课时梯级训练(13) 晶胞 晶体结构的测定（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（人教版2019 单选版）

课时梯级训练(13)　晶胞　晶体结构的测定 1．下列说法正确的是(　　) A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 B．石英玻璃和水晶的X射线衍射图谱相同 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构 D．晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角 A　解析：测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A正确；石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，两者的衍射图谱不同，B错误；通过晶体的X射线衍射实验可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C、D错误。 2．对于某晶胞(如图所示)的下列描述错误的是(　　) A．该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体 B．该晶胞的每个顶角上和每个面的面心上都各有一个原子 C．平均每个晶胞中有14个原子 D．平均每个晶胞中有4个原子 C　解析：在该晶胞顶角和六个面的面心处都有一个原子，平均每个晶胞中含有的原子数＝8×＋6×＝4。 3．某新型超导材料(只含镁、镍和碳三种元素)的一个晶胞(碳原子用表示，镍原子用表示，镁原子用表示，小球大小不代表原子实际大小)如图所示。则该晶体的化学式是(　　) A．Mg2CNi3　　　　　 B．MgC2Ni C．MgCNi2 D．MgCNi3 D　解析：该晶体的结构单元中含镁原子个数为8×＝1；含镍原子个数为6×＝3；含碳原子个数为1，则该晶体的化学式为MgCNi3。 4．钙钛矿型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器等的功能材料，其一种晶胞如图(a)所示，一种具有立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2＋、I－和有机碱离子CH3NH，其晶胞如图(b)所示，下列说法错误的是(　　) A．基态Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2 B．图(a)对应钙钛矿型化合物的化学式为CaTiO3 C．图(b)中Pb2＋与图(a)中Ca2＋的空间位置相同 D．图(a)对应化合物中与Ti4＋等距离且最近的O2－有6个 C　解析：Ca为20号元素，基态Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，A正确；图(a)晶胞中Ca2＋位于体心，O2－位于棱上，12条棱上每条棱上均有一个O2－，Ca2＋的配位数为12，Ti位于顶角，对应钙钛矿型化合物的化学式为CaTiO3，B正确；距离Pb2＋最近的是处于面心的I－，Pb2＋的配位数为6，图(a)中Ti4＋的配位数也是6，图(a)中Ti4＋和图(b)中Pb2＋的空间位置相同，C错误；图(a)对应化合物中Ti4＋处于顶角处，O2－位于棱上，与图(a)Ti4＋等距离且最近的O2－有6个，D正确。 5．已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是(　　) A．1 mol该化合物中含有1 mol Y B．1 mol该化合物中含有3 mol Cu C．1 mol该化合物中含有2 mol Ba D．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6 D　解析：由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶角上，大黑球代表的钡原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的铜原子位于长方体的内部，小黑球代表的氧原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为8×＝1，钡原子个数为8×＝2，铜原子个数为3，氧原子个数为10×＋2＝7，故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。 6.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．氮化硼晶体的化学式为BN B．基态硼原子的价层电子轨道表示式为 C．该晶胞中含有4个硼原子，4个氮原子 D．氮原子周围等距且最近的氮原子数为12 B　解析：由图可知，该晶胞含4个氮原子，硼原子位于晶胞的顶角和面心上，故硼原子的个数为8×＋6×＝4，则氮化硼晶体的化学式为BN，A、C正确；基态硼原子的价层电子轨道表示式为，B错误；晶胞中面心硼原子与3个相互垂直的面上各4个硼原子等距且最近，共12个，同理氮原子周围等距且最近的氮原子数为12个，D正确。 7．已知NixMg1－xO晶体属立方晶系，晶胞边长为a。将Li＋掺杂到该晶胞中，可得到一种高性能的p型太阳能电池材料，其结构单元如图所示。 假定掺杂后的晶胞参数不发生变化，下列说法正确的是(　　) A．该结构单元中氧原子数为3 B．Ni和Mg间的最短距离是a C．每个晶胞中含有4个镍原子 D．该物质的化学式为Li0.5Mg1.12Ni2.38O4 B　解析：由均摊法可知该结构单元中氧原子数＝1＋12×＝4，A错误；由图可知，Ni和Mg间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即＝a，B正确；1个晶胞中Li的个数＝1×0.5＝0.5，Mg的个数＝2×＋1×＝1.125，Ni的个数＝7×＋3×＝2.375，O的个数＝4，则该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4，C、D错误。 8.F、K和Ni三种元素组成的一种化合物的晶胞如图所示。下列说法错误的是(　　) A．Ni位于元素周期表d区 B．该物质的化学式为K2NiF4 C．Ni的配位数(等距离且最近的F原子个数)为6 D．该晶胞中F原子的位置有2种 D　解析：Ni是28号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，位于元素周期表d区，A正确；晶胞中含有K的个数为8×＋2＝4，F的个数为16×＋4×＋2＝8，Ni的个数为8×＋1＝2，K、F、Ni的原子个数比为2∶4∶1，化学式为K2NiF4，B正确；由图可知，每个Ni周围距离最近的F有6个，故Ni的配位数为6，C正确；该晶胞中氟原子处于棱上、面上和晶胞内部，共有3种不同位置，D错误。 9．Mg2Si具有反萤石结构，晶胞结构如图所示，其晶胞参数为a nm。下列叙述不正确的是(　　) A．电负性：Mg＜Si B．Mg核外电子有12种不同的运动状态 C．Mg与Si之间的最近距离为a nm D．Mg2Si的密度计算式为 g/cm3(设NA为阿伏加德罗常数的值) D　解析：电负性是衡量不同元素的原子对键合电子吸引力的大小，Si是非金属，Mg是金属，电负性：Mg＜Si，A正确；Mg原子核外有12个电子，每个电子的运动状态都不相同，则Mg核外电子有12种不同的运动状态，B正确；Mg与Si之间的最近距离为体对角线长的，晶胞参数为a nm，则体对角线为a nm，则Mg与Si之间的最近距离为a nm，C正确；该晶胞含有4个Si，8个Mg，即含有4个Mg2Si，则一个晶胞的质量为 g＝ g，该晶体的密度为 g/cm3，D错误。 10．单质铁的一种晶体如图甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的图应为(　　) A　解析：Fe属于体心立方堆积，按甲中虚线方向(面对角线)切割，甲中得到长方形结构，晶胞体心的铁原子处于长方体的中心，每个长方形顶点都被铁原子占据，若按该虚线切乙，则切得的图形中含有甲切割得到的4个长方形结构，A符合。 11.砷化硼晶体是具有超高热导率的半导体材料，其结构如图所示，若晶胞参数为a nm，下列说法正确的是(　　) A．砷化硼的化学式为B7As2 B．与顶角硼原子距离最近且等距的硼原子有6个 C.晶胞内的4个砷原子所围成的空间结构为正四面体形 D．硼、砷原子之间的最短距离为 nm C　解析：由均摊法可知，晶胞中硼原子个数为8×＋6×＝4，晶胞中砷原子个数为4，化学式为BAs，A错误；晶胞中与位于顶角的硼原子距离最近且等距的硼原子有12个，B错误；晶胞内的4个砷原子位于晶胞内小正方体体心，其所围成的空间结构为正四面体形，C正确；硼、砷原子之间的最短距离是体对角线长的，为 nm，D错误。 12．金红石相TiO2的晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示，其中，m、n、p、q的原子坐标分别为m(0，0，0)、n(0.69a，0.69a，c)、q(0.19a，0.81a，0.5c)。下列说法正确的是(　　) 　 A．图中所示粒子中，代表氧原子的是m、p B．i的原子坐标为(0.81a，0.81a，0.5c) C．p点的原子坐标为(a，a，c) D．该晶体的密度为 g/cm3(设NA为阿伏加德罗常数的值) C　解析：由图可知，晶胞中大球代表的原子的原子数为1＋8×＝2，小球代表的原子的原子数为4×＋2＝4，结合TiO2的化学式可知，代表氧原子的是n、q、i，代表钛原子的是m、p，A错误；q、i位置的氧原子与体心Ti处于同一平面，且处于对角线上，q的坐标参数为q(0.19a，0.81a，0.5c)，则i的原子坐标为(0.81a，0.19a，0.5c)，B错误；由图可知，p点位于晶胞的顶角，则p点的原子坐标为(a，a，c)，C正确；根据均摊法，每个晶胞中含有钛原子数为2，含有氧原子数为4，则晶胞的质量为m(晶胞)＝×2 g，晶胞的体积为V(晶胞)＝(a×10－10 cm)2×c×10－10 cm＝a2c×10－30 cm3，故该晶体的密度为ρ＝＝＝×1030 g/cm3，D错误。 13．(2021·广东卷，节选)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。 (1)图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为________；该晶胞中粒子个数比N(Hg)∶N(Ge)∶N(Sb)＝________。 (3)设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为________ g/cm3(列出算式)。 答案：(1)由图c可知，图b不是晶体中的最小重复结构单元 (2)4　1∶1∶2　(3) 解析：(1)对比图b和图c可知，图b中晶体的晶胞中上、下两个单元内的原子位置不完全相同，不符合晶胞是晶体的最小重复单元要求。 (2)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为例，同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2，右侧晶胞中有2个Sb原子与Hg原子距离最近，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb原子均位于晶胞内，1个晶胞中含有Sb原子数为8，Ge原子位于晶胞顶角、面心、体心，1个晶胞中含有Ge原子数为1＋8×＋4×＝4，Hg原子位于棱上、面心，1个晶胞中含有Hg原子数为6×＋4×＝4，则该晶胞中粒子个数比N(Hg)∶N(Ge)∶N(Sb)＝4∶4∶8＝1∶1∶2。 (3)1个晶胞的质量m＝ g，1个晶胞的体积V＝(x×10－7cm)2×(y×10－7cm)＝x2y×10－21cm3，则X晶体的密度为ρ＝＝＝ g/cm3。 14．向FeSO4溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液后，经提纯、结晶可得到KFe[Fe(CN)6]蓝色晶体。实验表明，CN－、Fe2＋、Fe3＋通过配位键构成了晶体的骨架。其局部结构如图1，记为Ⅰ型立方结构。将Ⅰ型立方结构平移、旋转、并置，可得到晶体的复晶胞(如图2，记为Ⅱ型立方结构，下层左后的小立方体g未标出)。 (1)通过________(填标号)实验，可确定该晶体结构。 a．核磁共振　　　　 b．红外光谱 c．X射线衍射 d．质谱 (2)若Fe2＋位于Ⅱ型立方结构的棱心和体心上，则Fe3＋位于Ⅱ型立方结构的______上；一个Ⅱ型立方结构中含________个K＋；若KFe[Fe(CN)6]的摩尔质量为M g/mol，该蓝色晶体密度为ρ g/cm3，Ⅱ型立方结构的边长为a nm，则阿伏加德罗常数的值可表示为________。 答案：(1)c　(2)顶角和面心　4　×1021 解析：(1)通过X射线衍射实验，可确定晶体结构。 (2)由8个Ⅰ型立方结构平移、旋转、并置，可得到Ⅱ型立方结构，若Fe2＋位于Ⅱ型立方结构的棱心和体心上，则Fe3＋位于Ⅱ型立方结构的顶角和面心上；根据均摊法，1个Ⅰ型立方结构中CN－数目为12×＝3，则一个Ⅱ型立方结构中含CN－数目为24个，由化学式可知，一个Ⅱ型立方结构中含4个K＋；若KFe[Fe(CN)6]的摩尔质量为M g/mol，该蓝色晶体密度为ρ g/cm3，Ⅱ型立方结构的边长为a nm，则ρ g/cm3＝×1021 g/cm3＝×1021 g/cm3，阿伏加德罗常数的值可表示为NA＝×1021。 学科网（北京）股份有限公司 $$