晶体的结构与性质专项训练练习题及答案.docx
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晶体的结构与性质专项训练练习题及答案
晶体的结构与性质专项训练练习题及答案
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.2B.4C.6D.8
2.下列有关晶体的说法中正确的是
A.原子晶体中只存在非极性共价键
B.稀有气体形成的晶体属于原子晶体
C.在晶体中有阳离子的同时不一定有阴离子
D.非金属氧化物固态时都属于分子晶体
3.下列说法不正确的是
A.2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等
B.金属离子的电荷越多、半径越小,金属晶体的熔点越高
C.石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏
D.DNA分子的两条长链中的碱基以氢键互补配对形成双螺旋结构,使遗传信息得以精准复制
4.下列性质中,能充分说明某晶体一定是离子晶体的是
A.具有较高的熔点,硬度大B.固态不导电,水溶液能导电
C.晶体中存在金属阳离子,熔点较高D.固态不导电,熔融状态能导电
5.美国LawreceLiermore国家实验室(LINL)成功地在高压下将CO2转化为具有类似CO2结构的原子晶体,下列关于CO2的原子晶体说法,正确的是:
A.CO2原子晶体和分子晶体互为同分异构体
B.在一定条件下,CO2原子晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C.CO2的原子晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D.在CO2的原子晶体中,每一个C原子周围结合4个O原子,每一个O原子跟2个C原子相结合
6.在某晶体中,与某一种微粒x距离最近且等距离的另一种微粒y所围成的空间构型为正八面体型(如图)。
该晶体可能为
A.NaClB.CsClC.
D.
7.元素ⅹ位于第4周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2;元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。
X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示,下列关于该晶体的说法正确的是()
A.1个晶胞中所含离子总数为18
B.X2+的配位数为8,Y2-的配位数为4
C.与每个X2+距离最近且相等的X2+共有12个
D.该化合物的化学式为CaS
8.根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据,判断下列有关说法中错误的是()
晶体
NaCl
KCl
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
810
776
190
﹣68
2300
沸点/℃
1465
1418
180
57
2500
A.SiCl4是分子晶体B.单质B可能是共价晶体
C.AlCl3加热能升华D.NaCl中化学键的强度比KCl中的小
9.植物生长除了需要氮、磷、钾三种元素之外,还需要硼、镁等微量元素。
有一种硼镁肥料的主要成分是Mg3(BO3)2·2MgSO4·6H2O。
回答下列问题:
(1)Mg3(BO3)2·2MgSO4·6H2O的氧化物形式为_________,某短周期元素与硼同族,其元素原子的最外层电子排布式为__________;
(2)某短周期元素的单质和金属镁可在高温下反应,得到产物A,A与水反应生成两种碱,该元素周期表中的位置为___周期___族,写出A与水反应的化学方程式_______;
(3)比较硼和硫的非金属性强弱,硼的非金属性_______硫(填大于或小于),硼元素原子中有______种能量不同的电子;
(4)硼单质存在着多种同素异形体,某单质的熔点2300℃,沸点2550℃,原因可能是____。
A.硼单质性质与铝相似
B.硼在元素周期表中与碳相邻
C.硼单质的晶体结构为空间网状结构
D.硼元素存在着几种同位素,其中10B可用于原子反应堆
10.Ⅰ下图为几种晶体或晶胞的示意图:
请回答下列问题:
(1)上述晶体中,粒子之间仅以共价键结合形成的晶体是____________。
(2)冰、金刚石、
、
、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为_________________。
(3)
晶胞与
晶胞相同,
晶体的晶格能______(填“大于”或“小于”)
晶体,原因是_________________。
(4)
晶体中
的配位数为____________。
(5)冰的熔点远高于干冰,除
是极性分子、
是非极性分子外,还有一个重要的原因是__________________。
Ⅱ
(1)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置,金属钾是体心立方晶系,其构型如图。
其中原子坐标参数
、
,则
原子的坐标参数为________________。
(2)钾晶体的晶胞参数为
。
假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切,则钾原子的半径为_____
,晶体钾的密度计算式是_____
。
11.钛被称为继铁、铝之后的第三金属,请回答下列问题:
(1)基态钛原子的价层电子排布图为__________,其原子核外共有______种空间运动状态不同的电子,金属钛的堆积方式如图所示,为________(填堆积方式)堆积
(2)①已知TiCl4在通常情况下是无色液体,熔点为-37 ℃,沸点为136 ℃,均高于结构与其相似的CCl4,主要原因是_______。
②TiCl4可溶于浓盐酸得H2[TiCl6],向溶液中加入NH4Cl浓溶液可析出黄色的(NH4)2[TiCl6]晶体。
该晶体中微观粒子之间的作用力有______。
A.离子键B.共价键C.分子间作用力D.氢键E.金属键
(3)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式,结构如图所示,其中Ti-O-Ti在一条直线上。
该阳离子化学式为__________,其中O原子的杂化方式为_______。
(4)2016年7月,研究人员发现了某种钛金合金的化学式是Ti3Au,它具有生物相容性,是理想的人工髋关节和膝关节;其晶胞结构如图所示,晶胞参数为apm,最近的Ti原子距离为
,A原子的坐标参数为(
),则B原子坐标参数为_______,距离Ti原子次近的Ti原子有_______个,Ti-Au间最近距离为_______pm
12.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。
回答下列问题:
(1)写出基态As原子的核外电子排布式___________。
(2)AsCl3分子的立体构型为_________,其中As的杂化轨道类型为________。
(3)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl2的熔点为77.9℃,其原因是______________。
(4)GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg/cm3,其晶胞结构如图所示。
该晶体的类型为______________,Ga与As以______________键结合。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag/mol和MAsg/mol,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为______________。
【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.C
【解析】
【分析】
【详解】
A.原子晶体中存在非极性共价键,也存在极性共价键,例如
属于原子晶体,分子中含有的是极性共价键,故A错误;
B.稀有气体形成的晶体属于分子晶体,故B错误;
C.在晶体中有阳离子的同时不一定有阴离子,例如金属晶体中含有的是金属阳离子和自由移动的电子,故C正确;
D.非金属氧化物固态时不都属于分子晶体,例如
属于原子晶体,故D错误;
故答案选C。
3.A
【解析】
【分析】
【详解】
A.2p和3p轨道形状均为哑铃形,但是原子轨道离原子核越远,能量越高,2p轨道能量低于3p,A选项错误;
B.金属离子的电荷数越多,半径越小,则金属离子与自由电子之间的金属键越强,其金属晶体的硬度越大,熔沸点越高,B选项正确;
C.石墨属于层状结构晶体,每层石墨原子间为共价键,层与层之间为分子间作用力,金刚石只含有共价键,因而石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏,C选项正确;
D.DNA分子的两条长链中的碱基以氢键互补配对形成双螺旋结构,DNA复制时,在有关酶的作用下,两条链的配对碱基之间的氢键断裂,碱基暴露出来,形成了两条模板链,以半保留的方式进行复制,使遗传信息得以精准复制,D选项正确;
答案选A。
4.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.具有较高的熔点,硬度大,该晶体可能是原子晶体,A不合题意;
B.固态不导电,水溶液能导电,该晶体可能是分子晶体,B不合题意;
C.晶体中存在金属阳离子,熔点较高,该晶体可能是金属晶体,C不合题意;
D.固态不导电,熔融状态能导电,该晶体只能为离子晶体,D符合题意;
故选D。
5.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.二氧化碳原子晶体中不含分子,不可能是同分异构体,故A错误;
B.CO2原子晶体转化为CO2分子晶体,结构已发生改变,且二者的性质也有较大差异,故二者是不同的物质,所以二者的转变是化学变化,故B错误;
C.CO2原子晶体与CO2分子晶体,结构不同,二者是不同的物质,物理性质不同,如CO2原子晶体硬度很大,CO2分子晶体硬度不大,其化学性质也不同,故C错误;
D.CO2原子晶体与SiO2结构类似,每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接,每个氧原子与2个碳原子通过1对共用电子对连接,故D正确;
故答案选D。
6.A
【解析】
【分析】
【详解】
根据题意,在该图形中x微粒的配位数是6,NaCl晶体中氯离子和钠离子的配位数均是6,CsCl晶体中离子的配位数是8,二氧化碳晶体中,二氧化碳分子的配位数是12,二氧化硅是原子晶体,每个Si原子与4个O原子相连,而每个O原子与2个Si原子相连,不符合此图,所以答案选A。
7.C
【解析】
【分析】
元素X位于第4周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,则内层电子数为2+8+18=28,且最外层电子数为2,所以该原子有30个电子,为Zn元素;元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,则Y是S元素。
【详解】
A.由晶胞结构可知,1个晶胞中所含离子总数为
,A项错误;
B.根据晶胞结构图分析,Y2-的配位数为4,X2+的配位数也为4,B选项错误;
C.由晶胞结构可知,与顶点上每个X2+距离最近且相等的X2+在其面心,则共有12个,C选项正确;
D.根据上述分析,X与Y形成的化合物为ZnS,D选项错误;
答案选C。
8.D
【解析】
【分析】
可根据题给的几种物质的熔点、沸点数据,判断这些物质的晶体类型:
共价晶体熔沸点很高,离子晶体熔沸点也较高,分子晶体熔沸点低。
在此基础上进一步判断各选项是否正确。
【详解】
A.根据题给数据,SiCl4熔点低,属于分子晶体,A选项正确;
B.根据题给数据,单质B熔沸点很高,可能是共价晶体,B选项正确;
C.AlCl3沸点低于熔点,加热时先达到沸点,所以,AlCl3加热能升华,C选项正确;
D.NaCl和KCl都是离子晶体,化学键均为离子键,由于半径:
r(Na+)<r(K+),所以NaCl中离子键的强度比KCl中的大,D选项错误;
答案选D。
【点睛】
离子键强弱比较:
离子半径越小、所带电荷越高,离子键越强。
9.5MgO•2SO3•B2O3•6H2O3S23P1二ⅤAMg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3小于三C
【解析】
【分析】
(1)硅酸盐改写为氧化物的一般方法为:
碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水(xMO•nSiO2•mH2O);某短周期元素与硼同族,则该元素为铝;
(2)A与水反应生成两种碱,说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨,所以是镁条与氮气反应生成氮化镁;
(3)硫元素的非金属强于硼元素,硼元素核外有电子排布为1s22s22p1;
(4)硼的某单质的熔点高,说明其是原子晶体。
【详解】
(1)硅酸盐改写为氧化物的一般方法为:
碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水(xMO•nSiO2•mH2O),所以Mg3(BO3)2•2MgSO4•6H2O氧化物形式为5MgO•2SO3•B2O3•6H2O;某短周期元素与硼同族,则铝的最外层电子排布式为3S23P1,故答案为:
5MgO•2SO3•B2O3•6H2O;3S23P1;
(2)A与水反应生成两种碱,说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨,所以是镁条与氮气反应生成氮化镁,则氮在元素表中的位置为二周期第ⅤA族,氮化镁与水反应的方程式为:
Mg3N2+6H2O═3Mg(OH)2↓+2NH3↑,故答案为:
二;ⅤA;Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑;
(3)硫元素的非金属强于硼元素,硼元素核外有电子排布为1s22s22p1,所以硼元素原子中有三种能量不同的电子,故答案为:
小于;三;
(4)硼的某单质的熔点高,说明其是原子晶体,相邻元素性质不一定具有相似性,如氮元素与碳元素也是相邻的,但是氮气的熔点和沸点都非常低。
原子晶体是空间网状态结构,相邻的原子以共价键结合,原子单体的熔点和沸点都很高,故选:
C。
【点睛】
A与水反应生成两种碱,说明一种是氢氧化镁另一种是一水合氨,所以是镁条与氮气反应生成氮化镁是解答关键。
10.金刚石晶体金刚石>
>
>冰>干冰小于MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数,且r(Mg2+) 【解析】 【分析】 分子晶体的分子之间有范德华力及氢键,离子晶体之间是离子键,金属晶体之间是金属键,原子晶体微粒之间是共价键;熔点的一般规律: 原子晶体>离子晶体>分子晶体,分子间能形成氢键时,沸点反常的高;根据晶胞具体构型计算相关问题。 【详解】 Ⅰ (1)原子晶体中原子间以共价键结合,则粒子之间以共价键结合形成的晶体是金刚石晶体; (2)熔点的一般规律: 原子晶体>离子晶体>分子晶体,冰和干冰属于分子晶体,熔点: 冰>干冰,MgO和CaCl2属于离子晶体,熔点: MgO>CaCl2,金刚石是原子晶体,则熔点由高到低的顺序为: 金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰; (3)因为MgO中离子带两个电荷,NaCl中离子带一个电荷,氧离子半径小于氯离子,根据离子半径越小,离子带电荷越多,晶格能越大,可得MgO晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能; (4)根据 晶胞观察,可知一个 可与8个Cl-相连,故晶体中 的配位数为8; (5)冰的熔点远高于干冰,除 是极性分子、 是非极性分子外,水分子间能形成分子间氢键,增大物质的熔沸点; Ⅱ (1)金属钾是体心立方晶系,根据构型可知, 点位于晶体的体心,则 原子的坐标参数: ; (2)钾晶体的晶胞参数为 ,假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切,则 ,钾原子的半径为 ,计算晶体钾的密度: 。 11. 六方最密TiCl4和CCl4均为分子晶体,TiCl4的分子量大于CCl4,分子间作用力大一些,所以熔沸点更高。 ABTiO2+sp( , ,0)8 【解析】 【分析】 (1)Ti原子价电子为3d、4s电子,3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子;原子的空间运动状态即为原子轨道,Ti有1s、2s、3s、4s四个原子轨道,2p、3p六个轨道、3d两个轨道;该晶体为六方最密堆积; (2)①分子晶体熔沸点较低,结构相似的分子晶体的熔沸点与相对原子质量有关; ②酸属于共价化合物,铵盐属于离子化合物,据此分析; (3)每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用,利用均摊法计算二者原子个数之比;Ti元素为+4价、O元素为-2价,据此书写其化学式;阳离子的立体结构中Ti-O-Ti为直线型,据此分析杂化类型; (4)根据均摊法确定Ti和Au在晶胞中的位置,结合晶胞结构图进行分析原子的坐标和距离,Ti和Au最近的距离为晶胞顶点的Au到面上的Ti之间的距离,如图所示, ,结合图示计算。 【详解】 (1)Ti原子价电子为3d、4s电子,3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子,其价电子排布图为: ;原子的空间运动状态即为原子轨道,Ti有1s、2s、3s、4s四个原子轨道,2p、3p六个轨道、3d两个轨道,共12个轨道;根据图示,该晶体为六方最密堆积; (2)①TiCl4和CCl4均为分子晶体,TiCl4的分子量大于CCl4,分子间作用力大一些,所以熔沸点更高; ②TiCl4可溶于浓盐酸得H2[TiCl6],可将其看做形成一种酸,所有的酸都是共价化合物,向溶液中加入NH4Cl浓溶液可析出黄色的(NH4)2[TiCl6]晶体,可看做是铵盐,属于离子化合物,该晶体中微观粒子之间的作用力有共价键和离子键,答案选AB; (3)根据均摊法: 每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用,利用均摊法计算二者原子个数之比为1: 1,所以阳离子的化学式为TiO2+,阳离子的立体结构中Ti-O-Ti为直线型,故O原子的杂化方式为sp杂化; (4)根据钛金合金的化学式是Ti3Au,大白球位于晶胞的顶点和体心,个数为1+8× =2,小黑球位于晶胞的面上,则个数为2×6× =6,则大白球为Au,位于晶胞的顶点和体心,小黑球为Ti,位于晶胞的六个面上,由于最近的Ti原子距离为 ,故B原子坐标参数为( , ,0);以右图中C原子为中心,在该晶胞中与C原子次近的原子有4个,根据晶胞的无隙并置,对称结构还有4个,故有8个;Ti和Au最近的距离为晶胞顶点的Au到面上的Ti之间的距离,如图所示, ,则晶胞中Ti-Au间最近距离为 = pm。 12.[Ar]3d104s24p3三角锥形sp3GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体原子晶体共价 ×100% 【解析】 【分析】 【详解】 (1)As是33号元素,原子核外有33个电子,根据构造原理书写As原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3; (2)AsCl3分子中As原子价层电子对个数=3+ =4,且含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥理论可知该分子的立体构型为三角锥形,As原子杂化方式为sp3杂化; (3)离子晶体熔沸点较高、分子晶体熔沸点较低,GaF3的熔点高,说明其为离子晶体,GaCl3的熔点为77.9℃,比较低,则GaCl3为分子晶体,所以前者沸点高于后者; (4)GaAs的熔点为1238℃,熔点较高,原子之间以共价键结合形成属于原子晶体;密度为ρg/cm3,根据均摊法计算,As: 8× +6× =4;Ga: 4×1=4,故其晶胞中原子所占的体积V1=( )×10-30cm3,晶胞的体积V2= cm3,故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 ×100%。
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