《直通名校》特色题型专项练十一、借用数学工具破解晶胞分析与计算(教师版)-高考化学大二轮专题复习

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名称 《直通名校》特色题型专项练十一、借用数学工具破解晶胞分析与计算(教师版)-高考化学大二轮专题复习
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 化学
更新时间 2026-01-19 17:42:33

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十一、借用数学工具破解晶胞分析与计算
1.下列说法错误的是(  )
A.图1晶体中既存在共价键又存在范德华力,属于混合型晶体
B.图2为某气态团簇分子的结构,该气态团簇分子的化学式为TiC
C.图3为ZnS的晶胞结构,S2-的配位数为4
D.图3为ZnS的晶胞结构,已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,NA为阿伏加德罗常数的值,则晶胞中Zn2+和S2-的最近距离为××1010 pm
解析:B 图1晶体是石墨晶体,每一层内原子之间为共价键,层与层之间存在的作用力为范德华力,属于混合型晶体,A正确;图2为某气态团簇分子的结构,该分子结构中有13个C、14个Ti,因此其化学式为Ti14C13,B错误;晶胞结构中,Zn2+周围等距且最近的S2-有4个,即Zn2+的配位数为4,因为Zn2+∶S2-=1∶1,则S2-的配位数为4,C正确;根据ZnS的晶胞结构可知,Zn2+和S2-的最近距离为体对角线长度的,设晶胞边长为a cm,则晶胞密度ρ=,a= cm,则晶胞中Zn2+和S2-的最近距离为××1010 pm,D正确。
2.氮化铬的晶胞结构如图所示,A点原子坐标(0,0,0),密度为d g·cm-3,摩尔质量为M g·mol-1,晶胞参数为a nm,NA代表阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(  )
A.该晶体的化学式为CrN
B.B点原子坐标为
C.Cr原子位于N原子构成的四面体空隙中
D.a=×107
解析:C 氮化铬的晶胞结构中,N位于顶角和面心,总共4个,Cr位于体心和棱上,总共4个,故该晶体的化学式为CrN,A正确;A为坐标原点,故B的原子坐标为,B正确;Cr原子位于N原子构成的八面体空隙中,C错误;依据密度为d g·cm-3,可算出晶胞参数为a nm=×107 nm,D正确。
3.碳化钼是碳原子嵌入金属钼的原子间隙形成的化合物,其晶胞结构如图所示,已知晶胞参数为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(  )
A.该晶体的化学式是MoC
B.碳原子位于Mo形成的八面体空隙中
C.图中X、Y原子间的距离为a pm
D.该晶胞的密度是 g·cm-3
解析:C 由晶胞结构可知,Mo的个数为8×+6×=4,C的个数为12×+1=4,该晶体的化学式是MoC,A正确;由晶胞结构可知,碳原子位于Mo形成的八面体空隙中,B正确;已知晶胞参数为a pm,X、Y原子间的距离为 pm=a pm,C错误;该晶胞的密度是 g·cm-3= g·cm-3,D正确。
4.朱砂(硫化汞)能降低大脑中枢神经的兴奋性,有镇静安眠作用。其立方晶系β型晶胞如图所示,晶胞参数为a nm,A原子的分数坐标为(0,0,0),阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是(  )
A.S的配位数是8
B.晶胞中B原子的分数坐标为
C.该晶体的密度ρ= g·cm-3
D.距离最近的两个Hg之间的距离为a nm
解析:C 由晶胞图知,S的配位数是4,A错误;由A原子的分数坐标为(0,0,0),结合投影图知,晶胞中B原子的分数坐标为,B错误;由晶胞图可知,含S原子数=4×1=4个,Hg原子位于8个顶角和6个面心,共含Hg原子数=6×+8×=4,故该晶体的密度是ρ== g·cm-3= g·cm-3,C正确;相邻两个Hg的最短距离为面对角线长度的一半,为a nm,D错误。
5.Co的一种化合物为六方晶系晶体,晶胞结构如图所示,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。
已知晶胞含对称中心,其中1号氧原子的分数坐标为(0.666 7,0.666 7,0.607 7),则2号氧原子的分数坐标为(0.333 3,0.333 3,0.107 7);NA为阿伏加德罗常数的值,该晶体的密度为 ×1030g·cm-3(用计算式表示)。
解析:1号氧原子的分数坐标为(0.666 7,0.666 7,0.607 7),根据对称关系可知2号氧原子的分数坐标为(0.333 3,0.333 3,0.107 7);晶胞中O原子个数为4,H原子个数为2,Co原子个数为4×+4×+2×+2×=2,则该晶体的密度为 g·cm-3=×1030 g·cm-3。
6.S与A、B两种金属形成的晶胞如图所示,B的配位数为4,该化合物的化学式为ABS2,其摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞参数为x=0.052,y=0.103,该晶体的密度ρ= g·cm-3(列出计算式即可)。
解析:最顶面上的B连接下方2个S,最底面的B连接上方2个S,若将晶胞简单上下延伸可以得出,每个B连接有4个S,故B的配位数为4;A位于顶角的有8个、面上的有4个、内部有1个,故A有1+2+1=4个,B位于棱上的有4个、面上的有6个,故B有1+3=4个,而S都在内部,有8个,因此分子式为ABS2;根据公式ρ=可知,密度为 g·cm-3。
7.某笼形包合物Ni(CN)a(NH3)b(C6H6)c的晶胞结构如图所示,其中C6H6位于面心。
(1)该笼形包合物溶于酸能形成一种弱酸HCN,1个HCN分子中含有π键的数目为2。
(2)该包合物中氨与苯分子数目之比为1∶1,NH3极易溶于水,而PH3微溶于水,其原因是NH3分子可与H2O分子形成氢键,PH3不可以与H2O分子形成氢键。
(3)若此晶胞的体积为V nm3,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体密度为g·cm-3。
解析:(1)HCN的结构式为H—C≡N,单键为σ键,三键中有1个σ键和2个π键,1个HCN分子中含有2个π键。(2)根据均摊原则,该包合物中氨分子数为8×=2,含有苯分子数为4×=2,所以该包合物中氨与苯分子数目之比为1∶1;NH3极易溶于水,而PH3微溶于水,其原因是NH3分子可与H2O分子形成氢键,PH3不可以与H2O分子形成氢键。(3)该晶胞中含有Ni2+、CN-、NH3、C6H6的个数依次为8×+2×=2、8×=4、2、2,则晶体的化学式为Ni(CN)2(NH3)(C6H6),则晶体密度为 g·cm-3= g·cm-3。
8.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键,铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示,该晶体储氢时,H2分子在晶胞的体心和棱心位置。
(1)该晶体完全储氢后,距离Mg原子最近的H2分子个数是4。
(2)该晶体未储氢时的密度为d g·cm-3,则铁原子的半径为× cm。(用含d的代数式表示,阿伏加德罗常数的值为NA,假设晶胞中邻近的铁原子相切)
解析:(1)该晶体储氢时,H2分子在晶胞的体心和棱心位置,将该晶胞分为8个小立方体,镁原子在8个小立方体的体心,氢分子在每个小立方体的4个顶角,距离Mg原子最近的H2分子个数为4个。(2)设晶胞的边长为a cm,晶胞中邻近的铁原子相切,则面对角线长为2个铁原子的直径,晶体未储氢时的密度为d g·cm-3,则=d,解得a=,则铁原子的半径为a cm=× cm。
9.黄铁矿是制取硫酸的主要原料,其主要成分为FeS2,其中铁元素显+2价,FeS2晶体的晶胞形状为立方体,晶胞结构如图所示。
(1)制取硫酸过程中会产生SO3,SO3分子的空间结构为平面三角形。
(2)晶胞中与每个距离最近且相等的Fe2+有6个。
(3)FeS2晶体的晶胞边长为a nm,FeS2的摩尔质量为120 g·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,该FeS2晶体的密度ρ=g·cm-3(1 nm=10-7 cm,用含a、NA的代数式表示)。
解析:(1)SO3中中心S原子价层电子对数为3+=3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形。(2)距顶角的距离最近且相等的Fe2+位于的上、下、左、右、前、后的棱心,共6个。(3)位于顶角和面心,个数为8×+6×=4,Fe2+位于棱心和体心,个数为12×+1=4,晶胞质量为 g,晶胞体积为(a×10-7)3 cm3;FeS2晶体的密度ρ== g·cm-3= g·cm-3。
10.(1)石墨与金属钾反应生成钾的石墨插层化合物KCx:K+xCKCx,KCx晶胞结构如图1(碳原子省略),如图2是晶胞沿y轴方向的投影。
①x=8。
②若石墨层内的大π键可表示为(上标表示电子总数,下标表示原子数),则平均每个KCx单元中的大π键可表示为(用具体的数据表示)。
(2)已知SiC晶体的密度为ρ g· cm-3,其晶胞结构如图3所示。阿伏加德罗常数值为NA,则晶胞中两个Si原子之间的距离为×1010pm。
解析:(1)①由图可知,K有8个位于顶角,6个位于面心,4个位于体内,个数为8×+6×+4=8,每个石墨插层结构中有12个碳在体内,8个在面心,则C原子个数为12×4+8××4=64;N(K)∶N(C)=8∶64=1∶8,则晶胞化学式为KC8;②石墨层中的碳原子采用sp2杂化,每个C原子提供一个电子,K转移1个电子给C8,即8个原子提供9个电子,故平均每个KCx单元中的大π键可表示为。(2)由晶胞结构可知,Si原子位于C围成的正四面体空隙中,晶胞中两个Si原子之间的距离为面对角线长度的一半,晶胞中C有8个在顶角,6个在面心,个数为8×+6×=4;Si位于体内,个数为4,则晶胞质量为 g= g,晶胞边长为 cm,两个Si原子之间的距离为×1010 pm。
11.反型钙钛矿电池使用具有光催化活性的TiO2(通过氮掺杂生成TiO2-aNb,反应如图所示)以及掺杂的有机空穴传输层,光照下的输出稳定性更好,更具发展潜力。
已知原子1、2的分数坐标分别为和(1,0,0),则原子3的分数坐标为,设阿伏加德罗常数的值为NA,TiO2的密度为 g·cm-3(列出计算式)。TiO2-aNb晶体中a=。
解析:根据TiO2晶胞结构,TiO2晶胞中Ti原子的个数为8×+4×+1=4,O原子的个数为8×+8×+2=8,则1 mol晶胞的质量为(48×4+16×8) g=4×(48+16×2) g,1个晶胞的质量m= g,体积V=x2y×10-30 cm3,则TiO2的密度ρ=== g·cm-3;类比TiO2晶胞可知,氮掺杂反应后得到的TiO2-aNb晶胞含有Ti原子个数为8×+4×+1=4,O原子个数为6×+6×+1=,N原子个数为1×+1×=,所以 Ti、O、N原子个数比为4∶∶=1∶∶,该物质的化学式为Ti,则2-a=,a=2-=。
12.一种Ag2HgI4固体导电材料为四方晶系,其晶胞参数为a pm、a pm和2a pm,晶胞沿x、y、z轴的方向投影(如图所示),A、B、C表示三种不同原子的投影,标记为n的原子分数坐标为,则m的原子分数坐标为,距离Hg最近的Ag有8个。设NA为阿伏加德罗常数的值,Ag2HgI4的摩尔质量为M g·mol-1,该晶体的密度为×1030g·cm-3(用代数式表示)。
解析:根据n的原子分数坐标为可知,m原子在x轴坐标为、y轴坐标为,z轴坐标为,所以m的原子的分数坐标为;A原子在晶胞内,1个晶胞含有A原子的个数为8;B原子在顶点和晶胞中心,B原子的个数为8×+1=2;C原子在棱上、面上,C原子的个数4×+6×=4,则A是I、B是Hg、C是Ag,距离Hg最近的Ag有8个。设NA为阿伏加德罗常数的值,Ag2HgI4的摩尔质量为M g·mol-1,该晶体的密度为 g·cm-3=×1030 g·cm-3。
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