- 晶体结构与性质
- 共7164题
（9分）12000年前，地球上发生过一次大灾变，气温骤降，导致猛犸灭绝，北美Clovis文化消亡。有一种假说认为，灾变缘起一颗碳质彗星撞击地球。2010年几个研究小组发现，在北美和格林兰该地质年代的地层中存在超乎寻常浓度的纳米六方金刚石，被认为是该假设的证据。
7-1 立方金刚石的晶胞如图7-1所示。画出以两个黑色碳原子为中心的C—C键及所连接的碳原子。
7-2 图7-2上、下分别是立方金刚石和六方金刚石的碳架结构。它们的碳环构型有何不同？
7-3 六方硫化锌的晶体结构如图7-3所示。用碳原子代替硫原子和锌原子，即为六方金刚石。请在该图内用粗线框出六方金刚石的一个晶胞，要求框线必须包含图中已有的一段粗线，且框出的晶胞体积最小。
7-4 立方金刚石中周期性重复的最小单位包含 个碳原子。
正确答案
（9分）
7-1
7-2 立方金刚石的碳环构型全部为椅式，六方金刚石碳环构型既有椅式又有船式。
7-3
7-4 4
略
（16分）在离子晶体中,阴阳离子按一定规律在空间排列,如图(1)所示即是NaCl的晶体结构,这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
①在晶体中，每个Na+离子周围与它最接近的、且距离相等的Cl-共有 个。
每个Na+离子周围与它最接近的、且距离相等的Na+共有 个。而Na+离子数目与Cl-离子数目之比为 。
②在离子晶体中，阴阳离子具有球对称的电子云。它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切（如图⑵所示）。离子键的键长是相邻阴阳离子的半径之和（如图⑶所示），已知a为常数。
a
（1） （2） （3）
③试回答下列问题：
NaCl晶体中离子键的键长为 。Na+离子半径与Cl-离子
半径比r+/r- = 。（已知√2="1.414" , √3="1.732, " √5=2.236）
④NaCl晶体中不存在分子,但在温度达到1413℃时,NaCl晶体形成气体,并以分子形式存在,现有29.25gNaCl晶体,强热使温度达到1450℃,测得气体体积为5.6L(已折算为标准状况),则此时氯化钠气体的分子式为 。
⑤纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好等于氯化钠晶胞的大小和形状，则这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分数为 。
正确答案
① 6、12、1：1； ③ a/2、√2-1 ④ Na2Cl2 ⑤ 96.3%
由题意29.25g氯化钠在1450℃时为0.25mol，故其摩尔质量为117g·mol-1，所以氯化钠气体的分子式为Na2Cl2。
(10分)Ⅰ.（1分Ⅰ）除去气态原子中的一个电子使之成为气态+1价阳离子时所需外界提供的能量叫做该元素的第一电离能。下图是周期表中短周期的一部分，其中第一电离能最小的元素是_______. （填字母）
Ⅱ.（6分）德国和美国科学家首先制出由20个碳原子组成的
空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成（如图）。请回答:
C20分子共有_______个正五边形，共有_______条棱边，C20晶体属于_______ (填晶体类型).
Ⅲ. （3分）晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单元称之为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。
（1）晶体中每个Na+同时吸引着______个Cl-，每个Cl-同时吸引着_______个Na+。
（2）晶体中在每个Cl-周围与它最接近且距离相等
的Cl-共有________个。
正确答案
Ⅰ.C(1分) ；Ⅱ.12. (2分)30(2分)；分子晶体(2分)。
Ⅲ.6(1分) ；6(1分) ；12(1分)
Ⅰ.金属性越强，第一电离能越小。根据元素周期律可知C的金属性最强，所以第一电离能最小。
Ⅱ.根据结构图可知，每个碳原子形成3个C－C键，1个C－C键由2个电子形成，所以含有的棱边是
Ⅲ.根据晶胞的结构示意图可知每个钠离子同时吸引着6个氯离子，即上下、左右、前后各1个。反过来，每各氯离子同时吸引着6各钠离子。根据示意图可知晶体中在每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-位于面的中心处，共3各。由于每个顶点可以形成8各立方体，所以个数是
最近，由镁、镍和碳三种元素组成的化合物引起了科学家的注意。
(1)写出镍基态原子的电子排布式
(2)MgCN2中的阴离子为CN
(3)四羰基镍[Ni（CO)4]为无色挥发性剧毒液体。熔点一250C。沸点430 C。不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂，呈四面体构型。四羰基镍的晶体类型是 ，镍原子和羰基之间的作用力为 。
(4)据报道，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行面心立方最密堆积，如图，试写出该晶体的化学式 。晶体中每个镁原子周围距离最近的镍原子有 个。
正确答案
（1）1s22s22p63s23p63d84s2
（2）CO2 直线型
（3）分子晶体 配位键（或共价键）
（4）MgNi3C 12个
略
现有A、B、C三种物质，A为气态氢化物，分子式为RH3，含R为82.4%，B是另一种气态氢化物，A+B→C，C与碱液共热放出A。C的水溶液加入稀HNO3酸化后，滴入AgNO3溶液，产生不溶性的白色沉淀，完成下列问题：
（1）写出A的名称和电子式，并指出它是否是极性分子？其稳定性比PH3、H2O强还是弱？
（2）写出B的名称和电子式，并指出它是否是极性分子？其稳定性比HF、H2S、HBr如何？其水溶液的酸性比HF、HBr、H2S如何？
（3）写出C的名称和电子式，具体指明C物质中各部分的化学键，指出C形成的晶体类型。
（4）写出上述有关的化学方程式或离子方程式。
正确答案
(1)氨，
(2)氯化氢，
（3）氯化铵，
（4）NH3+HCl
根据A的分子式及R的含量可知：A为NH3。（
[物质结构与性质]（15分）
已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48。X的一种1:1型常见气态氢化物分子中既有σ键又有π键。Z是金属元素，Z的单质和化合物有广泛的用途。已知Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子。工业上利用ZO2和碳酸钡在熔融状态下制取化合物M（M可看做一种含氧酸盐）。M有显著的“压电性能”，应用于超声波的发生装置。经X射线分析，M晶体的最小重复单位为正方体（如右图），顶点位置为Z4＋所占，体心位置为Ba2＋所占，所有棱心位置为O2-所占。
（1）Y在周期表中位于______________；Z4＋的核外电子排布式为______________；
（2）X的该种氢化物分子构型为___________，X在该氢化物中以___________方式杂化。X和Y形成的化合物的熔点应该_____（填“高于”或 “低于”）X的该氢化物的熔点。
（3）①制备M的化学反应方程式是________________________________________；
②在M晶体中，若将Z4＋置于立方体的体心，Ba2＋置于立方体的顶点，则O2－处于立方体的______；
③在M晶体中，Z4＋的氧配位数为________；
正确答案
⑴第四周期 第ⅡA族；1s22s22p63s23p6；⑵直线形；sp；高于；⑶①TiO2+BaCO3
试题分析：根据题意可知：X是C，X的一种1:1型常见既有σ键又有π键气态氢化物分子是C2H2.Y是Ca；Z是Ti。（1）Ca在周期表中位于第四周期 第ⅡA族；Z4＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6；（2）X的该种氢化物分子C2H2构型为直线形；C在该氢化物中以sp方式杂化。X和Y形成的化合物CaC2是离子化合物，而C2H2的则是有分子构成的分子晶体。由于在离子化合物中离子间以离子键结合，而后者则是有分子通过分子间作用力结合的所以熔点CaC2应该高；（3）①制备M的化学反应方程式是TiO2+BaCO3
（8分）现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为 ；乙晶体的化学式为 ；丙晶体的化学式为___ ___；丁晶体的化学式为____ __。
正确答案
1：1 C2D EF XY2Z
在晶胞中顶点处的原子只提供1/8，在棱上的上1/4，面上的是1/2，在体心的是1.所以甲中B原子共有8×1/8＝1，A是1，所以个数比是1︰1.同样计算可得出一中C、D的个数比2︰1，即化学式为C2D。以此类推，丙、丁分别为EF、XY2Z。
【化学――选修物质结构与性质】（15分）
有A、B、C、D、E五种元素。其相关信息如下：
请回答下列问题。
(1) 写出E元素原子基态时的电子排布式__________________；
(2) C元素的第一电离能比氧元索的第一电离能 ______ ______ (填“大”或“小”)；
(3) CA3分子中C原子的杂化轨道类型是____________；
(4) A、C、E三种元素可形成
①配位键 ②金属键③极性共价键④非极性共价键⑤离子键 ⑥氢键
若
a.平面正方形b.正四面体c.三角锥型 d. V型
(5) B与D可形成离子化合物,其晶胞结构如右图所示。其中D离子的配位数为_____,若该晶体的密度为ag • cm－3,则该晶胞的体积是______cm-3(写出表达式即可)。
正确答案
(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1或[Ar] 3d10 4s1(2)大(3)sp3(4)①③；a (5) 8；(4×78/ NAa) cm3.
本题考查物质结构与性质的有关知识。根据A、B、C、D、E五种元素的相关信息，可以推断出A、B、C、D、E五种元素分别是H、F、N、Ca、Cu。(1) Cu的基态电子排布式为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1或[Ar] 3d10 4s1(2)由于N的P电子满足洪特规则，能量降低，第一电离能升高，故N元素的第一电离能比氧元索的第一电离能大。(3)NH3中氮原子最外层有5个电子，与氢共用3个电子，达8电子结构。根据价层电子对互斥理论，四对电子的排布方式为四面体构形，根据杂化轨道理论，应为sp3杂化。(4)[Cu(NH3)4]2+中Cu与NH3通过配位键结合，NH3中N与H通过极性共价键结合。由于[Cu(NH3)4]2+是对称结构，且两个NH3被两个Cl-取代时，能得到两种不同结构的产物。如果[Cu(NH3)4]2+是正四面体结构，两个NH3被两个Cl-取代时，能得到一种产物，不合题意，故[Cu(NH3)4]2+是平面正方形结构。(5)F与Ca形成CaF2，从晶体结构可以看出，氟化钙结构又称萤石型结构，属等轴晶系，面心立方结构。氟化钙是AB2型离子晶体。其中阳离子A(Ca2+)呈立方密堆积，阴离子B(F-)填充在四面体空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处。阴、阳离子的配位数分别为4和8。阳、阴离子半径比R2+/R->0.732。，所以一个氟化钙晶体中有4个氟化钙。该晶体的密度为ag • cm－3，则该晶胞的体积是(4×78/ NAa) cm3。
（10分）将过量Mg粉溶于100mL 1.5mol·L－1稀H2SO4中，反应结束后，滤去多余Mg粉，滤液在t℃下蒸发，当滤液质量为72.0g时开始析出MgSO4·xH2O晶体，当析出晶体12.3g时，剩下滤液48
（1）生成标准状况下
（
（3）MgSO4·xH2O中的x值。
正确答案
（1）3.36L （2）25.0%（3）7
n（H2SO4）=0.1L×1.5mol·L－1=0.15mol
（1）Mg ＋ H2SO4 = MgSO4 ＋ H2↑
0.15mol 0.15mol 0.15mol
V（H2）=22.4L·mol－1×0.15mol=3.36L
（3）
（6分）一种离子晶体的晶胞如右图其中阳离子A以
（1）每个晶胞中含A离子的数目为________，含B离子数目为________。
（2）若A的核外电子排布与Ar相同，B的电子排布与Ne相同，则该离子化合物的化学式是___________________；
（3）阳离子周围距离最近的阴离子数为_____，阴离子周围距离最近的阳离子数_____。
（4）已知A的离子半径为r m，则该晶胞的体积是 ___________m3。
正确答案
（6分，每空1分）（1）4、8 （2）CaF2 （3）8、4 （4）16r3
试题分析：（1）根据晶胞结构可知，B请别再晶胞内，共计是8个。而A离子的个数
（2）根据（1）可知，该离子化合物的化学式是AB2。又因为A的核外电子排布与Ar相同，B的电子排布与Ne相同，则A是Ca，B是F，所以化学式是CaF2。
（3）根据晶胞结构可知，钙离子周围距离最近的阴离子F－数为8个，而阴离子周围距离最近的阳离子数4个。
（4）已知A的离子半径为r m，则该晶胞的面半径是4rm，所以晶胞的边长是
点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的重要考点和题型，试题综合性强，注重基础知识的巩固，侧重能力的培养和解题方法的指导与训练。有利于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。该题的关键是明确晶胞中离子个数的计算原则和依据，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力。
（10分）
（1）下图表示一些晶体的结构（晶胞），其中代表干冰的是 ；
（2）MgO晶胞空间构型与NaCl晶体相同，MgO晶体中Mg2＋的配位数为________。与同个Mg2＋等距且最近的O2－围成的空间几何构型是 。MgO晶体熔点高于NaCl晶体，原因是 ；
（3）若C、D代表某种元素中的两种同分异构体，C中原子的杂化类型是 ，属于 晶体。D中原子的杂化类型是 ，D能导电的原因是 ；
（4）原子晶体能否形成最密堆积结构？ ，原因是 ；
(5)偏钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。偏钛酸钡晶体中晶胞的结构示意图如下图，它的化学式是 。
正确答案
（10分，除⑷两空合1分，其余每空1分）⑴B；
⑵6、正八面体；MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl，离子间的平均距离小于NaCl；
⑶sp3杂化、原子、sp2杂化、每个碳原子上未参与杂化的一个2p轨道上电子在层内离域运动（石墨中有自由电子）；
⑷不能，共价键有饱和性且配位数远小于12； ⑸BaTiO3
（1）干冰形成的晶体是分子晶体，答案选B。
（2）氯化钠的配位数是6，则MgO晶体中Mg2＋的配位数也是6。与同个Mg2＋等距且最近的O2－共6个，围成的空间几何构型是正八面体。MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl，离子间的平均距离小于NaCl，即氧化镁的晶格能大于氯化钠的，属于熔点高。
（3）工具结构可知，C是金刚石，碳原子是sp3杂化。D是石墨，碳原子是sp2杂化。由于每个碳原子上未参与杂化的一个2p轨道上电子在层内离域运动（即石墨中有自由电子），属于石墨能导电。
（4）由于共价键有饱和性且配位数远小于12，所以原子晶体不能形成最密堆积结构。
（5）根据加班结构可知，含有的钛原子是8×1/8＝1，氧原子是12×1/4＝3，Ba在中心，所以化学式为BaTiO3。
（13分）（1）下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型相同的是__ ___(请用相应的编号填写)
（2）一种离子晶体的晶胞如图。其中阳离子A以
（3）下图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子。
（4）通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热（△H），化学反应的△H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
键能/kJ·mol—1
360
436
431
176
已知:工业上高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g) + 2H2(g) 高温 Si(s) + 4 HCl(g)
则该反应的反应热△H = kJ/mol.
正确答案
（13分）（1）(2分)BC （2）（各2分）4、8、CaF2
（3）（2分）如图
（4）（3分）+236
略
．①MgCl2 ②干冰③冰 ④NaCl ⑤白磷（P4）⑥SiO2 ⑦Na2CO3 ⑧金刚石 ⑨NaOH （填序号）（每空2分）
(1)属于离子晶体的是 (2)属于分子晶体的是
(3)属于原子晶体的是_______ (4)熔化时只破坏共价键的是______
正确答案
略
（8分）选择下列物质填空(填写序号)
①氯化钙 ②干冰 ③过氧化钠 ④氯化铵 ⑤铜晶体 ⑥氩晶体 ⑦晶体硅 ⑧石墨
（1）固态时能导电的原子晶体有
（2）熔化时不破坏化学键的化合物有
（3）含有非极性共价键的离子晶体有
（4）晶体内同时存在共价键、范德华力和金属键的是
正确答案
⑴⑦ ⑵② ⑶③ ⑷ ⑧
略
（16分）观察下列部分图形，并按要求回答下列问题
(1)由金刚石晶体结构和晶胞图知，金刚石是原子晶体，晶体中碳原子取
杂化轨道形成σ键，每个晶胞中含碳原子数为 个。
(2)白磷分子（P4）中键角为 ，分子的空间结构为 ，每1mol白磷分子含 mol P-P共价键。若将1分子白磷中所有P-P键打开并各插入一个氧原子所得氧化物的分子式为 ，若每个P原子的孤对电子再与氧原子配位，就可得到磷的另一种氧化物 （填分子式）。
(3)由SiO2晶体结构知SiO2晶体是 晶体，每1mol SiO2晶体含 mol Si-O共价键。
(4)已知CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似，（如图）但CaC2晶体中哑铃形C22-的存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC2晶体中Ca2+配位数（C.N）为 。C22-与O22+互为等电子体，O22+的电子式为 ，1molO22+中含π键数目为 。
(5)晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角各有一个原子，观察图形回答。这个基本结构单元由 个硼原子组成，共含有 个B-B键。
(6)若测得mg NaCl固体的体积为Vcm3,已知NaCl晶体中，靠得最近的Na+、Cl-间的距离为a cm,则阿佛加德罗常数
正确答案
（16分）（1）SP3, 8 。
（2）60°, 正四面体，6 ， P4O6, P4O10 .
（3）原子， 4。
（4） 4 、 、 2NA个 。
（5） 12 、 30 。
（6） 
略
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