实战训练选33 晶体结构与性质.docx

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实战训练选33晶体结构与性质

板块二高考层面·高考真题实战

1.[高考集萃]

（1）[2015·课标全国卷Ⅰ]①CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。

②碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

a．在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

b．在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

（2）[2015·山东高考]氟在自然界中常以CaF2的形式存在。

①下列有关CaF2的表述正确的是________。

a．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用

b．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点高于CaCl2

c．阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同

d．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电

②CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是__________________（用离子方程式表示）。

已知AlF

在溶液中可稳定存在。

（3）[2015·海南高考]①钒的某种氧化物的晶胞结构如图1所示，晶胞中实际拥有的阴、阳离子个数分别为________、________。

②V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na3VO4），该盐阴离子的立体构型为________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图2所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为________。

答案　

（1）①分子　②a.3　2　b．12　4

（2）①bd'②3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF

（3）①4　2　②正四面体　NaVO3

解析　

（1）①Fe（CO）5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。

②a.由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为

×6＝2。

b.观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4＝12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。

（2）①CaF2为离子化合物，熔融状态下能导电，Ca2＋与F－间既有静电吸引作用，又有静电排斥作用，a错，d对；离子半径越小，离子键越强，故CaF2的熔点高于CaCl2熔点，b对；阴阳离子比为2∶1的物质，其晶体构型与阴阳离子的半径的相对大小有关，c错。

②由题中信息可知Al3＋与F－结合生成较稳定的AlF

，导致溶解平衡CaF2（s）Ca2＋（aq）＋2F－（aq）右移而使CaF2溶解，故反应的离子方程式可表示为3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF

。

（3）①利用均摊法可确定晶胞中O原子数为

×4＋2＝4，V原子数为

×8＋1＝2，即晶胞中阴、阳离子数目分别为4、2。

②VO

中含有4个成键电子对，中心原子为sp3杂化，其立体构型为正四面体结构；偏钒酸钠的化学式为NaVO3。

2．[2015·课标全国卷Ⅱ]A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。

回答下列问题：

（1）四种元素中电负性最大的是________（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为________。

（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________（填分子式），原因是________________________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。

（3）C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。

（4）化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为________________________。

（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度（g·cm－3）________。

答案　

（1）O　1s22s22p63s23p3（或[Ne]3s23p3）

（2）O3　O3相对分子质量较大，范德华力大　分子晶体　离子晶体

（3）三角锥形　sp3

（4）V形　4　2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl（或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl）

（5）Na2O　8　

＝2.27g·cm－3

解析　C的核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序数依次增大，所以C应为P，D的最外层只有一个未成对电子，所以D为Cl。

A2－和B＋的电子层结构相同，则A为O，B为Na。

（1）电负性最大，也即非金属性最强的为O。

P为15号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。

（2）氧的两种同素异形体分别为O2和O3，均为分子晶体，分子晶体中相对分子质量越大，沸点越高。

H2O为分子晶体，NaH为离子晶体。

（3）PCl3中P有一对孤对电子，价层电子对数为1＋3＝4，所以P为sp3杂化，PCl3的空间构型为三角锥形。

（4）Cl2O中O有两对孤对电子，价层电子对数为2＋2＝4，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间构型为V形。

Cl2O中Cl为＋1价，Cl2发生歧化反应生成Cl2O和NaCl。

（5）由晶胞图知，小黑球有8个，大黑球有8×1/8＋6×1/2＝4，所以化学式为Na2O。

小黑球为Na，大黑球为O。

A为O，由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个钠，在相邻的另一个晶胞中，O也连有4个钠，故O的配位数为8。

1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有ρ＝

＝

＝

＝2.27（g·cm－3）。

3．[2014·福建高考]氮化硼（BN）晶体有多种相结构。

六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。

立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。

它们的晶体结构如图所示。

（1）基态硼原子的电子排布式为____________。

（2）关于这两种晶体的说法，正确的是________（填序号）。

a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大

b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软

c．两种晶体中的B—N键均为共价键

d．两种晶体均为分子晶体

（3）六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为________，其结构与石墨相似却不导电，原因是________________________________________________________________________。

（4）立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为__________。

该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。

根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是

________________________________________________________________________。

（5）NH4BF4（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一。

1molNH4BF4含有________mol配位键。

答案　

（1）1s22s22p1　

（2）bc

（3）平面三角形　层状结构中没有自由移动的电子

（4）sp3　高温、高压　（5）2

解析　本题考查物质结构与性质，意在考查考生对知识的理解和运用能力。

（2）立方相氮化硼只含有σ键，a错误；六方相氮化硼质地软，是由于其层间作用力为范德华力，作用力小，b正确；B、N均为非金属元素，两者形成的化学键为共价键，c正确；六方相氮化硼属于分子晶体，立方相氮化硼属于原子晶体，d错误。

（3）观察六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形。

其结构虽与石墨相似，但由于N的电负性较大，共价键上的电子被N原子强烈吸引，不能自由移动，所以不导电。

（4）立方相氮化硼晶体中，每个硼原子形成4个共价单键，所以为sp3杂化；地下约300km的环境应为高温、高压。

（5）NH

中存在一个由氮原子提供孤电子对、H＋提供空轨道而形成的配位键；在BF

中，存在一个由F－提供孤电子对、B提供空轨道而形成的配位键，所以1mol氟硼酸铵中含有2mol配位键。

4．[2013·课标全国卷Ⅱ]前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

回答下列问题：

（1）D2＋的价层电子排布图为________。

（2）四种元素中第一电离能最小的是________，电负性最大的是________（填元素符号）。

（3）A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为________；D的配位数为________；

②列式计算该晶体的密度________g·cm－3。

答案　

（1）

（2）K　F　（3）①K2NiF4　6

②

＝3.4

解析　本题考查了元素推断、电子排布式、第一电离能、电负性、晶体化学式求法、晶胞密度的计算、配合物知识。

A、B、C、D的原子序数依次增大，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，且B＋比A－多8个电子，故A为F元素，B为K元素，在第四周期中未成对电子数为4的原子的价电子排布为3d64s2，故C为Fe元素，D的原子序数比Fe大2，D为Ni元素。

（1）Ni2＋由Ni原子失去最外层两个电子得到，故其价层电子排布图为

（2）F是电负性最大的元素，第一电离能很大；同周期元素中原子序数越大，第一电离能也较大，故第一电离能最小的是K元素。

（3）①在该化合物中F原子位于棱、面心以及体内，故个数＝

×16＋

×4＋2＝8，K原子位于棱和体内，故个数＝

×8＋2＝4，Ni原子位于8个顶点上和体内，故个数＝

×8＋1＝2，所以化学式为K2NiF4；由图示可看出在每个Ni原子周围有6个F原子，故配位数为6。

②结合解析①，根据密度的公式ρ＝

＝

＝3.4g·cm－3。

5．[高考集萃]

（1）[2014·江苏高考]Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。

铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。

（2）[2014·课标全国卷Ⅰ]早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。

回答下列问题：

①准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。

②Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。

③Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________，列式表示Al单质的密度________g·cm－3（不必计算出结果）。

（3）[2014·课标全国卷Ⅱ]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。

a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。

回答下列问题：

①e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。

②这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图2所示）。

该化合物中，阴离子为______________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是____________________。

（4）[2014·四川高考]X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。

XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2＋离子的3d轨道中有9个电子。

Z与某元素形成的化合物的晶胞如图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。

答案　

（1）12

（2）①X射线衍射　②16　③12　

（3）①＋1　②SO

　共价键和配位键　H2O

H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱

（4）2∶1

解析　

（1）根据铜晶胞结构示意图可以看出，在每个铜原子周围与其距离最近的铜原子每层有4个，共有3层，所以铜晶体内每个铜原子周围与其距离最近的铜原子共有12个。

（2）①区分晶体、准晶体和非晶体可运用X射线衍射的方法。

②根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子为4＋6×

＋8×

＝8（个），再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。

③面心立方晶胞中粒子的配位数是12。

一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×

＋6×

＝4（个），一个晶胞的质量为

×27g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1nm＝10－7cm。

（3）由题意推出元素a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。

①由图可知e和c的个数比为2∶1，则化学式为Cu2O，O为－2价，则e离子的电荷为＋1；②由该化合物的阳离子结构可知，该阳离子可以表示为[Cu（NH3）4（H2O）2]2＋，结合阴离子是正四面体结构，可知阴离子为SO

，即该化合物是Cu（NH3）4（H2O）2SO4；阳离子中存在的化学键有共价键和配位键；由于H2O与Cu2＋配位键比NH3与Cu2＋的弱，故加热该化合物时，首先失去的组分是H2O。

（4）阴离子个数为2＋4×

＝4，阳离子个数为1＋8×

＝2，故阴阳离子个数比为2∶1。