2024人教版高中化学选择性必修2同步
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.(2023吉林梅河口五中期末)下列有关离子晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体中一定含有金属元素,含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B.离子键只存在于离子晶体中,离子晶体中一定含有离子键
C.离子晶体中不可能含有共价键
D.离子晶体受热熔化破坏化学键,吸收热量,属于化学变化
2.下列物质形成的晶体中,属于含有极性键的离子晶体的是( )
①醋酸钠 ②氢氧化钾 ③金刚石 ④乙醇 ⑤氯化钙
A.①②⑤ B.①② C.①④⑤ D.①⑤
题组二 离子晶体的结构
3.(2023山东烟台期末)CaC2晶体的晶胞结构(如图所示)与NaCl晶体相似,但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是( )
A.CaC2晶体的熔点较高,硬度也较大
B.与Ca2+距离相等且最近的构成的多面体是正六面体
C.与Ca2+距离相等且最近的有4个
D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2+和4个
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.NaCl晶体模型如图所示:
(1)在NaCl晶体中,每个Na+周围等距且紧邻的Cl-有 个,每个Cl-周围等距且紧邻的Na+有 个;在NaCl晶胞中含有 个Na+、 个Cl-,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相等的Na+共有 个。
(2)对于氯化钠晶体,下列描述正确的是 。
A.它是离子晶体
B.相邻的阴、阳离子核间距等于阴、阳离子半径之和
C.与氯化铯晶体结构相同
D.每个Na+与6个Cl-紧邻
题组三 离子晶体的性质
6.下列有关离子晶体的说法不正确的是( )
A.离子晶体在熔融状态时都能导电
B.离子晶体具有较高的熔、沸点,较大的硬度
C.离子晶体中阴、阳离子个数比都为1∶1
D.氯化钠溶于水时离子键被破坏
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.(2023黑龙江绥化期中)下列说法不正确的是( )
A.Na2O中离子键的百分数为62%,则Na2O不是纯粹的离子晶体,是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
B.Na2O通常当作离子晶体来处理,因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体,在许多性质上与纯粹的离子晶体接近
C.Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体,当作离子晶体来处理;SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理
D.分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型
9.(2023湖北武汉洪山中学月考)以下有关石墨晶体的说法中,错误的有( )
①石墨中仅存在分子间作用力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C原子为sp2杂化 ④石墨的熔点比金刚石的低 ⑤石墨中碳原子数和C—C键个数之比为1∶2 ⑥石墨和金刚石的硬度相同 ⑦石墨层内导电性和层间导电性不同 ⑧每个六元环占有的碳原子数是2
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
10.(2023河北石家庄十七中月考)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,1 mol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.(2023天津武清城关中学等三校联考)FeO立方晶胞结构如图所示(白球代表O2-),设晶胞棱长为a pm。下列说法错误的是( )
A.该晶胞含有4个Fe2+
B.两个O2-之间最近的距离为a pm
C.基态Fe2+的未成对电子数为4
D.每个O2-周围距离最近且等距的Fe2+数为4
2.(2023湖北武汉5G联合体期中联考)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a pm,则Zn2+与S2-之间最近距离为a pm
D.上述三种晶体中,阳离子的配位数大小关系为ZnS>NaCl>CsCl
3.(2023山东青岛五十八中月考)NaCl晶体在50 GPa~300 GPa的高压下和Na或Cl2反应,可以形成不同组成、不同结构的晶体。如图给出其中三种晶体的晶胞(大球为氯原子,小球为钠原子),下列说法正确的是( )
A.晶胞Ⅰ中钠原子的配位数为6
B.晶胞Ⅱ中含有6个钠原子
C.晶胞Ⅲ所对应晶体的化学式为Na2Cl
D.三种晶体均是由NaCl晶体在50 GPa~300 GPa的高压下和Na反应所得
4.(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+3C K2S+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.1 mol CO2和1 mol N2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a nm,则该晶体的密度为 g·cm-3(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
5.(1)①白磷在氯气中燃烧可以得到PCl3和PCl5,其中气态PCl3分子的空间结构为 。
②研究发现固态PCl5和PBr5均为离子晶体,但其构成粒子分别为[PCl4]+、[PCl6]-和[PBr4]+、Br-,分析PCl5和PBr5结构存在差异的原因是 。
(2)锑酸亚铁晶胞如图所示,其晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,则:
①锑酸亚铁的化学式为 。
②晶体的密度为 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
题组二 混合型晶体的结构与性质
6.(2023河北邯郸一中月考)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
7.(2023山东青岛一模)黑磷具有层状结构,其单层结构如图所示。下列分析错误的是 ( )
A.黑磷中既存在非极性共价键又存在范德华力
B.黑磷的熔点高于白磷
C.黑磷中P原子杂化方式为sp3
D.第三周期只有Cl元素的第一电离能大于P
8.C60、金刚石和石墨的结构模型分别如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)。
(1)C60、金刚石和石墨三者的关系是互为 (填字母)。
A.同分异构体 B.同素异形体
C.同系物 D.同位素
(2)固态时,C60属于 晶体(填“离子”“共价”或“分子”),1个C60中含有双键的数目是 。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子,二氧化硅的空间网状结构中,硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是 。
(4)石墨的层状结构中,平均每个正六边形占有的碳原子数是 。
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.B 2.B 3.B 4.B 6.C 7.C 8.C 9.C
10.B
1.B 离子晶体中不一定含有金属元素(如NH4Cl),含有金属元素的化合物不一定是离子晶体(如AlCl3),选项A错误;离子键只存在于离子晶体中,离子晶体中一定含有离子键,可能含有共价键,选项B正确、C错误;离子晶体受热熔化时,虽然离子键被破坏,但没有生成新的物质,不属于化学变化,选项D错误。
2.B ①CH3COONa为离子晶体,C和H、C和O之间形成极性键,符合题意;②KOH为离子晶体,H与O之间形成极性键,符合题意;③金刚石属于共价晶体,不符合题意;④CH3CH2OH为共价化合物,属于分子晶体,不符合题意;⑤CaCl2为离子晶体,只有离子键,没有共价键,不符合题意。
3.B CaC2晶体属于离子晶体,故有较高的熔点和较大的硬度,A正确;因为晶胞沿一个方向拉长,故与Ca2+距离相等且最近的只有4个,4个构成的是正方形,B错误、C正确;该晶胞中含有Ca2+的个数为12×+1=4,含有的个数为8×=4,D正确。
4.B F-与K+的最短距离是面对角线长的1/2,F-与Ca2+的最短距离是棱长的1/2,则与F-距离最近的是Ca2+,B项错误。
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)6 6 4 4 12 (2)AD
解析 (1)在NaCl晶胞中,一个Na+位于晶胞的体心,12个Na+分别位于晶胞的12条棱上,则属于该晶胞的Na+有1+×12=4个,8个Cl-分别位于晶胞的8个顶点上,6个Cl-分别位于晶胞的6个面心上,则属于该晶胞的Cl-有×6=4个,可见NaCl晶体中Na+、Cl-的个数比为1∶1。在NaCl晶体中,每个Na+周围与它距离最近且距离相等的Na+共有12个,每个Cl-周围与它距离最近且距离相等的Cl-也共有12个。
(2)氯化钠晶体是离子晶体,A正确;氯化钠晶体中与Na+等距且紧邻的Cl-有6个,氯化铯晶体中与Cs+等距且紧邻的Cl-有8个,C错误,D正确;相邻的阴、阳离子核间距不等于阴、阳离子半径之和,B错误。
6.C 在熔融状态下,离子晶体中存在自由移动的离子,故能导电,A项正确;离子晶体具有较高的熔、沸点和较大的硬度,B项正确;离子晶体中阴、阳离子个数比不都为1∶1,C项不正确;氯化钠溶于水时,电离出自由移动的阴、阳离子,离子键被破坏,D项正确。
7.C 离子晶体中,阳离子与阴离子之间的静电作用越大,离子键越强,熔点越高,而离子所带电荷数越多,半径越小,离子键越强,则熔点MgO>NaCl>KCl,故选C。
8.C Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,故C错误。
9.C 石墨中存在范德华力和共价键,还有类似金属晶体的导电性,故石墨晶体属于混合型晶体,①错误,②正确;石墨中的C为sp2杂化,③正确;石墨的熔点比金刚石的高,④错误;石墨中一个碳原子形成3个单键,每个单键被2个碳原子共用,所以平均每个碳原子形成1.5个单键,因此石墨中碳原子数和C—C键个数之比为2∶3,⑤错误;石墨质软,金刚石的硬度大,⑥错误;石墨层内存在大π键,电子能自由移动,能够导电,而在层间只存在分子间作用力,因此层内和层间导电性不同,⑦正确;每个六元环占有的碳原子数是6×=2,⑧正确;故选C。
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1 mol C平均形成2 mol σ键,石墨中1 mol C平均形成1.5 mol σ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,1 mol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。
知识拓展 石墨中共价键的键长比金刚石中共价键的键长短的原因:
在金刚石中,碳原子采取sp3杂化,每个sp3杂化轨道含 s轨道和 p轨道,在石墨中,碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含 s轨道和 p轨道。金刚石中碳原子杂化轨道含s轨道成分相对较少,p轨道成分相对较多,故形成的σ键键长较长。
能力提升练
1.D 2.C 3.C 4.D 6.A 7.D
1.D Fe2+位于棱心和体心,则Fe2+的个数为,故为a pm,B正确;基态Fe2+的价层电子排布图为 ,未成对电子数为4,C正确;以上底面面心的O2-为研究对象,与之最近且等距的Fe2+为上底面棱心的4个Fe2+、体心的1个Fe2+、上层晶胞体心的1个Fe2+,每个O2-周围距离最近且等距的Fe2+数为6,D错误。
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a pm,则体对角线长为a pm,则Zn2+与S2-之间最近距离为a pm,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 由图可知,晶胞Ⅰ中12个Cl原子位于面上,所以体心Na原子周围有12个Cl,即Na原子的配位数为12,故A错误;晶胞Ⅱ中有2个Na原子位于体内,4个位于棱心,棱心被4个晶胞共用,Na原子个数为2+4×=3,即晶胞Ⅱ中含有3个Na原子,故B错误;晶胞Ⅲ中Na原子数目=2+4×=4,Cl原子数目=8×=2,化学式为Na2Cl,故C正确;晶胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所对应晶体的化学式分别为NaCl3、Na3Cl、Na2Cl,由原子守恒可知,晶胞Ⅰ所对应的晶体是NaCl晶体在50 GPa~300 GPa的高压下和Cl2反应的产物,晶胞Ⅱ、Ⅲ所对应的晶体是NaCl晶体在50 GPa~300 GPa的高压下和Na反应的产物,故D错误。
归纳总结 判断晶胞中粒子个数的步骤
4.D N2、CO2均为非极性分子,A错误;CO2、N2的结构式分别为O C O、,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1 mol CO2和1 mol N2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a nm,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。
5.答案 (1)①三角锥形 ②Br-的半径较大,P周围无法容纳6个Br- (2)①Fe(SbO3)2 ②
解析 (1)①PCl3中P原子价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,含1个孤电子对,所以空间结构为三角锥形。②Br-半径较大,而Cl-半径较小,P周围可以容纳6个Cl-,而无法容纳6个Br-,所以无法形成[PBr6]-。(2)①根据题图可知一个晶胞中含有Sb的个数为8×+2=4,含有O的个数为4×+10=12,含有Fe的个数为8×+1=2,所以锑酸亚铁的化学式为Fe(SbO3)2。②晶胞的质量为 g= g,晶胞的体积为abc nm3=abc×10-21 cm3,所以晶体的密度为 g·cm-3。
6.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。
7.D 黑磷中P与P之间存在非极性共价键,层与层之间存在范德华力,A正确;黑磷的熔点高于白磷,B正确;黑磷中每个磷原子与三个磷原子相连,还有一个孤电子对,故P原子杂化方式为sp3,C正确;第三周期中Ar、Cl的第一电离能都大于P,D错误。
8.答案 (1)B (2)分子 30 (3)1.204×1024 6 (4)2
解析 (1)同种元素形成的不同单质互为同素异形体,C60、金刚石和石墨三者互为同素异形体,故选B。
(2)固态时,C60中构成粒子是分子,所以属于分子晶体;分子中每一个碳原子上有一个双键、两个单键,一个碳碳双键被两个碳原子共用,1个C60分子中含有双键的数目是30。(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,一个硅原子形成4个硅硅单键,每2个硅原子形成一个硅硅单键,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 mol×6.02×1023 mol-1=1.204×1024。金刚石最小的环为六元环,硅晶体结构跟金刚石结构相似,二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子,Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子和6个O原子。(4)石墨层状结构中,每个碳原子被三个正六边形共用,平均每个正六边形占有的碳原子数是6×=2。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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