章末质量检测（三） 晶体结构与性质
（分值：100分）
一、选择题（本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题意）
1.（2024·南宁高二检测）科学家可以借助某些实验手段或仪器来测定化学物质的组成和空间结构，下列有关说法错误的是（ ）
A.质谱仪可以快速精确地测定有机物的相对分子质量
B.红外光谱仪可以用来测定分子的化学键和官能团
C.通过测定物质的熔点和沸点可以确定物质是否含有配位键
D.区别晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X-射线衍射实验
2.（2024·烟台高二检测）下列说法错误的是（ ）
A.等离子体由于具有能自由运动的带电粒子，故具有良好的导电性和流动性
B.缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.物质的聚集状态除了气态、液态和固态之外，还有其他聚集状态
3.有下列化合物，其晶体的熔点按由高到低的顺序排列正确的是（ ）
A.SiO2 CsCl CBr4 CF4
B.SiO2 CsCl CF4 CBr4
C.CsCl SiO2 CBr4 CF4
D.CF4 CBr4 CsCl SiO2
4.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C的杂化方式相同
D.NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋
5.（2024·太原高二检测）卤化钠（NaX）和四卤化钛（TiX4）的熔点如图所示。下列判断不正确的是（ ）
A.TiF4的熔点反常升高是由于氢键的作用
B.NaX随X－半径增大，离子键减弱
C.四氯化钛中存在共价键和分子间作用力
D.由图可看出F的电负性强于Cl、Br、I
6.（2024·苏州高二检测）下列说法不正确的是（ ）
A.搓捻“热袋”（如图1）中的金属小圆片，热袋中过饱和溶液因结晶而放热
B.使用后的“热袋”变硬后可放入沸水中使之变回液态，取出冷却后备用
C.制备明矾晶体实验中（如图2），析出的明矾覆盖到小晶体表面，晶体变大，若急速冷却，可获得更大颗粒的晶体
D.向明矾溶液中加入过量NaF溶液后再加浓氨水，发现无白色沉淀生成，说明F－比OH－更易结合Al3＋
7.（2024·长沙高二检测）Mg2Fe是目前储氢密度最高的材料之一，其晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm。Mg原子占据Fe形成的所有四面体空隙，储氢后，H2分子占据Fe形成的八面体空隙，化学式为Mg2Fe。下列说法正确的是（ ）
A.Mg2Fe晶胞中，存在的化学键类型为金属键和离子键
B.氢气储满后晶体的化学式为Mg2Fe
C.氢气储满后，H2和H2的最短距离为a pm
D.晶胞中Fe与Mg的配位数均为4
8.已知Cu2＋在溶液中与H2O或Cl－等可形成配位数为4的配离子。某同学通过实验研究铜盐溶液颜色的变化。下列说法错误的是（ ）
A.由②③④推测，溶液中存在：[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H2O
B.溶液②中形成了[Cu（H2O）4]2＋，[Cu（H2O）4]2＋中Cu2＋采取sp3杂化
C.由④可知，Cu2＋与Cl－可能会结合产生黄色物质
D.若取少量④中溶液进行稀释，溶液会变为蓝色
9.（2024·沧州高二检测）多杂原子—氢键桥接电子传递途径赋予了超分子催化体系很高的光催化性能，有机物COF和Ni配合物形成的超分子催化体系的局部结构如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.与Ni同周期且未成对电子数和Ni相同的元素还有3种
B.每个配体与Ni形成2个配位键
C.①和②处氮原子杂化方式相同
D.①处C—N—C键角小于③处N—N—C键角
10.（2024·玉溪高二检测）铁有δ、γ、α三种同素异形体，其晶胞结构如图所示，下列判断正确的是（ ）
A.δ、γ、α铁晶体中存在金属阳离子和阴离子
B.γ-Fe晶胞中所含有的铁原子数为14
C.δ-Fe、α-Fe两种晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数之比为4∶3
D.若α-Fe晶胞棱长为a cm，γ-Fe晶胞棱长为b cm，则两种晶体的密度之比为b3∶a3
11.MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体，边长分别为a nm、b nm、c nm，结构如图所示。已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法错误的是（ ）
A.该晶体中存在的化学键包括共价键、离子键、氢键
B.S2的空间结构为四面体形
C.的配位数为6
D.该晶体的密度为×1021g·cm－3
12.青霉胺可以用于医学上误食铜盐的解毒，解毒原理：Cu2＋形成环状配合物，其结构如图所示。该配合物无毒、易溶于水，可经尿液排出。下列说法正确的是（ ）
A.共价键键角的大小关系为H2O＞NH3
B.电负性大小关系为O＞N＞Cu＞H
C.该配合物易溶于水的主要原因是其与水可形成分子间氢键
D.与铜离子形成配位键强弱的大小关系为H2O＞NH3
13.通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示，下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是（ ）
A.同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B.氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C.二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D.在二氧化硅晶体中，每个Si原子形成4个Si—O 共价单键
14.（2024·南阳高二检测）GaAs是5G时代不可或缺的半导体材料，其晶体结构与金刚石相似。将Mn掺入GaAs晶体（图甲）可得到稀磁性半导体材料（图乙），晶体结构不变。设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（ ）
A.GaAs晶体的熔点比GaN晶体的高
B.掺入Mn的晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为5∶27∶32
C.图乙中a和c的原子坐标参数分别为（0，0，0）和，则b的原子坐标参数为（1，1，0）
D.GaAs晶体的密度为ρ g·cm－3，则该晶体中距离最近的两个镓原子的核间距为××1010 pm
15.A、X、M、Y为原子序数依次增大的短周期元素，其中M为金属元素，A、X、Y为非金属元素。M3XY是一种离子晶体，该立方晶胞参数为a nm，M3XY可由M2X＋MYM3XY制得，也可常压合成：2M＋2MXA＋2MY2M3XY＋A2，反应消耗0.92 g M可获得标准状况下0.448 L气体A2。下列说法正确的是（ ）
A.M的原子坐标部分为（，，），（，0，），
B.Y2X、YX2（YX2中存在大π键）分子中，键角：Y—X—Y＞X—Y—X
C.晶胞密度为 g·cm－3
D.沸点：A2X＞A2X2
二、非选择题（本题共5小题，共55分）
16.（11分）Ⅰ.现有几组物质的熔点数据：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 ℃ Li：181 ℃ HF：－83 ℃ NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：－51 ℃ CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
（1）A组属于 晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是 。
（2）B组晶体共同的物理性质是 （填序号）。
①有金属光泽 ②导电性
③导热性 ④延展性
（3）C组中HF熔点反常是由于 。
（4）D组晶体可能具有的性质是 （填序号）。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电
④熔融状态能导电
Ⅱ.无水CoCl2为深蓝色，吸水后变为粉红色的水合物，水合物受热后又变成无水CoCl2，故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂：CoCl2（深蓝色）＋xH2OCoCl2·xH2O（粉红色），现有65 g 无水CoCl2，吸水后变成119 g CoCl2·xH2O。
（5）水合物中x＝ 。
（6）已知该水合物中Co2＋配位数为6，将等浓度等体积的CoCl2溶液与硝酸银溶液混合并充分反应后，取上层清液再滴加硝酸银溶液没有沉淀产生，则该水合物的化学式可表示为 。
17.（11分）（2024·信阳高二检测）如图是超导化合物——钙钛矿晶体中最小重复单元（晶胞）的结构。请回答：
（1）该化合物的化学式为 。
（2）在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有 个。
（3）设该化合物的相对分子质量为M，密度为a g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为 。
（4）在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为 ％（列出计算表达式）。
18.（11分）（2024·盐城高二检测）铝和硅在地壳中含量丰富，其单质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题：
（1）LiAlH4是一种特殊的还原剂，可将羧酸直接还原成醇：CH3COOHCH3CH2OH。
①的空间结构名称是 。
②CH3COOH分子中π键和σ键的数目之比为 。
（2）铝和白磷在一定条件下可以制备磷化铝（AlP），其晶胞如图所示：
①晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），B的原子坐标为，则C的原子坐标为 。
②晶胞中Al的配位数是 ，若该晶胞的密度为a g·cm－3，Al的半径为x pm，P的半径为y pm，则该晶体的空间利用率为 （列出表达式，阿伏加德罗常数的值为NA）。
19.（11分）金属K和C60能够发生反应产生一系列金属球碳盐KxC60，部分金属球碳盐具有超导性，是球碳族化合物的研究热点之一。
（1）金属K中含有的化学键是 键。
（2）C60晶体中分子密堆积，其晶胞结构如图所示。C60晶体属于 晶体，每个C60分子周围等距离且紧邻的C60有 个。
（3）某种KxC60的晶胞结构如图所示。位于立方体晶胞的顶点和面心，K＋位于晶胞的体心和棱心，另外晶胞内还有8个K＋。
①KxC60中x＝ 。
②该晶胞立方体的边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，KxC60的摩尔质量为M g·mol－1，则晶体的密度为 g·cm－3。
③KxC60的熔点高于C60，原因是 。
20.（11分）（2024·咸阳高二检测）西北工业大学曾华强课题组借用足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运输，如图所示。
已知：图中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数-冠醚-氧原子个数”。
请回答下列问题：
（1）基态K原子的核外电子云有 个伸展方向。
（2）运输Cs＋的冠醚名称是 。冠醚与碱金属离子之间存在微弱的配位键，配位原子是 （填元素符号）。
（3）几种冠醚与识别的碱金属离子如表所示：
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm）
12-冠（醚）-4 120～150 Li＋（152）
15-冠（醚）-5 170～220 Na＋（204）
18-冠（醚）-6 260～320 K＋（276）
340～430 Rb＋（304）
340～430 Cs＋（334）
冠醚识别碱金属离子的必要条件是 。
观察跨膜运输示意图，冠醚不能识别和运输X－1的主要原因可能是 。
（4）钾离子可以嵌入冠醚的空穴中形成超分子，KCl与18-冠-6形成的化合物的晶体类型为 。
（5）钾元素与氧元素形成的某些化合物可以作为宇宙飞船的供氧剂。其中一种化合物的晶胞在xy平面、xz平面、yz平面上的投影如图所示，该晶胞中存在的微粒间作用力有 ，钾元素和氧元素形成的化合物的化学式为 ，其晶胞边长为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为 g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。
章末质量检测（三） 晶体结构与性质
1.C 通过测定物质的熔点和沸点不能确定物质是否含有配位键，例如对于含有配位键的分子晶体，影响其熔、沸点的是分子间作用力，而配位键是一种化学键，不影响熔、沸点，C错误。
2.C 具有各向异性的固体不一定都是晶体，还有其他的物质，如多晶陶瓷，C错误。
3.A 物质熔点的高低与晶体的类型有关，一般来说，熔点：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，即熔点：SiO2＞CsCl＞CBr4、CF4；当组成和结构相似时，分子晶体的熔点高低与相对分子质量的大小有关，一般来说，相对分子质量大的熔点高，即熔点：CBr4＞CF4。
4.D 金刚石晶体中每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体形，形成的晶体为共价晶体，A正确；该反应中Na元素化合价由0价变为＋1价，则Na在该反应中作还原剂，还原剂具有还原性，B正确；CCl4中中心碳原子的价层电子对数为4，即为sp3杂化，C（金刚石）中碳原子的价层电子对数为4，即为sp3杂化，它们的杂化方式相同，C正确；根据氯化钠晶胞结构，NaCl晶体中每个Cl－周围有6个Na＋，每个Na＋周围有6个Cl－，D错误。
5.A TiF4中没有H原子，分子间不能形成氢键，A错误；NaX属于离子晶体，X－的半径越大，晶格能越小，离子键越弱，故NaX随X－半径增大，离子键减弱，B正确；四氯化钛熔点较低，说明四氯化钛是分子晶体，存在共价键和分子间作用力，C正确；TiF4的熔点反常升高是因为F的电负性很强，F－和Ti4＋形成离子键，则TiF4是离子晶体，熔点较高，而TiCl4、TiBr4、TiI4熔点较低，说明它们是分子晶体，则由图可看出F的电负性强于Cl、Br、I，D正确。
6.C 结晶过程中会形成离子键，形成化学键会放热，A正确；“热袋”变硬后表示已经结晶，放入沸水中吸收热量后晶体融化变为液态，可以重复使用，B正确；结晶的过程速度要适当，如果急速冷却，晶体的颗粒会变小，C错误；Al3＋与过量的NaF反应会生成冰晶石即六氟铝酸钠，再加氨水，无白色沉淀生成，说明F－比OH－更易结合Al3＋，D正确。
7.C 构成该晶体的元素均为金属元素，所以存在的化学键类型为金属键，A错误；Fe原子形成的八面体空隙在晶胞的棱心和体心，所以每个晶胞中含有4个Fe和8个Mg，12×＋1＝4个H2，因此氢气储满后晶体的化学式为Mg2FeH2，B错误；H2和H2的最短距离为面对角线长的二分之一，为a pm，C正确；根据晶胞结构示意图可知，距离Mg原子最近且等距的Fe原子有4个，即Mg的配位数为4，而该晶体的化学式为Mg2Fe，所以Fe的配位数为8，D错误。
8.B 向③中蓝色溶液加入足量NaCl固体，反应后的④中底部NaCl固体表面呈黄色，说明溶液中存在：[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H2O，A正确；[Cu（H2O）4]2＋的空间结构为平面四边形，所以Cu2＋采取dsp2杂化，B错误；向③中溶液加入足量NaCl固体后，底部的NaCl固体表面呈黄色，说明Cu2＋与Cl－可能会结合产生黄色物质，C正确；取④中溶液进行稀释，[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H2O平衡逆向移动，则溶液会变为蓝色，D正确。
9.D Ni位于第四周期，有两个未成对电子，第四周期还有Ti、Ge、Se有两个未成对电子，A项正确；由图示结构可知，双齿配体与Ni可形成两个配位键，B项正确；①、②、③处氮原子分别为sp2杂化、sp2杂化、sp3杂化，则①和②处杂化方式相同，C项正确；①处N原子采用sp2杂化C—N—C键角约为120°，③处N原子采用sp3杂化，且含有1个孤电子对，N—N—C键角小于109°28'，则①处C—N—C键角＞③处N—N—C键角，D项错误。
10.C 铁晶体是金属晶体，晶体中只存在金属阳离子和自由电子，不存在阴离子，A错误；γ-Fe晶胞属于面心立方密置堆积，根据均摊法，该晶胞中含有的铁原子数为8×＋6×＝4，B错误；δ-Fe晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数为8，α-Fe晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数为6，则两种晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数之比为8∶6＝4∶3，C正确；若α-Fe晶胞棱长为a cm，则其体积为a3 cm3，其含有的铁原子个数为1，则其密度为 g·cm－3，γ-Fe晶胞棱长为b cm，其体积为b3 cm3，其含有的铁原子个数为4，则其密度为 g·cm－3，则两种晶体的密度之比为b3∶4a3，D错误。
11.A 该晶体中存在和S2之间的离子键，还存在H2O中的共价键，以及H2O分子之间的氢键，但氢键不属于化学键，A错误；S2的中心原子S原子有4个σ键，没有孤电子对，所以S原子的杂化类型为sp3杂化，空间结构为四面体形，B正确；的配体为H2O，配位数为6，C正确；由晶胞结构可知，1个晶胞中含有为8×＋4×＋2×＋1＝4个，S2为4个，所以该晶胞的密度ρ＝＝×1021g·cm－3，D正确。
12.C 孤电子对数越多，排斥作用越强，键角越小，H2O分子有2个孤电子对，NH3分子有1个孤电子对，则键角：H2O＜NH3，A错误；金属Cu的电负性小，非金属性：O＞N＞H，非金属性越强，其电负性越大，则电负性：O＞N＞H＞Cu，B错误；由题图可知，该环状配合物中含有N—H和O—H，并且N、O原子的电负性较大，可与水分子形成分子间氢键，导致其溶解度增大，C正确；电负性：O＞N，O吸引电子的能力强，不易提供孤电子对形成配位键，所以与铜离子形成配位键强弱：H2O＜NH3，D错误。
13.B SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构不同，A项正确；二氧化碳为分子晶体，氯化钠和氯化铯为离子晶体，它们的物理性质不同，B项错误；二氧化碳为分子晶体，分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，C项正确；在二氧化硅晶体中，每个Si原子形成4个Si—O 共价单键，D项正确。
14.A GaAs和GaN都属于共价晶体，但前者所含共价键键长长，键能小，熔点低，A错误；利用均摊法可知，每个图乙晶胞中Mn的个数为，Ga的个数为，As的个数为4，Mn、Ga、As的个数比为5∶27∶32，B正确；a和c原子坐标参数分别为（0，0，0）和，则b原子坐标参数为（1，1，0），C正确；设GaAs晶胞的边长为a pm，则距离最近的两个镓原子的核间距为a pm，该晶胞中的Ga位于顶点和面心，个数为4，As位于体内，个数为4，则晶胞的质量为
g＝ρ g·cm－3×，解得a＝×1010，故距离最近的两个镓原子的核间距为××1010 pm，D正确。
15.C 反应0.92 g M可获得标准状况下0.448 L气体A2，根据化学方程式可知2 mol M～22.4 L A2，则0.92 g M的物质的量为0.04 mol，M的摩尔质量为＝23 g·mol－1，M为Na，A、X、M、Y为原子序数依次增大的短周期元素，A、X、Y为非金属元素，且根据各化合物的组成可推知A为H、X为O、Y为Cl。根据物质构成可知M为Na，位于晶胞中面心位置，因此M的坐标部分为，，，A错误；Cl2O中心原子为O，有2个σ键、孤电子对数为（6－2×1）＝2，VSEPR模型为四面体形，分子结构为V形；ClO2中心原子为Cl，有2个σ键，其分子中存在大π键，孤电子对数为1，VSEPR模型为平面三角形，分子结构为V形，键角：Cl—O—Cl＜O—Cl—O，B错误；该晶胞中三种原子的个数比为∶∶1＝3∶1∶1，该晶胞的化学式为Na3OCl，晶胞密度为＝g·cm－3，C正确；过氧化氢和水都是分子晶体，过氧化氢的相对分子质量更大，因此其沸点更高，沸点：A2X＜A2X2，D错误。
16.Ⅰ.（1）共价 共价键 （2）①②③④
（3）HF分子间有氢键 （4）②④
Ⅱ.（5）6 （6）[Co（H2O）5Cl]Cl·H2O
解析：Ⅰ.（1）A、B、C、D四组物质中A组熔点最高，属于共价晶体，共价晶体的构成粒子为原子，粒子间作用力为共价键，因此熔化时克服的粒子间的作用力是共价键。（2）B组物质为金属，具有金属光泽、导电性、导热性、延展性。（3）由于HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多，导致HF的熔点反常高。（4）D组物质为离子晶体，有硬度大、水溶液能导电、固体不能导电而熔融状态能导电的性质。Ⅱ.（5）65 g无水CoCl2的物质的量n（CoCl2）＝＝＝0.5 mol，吸收水的质量m（H2O）＝119 g－65 g＝54 g，n（H2O）＝＝＝3 mol，n（CoCl2）∶n（H2O）＝0.5 mol∶3 mol＝1∶6，故CoCl2·xH2O中结晶水的数目x＝6。（6）等浓度等体积的CoCl2溶液与硝酸银溶液混合并充分反应说明CoCl2·xH2O、AgNO3的物质的量相等。取反应后上层清液再滴加硝酸银溶液没有沉淀产生，说明水合物中的两个Cl－中只有1个是外界离子，另一个Cl－为内界配离子，由于该水合物中Co2＋配位数为6，则该水合物的化学式可表示为[Co（H2O）5Cl]Cl·H2O。
17.（1）CaTiO3 （2）6 （3）× cm
（4）Al
解析：（1）由晶胞结构图可知，Ca位于体心，每个晶胞中含1个Ca，O位于棱心，每个晶胞中含12×＝3个O，Ti位于顶点，每个晶胞中含8×＝1个Ti，则该化合物的化学式为CaTiO3。（2）由晶胞结构图可知，每个钛原子周围距离最近的钛原子在立方体的顶点，长度为立方体的棱边的边长，则在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有6个。（3）设该化合物的相对分子质量为M，则每个晶胞
的质量为 g，密度为a g·cm－3，故晶胞的体积为 cm3，晶胞参数为cm，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为×cm。（4）晶胞中的黑球位于顶点和体心，每个晶胞中含8×＋1＝2个黑球，白球位于棱心和体心，每个晶胞中含8×＋2＝4个白球，颗粒的化学式为AlCr2，Al原子与Cr原子个数比为1∶2，则黑球为Al，白球为Cr，处于顶角位置的是Al原子；设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为×100％＝×100％＝％。
18.（1）①正四面体形 ②1∶7 （2）①
②4 ×100％
解析：（1）①中中心原子Al的价层电子对数为4＋×（3＋1－4）＝4，无孤电子对，则的VSEPR 模型为正四面体形，离子的空间结构为正四面体；②单键为σ键，双键中含有1个σ键、1个π键，故CH3COOH分子中含有7个σ键、1个π键，π键和σ键的数目之比为 1∶7。（2）①晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），B的原子坐标为，根据A、B点的原子坐标可判断C点的原子坐标为；②由题干晶胞图示信息可知，晶胞中与Al紧邻的且距离相等的 P 原子个数为4，即Al的配位数是4；晶胞中Al原子个数是8×＋6×＝4，P原子个数是4，晶胞的密度为a g·cm－3，则一个晶胞的体积为 cm3 ，Al的半径为x pm，P的半径为y pm，一个晶胞中原子的实际总体积为4×（πx3＋πy3）×10－30 cm3，则该晶体的空间利用率为×100％。
19.（1）金属 （2）分子 12 （3）①3 ②
③KxC60是离子晶体，C60是分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力
解析：（1）金属K中含有的化学键是金属键。（2）C60 晶体的组成粒子为由60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；顶点的C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子位于面心，其个数为3×8×＝12。（3）①位于晶胞的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，K＋位于晶胞的体心和棱心，晶胞内还有8个K＋，K＋个数为1＋12×＋8＝12，则KxC60中x＝3；②晶胞的质量为m＝ g，立方体晶胞的体积为V＝a3 cm3，晶体的密度为ρ＝＝ g·cm－3； ③KxC60的熔点高于C60，原因是KxC60是离子晶体，C60是分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力。
20.（1）4 （2）21-冠醚-7 O （3）冠醚空腔直径与碱金属离子直径适配 氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用力太弱 （4）离子晶体 （5）离子键、共价键 KO2
解析：（1）K原子ns能级有一个伸展方向，np能级有3个伸展方向，故基态K原子的核外电子云有4个伸展方向。（2）①根据题图可知，运输Cs＋的冠醚的分子中环上有21个原子，7个氧原子，故名称为21-冠醚-7；②氧原子有孤电子对，故氧原子形成配位键。（3）据图表可知，冠醚识别碱金属离子的必要条件是冠醚空腔直径与碱金属离子直径适配；冠醚不能识别和运输X－的主要原因可能是氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用力太弱。（4）冠醚结构不带电荷，K＋嵌入后形成一个更大的带正电荷的阳离子，形成的晶体类型为离子晶体。（5）氧原子间应有共价键以满足化合物中价态及化学键结构要求，所以晶胞中存在的微粒间作用力有离子键、共价键；根据晶胞的三视图可以知道，K原子在晶胞的顶点和体心，一个晶胞含有K原子的数目：8×＋1＝2，O原子有两个在晶胞内，八个在棱上，一个晶胞中含有O原子的数目：2＋8×＝4，晶胞内K原子与O原子个数比为1∶2，所以钾元素和氧元素形成的化合物的化学式为KO2；由以上分析知一个晶胞中含有2个K原子和4个O原子，再将题目所给数据代入密度计算公式，晶体密度为ρ＝＝ g·cm－3＝g·cm－3。
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章末质量检测（三）晶体结构与性质
（分值：100分）
一、选择题（本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个
选项符合题目要求）
1. （2024·南宁高二检测）科学家可以借助某些实验手段或仪器来测
定化学物质的组成和空间结构，下列有关说法错误的是（ ）
A. 质谱仪可以快速精确地测定有机物的相对分子质量
B. 红外光谱仪可以用来测定分子的化学键和官能团
C. 通过测定物质的熔点和沸点可以确定物质是否含有配位键
D. 区别晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X-射线衍射 实验
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解析： 通过测定物质的熔点和沸点不能确定物质是否含有配位
键，例如对于含有配位键的分子晶体，影响其熔、沸点的是分子间
作用力，而配位键是一种化学键，不影响熔、沸点，C错误。
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2. （2024·烟台高二检测）下列说法错误的是（ ）
A. 等离子体由于具有能自由运动的带电粒子，故具有良好的导电性
和流动性
B. 缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
C. 具有各向异性的固体一定是晶体
D. 物质的聚集状态除了气态、液态和固态之外，还有其他聚集状态
解析： 具有各向异性的固体不一定都是晶体，还有其他的物
质，如多晶陶瓷，C错误。
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3. 有下列化合物，其晶体的熔点按由高到低的顺序排列正确的是
（ ）
A. SiO2 CsCl CBr4 CF4
B. SiO2 CsCl CF4 CBr4
C. CsCl SiO2 CBr4 CF4
D. CF4 CBr4 CsCl SiO2
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解析： 物质熔点的高低与晶体的类型有关，一般来说，熔点：
共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，即熔点：SiO2＞CsCl＞CBr4、
CF4；当组成和结构相似时，分子晶体的熔点高低与相对分子质量
的大小有关，一般来说，相对分子质量大的熔点高，即熔点：CBr4
＞CF4。
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4. 利用反应CCl4＋4Na C（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C的杂化方式相同
D. NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋
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解析： 金刚石晶体中每个C与另外4个C形成共价键，构成正四
面体形，形成的晶体为共价晶体，A正确；该反应中Na元素化合价
由0价变为＋1价，则Na在该反应中作还原剂，还原剂具有还原
性，B正确；CCl4中中心碳原子的价层电子对数为4，即为sp3杂
化，C（金刚石）中碳原子的价层电子对数为4，即为sp3杂化，它
们的杂化方式相同，C正确；根据氯化钠晶胞结构，NaCl晶体中每
个Cl－周围有6个Na＋，每个Na＋周围有6个Cl－，D错误。
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5. （2024·太原高二检测）卤化钠（NaX）和四卤化钛（TiX4）的熔点如图所示。下列判断不正确的是（ ）
A. TiF4的熔点反常升高是由于氢键的作用
B. NaX随X－半径增大，离子键减弱
C. 四氯化钛中存在共价键和分子间作用力
D. 由图可看出F的电负性强于Cl、Br、I
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解析： TiF4中没有H原子，分子间不能形成氢键，A错误；NaX
属于离子晶体，X－的半径越大，晶格能越小，离子键越弱，故
NaX随X－半径增大，离子键减弱，B正确；四氯化钛熔点较低，说
明四氯化钛是分子晶体，存在共价键和分子间作用力，C正确；
TiF4的熔点反常升高是因为F的电负性很强，F－和Ti4＋形成离子
键，则TiF4是离子晶体，熔点较高，而TiCl4、TiBr4、TiI4熔点较
低，说明它们是分子晶体，则由图可看出F的电负性强于Cl、Br、
I，D正确。
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6. （2024·苏州高二检测）下列说法不正确的是（ ）
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A. 搓捻“热袋”（如图1）中的金属小圆片，热袋中过饱和溶液因结
晶而放热
B. 使用后的“热袋”变硬后可放入沸水中使之变回液态，取出冷却
后备用
C. 制备明矾晶体实验中（如图2），析出的明矾覆盖到小晶体表面，
晶体变大，若急速冷却，可获得更大颗粒的晶体
D. 向明矾溶液中加入过量NaF溶液后再加浓氨水，发现无白色沉淀生
成，说明F－比OH－更易结合Al3＋
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解析： 结晶过程中会形成离子键，形成化学键会放热，A正
确；“热袋”变硬后表示已经结晶，放入沸水中吸收热量后晶体融
化变为液态，可以重复使用，B正确；结晶的过程速度要适当，如
果急速冷却，晶体的颗粒会变小，C错误；Al3＋与过量的NaF反应
会生成冰晶石即六氟铝酸钠，再加氨水，无白色沉淀生成，说明F
－比OH－更易结合Al3＋，D正确。
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7. （2024·长沙高二检测）Mg2Fe是目前储氢密度最高的材料之一，
其晶胞结构如图所示，晶胞边长为 a pm。Mg原子占据Fe形成的所
有四面体空隙，储氢后，H2分子占据Fe形成的八面体空隙，化学
式为Mg2Fe 。下列说法正确的是（ ）
A. Mg2Fe晶胞中，存在的化学键类型为金属键和离子键
D. 晶胞中Fe与Mg的配位数均为4
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解析： 构成该晶体的元素均为金属元素，所以存在的化学
键类型为金属键，A错误；Fe原子形成的八面体空隙在晶胞的
棱心和体心，所以每个晶胞中含有4个Fe和8个Mg，12× ＋1
＝4个H2，因此氢气储满后晶体的化学式为Mg2FeH2，B错误；
H2和H2的最短距离为面对角线长的二分之一，为 a pm，C正
确；根据晶胞结构示意图可知，距离Mg原子最近且等距的Fe原
子有4个，即Mg的配位数为4，而该晶体的化学式为Mg2Fe，所
以Fe的配位数为8，D错误。
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8. 已知Cu2＋在溶液中与H2O或Cl－等可形成配位数为4的配离子。某
同学通过实验研究铜盐溶液颜色的变化。下列说法错误的是（ ）
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B. 溶液②中形成了[Cu（H2O）4]2＋，[Cu（H2O）4]2＋中Cu2＋采取
sp3杂化
C. 由④可知，Cu2＋与Cl－可能会结合产生黄色物质
D. 若取少量④中溶液进行稀释，溶液会变为蓝色
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解析： 向③中蓝色溶液加入足量NaCl固体，反应后的④中底部
NaCl固体表面呈黄色，说明溶液中存在：[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－
[CuCl4]2－＋4H2O，A正确；[Cu（H2O）4]2＋的空间结构为平面
四边形，所以Cu2＋采取dsp2杂化，B错误；向③中溶液加入足量
NaCl固体后，底部的NaCl固体表面呈黄色，说明Cu2＋与Cl－可能会
结合产生黄色物质，C正确；取④中溶液进行稀释，[Cu（H2O）
4]2＋＋4Cl－ [CuCl4]2－＋4H2O平衡逆向移动，则溶液会变为蓝
色，D正确。
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9. （2024·沧州高二检测）多杂原子—氢键桥接电子传递途径赋予了
超分子催化体系很高的光催化性能，有机物COF和Ni配合物形成的
超分子催化体系的局部结构如图所示。下列说法错误的是（ ）
A. 与Ni同周期且未成对电子数和Ni相同的元素还有3种
B. 每个配体与Ni形成2个配位键
C. ①和②处氮原子杂化方式相同
D. ①处C—N—C键角小于③处N—N—C键角
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解析： Ni位于第四周期，有两个未成对电子，第四周期还有
Ti、Ge、Se有两个未成对电子，A项正确；由图示结构可知，双齿
配体与Ni可形成两个配位键，B项正确；①、②、③处氮原子分别
为sp2杂化、sp2杂化、sp3杂化，则①和②处杂化方式相同，C项正
确；①处N原子采用sp2杂化C—N—C键角约为120°，③处N原子
采用sp3杂化，且含有1个孤电子对，N—N—C键角小于109°28'，
则①处C—N—C键角＞③处N—N—C键角，D项错误。
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10. （2024·玉溪高二检测）铁有δ、γ、α三种同素异形体，其晶胞结构如图所示，下列判断正确的是（ ）
A. δ、γ、α铁晶体中存在金属阳离子和阴离子
B. γ-Fe晶胞中所含有的铁原子数为14
C. δ-Fe、α-Fe两种晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数之比
为4∶3
D. 若α-Fe晶胞棱长为 a cm，γ-Fe晶胞棱长为 b cm，则两种晶体的密度
之比为 b3∶ a3
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解析： 铁晶体是金属晶体，晶体中只存在金属阳离子和自由
电子，不存在阴离子，A错误；γ-Fe晶胞属于面心立方密置堆积，
根据均摊法，该晶胞中含有的铁原子数为8× ＋6× ＝4，B错
误；δ-Fe晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数为8，α-Fe
晶胞中铁原子周围等距离且最近的铁原子个数为6，则两种晶胞中
铁原子周围等距离且最近的铁原子个数之比为8∶6＝4∶3，C正确；
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若α-Fe晶胞棱长为 a cm，则其体积为 a3 cm3，其含有的铁原子个数为1，
则其密度为 g·cm－3，γ-Fe晶胞棱长为 b cm，其体积为 b3 cm3，其
含有的铁原子个数为4，则其密度为 g·cm－3，则两种晶体的密度
之比为 b3∶4 a3，D错误。
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11. MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体，边长分别为 a nm、 b nm、 c
nm，结构如图所示。已知
MgS2O3·6H2O的摩尔质量是
M g·mol－1，阿伏加德罗常数
的值为 NA，下列说法错误
的是（ ）
A. 该晶体中存在的化学键包括共价键、离子键、氢键
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解析： 该晶体中存在 和S2 之间的离子
键，还存在H2O中的共价键，以及H2O分子之间的氢键，但氢键
不属于化学键，A错误；S2 的中心原子S原子有4个σ键，没有
孤电子对，所以S原子的杂化类型为sp3杂化，空间结构为四面体
形，B正确； 的配体为H2O，配位数为6，C正
确；由晶胞结构可知，1个晶胞中含有 为8× ＋
4× ＋2× ＋1＝4个，S2 为4个，所以该晶胞的密度ρ＝
＝ ×1021g·cm－3，D正确。
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12. 青霉胺可以用于医学上误食铜盐的解毒，解毒原理：Cu2＋形成环
状配合物，其结构如图所示。该配合物无毒、易溶于水，可经尿
液排出。下列说法正确的是（ ）
A. 共价键键角的大小关系为H2O＞NH3
B. 电负性大小关系为O＞N＞Cu＞H
C. 该配合物易溶于水的主要原因是其与水可形成分子间氢键
D. 与铜离子形成配位键强弱的大小关系为H2O＞NH3
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解析： 孤电子对数越多，排斥作用越强，键角越小，H2O分子
有2个孤电子对，NH3分子有1个孤电子对，则键角：H2O＜NH3，
A错误；金属Cu的电负性小，非金属性：O＞N＞H，非金属性越
强，其电负性越大，则电负性：O＞N＞H＞Cu，B错误；由题图
可知，该环状配合物中含有N—H和O—H，并且N、O原子的电负
性较大，可与水分子形成分子间氢键，导致其溶解度增大，C正
确；电负性：O＞N，O吸引电子的能力强，不易提供孤电子对形
成配位键，所以与铜离子形成配位键强弱：H2O＜NH3，D错误。
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13. 通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构
分别如图所示，下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是
（ ）
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A. 同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一
定具有相同的晶体结构
B. 氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具
有相似的物理性质
C. 二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也
存在共价键
D. 在二氧化硅晶体中，每个Si原子形成4个Si—O 共价单键
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解析： SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构不同，A项正
确；二氧化碳为分子晶体，氯化钠和氯化铯为离子晶体，它们的
物理性质不同，B项错误；二氧化碳为分子晶体，分子间存在分
子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，C项正
确；在二氧化硅晶体中，每个Si原子形成4个Si—O 共价单键，D
项正确。
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14. （2024·南阳高二检测）GaAs是5G时代不可或缺的半导体材料，
其晶体结构与金刚石相似。将Mn掺入GaAs晶体（图甲）可得到
稀磁性半导体材料（图乙），晶体结构不变。设 NA表示阿伏加德
罗常数的值。下列说法错误的是（ ）
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A. GaAs晶体的熔点比GaN晶体的高
B. 掺入Mn的晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为5∶27∶32
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解析： GaAs和GaN都属于共价晶体，但前者所含共价键键长
长，键能小，熔点低，A错误；利用均摊法可知，每个图乙晶胞
中Mn的个数为 ，Ga的个数为 ，As的个数为4，Mn、Ga、As
的个数比为5∶27∶32，B正确；a和c原子坐标参数分别为（0，
0，0）和 ，则b原子坐标参数为（1，1，0），C正确；
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设GaAs晶胞的边长为 a pm，则距离最近的两个镓原子的核间距为 a
pm，该晶胞中的Ga位于顶点和面心，个数为4，As位于体内，个数为
4，则晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3× ，
解得 a ＝ ×1010，故距离最近的两个镓原子的核间距为 ×
×1010 pm，D正确。
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15. A、X、M、Y为原子序数依次增大的短周期元素，其中M为金属
元素，A、X、Y为非金属元素。M3XY是一种离子晶体，该立方
晶胞参数为 a nm，M3XY可由M2X＋MY M3XY制得，也可常
压合成：2M＋2MXA＋2MY 2M3XY＋A2，反应消耗0.92 g
M可获得标准状况下0.448 L气体A2。下列说法正确的是（ ）
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D. 沸点：A2X＞A2X2
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解析： 反应0.92 g M可获得标准状况下0.448 L气体A2，根据
化学方程式可知2 mol M～22.4 L A2，则0.92 g M的物质的量为
0.04 mol，M的摩尔质量为 ＝23 g·mol－1，M为Na，A、
X、M、Y为原子序数依次增大的短周期元素，A、X、Y为非金属
元素，且根据各化合物的组成可推知A为H、X为O、Y为Cl。根
据物质构成可知M为Na，位于晶胞中面心位置，因此M的坐标部
分为 ， ， ，A错误；
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Cl2O中心原子为O，有2个σ键、孤电子对数为 （6－2×1）＝2，
VSEPR模型为四面体形，分子结构为V形；ClO2中心原子为Cl，有2个
σ键，其分子中存在 大π键，孤电子对数为1，VSEPR模型为平面三
角形，分子结构为V形，键角：Cl—O—Cl＜O—Cl—O，B错误；该
晶胞中三种原子的个数比为 ∶ ∶1＝3∶1∶1，该晶胞
的化学式为Na3OCl，晶胞密度为 ＝ g·cm－3，
C正确；过氧化氢和水都是分子晶体，过氧化氢的相对分子质量更大，
因此其沸点更高，沸点：A2X＜A2X2，D错误。
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二、非选择题（本题共5小题，共55分）
16. （11分）Ⅰ.现有几组物质的熔点数据：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550℃ Li：181 ℃ HF：－83 ℃ NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：－51 ℃ CsCl：645 ℃
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据此回答下列问题：
（1）A组属于 晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是
。
共价
共
价键
解析：A、B、C、D四组物质中A组熔点最高，属于共价晶体，共价晶体的构成粒子为原子，粒子间作用力为共价键，因此熔化时克服的粒子间的作用力是共价键。
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（2）B组晶体共同的物理性质是 （填序号）。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
①②③④
解析：B组物质为金属，具有金属光泽、导电性、导热性、延展性。
（3）C组中HF熔点反常是由于 。
HF分子间有氢键
解析：由于HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多，导致HF的熔点反常高。
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（4）D组晶体可能具有的性质是 （填序号）。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电
④熔融状态能导电
②④
解析：D组物质为离子晶体，有硬度大、水溶液能导电、固体不能导电而熔融状态能导电的性质。
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Ⅱ.无水CoCl2为深蓝色，吸水后变为粉红色的水合物，水合物受热后
又变成无水CoCl2，故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂：
CoCl2（深蓝色）＋ x H2O CoCl2· x H2O（粉红色），现有65 g 无
水CoCl2，吸水后变成119 g CoCl2· x H2O。
（5）水合物中 x ＝ 。
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解析： 65 g无水CoCl2的物质的量 n （CoCl2）＝ ＝ ＝0.5
mol，吸收水的质量 m （H2O）＝119 g－65 g＝54 g， n （H2O）＝
＝ ＝3 mol， n （CoCl2）∶ n （H2O）＝0.5 mol∶3 mol＝
1∶6，故CoCl2· x H2O中结晶水的数目 x ＝6。
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（6）已知该水合物中Co2＋配位数为6，将等浓度等体积的CoCl2溶液
与硝酸银溶液混合并充分反应后，取上层清液再滴加硝酸银溶
液没有沉淀产生，则该水合物的化学式可表示为
。
[Co（H2O）
5Cl]Cl·H2O
解析：等浓度等体积的CoCl2溶液与硝酸银溶液混合并充分反应说明CoCl2· x H2O、AgNO3的物质的量相等。取反应后上层清液再滴加硝酸银溶液没有沉淀产生，说明水合物中的两个Cl－中只有1个是外界离子，另一个Cl－为内界配离子，由于该水合物中Co2＋配位数为6，则该水合物的化学式可表示为[Co（H2O）5Cl]Cl·H2O。
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17. （11分）（2024·信阳高二检测）如图是超导化合物——钙钛矿晶
体中最小重复单元（晶胞）的结构。请回答：
（1）该化合物的化学式为 。
解析：由晶胞结构图可知，Ca位于体心，每个晶胞中含1个Ca，O位于棱心，每个晶胞中含12× ＝3个O，Ti位于顶点，每个晶胞中含8× ＝1个Ti，则该化合物的化学式为CaTiO3。
CaTiO3
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（2）在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛
原子共有 个。
解析：由晶胞结构图可知，每个钛原子周围距离最近的钛原子在立方体的顶点，长度为立方体的棱边的边长，则在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有6个。
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解析：设该化合物的相对分子质量为 M ，则每个晶胞的质量为 g，密度为 a g·cm－3，故晶胞的体积为 cm3，晶胞参数为 cm，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为 × cm。
（3）设该化合物的相对分子质量为 M ，密度为 a g·cm－3，阿伏加
德罗常数的值为 NA，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短
距离为 。
× cm
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Al
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解析：晶胞中的黑球位于顶点和体心，每个晶胞中含8× ＋1＝2个黑球，白球位于棱心和体心，每个晶胞中含8× ＋2＝4个白球，颗粒的化学式为AlCr2，Al原子与Cr原子个数比为1∶2，则黑球为Al，白球为Cr，处于顶角位置的是Al原子；设Cr和Al原子半径分别为 rCr和 rAl，则金属原子空间占有率为 ×100％＝ ×100％＝ ％。
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18. （11分）（2024·盐城高二检测）铝和硅在地壳中含量丰富，其单
质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题：
（1）LiAlH4是一种特殊的还原剂，可将羧酸直接还原成醇：
CH3COOH CH3CH2OH。
① 的空间结构名称是 。
②CH3COOH分子中π键和σ键的数目之比为 。
正四面体形
1∶7
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解析：① 中中心原子Al的价层电子对数为4＋ ×（3＋1－4）＝4，无孤电子对，则 的VSEPR 模型为正四面体形，离子的空间结构为正四面体；②单键为σ键，双键中含有1个σ键、1个π键，故CH3COOH分子中含有7个σ键、1个π键，π键和σ键的数目之比为 1∶7。
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（2）铝和白磷在一定条件下可以制备磷化铝（AlP），其晶胞如
图所示：
①晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），B的原子坐标为
，则C的原子坐标为 。
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②晶胞中Al的配位数是 ，若该晶胞的密度为 a g·cm－3，Al
的半径为 x pm，P的半径为 y pm，则该晶体的空间利用率
为 （列出表达式，阿伏加德
罗常数的值为 NA）。
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×100％
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解析：①晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），B的
原子坐标为 ，根据A、B点的原子坐标可判断C点
的原子坐标为 ；
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②由题干晶胞图示信息可知，晶胞中与Al紧邻的且距离相等的 P 原子
个数为4，即Al的配位数是4；晶胞中Al原子个数是8× ＋6× ＝4，
P原子个数是4，晶胞的密度为 a g·cm－3，则一个晶胞的体积为
cm3 ，Al的半径为 x pm，P的半径为 y pm，一个晶胞中原
子的实际总体积为4×（ π x3＋ π y3）×10－30 cm3，则该晶体的空间
利用率为 ×100％。
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19. （11分）金属K和C60能够发生反应产生一系列金属球碳盐K x C60，
部分金属球碳盐具有超导性，是球碳族化合物的研究热点之一。
（1）金属K中含有的化学键是 键。
解析：金属K中含有的化学键是金属键。
金属
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解析：C60 晶体的组成粒子为由60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；顶点的C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子位于面心，其个数为3×8× ＝12。
（2）C60晶体中分子密堆积，其晶胞结构如图所示。C60晶体
属于 晶体，每个C60分子周围等距离且紧邻的C60
有 个。
分子
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（3）某种K x C60的晶胞结构如图所示。 位于立方体晶胞的顶
点和面心，K＋位于晶胞的体心和棱心，另外晶胞内还有8个
K＋。
①K x C60中 x ＝ 。
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②该晶胞立方体的边长为 a cm， NA为阿伏加德罗常数的
值，K x C60的摩尔质量为 M g·mol－1，则晶体的密度
为 g·cm－3。
③K x C60的熔点高于C60，原因是
。
K x C60是离子晶体，C60是
分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力
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解析：① 位于晶胞的顶点和面心，个数为8× ＋6× ＝4，K＋位于晶胞的体心和棱心，晶胞内还有8个K＋，K＋个数为1＋12× ＋8＝12，则K x C60中 x ＝3；②晶胞的质量为 m ＝ g，立方体晶胞的体积为 V ＝ a3 cm3，晶体的密度为ρ＝ ＝ g·cm－3； ③K x C60的熔点高于C60，原因是K x C60是离子晶体，C60是分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力。
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20. （11分）（2024·咸阳高二检测）西北工业大学曾华强课题组借用
足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运
输，如图所示。
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已知：图中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数-冠
醚-氧原子个数”。
请回答下列问题：
（1）基态K原子的核外电子云有 个伸展方向。
解析：K原子 n s能级有一个伸展方向， n p能级有3个伸展方向，故基态K原子的核外电子云有4个伸展方向。
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（2）运输Cs＋的冠醚名称是 。冠醚与碱金属离子之间
存在微弱的配位键，配位原子是 （填元素符号）。
解析：①根据题图可知，运输Cs＋的冠醚的分子中环有21个原子，7个氧原子，故名称为21-冠醚-7；②氧原子有孤电子对，故氧原子形成配位键。
21-冠醚-7
O
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（3）几种冠醚与识别的碱金属离子如表所示：
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm）
12-冠（醚）-4 120～150 Li＋（152）
15-冠（醚）-5 170～220 Na＋（204）
18-冠（醚）-6 260～320 K＋（276）
340～430 Rb＋（304）
340～430 Cs＋（334）
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冠醚识别碱金属离子的必要条件是
。
观察跨膜运输示意图，冠醚不能识别和运输X－1的主要原因
可能是
。
解析：据图表可知，冠醚识别碱金属离子的必要条件是冠醚空腔直径与碱金属离子直径适配；冠醚不能识别和运输X－的主要原因可能是氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用力太弱。
冠醚空腔直径与碱金属
离子直径适配
氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用
力太弱
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（4）钾离子可以嵌入冠醚的空穴中形成超分子，KCl与18-冠-6形
成的化合物的晶体类型为 。
解析：冠醚结构不带电荷，K＋嵌入后形成一个更大的带正电荷的阳离子，形成的晶体类型为离子晶体。
离子晶体
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（5）钾元素与氧元素形成的某些化合物可以作为宇宙飞船的供氧
剂。其中一种化合物的晶胞在 xy 平面、 xz 平面、 yz 平面上
的投影如图所示，该晶胞中存在的微粒间作用力有
，钾元素和氧元素形成的化合物的化学式
为 ，其晶胞边长为 a nm， NA为阿伏加德罗常数的值，
该晶体的密度为 g·cm－3（用含 a 、 NA的代数式表示）。
离子
键、共价键
KO2
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解析：氧原子间应有共价键以满足化合物中价态及化学键结构要求，所以晶胞中存在的微粒间作用力有离子键、共价键；根据晶胞的三视图可以知道，K原子在晶胞的顶点和体心，一个晶胞含有K原子的数目：8× ＋1＝2，O原子有两个在晶胞内，八个在棱上，一个晶胞中含有O原子的数目：2＋8× ＝4，晶胞内K原子与O原子个数比为1∶2，所以钾元素和氧元素形成的化合物的化学式为KO2；由以上分析知一个晶胞中含有2个K原子和4个O原子，再将题目所给数据代入密度计算公式，晶体密度为ρ＝ ＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
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