2022年高中化学晶体的结构与性质专项训练100含答案

2022年高中化学晶体的结构与性质专项训练100含答案一、晶体的结构与性质1．萤石(CaF2)属于立方晶体（如图），晶体中每个Ca2＋被8个F－包围，则晶体中F－的配位数为A．2 B．4 C．6 D．82．类比推理的方法在化学学习与研究中有广泛的应用，但有时会得出错误的结论。以下几种类比推理结论中正确的是（）A．NH3的沸点高于PH3，推出CH4沸点高于SiH4B．卤素单质的熔沸点随相对分子质量的增加而增大，推出碱金属元素单质的熔沸点随相对分子质量的增加而增大C．CO2通入Ba(NO3)2溶液中无沉淀生成，推出SO2通入Ba(NO3)2溶液中无沉淀生成D．硫元素的非金属性较强，其最高价含氧酸H2SO4为强酸，推出HC1O4为强酸3．GaAs晶体的熔点很高，硬度很大，密度为ρg•cm－3，Ga和As的摩尔质量分别为MGag•mol－1和MAsg•mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，其晶胞结构如图所示，下列说法错误的是A．该晶体为共价晶体B．该晶体中Ga和As均无孤对电子，Ga和As的配位数均为4C．原子的体积占晶胞体积的百分率为D．所有原子均满足8电子稳定结构4．下列对物质性质的描述中属于离子晶体的是（）A．熔点是1070℃，易溶于水，水溶液能导电B．熔点是10.31℃，液态不导电，水溶液能导电C．熔点3550℃，硬度大，不导电D．熔点是97.80℃，质软、导电，密度是0.97g/cm35．氮化铝（AlN）具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性能，被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域，其结构类似于金刚石。一定条件下，氮化铝可通过反应Al2O3+N2+3C=2AlN+3CO合成，下述正确的是A．氮化铝晶体属于分子晶体B．由于AlN相对分子质量比立方BN大，所以熔沸点AlN比BN高C．AlN中原子Al杂化方式为sp2，N杂化方式为sp3D．氮化铝晶体中含有配位键6．下列各组物质发生的变化中，所克服的粒子间的作用（力）属同种类型的是（）A．酒精和食盐溶于水B．石英（SiO2）和生石灰的熔化C．氯化钠固体和冰的融化D．碘和干冰的升华7．有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是（）A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-有6个B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE8．下列说法不正确的是A．有化学键断裂的过程不一定是化学过程B．NH4Cl和Na2SO4晶体中含有的化学键类型相同C．H2O比H2S更稳定，是因为氧的非金属性更强D．离子晶体中一定含有离子键，分子晶体中一定含有共价键9．碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物，而且还能形成多种无机化合物，同时自身可以形成多种单质，碳及其化合物的用途广泛。（1）分子的晶体中，在晶胞的顶点和面心均含有一个分子，则一个晶胞的质量为_______。（2）干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较中正确的是_____（填字母）。a.晶体的熔点：干冰>冰b.晶体中的空间利用率：干冰>冰c.晶体中分子间相互作用力类型相同（3）金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的是______（填字母）。a.金刚石中碳原子的杂化类型为杂化，石墨中碳原子的杂化类型为杂化b.晶体中共价键的键长：金刚石中<石墨中C．晶体的熔点：金刚石>石墨d.晶体中共价键的键角：金刚石>石墨e.金刚石晶体中只存在共价键，石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力f.金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体（4）金刚石晶胞结构如下图，立方结构与金刚石相似，在晶体中，原子周围最近的原子所构成的立体图形为_______，原子与原子之间共价键与配位键的数目比为_______，一个晶胞中原子数目为___________。（5）已知单质的晶体密度为，的相对原子质量为，阿伏加德罗常数为，则的原子半径为_________。10．2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。TiS2、LiCoO2和LiMnO2等都是他们研究锂离子电池的载体。回答下列问题：(1)基态Co原子价层电子排布式为_______________________________。(2)已知第三电离能数据:I3(Mn)=3246kJ·mol-1，I3(Fe)=2957kJ·mol-1。锰的第三电离能大于铁的第三电离能,其主要原因是_______________________________。(3)据报道，在MnO2的催化下，甲醛可被氧化成CO2，在处理含HCHO的废水或空气方面有广泛应用。HCHO中键角_________CO2中键角(填“大于”“小于”或“等于")。(4)Co3+、Co2+能与NH3、H2O、SCN-等配体组成配合物。①1mol[Co(NH3)6]3+含______molσ键。②配位原子提供孤电子对与电负性有关，电负性越大，对孤电子对吸引力越大。SCN-的结构式为[S=C=N]-,SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是______(填元素符号)。③配离子在水中颜色与分裂能有关，某些水合离子的分裂能如表所示：由此推知，a______b(填“>”“<”或“=")，主要原因是_______________________。(5)工业上，采用电解熔融氯化锂制备锂，钠还原TiCl4(g)制备钛。已知：LiCl、TiCl4的熔点分别为605°C、-24°C，它们的熔点相差很大，其主要原因是_______________。(6)钛的化合物有2种不同结构的晶体，其晶胞如图所示。二氧化钛晶胞(如图1)中钛原子配位数为__________。氮化钛的晶胞如图2所示,图3是氮化钛的晶胞截面图。已知:NA是阿伏加德常数的值，氮化钛晶体密度为dg·cm-3。氮化钛晶胞中N原子半径为__________pm11．NaCl是重要的化工原料。回答下列问题：（1）元素Na的焰色反应呈___色。价电子被激发到相邻高能级后形成的激发态Na原子，其价电子轨道表示式为___。（2）KBr具有NaCl型的晶体结构，但其熔点比NaCl低，原因是___。（3）在适当的条件下，电解NaCl水溶液可制得NaClO3。①NaCl水溶液中，不存在的微粒间作用力有___。A．离子键B．极性键C．配位键D．氢键E.范德华力②ClO3-离子的几何构型为___，中心原子的杂化方式为___。（4）NaCl晶体在50~300GPa的高压下和Cl2反应，可以形成一种新晶体，其立方晶胞如图所示（大球为Cl，小球为Na）。①若A的原子坐标为（0，0，0），B的原子坐标为（，0，），则C的原子坐标为___。②晶体中，Cl构成的多面体包含___个三角形的面，与Cl紧邻的Na个数为___。12．氮及其化合物在生产生活中应用广泛。回答下列问题：(1)“中国制造2025”是中国政府实施制造强国战略第一个十年行动纲领。氮化铬(CrN)具有极高的硬度和力学强度、优异的抗腐蚀性能和高温稳定性能，氮化铬在现代工业中发挥更重要的作用，请写出Cr3+的外围电子排布式____；基态铬、氮原子的核外未成对电子数之比为____。(2)氮化铬的晶体结构类型与氯化钠相同，但氮化铬熔点(1282℃)比氯化钠(801'C)的高，主要原因是________。(3)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]，广泛地用于蓄电池工业、石油开采、淀粉加工、油脂工业、照相工业等，过硫酸铵中N、S、O的第一电离能由大到小的顺序为_______，其中NH4+的空间构型为____________(4)是20世纪80年代美国研制的典型钝感起爆药Ⅲ，它是由和[Co(NH3)5H2O](ClO4)3反应合成的，中孤电子对与π键比值为_______，CP的中心Co3+的配位数为______。(5)铁氮化合物是磁性材料研究中的热点课题之一，因其具有高饱和磁化强度、低矫顽力，有望获得较高的微波磁导率，具有极大的市场潜力，其四子格结构如图所示，已知晶体密度为ρg∙cm-3，阿伏加德罗常数为NA。①写出氮化铁中铁的堆积方式为____。②该化合物的化学式为___。③计算出Fe(II)围成的八面体的体积为____cm3。【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除一、晶体的结构与性质1．B【解析】【详解】根据晶胞结构图可知，每个晶胞中含有大黑实心球的个数为8，而小球的个数为8×+6×=4，结合CaF2的化学式可知，大黑实心球表示F-，小球表示Ca2+，由图可以看出每个F-周围最近距离的Ca2+一共是4个，即晶体中F－的配位数为4，故答案为B。2．D【解析】A.NH3的沸点高于PH3，是因为氨气分子间能形成氢键而磷化氢不能。，CH4分子间不能形成氢键，所以此类比推理不合理，A不正确；B.卤素单质的熔沸点随相对分子质量的增加而增大，是因为卤素单质都能形成分子晶体。分子晶体的熔、沸点是由分子间作用力决定的。碱金属元素单质属于金属晶体，其熔沸点由金属键的强度决定的，碱金属属于同一主族的金属，随着离子半径的增大，金属离子与自由电子之间的作用力减小，所以其熔、沸点逐渐减小。所以此类比推理也不合理，B不正确；C.CO2通入Ba(NO3)2溶液中无沉淀生成，是因为硝酸的酸性比碳酸的酸性强。SO2通入Ba(NO3)2溶液中先与水反应生成亚硫酸，亚硫酸是中强酸，硝酸根在酸性条件下有强氧化性，把亚硫酸氧化为硫酸，所以溶液的有硫酸钡沉淀生成。此类比推理也不合理，C不正确；D.同一周期从左到右，随着原子序数的递增，元素的非金属性依次增强，最高价的氧化物的水化物酸性依次增强。硫和氯都是第３周期的元素，氯元素的原子序数较大，氯元素的非金属性比硫强。由硫元素的非金属性较强，其最高价含氧酸H2SO4为强酸，推出HC1O4为强酸是合理的类比，D正确。3．C【解析】【分析】【详解】A.GaAs晶体的熔点很高，硬度很大，为空间立体网状结构，属于共价晶体，故A正确；B.由晶胞结构可知，Ga的配位数为4，晶胞中Ga原子数目为4，As原子数目为，晶胞中As、Ga原子数目之比为1：1，故As配位数也是4，Ga与周围4个As原子形成正四面体结构，As与周围4个Ga原子也形成正四面体结构，原子均形成4个键，Ga原子价电子数为3，与As形成4个共价键，说明As原子提供1对孤电子对给Ga形成配位键，As原子最外层5个电子全部成键，均没有孤对电子，故B正确；C.晶胞中原子总体积为，晶胞质量为，晶胞的体积为，原子的体积占晶胞体积的百分率为；故C错误；D.每个As、Ga原子都形成4个共价键，均没有孤对电子，所有原子均满足8电子稳定结构，故D正确；故答案选：C。4．A【解析】【分析】【详解】A.熔点是1070℃，易溶于水，水溶液能导电，属于离子晶体的物理性质，A正确；B.熔点是10.31℃，液态不导电，水溶液能导电，属于分子晶体的物理性质，B错误；C.不溶于水，熔点3550℃，不导电，属于原子晶体的物理性质，C错误；D.熔点是97.80℃，质软、导电，密度是0.97g•cm-3，属于金属晶体的物理性质，D错误；故合理选项是A。5．D【解析】【分析】【详解】A．氮化铝（）结构类似于金刚石，金刚石为原子晶体，则氮化铝（）也为原子晶体，不是分子晶体，故A错误；B．熔沸点与原子间的共价键的键能有关，原子半径越小，键能越大，熔沸点越高，所以熔沸点比要低，故B错误；C．结构与金刚石结构类似，金刚石中的碳为杂化，则原子和原子也为杂化，故C错误；D．结构与金刚石结构类似，金刚石中的碳形成个共价键；原子最外层只有个电子，可以提供空轨道，原子提供孤对电子而形成配位键，故D正确；故选D。【点睛】氮化铝晶体与金刚石类似，均是正四面体结构，每个铝原子与4个氮原子相连，是由原子构成的原子晶体。6．D【解析】【分析】【详解】A．酒精和食盐溶于水，前者克服的是分子间的作用力(包括氢键)，后者克服的是离子键，A不合题意；B．石英（SiO2）熔化时，需克服共价键，生石灰熔化时，需克服离子键，B不合题意；C．氯化钠固体熔化时，需克服离子键，冰融化时，需克服分子间的作用力(含氢键)，C不合题意；D．碘和干冰都属于分子晶体，升华时都需克服分子间的作用力，D符合题意；故选D。7．D【解析】【详解】A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-有6个，所以钠离子的配位数是6，故A正确；B．在CaF2晶体中，Ca2+位于晶胞的顶点和面心，晶胞中含有Ca2+的个数为：8×+6×=4，故B正确；C．在金刚石晶体中，每个碳原子形成4个共价键，每两个碳原子形成一个共价键，则每个碳原子形成的共价键平均为4×=2，所以在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键数之比为1∶2，故C正确；D．气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子，4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误；答案选D。8．D【解析】【分析】【详解】A．化学反应一定有旧键的断裂和新键的形成，有化学键断裂过程中，不一定发生了化学变化，如氯化氢溶于水，只破坏共价键，没有形成化学键，故A正确；B．NH4Cl中铵根离子与氯离子之间存在离子键，N与H之间存在共价键，Na2SO4晶体钠离子与硫酸根离子之间存在离子键，O与S之间存在共价键，所以二者中均含有共价键和离子键，化学键类型相同，故B正确；C．元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性：O＞S，所以H2O比H2S更稳定，故C正确；D．单原子分子中没有化学键，如稀有气体为单原子分子，则形成的晶体中没有共价键，离子晶体中一定含有离子键，故D错误；故选D。9．bae正四面体3：14【解析】【详解】（1）C60晶体为面心立方排布，所以每个C60晶胞有4个C60分子（面心3个，顶点1个），所以一个C60晶胞的质量为；答案为：；（2）a．冰融化时氢键被破，干冰分子之间只存在范德华力，融化时破坏范德华力，氢键比范德华力强，故晶体的熔点冰＞干冰，故a错误；b．水分子间存在氢键，且氢键有方向性，导致水分子形成冰时存在较大的空隙，干冰分子之间只存在范德华力，形成的分子晶体是密堆积，晶体中的空间利用率：干冰＞冰，故b正确；c．干冰分子之间存在范德华力，水分子间存在氢键，晶体中分子间相互作用力类型不相同，故c错误；答案为：b；（3）a．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，碳原子的杂化类型为sp3杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，故a正确；b．sp2杂化中，s轨道的成分比sp3杂化更多，而且石墨的碳原子还有大π键所以形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，故b错误；c．石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，作用力更大，破坏化学键需要更大能量，所以晶体的熔点金刚石＜石墨，故c错误；d．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，键角为120°，故d错误；e．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子．这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大π键．因而这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质，石墨为层状结构，层与层之间通过范德华力连接，说明晶体中含有共价键、金属键、范德华力，故e正确；f．金刚石是原子晶体，石墨为层状结构，层与层之间通过范德华力连接，石墨为混合型晶体，不属于原子晶体，故f错误；答案为：ae；（4）由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，在BN晶体中，每个B原子和4个N原子形成共价键，所以B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为正四面体；B原子的配位数是4，B原子与N原子之间共价键的数目是12，所以B原子与N原子之间共价键的数目与配位键的数目比为3：1，一个晶胞中N原子数目为4；答案为：正四面体；3：1；4；（5）已知单质的晶体密度为，的相对原子质量为，是面心立方最密堆积，故晶胞内有4个Cu分子（面心3个，顶点1个），阿伏加德罗常数为，晶胞的体积为：，又，则。10．3d74s2Mn2+价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁小于24S<[Co(H2O)6]3+所带正电荷较多LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强6【解析】【分析】同一原子的电离能，通常第一电离能<第二电离能<第三电离能，但若电离能突然增大，则此离子应达到稳定结构；不同原子的电离能不同，但若相同类别电离能的差距突然增大，则离子可能处于稳定结构。形成共价键的两原子间只能形成一个σ键，所以，计算微粒中所含σ键的数目时，只需确定有多少个原子间形成共价键。确定配位原子时，需要比较配体中含有孤对电子的元素的吸电子能力，吸电子能力强的非金属原子，难以提供孤电子对与中心离子形成配位键。计算晶胞中原子半径时，需先算出晶胞中所含原子的数目，以便确定质量；然后利用数学公式，建立质量、密度、体积的等量关系式，由此算出原子半径。【详解】(1)基态Co原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，价层电子排布式为3d74s2。答案为：3d74s2；(2)根据离子价层电子排布和洪特规则的特例分析电离能，离子越稳定，越容易生成，生成此离子的电离能越小，此离子再失电子的电离能越大。锰的第三电离能大于铁的第三电离能,其主要原因是Mn2+价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁。答案为：Mn价层电子排布式为3d5，达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价层电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，故锰的第三电离能大于铁；(3)HCHO分子呈平面结构，键角接近120°，而CO2的键角是180°，碳原子的杂化类型不同，键角不同。HCHO中键角小于CO2中键角。答案为：小于；(4)①1个NH3含有3个共价键，N原子还能形成1个配位键，配位键也属于σ键，所以1mol[Co(NH3)6]3+含24molσ键。答案为：24；②SCN-中，C没有孤电子对，N吸引电子对的能力比S强，所以S提供孤电子对形成配位键。从而得出SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是S。答案为：S；③依题意，配体相同，配位数相等的配离子，分裂能与中心离子的电荷数有关，正电荷数越多，吸引电子能力越强，分裂能越大。a<b，主要原因是[Co(H2O)6]3+所带正电荷较多。答案为：<；[Co(H2O)6]3+所带正电荷较多；(5)氯化锂为离子化合物，形成离子晶体，氯化钛是共价化合物，形成分子晶体，它们的熔点相差很大，其主要原因是LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强。答案为：LiCl是离子晶体，TiCl4是分子晶体，离子键比分子间作用力强；(6)图1中，由均摊法可知，1个晶胞含有2个黑球、4个白球(2个白球在体内，4个白球在面心)，所以黑球为钛，白球为氧。1个钛与6个氧相连，钛的配位数为6。则二氧化钛晶胞(如图1)中钛原子配位数为6。答案为：6；由图2知，1个晶胞含4个TiN(类似氯化钠晶胞)，图3棱上三个粒子相切，则有[4r(Ti)]2=[2r(Ti)+2r(N)]2+[2r(Ti)+2r(N)]2，r(Ti)=r(N)①，d=，从而得出r(Ti)+r(N)=②，将①代入②中，即得r(N)=cm=pm。答案为：。【点睛】在书写价层电子排布式时，我们若不注意审题，可能会把价层电子排布式写成核外电子排布式，从而导致出错。11．黄K+半径大于Na+，Br-半径大于Cl-，KBr中离子键更弱，晶格能较低A三角锥型sp3杂化(1，，)204【解析】【分析】【详解】(1)元素Na的焰色反应为黄色；激发态Na原子，其价电子由3s能级激发到3p能级，激发态Na原子价电子排布式为3s03p1，价电子轨道表示式为：；(2)KBr具有NaCl型的晶体结构，均属于离子晶体，离子电荷相等，K+半径大于Na+、Br-半径大于Cl-，KBr的晶格能更小，故其熔点比NaCl低；(3)①A．NaCl在溶液中完全电离形成钠离子与氯离子，离子键被破坏，故A选；B．水分子中O与H原子之间形成极性键，故B不选；C．氢离子有空轨道，水分子含有孤电子对，二者形成配离子，且溶液中存在H3O+，含有配位键，故C不选；

D．水分子之间存在氢键，故D不选；

E．水分子之间存在范德华力，故E不选，故选：A；②ClO3-离子中Cl原子孤电子对数==1，价层电子对数=1+3=4，所以空间构型为三角锥形，Cl原子采取sp3杂化；(4)①C处于晶胞右侧面，与上下平面等距离，即参数z=，参考B到上顶面的距离为棱长的，可知C到前平面为晶胞棱长的，即参数y=，到左平面距离等于晶胞棱长，即参数x=1，故C的坐标为(1，，)；②晶体中每个Cl原子参与形成5个三角形，而晶体中Cl构成的多面体含有12个Cl原子，故晶体中Cl构成的多面体包含三角形面的数目为：5×12÷3=20；根据均摊法，晶胞中Na原子数目=1+8×=2、Cl原子数目=12×=6，Na、Cl原子数目之比为1：3，故与Cl紧邻的Na个数为12×=4。12．3d32:1氮化铬的离子所带电荷数多，晶格能较大N>O>S正四面体5:46面心立方最密堆积Fe4N【解析】【分析】(1)基态Cr的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3；(2)晶体结构类型与氯化钠相同，离子所带电荷