol该晶胞的质量等于(a+b+3c)g,1mol晶胞的体积为d3×10-21×6.02×1023cm3,则晶体密度为ρ=g·cm-3。
16.答案 (1)4 4 (2)4 8
解析 (1)图Ⅰ晶胞中,含有黑球代表的微粒的数目为4,白球代表的微粒的数目为1+8×=2,所以黑球代表铜原子,白球代表氧原子,每个氧原子(白球)周围有4个Cu原子(黑球)。
(2)每个晶胞中含有8个Rb+,含有Se2-的数目为6×+8×=4,所以每个晶胞中含有4个Rb2Se单元;Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为8。
17.答案 (1)①0.315 12 ②体心 棱心
(2)Fe3CuN
解析 (1)①K与O间的最短距离是面对角线的,即a=×0.446nm≈0.315nm。与K紧邻的O共有12个。
(2)由题图2可知,更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型,利用切割法可得替代后的晶胞中Cu原子个数为8×=1,Fe原子个数为6×=3,N原子个数为1,故化学式为Fe3CuN。(共43张PPT)
分层作业15 金属晶体与离子晶体
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A 级 必备知识基础练
1.下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是( )
A.LiCl B.NaBr
C.KCl D.KBr
22
D
解析 三种阳离子Li+、Na+、K+都是碱金属离子,随核电荷数的增加半径增大,故K+半径最大;两种阴离子Cl-、Br-是同主族元素形成的离子,Br-电子层数多,半径较大。综上所述,核间距最大的是KBr。
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2.下列说法不正确的是( )
A.离子晶体可能全部由非金属元素形成
B.离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键
C.金属元素与非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体
D.熔化后能导电的晶体一定是离子晶体
22
D
解析 离子晶体中不一定含有金属离子,如氯化铵晶体,A项正确;离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键,如铵盐、NaOH、Na2O2等离子晶体中存在离子键和共价键,B项正确;金属元素与非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3为分子晶体,C项正确;熔融状态下能导电的晶体可能是金属晶体或离子晶体,D项错误。
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3.下列关于NaCl晶体结构的说法正确的是( )
A.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引的Cl-与每个Cl-周围吸引的Na+数目相等
B.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引1个Cl-
C.NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl
D.NaCl晶体中存在单个的NaCl分子
22
A
解析 氯化钠晶体中,每个Na+周围吸引6个Cl-,每个Cl-周围吸引6个Na+;NaCl晶体中的质点表示Na+或Cl-;NaCl晶体中不存在单个NaCl分子。
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4.下列关于金属晶体的六方最密堆积的结构型式的叙述中,正确的是( )
A.晶胞是六棱柱结构 B.晶胞是六面体结构
C.每个晶胞中含有6个原子 D.每个晶胞中含有17个原子
22
B
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5.下列各组金属熔点高低顺序正确的是( )
A.Mg>Al>Ca
B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca
D.Mg>Ba>Al
22
C
解析 离子所带电荷数:Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属阳离子半径: r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),金属阳离子半径越小,所带电荷越多,金属键就越强,熔点越高,故C正确。
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6.如图是金属晶体内部结构的简单示意图,仔细观察该结构,以下有关金属能导电的理由正确的是( )
A.金属能导电是因为含有金属阳离子
B.金属能导电是因为含有的自由电子在外加
电场作用下发生定向运动
C.金属能导电是因为含有电子且无规则运动
D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用
22
B
解析 金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动,从而能够导电。
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7.将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有( )
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
22
C
解析 Na是金属晶体,熔化时破坏的是金属键;Na2O是离子晶体,熔化时破坏的是离子键;NaOH是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2S是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2SO4是离子化合物,熔化时断裂的是离子键。故上述五种物质分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有4种。
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8.科学家通过X射线证明,MgO、CaO、NiO、FeO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。
(1)某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中的错误:
。
(2)MgO是优良的耐高温材料,MgO的熔点比CaO的高,其原因是
。
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答案 (1)空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;8号空心球应改为实心球
(2)Mg2+半径比Ca2+小,MgO的晶格能大
解析 (1)Mg2+的半径小于O2-,故空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;图中黑、白球应该交替出现,故8号球应为实心球。
(2)MgO与CaO的离子所带电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。
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9.(1)根据下列叙述判断,一定为金属晶体的是 (填字母,下同)。
A.由分子间作用力形成,熔点很低
B.由共价键结合形成立体三维骨架结构的晶体,熔点很高
C.固体有良好的导电性、导热性和延展性
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(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因:
A组物质 NaCl KCl CsCl
熔点/K 1 074 1 049 918
B组物质 Na Mg Al
熔点/K 370 922 933
晶体熔、沸点的高低,取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是 晶体。B组物质是 晶体,价电子数由少到多的顺序是 ,粒子半径由大到小的顺序是 。
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答案 (1)C
(2)离子 金属 NaMg>Al
解析 (1)A项属于分子晶体;B项属于共价晶体;C项是金属的通性。(2)A组物质为离子晶体。B组物质为金属晶体,是由金属键结合而成的,价电子数排列顺序:NaMg>Al。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
10.下列叙述错误的是( )
A.金属单质或其合金在固态和液态时都能导电
B.晶体中存在离子的一定是离子晶体
C.金属晶体中的“自由电子”为整块晶体所共有
D.钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强
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B
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解析 离子晶体中存在阴、阳离子,而在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子,所以B错误;自由电子在整块金属中可自由移动,为整块晶体所共有,所以C正确;金属晶体的熔点高低取决于金属键的强弱,金属键越强,金属晶体的熔点越高,反之,越低,所以D正确。
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11.已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P,它们的晶格能分别为923 kJ·mol-1、786 kJ·mol-1,下列有关说法不正确的是( )
A.Q的熔点比P的高
B.若P是NaCl,则Q一定是NaF
C.Q中键长较大
D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr
22
CD
解析 Q的晶格能大于P的晶格能,故Q的熔点比P高,A项正确;因F-的半径比Cl-的小(其他卤素离子的半径比Cl-的大),故NaF的晶格能大于NaCl的,故B项正确,D项错误;因Q、P中成键离子所带电荷数相同,故二者晶格能的差异是由键长决定的,晶格能越大,表明键长越小,C项错误。
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12.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,a、b、c分别代表这三种堆积方式形成的晶胞结构,则晶胞a、b、c内金属原子个数比为( )
A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
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13.观察表中数据,下列说法错误的是( )
化合物 MgO BaO NH4NO3 C2H5NH3NO3
熔点/℃ 2 800 1 918 170 12
A.离子晶体的熔点一定高于分子晶体
B.CaO的熔点介于1 918~2 800 ℃之间
C.向离子晶体中引入有机基团可显著降低其熔点
D.离子晶体的熔点与离子所带电荷数、离子半径、是否含有机基团等因素都有关
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解析 离子晶体的熔点有高有低,不一定都比分子晶体高,故A错误;Mg、Ca、Ba属于同一主族,氧化物的组成结构相似,离子晶体熔点与离子所带电荷数成正比、与离子半径成反比,离子半径:Mg2+1
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14.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是( )
A.金属镁的熔点高于金属铝
B.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的
C.金属镁的硬度大于金属钙
D.金属铝的硬度大于金属钠
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解析 镁离子带2个正电荷,而铝离子带3个正电荷,且铝离子半径小于镁离子,所以镁的金属键比铝弱,金属镁的熔点低于金属铝,故A错误;碱金属都属于金属晶体,从Li到Cs金属阳离子半径增大,对外层电子束缚能力逐渐减弱,金属键逐渐减弱,所以熔点逐渐降低,故B错误;因为镁离子的半径比钙离子小,所以镁的金属键比钙强,则金属镁的硬度大于金属钙,故C正确;因为铝离子带3个正电荷,而钠离子带1个正电荷,且铝离子半径小于钠离子,所以铝的金属键比钠强,则金属铝的硬度大于金属钠,故D正确。
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15.已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子数为( )
A.6 B.4
C.8 D.12
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D
解析 与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子共有12个。
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16.如图所示为NaCl和CsCl的晶胞结构,下列说法错误的是( )
A.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体
B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数均为6
D.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,所以阳离子与阴离子的半径比相同
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解析 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体,阴、阳离子个数比都为1∶1,则都属于AB型离子晶体,故A正确、B正确;结合题图可知,NaCl中钠离子的配位数为6,CsCl中铯离子的配位数为8,故C错误;NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,但钠离子半径小于铯离子半径,则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的阳离子与阴离子的半径比,故D错误。
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17.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MFe3(CN)6
B.该晶体属于离子晶体,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
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B
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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B项正确、C项错误;由题图可看出与每个Fe3+最近且距离相等的CN-为6个。
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18.下列叙述不正确的是( )
A.Li2S晶胞结构如图1,S2-的配位数是8
B.某镍白铜合金的立方晶胞结构如图2,
晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1
C.氯化钠晶胞如图3,离钠离子最近的
钠离子有6个
D.铜与氧元素形成的晶胞如图4,晶胞
中Cu均匀地分散在立方体内部,a、b
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解析 Li+与S2-的个数比为2∶1,则Li+与S2-的配位数之比为1∶2,由Li2S的晶胞结构可知,Li+的配位数为4,则S2-的配位数是8,A正确;用切割法可知,晶胞
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19.Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞特征如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。
若已知Al的原子半径为d cm,NA代表阿伏加德罗常数的值,Al的相对原子质量为M,请回答:
(1)晶胞中一个Al原子周围最近的Al原子个数为 ,一个晶胞中Al原子的数目为 。
(2)该晶体的密度为 (用字母表示) g·cm-3。
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20.ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:
(1)试写出图中三种结构分别对应的化学式:图甲 、图乙
、图丙 。在这三种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为 。
(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围与它等距离且最近的Cl-分别有
个、 个。
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(3)下图所示是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是 (填字母)。
A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅱ和Ⅲ
C.Ⅰ和Ⅳ D.只有Ⅳ
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答案 (1)CsCl NaCl ZnS 立方体、正八面体、正四面体
(2)12 6
(3)C
解析 在ZnS晶体中,阴、阳离子的配位数都是4,故图丙可表示该晶体结构,在Zn2+周围的S2-构成正四面体结构;在NaCl晶体中,每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+,故图乙可表示该晶体结构,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,每个Cl-周围与它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,图甲可表示该晶体结构,设定图甲中心离子为Cl-,该Cl-周围与它等距离且最近的Cl-位于该立方体前、后、左、右、上、下的6个立方体的体心。
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(3)根据NaCl和CsCl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图Ⅰ中与黑球最近的白球有6个,图Ⅳ为简单立方结构,故Ⅰ和Ⅳ应表示NaCl的晶体结构。图Ⅱ中与黑球最近的白球有8个,图Ⅲ为体心立方结构,故Ⅱ和Ⅲ应表示CsCl的晶体结构。
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C 级 学科素养拔高练
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21.回答下列问题:
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(2)已知CaO晶体密度为a g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则CaO晶胞体积为 cm3。
(3)MgO具有NaCl型晶体结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为
nm。MnO也属于NaCl型晶体结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为 nm。
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22.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题:
(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiO (填“<”或“>”)FeO。
(2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 、 。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为 。
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答案 (1)> (2)6 6 (3)LaNi5
解析 (1)NiO、FeO都属于离子晶体,熔点高低受离子键强弱影响,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。
(2)因为NiO的晶体结构类型与NaCl的相同,而NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数都是6,所以NiO晶体中Ni2+、O2-的配位数也是6。