板块4 专题9 晶体结构与性质(Word教师用书)-【创新方案】2025年高考化学二轮复习专题辅导与测试(Ⅰ)

专题九　晶体结构与性质 　　晶体结构与性质专题包括“晶体类型与熔、沸点比较”和“晶胞结构分析与相关计算”两个考查主题。晶体类型与熔、沸点比较重点考查晶体类型的判断和熔、沸点的高低比较等;晶胞结构分析与相关计算重点考查以特定晶胞为载体包括对晶胞参数、晶体密度、空间利用率等相关量的计算。 　本专题共设计2个教学主题,建议用时1课时  主题一　晶体类型与熔、沸点比较 深化学习·提素养 (一)晶体类型的判断 1.从构成粒子及其相互作用判断 2.依据物质的分类判断 (1)金属氧化物(K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数盐类是离子晶体。 (2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 (3)常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。 (4)金属单质是金属晶体。 3.根据各类晶体的特征性质判断 一般来说,低熔、沸点的化合物属于分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、导热,具有延展性的晶体为金属晶体。 (二)晶体熔、沸点比较模型 1.不同晶体类型的熔、沸点高低规律 一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨),有的很低(如钠)。 2.同属于共价晶体 一般组成晶体的原子半径越小,熔、沸点越高。如熔点:金刚石(C—C)>碳化硅(Si—C)>晶体硅(Si—Si)。 3.同属于离子晶体 离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点越高。如熔点:MgO>NaCl>CaCl。 4.同属于金属晶体 金属原子的价电子数越多,半径越小,金属键越强,熔、沸点越高。如熔点:Al>Mg>Na。 5.同属于分子晶体 分子间作用力越强,熔、沸点越高。 (1)组成和结构相似的分子晶体,一般相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。如熔点:I2>Br2>Cl2>F2。 (2)相对分子质量相同或相近的物质,分子的极性越大,熔、沸点越高。如沸点:CO>N2。 (3)同分异构体之间 ①一般是支链越多,沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。 ②结构越对称,熔、沸点越低。如沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。 (4)若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大,熔、沸点更高。如沸点:HF>HI>HBr>HCl。 (5)状态不同的物质在相同条件下,熔、沸点:固体>液体>气体。如:S>Br2>O2。 多维训练·融会通 1.(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是 (　　) A.金刚石(C)　　　　　 B.单晶硅(Si) C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN,立方相) 解析:选B　金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN),都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。 2.(2023·湖北卷)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是 (　 ) 性质差异 结构因素 A 沸点:正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间作用力 B 熔点:AlF3(1 040 ℃)远高于AlCl3(178 ℃升华) 晶体类型 C 酸性:CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa=4.76) 羟基极性 D 溶解度(20 ℃):Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g) 阴离子电荷 解析:选D　正戊烷中不含支链,新戊烷中含支链,分子间作用力:正戊烷>新戊烷,所以正戊烷沸点高于新戊烷,A正确;AlF3为离子晶体,AlCl3为分子晶体,离子晶体的熔点一般高于分子晶体,B正确;电负性:F>H,—CF3为吸电子基团,导致CF3COOH中羟基极性比CH3COOH大,更易电离出H+,C正确;NaHCO3溶解度小于Na2CO3,是因为NaHCO3晶体结构中的HOCO2—与另一个HOCO2—通过氢键形成双聚或多聚离子,导致其不易溶于水,D错误。 3.(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。 下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是 (　 ) A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键 B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化 C.三种物质的晶体类型相同 D.三种物质均能导电 解析:选A　原子间优先形成σ键,三种物质中均存在σ键,A正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合型晶体,C错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D错误。 4.(2024·辽宁葫芦岛一模)近日,中南大学何军团队发表了对新型单元素半导体材料黑砷晶体b⁃As的研究成果,其三维结构如图所示。下列说法错误的是 (　 ) A.与石墨相比,黑砷晶体中的As原子更易结合H+ B.As原子的杂化方式与石墨中C原子不同 C.与C60相比,同压下黑砷晶体的沸点更低 D.As原子与As—As键的个数比为2∶3 解析:选C　与石墨相比,黑砷晶体中的As原子最外层有5个电子,形成3个共价键,含有孤电子对,因此黑砷晶体更易结合H+,A正确;石墨中C原子的杂化方式是sp2杂化,黑砷晶体中As原子的杂化方式是sp3杂化,B正确;C60为分子晶体,黑砷晶体为混合型晶体,因此沸点:C60<b⁃As,C错误;每个As原子与周围3个As原子结合形成As—As共价键,故As原子所属共价键为×3=个,即As原子与As—As键的个数比为2∶3,D正确。 5.(1)(2024·全国甲卷·节选)Ni(CO)4结构如图所示,其中含有σ键的数目为　　　　,Ni(CO)4晶体的类型为　　　　。  (2)(2023·全国乙卷·节选)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。 已知一些物质的熔点数据如下表: 物质 NaCl SiCl4 GeCl4 SnCl4 熔点/℃ 800.7 -68.8 -51.5 -34.1 ①Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  ②分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因　　　　　　　　　　　　　。  (3)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。 ①苯胺()的晶体类型是　　　　。  ②苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　。  答案:(1)8　分子晶体　(2)①NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体,NaCl中离子键强度远大于SiCl4中分子间作用力　②SiCl4、GeCl4、SnCl4的熔点依次升高,因为三者均为分子晶体,结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力逐渐增强　(3)①分子晶体　②苯胺分子间存在氢键而甲苯分子间只存在范德华力 主题二　晶胞结构分析与相关计算 类型(一)　晶体密度(ρ)与晶胞参数的相关计算 深化学习·提素养 1.晶胞密度计算公式 [注意]　①1 pm=10-10 cm;1 nm=10-7 cm。 ②长方体晶胞体积V=a×b×c。 2.晶胞中粒子间距的计算 　[注]　①确定晶胞中粒子个数可以用均摊法;A粒子被n个晶胞共用,则属于该晶胞的A粒子数为。 ②立方晶胞(晶胞棱长为a),则: a.面对角线长=a。 b.体对角线长=a。 c.体心立方堆积中,4r=a(r为原子半径)。 d.面心立方堆积中,4r=a(r为原子半径)。 　　[例1]　(2024·河北卷)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图,晶胞的边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 (　　) A.该铋氟化物的化学式为BiF3 B.粒子S、T之间的距离为a pm C.该晶体的密度为 g·cm-3 D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个 　　[解析]　根据均摊法可知,该晶胞中Bi的个数为12×+1=4,F的个数为8×+6×+8=12,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A正确;如图所示,通过S向T所在面上作垂线,由晶胞结构可知,交点A位于面对角线的处,则SA=a pm,AT=a pm,根据勾股定理可得ST2=SA2+AT2=+=a2(pm)2,则粒子S、T之间的距离为a pm,B正确;该晶体密度为g·cm-3= g·cm-3,C正确;以题给晶胞体心处铋离子为研究对象,距离其最近的氟离子为位于该晶胞体内的8个氟离子,D错误。 [答案]　D 　　[思维建模]　解相关晶胞密度计算的思维模型 多维训练·融会通 1.(2024·黑、吉、辽卷)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是 (　　) A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8 B.晶胞2中S与S的最短距离为a C.晶胞2中距Li最近的S有4个 D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体 解析:选B　由均摊法知,结构1中含Co数目为×4+4=4.5,含S数目为×12+1=4,Co、S个数比为9∶8,则结构1钴硫化物的化学式为Co9S8,A正确;由晶胞2可知,S与S的最短距离为面对角线长度的,即a,B错误;晶胞2中Li与周围4个S形成正四面体结构,故晶胞2中距Li最近的S有4个,C正确;晶胞2中Li数目为8,S数目为×12+1=4,晶胞2中含4个Li2S,晶胞3中Li数目为8,S数目为×8+×6=4,晶胞3中也含4个Li2S,故晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D正确。 2.(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 (　 ) A.晶体最简化学式为KCaB6C6 B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个 C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D.晶体的密度为g·cm-3 解析:选C　由晶胞结构图可知,K在晶胞的顶点,数目为×8=1,Ca在晶胞的体心,数目为1,B在晶胞的面上,数目为×12=6,C也在晶胞的面上,数目为×12=6,故晶体的最简化学式为KCaB6C6,A正确;由晶胞结构图可知,与Ca2+最近且距离相等的K+有8个,而晶胞中Ca2+、K+数目之比为1∶1,故与K+最近且距离相等的Ca2+也有8个,B正确;由晶胞结构图可知,B、C原子围成的多面体,有6个面位于晶胞的六个面上,上半部分和下半部分还各有4个面,故该多面体共有14个面,C错误;该晶胞的摩尔质量为217 g·mol-1,体积为(a×10-10)3cm3,故该晶体的密度为g·cm-3,D正确。 3.(2024·江西南昌一模)我国科学家在高压下设计了一种氢元素化合物体系的高温超导体,其晶胞结构如图所示。设该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数为NA。下列说法错误的是 (　 ) A.该超导体的化学式为CaYH12 B.该晶胞中与Ca原子距离最近且相等的Y原子有8个 C.该晶胞的密度为g·cm3 D.该晶胞中相邻H原子之间的最短距离为 pm 解析:选C　该晶胞中Ca原子位于顶点,个数为8×=1,Y原子位于体心,个数为1,H原子位于面心,个数为24×=12,该超导体的化学式为CaYH12,A正确;该晶胞中与Y原子距离最近且相等的Ca原子有8个,由化学式CaYH12可知,该晶胞中与Ca原子距离最近且相等的Y原子有8个,B正确;该晶胞的密度为=g·cm-3,C错误;该晶胞中相邻H原子之间的最短距离为面对角线的,即 pm,D正确。 4.(2024·河北石家庄一模)某晶体由镁、铝、氧三种元素组成,若将其晶胞按图1方式切成8个体积相同的小立方体,Mg2+、Al3+和O2-在小立方体中的分布如图2、图3所示。已知Mg2+之间的最小间距为a pm。下列说法错误的是 (　 ) A.晶体的化学式为MgAl2O4 B.晶体中三种元素的第一电离能:O>Mg>Al C.晶胞的体积为×10-30cm3 D.晶体中Mg2+的配位数为4 解析:选C　立方体A中,Mg2+位于4个顶点和体心,Mg2+个数为4×+1=,O2-位于体内,个数为4,立方体B中,Mg2+位于4个顶点,个数为,Al3+位于体内,个数为4,O2-位于体内,个数为4,图1晶胞由4个立方体A、4个立方体B构成,所以晶胞中Mg2+个数为×4=8,Al3+个数为4×4=16,O2-个数为(4+4)×4=32,该晶体的化学式为MgAl2O4,A正确;同周期元素自左向右第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素的,同一主族元素自上而下第一电离能逐渐减小,则晶体中三种元素的第一电离能:O>Mg>Al,B正确;Mg2+之间的最小间距为小立方体体对角线的,即a pm,故小立方体的棱长为a pm,晶胞的体积为=a3×10-30 cm3,C错误;由立方体A的结构可知,每个Mg2+与4个O2-紧邻,则晶体中Mg2+的配位数为4,D正确。 5.CO可用于生产多晶金刚石箔,将一氧化碳和氢气混合,在高温高压下通过催化剂使之沉积在金属基底上,形成金刚石晶体。金刚石的晶胞如图,晶胞参数为b nm,晶胞中碳原子与碳原子间的最大距离为　　　　　nm,晶体密度为　　　　　　g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。  解析:晶胞中碳原子与碳原子间的最大距离为体对角线,即b nm;晶胞中位于顶点、面心、体内的碳原子个数为8×+6×+4=8,则晶体密度为=g·cm-3。 答案:b　 类型(二)　晶胞中原子的分数坐标参数 深化学习·提素养 晶胞中的分数坐标与俯视图 1.体心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图 (1)若原子1的坐标为(0,0,0),晶胞棱长的单位为1,则原子2的坐标为。 (2)沿x、y轴的俯视图为 2.面心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图 (1)原子2~7分别位于六个面的面心,原子1的坐标为(0,0,0),晶胞棱长的单位为1,则其他原子坐标分别为2、3、4、5、6、7。 (2)沿x、y轴的俯视图为 (3)金刚石晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图 ①若a原子为坐标原点,晶胞棱长的单位为1,则原子1、2、3、4的坐标分别为、、、。 ②沿x、y轴的俯视图为 　　[例2]　(1)(2024·甘肃卷·节选)某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示,沿x轴方向的投影为图乙,晶胞底面显示为图丙,晶胞参数a≠c,α=β=γ=90°。图丙中Ca与N的距离为　　　　pm;化合物的化学式是　　　　　,其摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值是NA,则晶体的密度为　　　　　　g·cm-3(列出计算表达式)。  (2)如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图中A原子的坐标为,则B原子的坐标为　　　　。  　　[解析]　(1)图丙中,Ca位于正方形顶点,N位于正方形中心,故Ca与N的距离为a pm;由均摊法可知,晶胞中Ca的个数为8×+2=3,N的个数为8×+2×=3,B的个数为4×=1,则该化合物的化学式是Ca3N3B,其摩尔质量为M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值是NA,晶胞体积为a2c×10-30 cm3,则晶体的密度为×1030g·cm-3。(2)若将晶胞先分为上下2个相等的正方体,再将每个正方体继续分为8个相等的小正方体,则B原子位于上面正方体分割成的8个小立方体中位于右下后方的小立方体的体心,由A原子的坐标可知,B原子的坐标为。 [答案]　(1)a　Ca3N3B　×1030 (2) 　　[思维建模]　求目标原子坐标参数的思维模板 多维训练·融会通 1.硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图甲所示,已知晶胞参数为p nm,乙图为晶胞的俯视图。下列说法正确的是 (　 ) A.晶胞中Se原子的配位数为12 B.晶胞中d点原子分数坐标为 C.相邻两个Zn原子的最短距离为nm D.电负性:Zn>Se 解析:选B　硒化锌(ZnSe)晶胞中Zn原子的配位数为4,则Se原子的配位数也为4,A错误;该晶胞中a点原子位于坐标原点为(0,0,0),b点原子位于面心为,d点原子分数坐标为,B正确;面对角线的两个Zn原子距离最短,为nm,C错误;Zn、Se为同周期元素,根据元素非金属性越强,电负性越大,非金属性:Zn<Se,则电负性:Zn<Se,D错误。 2.(2024·辽宁沈阳三模)钒(V)的某种氧化物在升高到一定温度时,会发生可逆的相转变,由绝缘体变为导体,导体状态的晶体结构如图,V原子(大球)位于O原子形成的正八面体的中心。下列说法错误的是 (　 ) A.O原子的配位数为6 B.该晶体的化学式为VO2 C.冷却该晶体,会失去导电性 D.该晶体的密度为g·cm-3 解析:选A　晶体中V原子个数为8×+4×+2=4,O原子个数为4×+6=8,故该晶体的化学式为VO2,B正确;V∶O=1∶2,则二者配位数之比等于2∶1,由晶胞结构可知,V原子的配位数为6,则O原子的配位数为3,A错误;由题意可知,温度改变时,该晶体会发生相转变,高温下由绝缘体转化为导体,则冷却时会变回绝缘体,从而失去导电性,C正确;晶胞质量为g=g,晶胞体积为a×b×c×10-21 cm3,则该晶体的密度为g·cm-3,D正确。 3.(2024·辽宁葫芦岛一模)一种由Cu、In、Te组成的晶体如图甲,晶胞参数和晶胞中各原子的投影位置如图乙,晶胞棱边夹角均为90°。已知:A点、B点原子的分数坐标分别为(0,0,0)、,下列叙述不正确的是 (　 ) A.In原子的配位数为2 B.该晶体的化学式为CuInTe2 C.C点原子的分数坐标为 D.该晶体的密度为g·cm-3 解析:选A　In原子的配位数为4,A错误;晶胞中位于顶点、面上和体内的Cu原子个数为8×+4×+1=4,位于棱上和面上的In原子个数为6×+4×=4,位于体内的Te原子个数为8,则该晶体的化学式为CuInTe2,B正确;C点原子的分数坐标为,C正确;该晶体的密度为g·cm-3=g·cm-3,D正确。 4.(1)NH3与镓(Ga)在高温下生成GaN,GaN晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的C原子被N原子代替,顶点和面心的C原子被Ga原子代替。 ①以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置,称作原子坐标。B原子坐标为,则A原子坐标为　　　　　。  ②若NA为阿伏加德罗常数的值,GaN晶胞中N原子与N原子之间最短的核间距离是b nm,则GaN晶体的密度为　　　　　g·cm-3(只列计算式)。  (2)CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构,晶胞结构如图所示: 该晶胞中CdSe键的键长为　　　　　　。已知Cd和Se的原子半径分别为rCd nm和rSe nm,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为　　　　　　　　　　　　。  (3)(2024·山东卷·节选)Mn的某种氧化物MnOx的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示,该氧化物化学式为　　　　　　。  当MnOx晶体有O原子脱出时,出现O空位,Mn的化合价　　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”),O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是　　　　(填标号)。  A.CaO　　B.V2O5　　C.Fe2O3　　D.CuO 解析:(1)①位于体对角线处B原子的原子坐标为,则位于面心的A原子的原子坐标为。②由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的Ga原子个数为8×+6×=4,位于体内的N原子个数为4,晶胞中N原子与N原子之间最短的核间距为面对角线长度的一半,则晶胞的参数为b nm,GaN晶体的密度为g·cm-3。(2)该晶胞中CdSe键的键长为晶胞体对角线的,即a nm;该晶胞中,Cd原子个数为8×+6×=4,Se原子个数为4,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%。(3)由均摊法得,晶胞中Mn的数目为1+8×=2,O的数目为2+4×=4,即该氧化物的化学式为MnO2;MnOx晶体有O原子脱出时,出现O空位,即x减小,Mn的化合价为+2x,即Mn的化合价降低;CaO中Ca的化合价为+2价、V2O5中V的化合价为+5价、Fe2O3中Fe的化合价为+3、CuO中Cu的化合价为+2,其中CaO中Ca的化合价下降只能为0,其余可下降得到比0大的价态,说明CaO不能通过这种方式获得半导体性质。 答案:(1)①　② (2)a nm　×100% (3)MnO2　降低　A [专题九　课时作业] (本检测满分65分) 一、选择题(本题共9小题,每小题3分,共27分) 1.(2024·河北邯郸二模)下列有关元素及其化合物性质的说法正确的是 (　 ) A.CH3I与CF3I发生水解反应,水解产物中都有HI B.第ⅣA族元素单质的晶体类型相同 C.N的电负性比P大,可推断NCl3分子的极性比PCl3分子的极性大 D.H2O的熔、沸点高于HF,可推断H2O分子间氢键比HF分子间氢键多 解析:选D　CH3I水解产物中有HI,由于F元素电负性强,导致CF3I中I元素显正价,水解产物中有HIO,A错误;第ⅣA族元素单质的晶体类型不相同,如金刚石和C60,前者为共价晶体,后者为分子晶体,B错误;电负性:P<N<Cl,N和Cl的电负性差值比P和Cl的电负性差值小,故NCl3分子极性小于PCl3,C错误。 2.(2024·重庆江北区一模)用铁和氨气在640 ℃发生置换反应得到有磁性的FexNy,其晶胞结构如图1所示。Cu可以完全替代该晶体中顶角位置Fe或者面心位置Fe,FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示。下列说法正确的是 (　 ) A.FeCu3N比Fe3CuN稳定 B.FexNy晶胞中Fe原子周围距离最近的Fe原子有12个 C.基态N原子核外电子的空间运动状态有7种 D.可通过红外光谱仪来获取晶体结构信息 解析:选B　Cu替代面心Fe型产物的化学式为FeCu3N,Cu替代顶角Fe型产物的化学式为Fe3CuN,前者能量高,故Fe3CuN比FeCu3N稳定,A错误;FexNy晶胞中Fe原子周围距离最近的Fe原子有12个,B正确;基态N原子核外电子排布为1s22s22p3,核外电子的空间运动状态有5种,C错误;可通过X射线衍射仪获取晶体结构信息,D错误。 3.Na2He的晶胞结构与CaF2相似,如图所示: 已知:1号粒子的分数坐标为(0,0,0),3号粒子的分数坐标为,设晶胞边长为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 (　 ) A.2号粒子的分数坐标为 B.钠、钙焰色试验产生的光谱属于发射光谱 C.Na粒子与He粒子的最短距离为a nm D.晶胞中Na粒子与He粒子的配位数之比为2∶1 解析:选D　2号粒子的分数坐标为,A正确;钠、钙焰色试验产生的光谱属于发射光谱,B正确;由题干晶胞可知,Na粒子与H粒子的最短距离为晶胞体对角线的,故为a nm,C正确;晶胞中白球个数为8×+6×=4,灰球个数为8,故白球代表He,灰球代表Na,与He粒子最近且等距离的Na粒子数目为8,故He粒子的配位数为8,He、Na粒子数目之比为1∶2,则晶胞中Na粒子与He粒子的配位数之比为4∶8=1∶2,D错误。 4.(2024·辽宁鞍山二模)科研工作者合成了低温超导化合物M,再利用低温去插层法,获得了一个新化合物N,二者的晶体结构如图所示。下列说法正确的是 (　 ) A.去插层过程中,Cs元素均转化为Cs单质 B.N的化学式为V2Se2O C.M中与Cs原子最近的Se原子有2个 D.N中V原子填充了Se原子构成的正八面体空隙 解析:选B　去插层过程中,Cs元素均转化为CsI,A错误;N晶胞中含有V原子数为8×+4×=4、Se原子数为8×+2=4、O原子数为8×+1=2,故N的化学式为V2Se2O,B正确;M中与Cs原子最近的Se原子有8个,C错误;N中V原子和O原子位于Se原子围成的正方形中心,D错误。 5.一种叠氮化合物KN3的晶胞结构如图,下列说法错误的是 (　 ) A.空间结构为直线形 B.该晶体中每个K+周围距离最近且相等的共有6个 C.该晶体的密度为g·cm-3 D.该晶体属于离子晶体 解析:选B　以晶体中左侧底角的K+为例,在xy平面有4个,在xz平面有4个,故每个K+周围距离最近且相等的共有8个,B错误。 6.(2024·江西九江二模)普鲁士蓝晶体含有Fe2+、Fe3+、K+和CN-,属立方晶系,立方体中心空隙可容纳K+,晶胞棱长为a pm,如图所示(图中CN-省略,假设所有铁粒子为等径小球,NA为阿伏加德罗常数的值)。下列说法不正确的是 (　 ) A.普鲁士蓝晶体中Fe2+与Fe3+的个数之比为1∶1 B.该晶胞的化学式为K3Fe2(CN)8 C.K+与Fe2+之间的最短距离为a pm D.该晶体的密度为×1030 g·cm-3 解析:选B　一个晶胞中含Fe3+:8×+6×=4,Fe2+:12×+1=4,K+:4,故该晶胞的化学式为KFe2(CN)6,B错误。 7.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是 (　　) A.导电时,Ti和La的价态不变 B.若x=,Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时,空位移动方向与电流方向相反 解析:选B　由题意可知导电时Li+发生迁移,没有发生化学变化,Ti和La的化合价不变,A项正确;由晶胞图可知,LixLayTiO3中Li+、La3+和空位均位于晶胞体心,则x+y=1-空位数目,根据化合物中正负化合价代数和为0,可得x+3y=2,若x=,则y=,空位数目为1--=,Li+与空位的数目不相等,B项错误;与体心最邻近的O原子位于12条棱的棱心,共12个,C项正确;内电路中电流从负极流向正极,阳离子(Li+)也移向正极,空位移动方向与Li+移动方向相反,故空位移动方向与电流方向相反,D项正确。 8.(2024·辽宁沈阳一模)氟化钾镁是一种具有优良光学性能的材料,主要应用于激光领域,其立方晶胞结构如图。NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是 (　 ) A.K+的配位数为12 B.每个Mg2+位于距其最近且等距的F-构成的正四面体空隙中 C.若Mg2+位于晶胞的体心,则F-位于晶胞的面心 D.若晶胞参数为a nm,则晶体的密度是g·cm-3 解析:选B　与K+等距且最近的F-位于棱心,共12个,故K+的配位数为12,A正确;每个Mg2+位于距其最近且等距的F-构成的正八面体体心中,B错误;若Mg2+位于晶胞的体心,则K+位于晶胞的顶点处,F-位于面心,C正确;由均摊法可知,1个晶胞中含有Mg2+的数目为8×=1,F-的数目为12×=3,K+的数目为1,晶胞的质量为g=g,晶体的密度为g·cm-3=g·cm-3,D正确。 9.(2024·湖北武汉一模)半导体材料硒化锌的晶胞如图所示。通过晶体衍射测得晶胞中,面心上硒与顶点硒之间的距离为a nm,NA代表阿伏加德罗常数的值。以晶胞参数为单位长度建立坐标系,在ZnSe晶胞坐标系中,A点硒原子坐标为,B点锌原子坐标为。下列说法错误的是 (　 ) A.晶胞中与Se原子等距离且最近的Se原子有12个 B.C的原子坐标参数为 C.Se与Zn原子之间的最近距离为a nm D.硒化锌晶体密度为×1021 g·cm-3 解析:选B　晶胞中与Se原子等距离且最近的Se原子有12个,A正确;C的原子坐标参数为, B错误;由于面心上硒与顶点硒之间的距离为a nm,则晶胞参数为a nm,Se与Zn原子之间的最近距离为体对角线的,即为a nm,C正确;硒化锌晶体密度为g·cm-3=×1021 g·cm-3,D正确。 二、非选择题(本题共3小题,共38分) 10.(12分)(1)N、P为同主族元素,NH3和PH3的分子结构如图所示: ①NH3中N—H键的键角比PH3中P—H键的键角更大,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　。  ②NH3比PH3易液化,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　。  (2)氮化镓(GaN)半导体材料具有耐高温、耐高电压等特性,随着5G技术的发展,GaN商用进入“快车道”。下列相关说法错误的是　　　　　　　　　。  a.Ga元素位于元素周期表ds区 b.Ga3+的离子半径大于Al3+的离子半径 c.GaN属于分子晶体 (3)某一种氮化硼晶体的晶胞结构如图: ①该物质的化学式为　　　　　　　　。  ②已知立方氮化硼晶胞的边长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为　　　　g·cm-3(列计算式)。  解析:(2)Ga元素位于元素周期表p区,故a错误;同主族元素,从上到下离子半径依次增大,则Ga3+的半径大于Al3+的半径,故b正确;GaN是熔沸点高、硬度大的共价晶体,故c错误。(3)①晶胞中位于顶点和面心的B原子个数为8×+6×=4,位于体内的N原子个数为4,则该物质的化学式为BN。②该晶体的密度为g·cm-3=g·cm-3。 答案:(1)①原子半径:N<P,键长:N—H<P—H,NH3分子中N—H键之间的斥力大于PH3中P—H键之间的斥力　②NH3分子中存在氢键,沸点比PH3高,更易液化　(2)ac　(3)①BN　② 11.(12分)(1)铼(Re)的某种氧化物的晶胞如图所示,该物质的化学式为　　　　;铼原子填在氧原子围成的　　　　(填“四面体”“立方体”或“八面体”)空隙中。  (2)钙钛矿是一类与钛酸钙(CaTiO3)具有相似晶体结构的新型材料。 ①CaTiO3的晶胞形状为立方体,如图所示: a.基态O原子的价层电子轨道表示式为　　　　　　　　　。  b.该晶胞中,每个Ca原子周围与其距离最近且相等的O原子有　　　　个。  c.该晶胞结构的另一种表示中,Ti原子处于各顶角位置,则O原子处于　　　　位置。  ②相较于钙钛矿,类钙钛矿结构材料具有高温稳定性等优点。一种类钙钛矿结构材料含Pr(镨)、Ni和O元素,晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、a nm、b nm,如图所示: 该物质的化学式为　　　　　　　　　;  阿伏加德罗常数为NA,该晶体的密度为　　　　g·cm-3。  解析:(1)该晶胞中,氧原子个数为12×=3,铼原子个数为8×=1,故该物质的化学式为ReO3;铼原子填在氧原子围成的八面体空隙中。(2)②晶胞中Pr原子个数为8×+2=4,Ni原子个数为8×+1=2,O原子个数为16×+4×+2=8,故该物质的化学式为Pr2NiO4;该晶胞的质量为2×g=g,晶胞的体积为a2b×10-21cm3,故该晶体的密度为g·cm-3。 答案:(1)ReO3　八面体 (2)①a. 　b.12　c.棱心 ②Pr2NiO4　 12.(14分)(1)卤族元素及其化合物种类繁多,有着非常重要的用途。一种Ag2HgI4固体导电材料为四方晶系,其晶胞参数为a pm、a pm和2a pm,晶胞沿x、y、z的方向投影(如图所示),A、B、C表示三种不同原子的投影。 ①标记为n的原子分数坐标为,则m的原子分数坐标为　　　　。  ②距离Hg原子最近的Ag原子有　　　　个。  ③设NA为阿伏加德罗常数的值,Ag2HgI4的摩尔质量为M g·mol-1,则该晶体的密度为　　　　g·cm-3(用代数式表示)。  (2)Zn与S形成某种化合物的晶胞如图所示: ①以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。例如图中原子1的分数坐标为(0,0,0),则原子2的分数坐标为　　　　　　。  ②已知晶体密度为d g·cm-3,S2-半径为a pm,若要使S2-、Zn2+相切,则Zn2+半径为　　　　pm(写出计算表达式)。  解析:(1)A原子位于晶胞内,1个晶胞含有8个A原子,B原子位于顶点和体心,1个晶胞含B原子个数为8×+1=2,C原子位于棱上、面上,1个晶胞含C原子个数为4×+6×=4,根据化学式可知A是I、B是Hg、C是Ag,则距离Hg原子最近的Ag原子有8个。③该晶体的密度为=×1030g·cm-3。(2)①原子1的分数坐标为(0,0,0),原子2在左侧的面心上,则原子2的分数坐标为。②已知晶体密度为d g·cm-3,1个该晶胞中Zn2+个数为8×+6×=4,S2-个数为4,则晶胞参数为×1010 pm=×1010 pm,若要使S2-、Zn2+相切,则其体对角线长度为2个Zn2+直径与2个S2-直径之和,其体对角线长度为× ×1010 pm,S2-半径为a pm,则Zn2+半径为pm=pm。 答案:(1)①　②8　③×1030 (2)①　②××1010-a $$