第三章 晶体结构与性质特训练习
一、选择题(共10题)
1．NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
2．已知C3N4晶体的硬度与金刚石相差不大，且原子间均以单键结合，下列关于C3N4的说法错误的是( )
A．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
B．C3N4晶体中CN键的键长比金刚石的CC键的键长要长
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子
D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以共价键形成的空间网状结构
3．如图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是( )
A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构
B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子
C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是共价晶体
D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力
4．氢气是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为( )
A．LaNi5 B．LaNi
C．La14Ni24 D．La7Ni12
5．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。氧化镍原子分数坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,1)，则C的坐标参数为( )
A． B．
C． D．
6．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6
B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价
C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价
D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个
7．据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的相对分子质量为1 200
8．二茂铁[(C5H5)2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件，它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁的熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华)，沸点是249 ℃，不溶于水，易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法不正确的是( )
A．二茂铁属于分子晶体
B．在二茂铁结构中，C2H与Fe2＋之间形成的化学键是离子键
C．已知环戊二烯的结构式为，则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化
D．C5H中一定含π键
9．下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )
A．键能：C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4价，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p p π键
10．下图是Mg、Ge、 O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。 己知：化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4；该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°。下列说法错误的是( )
A．基态Ge原子有2个未成对电子 B．图中Z表示O原子
C．该化合物的化学式为Mg2GeO4 D．该晶体的密度ρ为×1021 g·cm－3
二、非选择题 （共2题）
11．在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：
(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是____________(填字母)。
A． B．
C． D．
(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是____________、____________。乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，原因是__________________________
________________________，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2＋”或“Cu2＋”)。
(3)一些氧化物的熔点如下表所示：
氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2
熔点/℃ 1 570 2 800 23.8 －75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：____________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是______________g·cm－3(列出计算表达式)。
12．CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：
(1)Sn为第ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体，SnCl4的空间构型为________，其固体的晶体类型为________。
(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为_____________
_____(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为______________，键角由大到小的顺序为________________。
(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2＋配合物的结构如图所示， 1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有________mol，该螯合物中N的杂化方式有__________种。
(4)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，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如下图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
原子 x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有________个Sn，找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn____
____(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有______
____个。
答案：
1． A 解析 石墨中每个C形成3个CC键，每个C原子贡献CC键的二分之一，所以1个C平均形成3×＝1.5个CC键，24 g石墨烯中n(C)＝＝2 mol，含有CC键的物质的量＝1.5×2 mol＝3 mol，CC键的个数为3NA，A正确；干冰是固态的二氧化碳，由均摊法可知，1个二氧化碳晶胞中二氧化碳分子的个数＝8×＋6×＝4，所以1 mol晶胞含4 mol CO2,88 g干冰的物质的量＝2 mol，所含晶胞的物质的量＝0.5 mol，故88 g干冰中含有0.5NA个晶胞结构单元，B错误；n(P4)＝＝0.5 mol，PP键的物质的量n＝0.5 mol×6＝3 mol，PP键的个数为3NA，C错误；1 mol SiO2含4 mol SiO键，n(SiO2)＝＝1 mol，所以，n(SiO键)＝1 mol×4＝4 mol，所以60 g SiO2中含有SiO键的个数为4NA，D错误。
2． B 解析 C原子最外层有4个电子，且与N形成4个单键，N原子最外层有5个电子，且与C原子形成3个单键，可知C、N最外层都满足8电子稳定结构，A正确；C原子半径比N原子半径大，所以CC键的键长比CN键的键长要长，B错误；由结构可知，C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子，C正确；由C3N4晶体的硬度与金刚石相差不大可知，该晶体的结构和金刚石差不多，都是以共价键结合成的空间网状结构，D正确。
3． A 解析 每个晶胞中有4个碘分子，B错误；此晶体是分子晶体，C错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D错误。
4． A 解析 根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为12×＋2×＝3，而镍原子的数目为12×＋6＋6×＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。
5． D 解析 由氧化镍原子分数坐标参数A为(0,0,0)和B为(1,1,1)可知，晶胞的边长为1，由晶胞结构可知，C点位于右侧正方形的的面心，则C的坐标参数为。
6．C 解析 由题图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数：4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故A、B正确，C错误；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个，D正确。
7．B 解析 由分子式及信息可知该物质为分子晶体，A错误，B正确；Si的原子半径大于C，所以Si60的体积大于C60的体积，C错误；该物质相对分子质量为(12＋28)×60＝2 400，D错误。
8．B 解析 由题给信息知二茂铁熔点低，易升华，易溶于有机溶剂，说明二茂铁为分子晶体，A正确；C5H与Fe2＋之间形成的不是离子键，B错误；1号碳原子含有4个σ键，无孤电子对，杂化方式为sp3,2、3、4、5号碳原子形成3个σ键，无孤电子对，杂化方式为sp2，因此仅有1个碳原子采取sp3杂化，C正确；C5H中碳原子没有达到饱和，存在碳碳双键，则C5H中含有π键，D正确。
9．C 解析 因键能：C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，故C2H6的键能总和大于Si2H6，键能越大越稳定，故C2H6的稳定性大于Si2H6，A正确；SiC的成键和结构与金刚石类似，均为共价晶体，金刚石的硬度很大，类比可推测SiC的硬度也很大，B正确；SiH4中Si的化合价为－4价，C的非金属性强于Si，则C的氧化性强于Si，则Si的阴离子的还原性强于C的阴离子，则SiH4的还原性较强，C错误；Si原子的半径大于C原子，在形成化学键时哑铃形的p轨道很难相互重叠形成π键，故Si原子间难形成双键，D正确。
10． D 解析 基态Ge原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，在最外层的4s能级上2个电子为成对电子，4p轨道中2个电子分别处于不同的轨道内，有2个未成对电子，A正确；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心、棱上和体内的X原子为×8＋×6＋×4＋3＝8，位于体内的Y原子和Z原子分别为4和16，由Ge和O原子的个数比为1∶4可知，X为Mg原子、Y为Ge原子、Z为O原子，则晶胞的化学式为Mg2GeO4，B、C均正确；由晶胞的质量公式可知＝abc×10－21×ρ，解得ρ＝×1021 g·cm－3，D错误。
11． (1)A
(2)sp3 sp3 乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2＋
(3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO＞Li2O。分子间作用力：P4O6＞SO2
(4)a a
解析 (1)A.[Ne]3s1属于基态的Mg＋，由于Mg的第二电离能高于其第一电离能，故其再失去一个电子所需能量较高； B．[Ne] 3s2属于基态Mg原子，其失去一个电子变为基态Mg＋； C．[Ne] 3s13p1属于激发态Mg原子，其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子； D．[Ne] 3p1属于激发态Mg＋，其失去一个电子所需能量低于基态Mg＋，综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1。(2)乙二胺中N形成3个单键，含有1对孤电子对，属于sp3杂化；C形成4个单键，不存在孤电子对，也是sp3杂化；由于乙二胺的两个N可提供孤电子对给金属离子形成配位键，因此乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子；由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子，因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2＋。(3)由于Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO＞Li2O，分子间作用力(相对分子质量)：P4O6＞SO2，所以熔点大小顺序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2。(4)根据晶胞结构可知Cu原子之间最短距离为面对角线的1/4，由于边长是a pm，则面对角线是a pm，则x＝a pm；Mg原子之间最短距离为体对角线的1/4，由于边长是a pm，则体对角线是a pm，则y＝a pm；根据晶胞结构可知晶胞中含有镁原子的个数是8×1/8＋6×1/2＋4＝8，则Cu原子个数16，晶胞的质量是 g。由于边长是a pm，则MgCu2的密度是 g·cm－3。
12． (1)正四面体形 分子晶体
(2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3
(3)6 1
(4)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
解析 (1)Sn为第ⅣA族元素，由于常温下SnCl4为液体，故SnCl4为分子晶体；SnCl4分子中中心原子的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，σ键电子对数为4，价层电子对数为4，故SnCl4分子的空间构型为正四面体形。(2)NH3、PH3、AsH3的结构相似，结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越强，物质的沸点越高，但是NH3分子间能形成氢键，故这三种物质的沸点：NH3＞AsH3＞PH3；N、P、As这三种元素位于元素周期表中第ⅤA族，原子序数依次增大，同一主族从上到下，随着核电荷数的增加，原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，氢化物的还原性逐渐增强，故这三种物质的还原性由强到弱的顺序为AsH3＞PH3＞NH3；NH3、PH3、AsH3中中心原子都是sp3杂化，都有1对孤电子对，中心原子的电负性越小，成键电子对之间的斥力越小，键角越小，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3＞PH3＞AsH3。(3)由该物质的结构简式，根据题意“含有多个配位原子的配体与同一中心离子或原子通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物”，故该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6 mol，Cd—NO2不算；该螯合物中N原子的杂化方式都是sp2杂化，故该物质中N的杂化方式有1种。(4)由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0)，可知8个Cd在晶胞的顶点，4个Cd在晶胞的面心，1个Cd在晶胞的体心；由部分Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5)，可知4个Sn在晶胞的棱上，6个Sn在晶胞的面心；由部分As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125)，可知8个As在晶胞的体心；所以1个晶胞中Sn的个数为4×＋6×＝4；距离Cd(0,0,0)最近的Sn是(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)；由晶胞结构图可知，CdSnAs2晶体中与单个Sn结合的As有4个
