周測10常見晶體的微觀結構分析與晶胞計算一、選擇題(本題共14小題，每小題4分，共56分，每小題只有一個選項符合題目要求)1.我國具有豐富的銅礦資源，某銅礦石的晶胞結構如圖所示，其化學式為()A.Cu3NB.Cu2NC.Cu3N2D.CuN答案A解析在該晶胞中，Cu+位于晶胞的棱上，則該晶胞中含有Cu+的數(shù)目為12×14=3，N3-位于晶胞的頂角，則該晶胞中含有N3-的數(shù)目為8×18=1，所以該晶胞的化學式為Cu3N，故2.如圖是某化合物的晶體結構，鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱側面上。則該化合物的化學式為()A.MgB B.Mg3B2C.Mg2B D.Mg2B3答案A解析一個晶胞中鎂原子的個數(shù)為12×16+2×12=3；硼原子數(shù)為6×12=3，所以晶胞中鎂原子和硼原子的個數(shù)比為1∶1，故化學式為MgB3.自然界的氟化鈣礦物為螢石或氟石，CaF2的晶體結構呈立方體形，其晶胞側視圖及晶胞結構如圖，下列說法錯誤的是()A.基態(tài)F原子的電子排布式為1s22s22p5B.與Ca2+最近且等距的F-數(shù)目為8C.兩個最近的F-之間的距離為2mpmD.CaF2晶體密度為782(答案C解析F是原子序數(shù)為9的元素，基態(tài)F原子的電子排布式為1s22s22p5，A正確；晶胞中與Ca2+最鄰近的F-數(shù)為8，B正確；根據(jù)側面圖可看出，面對角線的長度為2mpm，晶胞邊長為2mpm，兩個最近的F-之間的距離為晶胞邊長的一半，所以兩個最近的F-之間的距離為2m2pm，C項錯誤；根據(jù)圖示可知CaF2晶胞中含4個Ca2+和8個F-，ρ=78×4(2m×10-104.(2025·秦皇島高二月考)硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子分層排布，彼此分層間隔。硼原子(黑球，半徑為r1)和鎂原子(白球，半徑為r2)在平面上的投影如圖1，硼化鎂晶體的晶胞結構如圖2。下列說法正確的是()A.晶胞邊長為3(r1+r2)B.鎂原子的價層電子排布為1s22s22p63s2C.該晶體的化學式為MgB6D.在硼化鎂晶體中，硼原子的配位數(shù)為3答案A解析由圖2可知，晶胞邊長為2個白球圓心的距離，圖1中3個連續(xù)最近的白球的中心組成一個等邊三角形，如圖，在等邊三角形中作輔助線，如圖(a、b、c為白球的球心，d為黑球的球心)，ac即為晶胞邊長，設晶胞邊長為x，ae長度為12x，ad長度為(r1+r2)，則cos30°=32=12xr1+r2，解得x=3(r1+r2)，A正確；鎂原子的價層電子排布為3s2，B錯誤；圖2中Mg原子位于晶胞的頂角，原子個數(shù)為8×18=1，B原子位于晶胞的內(nèi)部，原子個數(shù)為2個，其化學式為MgB2，C錯誤；由圖5.鋰電池負極材料為Li嵌入兩層石墨層中，形成如圖所示的晶胞結構。下列說法正確的是()A.石墨片層間作用力較弱，故硬度和熔點都較低B.碳原子的雜化方式為sp3雜化C.晶胞中Li與C原子個數(shù)比為1∶6D.每個Li原子周圍緊鄰8個C原子答案C解析石墨片層間作用力較弱，能滑動，故硬度?。坏菍觾?nèi)原子間為共價鍵，故其熔點較高，A錯誤；石墨中碳原子的雜化方式為sp2雜化，B錯誤；根據(jù)“均攤法”，晶胞中含4×16+4×112=1個Li、8×12+2=6個C，則晶胞中Li與C原子個數(shù)比為1∶6，C正確；1、2、3號碳的夾角為120°且距離4號Li的距離是相同的，以4號Li為例，每個Li原子周圍緊鄰(1+12×2)×6=12個C6.如圖為鉛磷青銅的一種晶胞結構，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，下列說法錯誤的是()A.鉛磷青銅的化學式為PbCuPB.A原子的原子分數(shù)坐標為(0，0，0)，B原子的原子分數(shù)坐標為(1，1，0)，則C原子的原子分數(shù)坐標為(12，12，C.晶胞的質(zhì)量為430ND.若晶體的密度為8.85g·cm-3，則晶胞參數(shù)為3430NA×答案A解析由鉛磷青銅的晶胞結構圖可知，Pb位于頂角，個數(shù)為8×18=1，Cu位于面心，個數(shù)為6×12=3，1個P位于體心，則其化學式為PbCu3P，故A錯誤；晶胞的質(zhì)量為207+3×64+31NAg=430NAg，故C正確；設晶胞參數(shù)為apm，則晶胞體積為(a×10-10)3cm3，根據(jù)ρ=mV可得8.85g·cm-3=430NA(a7.時速600公里的磁浮列車需用到超導材料。超導材料TiN具有NaCl型結構(如圖所示)，已知晶胞參數(shù)為aD(1D=10-10m)，TiN的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1。下列說法不正確的是()A.基態(tài)Ti原子的電子排布式為Ar3d24s2B.晶胞中陰、陽離子的配位數(shù)都是4C.該晶胞沿z軸的投影圖為D.該晶體的密度為4MN答案B解析Ti是22號元素，其基態(tài)原子電子排布式為Ar3d24s2，A正確；該晶胞的結構類似NaCl晶胞，晶胞中陰、陽離子的配位數(shù)都是6，B錯誤；從晶胞頂面分析該晶胞沿z軸的投影，Ti3+的半徑比N3-大，則頂面棱上的Ti3+會遮蓋N3-，投影圖為，C正確；N3-位于晶胞頂角和面心，晶胞中N3-數(shù)目為8×18+6×12=4，Ti3+位于晶胞內(nèi)部和棱上，晶胞中Ti3+數(shù)目為1+12×14=4，故晶胞質(zhì)量為4MNAg，晶胞體積為aD3=a3×10-24cm3，所以該晶體密度為ρ=mV=4MNA8.如圖依次是鐵的δ、γ、α三種晶體不同溫度下的轉化，下列有關說法不正確的是()A.三種晶體互為同素異形體B.將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不相同C.若鐵原子半徑為anm，則三種晶體的棱長之比是6∶3∶2D.三種晶體中與頂點鐵原子距離相等且最近的鐵原子分別有8個、12個、6個答案C解析三種晶體是由鐵元素組成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，故A正確；依據(jù)得到晶體的條件可知，在急速冷卻時(立即降溫到912℃)得到α?Fe，緩慢冷卻時(逐漸冷卻到1394℃)得到γ?Fe，兩種晶體類型不相同,故B正確；若鐵原子半徑為anm,體心立方中晶體的棱長為43anm,面心立方中晶體的棱長為42anm，簡單立方中晶體的棱長為2anm，三種晶體的棱長之比是43a∶42a∶2a=22∶23∶6，故C錯誤；由晶體結構可知，體心立方中與頂點鐵原子距離相等且最近的鐵原子有8個，面心立方中與頂點鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個，簡單立方中與頂點鐵原子距離相等且最近的鐵原子有9.某種離子型鐵的氧化物晶胞如圖所示，它由方塊A、B組成。已知該晶體的密度為dg·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，下列說法錯誤的是()A.方塊A含有1.5個Fe2+、4個O2-B.方塊B含有0.5個Fe2+、4個O2-、4個FeC.該氧化物中Fe2+、Fe3+、O2-的個數(shù)比為1∶2∶4D.晶胞的棱長為3232NAd答案D解析根據(jù)均攤法計算方塊A含有1+4×18=1.5個亞鐵離子、4個氧離子，故A正確；根據(jù)均攤法計算方塊B含有4×18=0.5個亞鐵離子、4個氧離子、4個鐵離子，故B正確；Fe2+處于晶胞的頂角、面心以及A位置立方體的體心，O2-位于A、B小立方體的內(nèi)部，每個小立方體內(nèi)部各有4個，F(xiàn)e3+處于晶胞B小立方體內(nèi)部，晶胞中Fe2+數(shù)目為4×(1.5+0.5)=8、Fe3+數(shù)目為4×4=16，O2-數(shù)目為4×8=32，故Fe2+、Fe3+、O2-的個數(shù)比為8∶16∶32=1∶2∶4，故C正確；晶胞中含有Fe2+、Fe3+、O2-的個數(shù)分別是8、16、32，它們的相對原子質(zhì)量之和是8×232，根據(jù)m=ρV可得a=38×232NAd10.立方砷化硼(BAs)有潛力成為比硅更優(yōu)良的半導體材料，BAs的晶胞結構如圖所示：若晶胞參數(shù)為apm，下列有關說法錯誤的是()A.該晶胞中所含As原子的個數(shù)與As的配位數(shù)相等B.基態(tài)B原子核外電子的空間運動狀態(tài)有3種C.晶胞中As原子與B原子的最近距離為34aD.晶胞在xy面上的投影圖為答案D解析根據(jù)晶胞結構可知，每個晶胞中所含As原子的個數(shù)為4，As原子的配位數(shù)為4，As原子的個數(shù)與配位數(shù)相等，故A正確；基態(tài)B原子的核外電子排布式為1s22s22p1，核外電子占有3個軌道，其空間運動狀態(tài)有3種，故B正確；晶胞的體對角線長為3apm，As原子與B原子的最近距離為體對角線長的14，所以最短距離為34apm，故C正確；晶胞面心有B原子，在xy面上的投影圖為，故D下列有關該晶體的說法錯誤的是()A.晶胞中K、Mg、F的原子個數(shù)比為1∶1∶3B.與K等距離且最近的F的數(shù)目為6C.在M晶胞結構的另一種表示中，若K位于晶胞的體心，則F位于棱心D.該晶體的密度為120×10答案B解析晶胞中，鉀原子位于頂角，鎂原子位于體心，氟原子位于面心，根據(jù)均攤法確定晶胞中含8×18=1個K，1個Mg，6×12=3個F，則晶胞中K、Mg、F的原子個數(shù)比為1∶1∶3，A正確；與K等距離且最近的F位于面心，共有12個，B錯誤；在M晶胞結構的另一種表示中，若K位于晶胞的體心，則F位于棱心，Mg位于頂角，C正確；該晶體的密度ρ=mV=39+24+19×3NAa×10-12.由Mn、Sn、C構成的一種磁性材料，它的晶胞結構及部分原子的分數(shù)坐標如圖所示。下列說法不正確的是()A.該晶胞中碳原子的坐標為(12，12，B.離錫原子最近且等距離的錳原子有8個C.基態(tài)Mn原子的價層電子排布式為3d54s2D.該晶體的化學式為SnMn3C答案B解析根據(jù)晶胞結構，C位于體心，其坐標為(12，12，12)，故A正確；由晶胞結構可知，離錫原子最近且等距離的錳原子處于Sn原子所在面的面心，有12個，故B錯誤；Mn是25號元素，處于d區(qū)，其基態(tài)原子價層電子排布式為3d54s2，故C正確；Sn位于頂角，有8×18=1個，Mn位于面心，有6×12=3個，C位于體心，有1個，故化學式為SnMn13.Li2O具有反螢石結構，其立方晶胞結構如圖所示(晶胞的邊長為apm)，下列說法錯誤的是()A.字母B表示氧離子，配位數(shù)是8B.若晶胞中M點的原子分數(shù)坐標為(0，0，0)，則P點的原子分數(shù)坐標為(14，14，C.A處于B圍成的正八面體空隙中D.晶胞中A與B的最短距離為3a答案C解析由晶胞圖可知，A原子位于體內(nèi)，其數(shù)目為8，B原子位于頂角和面心，其數(shù)目為8×18+6×12=4，則A表示Li+，B表示O2-，離B最近且等距離的A的數(shù)目為8，則其配位數(shù)為8，A選項正確；晶胞中A與B的最短距離為體對角線長的14，由于晶胞的邊長為apm，所以A與B的最短距離為3a×14.某種鈷鹽晶體的立方晶胞結構如圖所示，已知晶胞參數(shù)為anm，A點的原子分數(shù)坐標為(0，0，0)，C點的原子分數(shù)坐標為(12，12，12)。下列說法錯誤的是A.B點的原子分數(shù)坐標為(12，0，1B.距離Co2+最近且等距離的Ti4+的數(shù)目為8C.該晶體的密度為155×10D.Ti4+與O2-之間的最短距離為22a答案C解析該晶體的化學式為CoTiO3，CoTiO3的摩爾質(zhì)量為155g·mol-1,該晶體的密度為ρ=mV=155×1021a3NAg·cm-3,故C錯誤；Ti4+與O2-二、非選擇題(本題共3小題，共44分)15.(14分)碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖依次是C60、石墨和金剛石的結構圖：回答下列問題：(1)基態(tài)碳原子的最外層電子排布式為________。

(2)C60所屬的晶體類型為______________晶體。

(3)石墨所屬的晶體類型為____________晶體。

(4)上述三種單質(zhì)互稱為________(填字母)。

a.同系物b.同素異形體c.同分異構體(5)太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。硅和鹵素單質(zhì)反應可以得到SiX4，SiX4的熔、沸點如下表所示：SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔點/K183.0203.2278.6393.7沸點/K187.2330.8427.2560.7SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4沸點依次升高的原因是______________________。

(6)由Cu、O構成的一種化合物常作為反應的催化劑，其晶胞結構如圖所示，該物質(zhì)的化學式為________________________。

(7)Na、K等活潑金屬在O2中燃燒得到的Na2O2、KO2具有強氧化性，常做消毒劑。已知KO2的晶胞如圖所示。設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶胞的參數(shù)為anm。晶胞的密度為____________g·cm-3(用含a、NA的代數(shù)式表示)。

答案(1)2s22p2(2)分子(3)混合型(4)b(5)SiX4都是結構相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增大，沸點依次升高(6)Cu2O(7)4解析(6)該晶胞含有4個銅原子、1+18×8=2個O原子，因而化學式為Cu2O(7)由均攤法，晶胞中K+數(shù)目為8×18+6×12=4，O2-數(shù)目為12×14+1=4，則晶胞質(zhì)量為4×71NAg，晶胞的參數(shù)為anm，晶胞體積為(a×10-7)3cm3=a3×10-21cm3，晶胞的密度為16.(14分)三元鋰電池性能優(yōu)異、能量密度高，正極材料包含了Ni、Co、Mn三種過渡金屬氧化物。(1)(1分)基態(tài)Ni原子的核外電子排布式為____________。

(2)(1分)在稀氨水介質(zhì)中，Ni2+與丁二酮肟(分子式為C4H8N2O2)反應可生成鮮紅色沉淀，其分子結構如圖所示，該結構中碳原子的雜化方式為____________________。

(3)Co2+易與氨水反應生成[Co(NH3)6]2+，Co2+的配位數(shù)為________，NH3形成配合物后H—N—H鍵角會________(填“變大”“變小”或“不變”)，原因是________________________。

(4)下表是Mn與Fe的部分電離能數(shù)據(jù)，解釋I3(Mn)大于I3(Fe)的主要原因：______________________。

元素FeMn第二電離能I2/(kJ·mol-1)15611509第三電離能I3/(kJ·mol-1)29573248(5)Co與Ti類似，其晶體堆積方式為六方最密堆積，其晶體結構如圖所示，則該晶體結構中含有的原子個數(shù)為__________，已知該晶體結構的底邊長為anm，高為cnm，則晶體結構的密度為________g·cm-3。

答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)(2)sp2和sp3(3)6變大因為孤電子對與成鍵電子對的排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力，所以NH3形成配合物后，成鍵電子對之間的排斥力變小，H—N—H鍵角會變大(4)Mn的價層電子排布為3d54s2，失去2個電子后價層電子排布為3d5，處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，而鐵的價層電子排布為3d64s2，失去2個電子后價層電子排布為3d6，較容易失去第3個電子，因此I3(Mn)大于I3(Fe)(5)62363a2解析(2)根據(jù)如圖所示的信息，分子中的碳原子有單鍵碳原子和雙鍵碳原子，所以雜化方式為sp2和sp3。(5)該晶體結構中含有的原子個數(shù)：12×16+2×12+3=6，該晶體結構的體積為V=(6×12×a×10-7×a×10-7×32×c×10-7)cm3=323a2c×10-21cm3，所以晶體結構的密度為ρ=6×5917.(16分)我國科研工作者開發(fā)了質(zhì)子陶瓷燃料電池的高活性La1.2Sr0.8Ni0.5O4+δ(LSNM)陰極，使用這種核/雙殼LSNM