2019高中化学第三章晶体结构与性质测评新人教版
晶体结构与性质测评(时间:90分钟 满分:100分)第Ⅰ卷(选择题 共48分)一、选择题(本题包括12小题,每小题4分,共48分)1.下列说法正确的是( )A.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高B.在金属晶体中,自由电子与金属离子的碰撞有能量传递,可以用此来解释金属的导热性C.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,所以和共价键类似,也有饱和性和方向性D.NaCl和SiC晶体熔化时,克服粒子间作用力类型相同解析:金属Hg的熔点比分子晶体I2的熔点低,A错误;金属中自由电子受热后运动速率增大,与金属离子碰撞频率增大,传递了能量,故金属有良好的导热性,B正确;金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,所以金属键没有方向性和饱和性,而共价键有方向性和饱和性,C错误;NaCl晶体属于离子晶体,熔化需要克服离子键,SiC晶体属于原子晶体,熔化需要克服共价键,D错误。答案:B2.晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同;又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1104。晶体各向异性的主要表现是( )①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质A.①③B.②④C.①②③D.①②③④解析:晶体的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性,表现在硬度、导热性、导电性、光学性质等方面。答案:D3.下列说法正确的是( )A.具有规则几何外形的固体一定是晶体B.NaCl晶体中与每个Na+距离相等且最近的Na+共有12个C.晶格能由大到小:NaI>NaBr>NaCl>NaFD.含有共价键的晶体一定具有高的熔、沸点及硬度解析:具有规则几何外形的固体不一定是晶体,判断是否是晶体的关键是看固体物质是否具有固定的熔点,A错误;采用沿x、y、z三轴切割的方法知,氯化钠的晶胞中与每个Na+距离相等且最近的Na+个数是12,B正确;晶格能与离子半径成反比,与电荷呈正比,从F-到I-n,其离子半径逐渐增大,所以晶格能由大到小:NaF>NaCl>NaBr>NaI,C错误;含有共价键的晶体不一定具有高的熔、沸点及硬度,如分子晶体的熔、沸点及硬度较低,D错误。答案:B4.玻璃是常见的非晶体,在生产生活中有着广泛的用途,下图是玻璃的结构示意图,有关玻璃的说法错误的是( )石英玻璃的结构模型A.玻璃内部微粒排列是无序的B.玻璃熔化时吸热,温度不断上升C.光纤和玻璃的主要成分都可看成是SiO2,二者都是非晶体D.利用X-射线衍射实验可以鉴别玻璃和水晶解析:根据玻璃的结构示意图知,构成玻璃的粒子的排列是无序的,所以玻璃是非晶体,因此没有固定的熔点,A对、B对;区分晶体与非晶体的最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验,D对。答案:C5.下列判断正确的是( )A.因为共价键有饱和性和方向性,所以原子晶体不遵循“紧密堆积”原理B.稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱,根本原因是F、Cl、Br、I非金属性减弱C.晶体中一定存在化学键,金属晶体熔点一定很高D.固体SiO2一定是晶体解析:稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱是因为共价键的键能逐渐减小,B错;晶体中可能不含有化学键,如稀有气体形成的晶体,晶体的熔点不一定很高,金属晶体的熔点有的很高,如钨,有的很低,如常温下呈液态的汞,C错;石英砂的主要成分就是无定形SiO2,它不是晶体,D错。答案:A6.科学家曾合成了一系列具有独特化学特性的(AlH3)n氢铝化合物。已知,最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6,它的熔点为150℃,燃烧热极高。Al2H6球棍模型如图。下列有关说法肯定错误的是( )A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体nB.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料C.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水D.Al2H6中含有离子键和极性共价键解析:由题意“最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6,它的熔点为150℃”可知,该晶体为分子晶体,H—Al键为共价键,而不是离子键,故D错。答案:D7.下面的排序不正确的是( )A.晶体熔点由低到高:CF4
Mg>AlC.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅D.晶格能由大到小:MgO>CaO>NaF>NaCl解析:A项中的四者都形成分子晶体,故相对分子质量越大,熔点越高,正确;B项中三者形成金属晶体,金属键由强到弱的顺序为Al>Mg>Na,熔点由高到低应为Al>Mg>Na,B错;C项中的三者形成原子晶体,共价键的键能C—C>C—Si>Si—Si,正确;D项中四者形成离子晶体,离子所带电荷Ca2+=Mg2+>Na+,O2->F-=Cl-,离子半径Ca2+>Na+>Mg2+,Cl->O2->F-,正确。答案:B8.导学号26054088已知某化合物的晶体是由以下最小单元密置堆积而成的,关于该化合物的以下叙述中正确的是( )A.1mol该化合物中有2molYB.1mol该化合物中有6molOC.1mol该化合物中有2molBaD.该化合物的化学式是YBa2Cu3O6解析:由图中可以看出,白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上,大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上,灰球代表的Cu原子位于长方体的内部(共有三个),小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上,分别运用均摊法可计算出该结构单元的实际含有的原子个数,进而可确定该化合物的化学式。Y原子个数为8×18=1,Ba原子个数为8×14=2,Cu原子个数为3,O原子个数为10×12+2=7。答案:C9.下表是几种物质的晶格能数据:n物质NaFMgF2AlF3MgOCaOSrOBaO晶格能(kJ·mol-1)9232957549237913401E1918由此表中数据不能得出的结论是( )A.同一周期的金属元素与某一种非金属元素形成的化合物,从左到右晶格能增大B.E的数值介于3401kJ·mol-1与1918kJ·mol-1之间C.晶格能的大小与成键离子核间距的大小、离子所带电荷的高低有关D.当MgO、CaO能电离成金属离子与O2-时,MgO所需要的温度低于CaO解析:Na、Mg、Al属于同一周期,与氟形成的化合物晶格能数据增大,A项正确;Mg、Ca、Sr、Ba属于同一主族,由表中数据知,从上到下氧化物晶格能减小,B项正确;三种氟化物中,从钠到铝,离子半径是减小的,成键离子核间距也是减小的,从表中后四种氧化物晶格能大小变化看,核间距越小,晶格能越大,因此晶格能的差异是由离子所带电荷不同和离子核间距大小造成的,C项正确;由电离生成的离子有O2-知,它们的电离是在熔化状态下进行的,MgO的晶格能大,熔点比CaO的高,D项错误。答案:D10.下列说法中正确的是( )A.金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B.Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶1C.1molSiO2晶体中含2molSi—O键D.金刚石化学性质稳定,即使在高温下也不会与O2反应解析:Na2O2的电子式为Na+[∶O····∶O····∶]2-Na+,N(O22-)N(Na+)=12,B项错误;1molSiO2晶体中含有4molSi—O键,C项错误;金刚石高温下可与O2反应生成CO2,D项错误。答案:A11.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。下列说法正确的是( )A.该晶体属于分子晶体,化学式为MFe2(CN)6B.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-有12个n解析:三价铁离子和二价铁离子在晶胞的顶点上,每个被八个晶胞共用,故每个晶胞中三价铁离子为4×18=0.5个,同理二价铁离子为0.5个,CN-位于边的中心,每个CN-被四个晶胞共用,故每个晶胞中CN-为12×14=3个。已知化学式为MxFey(CN)6,故有两个晶胞,阴离子含有一个三价铁离子,一个二价铁离子,六个CN-,故晶体的化学式为MFe2(CN)6,M呈+1价,因为有离子,故该晶体属于离子晶体,故B正确,A、C错误;晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN-为6个,D错误。答案:B12.导学号26054089如图所示,铁有δ、γ、α三种同素异形体,三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是( ) δ-Fe γ-Fe α-FeA.γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个B.α-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个C.将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同D.若α-Fe晶胞边长为acm,γ-Fe晶胞边长为bcm,则两种晶体的密度比为b3∶a3解析:γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子为12个,A错误;α-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个,B正确;冷却到不同的温度,得到的晶体类型不同,C错误;一个α-Fe晶胞中含有铁原子的个数为1,体积为a3cm3,NA表示阿伏加德罗常数的值,密度为56NA·a3g·cm-3,一个γ-Fe晶胞中含有铁原子的个数为4,体积为b3cm3,密度为56×4NA·b3g·cm-3,则二者的密度之比为b3∶4a3,D错误。答案:B第Ⅱ卷(非选择题 共52分)二、非选择题(本题包括4个大题,共52分)13.(12分)请填写下列空白:(1)氯酸钾熔化时,微粒间克服了 ;二氧化硅熔化时,微粒间克服了 ;碘升华时,微粒间克服了 。三种晶体熔点由高到低的顺序是 。 (2)下列六种晶体:①干冰 ②NaCl ③Na ④晶体Si ⑤CS2 ⑥金刚石,它们的熔点由低到高的顺序为 (填序号)。 (3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中,由极性键形成的非极性分子有 ,由非极性键形成的非极性分子有 ,能形成分子晶体的物质是 n,晶体内含氢键的物质的化学式是 ,属于离子晶体的是 ,属于原子晶体的是 ,五种物质的熔点由高到低的顺序是 。 解析:(1)氯酸钾为离子晶体,熔化时应克服离子键;SiO2为原子晶体,熔化时应克服共价键;碘为分子晶体,升华时应克服分子间作用力。(2)一般说来,晶体的熔点为原子晶体>离子晶体>分子晶体,金属晶体变化较大,CO2和CS2与Na相比,Na常温下是固体,而CS2为液体,CO2为气体,可知CO2氯酸钾>碘(2)①⑤③②④⑥(3)CO2 H2 H2、CO2、HF HF (NH4)2SO4 SiC SiC>(NH4)2SO4>HF>CO2>H214.(11分)碳及其化合物的用途广泛,碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物,而且还能形成多种无机化合物,同时自身可以形成多种单质。(1)C60分子形成的晶体中,在晶胞的顶点和面心均含有一个C60分子,则一个C60晶胞的质量为 。 (2)干冰和冰是两种常见的分子晶体,下列关于两种晶体的比较中正确的是 。 a.晶体的密度:干冰>冰b.晶体的熔点:干冰>冰c.晶体中的空间利用率:干冰>冰d.晶体中分子间相互作用力类型相同(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质,下列关于这两种单质的叙述中正确的有 。 a.金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化,石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化b.晶体中共价键的键长:金刚石中C—C<石墨中C—Cc.晶体的熔点:金刚石>石墨d.晶体中共价键的键角:金刚石>石墨e.金刚石晶体中只存在共价键,石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力f.金刚石和石墨的熔点都很高,所以金刚石和石墨都是原子晶体(4)金刚石晶胞结构如图所示,立方BN结构与金刚石相似,在BN晶体中,B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为 ,一个晶胞中N原子数目为 。 n(5)碳与孔雀石共热可以得到金属铜,金属铜采用面心立方最密堆积,即在晶胞的顶点和面心均含有一个Cu原子,则Cu晶体中Cu原子的配位数为 。已知Cu晶体的密度为ρg·cm-3,Cu的相对原子质量为M,阿伏加德罗常数为NA,则Cu的原子半径为 。 解析:(1)C60形成的分子晶体,满足分子密堆积,其晶胞结构为面心立方结构,故每个晶胞中含有4个C60分子,故一个C60晶胞的质量为240个碳原子的质量,即28806.02×1023g。(2)干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力,其结构是分子密堆积;而冰晶体中存在氢键,由于氢键具有方向性,冰中水分子不是密堆积,故密度:干冰>冰,熔点:冰>干冰,空间利用率:干冰>冰。(3)由于晶体中共价键的键长:金刚石中C—C>石墨中C—C,b错;熔点:金刚石<石墨,c错;金刚石中键角为109°28',而石墨中键角为120°,d错;石墨是混合型晶体,f错。(4)在BN晶体中B原子与N原子交替出现,故每个B原子周围有4个N原子,每个N原子周围也有4个B原子,形成正四面体结构;在金刚石晶胞中共有碳原子个数=8×18+6×12+4=8(个),故在BN晶胞中B原子和N原子各4个。(5)由于铜采用面心立方最密堆积,铜原子配位数为12;每个晶胞中含有4个铜原子,且面对角线上的3个铜原子相切,设铜原子半径为r,则有(22r)3×ρ=4MNA,故r=3M42ρNA。答案:(1)28806.02×1023g(2)ac(3)ae(4)正四面体 4(5)12 3M42ρNA15.(13分)金属钛(Ti)被誉为“21世纪金属”,具有良好的生物相容性,它兼具铁的高强度和铝的低密度。其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料,经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如图Ⅰ)。Ⅰ图Ⅰ中的M是短周期金属元素,M的部分电离能如下表所示:I1I2I3I4I5电离能/(kJ·mol-1)738145177331054013630请回答下列问题:(1)Ti的基态原子外围电子排布式为 。 n(2)M是 (填元素符号),该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积,配位数为 。 (3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如图Ⅱ所示。化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有 个,化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应的元素的电负性由大到小的顺序为 。 ⅡⅢ(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似,如图Ⅲ所示,该晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm,则该氮化钛的密度为 g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值,只列计算式)。该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有 个。 解析:(1)Ti为22号元素,根据核外电子排布规律可知,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2)M是短周期金属元素,M的第三电离能剧增,则M处于第ⅡA族,能与TiCl4反应置换出Ti,则M为Mg。Mg晶体属于六方最密堆积,配位数为12。(3)化合物甲的分子中采取sp2杂化的碳原子:苯环上的六个、羰基中的一个,共7个;采取sp3杂化的原子的价层电子对数是4,乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O,同一周期元素中,元素电负性随着原子序数增加而逐渐增大,所以它们的电负性关系为O>N>C。(4)根据均摊法,可知该晶胞中N原子个数为6×12+8×18=4,该晶胞中Ti原子个数为1+12×14=4,所以晶胞的质量m=4×62NAg,而晶胞的体积V=(2a×10-10)3cm3,所以晶体的密度ρ=4×62(2a×10-10)3×NAg·cm-3;以晶胞顶点N原子研究,与之距离相等且最近的N原子处于面心位置,每个顶点为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,故与之距离相等且最近的N原子为3×82=12。答案:(1)3d24s2(2)Mg 12(3)7 O>N>C(4)4×62(2a×10-10)3×NA 12n16.导学号26054090(16分)钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”,制备金属钛的一种流程如下:回答下列问题:图1(1)基态铁原子的价电子排布图为 ,其原子核外共有 种运动状态不相同的电子。金属钛晶胞如图1所示,为 堆积(填堆积方式)。 (2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体,熔点为-37℃,沸点为136℃,可知TiCl4为 晶体。 (3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如图2。化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是 。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为 。 图2(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图3所示。该阳离子Ti与O的原子数之比为 ,其化学式为 。 图3 图4(5)钙钛矿晶体的结构如图4所示。钛离子位于立方晶胞的顶角,被 个氧离子包围成配位八面体;钙离子位于立方晶胞的体心,被 个氧离子包围。钙钛矿晶体的化学式为 。 n解析:(2)由于TiCl4在通常情况下是无色液体,熔、沸点较低,说明其组成微粒间的作用力很微弱,应是范德华力,故TiCl4固态属于分子晶体。(3)由于化合物乙中存在—NH2,则化合物乙分子间能形成氢键,故其沸点明显高于化合物甲。化合物乙中的C、N、O三种原子都有4个价层电子对,则都是采取sp3杂化,同周期元素原子的第一电离能从左到右呈增大趋势,但由于N原子的2p轨道处于半充满状态,结构稳定,其第一电离能反常,比同周期的相邻元素的第一电离能大,故三种原子的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。(4)由硫酸氧钛晶体中阳离子的链状聚合结构图,可知该阳离子中Ti与O的原子数之比为1∶1,Ti为+4价,O为-2价,故该离子的化学式为TiO2+(或[TiO]n2n+)。(5)由钙钛矿晶体的结构,可知钛离子位于立方晶胞的顶角,被6个氧离子包围成配位八面体;钙离子位于立方晶胞的体心,被12个氧离子包围,晶胞的12个边长上各有一个氧离子,根据均摊法,可知一个晶胞中有1个钙离子、1个钛离子(8×18=1)和3个氧离子(12×14=3),故该钙钛矿晶体的化学式为CaTiO3。答案:(1) 26 六方最密(2)分子(3)化合物乙分子间形成氢键 N>O>C(4)1∶1 TiO2+(或[TiO]n2n+)(5)6 12 CaTiO3
