人教版高中化学选修三第三章 晶体结构与性质单元 练习题.docx
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人教版高中化学选修三第三章晶体结构与性质单元练习题
第三章晶体结构与性质
一、单选题
1.下列晶体中,熔点最高的是( )
A.KF
B.MgO
C.CaO
D.NaCl
2.水的状态除了气、液和固态外,还有玻璃态。
它是由液态水急速冷却到165K时形成的。
玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述中正确的是()
A.水由液态变为玻璃态,体积缩小
B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀
C.玻璃态是水的一种特殊状态
D.玻璃态水是分子晶体
3.X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是( )
A.ZXY3
B.ZX2Y6
C.ZX4Y8
D.ZX8Y12
4.萤石(CaF2)是一种难溶于水的固体。
下列实验事实能说明CaF2一定是离子晶体的是( )
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
5.下列说法正确的是( )
A.在含4molSi—O键的二氧化硅晶体中,氧原子的数目为4NA
B.金刚石晶体中,碳原子数与C—C键数之比为1∶2
C.30g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
D.晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的原子晶体
6.1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠时释放出的热能为氯化钠的晶格能。
下列热化学方程式中,反应热的绝对值等于氯化钠晶格能的数值的是( )
A.Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(s);ΔH1=akJ·mol-1
B.Na+(g)+
Cl2(g)===NaCl(s);ΔH2=bkJ·mol-1
C.NaCl(s)===Na(g)+Cl(g);ΔH3=ckJ·mol-1
D.Na(g)+Cl(g)===NaCl(s);ΔH4=dkJ·mol-1
7.下列说法正确的是
A.分子晶体中一定存在分子间作用力,不一定存在共价键
B.分子中含两个氢原子的酸一定是二元酸
C.含有金属离子的晶体一定是离子晶体
D.元素的非金属型越强,其单质的活泼型一定越强
8.在40GPa高压下,用激光器加热到1800K时,人们成功制得原子晶体干冰,其结构和性质与SiO2原子晶体相似,下列说法正确的是( )
A.原子晶体干冰易汽化,可用作制冷剂
B.原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C.原子晶体干冰的硬度小,不能用作耐磨材料
D.1mol原子晶体干冰中含2molC-O键
9.下列关于金属晶体和离子晶体的说法中错误的是( )
A.都可采取“紧密堆积”结构
B.都含离子
C.一般具有较高的熔点和沸点
D.都能导电
10.下图为冰晶体的结构模型,大球代表O原子,小球代表H原子,下列有关说法正确的是( )
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B.冰晶体具有空间网状结构,是原子晶体
C.水分子间通过H—O键形成冰晶体
D.冰晶体熔化时,水分子之间的空隙增大
二、双选题
11.(多选)分析NaCl和CsCl的晶体结构,判断下列说法错误的是( )
A.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同,所以阴、阳离子的配位数相等
C.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为6和8
D.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体,所以阴、阳离子半径比相同
12.(多选)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( )
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
13.(多选)普鲁士蓝晶体结构如下图所示(每两个立方体中,一个K+在其中一个立方体中心,另一个则无K+),下列说法正确的是( )
A.化学式可以表示为KFe2(CN)6
B.一个立方体中含有12个π键
C.普鲁士蓝中含有配位键
D.Fe3+周围有12个Fe2+离子
14.(多选)根据量子力学计算,氮化碳结构有五种,其中一种氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首届一指的超硬新材料,已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示.下列有关氮化碳的说法正确的是( )
A.氮化碳属于分子晶体
B.氮化碳的分了式为C3N4
C.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
D.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连
三、填空题
15.金属晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体,如图所示,即在立方体的8个顶点各有一个金原子,各个面的中心有一个金原子,每个金原子被相邻的晶胞所共有。
金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量。
请回答下列问题:
(1)金晶体每个晶胞中含有________个金原子。
(2)欲计算一个晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定_______________。
(3)一个晶胞的体积是____________。
(4)金晶体的密度是____________。
16.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.
17.如图所示,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。
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。
NaCl晶胞
(1)请将其中代表Na+的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体的结构示意图。
(2)在晶体中,每个Na+的周围与它最接近且距离相等的Na+共有________个。
(3)晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。
在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na+或Cl-为该晶胞与其相邻的晶胞所共有,一个晶胞中Cl-的个数等于________,即________(填计算式);Na+的个数等于________,即________(填计算式)。
(4)设NaCl的摩尔质量为Mg/mol,食盐晶体的密度为ρg/cm3,阿伏加德罗常数为NA,食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离为________cm。
18.已知氯化铝的熔点为190℃(2.02×105Pa),但它在180℃即开始升华。
(1)氯化铝是________________(填“离子化合物”或“共价化合物”)。
(2)在500K和1.01×105Pa时,它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92g·L-1,且已知它的结构中有配位键,氯化铝的化学式为________,结构式为________。
(3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”,其原因是______________________。
(4)设计一个更可靠的实验,判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物。
你设计的实验是________________。
19.石墨烯具有原子级的厚度、优异的电学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性。
制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。
石墨烯的球棍模型及分子结构示意图如下:
(1)下列有关石墨烯说法正确的是________。
A.石墨烯的结构与金刚石相似
B.石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面
C.12g石墨烯含σ键数为NA
D.从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力
(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一,催化剂为金、铜、钴等金属或合金,含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。
①钴原子在基态时,核外电子排布式为:
________。
②乙醇沸点比氯乙烷高,主要原因是________________________________________________________________________。
③下图是金与铜形成的金属互化物合金,它的化学式可表示为:
________。
④含碳源中属于非极性分子的是________(a.甲烷
b.乙炔 c.苯 d.乙醇)
⑤酞菁与酞菁铜染料分子结构如下图,酞菁分子中氮原子采用的杂化方式有:
________。
四、推断题
20.氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料,以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如下图所示:
请回答下列问题:
(1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是_____________、_______________;
(2)基态B原子的电子排布式为_________;B和N相比,电负性较大的是_________,BN中B元素的化合价为_________;
(3)在BF3分子中,F—B—F的键角是_______,B原子的杂化轨道类型为_______,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF4-的立体结构为_______;
(4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中,层内B原子与N原子之间的化学键为________,层间作用力为________;
(5)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm,立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、________个硼原子,立方氮化硼的密度是_______g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。
阿伏伽德罗常数为NA)。
五、计算题
21.NaCl晶体中Na+与Cl-都是等距离交错排列,若食盐的密度是2.2g·cm-3,阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1,食盐的摩尔质量为58.5g·mol-1。
则食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离是多少?
22.一种性能良好的金属氧化物超导体,实验测定表明,其晶胞结构如图所示。
(1)根据所示晶胞结构,推算晶体中Y、Cu、Ba和O的原子个数比,确定其化学式。
(2)根据
(1)所推出的化合物的组成,计算其中Cu原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为
、
、
和
)。
试计算化合物中两种价态的Cu原子个数比。
答案解析
1.【答案】B
【解析】四种物质均属于离子晶体,Mg2+半径最小,O2-电荷较大,故选择B。
2.【答案】C
【解析】由题给条件知:
玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,故D错误。
而水由液态变为玻璃态时密度不变,说明在此变化中体积不发生变化。
故选C。
3.【答案】A
【解析】由晶胞结构知X占据正方体的8个顶角,属于该晶胞的X=8×
=1,Y占12条棱的中间,属于该晶胞的Y=12×
=3,Z占据体心为1,故化学式为ZXY3。
4.【答案】C
【解析】离子晶体区别于其他晶体突出的特点是固态时不导电,熔融状态能导电,故选C。
5.【答案】B
【解析】在二氧化硅晶体中,每个硅原子形成4个Si—O键,故含有4molSi—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1mol,即含有2NA个氧原子,A项错误;金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键,且每两个碳原子形成一个C—C键,故1mol碳原子构成的金刚石中共有2molC—C键,因此碳原子数与C—C键数之比为1∶2,B项正确;二氧化硅晶体中不存在分子,C项错误;氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的,属于分子晶体,D项错误。
6.【答案】A
【解析】NaCl的晶格能应是1molNa+(g)和1molCl-(g)形成1molNaCl(s)释放的能量。
7.【答案】A
【解析】分子中含两个氢原子的酸不一定是二元酸,例如甲酸HCOOH;金属晶体中含有金属阳离子,但不是离子晶体;元素的非金属型越强,其单质的活泼型不一定越强,例如氮气。
8.【答案】B
【解析】A,原子晶体沸点很高,原子晶体干冰有很高的沸点,不易汽化,不可用作致冷剂,故A错误;B,原子晶体具有很高的熔点、沸点,故原子晶体干冰有很高的熔点、沸点,故B正确;C,原子晶体硬度大,所以原子晶体干冰的硬度大,可用作耐磨材料,故C错误;D,二氧化碳中,1个C原子形成4个C-O键,故1mol原子晶体干冰中含4molC-O键,故D错误,故选B。
9.【答案】D
【解析】金属晶体和离子晶体都可采取紧密堆积,离子晶体的熔、沸点较高,金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异,但是大多数的熔、沸点还是比较高的。
所以,A,C两选项的叙述是正确的;金属晶体由金属阳离子和自由电子组成,离子晶体由阳离子和阴离子组成,所以二者都含有离子,因此B选项也是正确;金属晶体中有自由电子,可以在外加电场的作用下定向移动,而离子晶体的阴、阳离子不能自由移动,因此不具有导电性,所以应该选择D选项。
10.【答案】A
【解析】 B项,冰晶体属于分子晶体;C项,水分子间通过分子间作用力形成晶体;D项,冰熔化,氢键部分断裂,空隙减小。
11.【答案】BD
【解析】A,NaCl和CsCl都是由离子构成的晶体,离子个数之比为1:
1,则都属于AB型的离子晶体,故A正确;
B,结合图可知,NaCl为立方面向结构,钠离子的配位数为6,CsCl为立方体心结构,铯离子的配位数为8,故B错误;
C,NaCl晶体中,由体心的钠离子看出周围有6个氯离子,CsCl晶体中,由体心的铯离子看出周围有8个氯离子,故C正确;
D,NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体,由离子的电子层越多,离子半径越大可知钠离子半径小于铯离子半径,故D错误;故选BD。
12.【答案】BC
【解析】A,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.
B,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.
C,该晶胞中含有的O原子个数为2+0.5×4=4,A原子个数=1+8×0.125+1=2,所以它的化学式为AO2,故C正确.
D,该晶胞中含有的O原子个数为2+0.5×4=4,A原子个数=1+8×0.125=2,所以它的化学式为AO2,故D错误.
13.【答案】AC
【解析】A,每隔一个立方体中心有一个钾离子,所以一个晶胞中钾离子个数=1÷2=0.5,该立方体中铁原子个数=
=1,CN﹣位于每条棱中点,该立方体中含有CN﹣个数=
=3,所以平均化学式是K0.5Fe(CN)3,化学式可以表示为KFe2(CN)6,故A正确;
B,每个CN﹣含有2个π键,每个立方体中含有CN﹣个数为3,所以一个立方体中含有6个π键,故B错误;
C,普鲁士蓝中Fe3+含有空轨道,CN﹣中N原子提供孤电子对,形成配位键,故C正确;
D,普鲁士蓝中Fe3+周围Fe2+离子个数为
=3个,故D错误.故选:
AC.
14.【答案】CD
【解析】A,由题给信息,氮化硅是超硬新材料,符合原子晶体的典型物理性质,故A错误;
B,因为氮化碳是原子晶体,不存在分子,故没有分子式,故B错误;
C,根据图中结构可知,每个碳原子周围有四个共价键,每个氮原子周围有三个共价键,碳原子最外层有4个电子,形成四个共价健后成八电子稳定结构,氮原子最外层有5个电子,形成三个共价键后,也是八电子稳定结构,故C正确;
D,根据图知,每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连,故D正确;
15.【答案】
(1)4
(2)金属原子间相接触,即相切
(3)2
d3 (4)
【解析】利用均摊法解题,8个顶点上每个金原子有
属于该晶胞,6个面上每个金原子有
属于该晶胞,故每个晶胞中金原子个数=8×
+6×
=4。
假设金原子间相接触,则有
正方形的对角线为2d。
正方形边长为
d。
所以V晶=(
d)3=2
d3,Vm=
NA=
d3NA,所以ρ=
=
。
16.【答案】
(1)6;6;
(2)12
【解析】
(1)根据图片知,晶体中每个Na+同时吸引着6个Cl﹣,每个Cl﹣同时吸引着6个Na+,
(2)每个小正方体中距离氯离子最近的氯离子有3个,顶点上的离子被8个小正方体占有,每个面上的离子被两个小正方体占有,所以晶体中在每个Cl﹣周围与它最接近且距离相等的Cl﹣共有3×
=12,
17.【答案】
(1)
(2)12 (3)4 8×
+6×
4 12×
+1
(4)
·
【解析】本题考查NaCl晶体的结构。
(1)NaCl晶体中Na+和Cl-相间排列成面心立方结构。
(2)从体心Na+看,与它最近的且距离相等的Na+共有12个。
(3)根据立方体结构的特点,可求阴、阳离子的个数。
NaCl晶胞中,含Cl-:
8×
+6×
=4(个),含Na+:
12×
+1=4(个)。
(4)设Cl-和Na+的最近距离为acm,则两个最近的Na+间的距离为
acm,有
·NAmol-1=Mg·mol-1,a=
,所以两个Na+间的最近距离为
·
cm。
18.【答案】
(1)共价化合物
(2)Al2Cl6
(3)氯化铝为强酸弱碱盐,与空气中的水发生水解反应产生HCl,HCl在空气中形成酸雾而“发烟”
(4)在一定条件下,将AlCl3晶体加热至熔融,然后做导电实验,若不导电,则AlCl3为共价化合物
【解析】由题给数据可知氯化铝的熔点较低,不可能是离子
化合物,只能是共价化合物。
(1)因为氯化铝的熔、沸点较低,所以属于分子晶体,故氯化铝是共价化合物。
(2)M(氯化铝)=11.92g·L-1×22.4L·mol-1=267g·mol-1,所以氯化铝的化学式为Al2Cl6,因为其结构中有配位键,所以其结构式为
(3)氯化铝为强酸弱碱盐,与空气中的水发生水解反应产生HCl,HCl在空气中形成酸雾而“发烟”。
(4)判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物,可在其熔融状态下,试验其是否导电,若不导电,则为共价化合物。
19.【答案】
(1)BD
(2)①[Ar]3d74s2 ②乙醇分子间可形成氢键,而氯乙烷分子间无氢键 ③Cu3Au或AuCu3 ④abc ⑤sp3和sp2杂化
【解析】
(1)石墨烯是层状结构,而金刚石的碳原子是四面体形,A不正确;从结构上来看,12g石墨烯含σ键数为1.5NA,C错。
(2)①根据构造原理即可写出钴的电子排布式,注意能量4s<3d轨道。
②乙醇分子间存在氢键,导致沸点较高。
③金在立方体的顶点上有8个,实际属于该晶胞只有一个,而六个面上各有一个铜原子,属于该晶胞的有3个,故其化学式为Cu3Au或AuCu3。
④甲烷是正四面体、乙炔是直线形、苯是正六边形,都是非极性分子。
⑤在酞菁分子中有两类氮原子,形成碳、氮双键的氮原子采取的是sp2杂化,而形成三条单键的氮原子则是sp3杂化。
20.【答案】
(1)B2O3+3CaF2+3H2SO4
2BF3↑+3CaSO4+3H2O
B2O3+2NH3
2BN+3H2O
(2)1s22s22p1,N,+3
(3)120º,sp2,正四面体
(4)共价键(极性共价键),分子间作用力
(5)4,4,
。
【解析】
(1)由图可知B2O3与CaF2和H2SO4反应即生成BF3,同时还应该产生硫酸钙和水,方程式为B2O3+3CaF2+3H2SO4
2BF3↑+3CaSO4+3H2O;B2O3与氨气在高温下反应即生成BN,方程式为B2O3+2NH3
2BN+3H2O;
(2)B的原子序数是5,所以基态B原子的电子排布式为1s22s2sp1;B和N都属于第二周期,同周期自左向右电负性逐渐增大,所以B和N相比,电负性较大的是N,B最外层有3个电子,所以化合价是+3价;
(3)依据价层电子对互斥理论可计算出中心原子的孤电子对数=1/2(a-xb)=1/2(3-3×1)=0,所以BF3分子为平面正三角形结构,F-B-F的键角是120°,杂化轨道类型为sp2;在BF4-中中心原子的孤电子对数=1/2(a-xb)=1/2(4-4×1)=0,所以BF4-的结构为正四面体。
(4)B,N均属于非金属元素,二者形成的化学键是极性共价键;而层与层之间靠分子间作用力结合。
(5)描述晶体结构的基本单元叫做晶胞,金刚石晶胞是立方体,其中8个顶点有8个碳原子,6个面各有6个碳原子,立方体内部还有4个碳原子,如图所示
。
所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×1/8+6×1/2+4=8,因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子。
由于立方氮化硼的一个晶胞中含有4个N和4个B原子,其质量是
是,立方体的体积是(361.5cm)3,因此立方氮化硼的密度是g·cm-3。
21.【答案】两个距离最近的Na+中心间的距离
=4.0×10-8cm。
【解析】从上述NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体,如图中所示:
其中a代表其边长,d代表两个Na+中心间的距离。
由此小立方体不难想像出顶点上的每个离子均为8个小立方体所共有。
因此小立方体含Na+:
4×1/8=1/2,含Cl-:
4×1/8=1/2,即每个小立方体含有1/2个(Na+-Cl-)离子对,
每个小立方体的质量
解得:
=2.81×10-8cm
两个距离最近的Na+中心间的距离
=4.0×10-8cm。
22.【答案】
(1)YBa2Cu3O7
(2)
价 n(Cu2+)∶n(Cu3+)=2∶1
【解析】
(1)由题图所示晶胞可知:
一个晶胞中有1个Y3+,2个Ba2+。
晶胞最上方、最下方分别有4个Cux+,它们分别被8个晶胞所共用;晶胞中间立方体的8个顶点各有一个Cux+,它们分别被4个晶胞共用,因此该晶胞中的Cux+为n(Cux+)=
(个)。
晶胞最上方、最下方平面的棱边上共有4个氧离子,分别被4个晶胞共用;又在晶胞上的立方体的竖直棱边上和晶胞下方的立方体的竖直棱边上各有4个氧离子,它们分别被4个晶胞共用;中间立方体的水平棱边上共有8个氧离子,它们分别被2个晶胞共用,因此该晶胞中的氧离子个数为n(O2-)=
(个)。
所以晶体中Y、Ba、Cu、O原子个数比为1∶2∶3∶7,化学式为YBa2Cu3O7。
(2)设Cu的平均化合价为x,由化合物中元素正负化合价代数为零可得:
1×(+3)+2×(+2)+3×x+7×(-2)=0,x=+
(价)。
Cu2+与Cu3+原子个数之比为2∶1。
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