2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》周测10常见晶体的微观结构分析与晶胞计算

周测10常见晶体的微观结构分析与晶胞计算一、选择题(本题共14小题，每小题4分，共56分，每小题只有一个选项符合题目要求)1.我国具有丰富的铜矿资源，某铜矿石的晶胞结构如图所示，其化学式为()A.Cu3NB.Cu2NC.Cu3N2D.CuN答案A解析在该晶胞中，Cu+位于晶胞的棱上，则该晶胞中含有Cu+的数目为12×14=3，N3-位于晶胞的顶角，则该晶胞中含有N3-的数目为8×18=1，所以该晶胞的化学式为Cu3N，故2.如图是某化合物的晶体结构，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱侧面上。则该化合物的化学式为()A.MgB B.Mg3B2C.Mg2B D.Mg2B3答案A解析一个晶胞中镁原子的个数为12×16+2×12=3；硼原子数为6×12=3，所以晶胞中镁原子和硼原子的个数比为1∶1，故化学式为MgB3.自然界的氟化钙矿物为萤石或氟石，CaF2的晶体结构呈立方体形，其晶胞侧视图及晶胞结构如图，下列说法错误的是()A.基态F原子的电子排布式为1s22s22p5B.与Ca2+最近且等距的F-数目为8C.两个最近的F-之间的距离为2mpmD.CaF2晶体密度为782(答案C解析F是原子序数为9的元素，基态F原子的电子排布式为1s22s22p5，A正确；晶胞中与Ca2+最邻近的F-数为8，B正确；根据侧面图可看出，面对角线的长度为2mpm，晶胞边长为2mpm，两个最近的F-之间的距离为晶胞边长的一半，所以两个最近的F-之间的距离为2m2pm，C项错误；根据图示可知CaF2晶胞中含4个Ca2+和8个F-，ρ=78×4(2m×10-104.(2025·秦皇岛高二月考)硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子分层排布，彼此分层间隔。硼原子(黑球，半径为r1)和镁原子(白球，半径为r2)在平面上的投影如图1，硼化镁晶体的晶胞结构如图2。下列说法正确的是()A.晶胞边长为3(r1+r2)B.镁原子的价层电子排布为1s22s22p63s2C.该晶体的化学式为MgB6D.在硼化镁晶体中，硼原子的配位数为3答案A解析由图2可知，晶胞边长为2个白球圆心的距离，图1中3个连续最近的白球的中心组成一个等边三角形，如图，在等边三角形中作辅助线，如图(a、b、c为白球的球心，d为黑球的球心)，ac即为晶胞边长，设晶胞边长为x，ae长度为12x，ad长度为(r1+r2)，则cos30°=32=12xr1+r2，解得x=3(r1+r2)，A正确；镁原子的价层电子排布为3s2，B错误；图2中Mg原子位于晶胞的顶角，原子个数为8×18=1，B原子位于晶胞的内部，原子个数为2个，其化学式为MgB2，C错误；由图5.锂电池负极材料为Li嵌入两层石墨层中，形成如图所示的晶胞结构。下列说法正确的是()A.石墨片层间作用力较弱，故硬度和熔点都较低B.碳原子的杂化方式为sp3杂化C.晶胞中Li与C原子个数比为1∶6D.每个Li原子周围紧邻8个C原子答案C解析石墨片层间作用力较弱，能滑动，故硬度小；但是层内原子间为共价键，故其熔点较高，A错误；石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化，B错误；根据“均摊法”，晶胞中含4×16+4×112=1个Li、8×12+2=6个C，则晶胞中Li与C原子个数比为1∶6，C正确；1、2、3号碳的夹角为120°且距离4号Li的距离是相同的，以4号Li为例，每个Li原子周围紧邻(1+12×2)×6=12个C6.如图为铅磷青铜的一种晶胞结构，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法错误的是()A.铅磷青铜的化学式为PbCuPB.A原子的原子分数坐标为(0，0，0)，B原子的原子分数坐标为(1，1，0)，则C原子的原子分数坐标为(12，12，C.晶胞的质量为430ND.若晶体的密度为8.85g·cm-3，则晶胞参数为3430NA×答案A解析由铅磷青铜的晶胞结构图可知，Pb位于顶角，个数为8×18=1，Cu位于面心，个数为6×12=3，1个P位于体心，则其化学式为PbCu3P，故A错误；晶胞的质量为207+3×64+31NAg=430NAg，故C正确；设晶胞参数为apm，则晶胞体积为(a×10-10)3cm3，根据ρ=mV可得8.85g·cm-3=430NA(a7.时速600公里的磁浮列车需用到超导材料。超导材料TiN具有NaCl型结构(如图所示)，已知晶胞参数为aD(1D=10-10m)，TiN的摩尔质量为Mg·mol-1。下列说法不正确的是()A.基态Ti原子的电子排布式为Ar3d24s2B.晶胞中阴、阳离子的配位数都是4C.该晶胞沿z轴的投影图为D.该晶体的密度为4MN答案B解析Ti是22号元素，其基态原子电子排布式为Ar3d24s2，A正确；该晶胞的结构类似NaCl晶胞，晶胞中阴、阳离子的配位数都是6，B错误；从晶胞顶面分析该晶胞沿z轴的投影，Ti3+的半径比N3-大，则顶面棱上的Ti3+会遮盖N3-，投影图为，C正确；N3-位于晶胞顶角和面心，晶胞中N3-数目为8×18+6×12=4，Ti3+位于晶胞内部和棱上，晶胞中Ti3+数目为1+12×14=4，故晶胞质量为4MNAg，晶胞体积为aD3=a3×10-24cm3，所以该晶体密度为ρ=mV=4MNA8.如图依次是铁的δ、γ、α三种晶体不同温度下的转化，下列有关说法不正确的是()A.三种晶体互为同素异形体B.将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同C.若铁原子半径为anm，则三种晶体的棱长之比是6∶3∶2D.三种晶体中与顶点铁原子距离相等且最近的铁原子分别有8个、12个、6个答案C解析三种晶体是由铁元素组成的不同单质，互为同素异形体，故A正确；依据得到晶体的条件可知，在急速冷却时(立即降温到912℃)得到α⁃Fe，缓慢冷却时(逐渐冷却到1394℃)得到γ⁃Fe，两种晶体类型不相同,故B正确；若铁原子半径为anm,体心立方中晶体的棱长为43anm,面心立方中晶体的棱长为42anm，简单立方中晶体的棱长为2anm，三种晶体的棱长之比是43a∶42a∶2a=22∶23∶6，故C错误；由晶体结构可知，体心立方中与顶点铁原子距离相等且最近的铁原子有8个，面心立方中与顶点铁原子距离相等且最近的铁原子有12个，简单立方中与顶点铁原子距离相等且最近的铁原子有9.某种离子型铁的氧化物晶胞如图所示，它由方块A、B组成。已知该晶体的密度为dg·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法错误的是()A.方块A含有1.5个Fe2+、4个O2-B.方块B含有0.5个Fe2+、4个O2-、4个FeC.该氧化物中Fe2+、Fe3+、O2-的个数比为1∶2∶4D.晶胞的棱长为3232NAd答案D解析根据均摊法计算方块A含有1+4×18=1.5个亚铁离子、4个氧离子，故A正确；根据均摊法计算方块B含有4×18=0.5个亚铁离子、4个氧离子、4个铁离子，故B正确；Fe2+处于晶胞的顶角、面心以及A位置立方体的体心，O2-位于A、B小立方体的内部，每个小立方体内部各有4个，Fe3+处于晶胞B小立方体内部，晶胞中Fe2+数目为4×(1.5+0.5)=8、Fe3+数目为4×4=16，O2-数目为4×8=32，故Fe2+、Fe3+、O2-的个数比为8∶16∶32=1∶2∶4，故C正确；晶胞中含有Fe2+、Fe3+、O2-的个数分别是8、16、32，它们的相对原子质量之和是8×232，根据m=ρV可得a=38×232NAd10.立方砷化硼(BAs)有潜力成为比硅更优良的半导体材料，BAs的晶胞结构如图所示：若晶胞参数为apm，下列有关说法错误的是()A.该晶胞中所含As原子的个数与As的配位数相等B.基态B原子核外电子的空间运动状态有3种C.晶胞中As原子与B原子的最近距离为34aD.晶胞在xy面上的投影图为答案D解析根据晶胞结构可知，每个晶胞中所含As原子的个数为4，As原子的配位数为4，As原子的个数与配位数相等，故A正确；基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1，核外电子占有3个轨道，其空间运动状态有3种，故B正确；晶胞的体对角线长为3apm，As原子与B原子的最近距离为体对角线长的14，所以最短距离为34apm，故C正确；晶胞面心有B原子，在xy面上的投影图为，故D下列有关该晶体的说法错误的是()A.晶胞中K、Mg、F的原子个数比为1∶1∶3B.与K等距离且最近的F的数目为6C.在M晶胞结构的另一种表示中，若K位于晶胞的体心，则F位于棱心D.该晶体的密度为120×10答案B解析晶胞中，钾原子位于顶角，镁原子位于体心，氟原子位于面心，根据均摊法确定晶胞中含8×18=1个K，1个Mg，6×12=3个F，则晶胞中K、Mg、F的原子个数比为1∶1∶3，A正确；与K等距离且最近的F位于面心，共有12个，B错误；在M晶胞结构的另一种表示中，若K位于晶胞的体心，则F位于棱心，Mg位于顶角，C正确；该晶体的密度ρ=mV=39+24+19×3NAa×10-12.由Mn、Sn、C构成的一种磁性材料，它的晶胞结构及部分原子的分数坐标如图所示。下列说法不正确的是()A.该晶胞中碳原子的坐标为(12，12，B.离锡原子最近且等距离的锰原子有8个C.基态Mn原子的价层电子排布式为3d54s2D.该晶体的化学式为SnMn3C答案B解析根据晶胞结构，C位于体心，其坐标为(12，12，12)，故A正确；由晶胞结构可知，离锡原子最近且等距离的锰原子处于Sn原子所在面的面心，有12个，故B错误；Mn是25号元素，处于d区，其基态原子价层电子排布式为3d54s2，故C正确；Sn位于顶角，有8×18=1个，Mn位于面心，有6×12=3个，C位于体心，有1个，故化学式为SnMn13.Li2O具有反萤石结构，其立方晶胞结构如图所示(晶胞的边长为apm)，下列说法错误的是()A.字母B表示氧离子，配位数是8B.若晶胞中M点的原子分数坐标为(0，0，0)，则P点的原子分数坐标为(14，14，C.A处于B围成的正八面体空隙中D.晶胞中A与B的最短距离为3a答案C解析由晶胞图可知，A原子位于体内，其数目为8，B原子位于顶角和面心，其数目为8×18+6×12=4，则A表示Li+，B表示O2-，离B最近且等距离的A的数目为8，则其配位数为8，A选项正确；晶胞中A与B的最短距离为体对角线长的14，由于晶胞的边长为apm，所以A与B的最短距离为3a×14.某种钴盐晶体的立方晶胞结构如图所示，已知晶胞参数为anm，A点的原子分数坐标为(0，0，0)，C点的原子分数坐标为(12，12，12)。下列说法错误的是A.B点的原子分数坐标为(12，0，1B.距离Co2+最近且等距离的Ti4+的数目为8C.该晶体的密度为155×10D.Ti4+与O2-之间的最短距离为22a答案C解析该晶体的化学式为CoTiO3，CoTiO3的摩尔质量为155g·mol-1,该晶体的密度为ρ=mV=155×1021a3NAg·cm-3,故C错误；Ti4+与O2-二、非选择题(本题共3小题，共44分)15.(14分)碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)基态碳原子的最外层电子排布式为________。

(2)C60所属的晶体类型为______________晶体。

(3)石墨所属的晶体类型为____________晶体。

(4)上述三种单质互称为________(填字母)。

a.同系物b.同素异形体c.同分异构体(5)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔、沸点如下表所示：SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.7SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4沸点依次升高的原因是______________________。

(6)由Cu、O构成的一种化合物常作为反应的催化剂，其晶胞结构如图所示，该物质的化学式为________________________。

(7)Na、K等活泼金属在O2中燃烧得到的Na2O2、KO2具有强氧化性，常做消毒剂。已知KO2的晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞的参数为anm。晶胞的密度为____________g·cm-3(用含a、NA的代数式表示)。

答案(1)2s22p2(2)分子(3)混合型(4)b(5)SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，沸点依次升高(6)Cu2O(7)4解析(6)该晶胞含有4个铜原子、1+18×8=2个O原子，因而化学式为Cu2O(7)由均摊法，晶胞中K+数目为8×18+6×12=4，O2-数目为12×14+1=4，则晶胞质量为4×71NAg，晶胞的参数为anm，晶胞体积为(a×10-7)3cm3=a3×10-21cm3，晶胞的密度为16.(14分)三元锂电池性能优异、能量密度高，正极材料包含了Ni、Co、Mn三种过渡金属氧化物。(1)(1分)基态Ni原子的核外电子排布式为____________。

(2)(1分)在稀氨水介质中，Ni2+与丁二酮肟(分子式为C4H8N2O2)反应可生成鲜红色沉淀，其分子结构如图所示，该结构中碳原子的杂化方式为____________________。

(3)Co2+易与氨水反应生成[Co(NH3)6]2+，Co2+的配位数为________，NH3形成配合物后H—N—H键角会________(填“变大”“变小”或“不变”)，原因是________________________。

(4)下表是Mn与Fe的部分电离能数据，解释I3(Mn)大于I3(Fe)的主要原因：______________________。

元素FeMn第二电离能I2/(kJ·mol-1)15611509第三电离能I3/(kJ·mol-1)29573248(5)Co与Ti类似，其晶体堆积方式为六方最密堆积，其晶体结构如图所示，则该晶体结构中含有的原子个数为__________，已知该晶体结构的底边长为anm，高为cnm，则晶体结构的密度为________g·cm-3。

答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)(2)sp2和sp3(3)6变大因为孤电子对与成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以NH3形成配合物后，成键电子对之间的排斥力变小，H—N—H键角会变大(4)Mn的价层电子排布为3d54s2，失去2个电子后价层电子排布为3d5，处于半充满的稳定状态，而铁的价层电子排布为3d64s2，失去2个电子后价层电子排布为3d6，较容易失去第3个电子，因此I3(Mn)大于I3(Fe)(5)62363a2解析(2)根据如图所示的信息，分子中的碳原子有单键碳原子和双键碳原子，所以杂化方式为sp2和sp3。(5)该晶体结构中含有的原子个数：12×16+2×12+3=6，该晶体结构的体积为V=(6×12×a×10-7×a×10-7×32×c×10-7)cm3=323a2c×10-21cm3，所以晶体结构的密度为ρ=6×5917.(16分)我国科研工作者开发了质子陶瓷燃料电池的高活性La1.2Sr0.8Ni0.5O4+δ(LSNM)阴极，使用这种核/双壳LSNM