精品解析：第3章 晶体结构与性质（单元测试）化学沪科版选择性必修2

2025-2026学年高二化学单元检测卷(沪科版选择性必修2) 第三章 晶体结构与性质 (考试时间：60分钟 试卷满分：100分) 一、碳元素材料 1. 碳元素在材料领域有着广泛应用。 （1）上述物质中能导电的有___________。 （2）C-C键键长：金刚石>石墨，理由是___________。 （3）石墨与F2在450℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列说法正确的是___________(填序号)。 a．与石墨相比，(CF)x抗氧化性增强 b．与石墨相比，(CF)x导电性减弱 c．1mol(CF)x中含有2.5xmol共价单键 （4）比较C60晶体和金刚石的熔点并解释原因___________。 （5）C60可以与K形成低温超导化合物K3C60，其晶胞形状为立方体，边长分别为anm，结构如下图所示。 ①距离C60最近且相等的C60有___________个。 ②已知阿伏加德罗常数为NA，该晶体的密度为___________。(1nm=10-7cm) 二、纳米药物 2. 我国科学家最近研究的一种无机盐纳米药物具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍，X和Y的第一电离能都比左右相邻元素的高。Z的M层未成对电子数为4。 （1）元素W和X形成的阴离子的电子式为_______，Z原子核外共有_______种运动状态不同的电子，其基态原子的价电子排布图为_______。 （2）下列有关描述不正确的有_______。 A. W、X、Y、Z四种元素的单质中Z的熔点最高 B. W、X形成最简单氢化物中，W、X的原子轨道杂化类型均为 C. 电负性： D. 第一电离能： （3）某钠离子电池电极材料由、、、组成，其部分结构嵌入和脱嵌过程中，与含量发生变化，依次变为A、B、C三种结构，其过程如下图所示。 ①B物质中与紧邻的阴离子数为_______。 ②写出C物质的化学式_______。 三、Cu2O、Al、氮化铁晶胞 3. 湿法冶炼是以赤铜矿()精矿为主要原料，通过浸出、置换、电解等流程制备高纯度铜的工艺。 （1）已知：晶胞为立方体形。根据图示，大球d代表___________原子；每个晶胞中含氧原子数目为___________个。 （2）测定晶体结构最常用的仪器为___________。 A. 质谱仪 B. 核磁共振仪 C. 红外光谱仪 D. X射线衍射仪 （3）赤铜矿在稀硫酸中浸出，得到硫酸铜溶液，反应物既是氧化剂又是还原剂，该反应的离子方程式为___________。 4. 铝单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。 若已知Al的原子半径为d pm，代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量27，完成以下问题： （1）Al在周期表中的位置：___________。 （2）一个晶胞中Al原子的数目___________。 （3）Al晶胞的密度表达式___________。 氮化铁晶体可应用于磁记录材料领域，制备该晶体时需铁、氮气、丙酮和乙醇参与，其晶胞结构如图所示： 5. 对于a位置的Fe原子，与其最近的且距离相等的N原子有几个 A 2 B. 4 C. 6 D. 8 6. 该氮化铁晶体的化学式为 A. FeN B. C. D. 四、现代“五金”之一——锡 7. 锡(Sn)位于元素周期表的第5周期第IVA族，是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。 （1）基态Sn原子价电子的轨道表示式为___________。 SnCl2和是锡的常见氯化物，SnCl2可被氧化得到。常温下，是无色晶体，是易挥发的液体。 （2）根据价层电子对互斥理论推测的空间构型为___________。的键是由锡的___________轨道与氯的3p轨道重叠形成键。 已知一些物质的熔点数据如下表： 物质 熔点/℃ -68.8 -51.5 -34.1 （3）分析、、熔点变化的原因___________。 （4）在潮湿的空气中易发生水解，生成，写出该反应的化学方程式：___________。对于上述反应的现象描述，最合理的是___________。 A．产生白雾 B．产生白烟 C．产生白色烟雾 D．无明显现象 白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方金刚石结构。 （5）灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有___________个。 A. 4 B. 6 C. 8 D. 12 （6）若白锡和灰锡的晶胞体积分别为和，则白锡和灰锡晶体的密度之比是___________。 A. B. C. D. 灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿 已知：在0℃、100kPa条件下，白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为，。 （7）现把白锡制成器皿放在、的室内存放，它会变成灰锡而影响使用吗？请通过计算说明___________。 五、氮化镓 8. 硼(B)与镓Ga同主族，它们的一些化合物在很多领域有重要的作用，如氮化镓(GaN)经常用在国防技术、航空航天及5G技术等领域；硼氢化钠(NaBH4)是有机合成中重要的还原剂；B和Mg形成的化合物可用高温超导材料。 （1）基态B原子中，核外电子占据的最高能层的符号为___________，基态N原子占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为___________。 （2）基态Ga原子的价电子排布式为___________。 （3）GaCl3的熔点为77.9℃，GaF3的熔点为1000℃，试分析GaCl3熔点低于GaF3的原因为____。 （4）测定晶体结构最常用的仪器为___________。 A. 质谱仪 B. X射线衍射仪 C. 红外光谱仪 D. 核磁共振仪 （5）NaBH4晶胞结构如下图所示，BH的空间构型是___________。晶胞参数如图所示，NaBH4晶体的密度为___________g﹒cm3(结果用含a、NA的最简分数表达式表示)。 （6）硼化镁晶胞如图所示，则该晶体的化学式为___________。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年高二化学单元检测卷(沪科版选择性必修2) 第三章 晶体结构与性质 (考试时间：60分钟 试卷满分：100分) 一、碳元素材料 1. 碳元素在材料领域有着广泛的应用。 （1）上述物质中能导电的有___________。 （2）C-C键的键长：金刚石>石墨，理由是___________。 （3）石墨与F2在450℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列说法正确的是___________(填序号)。 a．与石墨相比，(CF)x抗氧化性增强 b．与石墨相比，(CF)x导电性减弱 c．1mol(CF)x中含有2.5xmol共价单键 （4）比较C60晶体和金刚石的熔点并解释原因___________。 （5）C60可以与K形成低温超导化合物K3C60，其晶胞形状为立方体，边长分别为anm，结构如下图所示。 ①距离C60最近且相等的C60有___________个。 ②已知阿伏加德罗常数为NA，该晶体的密度为___________。(1nm=10-7cm) 【答案】（1）石墨、石墨炔 （2）金刚石碳原子之间只存σ键；石墨中碳原子之间除了有σ键还有π键，碳原子间电子云重叠程度更大，键长更短 （3）abc （4）熔点：金刚石>C60，因为C60为分子晶体，金刚石为共价晶体，共价键远比范德华力强 （5） ①. 12 ②. 【解析】 【小问1详解】 金刚石和均不导电，石墨和石墨炔中存在可在整个碳原子平面上自由移动的电子，因此可以导电。 【小问2详解】 金刚石碳原子之间只存在σ键，石墨中碳原子之间除了有σ键还有π键，碳原子间电子云重叠程度更大，键长更短，因此C-C键的键长：金刚石>石墨。 【小问3详解】 a．在石墨层间插入F原子后形成的C-F键键长更短，键能更大，则分子结构稳定性增强，所以与石墨相比，(CF)x抗氧化性增强，a正确； b．石墨晶体中每个碳原子都有未参与杂化的1个2p轨道上电子在碳原子平面中运动，所以石墨晶体能导电；在石墨层间插入F原子后，则不存在未参与杂化的2p轨道上的电子，所以与石墨相比，(CF)x导电性减弱，b正确； c．(CF)x中每个碳原子与3个碳原子和1个氟原子形成4个共价单键，其中碳碳键为2个碳原子所共有，则每个碳原子形成共价键的数目为，因此1mol(CF)x中含有2.5xmol共价单键，c正确； 答案选abc。 【小问4详解】 C60为分子晶体，金刚石为共价晶体，共价键远比范德华力强，因此熔点：金刚石>C60。 【小问5详解】 ①根据晶胞可知，白球个数为，黑球的个数为，因此结合化学式为K3C60可得白球为C60；根据晶胞中C60的相对位置可知，距离C60最近且相等的C60有12个； ②晶胞形状为立方体，边长分别为anm，则该晶体的密度为。 二、纳米药物 2. 我国科学家最近研究的一种无机盐纳米药物具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍，X和Y的第一电离能都比左右相邻元素的高。Z的M层未成对电子数为4。 （1）元素W和X形成的阴离子的电子式为_______，Z原子核外共有_______种运动状态不同的电子，其基态原子的价电子排布图为_______。 （2）下列有关描述不正确的有_______。 A. W、X、Y、Z四种元素的单质中Z的熔点最高 B. W、X形成最简单氢化物中，W、X的原子轨道杂化类型均为 C. 电负性： D. 第一电离能： （3）某钠离子电池电极材料由、、、组成，其部分结构嵌入和脱嵌过程中，与含量发生变化，依次变为A、B、C三种结构，其过程如下图所示。 ①B物质中与紧邻的阴离子数为_______。 ②写出C物质的化学式_______。 【答案】（1） ①. ②. 26 ③. （2）AD （3） ①. 12 ②. NaFe(CN)3 【解析】 【分析】W、X 、Y、Z的原子序数依次增加，且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍，则W为C元素；每个周期的ⅡA和ⅤA的元素的第一电离能都比左右相邻元素的高，由于配合物中Y在外界，Y可形成简单阳离子，则Y属于金属元素，故X和Y分别为N和Mg；Z的M层未成对电子数为4，则其3d轨道上有4个不成对电子，其价电子排布式为，Z为Fe元素，为，据此分析； 【小问1详解】 中C与N之间形成3对共用电子对，电子式为；Z为Fe元素，Fe是第26号元素，有26种运动状态不同的电子，基态原子的价电子排布式为，3d64s2，价电子排布图为； 【小问2详解】 A．W、X、 Y、Z四种元素的单质中，N元素的单质形成分子晶体，Mg和Fe均形成金属晶体，C元素既可以形成金刚石又可以形成石墨，石墨的熔点最高，A错误； B．X的简单氢化物是，其中心N原子价层电子对数为3+，N原子轨道杂化类型为，W的简单氢化物是，其中心C原子价层电子对数为4+，C原子轨道杂化类型为，B正确； C．电负性同周期从左至右增大，故电负性：，C正确； D．第一电离能，同周期从左至右增大，每个周期的ⅡA和ⅤA的元素的第一电离能都比左右相邻元素的高第一电离能：，D错误； 故选AD； 【小问3详解】 ①由晶胞结构可知，B物质中每个最小的立方体中位于体心的钠离子与位于小立方体棱中心的CN-距离最近，所以与钠离子紧邻的CN-数目为12； ②由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心、棱上、体心的铁离子和亚铁离子个数为8×+6×+12×+1=8，位于体内的钠离子个数为8，位于棱上、面上、体内的氰酸根离子个数为24×+24×+6=24，则C物质的化学式为NaFe(CN)3； 三、Cu2O、Al、氮化铁晶胞 3. 湿法冶炼是以赤铜矿()精矿为主要原料，通过浸出、置换、电解等流程制备高纯度铜的工艺。 （1）已知：晶胞为立方体形。根据图示，大球d代表___________原子；每个晶胞中含氧原子数目为___________个。 （2）测定晶体结构最常用的仪器为___________。 A. 质谱仪 B. 核磁共振仪 C. 红外光谱仪 D. X射线衍射仪 （3）赤铜矿在稀硫酸中浸出，得到硫酸铜溶液，反应物既是氧化剂又是还原剂，该反应的离子方程式为___________。 【答案】（1） ①. Cu ②. 2 （2）D （3）Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O 【解析】 【小问1详解】 根据图示，顶点和体心小球原子个数为1+8=2，内部大球d代表的原子个数为4，晶胞中大球与小球的个数比为4:2=2:1，与化学式 Cu2O 中Cu、O原子个数比一致，故大球d代表Cu原子，小球代表O原子；晶胞中含O原子的数目为2个； 【小问2详解】 X射线衍射仪可以测定晶体结构，故选D； 【小问3详解】 赤铜矿在稀硫酸中浸出，Cu2O发生歧化反应，生成硫酸铜溶液和铜，该反应的离子方程式为Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。 4. 铝单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。 若已知Al的原子半径为d pm，代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量27，完成以下问题： （1）Al在周期表中的位置：___________。 （2）一个晶胞中Al原子的数目___________。 （3）Al晶胞的密度表达式___________。 【答案】（1）第三周期第ⅢA族 （2）4 （3） 【解析】 【小问1详解】 Al位于元素周期表第三周期第ⅢA族； 【小问2详解】 从图乙可以看出，晶胞中的顶角原子由8个晶胞共用，面心原子由两个晶胞共用，每个晶胞中Al原子的数目； 【小问3详解】 根据题干信息，Al的原子半径为d pm，则晶胞的面对角线长度为4d pm，则晶胞的边长，晶胞的体积为。由第（2）问分析可知，每个晶胞中含有4个Al原子，则每个晶胞的质量为则晶胞密度。 氮化铁晶体可应用于磁记录材料领域，制备该晶体时需铁、氮气、丙酮和乙醇参与，其晶胞结构如图所示： 5. 对于a位置的Fe原子，与其最近的且距离相等的N原子有几个 A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 6. 该氮化铁晶体的化学式为 A. FeN B. C. D. 【答案】5. D 6. C 【解析】 5题详解】 a位置的Fe原子位于晶胞顶点，该顶点为8个晶胞共用，每个晶胞的体心都有1个N原子，且这些N原子到该顶点的距离都相等，故与a位置的Fe原子最近且等距的N原子有8个，故答案为D； 【6题详解】 a位置Fe的个数为=1，b位置Fe的个数为=3，N位于晶胞内部，Fe、N的个数比为4：1，化学式为Fe4N，故答案为C。 四、现代“五金”之一——锡 7. 锡(Sn)位于元素周期表的第5周期第IVA族，是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。 （1）基态Sn原子价电子的轨道表示式为___________。 SnCl2和是锡的常见氯化物，SnCl2可被氧化得到。常温下，是无色晶体，是易挥发的液体。 （2）根据价层电子对互斥理论推测的空间构型为___________。的键是由锡的___________轨道与氯的3p轨道重叠形成键。 已知一些物质的熔点数据如下表： 物质 熔点/℃ -68.8 -51.5 -34.1 （3）分析、、熔点变化的原因___________。 （4）在潮湿的空气中易发生水解，生成，写出该反应的化学方程式：___________。对于上述反应的现象描述，最合理的是___________。 A．产生白雾 B．产生白烟 C．产生白色烟雾 D．无明显现象 白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方金刚石结构。 （5）灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等Sn原子有___________个。 A. 4 B. 6 C. 8 D. 12 （6）若白锡和灰锡的晶胞体积分别为和，则白锡和灰锡晶体的密度之比是___________。 A. B. C. D. 灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。 已知：在0℃、100kPa条件下，白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为，。 （7）现把白锡制成的器皿放在、的室内存放，它会变成灰锡而影响使用吗？请通过计算说明___________。 【答案】（1） （2） ①. V形 ②. sp3杂化 （3）SiCl4、GeCl4、SnCl4都为分子晶体，组成和结构相似，相对分子质量SiCl4< GeCl4< SnCl4，分子间范德华力SiCl4< GeCl4< SnCl4，范德华力越大，熔点越高，所以熔点逐渐升高 （4） ①. SnCl4+(x+2)H2O=SnO2·xH2O↓+4HCl ②. C （5）A （6）C （7）由可知，会自发进行生成灰锡，不能继续使用 【解析】 【小问1详解】 Sn位于元素周期表的第5周期ⅣA族，基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2，Sn的价电子的轨道表示式为。 【小问2详解】 SnCl2中Sn的价层电子对数为，根据价层电子对互斥理论，价层电子对数为3，含有一对孤电子对，空间结构为V形； SnCl4中Sn的价电子对数为，无孤电子对，中心原子采取sp3杂化后，形成4个sp3杂化轨道，所以SnCl4的Sn-Cl键是由锡的sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成σ键。 【小问3详解】 由表中数据可知：SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点逐渐升高，其原因是：SiCl4、GeCl4、SnCl4都为分子晶体，组成和结构相似，相对分子质量SiCl4<GeCl4<SnCl4，分子间范德华力SiCl4<GeCl4<SnCl4，范德华力越大，熔点越高，所以熔点逐渐升高。 小问4详解】 SnCl4在潮湿空气中发生水解，生成SnO2·xH2O和HCl，反应化学方程式为：SnCl4+(x+2)H2O=SnO2·xH2O↓+4HCl； SnCl4在潮湿空气中发生水解的反应可表示为：SnCl4+(x+2)H2O=SnO2·xH2O↓+4HCl，SnO2·xH2O是固体小颗粒，HCl气体在潮湿空气中会与水蒸气结合形成盐酸小液滴，固体小颗粒(形成烟)和盐酸小液滴(形成雾)，所以会产生白色烟雾，故选C。 【小问5详解】 灰锡具有立方金刚石结构，金刚石中每个碳原子以单键与其他4个碳原子相连，碳原子在空间构成正四面体，且该碳原子在正四面体的体心，所以灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有4个，故答案选A。 【小问6详解】 ②根据均摊法，白锡晶胞中含Sn原子数为8×+1=2，灰锡晶胞中含Sn原子数为8×+6×+4=8，所以白锡与灰锡的密度之比为∶=，故答案选C。 【小问7详解】 由，即白锡能自发进行生成灰锡，灰锡结构松散，不能继续使用。 五、氮化镓 8. 硼(B)与镓Ga同主族，它们的一些化合物在很多领域有重要的作用，如氮化镓(GaN)经常用在国防技术、航空航天及5G技术等领域；硼氢化钠(NaBH4)是有机合成中重要的还原剂；B和Mg形成的化合物可用高温超导材料。 （1）基态B原子中，核外电子占据的最高能层的符号为___________，基态N原子占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为___________。 （2）基态Ga原子的价电子排布式为___________。 （3）GaCl3的熔点为77.9℃，GaF3的熔点为1000℃，试分析GaCl3熔点低于GaF3的原因为____。 （4）测定晶体结构最常用的仪器为___________。 A. 质谱仪 B. X射线衍射仪 C. 红外光谱仪 D. 核磁共振仪 （5）NaBH4晶胞结构如下图所示，BH的空间构型是___________。晶胞参数如图所示，NaBH4晶体的密度为___________g﹒cm3(结果用含a、NA的最简分数表达式表示)。 （6）硼化镁晶胞如图所示，则该晶体的化学式为___________。 【答案】（1） ①. L ②. 哑铃形 （2）4s24p1 （3）GaCl3熔化时破坏分子间作用力，GaF3熔化时破坏离子键，离子键强于分子间作用力，所以GaCl3的熔点低于GaF3； （4）B （5） ①. 正四面体形 ②. （6）MgB2 【解析】 【小问1详解】 基态B原子电子排布式为1s22s22p1，核外电子占据的最高能层的符号为L，基态N原子电子排布式为1s22s22p3,占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为哑铃形； 【小问2详解】 基态B原子电子排布式为1s22s22p1，硼(B)与镓Ga同主族，基态Ga原子的价电子排布式为4s24p1； 【小问3详解】 Ga与F的电负性差较大，形成离子键，GaF3为离子化合物；Ga与Cl电负性差小，形成共价键，GaCl3为共价分子，因此在熔化时，GaCl3熔化时破坏分子间作用力，GaF3熔化时破坏离子键，离子键强于分子间作用力，所以GaCl3的熔点低于GaF3； 【小问4详解】 测定晶体结构最常用的仪器为X射线衍射仪，故选B； 【小问5详解】 BH的中心原子B的价层电子对数，故其空间构型是正四面体形；由晶胞示意图可知，每个晶胞的体积为：V=a2×2a×10-21cm3=2a3×10-21cm3，一个晶胞中含有Na+个数为：×4+×6=4，含有[BH4]-个数为：，则一个晶胞的质量为：，故晶胞密度为； 【小问6详解】 由晶胞示意图和均摊法可知Mg：，B：2，则该晶体的化学式为MgB2。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $