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晶胞　晶體結構的測定
一、選擇題
1.冰晶石(化學式為Na3AlF6)的晶體結構單元如圖所示(“”位于大立方體的頂角和面心,“”位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心)。已知冰晶石熔融時的電離方程式為Na3AlF63Na++Al,則大立方體的體心處所代表的粒子為(　　)。
A.Na+ B.Al3+
C.F- D.Al
2.如圖為氯化鈉的晶胞結構示意圖(氯化鈉晶體是由鈉離子和氯離子交替排列而構成的)。已知氯化鈉的M=58.5 g·mol-1,氯化鈉的密度是 2.2 g·cm-3,阿伏加德羅常數為6.02×1023 mol-1,則氯化鈉的晶胞體積約為(　　)。
A.1.77×10-22 cm3
B.3.52×10-21 cm3
C.1.06×10-24 cm3
D.5.03×10-23 cm3
3.納米材料的表面粒子數占總粒子數的比例極大,這是它有許多特殊性質的原因。假設某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰好與氯化鈉晶胞的大小和形狀相同(如圖所示),則這種納米顆粒的表面粒子數與總粒子數之比為(　　)。
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
4.某離子化合物的晶胞如圖所示。陽離子位于晶胞的中心,陰離子位于晶胞的8個頂角上,則該離子化合物中陰、陽離子的個數比為(　　)。
A.1∶8 B.1∶4
C.1∶2 D.1∶1
5.磁光存儲的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶體薄膜磁化并用光讀取之后開始的。如圖是Mn和Bi形成的某種晶體的結構示意圖,則該晶體物質的化學式可表示為(　　)。
A.Mn2Bi
B.MnBi
C.MnBi3
D.Mn4Bi3
6.測定晶體結構最常用的方法是進行X射線衍射實驗,其工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)。
A.X射線透過晶體時會在記錄儀上產生分立的斑點或者明銳的衍射峰
B.同一種物質的X射線圖譜相同
C.能夠通過X射線圖譜計算晶胞形狀和大小、原子在晶胞中的數目和位置
D.通過X射線衍射實驗分析物質微觀結構是測定原子空間排布的重要途徑
7.已知X、Y、Z三種元素組成的化合物的晶胞如圖所示,則下面表示該化合物的化學式正確的是(　　)。
A.ZXY3 B.ZX2Y6
C.ZX4Y8 D.ZX8Y12
8.已知某晶體的晶胞如圖所示,則該晶體的化學式為 (　　)。
A.XYZ B.X2Y4Z
C.XY4Z D.X4Y2Z
9.石墨能與熔融金屬鉀作用,形成石墨間隙化合物,鉀原子填充在石墨各層原子中。比較常見的石墨間隙化合物是青銅色的化合物,其化學式可寫為CxK,其平面圖形如圖所示。x的值為(　　)。
A.8 B.12
C.24 D.60
10.據報道,首例帶結晶水的晶體在5 K下呈現超導性,該晶體的化學式為Na0.35CoO2·1.3H2O。該晶體具有CoO2的層狀結構(如圖所示)。下列用粗線畫出的層狀結構重復結構單元示意圖(小球表示Co原子,大球表示O原子),其中不能描述其化學組成的是(　　)。
11.如圖是氯化銫晶體的晶胞結構示意圖。已知晶體中2個最近的銫離子的核間距離為a cm,氯化銫的摩爾質量為W g·mol-1,則氯化銫晶體的密度為(　　)。(設NA為阿伏加德羅常數的值)
A. g·cm-3 B. g·cm-3
C. g·cm-3 D. g·cm-3
二、非選擇題
12.下圖所示為熱敏電阻PTC元件的主要成分的晶體結構,該結構是具有代表性的最小重復單位。該晶體經X射線實驗分析測定,重復單位為正方體,棱長為403.1 pm,頂角位置為B原子所占,體心位置為C原子所占,所有棱的中點位置為A所占。據圖回答下列問題。
(1)若將B置于晶胞的體心,C置于晶胞的頂點,則A處于立方體的什么位置
(2)在該物質的晶體中,每個B周圍與它距離相等且最近的B有　　　　個,它們在空間呈　　　　形狀分布。
13.(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結構如圖所示。該氯化物的化學式為　　　　。
(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷。如圖為其晶胞結構示意圖,則每個晶胞中含有B原子的個數為　　　　,該功能陶瓷的化學式為　　　　。
(3)某晶體的晶胞結構如圖所示。該晶體的化學式為　　　　　　　　,在晶體中1個Ti原子、1個Co原子周圍距離最近的O原子數目分別為　　　　、　　　　。
14.A、B、C、D為主族元素,A、B、C同周期且原子半徑逐漸減小,A、B原子的最外層電子數之和等于C、D原子的最外層電子數之和。A元素基態原子的最外層電子排布式為nsnnpn,B的氫化物可與其最高價氧化物的水化物反應生成鹽。D元素位于元素周期表中第一長周期,是維持青少年骨骼正常生長發育的重要元素之一,其原子最外層電子數等于最內層電子數。
請回答下列問題。
(1)C元素基態原子的核外電子排布式是　　　　　　　　。
(2)A、B兩元素各有多種氫化物,其電子總數為10的氫化物中沸點最高的是　　　　(填化學式)。
(3)下列晶體結構示意圖(黑點表示陽離子,白點表示陰離子)中能表示C與D形成的離子化合物結構的是　　(填字母“a”或“b”)。
晶胞　晶體結構的測定
一、選擇題
1.冰晶石(化學式為Na3AlF6)的晶體結構單元如圖所示(“”位于大立方體的頂角和面心,“”位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心)。已知冰晶石熔融時的電離方程式為Na3AlF63Na++Al,則大立方體的體心處所代表的粒子為(　　)。
A.Na+ B.Al3+
C.F- D.Al
答案A
解析該晶胞中“”個數=8×+6×=4,“”個數=12×+8=11,根據冰晶石的化學式可知,冰晶石中Na+和Al的個數之比為3∶1,據此可判斷出大立方體的體心“”所代表的粒子與“”代表的粒子相同,為Na+。
2.如圖為氯化鈉的晶胞結構示意圖(氯化鈉晶體是由鈉離子和氯離子交替排列而構成的)。已知氯化鈉的M=58.5 g·mol-1,氯化鈉的密度是 2.2 g·cm-3,阿伏加德羅常數為6.02×1023 mol-1,則氯化鈉的晶胞體積約為(　　)。
A.1.77×10-22 cm3
B.3.52×10-21 cm3
C.1.06×10-24 cm3
D.5.03×10-23 cm3
答案A
解析該晶胞中鈉離子個數為1+12×=4,氯離子個數為8×+6×=4,晶胞密度ρ=,則V=cm3=1.77×10-22cm3。
3.納米材料的表面粒子數占總粒子數的比例極大,這是它有許多特殊性質的原因。假設某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰好與氯化鈉晶胞的大小和形狀相同(如圖所示),則這種納米顆粒的表面粒子數與總粒子數之比為(　　)。
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
答案D
解析由題意知一個氯化鈉晶胞即為一個氯化鈉納米顆粒,則其表面粒子數=8+6+12=26,總粒子數=表面粒子數+中心粒子數=26+1=27。
4.某離子化合物的晶胞如圖所示。陽離子位于晶胞的中心,陰離子位于晶胞的8個頂角上,則該離子化合物中陰、陽離子的個數比為(　　)。
A.1∶8 B.1∶4
C.1∶2 D.1∶1
答案D
解析陰離子位于晶胞的8個頂角,晶胞中陰離子的個數為8×=1;陽離子位于晶胞的中心,晶胞中陽離子的個數為1。
5.磁光存儲的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶體薄膜磁化并用光讀取之后開始的。如圖是Mn和Bi形成的某種晶體的結構示意圖,則該晶體物質的化學式可表示為(　　)。
A.Mn2Bi
B.MnBi
C.MnBi3
D.Mn4Bi3
答案B
解析該晶胞中含有Mn的個數為12×+6×+2×+1=6,含有Bi的個數為6,則該晶體物質的化學式為MnBi。
6.測定晶體結構最常用的方法是進行X射線衍射實驗,其工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)。
A.X射線透過晶體時會在記錄儀上產生分立的斑點或者明銳的衍射峰
B.同一種物質的X射線圖譜相同
C.能夠通過X射線圖譜計算晶胞形狀和大小、原子在晶胞中的數目和位置
D.通過X射線衍射實驗分析物質微觀結構是測定原子空間排布的重要途徑
答案B
解析同一種物質的晶體狀態和非晶體狀態的X射線圖譜不同。
7.已知X、Y、Z三種元素組成的化合物的晶胞如圖所示,則下面表示該化合物的化學式正確的是(　　)。
A.ZXY3 B.ZX2Y6
C.ZX4Y8 D.ZX8Y12
答案A
解析由晶胞可知X占據8個頂角,屬于該晶胞的X的數目為8×=1;Y占據12條棱的中間,屬于該晶胞的Y的數目為12×=3;Z占據該晶胞的體心,屬于該晶胞的Z的數目為1。故該化合物的化學式為ZXY3。
8.已知某晶體的晶胞如圖所示,則該晶體的化學式為 (　　)。
A.XYZ B.X2Y4Z
C.XY4Z D.X4Y2Z
答案C
解析X原子位于晶胞頂角,該晶胞含有的X原子數目為8×=1;Y原子位于該晶胞內,共有4個,因此該晶胞中含有的Y原子數目為4;Z只有1個,位于晶胞的體心上,故該晶體的化學式為XY4Z。
9.石墨能與熔融金屬鉀作用,形成石墨間隙化合物,鉀原子填充在石墨各層原子中。比較常見的石墨間隙化合物是青銅色的化合物,其化學式可寫為CxK,其平面圖形如圖所示。x的值為(　　)。
A.8 B.12
C.24 D.60
答案A
解析可選取題圖中6個鉀原子圍成的正六邊形為結構單元,每個鉀原子被3個正六邊形共用,則該結構單元中實際含有的鉀原子數為6×+1=3,該六邊形內實際含有的碳原子數為24,故鉀原子數與碳原子數之比為1∶8。
10.據報道,首例帶結晶水的晶體在5 K下呈現超導性,該晶體的化學式為Na0.35CoO2·1.3H2O。該晶體具有CoO2的層狀結構(如圖所示)。下列用粗線畫出的層狀結構重復結構單元示意圖(小球表示Co原子,大球表示O原子),其中不能描述其化學組成的是(　　)。
答案D
解析CoO2的重復結構單元示意圖中Co、O原子數目之比應為1∶2,結合均攤法計算判斷。A項,粗線畫出的重復結構單元中含有Co原子的個數為1,含有O原子的個數為4×=2,Co原子與O原子的個數比是1∶2,正確;B項,粗線畫出的重復結構單元中含有Co原子數為1+4×=2,含有O原子數為4,Co原子與O原子數之比為1∶2,正確;C項,粗線畫出的重復結構單元中含有Co原子數為4×=1,含有O原子數為4×=2,Co原子與O原子數之比為1∶2,正確;D項,粗線畫出的重復結構單元中含有Co原子數為1,含有O原子數為4×=1,所以Co原子與O原子數之比為1∶1,錯誤。
11.如圖是氯化銫晶體的晶胞結構示意圖。已知晶體中2個最近的銫離子的核間距離為a cm,氯化銫的摩爾質量為W g·mol-1,則氯化銫晶體的密度為(　　)。(設NA為阿伏加德羅常數的值)
A. g·cm-3 B. g·cm-3
C. g·cm-3 D. g·cm-3
答案C
解析晶體中2個最近的銫離子的核間距離為acm,相鄰頂點上銫離子的核間距離最近,為acm,即晶胞的棱長為acm,則晶胞的體積V=a3cm3,該晶胞中含有Cs+的個數=8×=1,Cl-個數為1,晶胞密度ρ=g·cm-3=g·cm-3。
二、非選擇題
12.下圖所示為熱敏電阻PTC元件的主要成分的晶體結構,該結構是具有代表性的最小重復單位。該晶體經X射線實驗分析測定,重復單位為正方體,棱長為403.1 pm,頂角位置為B原子所占,體心位置為C原子所占,所有棱的中點位置為A所占。據圖回答下列問題。
(1)若將B置于晶胞的體心,C置于晶胞的頂點,則A處于立方體的什么位置
(2)在該物質的晶體中,每個B周圍與它距離相等且最近的B有　　　　個,它們在空間呈　　　　形狀分布。
答案(1)面心　(2)6　正八面體
解析(1)由原圖可以看出它的化學式為BCA3。當B位于晶胞的體心,C位于晶胞的頂角時,要求化學式不變,則A的位置有兩種可能,即在面心或棱的中點。由題中晶胞結構圖可以看出,在每個B的周圍和它等距離且最近的A有6個(距離為棱長的一半);如果在棱的中點,則和它等距離且最近的A有12個(距離為面對角線的一半),故只有A處于立方體的面心時才與題中晶胞結構圖相符。(2)由題中晶胞結構圖可以看出,在每個B的周圍和它等距離且最近的B有6個,這6個B在空間構成了正八面體。
13.(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結構如圖所示。該氯化物的化學式為　　　　。
(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷。如圖為其晶胞結構示意圖,則每個晶胞中含有B原子的個數為　　　　,該功能陶瓷的化學式為　　　　。
(3)某晶體的晶胞結構如圖所示。該晶體的化學式為　　　　　　　　,在晶體中1個Ti原子、1個Co原子周圍距離最近的O原子數目分別為　　　　、　　　　。
答案(1)CuCl　(2)2　BN
(3)CoTiO3　6　12
解析(1)晶胞中灰球代表的粒子有4個,白球代表的粒子有6×+8×=4個,所以該氯化物的化學式為CuCl。
(2)每個氮化硼晶胞中含有白球表示的原子個數為8×+1=2,灰球表示的原子個數為1+4×=2,所以每個晶胞中含有N原子和B原子各2個;N的電負性大于B,所以該陶瓷的化學式為BN。
(3)每個晶胞中含O的數目為6×=3,含Co的數目為8×=1,含Ti的數目為1,故該晶體的化學式為CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心,其周圍距離最近的O原子位于6個面的中心,所以周圍距離最近的O原子數目為6;Co原子位于晶胞的頂角,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周圍距離最近的O原子數目為12。
14.A、B、C、D為主族元素,A、B、C同周期且原子半徑逐漸減小,A、B原子的最外層電子數之和等于C、D原子的最外層電子數之和。A元素基態原子的最外層電子排布式為nsnnpn,B的氫化物可與其最高價氧化物的水化物反應生成鹽。D元素位于元素周期表中第一長周期,是維持青少年骨骼正常生長發育的重要元素之一,其原子最外層電子數等于最內層電子數。
請回答下列問題。
(1)C元素基態原子的核外電子排布式是　　　　　　　　。
(2)A、B兩元素各有多種氫化物,其電子總數為10的氫化物中沸點最高的是　　　　(填化學式)。
(3)下列晶體結構示意圖(黑點表示陽離子,白點表示陰離子)中能表示C與D形成的離子化合物結構的是　　(填字母“a”或“b”)。
答案(1)1s22s22p5　(2)NH3　(3)b
解析由A元素基態原子的最外層電子排布式為nsnnpn可推知ns軌道已經填滿電子,所以n=2,故A元素原子的核外電子排布式為1s22s22p2,則A為碳元素;由B的氫化物可與其最高價氧化物的水化物反應生成鹽可推知B為氮元素;由D元素位于元素周期表中第一長周期,是維持青少年骨骼正常生長發育的重要元素之一可推知D為鈣元素;由A、B原子的最外層電子數之和等于C、D原子的最外層電子數之和可推知C元素最外層電子數=4+5-2=7,所以與A、B同周期的C為氟元素。A、B形成的氫化物且含有10個電子的分子分別是CH4和NH3,CH4的沸點比NH3的沸點低;C與D形成的離子化合物的化學式是CaF2,a圖中Ca2+和F-的個數比為1∶1,b圖中Ca2+和F-的個數比為1∶2,故b圖表示的是CaF2的結構。

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