主题四 高频考点3 有关晶胞的考查-【金版教程】2025年高考化学大二轮专题复习冲刺方案全书Word（经典版）

大二轮专题复习冲刺方案 化学 有关晶胞的考查 [典例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 答案：D 解析：根据题给晶胞结构，由均摊法可知，每个晶胞中含有1＋12×＝4个Bi，含有8＋8×＋6×＝12个F，故该铋氟化物的化学式为BiF3，A正确；将晶胞均分为8个小立方体，则晶胞体内的8个F位于8个小立方体的体心，以M为原点建立坐标系，则T的原子分数坐标为，S的原子分数坐标为，故粒子S、T之间的距离为×a pm＝a pm，B正确；由A项分析可知，每个晶胞中有4个BiF3单元，晶胞体积为a3×10－30 cm3，则晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3，C正确；以晶胞体心处铋离子为分析对象，距离其最近且等距的氟离子位于晶胞体内，有8个，D错误。 [典例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 答案：C 解析：根据晶胞结构可知，其中K个数为8×＝1，Ca个数为1，B个数为12×＝6，C个数为12×＝6，故其最简化学式为KCaB6C6，A正确；根据晶胞结构可知，Ca2＋位于晶胞体心，K＋位于顶点，则晶体中与K＋最近且距离相等的Ca2＋有8个，B正确；根据晶胞结构可知，晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，C错误；该晶胞最简化学式为KCaB6C6，则1个晶胞质量为 g，晶胞体积为a3×10－30 cm3，则其密度为 g·cm－3，D正确。 1．判断晶体类型的方法 (1)依据晶体的熔、沸点判断 共价晶体的熔、沸点很高，常在一千度至几千度；离子晶体的熔、沸点较高，常在几百度至一千多度；分子晶体的熔、沸点较低。 (2)依据硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大；离子晶体硬度较大或略硬而脆；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体具有延展性。 (3)依据导电性判断 共价晶体一般为非导体；离子晶体熔融状态下能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质熔化时不导电，但水溶液能导电；金属晶体是电的良导体。 (4)依据物质的分类判断 活泼金属的氧化物(如Na2O、Al2O3等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的共价晶体有金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅、碳化硅、SiO2等。金属单质(除汞外)与合金是金属晶体。 2．晶体熔、沸点比较 (1)不同类型晶体熔、沸点的比较 ①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。 ②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 (2)同种类型晶体熔、沸点的比较 ①共价晶体 →→→ 如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 ②离子晶体 一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力越强，其晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 ③分子晶体 a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。 b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如：SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。 c．组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如：CO＞N2。 d．同分异构体中，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3CH2CH2CH2CH3>＞。 ④金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。 3．分子晶体溶解性判断 (1)“相似相溶”规律。极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 (2)分子间氢键。存在分子间氢键，溶解度增大。 4．原子分数坐标的确定方法 (1)依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 (2)一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。 (3)从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 5．晶体密度及微粒间距离的计算 晶体密度的计算公式推导过程 若1个晶胞中含有x个微粒，则晶胞的物质的量为n＝＝ 晶胞的质量为m＝n·M＝·M，则密度为ρ＝＝＝ 右图为CsCl晶体的晶胞 假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝ g·cm－3 1．(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 答案：A 解析：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。 2．(2023·湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn，在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系，晶胞结构和参数如图所示。高压下，LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构，即得到晶体LaHx。下列说法错误的是(　　) A．LaH2晶体中La的配位数为8 B．晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHx C．在LaHx晶胞中，H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼 D．LaHx单位体积中含氢质量的计算式为 g·cm－3 答案：C 解析：由LaH2的晶胞结构可知，La位于顶点和面心，晶胞内8个小立方体的中心各有1个H原子，若以顶点La研究，与之最近的H原子有8个，则La的配位数为8，A正确；由LaHx晶胞结构可知，每个H结合4个H形成类似CH4的结构，H和H之间的最短距离变小，则晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHx，B正确；由题干信息可知，在LaHx晶胞中，每个H结合4个H形成类似CH4的结构，这样的结构有8个，但它们形成的不是闭合的结构，C错误；1个LaHx晶胞中含有5×8＝40个H原子，含H质量为 g，晶胞的体积为(4.84×10－8)3 cm3，则LaHx单位体积中含氢质量的计算式为 g·cm－3，D正确。 专题作业 [三年真题集训] 1．(2024·甘肃卷)β­MgCl2晶体中，多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示，其中部分结构显示为图乙，下列说法错误的是(　　) A．电负性：Mg<Cl B．单质Mg是金属晶体 C．晶体中存在范德华力 D．Mg2＋的配位数为3 答案：D 解析：由图乙中结构可知，每个Mg2＋与周围6个Cl－最近且距离相等，因此，Mg2＋的配位数为6，D错误。 2.(2024·湖南卷)Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物，其合成反应为2LiH＋C＋N2Li2CN2＋H2，晶胞如图所示，下列说法错误的是(　　) A．合成反应中，还原剂是LiH和C B．晶胞中含有的Li＋个数为4 C．每个CN周围与它最近且距离相等的Li＋有8个 D．CN为V形结构 答案：D 解析：根据分析可得反应2LiH＋C＋N2Li2CN2＋H2中，H元素由－1价升高到0价，C元素由0价升高到＋4价，N元素由0价降低到－3价，由此可知还原剂是LiH和C，A正确；Li＋位于晶胞的面上，根据均摊法可知，晶胞中含有的Li＋个数为8×＝4，B正确；观察位于体心的CN可知，与它最近且距离相等的Li＋有8个，C正确；CN的中心原子C原子的价层电子对数为2＋×(4＋2－3×2)＝2，且CN与CO2互为等电子体，则CN为直线形结构，D错误。 3．(2024·辽宁卷)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 答案：B 解析：由均摊法得，结构1中含有Co的数目为4＋4×＝4.5，含有S的数目为1＋12×＝4，Co与S的原子个数比为9∶8，因此结构1的化学式为Co9S8，A正确；由图可知，晶胞2中S与S的最短距离为面对角线的，晶胞边长为a，即S与S的最短距离为a，B错误；如图：，以图中圈出的Li为例，与其最近的S共4个，C正确；如图，当2个晶胞2放在一起时，图中灰框截取的部分就是晶胞3，晶胞2和晶胞3表示同一晶体，D正确。 4．(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＋迁移过程如下图所示。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 答案：B 解析：根据题意，导电时Li＋发生迁移，化合价不变，则Ti和La的价态不变，A正确；根据“均摊法”，1个晶胞中含Ti：8×＝1个，含O：12×＝3个，含La或Li或空位共1个，若x＝，则La和空位共，N(La)＋N(空位)＝，结合化合物中正负化合价代数和为0，可得(＋1)×＋(＋3)×N(La)＋(＋4)×1＋(－2)×3＝0，解得N(La)＝、N(空位)＝，Li＋与空位数目不相等，B错误；由立方晶胞的结构可知，与体心最邻近的O原子数为12，即位于棱心的12个O原子，C正确；导电时Li＋向阴极移动，即与电流方向相同，则空位移动方向与电流方向相反，D正确。 5．(2024·湖北卷)黄金按质量分数分级，纯金为24K。Au­Cu合金的三种晶胞结构如图，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(　　) A．Ⅰ为18K金 B．Ⅱ中Au的配位数是12 C．Ⅲ中最小核间距Au—Cu<Au—Au D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，Au与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1 答案：C 解析：由24K金的质量分数为100%，则18K金的质量分数为×100%＝75%，Ⅰ中Au和Cu原子个数比为1∶1，则Au的质量分数为×100%≈75%，A正确；Ⅱ中Au处于立方体的八个顶点，Cu处于面心，则Au的配位数为3×8×＝12，B正确；设Ⅲ的晶胞参数为a，Au—Cu的最小核间距为a，Au—Au的最小核间距也为a，C错误；Ⅰ中，Au处于内部，Cu处于晶胞的八个顶点，其原子个数比为1∶1；Ⅱ中，Au处于立方体的八个顶点，Cu处于面心，其原子个数比为8×∶6×＝1∶3；Ⅲ中，Au处于立方体的面心，Cu处于顶点，其原子个数比为6×∶8×＝3∶1，D正确。 6．(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　　) A．图1晶体密度为 g·cm－3 B．图1中O原子的配位数为6 C．图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1－x D．Mg2＋取代产生的空位有利于Li＋传导 答案：C 解析：图2中Mg和空位均存在，Mg的个数小于2，C错误。 7．(2023·重庆卷)配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示，下列说法错误的是(　　) A．中心原子的配位数是4 B．晶胞中配合物分子的数目为2 C．晶体中相邻分子间存在范德华力 D．该晶体属于混合型晶体 答案：D 解析：该晶体由分子组成，为分子晶体，D错误。 8．(2022·天津高考)一定条件下，石墨转化为金刚石吸收能量。下列关于石墨和金刚石的说法正确的是(　　) A．金刚石比石墨稳定 B．两物质的碳碳σ键的键角相同 C．等质量的石墨和金刚石中，碳碳σ键数目之比为4∶3 D．可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨 答案：D 解析：石墨转化为金刚石吸收能量，则石墨能量低，石墨比金刚石稳定，A错误；石墨中碳原子为sp2杂化，碳碳σ键的键角为120°，金刚石中碳原子为sp3杂化，碳碳σ键的键角为109°28′，B错误；1 mol石墨中含有1.5 mol碳碳σ键，1 mol金刚石中含有2 mol碳碳σ键，则等质量的石墨和金刚石中碳碳σ键数目之比为3∶4，C错误。 9．(2022·湖北高考)某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　) A．Ca2＋的配位数为6 B．与F－距离最近的是K＋ C．该物质的化学式为KCaF3 D．若F－换为Cl－，则晶胞棱长将改变 答案：B 解析：F－与K＋的最近距离为棱长的，F－与Ca2＋的最近距离为棱长的，所以与F－距离最近的是Ca2＋，B错误。 [一年模拟演练] 10．(2024·贵州贵阳统考一模)氯乙酸(ClCH2COOH)是重要的分析试剂和有机合成中间体。一种制备氯乙酸的方法为CH3COOH＋Cl2ClCH2COOH＋HCl。下列说法正确的是(　　) A．CH3COOH分子中σ键数∶π键数＝6∶1 B．Cl—Cl键比I—I键的键长更短、键能更小 C．ClCH2COOH的酸性比CH3COOH更强 D．标准状况下，ClCH2COOH是一种液态物质 答案：C 解析：共价单键是σ键，共价双键中有1个σ键和1个π键，则CH3COOH分子中σ键数∶π键数＝7∶1，A错误；原子半径：Cl<I，则Cl—Cl键比I—I键的键长更短、键能更大，B错误；因电负性：Cl>H，Cl—C的极性大于H—C的极性，使—CH2Cl的极性大于—CH3的极性，导致ClCH2COOH的羧基中的羟基的极性更大，更容易电离出氢离子，则酸性：ClCH2COOH>CH3COOH，C正确；标准状况下，ClCH2COOH是一种固态物质，D错误。 11．(2024·江苏泰州统考一模)氟是已知元素中电负性最大、单质氧化性最强的元素，与稀有气体Xe形成的XeF2分子是非极性分子，与其他卤素形成的卤素互化物(如ClF、ClF3)具有与Cl2相似的化学性质，与氮形成的NF3可与NH3反应生成N2F2(结构式：F—N===N—F)。自然界中，含氯矿石有萤石(CaF2)、冰晶石(Na3AlF6)等，萤石可与浓硫酸共热制取HF气体。工业上，可通过电解KF的无水HF溶液(含F－和HF)制取F2。下列有关说法正确的是(　　) A．XeF2的空间结构为V形 B．ClF与ClF3互为同素异形体 C．键角：NF3>NH3 D．N2F2存在顺反异构现象 答案：D 解析：由题可知XeF2是非极性分子，故空间结构不是V形，A错误；ClF与ClF3是两种不同的化合物，不是同素异形体，B错误；NF3和NH3分子中N原子的价层电子对数都为4，且均含有1个孤电子对，F的电负性强于H，NF3中成键电子对更偏向于F原子，导致N上的电子云密度减小，排斥力减小，键角变小，故键角：NF3<NH3，C错误；由题给的N2F2的结构式可知，两个N原子之间有两个共价键，一个σ键和一个π键，类似于乙烯的结构，是平面形的，F原子可以同时在双键的一侧，也可以在双键的两侧，因此N2F2存在顺反异构现象，D正确。 12．(2024·山东潍坊统考一模)AlCl3在气态或非极性溶剂中均可通过氯桥键二聚成Al2Cl6，熔融AlCl3和KCl可形成KAl2Cl7。下列说法正确的是(　　) A．AlCl3为极性分子 B．Al2Cl6中Al原子的杂化方式为sp2 C．KAl2Cl7熔点高于Al2Cl6的熔点 D．1 mol Al2Cl6中含有7 mol Al—Cl单键 答案：C 解析：AlCl3正、负电中心重合，为非极性分子，A错误；Al2Cl6结构为，Al原子形成4个共价键，杂化方式为sp3，B错误；KAl2Cl7为离子化合物，Al2Cl6为共价化合物，则KAl2Cl7熔点高于Al2Cl6的熔点，C正确；由Al2Cl6结构可知，1 mol Al2Cl6中含有8 mol Al—Cl单键，D错误。 13．(2024·辽宁葫芦岛统考一模)一种由Cu、In、Te组成的晶体如图，晶胞参数和晶胞中各原子的投影位置如图所示，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．晶胞中A、D原子间距离为 pm 答案：A 解析：距离In原子最近的原子数为4，配位数为4，A错误；晶胞中位于顶点、体心、面心的Cu原子个数＝8×＋1×1＋4×＝4，位于面心、棱上的In原子个数＝6×＋4×＝4，位于体内的Te原子个数＝8×1＝8，Cu、In、Te的原子个数比＝4∶4∶8＝1∶1∶2，因此晶体化学式为CuInTe2，B正确；由A、B两点的分数坐标及C点的位置可知，C点原子的分数坐标为，C正确；D原子在底面的投影点与A、D构成直角三角形，斜边AD的长d＝＝＝ pm，D正确。 14．(2024·吉林高三一模)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂，硫代硫酸根(S2O)可看作是SO中的一个O原子被S原子取代的产物，浸金时S2O与Au＋配位形成[Au(S2O3)2]3－。MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体，结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．[Mg(H2O)6]2＋中σ键数目为12 B．S2O的空间结构是四面体形 C．与Au＋配位时，S2O中心S原子可作配位原子 D．MgS2O3·6H2O晶体的密度为 g·cm－3 答案：B 解析：[Mg(H2O)6]2＋中，每一个水分子含有2个σ键，水分子和镁离子之间形成了6个配位键，都是σ键，所以[Mg(H2O)6]2＋中σ键数目为18，A错误；S2O是用一个硫原子取代了硫酸根离子中的一个氧原子，硫酸根离子的空间结构为正四面体，故S2O的空间结构为四面体形，B正确；S2O的中心S原子没有孤电子对，应是另一个非中心的S原子提供孤电子对，去作配位原子，C错误；晶胞中有4个[Mg(H2O)6]2＋和4个S2O，其密度应为 g·cm－3，D错误。 高考预测 从近几年的高考试题看，元素周期律与元素周期表是中学化学的重要理论基础，是无机化学的核心知识，题型相对稳定，多为选择题。高考中该类型题主要是通过重大科技成果(化学科学的新发展、新发明等)，尤其是以放射性元素、放射性同位素、农业、医疗、考古等方面的应用为题材，主要考查： 1．原子结构中各种微粒之间的关系。 2．以元素化合物为载体，综合应用元素周期表和元素周期律，可集判断、实验、计算于一体。 3．原子的结构、分子的结构与晶体的结构及其计算等。 1.一种工业洗涤剂中间体结构式如图所示，其中短周期元素X、Q、Z、Y、W原子序数依次增大，X和W同主族但不相邻，Q、Z、Y为相邻元素，Y和Q最外层电子数之和是Z原子L层电子数的二倍，下列说法正确的是(　　) A．X2Y和X2Y2均为极性分子 B．第一电离能：Y>Z>Q C．原子半径：Y>Z>Q D．W与Y形成的化合物中只含离子键 答案：A 解析：由题中信息可知W形成＋1价阳离子，X形成1个共价键，则X为H，W为Na；Y形成2个共价键，其原子序数小于Na，则Y为O；Q形成4个共价键，其最外层电子数为4，原子序数小于O，则Q为C；Q、Z、Y为相邻元素，Y和Q最外层电子数之和是Z原子L层电子数的二倍，Z原子L层电子数为＝5，则Z为N。H2O和H2O2的正、负电中心不重合，均为极性分子，故A正确；同一周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，ⅡA和ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的，因此第一电离能：N＞O＞C，故B错误；同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，因此原子半径：C＞N＞O，故C错误；W与Y形成的化合物可能为Na2O或Na2O2，Na2O只含离子键，但Na2O2中既含离子键又含共价键，故D错误。 2．砷化镉晶胞结构如图，图1中“①”和“②”位是“真空”，晶胞参数为a pm，建立如图2坐标系，①号位的坐标为。已知：砷化镉的摩尔质量为M g·mol－1，NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　　) A．砷化镉中Cd与As原子个数比为3∶2 B．两个Cd原子间最短距离为0.5a pm C．③号位原子坐标为 D．该晶胞的密度为NA(a×10－10)3 g·cm－3 答案：D 解析：由晶胞结构可知，晶胞中位于体内的镉原子个数为6，位于顶点和面心的砷原子个数为8×＋6×＝4，则镉与砷原子个数比为3∶2，故A正确；由晶胞结构可知，两个镉原子间最短距离为边长的，故B正确；由分析可知③号位原子坐标为，故C正确；由晶胞结构可知，砷化镉的化学式为Cd3As2，则晶体的密度为 g·cm－3，D错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$