2025人教版高中化学选择性必修2
第三章 晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
基础过关练
题组一 离子晶体的概念及判断
1.(2024上海建平中学期中)下列叙述不正确的是( )
A.离子晶体中一定含有阴、阳离子
B.离子晶体都是化合物
C.某晶体固态不导电、溶于水能导电,说明该晶体一定是离子晶体
D.离子晶体一般具有较高的熔点
2.(2024天津滨海新区期中)下列性质中,能充分说明某晶体一定是离子晶体的是( )
A.熔点很高
B.能溶于水,且水溶液能导电
C.固态时不导电而熔化时能导电
D.有固定熔点且晶态时表现各向异性
题组二 离子晶体的结构
3.(2024江苏无锡三中期中)下列关于NaCl和CsCl的晶体结构说法错误的是( )
A.NaCl晶体中Na+填充在Cl-构成的正八面体空隙中
B.CsCl晶体中Cs+填充在Cl-构成的正四面体空隙中
C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8
D.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体,但阴、阳离子半径比不同
4.(2023浙江杭州四校联考)某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.Ca2+的配位数是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
5.(2024上海虹口二模)LiF晶胞结构如图所示。
(1)下列物质晶胞结构与LiF类似的是 。
A.氯化钠 B.氟化钙
C.金刚石 D.二氧化碳
(2)LiF晶胞中,Li+位于F-围成的 空隙中。
(3)已知该晶胞棱长为apm(1pm=1×10-10cm),设NA表示阿伏加德罗常数的值,则LiF晶体的密度为 g·cm-3。
题组三 离子晶体的性质
6.(2024江西赣州统考)下列有关离子晶体的数据大小比较错误的是( )
A.离子键:NaF>NaCl>NaBr
B.硬度:MgO>CaO>BaO
C.熔点:NaF>MgF2>AlF3
D.1个阴离子周围等距离且最近的阳离子数:CsCl>NaCl
7.(2023辽宁鞍山部分高中月考)离子晶体熔点的高低取决于阳离子与阴离子之间的静电作用,静电作用大则熔点高,静电作用小则熔点低。试根据学过的知识,判断KCl、NaCl、MgO晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>MgO B.NaCl>KCl>MgO
C.MgO>NaCl>KCl D.MgO>KCl>NaCl
题组四 过渡晶体与混合型晶体
8.(2024江西赣州上进联考)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示:
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键成分的百分数/% 62 50 41 33
根据表格信息,推知下列离子晶体中离子键成分的百分数最高的是( )
A.KF B.LiF
C.NaBr D.KCl
9.(2024上海复旦大学附中检测)磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似,也具有层状结构,黑磷结构如图1。为大幅度提高锂电池的充电速率,科学家最近研发了黑磷—石墨复合负极材料,其单层结构俯视图如图2所示。
根据图1和图2的信息,下列说法错误的是( )
A.黑磷区中P—P键的键能不完全相同
B.黑磷与石墨晶体类型相同
C.石墨区中C原子的杂化方式为sp2
D.石墨与黑磷的结合区中,P原子与C原子不共平面
10.(2024天津第一中学月考)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不正确的是( )
A.石墨比金刚石稳定
B.两物质的共价键间的键角相同
C.可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨
D.等质量的石墨和金刚石中,σ键数目之比为3∶4
11.(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。该晶体中碳原子的杂化方式为 。
(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构碳材料,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.石墨烯晶体有良好的导电性
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C60,C60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V+F-E=2)。
(4)金刚石晶胞如图丁所示,则金刚石晶胞中碳原子的配位数为 。
能力提升练
题组一 离子晶体的结构与性质
1.(易错题)(2024山东青岛二中月考)高压不仅会引发物质的相变,还会导致新化学键的形成。如图所示,M、N、P为Na与Cl2在50GPa~300GPa的高压下反应生成的不同晶体的晶胞,下列说法错误的是( )
A.M、N、P晶体的化学式分别为NaCl3、Na2Cl、Na3Cl
B.晶胞M、N、P中所含Cl原子的个数之比为3∶1∶1
C.晶胞M中与Na原子距离最近且等距的Cl原子有12个
D.晶胞P中1号原子的分数坐标为(0,0,0),则2号原子的分数坐标为()
2.(2023湖北武汉5G联合体期中联考,P174定点2)几种离子晶体的晶胞如图所示,则下列说法正确的是( )
A.熔、沸点:NaCl
C.若ZnS的晶胞边长为apm,则Zn2+与S2-之间最近距离为apm
D.上述三种晶体中,阳离子的配位数大小关系为ZnS>NaCl>CsCl
3.(2024广西南宁三中月考)钛酸钙是一种具有优异介电性、温度特性、机械特性以及光学特性的无机介电材料,如图是钛酸钙的晶胞。立方体晶胞棱长为apm。下列说法正确的是( )
A.钛酸钙的化学式为CaTiO4
B.Ti4+处于氧离子围成的四面体空隙中
C.每个Ti4+周围紧邻的钙离子有8个
D.Ca2+与Ti4+之间的最小距离为apm
4.(2024辽宁沈阳一模)现有一种由An+、Bm+和X-组成的无机固体电解质,该物质在高温相为无序结构,低温相为有序结构,结构如图,下列说法错误的是( )
A.n=2,m=1
B.高温相中X-的堆积方式和氯化钠中Cl-的堆积方式相同
C.低温相中An+的配位数为4
D.高温相的良好导电性与其结构中存在大量的空位有关
5.(2023天津三中月考)我国古代四大发明之一的黑火药是由硫黄、硝酸钾和木炭按一定比例混合而成的,爆炸时发生的反应为2KNO3+S+3CK2S+N2↑+3CO2↑。生成物K2S的晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.反应产物中有两种极性分子
B.1molCO2和1molN2含有的π键数目之比为1∶2
C.K2S晶体中阴、阳离子的配位数分别为4、8
D.若K2S晶体的晶胞边长为anm,则该晶体的密度为g·cm-3(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
6.(2024山东菏泽一中月考)金属镍及其化合物是重要的合金材料,在生产生活中有着广泛的用途。
(1)NiO的晶体结构类型与NaCl的相同,离子半径数据如表所示:
离子 Na+ Ni2+ Cl- O2-
半径/pm 102 69 181 140
NiO晶胞中Ni2+的配位数为 ,NiO熔点比NaCl高的原因是 。
(2)Ni(CN)2与苯在氨水中可生成一种淡紫色的苯包合沉淀物,该晶体属于四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱间夹角均为90°,苯分子中心位于晶胞的体心且其中2个碳碳σ键平行于z轴。
该晶体的化学式为 。
题组二 混合型晶体的结构与性质
7.(2024北京门头沟一模)类石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型光催化材料,在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景,研究表明掺杂非金属(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,其中一种二维平面结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.g-C3N4晶体中存在π键、范德华力和非极性键
B.g-C3N4中C原子的杂化轨道类型为sp2
C.基态C原子的成对电子数与未成对电子数之比为2∶1
D.每个基本结构单元(图中实线圈部分)中两个N原子(图中虚线圈所示)被O原子代替,形成O掺杂的g-C3N4(OPCN),则OPCN的化学式为C3N3O
8.(2024湖南长沙长郡中学月考)石墨是层状结构,许多分子和离子可以插入石墨层间形成插层化合物。Li+插入石墨层中间,形成晶体结构如图(a),晶体投影图如图(b)。若该结构中碳碳键键长为apm,碳层和锂层相距dpm(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。下列有关插层化合物的说法错误的是( )
A.石墨的二维结构中,每个碳原子配位数为3
B.该插层化合物的化学式为LiC6
C.该插层化合物中同层Li+最近距离为3apm
D.该插层化合物的密度为×1030g·cm-3
9.(2024山东东营开学考)碳及钾元素形成的单质及其化合物有重要的应用。回答下列问题:
(1)石墨层间插入碱金属K可形成一系列插层化合物,其导电性和磁性发生很大的变化。某种插层化合物的结构如下图所示,每隔两层插入一层钾原子,与钾层相邻的上下两层碳原子的排列方式相同。
注意:图(b)中正六边形的顶点代表碳原子,黑球代表钾原子。
①距离K原子最近的碳原子的个数为 ;该插层化合物的化学式为 。
②若钾层相邻两个K原子之间的最近距离为dpm,则石墨层中C—C键键长为 pm。
(2)石墨晶体由层状石墨“分子”按……ABAB……方式堆积而成,如图所示。
①石墨中C原子上未参与杂化的所有p轨道相互平行且重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动而导电。六方相氮化硼(BN)与石墨晶体结构类似,硼原子和氮原子交替相连,而六方相BN却无法导电,其原因是 。
②石墨的一种晶胞结构和部分晶胞参数如图。
a.原子坐标参数描述的是晶胞内原子间的相对位置。石墨晶胞中碳原子A、B的坐标参数分别为A(0,0,0)、B(0,1,),则C原子的坐标参数为 。
b.晶胞参数用于描述晶胞的大小和形状。已知石墨晶胞底边边长为acm,层间距为dcm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨的密度为 g·cm-3(写出表达式即可)。
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
基础过关练
1.C 离子晶体中一定有阴、阳离子,且为离子化合物,A、B正确;某些分子晶体,固态时不导电但溶于水能导电,C错误;离子晶体一般具有较高的熔点,D正确。
2.C 固态时不导电而熔化时能导电是离子晶体的典型特征,C符合题意。
3.B NaCl晶体中Na+填充在Cl-构成的正八面体空隙中,A正确;CsCl晶体中Cs+填充在Cl-构成的正六面体空隙中,B错误;NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,阳离子的配位数分别为6和8,r(Na+)
知识拓展
离子晶体的配位数
离子晶体中,通常可看成阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子。一个离子周围与该离子距离最近且相等的异电性离子的数目,叫做该离子的配位数。
5.答案 (1)A (2)正八面体 (3)
解析 (1)Na与Li同族,F与Cl同族,LiF晶胞结构与NaCl类似。(2)Li+在晶胞棱心和体心,1个晶胞中Li+的数目为×12+1=4,F-在晶胞顶点和面心,1个晶胞中F-的数目为×6=4,每个Li+周围最近的F-有6个,即Li+位于F-围成的正八面体空隙中。(3)晶胞密度为g·cm-3=g·cm-3。
6.C 离子所带电荷数越多、离子半径越小,离子键越强,离子晶体硬度越大,熔点越高。A项,离子半径:F-
8.A 根据题表中信息可知,电负性差值越大的两种元素形成的化合物中离子键成分的百分数越大。选项中钾电负性最小,氟电负性最大,A项符合题意。
9.D
石墨与黑磷的结合区中,磷原子与碳原子共平面,D错误。
10.B 石墨转化为金刚石吸收能量,说明金刚石的能量比石墨高,则石墨比金刚石稳定,A正确;石墨中碳碳键间的键角为120°,金刚石中碳碳键间的键角为109°28',两者键角不同,B错误;石墨和金刚石的晶体类型不同,可用X射线衍射仪鉴别,C正确;金刚石中1molC平均形成2molσ键,石墨中1molC平均形成1.5molσ键,等质量的石墨和金刚石中σ键数目之比为3∶4,D正确。
11.答案 (1)sp2 (2)0.5NA abc (3)20 (4)4
解析 (1)由题图甲可知,碳原子为sp2杂化。
(2)由题图乙可知,石墨烯中6个碳原子组成1个环,每个碳原子被3个环共有,相当于2个碳原子组成1个环,1mol碳原子组成的环的个数为0.5NA。石墨烯晶体导电性好,a正确;石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面,b正确;从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力,c正确。
(3)设C60中六边形的个数为x,则有:60+(x+12)-(×12)=2,解得x=20。
(4)由金刚石晶胞结构可知碳原子的配位数为4。
能力提升练
1.B 1个M晶胞中Na的数目为2,Cl的数目为2×6×=6,M的化学式为NaCl3;1个N晶胞中Na的数目为4×=4,Cl的数目为8×=2,N的化学式为Na2Cl;1个P晶胞中Na的数目为4×+2=3,Cl的数目为8×=1,P的化学式为Na3Cl,晶胞M、N、P中所含Cl原子的个数之比为6∶2∶1,A正确、B错误。M中与Na原子距离最近且等距的Cl原子位于6个面上,且每个面上都有2个,共有12个,C正确。2号原子位于上方小正方体的体心,原子的分数坐标为(),D正确。
易错分析
本题容易根据M、N、P晶体的化学式分别为NaCl3、Na2Cl、Na3Cl而错误地认为B正确,实际上晶胞M、N、P中所含Cl原子的个数分别为6、2、1,个数之比为6∶2∶1。
2.C Na+半径小于Cs+,且电荷数相同,所以NaCl的离子键强于CsCl,熔、沸点:NaCl>CsCl,故A错误;根据NaCl的晶胞结构,距离Na+最近且等距的Na+数目为12,故B错误;由ZnS的晶胞结构可知,Zn2+与S2-之间最近距离为晶胞体对角线长的,ZnS的晶胞边长为apm,则体对角线长为apm,Zn2+与S2-之间最近距离为apm,故C正确;题述三种晶体中,NaCl晶体中Na+配位数为6,CsCl晶体中Cs+配位数为8,ZnS晶体中Zn2+配位数为4,所以阳离子的配位数大小关系为CsCl>NaCl>ZnS,故D错误。
3.C Ca2+位于晶胞内部,数目为1,O2-位于晶胞的棱上,数目为12×=3,Ti4+位于晶胞的顶点,数目为8×=1,因此晶体的化学式为CaTiO3,A错误;Ti4+周围最近的6个O2-围成八面体,B错误;每个Ti4+被八个晶胞共用,周围紧邻的Ca2+有8个,Ca2+与Ti4+之间的最小距离为体对角线长的一半,即apm,C正确、D错误。
归纳总结
判断晶胞中粒子个数的步骤
4.A 低温相为有序结构,低温相晶胞中位于体内的An+的个数为4,Bm+的个数为2,位于顶点、面上、棱上和体心的X-的个数为8×+1=8,则晶胞的化学式为A2BX4,由化合物中各元素正负化合价代数和为0可知,2n+m=4,m、n取整数,得m=2、n=1,A错误;高温相中X-的堆积方式与NaCl中Cl-的堆积方式相同,B正确;低温相晶胞中A+与4个X-的距离最近,配位数为4,C正确;高温相的良好导电性与其结构中存在大量的空位有关,D正确。
5.D N2、CO2均为非极性分子,A错误;CO2、N2的结构式分别为OCO、,双键中有1个σ键、1个π键,三键中有1个σ键、2个π键,则1molCO2和1molN2中含有的π键数目之比为1∶1,B错误;由题图可知,K2S晶体中阴离子和阳离子的配位数分别为8和4,C错误;若K2S晶体的晶胞边长为anm,根据均摊法,晶胞中含有K+、S2-的数目分别为8、8×=4,则该晶体的密度为g·cm-3=g·cm-3,D正确。
6.答案 (1)6 NiO和NaCl晶胞类型相同,离子半径r(Ni2+)
解析 (1)NiO与NaCl的晶体结构类型相同,则NiO中Ni2+的配位数为6。NiO与NaCl都是离子晶体,离子半径:r(Ni2+)
7.A g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,则晶体中层内存在π键,层间存在范德华力,但环内存在极性键,没有非极性键,A项错误;g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,则C原子的杂化轨道类型为sp2,B项正确;基态C原子的电子排布式为1s22s22p2,成对电子数与未成对电子数之比为2∶1,C项正确;根据题图可知,每个基本结构单元(题图中实线圈部分)中含有6个C原子,7+×3=8个N原子,若两个N原子(题图中虚线圈所示)被O原子代替,形成O掺杂的g-C3N4(OPCN),则OPCN每个基本结构单元含有6个C原子,5+×3=6个N原子,2个O原子,故其化学式为C3N3O,D项正确。
8.D 石墨的二维结构中,每个碳原子最近的碳原子数为3,配位数为3,A正确;四棱柱单元中Li+的个数为2×=1,C原子的个数=16×=6,化学式为LiC6,B正确;同层Li+最近距离为棱柱底面边长,同层Li+最近距离为3apm,C正确;四棱柱单元的夹角为120°、60°,晶胞质量为g,晶胞体积为3a×3a××2d×10-30cm3,密度为×1030g·cm-3,D错误。
9.答案 (1)①12 C24K(或KC24) ②
(2)①氮的电负性较大,相互平行且重叠p轨道上的电子在很大程度上被定域在氮的周围,不能自由移动,所以六方相BN无法导电 ②a.(1,1,
解析 (1)①由钾层在相邻石墨层的投影图可知,钾落在了正六边形的中心,因此距离K原子最近的碳原子上下两层各6个,共计12个;取石墨A---钾层---石墨A---石墨B---钾层---石墨B---石墨A共计7层,以如图中正六边形为上下底面截取一个六棱柱,内含有5层石墨层,六棱柱上、下底面有24×2×=24个碳原子,六棱柱内含有3层石墨层,含24×3=72个碳原子,共96个碳原子,12个K原子在垂直棱上,有12×=4个,该插层化合物的化学式为C24K或KC24。
②如图若钾层相邻两个K之间的距离为dpm,则AB=pm,设AC=xpm,则BC=2xpm,得x2+()2=(2x)2,解得x=,则石墨层中C—C键键长为2xpm=pm。
(2)①因为氮的电负性较大,相互平行且重叠p轨道上的电子在很大程度上被定域在氮的周围,不能自由移动,所以六方相BN无法导电。
②a.石墨晶胞中碳原子A、B的坐标参数分别为A(0,0,0)、B(0,1,),C原子的坐标参数为(1,1,)。b.石墨晶胞中含有4个碳原子,底面积为a2cm2,晶胞体积为2d×a2cm3,则石墨的密度为g·cm-3。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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