2025年高考化学第一轮总复习：26晶体结构与性质

/2025年高考化学第一轮总复习：26晶体结构与性质1．(2025·河北正定中学月考)物质的聚集状态与其性能之间关系密切。下列说法错误的是()A．等离子体由电子、阳离子和电中性粒子构成，具有良好的导电性和流动性B．大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发C．液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性D．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性[答案]D[解析]晶体的自范性就是晶体能自发呈现多面体外形的性质；圆形容器中结出的冰是圆形的，是外部容器的形状，不能体现晶体的自范性，D错误。2．(2025·广东广州三校联考)下列有关晶体的说法中正确的是()A．分子晶体的分子内均存在共价键，可能存在氢键B．通过晶体X射线衍射实验，可得出晶体的晶胞结构C．分子晶体的结构为分子密堆积D．Na和Cl在50～300GPa的高压下反应生成晶体的一种晶胞如图，该晶体的化学式为NaCl3[答案]B[解析]稀有气体分子内没有共价键，A错误；通过X射线衍射实验，可得出晶体的内部结构，B正确；分子间只存在范德华力的分子晶体才是分子密堆积，C错误；用均摊法推知，一个晶胞内含有3个Na、1个Cl，故该晶体化学式为Na3Cl，D错误。3．(2025·广东六校联盟联考)四氯化锗(GeCl4)是光导纤维的常用掺杂剂，在常温下呈液态，锗与硅同族。下列说法不正确的是()A．基态Ge原子价层电子排布式为4s24p2B．GeCl4的熔点比SiCl4低C．GeCl4所属晶体类型是分子晶体D．第一电离能大小：Cl>Si>Ge[答案]B[解析]锗是32号元素，基态Ge原子的价层电子排布式为4s24p2，A正确；GeCl4与SiCl4晶体都属于分子晶体，GeCl4的相对分子质量大，GeCl4分子间作用力大，则GeCl4的熔点比SiCl4高，B错误；GeCl4在常温下呈液态，则其熔点较低，故属于分子晶体，C正确；元素非金属性越强，其第一电离能越大，非金属性大小为Cl>Si>Ge，则第一电离能：Cl>Si>Ge，D正确。4．(2025·北京师大附中统考)下列关于沸点的比较不正确的是()A．Cl2<Br2<I2B．邻羟基苯甲醛>对羟基苯甲醛C．CH3Cl<CH3CH2Cl<CH3CH2CH2ClD．金刚石>碳化硅>硅晶体[答案]B[解析]Cl2、Br2、I2都是分子晶体，结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，故沸点顺序为Cl2<Br2<I2，A正确；邻羟基苯甲醛存在分子内氢键，而对羟基苯甲醛存在分子间氢键，存在分子间氢键使得沸点升高，存在分子内氢键使得沸点降低，因此沸点顺序为邻羟基苯甲醛<对羟基苯甲醛，B错误；有机化合物中随碳原子数递增，物质沸点升高，故沸点顺序为CH3Cl<CH3CH2Cl<CH3CH2CH2Cl，C正确；金刚石、碳化硅、硅晶体都为共价晶体，原子半径越小，共价键越短，键能越大，沸点越高，键长：Si—Si>C—Si>C—C，故沸点顺序：金刚石>碳化硅>硅晶体，D正确。5．我国科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，再用射频电火花喷射氮气，获得超硬新材料β-氮化碳薄膜，结构如图，下列有关β-氮化碳的说法错误的是()A．碳原子采取sp3杂化、氮原子采取sp2杂化B．β-氮化碳属于共价晶体C．β-氮化碳的化学式为C3N4D．β-氮化碳硬度超过金刚石晶体[答案]A[解析]由β-氮化碳的结构示意图可知，晶体中形成4个共价键的饱和碳原子和形成3个共价键的饱和氮原子都为sp3杂化，故A错误；由β-氮化碳薄膜为超硬新材料可知，β-氮化碳属于硬度很高的共价晶体，故B正确；由β-氮化碳的结构示意图可知，虚线部分为晶体的最小结构单元，位于正方形顶点和边上的碳原子个数为4×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＝3，位于正方形内的氮原子个数为4，则β-氮化碳的化学式为C3N4，故C正确；由β-氮化碳薄膜为超硬新材料可知，β-氮化碳属于硬度很高的共价晶体，氮原子的原子半径小于碳原子，则碳氮键的键能强于碳碳键，所以β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，故D正确。6．(2025·北京东城区模拟)因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构也不同。两种铁晶胞(均为立方体，棱长分别为anm和1.22anm)的结构示意图如下。下列说法不正确的是()A．用X射线衍射可测定铁晶体的结构B．图2代表的铁单质中，一个铁原子周围最多有4个紧邻的铁原子C．图1与图2代表的铁单质中，原子之间以金属键相互结合D．图1与图2代表的铁单质的密度不同[答案]B[解析]区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是X射线衍射法；X射线衍射可测定铁晶体的结构，故A正确；图2代表的铁单质中，以底面中心的原子为例，上层、同层、下层各有4个紧邻的原子，故一个铁原子周围最多有12个紧邻的铁原子，故B错误；铁为金属晶体，铁单质中，原子之间以金属键相互结合，故C正确；图l中，据“均摊法”，晶胞中含8×eq\f(1,8)＋1＝2个Fe，则晶体密度为eq\f(m,V)＝eq\f(\f(2×56,NA),a3)×1021g·cm－3＝eq\f(2×56,a3NA)×1021g·cm－3；同理图2中，晶体密度为eq\f(4×56,1.22a3NA)×1021g·cm－3；故铁单质的密度不同，故D正确。7.NH4Cl的晶胞为立方体，其结构如下。下列说法不正确的是()A．NH4Cl晶体属于离子晶体B．NH4Cl晶胞中H—N—H键角为90°C．NH4Cl晶体中既有离子键又有共价键D．每个Cl－周围与它最近且等距离的NHeq\o\al(＋,4)的数目为8[答案]B[解析]氯化铵由铵根离子和氯离子构成，为离子晶体，A正确；铵根离子中N原子杂化方式为sp3杂化，键角为109°28′，B错误；NH4Cl晶体中铵根离子和氯离子之间为离子键，氮原子和氢原子之间为共价键，C正确；根据晶胞结构可知每个Cl－周围与它最近且等距离的铵根离子的数目为8，D正确。8．(2025·辽宁丹东六校联考)我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术，在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体，其结构如图所示。下列说法正确的是()A．该二维晶体的化学式为CaCl2B．Ca—Cl—Ca的键角为60°C．Can＋和Cl－的配位数均为3D．该晶体可由钙在氯气中燃烧制得[答案]C[解析]由俯视图可知，一个钙离子形成化学键结合3个氯离子，同样一个氯离子形成化学键结合3个钙离子，则该二维晶体的化学式为CaCl，A错误；结合侧视图可知，Ca—Cl—Ca构成的为非平面六边形，其Ca—Cl—Ca的键角不是60°，B错误；Can＋、Cl－周围最近的离子数均为3，故配位数均为3，C正确；钙在氯气中燃烧生成CaCl2，不能得到该晶体，D错误。9．(2024·江西九江期末)第三周期元素的单质熔点如图所示。下列叙述正确的是()A．图中涉及了4种晶体类型B．P4熔点低于S8的原因是P—P键能较小C．硅晶体由非极性键形成空间网状结构D．金属越活泼，其单质熔点越高[答案]C[解析]由题中图像可知，第3周期元素形成的单质中，Na、Mg、Al是金属晶体，Si是共价晶体，磷、硫、氯、氩固体单质是分子晶体，共3种晶体类型，A错误；分子晶体的熔点与共价键键能无关，与分子间作用力大小有关，S8的相对分子质量大于P4的，故熔点P4<S8，B错误；硅晶体由硅、硅非极性键形成空间网状结构，C正确；金属晶体熔点与金属键强弱有关，金属键强弱与金属离子所带电荷数，离子半径有关，Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次为1、2、3，离子半径依次减小，故金属键依次增强，熔点升高，D错误。10．如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。下列说法错误的是()A．1mol冰晶体中含有2mol氢键B．金刚石属于共价晶体，其中每个碳原子周围距离最近的碳原子数为4C．碘晶体属于分子晶体，每个碘晶胞中实际有8个碘原子D．冰、金刚石、MgO、碘单质四种晶体的熔点：金刚石>MgO>冰>碘单质[答案]D[解析]熔点的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体，冰为分子晶体，碘单质为分子晶体，室温下碘为固体、水为液体，MgO为离子晶体，金刚石是共价晶体，因此熔点：金刚石>MgO>碘单质>冰，D错误。11．某立方晶系的锑钾(Sb－K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是()A．该晶胞的体积为a3×10－36cm3B．K和Sb原子数之比为1∶3C．与Sb最邻近的K原子数为8D．K和Sb之间的最短距离为eq\f(1,2)apm[答案]C[解析]该晶胞的边长为a×10－10cm，故晶胞的体积为(a×10－10cm)3＝a3×10－30cm3，A项错误；该晶胞中K的个数为12×eq\f(1,4)＋9＝12，Sb的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，故K和Sb原子数之比为3∶1，B项错误；以面心处Sb为研究对象，与Sb最邻近的K原子数为8，C项正确；K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的eq\f(1,4)，即eq\f(\r(3),4)apm，D项错误。12．(2024·广东广州期末)杂化材料(CH3NH3)PbI3在太阳能电池领域具有重要价值，其立方晶胞结构如图所示。A的分数坐标为(0,0,0)，B的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))。下列说法中错误的是()A．C的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))B．CH3NHeq\o\al(＋,3)与Pb2＋的最短距离为eq\f(\r(2),2)anmC．距离CH3NHeq\o\al(＋,3)最近且等距离的I－有12个D．一个该晶胞的体积为a3×10－21cm3[答案]B[解析]根据晶胞结构可知，C位于晶胞右侧的面心，A的分数坐标为(0,0,0)，B的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，则C的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))，A正确；根据晶胞结构可知，CH3NHeq\o\al(＋,3)位于晶胞顶点，Pb2＋位于晶胞体心，CH3NHeq\o\al(＋,3)与Pb2＋的最短距离为体对角线长的eq\f(1,2)，即为eq\f(\r(3),2)anm，B错误；CH3NHeq\o\al(＋,3)位于晶胞顶点，I－位于晶胞面心，则距离CH3NHeq\o\al(＋,3)最近且等距离的I－有12个，C正确；该晶胞边长为anm，则一个该晶胞的体积为a3×10－21cm3，D正确。13．(2025·湖北荆州中学模拟)已知图甲为金属钠的晶胞，晶胞边长为apm，其晶胞截面如图乙所示。图丙为ZnS晶胞截面，已知ZnS属立方晶体，假设晶胞边长为dpm。下列关于ZnS晶胞的描述错误的是()A．每个晶胞中含有的S2－数目为4B．与Zn2＋距离最近且相等的S2－有8个C．该晶胞中距离最近的Zn2＋和S2－的核间距的计算表达式为eq\f(\r(3),4)dpmD．ZnS晶体的密度为eq\f(388,d3NA)×1030g·cm－3(NA为阿伏加德罗常数的值)[答案]B[解析]由晶胞截面图可知，S2－位于晶胞的顶角和面心，晶胞中S2－个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Zn2＋位于S2－构成的正四面体空隙内，每个晶胞中含有S2－的数目为4，A正确；Zn2＋位于S2－的正四面体空隙，与Zn2＋距离最近且相等的S2－有4个，B错误；与顶角S2－距离最近的Zn2＋位于体对角线的eq\f(1,4)处，距离最近的Zn2＋与S2－的核间距为eq\f(\r(3),4)dpm，C正确；ZnS晶体的密度为eq\f(4×32＋65,NA×d×10－103)g·cm－3＝eq\f(388,d3NA)×1030g·cm－3，D正确。14．(2025·聊城模拟)碳单质有广泛的应用，完成下列问题。(1)碳有很多同素异形体，例如金刚石、石墨和C60，已知金刚石中C—C键的键长为0.154nm，C60中C—C键的键长为0.140～0.145nm。C60的熔点________金刚石(填“高于”或“低于”)，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)石墨晶体由层状石墨按ABAB方式堆积而成，如图a所示，层与层之间靠____________________________________________________________________________________________________________________________________________维系。图a中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。1个六方石墨晶胞中碳原子的个数为________，D处碳原子的分数坐标为(0,0,0)，则E处碳原子的分数坐标为________(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，称作原子的分数坐标)。(3)石墨可作锂离子电池的负极材料，锂离子电池充电时，Li＋嵌入石墨层间。当嵌入最大量Li＋时，晶体部分结构的俯视示意图如图b，此时C与Li＋的个数比是________。[答案](1)低于C60是分子晶体，熔化时不需要破坏化学键，金刚石是共价晶体，熔化时需要破坏共价键(2)范德华力(或分子间作用力)4eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)，\f(2,3)，\f(1,2)))(3)6∶1[解析](1)比较晶体的熔点时，首先要确定晶体类型，然后弄清晶体熔化时是否需要破坏化学键。金刚石形成共价晶体，熔化时需要破坏共价键，而C60形成分子晶体，熔化时不需破坏共价键，所以C60的熔点低于金刚石。(2)石墨晶体的层与层之间，碳原子间不形成共价键，靠范德华力(或分子间作用力)维系。1个六方石墨晶胞中，顶点有8个C原子、棱心有4个C原子、面心有2个C原子、体心有1个C原子，则晶胞中含碳原子的个数为8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,4)＋2×eq\f(1,2)＋1＝4，D处碳原子的分数坐标为(0,0,0)，将x轴、y轴平移至中间层，通过建立有关E点与x、y轴的平行四边形，可确定E点在x轴的eq\f(1,3)处，在y轴的eq\f(2,3)处，在z轴的中点，即占z轴的eq\f(1,2)，所以E处碳原子的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)，\f(2,3)，\f(1,2)))。(3)从图b中可以看出，每个Li＋都位于1个平面正六边形的中心，即平均每6个C原子对应1个Li＋，所以此时C与Li＋的个数比是6∶1。15．(2025·河北邯郸一中检测)中医药学认为，雄黄(As4S4)外用可以治疗疥癣恶疮、蛇虫咬伤等；微量内服，可治惊痫、疮毒等病症。雄黄遇热易被氧化为As2O3(俗称砒霜)，虽在古时常用作毒药，但科学家却发现用它治疗白血病有一定的疗效。砷的其他化合物也在研究和生产中有着许多重要用途。(1)基态砷原子的价层电子排布图为________________________，核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图形状为________。(2)雄黄(As4S4)的结构如图甲所示，As原子的杂化形式为________。(3)Na3AsO4常用作杀虫剂、防腐剂，它含有的化学键类型包括________________；AsOeq\o\al(3－,4)的空间构型为________________。(4)砷化镓是优良的半导体材料，其晶胞结构如图乙所示。立方砷化镓晶体与立方氮化硼晶体结构类似，两种晶体中熔点较高的是________；砷化镓密度为ρg·cm－3，Ga和As原子半径分别为r1pm和r2pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则砷化镓晶体的空间利用率为_____________________________________。[答案](1)哑铃形(2)sp3(3)离子键和共价键正四面体形(4)氮化硼eq\f(4πρNAr\o\al