重难提优2　晶体类型的判断与晶胞结构的有关计算 课时作业（含答案）2025秋高中化学选择性必修2（苏教版2019）

重难提优2　晶体类型的判断与晶胞结构的有关计算
1. (龙岩长汀、连城等六校期中联考)元素X的＋1价离子X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3-形成的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A. X元素的原子序数是19
B. X的晶体具有良好的导电性、导热性和延展性
C. X＋离子是图中的黑球
D. 该晶体中阳离子与阴离子个数之比为3∶1
2. (福州西山学校月考)已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F－；用“”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是(　　)
A B C D
3. 根据表给出的几种物质的熔、沸点数据，判断下列说法错误的是(　　)
晶体 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质R
熔点/℃ 801 714 190 －70 2 300
沸点/℃ 1 465 1 418 178 57 2 500
A. SiCl4和AlCl3都是分子晶体 ，熔融状态下不导电
B. MgCl2和NaCl都是离子晶体，熔融状态能导电且易溶于水
C. 若单质R是共价晶体，其熔、沸点的高低是由共价键的键能决定的
D. 固态时可导电的一定是金属晶体
4. (张家界一模)已知两种短周期元素X、Y的基态原子价层电子排布式分别为3s1、nsnn p2n。这两种元素组成的一种晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，设NA为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Na2O
B. 氧离子的配位数为4
C. 该晶体为离子晶体
D. 该晶体的密度为2.27 g/cm3
5. (盐城一中、大丰中学期终)如图表示一些晶体中的某些结构，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列各项所述的数字不是4的是(　　)
FeO晶胞 干冰晶胞 CsCl晶胞 SiO2晶体结构模型
A. FeO晶胞中平均含有的O2-个数
B. 干冰晶胞中平均含有的CO2个数
C. CsCl晶体中，每个Cs＋周围距离最近的Cl－个数
D. g SiO2晶体中含有的Si—O数目
6. (黑龙江、吉林适应性考试)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(　　)
　
① ②
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
7. 磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A. 磷锡青铜的化学式为Cu3SnP
B. 该晶胞中与P原子等距离且最近的Cu原子有6个
C. 该晶体的熔点比金刚石的熔点高
D. 磷锡青铜具有各向异性的特点
8. 钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，晶胞参数a＝b＝c，α＝β＝γ，下列有关说法正确的是(　　)
A. 该晶体属于离子晶体，晶体的化学式为BaO
B. 该晶体中化学键类型只有离子键
C. 该晶体的晶胞结构与CsCl相似
D. O填入Ba2+堆积产生的八面体空隙，填隙率100%
9. (鄂东南省级示范高中期中联考)下列叙述不正确的是(　　)
图1 图2 图3 图4
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. Cu、O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
10. (湖北八市联考)某镁铝尖晶石的晶胞由立方体A区和B区组成，其结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
晶胞 A区 B区
A. 该晶胞的体积为 ×10-30 cm3
B. 与O2-最邻近的Al3+数为4
C. Mg2+和Mg2+之间的最短距离为 pm
D. 该物质的化学式为Mg2AlO4
11. (河北实验中学期中)(1) 工业上，电解Al2O3制取单质铝，常利用冰晶石Na3[AlF6]降低Al2O3的熔点。冰晶石的生产原理为2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3[AlF6]＋3CO2↑＋9H2O。
①测定气态HF的摩尔质量时，往往得不到20 g/mol的数据，原因是______________________________________________________________________________。
②冰晶石的晶体不导电，但熔融时能导电，则在冰晶石晶体中存在________
(填字母)。
a. 离子键　　　　b. 极性键
c. 配位键　　　　d. 范德华力
③反应物中元素(氢除外)的第一电离能从大到小的顺序为________________
(用元素符号和“>”表示)。
(2) NiO的晶体结构如图所示，其中离子坐标参数A为(0，0，0)，B为(1，1，0)，则C离子坐标参数为________。
(3) 一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2-作密置单层排列，Ni2+填充其中(如图)，已知O2-的半径为a pm，每平方米面积上分散的该晶体的质量为________g(用含a、NA的代数式表示，O—16，Ni—59)。
12. (烟台、德州一模)含铜物质在生产生活中有着广泛应用。回答下列问题。
(1) 基态Cu原子的电子所占据的最高能层符号为________；基态Cu＋较基态Cu2+稳定的原因是_____________________________________________________；
Cu2O和Cu2S都是离子晶体，熔点较高的是__________。
(2) 一种由Cu、In、Te组成的晶体属于四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶体中Te原子填充在Cu、In围成的四面体空隙中，则四面体空隙的占有率为________；该晶体的化学式为________。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点、B点原子的分数坐标分别为(0，0，0)、，C点原子的分数坐标为________；晶胞中C、D间距离d＝________pm。
13. (1) 砷化镓的立方晶胞结构如图甲所示：
甲 乙
①砷化镓晶体属于共价晶体。该晶体中____(填“有”或“无”)配位键存在。GaN、GaP、GaAs具有相同的晶体类型，熔点如表所示，分析其变化原因：______
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
晶体 GaN GaP GaAs
熔点/℃ 1 700 1 480 1 238
②图甲中原子坐标参数为a(0，0，0)、b(1，，)，则c的原子坐标参数为____________。
③砷化镓的摩尔质量为M g/mol，Ga的原子半径为p nm，则砷化镓晶体的密度为________________g/cm3(列式即可)。
(2) 高温超导体通常指在液氮温度(77 K)以上超导的材料，而超导体是在23 K下才显示超导性。铜元素化合物种类繁多，是高温氧化物超导体研究的热点。请回答下列问题。
①高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+，基态时Cu3+的价层电子轨道表示式为____________，基态O2-中含有________种不同空间运动状态的电子。
②La2CuO4是第一个被发现的高温氧化物超导体，它属于________(填晶体类型)晶体，图乙为其晶胞结构。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。例如图乙中原子1的坐标为(，，)，则原子2的坐标为________。
重难提优2　晶体类型的判断与晶胞结构的有关计算
1. A　X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，X＋的K、L、M层依次排有2、8、18个电子，X＋核外有28个电子，X原子核外有29个电子，X的原子序数为29，A错误；X的原子序数为29，X为Cu，Cu属于金属晶体，金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性，B正确；用“均摊法”，白球：8×＝1个，黑球：12×＝3个，根据正负化合价代数和为0，X＋与N3-的个数比为3∶1，X＋是图中的黑球，C正确；根据正负化合价代数和为0，X＋与N3-的个数之比为3∶1，D正确。
2. B　结构中Ca2+占据体心位置，个数为1，F－占据顶点位置，个数为4×＝ ，Ca2+和F－个数比为2∶1，A错误；结构中F－占据体心位置，个数为1，Ca2+占据顶点位置，个数为4×＝ ，Ca2+和F－个数比为1∶2，B正确；结构中Ca2+占据体心位置，个数为1，F－占据顶点位置，个数为8×＝1 ，Ca2+和F－个数比为1∶1，C错误；结构中Ca2+位于棱上，个数为12×＝3，F－占据顶点和面心位置，个数为 8×＋6×＝4 ，Ca2+和F－个数比为 3∶4，D错误。
3. D　相比之下，AlCl3、SiCl4的熔、沸点都很低，可以判断出这两种物质都是分子晶体，熔融状态下不能电离出离子，所以不能导电，A正确；MgCl2和NaCl的熔、沸点都较高，可以判断出这两种物质都是离子晶体，熔融状态下可以电离出离子，所以能导电，且这两种物质都易溶于水，B正确；R的熔、沸点非常高，若其为共价晶体，则其熔、沸点的高低是由共价键的键能决定的：共价键的键能越高，该物质的熔、沸点也越高，C正确；固态时可导电的不一定是金属晶体，比如石墨，石墨不是金属晶体，但是石墨可以导电，D错误。
4. B　由题给信息推知，X为Na元素，Y为O元素。晶胞中，8个黑球全部在晶胞内部，白球个数＝8×＋6×＝4，根据Na＋和O2-半径可知，白球代表O2-，黑球代表Na＋，该物质的化学式为Na2O，A正确；O2-的配位数为8，B错误；Na2O为离子化合物，故该晶体为离子晶体，C正确；该晶胞中有4个Na2O，晶胞的体积为0.5663 nm3，该晶胞的质量为 g，则该晶体的密度＝ g/nm3＝ g/cm3≈2.27 g/cm3，D正确。
　空间利用率的计算
空间利用率＝×100%。单位换算：1 pm＝10-12 m＝10-10 cm，1 nm＝10-9 m＝10-7 cm。
5. C　FeO晶胞中平均含有的O2-个数＝×12＋1＝4，A不符合题意；干冰晶胞中平均含有的CO2个数＝×8＋×6＝4，B不符合题意；CsCl晶体中，每个Cs＋周围距离最近的Cl－个数为8，C符合题意； g SiO2的物质的量为 mol，1 mol SiO2中含有4NA 个Si—O， g SiO2晶体中含有的Si—O数目＝ mol×4NA mol-1＝4，D不符合题意。
　离子化合物中配位数不同的原因
在NaCl晶体中，每个Na＋的周围有6个Cl－，而在CsCl晶体中，每个Cs＋的周围有8个Cl－。两者的数目之所以不同，主要在于离子半径的差异。Cs＋的半径要大于Na＋，因而可以吸引更多的Cl－。可见，离子晶体中不同离子周围异电性离子数目的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小。
6. C　图①中含Ni，图②中不含Ni，具有催化活性的是Ni，则催化活性①>②，A正确；晶胞中含有的N(Ni)＝1，N(O)＝12×＝3，N(La)＝8×＝1，则镍酸镧晶体的化学式为LaNiO3，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，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，D正确。
7. C　磷锡青铜晶胞中含有Cu原子数＝6×＝3，含有Sn原子数＝8×＝1，含有P原子数＝1，则其化学式为Cu3SnP，A正确；P原子位于立方体的中心，与P原子等距离且最近的Cu原子位于面心，共有6个，B正确；磷锡青铜为合金，金刚石为共价晶体，一般情况下，熔、沸点：共价晶体>金属晶体，而一般，合金的熔点比各成分金属低，故磷锡青铜的熔点比金刚石的熔点低，C错误；磷锡青铜为晶体，晶体具有各向异性的特点，D正确。
8. D　晶胞中Ba2+位于晶胞的顶点和面心位置，晶胞中共含有Ba2+的个数为8×＋6×＝4，O位于晶胞的棱上和体心位置，共含有O的个数为12×＋1＝4，该氧化物为BaO2，A错误；O中O和O之间为非极性共价键，B错误；由晶胞结构可知，离子配位数为6，与NaCl结构相似，CsCl晶体中，离子配位数为8，C错误；O位于体心和棱心，均处在Ba2+堆积产生的八面体空隙内，因此填隙率为100%，D正确。
9. C　Li＋与S2-的个数之比为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“均摊法”，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，在图示晶胞中离其最近的Na＋位于面心，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。
10. C　由图可知，AB区棱长均为 pm，则晶胞的棱长为a pm＝a×10-10 cm，晶胞的体积为a3×10-30 cm3，A错误；与O2-最邻近的Al3+在B区，由图可知，O2-、Al3+构成的立方体中，与O2-最邻近的Al3+离子为顶点的3个，在A区中无Al3+，B错误；Mg2+和Mg2+之间的最短距离为A区体对角线的一半，故为× pm＝ pm，C正确；晶胞中紧邻的AB区为晶胞的四分之一部分，镁离子2个位于棱上、4个位于顶点、1个为体内，所含镁离子为2×＋4×＋1＝2，铝离子全部位于晶胞内部，数目为4，氧离子全部位于晶胞内部，数目为8，则该物质的化学式为MgAl2O4，D错误。
11. (1) ①部分气态HF分子间以氢键结合　②abc　③F>O>C>Al>Na
(2)
(3)
解析：(1) ①因为HF分子间存在氢键，所以在测定气态HF的摩尔质量时，有部分HF分子通过氢键而结合了，往往得不到20 g/mol的数据。②冰晶石(Na3AlF6)晶体不导电，但熔融时能导电，说明属于离子化合物，含有离子键，由Na＋、[AlF6] 3-构成，[AlF6] 3-中含有配位键，也属于极性键。③反应物中元素(H除外)有Al、O、F、Na、C，第一电离能从大到小的顺序为F>O>C>Al>Na。(3) 根据结构知，每个Ni原子被3个O原子包围，每个O原子被3个Ni原子包围，相邻3个O原子中心连线为正三角形，每个Ni原子被2个三角形包围，2个正三角形的面积为2a2×10-24m2；2个正三角形中的NiO的质量＝ g，故每平方米上分散的该晶体的质量＝ g。
12. (1) N　Cu＋的3d轨道全充满，达到稳定状态　Cu2O
(2) 50%　CuInTe2　　
解析：(1) 铜元素的原子序数为29，价电子排布式为3d104s1，由构造原理可知，原子的电子所占据的最高能层为N；铜原子失去1个电子形成亚铜离子，亚铜离子的价电子排布式为3d10，3d轨道为稳定的全充满结构，不易失去电子，所以亚铜离子比铜离子稳定；氧化亚铜和硫化亚铜都是离子晶体，氧离子的离子半径小于硫离子，氧化亚铜的晶格能大于硫化亚铜，则氧化亚铜的熔点高于硫化亚铜。(2) 由晶胞结构可知，铜和铟原子形成的四面体空隙有8个，形成的八面体空隙也有8个，则四面体空隙的占有率为×100%＝50%；晶胞中位于顶点、面上和体内的铜原子个数为8×＋4×＋1＝4，位于棱上、面心和面上的铟原子个数为6×＋4×＝4，位于体内的碲原子个数为8，则铜、铟、碲的原子个数为4∶4∶8＝1∶1∶2，晶体的化学式为CuInTe2；由位于顶点A点和体心B点原子的分数坐标分别为(0，0，0)、可知，位于体对角线处、面对角线处的C点原子的分数坐标分别为；晶胞中C、D形成的直角三角形的边长为pm、pm可知，C、D间距离d＝＝ pm。
13. (1) ①有　GaN、GaP、GaAs都是共价晶体，原子半径：N＜P＜As，键长：Ga—N＜Ga—P＜Ga—As，键能：Ga—N＞Ga—P＞Ga—As，故GaN、GaP、GaAs熔点逐渐降低
②(，，) ③ (2) ①　5　②离子　(0，0，)
解析：(1) ①砷化镓(GaAs)晶体中，每个Ga原子与4个As原子成键，而Ga原子只有3个价电子，故需提供1个空轨道形成配位键。②c周围的3个Ga原子形成正四面体，c处于正四面体的体心位置，c为顶点Ga原子连线处于晶胞体对角线上，由几何知识可知，二者距离等于体对角线长度的，故c的参数x＝z＝，y＝，故c的坐标参数为(，，)。③晶胞中，Ga原子数目＝8×＋6×＝4，As原子数目为4，相当于含有4个“GaAs”，晶胞中含有原子总质量为 g。Ga的原子半径为p nm，则晶胞棱长＝2p nm，晶胞体积＝(2p×10-7cm)3，晶体密度＝ g/cm3。(2) ①铜元素的原子序数为29，铜原子失去3个电子形成三价铜离子，三价铜离子的价电子排布式为3d8，则价层电子轨道表示式为；基态O2-的电子排布式为1s22s22p6，共占用5个轨道，共有5种不同空间运动状态的电子。