2023届高考化学一轮复习《第37讲 晶体结构与性质》(学生版).pdf
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1、高考化学一轮复习:【考纲解读】第37讲晶体结构与性质【思维导图】考纲解读考向预测1.理解离子键的形成,能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。3.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.理解金属键的含义,能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。7.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。1.本部分内容在高考选考题中进行考查,大约占68分。2.高考考查点是:晶体
2、常识;分子晶体与原子晶体;金属晶体;离子晶体。它是原子结构和化学键知识的延伸提高,其中对四大晶体做了阐述,结合数学立体几何的知识,充分认识和挖掘典型晶胞的结构,形象、直观地认识四种晶体。体类型的特点,能从多角度、动态的分析不同晶体的组成及相应物质的性质。核心素养思维导图1.宏观辨识与微观探析:认识晶胞及晶体的类型,能从不同角度分析晶体的组成粒子、结构特点,能从宏观和微观相结合的视息分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知:能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。3.变化观念与平衡思想:认识不同晶结构:平 行 六 出 体.住.六住|体,靖树 L候0靖梅靖 J 卜 分 子 干”
3、.*?一仃屋状络杓_ 金耳*体:内於堆根横蟹:黑!|计算 体:4 0 偏博点,*.箫性.e电、导他检【名师备考建议】晶体结构与性质为高考必考内容,晶体结构知识主要考查晶体构成微粒的直径、核间距、晶体密度、晶胞参数等的计算,配位数、化学式的判断,利用原子分数坐标判断晶体中原子的相对位置。晶体性质知识主要考查晶体类型的判断,晶体熔沸点高低的比较及原因解释。难度以中等或中等偏难为主,高考命题围绕陌生物质的晶体密度、晶胞参数计算,晶体中原子的空间位置判断等知识点,考查考生触类旁通、具体问题具体分析处理的能力。2023年高考备考应掌握教材中典型的分子晶体(冰、干冰、碘单质)、离子晶体(NaCI、CsCI
4、、CaF2)金属晶体(Cu、M g 等)、原子(共价)晶体(金刚石、SiO2等)的结构特点,建立常见晶体结构的思维模型。关注社会热点、科技前沿成果中涉及的新型物质的结构,并能运用晶体模型理论对新型物质的结构进行判断,对其性质进行预测和解释。熟练掌握运用均摊法和数学思维解决不同晶体模型的有关计算。预 计 2023年高考会选择有社会价值或科研价值的新颖素材创设命题情境,考查以下几点:(1)根据所给晶胞,计算所含粒子数、化学式。(2)能写出晶胞中某些粒子的坐标点。(3)能计算出晶胞中某些特殊点之间的距离。(4)能根据所给量计算出晶胞的密度。(5)熟悉四种晶体类型,能根据已知性质判断晶体类型。(6)会
5、比较各类不同晶体的熔、沸点大小。(7)会分析常见晶体中粒子的位置关系。有对于晶体结构与性质的考查会更遵循新课标和新教材的变化,试题设计会更好地体现宏观辨识与微观探析化学学科核心素养的要求。02/58【真题再现辨明考向】1.(2023届八省八校第一次联考)FeS2具有良好半导体性能。FeS2晶体与NaCI晶体的结构相似,如图给出了 FeSz晶胞中的Fe2+和位于晶胞体心的S3(S厂中的S-S键位于晶胞体对角线上,晶胞中的其他S厂已省略)。下列有关该FeS2晶体的说法错误的是0-0 S5 Fe2+A.一个晶胞中S夕的数目为2 B.Fe2+的配位数为6C.该晶体中存在非极性键 D.晶胞中其他S厂均位
6、于棱心2.(2022年湖北卷)某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是A.Ca2+的配位数为6 B.与 厂距离最近的是K+C.该物质的化学式为KCaF3 D,若 换为C,则晶胞棱长将改变3.(2022年新高考山东卷)CU2.xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意o Se2-O Na+、Cu+、Cu*可能占据的位置,NatA.每个C u2rse晶胞中Ct?+个数为XB.每 个Na2Se晶胞完全转化为C u2rse晶胞,转移电子数为8C.每个NaCuSe晶胞中0价C u原子个数为1xD.当NayCuz.xSe转化为NaCuSe时,每转移(1y
7、)m o l电子,产生(1x)molCu原子4.(2022年T 8第二次联考)在锂电池领域,电池级L i2O主要用作固体锂电池电解质材料和锂离子动力电池的正极材料,其立方晶胞结构如图所示,晶胞边长为acm。下列说法正确的是()A.Li+在晶胞中的配位数为8B.?Li+和02-离子之间只有静电引力好C.Li+和02-的最短距离为8 acmD.120阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞密度为以/g?cm-35.(2021年湖北卷)某立方晶系的锚钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是(0K S hA.该晶胞的体积为aBxiocmGB.
8、K和Sb原子数之比为3:1C.与Sb最邻近的K原子数为41D.K和Sb之间的最短距离为5apm6.(2021年辽宁卷)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是A.S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3s04/58C.S位 于H构成的八面体空隙中 D.该晶体属于分子晶体7.(2021年天津卷)下列各组物质的晶体类型相同的是()A.SiO2 和 SO3 B.12 和 NaCI C.Cu 和 Ag D.SiC 和 MgO8.(2021年江苏卷)通过下列实验可从I2,的CCI4溶液中回收卜。国下列说法正确的是()A.NaOH溶液与E反应的离子方程式:L+20H
9、=T+IO3+H2OB.通过过滤可将水溶液与CCI4分离C.向加酸后的上层清液中滴加AgNCh溶液生成Agl沉淀,1个A gl晶胞(如图)中含14个 D.回收的粗碘可通过升华进行纯化9.(2020届山东卷)下列关于C、S i及其化合物结构与性质的论述错误的是()A.键能 CC S iSi、C H S i H,因此 C2H6稳定性大于 Si2H6B.立方型S iC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.SiH 中S i的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CPUD.S i原子间难形成双键而C原子间可以,是因为S i的原子半径大于C,难形成p-p兀键1
10、0.(2023年浙江1月选考节选)硅材料在生活中占有重要地位。请回答:(3)Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。该晶体类型是,该化合物的化学式为O P11.(2022年全国甲卷节选)2008年北京奥运会的“水立方,在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”,实现了奥运场馆的再利用,其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2=CH2)与四氟乙烯(CF2=CFZ)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题:(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代 表 的 离 子 是;若该立方晶胞参数为a p m,正负离子的核间距最小为 pm。12.(2022年全国乙卷节选)卤素单质及其化合物在
11、科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题:(4)a-A gl晶体中离子作体心立方堆积(如图所示),Ag*主要分布在由构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下,Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此,a-A gl晶体在电池中可作13.(2022年广东卷节选)硒(Se)是人体必需微量元素之一,含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国科学家发现聚集诱导发光(AIE)效应以来,AIE在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。一种含Se的新型AIE分子IV的合成路线如下:I n m iv06/58(6)我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助
12、于加速新型热电材料的研发进程。化合物X 是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图1,沿 x、y、z 轴方向的投影均为图2。X 的 化 学 式 为。设 X 的最简式的式量为M”晶体密度为pg?c m-3,则 x中相邻K 之间的最短距离为n m(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。1 4.(2022年河北卷节选)含 Cu、Z n、Sn 及 S 的四元半导体化合物(简写为CZ T S),是一种低价、无污染的绿色环保型光伏材料,可应用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题:如图是CZ T S四元半导体化合物的四方晶胞。该物质的化学式为。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
13、位置,称作原子分数坐标,例如图中3 11A原子的坐标为(凉则 B原子的坐标为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _o4 4d1 5.(2022年新高考山东卷节选)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x?Z n(NH3)y?z C6 H6 的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H 原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a =b x c,a=B=v=9 0。回答下列问题:ONi2+o z*(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,N/与ZM+的 配 位 数 之 比 为;x:y:z=;晶胞中有d轨 道 参 与
14、杂 化 的 金 属 离 子 是。A.2s轨道 B.2P轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道16.(2021年高考全国甲卷)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为 液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢,再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题:(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂,其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrCh晶胞如图所示。ZK+离 子 在 晶 胞 中 的 配 位 数 是,晶胞参数为a pm、a pm、c p m,该晶体密度为 g-cm%写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZrO后形成的催化剂,化学式可表示
15、为ZnxZr“Oy,则y=(用x表达)。17.(2021年高考全国乙卷)过渡金属元素铭(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题:(4)在金属材料中添加AlCrz颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AIC2具有体心四方结构,如图所示,处于顶角位置的是 原子。设C r和A I原子半径分别为和3,则金属原子空间占有率为%(列出计算表达式)。08/58Q18.(2021年广东卷)很多含毓基(-S H)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物I可与氧化汞生成化合物(6)理论计算预测,由汞(Hg)、楮(Ge)、睇(Sb)形成的一种新物质X为潜在
16、的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为G e晶体(晶胞如图9a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。图9 b为G e晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是 图9c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为;该晶胞中粒子个数比Hg:Ge:Sb=o 设X的最简式的式量为M r,则X晶体的密度为 g/cm3(列出算式)。19.(2021年高考河北卷)KH2P04晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2P。4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白.回答下列问题:分别用。、表示H 2 P和K+,KH2P。4晶体的四方晶胞如图(
17、a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是H2P。4、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:z若晶胞底边的边长均为a p m、高为c p m,阿伏加德罗常数的值为以,晶体的密度.g?c m*写出表达式)。下图是M g、G e、。三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。己知化合物中G e 和。的原子个数比为1:4,图中Z表示 原子(填元素符号),该化合物的化学式为:已知该晶胞的晶胞参数分别为a n m、b n m、c n m,a=P=v=90 ,则该晶体的密度p=g.c m 3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、b、c、NA的代数式表示)。2 1.(2 0 2 1 年山东卷)非金属氟化物在生产、生活和科
18、研中应用广泛。回答下列问题:Xe F z 晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90。,该晶胞中有 个 Xe F z 分子。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,称为原子的分数坐标,如 A点原子的111分数坐标为(5,2 1 习。已知Xe F 键长为r p m,则 B点 原 子 的 分 数 坐 标 为;晶胞中A、B间距离d=_p m。1 0/5 822.(2021年天津卷)铁单质及其化合物的应用非常广泛。(1)基 态Fe原子的价层电子排布式为。(2)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为。每个晶胞B中含F
19、e原子数为。23.(2021年福建卷)类石墨相氮化碳(g-C 3 g)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,非金属掺杂(0、S等)能提高其光催化活性。(gC3N4)具有和石墨相似的层状结构,其中一种二维平面结构如下图所示。回答下列问题:(5)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。掺杂的g-C3N4(OPCN)OPCN 的 化 学 式 为。24.(2021年浙江选考26”)用质谱仪检测气态乙酸时,谱图中出现质荷比(相对分子质量)为120的峰,原因是O(2)金属钱(Ga)位于元素周期表中第4周期IIIA族,其卤化物的熔
20、点如下表:GaFsGaCI3GaBn熔点/100077.75122.3GaF3熔点比GaCb熔点高很多的原因是2 5.(2 0 2 0 年全国卷I ,3 5)G o o d e n o ug h 等人因在锂离子电池及钻酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2 0 1 9 年诺贝尔化学奖。回答下列问题:(4)L i F eP C U 的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕F e和 P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有L i F eP C U 的单元数有 个。电池充电时,L i F eC h脱出部分L i+,形 成 L i i r F eP
21、O a,结构示意图如(b)所示,贝 ij x=,n(F e2+):(Fe 3+)=。2 6.(2 0 2 0 年全国卷J I)钙钛矿(C aT i O s)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题:(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为P b2+、I和有机碱离子C H 3 N H 3+,其晶胞如图(b)所示。其 中 P b?+与图(a)中 的空间位置相同,有 机 碱 C H 3 N H 3+中,N 原子的杂化轨道类型是;若晶胞参数为a nm,则晶体密度为 T 3(列出计算式)。(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生
22、单质铅和碘,降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铺(E u)盐,提升了太阳能电池的效率和使用寿命,其作用原理如图(c)所示,用离子方程式表示该原理、。2 7.(2 0 2 0 年全国卷I I I)氨硼烷(N H 3 B H 3)含氢量高、热稳定性好,是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题:(4)研究发现,氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构,晶胞参数分别为a p m、b p m、c pm,a=p=y=9 0。氨硼烷的2 x 2 x 2 超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度p=g-cm 3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。2 8.(2 0 2 0 年山东卷)
23、C dS n A s z 是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:12/58(l)S n为IV A族元素,单 质S n与干燥C L反应生成S n C k常温常压下SnCL,为无色液体,SnCL空间构型为,其固体的晶体类型为 o(2)N E、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 o(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Cd?+配合物的结构如图所示,1 m ol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 m o l,该螯合物中N的杂化方式有 种。(4)
24、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CdSnAsz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。坐标原XyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有 个S n,找出距离Cd(O,O,O)最近的Sn(用分数坐标表示)。CdSnAsz晶体中与单个Sn键合的A s有 个。29.(2020年天津卷)Fe、Co、N i是三种重要的金属元素。回答下列问题:(2)CoO的面心立方晶胞如图1所示。设阿伏加德罗常数的值为NA,则C oO晶体的密度为g-cm_3;三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔
25、点由高到低的顺序为图1-o2-3*30.(2019年全国卷I )在普通铝中加入少量Cu和M g后,形成一种称为拉维斯相的M gC s微小晶粒,其分散在A I中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:(3)一些氧化物的熔点如表所示:氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/15702 80023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(4)图(a)是 M g
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