第4讲 晶体结构与性质
【课时训练】
A级(练考点 过基础)
1．(2022·烟台模拟)下列排序错误的是( )
A．熔点由高到低：Al＞Mg＞Na
B．硬度由大到小：金刚石＞晶体硅＞碳化硅
C．晶体熔点由低到高：CO＜KCl＜SiO2
D．熔点由高到低：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
答案：B
解析：同周期金属元素离子的电荷数越多，半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低的顺序为Al＞Mg＞Na，A正确；键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，则硬度由大到小的顺序为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，B错误；一般情况下，晶体熔点的高低顺序为分子晶体＜离子晶体＜共价晶体，故熔点：CO(分子晶体)＜KCl(离子晶体)＜SiO2(共价晶体)，C正确；电荷数相同的离子，离子半径越小，熔点越高，F、Cl、Br、I的离子半径依次增大，则熔点由高到低的顺序为NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，D正确。
2．(2023·湖北联考)复合催化剂C60－Cu/SiO2可以实现常压合成乙二醇。下列有关叙述正确的是( )
A．C60和石墨烯互为同素异形体
B．C60和SiO2均为传统无机非金属材料
C．石英玻璃具有各向异性
D．[CuCl4]2-的空间结构为正四面体形
答案：A
解析：C60和石墨烯为结构不同的碳单质，互为同素异形体，A正确；C60为新型无机非金属材料，B错误；玻璃为非晶态物质，不具有晶体的各向异性，C错误；[CuCl4]2-中铜离子采用dsp2杂化，空间结构为平面正方形，D错误。
3．20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图所示)。下列说法错误的是 ( )
A．金刚石和石墨的熔点一定比C60高
B．C60的熔点比金刚石和石墨要高
C．C60的熔点低于C90
D．球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子都是碳的同素异形体
答案：B
解析：金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60、C70等属于分子晶体，则金刚石和石墨的熔点一定要比C60高，A正确，B错误；C60、C90均属于分子晶体，C90的相对分子质量大，分子间作用力强，熔点较高，C正确；球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子都是碳元素形成的不同单质，所以均为碳的同素异形体，D正确。
4．(2022·大同模拟)某Ba－Ti－O晶体具有良好的电学性能，其晶胞为立方晶胞(如图)，晶胞参数为a pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，下列有关该晶体的说法错误的是( )
A．化学式为BaTiO3
B．Ba2+的配位数为6
C．Ti4+位于O2-的八面体空隙中
D．晶体的密度为 g·cm-3
答案：B
解析：Ba2+位于顶点，晶胞中其数目为1，Ti4+位于体心，晶胞中其数目为1，O2-位于面心，晶胞中其数目为3，故化学式为，A正确；由晶胞结构可知，Ba2+周围有12个O2-，则Ba2+的配位数为12，B错误；Ti4+位于O2-的八面体空隙中，C正确；其密度为 g·cm-3，D正确。
B级(练能力 过素养)
5．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g·mol-1，晶体的密度为ρ g·cm-3。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 ( )
A．晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B．晶胞中阴、阳离子的配位数都是4
C．该晶胞可能是NaCl晶胞
D．该晶胞中两个距离最近的阴、阳离子的间距为
答案：C
解析：晶胞中阴离子个数为8×＝4，阳离子个数为12×＋1＝4，A错误；晶胞中阴、阳离子周围距离最近且相等的阳、阴离子都有6个，则配位数都是6，B错误；该晶胞可能是NaCl晶胞，C正确；晶胞中两个距离最近的阴、阳离子的间距为棱长的，则两者间距为 cm＝ cm，D错误。
6．(2022·青岛模拟)(双选)已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中距离最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是( )
A．晶胞中CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm-3
C．1个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的空间结构是直线形，中心C原子的杂化方式是sp
答案：BD
解析：晶胞中CO2分子的配位数为12，A错误；该晶胞中距离最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳分子之间的距离为a pm，则晶胞棱长＝a pm＝晶胞体积＝，该晶胞中二氧化碳分子个数为8×＝4，晶胞密度＝ g·cm-3＝ g·cm-3，B正确，C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子价层电子对数是2，根据价层电子对互斥理论判断，C原子杂化方式为sp，D正确。
7．(2023·葫芦岛二模)某铁氮化合物晶体的晶胞结构如图所示。若晶胞中距离最近的两个铁原子之间的距离为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A.若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为棱心、面心和体心
B．该化合物的化学式为Fe4N
C．N原子的分数坐标为
D．该晶体的密度为 g·cm-3
答案：A
解析：由晶胞示意图可知，若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为棱心和体心，A错误；1个晶胞中含Fe原子的个数为8×＝4，N原子的个数为1，则该化合物的化学式为Fe4N，B正确；N原子位于体心，则N原子的分数坐标为，C正确；由B分析可知，该化合物的化学式为Fe4N，设晶胞的边长为d pm，若晶胞中距离最近的两个铁原子之间的距离为a pm，即有d＝a，解得d＝a，则该晶体的密度ρ＝ g·cm-3＝ g·cm-3，D正确。
8．(双选)下图是蓝色晶体MxFey(CN)6中阴离子的最小结构单元(图中是该晶体晶胞的八分之一)。下列说法正确的是 ( )
A．该晶体属于离子晶体，M显＋2价
B．该晶体属于分子晶体，化学式为MFe2(CN)6
C．该晶体中与每个Fe3+距离最近且相等的CN－有6个
D．该晶体的1个晶胞中含有的M＋的个数为4
答案：CD
解析：根据均摊法可知，含Fe2+个数为4×，Fe3+个数为，CN－个数为12×＝3，阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6。它为离子晶体，M的化合价为＋1，A、B错误；根据晶胞结构可知，与每个Fe3+距离最近且相等的CN－有6个(同层4个，上、下层各1个)，C正确；图中是该晶体晶胞的八分之一，则1个晶胞中含有CN－的个数为3×8＝24，M＋与CN－的个数比为1∶6，则M＋有4个，D正确。
9．(2023·济南模拟)(双选)黑砷在催化电解水方面受到关注，其晶体结构如图所示，与石墨类似。下列说法正确的是( )
A．黑砷中As—As键的强度均相同
B．黑砷与C60都属于混合型晶体
C．黑砷与石墨均可作为电的良导体
D．黑砷单层中As原子与As—As键的个数比为2∶3
答案：CD
解析：根据图知，黑砷中存在的As—As键的键长不同，则键能不同，A错误；C60属于分子晶体，黑砷晶体结构类似于石墨，石墨晶体中既有共价键，又有金属键，还有范德华力，为混合型晶体，所以黑砷属于混合型晶体，B错误；黑砷晶体结构与石墨类似，石墨是电的良导体，则黑砷也是电的良导体，C正确；根据图知，黑砷晶体每层原子之间形成六元环结构，1个正六边形有6个As，每个As相邻的3个As以As—As键相结合，即每个As属于3个正六边形，实际属于1个正六边形的As原子数为6×＝2，同理，一个正六边形六条边，但每个As—As键属于相邻两个正六边形，则实际属于1个正六边形的As—As键数为6×＝3，故黑砷单层中As原子与As—As键个数比为2∶3，D正确。
C级(冲刺·“双一流”)
10．(2023·北京三模)硅酸盐是地壳岩石的主要成分，在硅酸盐中，四面体(图甲为俯视投影图)通过共用顶角氧原子可形成六元环(图乙)、无限单链状(图丙)、无限双链状(图丁)等多种结构。石棉是由钙、镁离子以个数比1∶3与单链状硅酸根离子形成的一种硅酸盐。
下列说法错误的是( )
A．大多数硅酸盐材料硬度高与硅氧四面体结构有关
B．六元环的硅酸盐阴离子的化学式为
C．石棉的化学式为CaMg3Si4O12
D．双链硅酸盐中硅、氧原子数之比为2∶5
答案：D
解析：这种共价键结构使得硅氧四面体结构比单纯的硅或氧分子更加稳定，则硅氧四面体结构决定了大多数硅酸盐材料的硬度，A正确；六元环的硅酸盐阴离子中Si元素显＋4价，O元素显－2价，则其阴离子的化学式为，B正确；石棉中钙、镁离子个数之比为1∶3，其中Mg元素、Ca元素均显＋2价，Si元素显＋4价，O元素显－2价，该石棉的化学式可表示为CaMg3Si4O12，C正确；由图丁可知，双链硅酸盐中有两种硅氧四面体，且数目之比为1∶1，一种与单链硅酸盐中硅、氧原子个数比相同，其中硅原子个数为1，氧原子个数为2＋2×＝3，个数比为1∶3，另一种硅原子个数为1，O原子个数为1＋3×＝2.5，个数比为2∶5，则双链状硅酸盐中硅、氧原子数之比为4∶11，D错误。
11．(2023·烟台二模)硅材料和铝材料在生产、生活中应用广泛。回答下列问题：
(1)一种磷酸硅铝分子筛常用于催化甲醇制烯烃的反应。由硅原子核形成的三种微粒：a.[Ne]3s23p2、、c.[Ne]3s23p14s1，半径由大到小的顺序为____________(用字母表示)。
(2)N(SiH3)3是一种高介电常数材料。已知：N(SiH3)3中Si—N—Si键的键角为120°，N(CH3)3中C—N—C键的键角为111°。共价键的极性：Si—N键________(填“＞”、“＜”或“＝”)C—N键。
(3)铝硼中间合金在铝生产中应用广泛。金属铝的熔点为660.3 ℃，晶体硼的熔点为2 300 ℃，晶体硼熔点高于金属铝的原因是______________________________。晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子，结构如图。若其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有________种。
(4)已知合金Na2AlAu3的立方晶胞结构如图1，Na原子以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中填入Au3Al四面体；图2为沿x轴投影晶胞中所有Na原子的分布图。
与每个Na距离最近的Na有________个；若A点原子的分数坐标为，则B点原子的分数坐标为________；设NA为阿伏加德罗常数的值，Na2AlAu3的摩尔质量为M g·mol-1，晶体的密度为ρ g·cm-3，则A、C两原子间的距离为____________pm(列出计算表达式)。
答案：(1)c＞a＞b (2)＞ (3)晶体硼为共价晶体，铝为金属晶体 3
(4)4 ×1010
解析：(1)电子层数越多，半径越大；质子数相同、电子层数也相同时，电子数越多，半径越大。半径由大到小的顺序为[Ne]3s23p14s1＞[Ne]3s23p2＞[Ne]3s23p1。
(2)C的电负性大于Si，共价键的极性：Si—N键＞C—N键。(3)晶体硼是共价晶体，铝是金属晶体，晶体硼的熔点高于金属铝。晶体硼的结构为，若其中有两个原子为10B，其余为11B，可以理解为2个11B被10B代替，则该结构单元可能有3种情况：1、2号B原子为10B，1、3号B原子为10B，1、4号B原子为10B。
(4)根据图示，与每个Na距离最近的Na有4个；若A点原子的分数坐标为，则B点原子的分数坐标为；根据均摊原则，每个晶胞中含有Na的个数为8×＋4＝8。设晶胞的边长为a cm，则a＝，A、C两原子间的距离为 cm＝ cm＝×1010 pm。第4讲 晶体结构与性质
【课时训练】
A级(练考点 过基础)
1．(2022·烟台模拟)下列排序错误的是( )
A．熔点由高到低：Al＞Mg＞Na
B．硬度由大到小：金刚石＞晶体硅＞碳化硅
C．晶体熔点由低到高：CO＜KCl＜SiO2
D．熔点由高到低：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
2．(2023·湖北联考)复合催化剂C60－Cu/SiO2可以实现常压合成乙二醇。下列有关叙述正确的是( )
A．C60和石墨烯互为同素异形体
B．C60和SiO2均为传统无机非金属材料
C．石英玻璃具有各向异性
D．[CuCl4]2-的空间结构为正四面体形
3．20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图所示)。下列说法错误的是 ( )
A．金刚石和石墨的熔点一定比C60高
B．C60的熔点比金刚石和石墨要高
C．C60的熔点低于C90
D．球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子都是碳的同素异形体
4．(2022·大同模拟)某Ba－Ti－O晶体具有良好的电学性能，其晶胞为立方晶胞(如图)，晶胞参数为a pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，下列有关该晶体的说法错误的是( )
A．化学式为BaTiO3
B．Ba2+的配位数为6
C．Ti4+位于O2-的八面体空隙中
D．晶体的密度为 g·cm-3
B级(练能力 过素养)
5．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g·mol-1，晶体的密度为ρ g·cm-3。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 ( )
A．晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B．晶胞中阴、阳离子的配位数都是4
C．该晶胞可能是NaCl晶胞
D．该晶胞中两个距离最近的阴、阳离子的间距为
6．(2022·青岛模拟)(双选)已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中距离最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是( )
A．晶胞中CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm-3
C．1个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的空间结构是直线形，中心C原子的杂化方式是sp
7．(2023·葫芦岛二模)某铁氮化合物晶体的晶胞结构如图所示。若晶胞中距离最近的两个铁原子之间的距离为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A.若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为棱心、面心和体心
B．该化合物的化学式为Fe4N
C．N原子的分数坐标为
D．该晶体的密度为 g·cm-3
8．(双选)下图是蓝色晶体MxFey(CN)6中阴离子的最小结构单元(图中是该晶体晶胞的八分之一)。下列说法正确的是 ( )
A．该晶体属于离子晶体，M显＋2价
B．该晶体属于分子晶体，化学式为MFe2(CN)6
C．该晶体中与每个Fe3+距离最近且相等的CN－有6个
D．该晶体的1个晶胞中含有的M＋的个数为4
9．(2023·济南模拟)(双选)黑砷在催化电解水方面受到关注，其晶体结构如图所示，与石墨类似。下列说法正确的是( )
A．黑砷中As—As键的强度均相同
B．黑砷与C60都属于混合型晶体
C．黑砷与石墨均可作为电的良导体
D．黑砷单层中As原子与As—As键的个数比为2∶3
C级(冲刺·“双一流”)
10．(2023·北京三模)硅酸盐是地壳岩石的主要成分，在硅酸盐中，四面体(图甲为俯视投影图)通过共用顶角氧原子可形成六元环(图乙)、无限单链状(图丙)、无限双链状(图丁)等多种结构。石棉是由钙、镁离子以个数比1∶3与单链状硅酸根离子形成的一种硅酸盐。
下列说法错误的是( )
A．大多数硅酸盐材料硬度高与硅氧四面体结构有关
B．六元环的硅酸盐阴离子的化学式为
C．石棉的化学式为CaMg3Si4O12
D．双链硅酸盐中硅、氧原子数之比为2∶5
11．(2023·烟台二模)硅材料和铝材料在生产、生活中应用广泛。回答下列问题：
(1)一种磷酸硅铝分子筛常用于催化甲醇制烯烃的反应。由硅原子核形成的三种微粒：a.[Ne]3s23p2、、c.[Ne]3s23p14s1，半径由大到小的顺序为____________(用字母表示)。
(2)N(SiH3)3是一种高介电常数材料。已知：N(SiH3)3中Si—N—Si键的键角为120°，N(CH3)3中C—N—C键的键角为111°。共价键的极性：Si—N键________(填“＞”、“＜”或“＝”)C—N键。
(3)铝硼中间合金在铝生产中应用广泛。金属铝的熔点为660.3 ℃，晶体硼的熔点为2 300 ℃，晶体硼熔点高于金属铝的原因是______________________________。晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子，结构如图。若其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有________种。
(4)已知合金Na2AlAu3的立方晶胞结构如图1，Na原子以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中填入Au3Al四面体；图2为沿x轴投影晶胞中所有Na原子的分布图。
与每个Na距离最近的Na有________个；若A点原子的分数坐标为，则B点原子的分数坐标为________；设NA为阿伏加德罗常数的值，Na2AlAu3的摩尔质量为M g·mol-1，晶体的密度为ρ g·cm-3，则A、C两原子间的距离为____________pm(列出计算表达式)。
