3.2几种简单的晶体结构模型 同步练习 2024-2025学年高二下学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

3.2几种简单的晶体结构模型 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是 A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属于最密堆积，配位数是12 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 2．铁的晶体有多种结构，其中两种晶体的晶胞结构如下图甲、乙所示(acm、bcm分别为晶胞边长)，下列说法正确的是 A．两种铁晶体中均存在金属阳离子和阴离子 B．乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为14 C．甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为1：2 D．甲、乙两种铁晶体的密度比为b3:2a3 3．下表给出几种氯化物的熔点和沸点： NaCl AlCl3 熔点/℃ 801 190 -70 沸点/℃ 1413 180 57.57 有关表中所列三种氯化物的性质，以下叙述正确的是 ①氯化铝在加热时能升华 ②四氯化硅在晶态时属于分子晶体 ③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合 ④氯化铝晶体属于离子晶体 A．②③ B．③④ C．①② D．①②③④ 4．石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时，嵌入石墨层间，当嵌入最大量时，晶体部分结构的俯视示意图如图所示，下列说法错误的是 A．石墨属于混合晶体 B．石墨中含有共价键 C．石墨晶体中，层间存在化学键和范德华力 D．图中与的个数比是6：1 5．下列关于CO2的说法不正确的是 A．CO2是由极性键形成的非极性分子 B．CO2分子中σ键与π键的数目比为1∶1 C．干冰中一个CO2分子周围有8个紧邻分子 D．CO2的大量排放可能引起温室效应 6．下列关于物质特殊聚集状态结构的叙述中，错误的是 A．等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子 B．氧化镁晶体中离子键的百分数为50%，氧化镁晶体是一种过渡晶体 C．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性 D．石墨晶体属于混合晶体 7．如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是（    ） A．此堆积方式属于体心立方堆积 B．此堆积方式为六方堆积 C．配位数（一个金属原子周围紧邻的金属原子的数目）为8 D．镉的堆积方式与铜的堆积方式相同 8．下列“类比”结果正确的是 A．单质的熔点，则单质的熔点Na<K B．溶液显碱性，则溶液显碱性 C．Na与水反应生成NaOH，则Fe与水蒸气反应生成 D．Fe与溶液反应，则Fe与溶液也能反应 二、填空题 9．(1)晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的空间结构，边长为，晶胞中、，分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示.与间的最短距离为 ，与紧邻的的个数为 .在晶胞结构的另一种表示中，处于各顶角位置，则处于 位置，处于 位置. (2)具有型结构(如图)，其中阴离子采用最密堆积方式，X射线衍射实验测得的晶胞参数为，则为 .也属于型结构晶胞参数为，则为 . 10．共价晶体与分子晶体的比较 11．现有下列八种晶体： A．水晶  B．冰醋酸  C．氧化镁  D．白磷  E．晶体氩  F．氯化铵  G．铝  H.金刚石 (1)属于共价晶体的是 ，直接由原子构成的晶体是 ，直接由原子构成的分子晶体是 。 (2)由极性分子构成的晶体是 ，含有共价键的离子晶体是 ，属于分子晶体的单质是 。 (3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是 ，受热熔化后化学键不发生变化的是 ，熔化时需克服共价键的是 。 12．完成下列问题。 (1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB……方式堆积而成，如图甲所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为 。 (2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图乙所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，1mol石墨烯中含有的六元环个数为 。下列有关石墨烯的说法正确的是 (填字母)。 a.晶体中碳原子间全部是单键 b.石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面 c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力 (3)石墨烯可转化为，的结构如图丙所示，该分子是由五边形和六边形构成的球体，其中五边形有12个，则六边形有 个(注：简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间的关系为)。 (4)金刚石晶胞如图丁所示，则金刚石晶胞中原子的配位数为 。 三、计算题 13．食盐晶体是由钠离子和氯离子组成的，且均为等距离的交错排列，如图所示。已知食盐的密度是2.2 g/cm3，阿伏伽德罗常数为6.02×1023/mol。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离最接近于 厘米(保留整数)。 四、解答题 14．教材插图具有简洁而又内涵丰富的特点。请回答以下问题： (1)第三周期的某主族元素，其第一至第五电离能数据如图1所示，则该元素原子核外有 种不同运动状态的电子。 (2)如图2所示，每条折线表示周期表第ⅣA~ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是 ；判断依据是 。 (3)在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图3所示。则该晶体的类型属于 晶体。 (4)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素有 种。 (5)图4是碳化硅的晶胞结构。若碳化硅晶胞边长为apm，阿伏加德罗常数的值为，则碳化硅晶体的密度为 (列出计算式即可)。 15．[2016·新课标I]锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题： （1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar] ，有 个未成对电子。 （2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是 。 （3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因 。 GeCl4 GeBr4 GeI4 熔点/℃ −49.5 26 146 沸点/℃ 83.1 186 约400 （4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 。 （5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为 ，微粒之间存在的作用力是 。 （6）晶胞有两个基本要素： ①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(，0，)；C为(，，0)。则D原子的坐标参数为 。 ②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为 g·cm−3(列出计算式即可)。 16．硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。请回答下列问题： (1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为 ，该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。 (2)硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。 (3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献 个原子。 (4)单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为 。 (5)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ•mol-1 356 413 336 226 318 452 ①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 。 ②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是 。 (6)在硅酸盐中，SiO四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为 ，Si与O的原子数之比为 ，化学式为 。 《3.2几种简单的晶体结构模型》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C D C C C A B D 1．C 【详解】A．金原子处于顶点与面心上，算晶胞中含有的金原子数目为8×+6×=4，A说法正确； B．金晶体中，金属键无方向性，金原子采取面心立方最密堆积，配位数是12，B说法正确； C．在立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d=d，故晶胞的体积为(d)3=2d3，C说法错误； D．晶胞中含有4个原子，故晶胞质量为，晶胞的体积为2d3，故晶胞密度=，D说法正确； 答案为C。 2．D 【详解】A．金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，不含阴离子，A错误； B．乙晶体晶胞为面心立方最密堆积，顶点原子贡献率为，面心原子贡献率为，故乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为: 8×+6×=4，B错误； C．甲晶体为体心立方堆积、配位数为8，乙晶体晶胞为面心立方最密堆积、配位数为12，甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为8: 12=2: 3，C错误； D．甲晶胞单独占有Fe原子数目= 1+8×=2，乙晶胞单独占有Fe原子数目8×+6×=4，晶胞质量之比=1: 2,则晶体密度之比==b3: 2a3，D正确； 故选答案D。 【点睛】晶体密度=晶胞质量+晶胞体积，均摊法计算晶胞中各Fe原子数目，晶胞质量之比等干晶胞中Fe原子数目之比。 3．C 【详解】①由表中的数据可知，的沸点低于熔点，加热时能升华，故①正确； ②的熔、沸点较低，在晶态时属于分子晶体，故②正确； ③的熔、沸点较高，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，故③错误； ④的熔、沸点都较低，属于分子晶体，故④错误； ①②正确，C满足题意； 故选：C。 4．C 【详解】A．石墨是晶体内同时存在着共价键、分子间作用力等多种作用力，具有分子晶体和共价晶体的结构和性质的混合型晶体，故A正确； B．在石墨晶体中，每个碳原子与3个碳原子形成三个共价键，而每个共价键被2个碳原子所共用，则每个碳原子形成1.5个共价键，所以石墨中含有共价键，故B正确； C．石墨晶体中，层与层之间的作用力为分子间作用力，不存在化学键，故C错误； D．从图可以看出，每个Li+都位于1个平面正六边形的中心，即平均每6个C原子对应1个Li+，所以此时C与Li+的个数比是6:1，故D正确； 故选C。 5．C 【详解】A．CO2中存在C=O极性键，CO2分子的空间构型为直线形，分子中正电中心和负电中心重合，CO2为非极性分子，A项正确； B．CO2的结构式为O=C=O，1个CO2分子中含2个σ键和2个π键，即CO2分子中σ键与π键的数目之比为1∶1，B项正确； C．干冰中的CO2之间只存在范德华力，干冰属于面心立方晶胞，一个CO2分子周围有12个紧邻分子，C项错误； D．CO2的大量排放，阻止地球热量的散失，从而可能引起温室效应，D项正确； 答案选C。 6．A 【详解】A．等离子体是由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合体，整体呈中性的物质状态，A错误； B．氧化镁晶体中离子键的百分数为50%，还有50%的共价键百分数，则氧化镁晶体是一种过渡晶体，B正确； C．液晶尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，C正确； D．石墨晶体是介于共价晶体、金属晶体、分子晶体之间的混合型晶体，D正确； 故选A。 7．B 【详解】A．据题图可看出，镉的堆积方式为六方堆积，A项错误； B．据题图可看出，镉的堆积方式为六方堆积，B项正确； C．一个金属原子周围紧邻的金属原子数目为12个，故配位数为12，C项错误； D．铜的堆积方式为面心立方堆积，镉的堆积方式与铜的堆积方式不相同，D项错误； 答案选B。 8．D 【详解】A．Br2，I2是分子晶体，分子量越大熔沸点越高，但是Na，K是金属晶体，原子半径越大，熔沸点越低，A错误； B．的电离大于水解，所以溶液显示酸性，B错误； C．Fe与水蒸气反应生成Fe3O4，C错误； D．铁比银活泼，可以置换出硝酸银中的银，D正确； 故选D。 9． 0.315 12 体心 棱心 0.148 0.076 【详解】(1)由晶胞结构可知，晶胞中与间的最短距离为晶胞面对角线的一半，即；晶胞中在同一平面内，与紧邻的的个数为4，故晶胞中与紧邻的的个数为.根据的化学式以及晶胞结构可知，若I处于各顶角位置，则该晶胞中处于体心， 处于棱心。故答案为：0.315；12；体心；棱心； (2)具有型结构，由晶胞结构图可知，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以半径为面对角线的，即；也属于型结构，MnO的晶胞参数比MgO更大，说明阴离子之间不再接触，阴、阳离子沿坐标轴方向接触，故，r(Mn2+)=0.076nm。故答案为：0.148；0.076。 10．共价晶体与分子晶体的比较 晶体类型 共价晶体 分子晶体 定义 相邻原 子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体 组成粒子 原子 分子 粒子间作用力 共价键 分子间作用力 熔、沸点 很高 较低 硬度 很大 较小 溶解性 不溶于任何溶剂 有一部分溶于水，一部分溶于有机溶剂 导电性 不导电，个别为半导体 不导电，部分溶于水导电 熔化时破坏的作用力 共价键 分子间作用力 实例 金刚石 干冰 【解析】略 11． AH AEH E B F DE G BDE AH 【详解】(1)水晶为SiO2晶体，由Si原子和O原子构成，属于共价晶体，金刚石由C原子构成，属于共价晶体，故此处填A、H；直接由原子构成的晶体包括原子晶体A、H，以及由单原子分子构成的分子晶体E，故此处填A、E、H；稀有气体是单原子分子，其晶体是直接由原子构成的分子晶体，故此处填E； (2)醋酸分子正负电荷中心不重合，属于极性分子，故此处填B；NH4Cl由离子构成，其晶体属于离子晶体，且铵根离子内部存在共价键，故此处填F；白磷、氩都是由分子构成的单质，故此处填D、E； (3)金属晶体能导电且不发生化学变化，故此处填G；分子晶体受热熔化后分子不变，化学键不发生变化，故此处填BDE；共价晶体熔化时需克服共价键，故此处填AH。 12．(1)4 (2) bc (3)20 (4)4 【详解】（1）由题图甲可知，六方晶胞中处于顶点的8个碳原子分为两种，其中4个被6个晶胞所共有，4个被12个晶胞所共有；处于棱上的4个碳原子也分为两种，其中2个被3个晶胞所共有，2个被6个晶胞所共有；处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有；晶胞内还有1个碳原子，所以每个六方晶胞中含有的碳原子数为； （2）a．由题图乙可知，碳原子间不仅有单键，每个碳都为sp2杂化，未参与杂化的p轨道上有一个电子，且p轨道相互平行，应还存在大π键，a错误； b．石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面，b正确； c．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力，c正确； 故选：bc； （3）设中六边形、五边形的个数分别为x、y。则有：、，解得，； （4）由金刚石晶胞结构可知原子的配位数为4。 13．4×10－8 【详解】食盐晶胞属于立方体结构，所以食盐的一个晶胞中：Na＋个数为：8×＋6×＝4；Cl－个数为：12×＋1＝4。即每个晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，即含4个NaCl结构单元，晶胞的体积就是4个NaCl结构单元的体积。设上述晶胞的边长为2acm，其体积为8a3 cm3；根据密度的计算公式：2.2 g/cm3=，解得a≈2.8×10－8cm，根据晶胞结构图知，距离最近的钠离子之间的距离为晶胞的一个面的面心和顶点之间的距离，设为x，则有：x=≈4×10－8cm。 14．(1)12 (2) 第二周期的元素的氢化物没有分子间氢键的是，为第ⅣA族元素，因此a为 (3)共价 (4)三 (5) 【详解】（1）该元素的第二电离能和第三电离能的差距较大，说明能层发生变化，故元素为Mg，最外层有12中运动状态不同的电子，故答案为：12； （2）如图2所示，每条折线表示周期表第ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化中，N、O、F三种氰化物可以形成分子间氢键，会造成熔沸点反常，第二周期的元素的氢化物没有分子间氢键的是CH4，为第ⅣA族元素，因此a为SiH4，故答案为：SiH4；第二周期的元素的氢化物没有分子间氢键的是，为第ⅣA族元素，因此a为； （3）CO2在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图3所示，该晶胞结构与二氧化硅类似，故形成了共价晶体二氧化碳，故答案为：共价； （4）同周期主族元素第一电离能随原子序数增大呈增大趋势，但IIA族的np为全充满、VA族的np为半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，则第一电离能：Al＜Mg＜Si＜S＜P，介于Al、P之间的第三周期元素有3种，故答案为：三； （5）晶胞中，C原子的数目为4，Si原子的数目为8×+6×=4，晶胞质量为m=g，晶胞体积为V=(a×10-10)3cm3，晶胞密度ρ＝g/cm3，故答案为：。 15． 3d104s24p2 2 Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p−p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强 O>Ge>Zn sp3 共价键 (，，) ×107 【详解】（1）Ge是32号元素，与碳元素是同一主族的元素，在元素周期表中位于第四周期IVA族；基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar] 3d104s24p2；在其原子的最外层的2个4p电子分别位于2个不同的4p轨道上，所以基态Ge原子有2个未成对的电子，故答案为3d104s24p2；2； （2）Ge与C是同族元素，C原子原子半径较小，原子之间可以形成双键、三键；但Ge原子之间难以形成双键或三键，从原子结构角度看，这是由于锗的原子半径大，原子之间形成的σ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键，故答案为Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p−p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键； （3）锗元素的卤化物在固态时都为分子晶体，分子之间通过微弱的分子间作用力结合。对于组成和结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。由于相对分子质量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以它们的熔沸点由低到高的顺序是：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，故答案为GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强； （4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。元素的非金属性越强，其吸引电子的能力就越强，元素的电负性就越大。元素Zn、Ge、O的非金属性强弱顺序是：O＞Ge＞Zn，所以这三种元素的电负性由大至小的顺序是O＞Ge＞Zn，故答案为O>Ge>Zn； （5） Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为1个s轨道与3个p轨道形成的sp3杂化；由于是同一元素的原子通过共用电子对结合，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键(或写为共价键)，故答案为sp3；共价键； （6） ①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，，)，故答案为(，，)； ②根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=g·cm-3，故答案为×107。 16．(1) M 9 4 (2)二氧化硅 (3) 共价键 3 (4)Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4+ 4NH3+ 2MgCl2 (5) C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 (6) sp3 1∶3 SiO 【详解】（1）硅原子核外有14个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2 ，对应能层分别别为K、L、M，其中能量最高的是最外层M层，该能层有s、p、d三个能级，s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，d能级有5个轨道，所以共有9个原子轨道，硅原子的M能层有4个电子（3s23p2）；故答案为M；9；4； （2）硅元素在自然界中主要以化合态（二氧化硅和硅酸盐）形式存在，故答案为二氧化硅； （3）硅晶体和金刚石晶体类似，都属于原子晶体，硅原子之间以共价键结合。在金刚石晶体的晶胞中，每个面心有一个碳原子（晶体硅类似结构），则面心位置贡献的原子为 6×=3个；故答案为共价键；3； （4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2，方程式为：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2，故答案为Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2； （5）①烷烃中的C-C键和C-H键大于硅烷中的Si-Si键和Si-H键的键能，所以硅烷中Si-Si键和Si-H键的键易断裂，导致长链硅烷难以生成，答案为C-C键和C-H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si-Si键和Si-H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成；②键能越大、物质就越稳定，C-H键的键能大于C-O键，故C-H键比C-O键稳定，而Si-H键的键能远小于Si-O键，所以Si-H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si-O键；故答案：C-H键的键能大于C-O键，C-H键比C-O键稳定．而Si-H键的键能却远小于Si-O键，所以Si-H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si-O键； （6）硅酸盐中的硅酸根（SiO）为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；故答案为sp3 ；根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、3个氧原子，化学式为SiO；故答案为1：3；SiO。 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