2021届新高考一轮复习人教版第34讲晶体结构与性质作业
练案[34]选修3 物质结构与性质
第34讲 晶体结构与性质
A组 基础必做题
1．(2020·江苏高三检测)(双选)过渡元素的化合物是高温超导物质研究的热点。某过渡元素A与氧形成的化合物叫金红石，其晶体的最小结构单元如图。则下面有关金红石的说法正确的是( BC )
A．一定是共价化合物 B．可能是离子化合物
C．它的化学式为AO2 D．它的化学式为A3O2
[解析] 过渡元素都是金属元素，所以某过渡元素A是金属元素，活泼金属和活泼非金属元素之间易存在离子键，金属元素和非金属元素之间可能存在共价键，所以金红石含有的化学键可能是共价键，而非一定是共价键，故A错误；过渡元素都是金属元素，所以某过渡元素A是金属元素，活泼金属和活泼非金属元素之间易存在离子键，金属元素和非金属元素之间可能存在共价键，所以金红石含有的化学键可能是离子键，故B正确；该晶胞中含有的O原子个数为2＋×4＝4，A原子个数＝1＋×8＝1＋1＝2，所以它的化学式为AO2，故C正确；该晶胞中含有的O原子个数为2＋×4＝4，A原子个数＝1＋×8＝1＋1＝2，所以它的化学式为AO2，故D错误。
2．(2019·山东潍坊高三检测)下列有关说法不正确的是( C )
A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键
B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋
C．氢原子的电子云图如图丙所示，氢原子核外大多数电子在原子核附近运动
D．金属Cu中铜原子堆积模型如图丁所示，为面心立方最密堆积，每个铜原子的配位数为12
3．(2020·海南高三检测)(双选)下列晶体性质的比较中，正确的是( AD )
A．熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
B．沸点：NH3＞H2O＞HF
C．硬度：白磷＞冰＞二氧化硅
D．熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4
[解析] 三种物质均为原子晶体，原子半径越小，作用力越大，键能越大，熔点越高；由于r(C)＜r(Si)，所以键长C－C＜C－Si＜Si－Si，故键能顺序C－C＞C－Si＞Si－Si，A正确；三种物质均为分子晶体，其沸点高低与分子间作用力有关，三种物质间都存在氢键，只有水常温下为液态，氨气分子间氢键最弱，所以沸点：H2O＞HF＞NH3，B错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，而白磷、冰都是分子晶体，硬度小，C错误；卤化硅均为分子晶体，它们的组成和性质相似，分子间不存在氢键，所以相对分子质量越大，熔点越高，所以D正确。正确选项AD。
4．(2020·山东潍坊高三检测)(双选)下列关于CH4和CO2的说法正确的是( BD )
A．固态二氧化碳属于原子晶体
B．CH4分子中含有极性共价键，是非极性分子。
C．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4的熔点低于CO2
D．二氧化碳分子中碳原子的杂化类型是sp
[解析] 二氧化碳属于分子晶体，选项A错误；甲烷中含有极性共价键，是正四面体结构，属于非极性分子，选项B正确；二氧化碳与甲烷形成的均是分子晶体，分子间作用力二氧化碳大于甲烷，所以熔点高，选项C错误；甲烷为正四面体形，C原子含有4个σ键，无孤电子对，采取sp3杂化，二氧化碳为直线形，碳氧双键中有1个σ键和1个π键，因此C原子采取sp杂化，选项D正确。答案选BD。
5．(2020·经典习题选粹)下表给出几种氯化物的熔点和沸点：
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
熔点/ ℃
801
714
190
－70
沸点/ ℃
1413
1412
180
57.57
有关表中所列四种氯化物的性质，以下叙述正确的是( C )
①氯化铝在加热时能升华 ②四氯化硅在晶态时属于分子晶体 ③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合 ④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响
A．仅② B．仅③④
C．仅①②④ D．①②③④
[解析] ①AlCl3的熔沸点较低，则AlCl3属于分子晶体，沸点低于熔点，加热时能升华，①正确；②SiCl4的熔沸点较低，是分子晶体，②正确；③NaCl的沸点为1 413 ℃，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，③错误；④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，并且都属于离子晶体，所以主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响，④正确。
6．(2019·重庆校级期中)如图是蓝色晶体MxFey(CN)6中阴离子的最小结构单元(图中是该晶体晶胞的八分之一)。下列说法正确的是( D )
A．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价
B．该晶体属于分子晶体，化学式为MFe2(CN)6
C．该晶体中与每个Fe3＋距离相等且最近的CN－为12个
D．该晶体的一个晶胞中含有的M＋的个数为4个
[解析] 根据均摊法，含Fe2＋个数为4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，根据化合价代数和为零可知，M的化合价为＋1价，故A错误；由A的分析可知，晶体的化学式为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，故B错误；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个(同层4个，上、下层各1个)，故C错误；图中是该晶体晶胞的八分之一，所以一个晶胞中的CN－有3个×8＝24个，根据晶体的化学式MFe2(CN)6可知：M＋与CN－的个数比为1︰6，所以M＋有4个，故D正确。
7．(2020·山东济南高三检测)(1)金刚石的晶胞结构如图1所示，已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同，若图中a为Zn2＋，则S2－处于ZnS晶胞中的位置为 顶点、面心 。
(2)石墨烯中部分碳原子被氧化后，转化为氧化石墨烯(如图2所示)。
①石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C与相邻碳原子间键能的变化是 变小 (填“变大”“变小”或“不变”)。
②石墨烯具有很大的比表面积，可用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为a m,12 g单层石墨烯的单面理论面积约为 a2NA m2(列出计算式即可)。
[解析] (1)已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同，若图中a为Zn2＋
，这说明锌全部位于晶胞中，共计是4个，根据化学式ZnS可知，S2－处于ZnS晶胞中的位置为顶点、面心。
(2)①石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C连接的氧原子吸引电子能力较强，导致与1号碳原子相邻碳原子对电子的吸引力减小，所以1号C与相邻碳原子间键能的变化是变小；②单层石墨烯中含有碳原子个数＝6×＝2，每个六边形面积＝6×(×a×a× m2)＝ a2 m2。12 g单层石墨烯中原子个数为NA，因此12 g单层石墨烯的单面理论面积为×a2 m2＝ a2 NA m2。
8．(2020·经典习题选粹)下图为几种晶体或晶胞的示意图：
请回答下列问题：
(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是金刚石晶体 。
(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰 。
(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能 小于 (填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是 MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，且r(Mg2＋)
离子晶体>分子晶体，冰和干冰属于分子晶体，熔点：冰>干冰，MgO和CaCl2属于离子晶体，熔点：MgO>CaCl2，则熔点由高到低的顺序为金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰。
(3)因为MgO中离子带两个电荷，NaCl中离子带一个电荷，氧离子半径小于氯离子，根据离子半径越小，离子带电荷越多，晶格能越大，可得MgO晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能。
(4)Cu原子占据面心和顶点，则每个Cu晶胞中实际占有的原子数为×8＋×6＝4；根据氯化钙的晶胞图可知，每个Ca2＋周围有8个Cl－，而每个Cl－周围有4个Ca2＋，所以CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为8。
(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，水分子间含有氢键，氢键的作用力大于范德华力，所以其熔沸点较高。
B组 能力提升题
9．(2020·江苏江阴期中)石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( D )
A．10个 B．18个
C．24个 D．14个
[解析] 根据图片知，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法知，7个六元环含有碳原子个数为×6×7＝14。
10．(2020·吉林延边校级期中)20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图)。下列说法错误的是( B )
A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高
B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高
C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体
D．C60的熔点低于C90
[解析] 金刚石属于原子晶体，石墨属于混合晶体，C60、C70等属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高，故A正确，B错误；球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子，都是碳元素形成的不同单质，所以均为碳的同素异形体，故C正确；C60、C90均属于分子晶体，C90相对分子质量大，分子间作用力强，熔点较高，故D正确。
11．(2020·试题调研)现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是( C )
[解析] A．该晶胞中A离子个数是1，B离子个数＝8×＝1，A、B离子个数之比＝1︰1，其化学式为AB或BA，故A错误；B．该晶胞中E离子个数＝F离子个数＝4×＝，离子个数比＝︰＝1︰1化学式为EF或FE，故B错误；C．该晶胞中，X离子个数是1，Y离子个数＝6×＝3，Z离子个数＝8×＝1，X、Y、Z离子个数比＝1︰3︰1，其化学式为XY3Z，故C正确；D．该晶胞中A离子个数＝8×＋6×＝4，B离子个数1＋12×＝4，A、B离子个数之比＝4︰4＝1︰1，其化学式为AB或BA，故D错误。
12．(2019·河北衡水检测)下列常见分子中σ键、π键判断正确的是( C )
A．CN－与N2结构相似，CH2===CHCN分子中σ键与π键数目之比为1︰1
B．CO与N2结构相似，CO分子中σ键与π键数目之比为2︰1
C．C与O互为等电子体，1 mol O中含有的π键数目为2NA
D．已知反应N2O4＋2N2H4===3N2＋4H2O，若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键数目为6NA
[解析] A项，CH2===CH—C≡N中有3个π键、6个σ键，A错误；B项，C≡O中σ键为1个，π键为2个，B错误；C项，C中有碳碳三键，则O中有氧氧三键，C正确；D项，4 mol N—H键断裂，消耗1 mol N2H4，生成1.5 mol N2，形成π键数目为3NA，D错误。
13．(2020·湖北武汉武昌区调研考试)请回答以下问题：
(1)第三周期的某主族元素，其第一至第五电离能数据如图1所示，则该元素对应的原子有 12 种不同运动状态的电子。
(2)如图2所示，每条折线表示周期表第ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是 SiH4 ，判断依据是 在第ⅣA～ⅦA族中的氢化物里，只有第ⅣA族元素氢化物沸点不存在反常现象；且a为第三周期氢化物，故a为SiH4 。
(3)CO2在高温高压下形成的晶体的晶胞结构如图3所示。则该晶体属于 原子 晶体。
(4)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素有 3 种。BCl3中心原子的杂化方式为 sp2杂化 ，写出与BCl3结构相同的一种等电子体(写离子) NO、CO、SiO(写出其中一个即可) 。
(5)冰、干冰、碘都是分子晶体，冰的结构具有特殊性，而干冰、碘的晶体具有相似的结构特征，干冰分子中一个分子周围有 12 个紧邻分子。D的醋酸盐晶体局部结构如图4，该晶体中含有的化学键是 abc (填字母标号)。
a．极性键 b．非极性键
c．配位键 d．金属键
(6)Fe的一种晶体如图5中甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的A～D中正确的是 A (填字母标号)。
铁原子的配位数是 8 ，假设铁原子的半径是r cm，该晶体的密度是ρ g·cm－3，则铁的相对原子质量为 (设阿伏加德罗常数的值为NA)。
[解析] 本题考查物质结构与性质，考查的核心素养是宏观辨识与微观探析。(1)根据该元素的第一至第五电离能数据，可知该元素的第三电离能发生突变，说明该原子最外层有2个电子，结合该元素为第三周期主族元素可知，该元素为Mg，其核外有12个电子，每个电子的运动状态均不相同，故该元素对应的原子有12种不同运动状态的电子。(2)第ⅣA～ⅦA族元素的氢化物中，只有第ⅣA族元素的氢化物均不存在氢键(第ⅤA族中NH3、第ⅥA族中H2O、第ⅦA族中HF均存在分子间氢键)，而对于结构相似的分子晶体，随着相对分子质量增大，范德华力逐渐增大，氢化物的沸点逐渐升高，a为第三周期氢化物，故a为SiH4。(3)该晶胞为空间网状结构，故该晶体属于原子晶体。(4)同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族由于s能级全满，处于稳定状态，第Ⅴ
A族由于p能级半满，较稳定，故第三周期元素的第一电离能由大到小的顺序为NaO2－，故Cu2O的晶格能大于Cu2S，Cu2S的熔点低于Cu2O。(2)SO2和SO3中S原子的孤电子对数分别为(6－2×2)/2＝1和(6－2×3)/2＝0，由于孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力，故SO2的键角小于SO3的键角。根据题图1可知S与4个O形成4个σ键，无孤电子对，价层电子对数为4，故S原子的杂化类型为sp3；与S形成σ键的4个O中有2个O被共用，则该物质的化学式为SO3或(SO3)n。(3)CaC2的电子式为Ca2＋[︰C⋮⋮C︰]2－，根据题图2可知，该晶胞中Ca2＋位于顶点和面心，形成面心立方最密堆积，C位于棱上和体心，该晶胞含有C的个数为12×1/4＋1＝4，由于两个碳原子之间有3个共用电子对，即1个C中有2个π键，故1个晶胞中有8个π键。(4)根据C60晶胞示意图可知与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个，其距离为晶胞棱长的，即为7.1××10－8 cm。
15．(2020·山东潍坊高三检测)A、B、C、D、E为原子序数依次增大的5种元素。A元素原子的p轨道有3个未成对电子；B元素原子的价层电子中，p轨道电子数是s轨道的2倍；C、D为同周期元素，C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，D元素原子最外层有1个未成对电子；E元素位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。请回答下列问题：
(1)D元素基态原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 纺锤形(或哑铃形) ，E元素基态原子的价层电子排布图(轨道表达式)为 。
(2)A、B、C中第一电离能最大的是 N (填元素符号)。
(3)元素A形成氢化物A2H4，元素B形成H2B2，二者沸点如表所示：
氢化物
A2H4
H2B2
沸点
113 ℃
150.2 ℃
A2H4中A原子的杂化类型为 sp3 ，H2B2比A2H4沸点高的原因是
O的电负性比N强，H2O2中分子之间氢键比N2H4中的强，故沸点高 。
(4)化合物D2B的立体构型为 V形 ，单质D与湿润的Na2CO3可以1︰1反应制备D2B，其化学方程式为 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl 。
(5)E与C所形成化合物的晶胞如图所示：
①在1个晶胞中，C的数目为 4 ，该化合物的化学式为 ZnS 。
②其中原子坐标参数：O(0,0,0)，P(0，，)，Q(，0，)，则R的坐标参数为 (，，) 。
[解析] A元素原子的p轨道有3个未成对电子，价层电子排布式为xs2xp3，B元素原子的价层电子中，p轨道电子数是s轨道的2倍，价层电子排布式为ys2yp4，C的基态原子的3p轨道上有4个电子，C的电子排布式为1s22s22p63s23p4，C为S；五种元素原子序数依次增大，则y和x均为2，A为N，B为O；C和D属于同周期，且原子序数依次增大，D元素原子最外层有1个未成对电子，即D为Cl，E元素位于第四周期，内层轨道全部排满，最外层电子数为2，E的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，即E为Zn。(1)Cl元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，电子占据最高能级为p能级，其电子云轮廓图为纺锤形(或哑铃形)；Zn为副族元素，价层电子包括最外层电子和次外层d能级上的电子，价层电子排布图为。(2)同主族从上到下第一电离能逐渐减小，同周期从左向右第一电离能逐渐增大，但存在电离能反常情况，即第ⅡA族>第ⅢA族、第ⅤA族>第ⅥA族，因此第一电离能最大的元素是N。(3)N2H4的电子式为，中心原子N形成3个σ键，还有一对孤电子对，故N原子的杂化方式为sp3。O的电负性比N强，H2O2中分子之间氢键比N2H4中的强，故沸点高。(4)D2B的分子式为Cl2O，可以看作O为中心原子，O形成2个σ键，孤电子对数为＝2，即Cl2O的空间构型为V形。根据题意，得出制备Cl2O的化学方程式：2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl。(5)①利用均摊法，C位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4；E位于晶胞内部，个数为4，因此化学式为ZnS。②R在体对角线的位置，R的坐标参数为(，，)。
[点拨] 结合原子的电子排布原理推断元素，以元素推断为切入点，考查物质结构与性质，是高考中常见的考查方式，能够较好地考查考生的逻辑推理能力，预计2021年可能会如此考查。
16．(2020·河南郑州第二次质量预测)砷化镍可用于制作发光器件、半导体激光器、太阳能电池和高速集成电路。
(1)基态Ni原子的价电子排布式为 3d84s2 ，基态As原子电子占据的最高能级的电子云轮廓图为 哑铃(或纺锤) 形。
(2)第一电离能As > (填“>”或“<”)Se，原因是 As元素原子的4p轨道上的电子呈半满状态，比较稳定 。
(3)As2O3(砒霜)是两性氧化物，As2O3溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3。
①AlH的中心原子的杂化方式为 sp3 ，其空间构型为 正四面体 。写出一种与AlH互为等电子体的分子的化学式 SiH4或CH4 。
②AsH3分子中H—As—H键角 < (填“>”“＝”或“<”)109.5°。AsH3的沸点低于NH3，其原因是 NH3分子间能形成氢键，AsH3分子间只有范德华力 。
(4)有机砷是治疗昏睡病不可缺少的药物，该有机砷中存在的化学键的种类为 abc (填字母编号)。
a．离子键 b．σ键
c．π键 d．碳碳双键
(5)砷化镍激光在医学上用于治疗皮肤及黏膜创面的感染、溃疡等，砷化镍晶胞如图所示，该晶体密度ρ为 (或或) g·cm－3(列式即可，不必化简)。
[解析] 本题主要考查价电子排布式的书写、第一电离能比较、键角大小分析、化学键类型判断、晶胞结构分析及计算，考查的核心素养是宏观辨识与微观探析。
(1)基态镍原子核外有28个电子，核外电子排布式为[Ar]3d84s2，价电子排布式为3d84s2。基态砷原子核外有33个电子，核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，电子占据的最高能级为4p，其电子云轮廓图为哑铃(或纺锤)形。
(2)As为第四周期第ⅤA族元素，Se为第四周期第ⅥA族元素，As元素原子的4p轨道上的电子呈半满状态，比较稳定，因此第一电离能：As>Se。
(3)①AlH中Al的孤电子对数为＝0，成键电子对数为4，Al的杂化轨道数为4，杂化类型为sp3，AlH的空间构型为正四面体形。与AlH互为等电子体的分子有SiH4、CH4等。②AsH3中As的孤电子对数为＝1，As的杂化轨道数为1＋3＝4，杂化类型为sp3，由于孤电子对与成键电子对间的斥力>成键电子对间的斥力，故H—As—H的键角小于109.5°。NH3、AsH3均为分子晶体，NH3分子间能形成氢键，AsH3分子间只有范德华力，因此AsH3的沸点低于NH3的沸点。
(4)该有机物中Na＋与阴离子之间为离子键，阴离子中N—H键、C—N键、C—As键、As—O键等均为σ键，As===O键中含有σ键、π键，该有机物中不含碳碳双键。
(5)该晶胞中Ni的个数为8×＋4×＝2，As的个数为2，该晶胞的质量为 g＝ g，该晶胞的底面积为b×10－10 cm×b×10－10 cm＝b2×10－20 cm2，则该晶胞的体积为b2×10－20cm2×a×10－10 cm＝ab2×10－30 cm3，故该晶体的密度ρ＝ g÷(ab2×10－30 cm3)＝ g·cm－3。
