阶段质量检测(三)　晶体结构与性质（含解析）高中化学人教版（2019）选择性必修 第二册

阶段质量检测(三)　晶体结构与性质
选择题部分(请将答案填在后面的答题栏内)
一、选择题：本题共15小题，每小题3分，共45分。
1．C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是(　　)
A．具有自范性
B．与C60互为同素异形体
C．含有sp3杂化的碳原子
D．化学性质与金刚石有差异
2．(2024·四川宜宾期末)配位化合物[Cu(NH3)4]SO4中，不含有的化学键是(　　)
A．离子键　　　　　　　 B．极性键
C．非极性键 D．配位键
3．下列物质沸点的比较，正确的是(　　)
A．CH4>C2H6
B．HF>HCl
C．H2S>H2Se
D．>CH3CH2CH2CH3
4．(2024·湖北武汉期中)下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是(　　)
A．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
B．分子晶体中一定存在共价键
C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
D．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
5．(2024·山东烟台期末)下列关于物质性质或结构的比较错误的是(　　)
A．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．熔点：CI4>CBr4>CCl4>CF4
C．沸点：H2O>H2S>H2Se
D．键角：NH> H3O＋>H2O
6．(2024·江苏盐城期末)有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．在碘晶体中，存在的作用力有非极性共价键和范德华力
B．图乙的气态团簇分子的分子式为EF或FE
C．在CO2晶体中，1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻
D．在NaCl晶体中，距某个Na＋最近的Cl－围成的空间是正八面体
7．(2023·山东卷)石墨与F2在450 ℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是(　　)
A．与石墨相比，(CF)x导电性增强
B．与石墨相比，(CF)x抗氧化性增强
C．(CF)x中C—C的键长比C—F短
D．1 mol (CF)x中含有2x mol共价单键
8．镍酸镧电催化剂立方晶胞如图所示，晶胞参数为a，具有催化活性的是Ni，图①和图②是晶胞的不同切面。下列说法错误的是(　　)
A．催化活性：①>②
B．镍酸镧晶体的化学式为LaNiO3
C．La周围紧邻的O有4个
D．La和Ni的最短距离为a
9．(2024·陕西西安期末)据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似我国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构，分子中C60被包裹在Si60里面，内外两层通过共价键相连，下列叙述不正确的是(　　)
A．该物质中的C和Si均采取sp3杂化
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质中含有π键
D．该物质的相对分子质量为2 400
10．(2024·江苏南京期末)《Science》杂志曾报道合成和分离出含高能量正离子N的化合物N5AsF6。
N的结构如图所示。下列关于该化合物的描述错误的是(　　)
A．N5AsF6中F的化合价为－1价，As的化合价为＋5价
B．N与PO的价电子数目相等
C．N中含有4个π键
D．N5AsF6为离子化合物
11．(2024·辽宁朝阳期末)几种物质的沸点如图所示。下列推断正确的是(　　)
A．D可能为共价晶体，H为分子晶体
B．G可能为离子晶体，A可能为分子晶体
C．G、H一定是分子晶体，E、F一定是金属晶体
D．D可能为共价晶体，B一定是离子晶体
12．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，结构如图所示(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞示意图不符合化学式的是(　　)
13．AX4四面体(T1)在无机化合物中很常见。T1按图示方式相连，可形成一系列超四面体(T2、T3等)，下列说法正确的是(　　)
A．超四面体系列的各物质最简式相同
B．AX4每个面都是正三角形，键角为109°28′
C．CH4、CCl4、SiF4等化合物均可形成超四面体系列
D．AX4四面体形成的无限三维结构对应的晶体为分子晶体
14．已知铜的一种氯化物的晶胞如图所示。原子坐标a(0,0,0)，b(0.25,0.25,0.25)。该晶胞参数为x nm，NA表示阿伏加德罗常数的值。下列叙述错误的是(　　)
A．该晶体的化学式为CuCl
B．铜原子c点坐标为(0.75,0.25,0.75)
C．氯原子配位数为8
D．该晶体密度为×1021 g·cm－3
15．立方氮化硼(BN)是特殊的耐磨和切削材料，其晶胞结构(如图所示)与金刚石相似。下列说法错误的是(　　)
已知：晶胞的棱长为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值。
A．原子半径：NB．氮化硼晶体的微观空间里存在BN分子
C．立方氮化硼的密度ρ＝×1023 g·cm－3
D．氮化硼晶胞的俯视投影图为
非选择题部分(请在各题后直接作答)
二、非选择题：本题共4小题，共55分。
16．(12分)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，结构与金刚石相似，其晶胞结构如图所示。请回答下列问题：
(1)基态硼原子中两种自旋方向的电子数之比为________，基态磷原子中电子的运动状态有________种，与硼同主族的第四周期元素的基态原子价层电子的轨道表示式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)H3BO3为一元弱酸，H3BO3分子中O—B—O的键角________(填“>”“<”或“＝”)BH中H—B—H的键角，原因为__________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)磷化硼晶体属于________晶体，其中硼原子的配位数为________。
(4)磷化硼的化学式为____________，该晶体的密度为____________ g·cm－3(用含a、NA的代数式表示，阿伏加德罗常数的值为NA)。
17．(13分)氮族元素在化学领域具有重要的地位。请回答下列问题：
(1)基态氮原子的未成对电子数为________；第二周期的元素中，第一电离能介于B和N之间的元素有________(填元素符号)。
(2)PH3是一种有毒气体，用于合成医药制剂、农药杀虫剂等。其中P原子的杂化类型为________。NH3的沸点________(填“高于”或“低于”)PH3的沸点，主要原因是____________________________________________________。
(3)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。氮化碳的硬度________(填“大于”或“小于”)氮化硅的硬度，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。(4)AlN晶胞如图所示，晶胞的边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则ρ(AlN)＝__________ g·cm－3。
18．(15分)(2024·江西抚州期末)MgO、Cu和干冰的晶胞示意图如下：
请回答下列问题：
(1)以上晶体中粒子之间主要以范德华力结合的晶体是____________。
(2)在MgO晶体中，与Mg2＋相邻且最近的Mg2＋个数为________。
(3)每个Cu晶胞中平均有________个Cu原子。
(4)GaN晶体结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替，顶点和面心的碳原子被Ga原子代替，如图所示。
晶胞中与同一个N原子相连的Ga原子构成的空间结构为____________。
(5)以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置，称作原子分数坐标。若A原子坐标为(0,0,0)，则B原子坐标为____________。
(6)若GaN晶胞边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值，GaN的密度为________g·cm－3。
19．(15分)(2024·辽宁葫芦岛期末)我国在化学领域取得了丰硕的成果，从古至今都有着重要的贡献。
(1)《诗经》言“缟衣茹藘(茜草)”，茜草中的茜素与矾土中的Al3＋、Ca2＋生成的红色配合物X是最早的媒染染料。
配合物X中Al3＋的配体除外还有______________，茜素水溶性较好的主要原因是①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________。
(2)单质S和H2在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。该物质的
晶体类型是__________，该化合物的化学式为_____________________________。
(3)某种高选择性的CO2加氢合成甲醇的催化剂可由如图所示晶胞参与合成。晶胞参数为a pm、a pm、c pm，则B点坐标为__________，该晶体密度为____________ g·cm－3(写出计算式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。在该晶体中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝__________(用x表达)。
阶段质量检测(三)
1.选A　自范性是晶体的性质,碳玻璃为非晶态,所以没有自范性,A错误;碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同的单质,所以互为同素异形体,B正确;碳玻璃具有高硬度,与金刚石的物理性质类似,因而结构具有一定的相似性,所以含有sp3杂化的碳原子形成化学键,C正确;金刚石与碳玻璃属于同素异形体,性质差异主要表现在物理性质上,化学性质上也有着活性的差异,D正确。
2.选C　配位化合物[Cu(NH3)4]SO4中含有配离子[Cu(NH3)4]2+和S之间的离子键,NH3和S中都有极性键,Cu2+和NH3之间以配位键结合,不含非极性键。
3.选B　甲烷和乙烷的组成结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,因此沸点CH4HCl,B正确;H2S、H2Se的组成结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,因此沸点H2S4.选A　金刚石属于共价晶体,其中碳原子采取sp3杂化轨道与周围的4个碳原子形成正四面体结构,以共价键形成空间网状结构,晶体中最小环上有6个碳原子,A项正确;分子晶体中不一定存在共价键,如稀有气体形成的晶体,原子间没有共价键,B项错误;HF分子间存在氢键,HI分子间不存在氢键,故HI的沸点低于HF,C项错误;SiO2属于共价晶体,在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键,D项错误。
5.选C　共价晶体中原子半径越小共价键越强,硬度越大,原子半径:C碳化硅>晶体硅,故A正确;4种物质都是分子晶体,对于分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高,则熔点由高到低:CI4>CBr4>CCl4>CF4,故B正确;相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高,但水分子间存在氢键,熔、沸点最高,则氢化物的沸点:H2O >H2Se>H2S,故C错误;N、H3O+和H2O的VSEPR模型均为四面体,但N无孤电子对,H3O+有1个孤电子对,H2O有2个孤电子对,由于孤电子对间排斥力>孤电子对和成键电子对之间的排斥力>成键电子对之间的排斥力,所以键角由大到小:N>H3O+>H2O,故D正确。
6.选B　在碘晶体中,I2分子内存在I—I非极性共价键,在I2分子之间存在范德华力,因此该晶体中存在的作用力有非极性共价键和范德华力,A正确;该气态团簇分子中含有4个E和4个F原子,则该气态团簇分子的分子式为E4F4或F4E4 ,B错误;在CO2晶体中,CO2为面心立方堆积,1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻,分别在xyz三个平面各4个,C正确;在NaCl晶体中,距Cl-最近的Na+有6个,距Na+最近的Cl-有6个,这6个离子构成一个正八面体,D正确。
7.选B　石墨导电的原因是石墨层间有自由移动的电子,石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x后,可自由移动的电子减少,导电性减弱,A错误;石墨层间插入F后形成的C—F极短,键能极大,分子结构稳定性增强,抗氧化性增强,B正确;随原子序数递增,同周期主族元素的原子半径逐渐减小,因此(CF)x中C—C的键长比C—F的长,C错误;由题图知,(CF)x中每个碳原子形成3个C—C、1个C—F,其中每个C—C被2个碳原子共用,则1 mol (CF)x中含有2.5x mol 共价单键,D错误。
8.选C　具有催化活性的是Ni,图②中没有Ni原子,则催化活性:①>②,故A正确;镍酸镧电催化剂立方晶胞中含有1个La,12×=3个O,8×=1个Ni,镍酸镧晶体的化学式为LaNiO3,故B正确;由晶胞结构可知,La在晶胞体心,O在晶胞的棱心,则La周围紧邻的O有12个,故C错误;由晶胞结构可知,La和Ni的最短距离为体对角线的一半,为a,故D正确。
9.选C　该物质中的C和Si均含四个共价键,采取sp3杂化,A正确;由题目中的信息可知该物质是一种新的球形分子,它的分子式为C60Si60,所以该物质属于分子晶体,B正确;在C60 、Si60分子结构中,每个原子形成3个键与其他3个原子相结合,而在该分子中C60 、Si60内外两层通过共价键相连,这样每个原子就形成4个键,而达到C、Si原子共价键饱和性,故该分子中没有π键,C错误;它的分子式为C60Si60,所以该物质的相对分子质量为12×60+28×60=2 400,D正确。
10.选B　的化合价为+1价,氟元素显-1价,根据在化合物中正负化合价代数和为0,可知N5AsF6中砷元素的化合价:(+1)+x+(-1)×6=0,则x=+5,故A正确;的价电子数=5×5-1=24,P的价电子数=5+6×4+3=32,价电子数目不相等,故B错误;由结构图知,含有2个氮氮三键,每个三键含有2个π键,所以共有4个π键,故C正确;化合物N5AsF6是由和[AsF6]-形成的离子化合物,故D正确。
11.选A　不同类型的晶体熔、沸点高低规律为共价晶体>离子晶体>分子晶体;金属晶体的熔、沸点有的很高,如钨等,有的则很低,如汞等。由题图知,D的沸点最高,D晶体可能是共价晶体,G、H在常温下呈气态,一定是分子晶体,A正确,B错误。由题图知,E、F的沸点较低,可能为金属晶体或者离子晶体,C错误。由题图知,B的沸点较低,可能为金属晶体或者离子晶体,D错误。
12.选D　在此平面结构中,截取的每个小正方形的顶点上的原子都为4个小正方形共用,在边上的原子都为2个小正方形共用,A项中N(Co)∶N(O)=1∶=1∶2,与化学式CoO2相符;B项中N(Co)∶N(O)=∶4=1∶2,与化学式CoO2相符;C项中N(Co)∶N(O)=∶=1∶2,与化学式CoO2相符;D项中N(Co)∶N(O)=1∶=1∶1,与化学式CoO2 不相符。
13.选B　T1、T2和T3的化学式分别为AX4、A4X10和A10X20,故超四面体系列的各物质最简式不相同,A项错误;AX4中,中心原子A的价层电子对数为4,发生sp3杂化,键角为109°28',构成正四面体结构,则每个面都是正三角形,B项正确;X为配位原子,可以与两个A原子相连,应为氧、硫等原子,H、F、Cl不能与两原子相连,故CH4、CCl4、SiF4不可以形成超四面体系列,C项错误;分子晶体中分子为相对独立的个体,AX4四面体形成的无限三维结构对应的晶体可能为共价晶体,D项错误。
14.选C　该晶胞中,8个氯位于顶点,6个氯位于面心,4个铜位于体内,根据均摊法知1个晶胞中含8×+6×=4个氯、4个铜,其化学式为CuCl,A正确;根据a、b点原子坐标可推知,铜原子c点坐标为(0.75,0.25,0.75),B正确;1个氯原子周围有4个铜,氯原子配位数为4,C错误;每个晶胞中含有4个CuCl,晶体密度ρ= g·cm-3,D正确。
15.选B　同周期元素从左到右原子半径依次减小,故原子半径:N16.解析:(1)基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1,其中自旋方向不同的电子数之比为2∶3(或3∶2);磷为第15号元素,基态磷原子中电子的运动状态有15种;与硼同主族的第四周期元素为Ga的基态原子价层电子的轨道表示式为。(2)因为H3BO3分子为平面分子,B原子采用sp2杂化,B中的B采用sp3杂化,sp2杂化形成的键角为120°,sp3杂化形成的键角为109°28',sp2杂化轨道形成的键角大于sp3杂化轨道形成的键角,H3BO3分子中O—B—O的键角>B中H—B—H的键角。(3)超硬耐磨涂层材料,结构与金刚石相似,属于共价晶体;磷化硼晶体,其中与硼原子相连的P有4个,其硼配位数为4。(4)根据晶胞结构得B:4,P:8×+6×=4,B、P个数比为1∶1,故磷化硼的化学式为BP;ρ== g·cm-3。
答案:(1)2∶3(或3∶2)　15　　(2)>　H3BO3分子中的B采用sp2杂化,B中的B采用sp3杂化,sp2杂化轨道形成的键角大于sp3杂化轨道形成的键角　(3)共价　4　(4)BP　
17.解析:(1)根据氮原子的电子排布图可知,基态氮原子的未成对电子数为3;第一电离能介于B和N之间的元素有Be、C、O三种元素。(2)PH3中心原子价层电子对数为4,所以P原子的杂化类型为sp3;NH3的沸点高于PH3的沸点,主要原因是NH3分子间形成氢键。(3)氮化碳和氮化硅均为共价晶体,氮化碳中C—N的键长比氮化硅中N—Si的键长短,键能大,所以氮化碳的硬度大于氮化硅的硬度。(4)根据均摊法可知,晶胞中含有8×+6×=4个Al,4个N,晶胞的边长为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则ρ(AlN)==×1030 g·cm-3。
答案:(1)3　Be、C、O　(2)sp3　高于　NH3分子间形成氢键　(3)大于
氮化碳和氮化硅均为共价晶体,氮化碳中C—N的键长比氮化硅中N—Si的键长短,键能大　(4)×1030
18.解析:(1)晶体中粒子之间主要以范德华力结合的为分子晶体,图中只有干冰为分子晶体。(2)镁离子位于顶点和面心,以任一顶点的镁离子为例,距离最近的镁离子为面心的三个镁离子,而其顶点属于8个晶胞,每个面心的镁离子重复一次,故一个镁离子周围紧邻的镁离子有12个。(3)Cu晶胞中,每个晶体中Cu个数为8×+6×=4,故每个Cu晶胞中平均占有4个Cu。(4)由题目信息和晶胞图可知,与同一个N原子相连的Ga原子构成的空间结构为正四面体形,N位于正四面体的中心。(5)已知A原子坐标为(0,0,0),B原子位于右下后,坐标为。(6)若NA为阿伏加德罗常数的值,GaN晶胞边长是a pm,晶胞中有4个Ga和4个N,则GaN晶体的密度为= g·cm-3。
答案:(1)干冰　(2)12　(3)4　(4)正四面体形　 (5) 　(6)
19.解析:(1)从图中看出,Al3+与酚羟基中的O、OH-、H2O中的O形成配位键,则配合物X中Al3+的配体还有H2O、OH-,茜素分子中含有亲水基,则水溶性较好的主要原因是:①分子中含有亲水性的羟基、羰基,②能和水分子形成氢键。(2)该物质为超导材料,图中信息显示,晶胞中S和H都以单个微粒存在,则该物质的晶体类型是离子晶体;该化合物的晶胞中,含S个数为8×+1=2,含H个数为12×+6×=6,所以化学式为H3S。(3)B点位于右端侧面的中点,则B点坐标为,该晶体密度为= g·cm-3。在该晶体中掺杂少量ZnO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,依据化合价的代数和为0可得:2x+4(1-x)=2y,则y=2-x。
答案:(1)H2O、OH-　分子中含有亲水性的羟基、羰基　能和水分子形成氢键　(2)离子晶体　H3S　(3)　　2-x