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第二单元 离子键 离子晶体
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(每小题5分，共55分)
1．下列叙述错误的是( )
A．带相反电荷离子之间的静电作用称为离子键
B．金属元素与非金属元素化合时，不一定形成离子键
C．某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素结合时所形成的化学键不一定是离子键
D．非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键
解析：离子键是阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键，铝原子与氯原子形成共价键，HX分子中存在共价键，铵盐中存在离子键，故D错。
答案：D
2．下列说法不正确的是( )
A．离子晶体的晶格能越大离子键越强
B．阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多
C．通常阴、阳离子的半径越小、电荷越大，该阴阳离子组成离子化合物的晶格能越大
D．拆开1 mol离子键所需的能量叫该离子晶体的晶格能
解析：晶格能是指气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，晶格能的大小与离子所带电荷和离子的半径有关，即离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，离子键也就越强，A、C正确，D错；在晶体中，正负离子的半径比越大，离子的配位数越多，即阳离子半径越大则同时可吸引阴离子越多，B正确。
答案：D
3．下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3 ⑤熔点－218 ℃，难溶于水
⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A．①⑧ B．②③⑥
C．①④⑦ D．②⑤
解析：离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高，质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中物质熔点达3 900 ℃，硬度很大应是原子晶体，故只有①⑧符合题意。
答案：A
4．下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3
B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr
C．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2
D．硬度：MgO＞CaO＞BaO
解析：由于r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高；r(F－)＜r(Cl－)＜r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小；在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4；r(Mg2＋)＜r(Ca2＋)＜r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。
答案：A
5．下列图象是从某些离子晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断下列图象属于NaCl晶体结构的图象是( )
A．图(1)和图(3) B．图(2)和图(3)
C．只有图(1) D．图(1)和图(4)
解析：由于在氯化钠晶体中，每个钠离子周围同时吸引着最近的等距离的6个氯离子，同样每个氯离子周围同时吸引着最近的等距离的6个钠离子，图(1)符合条件，图(4)中选取其中一个离子，然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子，所以其配位数也是6，符合条件，故选D。
答案：D
6．北京大学和中国科学院的化学工作者已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测知该物质属于离子晶体，其有良好的超导性。下列有关分析正确的是( )
A．K3C60中只含离子键
B．C60与12C互为同素异形体
C．该晶体在熔融状态下能导电
D．K3C60中碳元素显－3价
解析：K3C60中还存在碳碳的共价键，A错；C60是碳单质，12C是碳原子，二者不是同素异形体，B错；离子晶体在熔融状态下能电离出自由移动的阴阳离子而导电，C正确；K3C60中整个C60显－3价，D错。
答案：C
7．某离子晶体晶胞结构如图所示，图中X位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为( )
A．109°28′ B．107°18′
C．90° D．120°
解析：由晶体晶胞结构可知，Y与立方体顶点上的4个X构成一个正四面体，而Y恰在正四面体的中心，所以夹角∠XYX的角度为109°28′。
答案：A
8．NaH是一种离子化合物，它跟水反应的方程式为：NaH＋H2O===NaOH＋H2↑，它也能跟液态氨、乙醇等发生类似的反应，并都产生氢气。下列有关NaH的叙述错误的是( )
A．NaH中氢负离子的最外层有两个电子
B．标准状况下，NaH＋H2O===NaOH＋H2↑中，每生成22.4 L氢气，有1 mol电子转移
C．NaH跟液氨反应时，有NaNH2生成
D．NaH中H－半径比Li＋半径小
解析：H－离子的核外电子排布为
，A正确；由方程式可知H2～e－，故每生成标况下，有1 mol电子转移，B正确；NaH与液氨反应的方程式为NaH＋NH3===NaNH2＋H2↑，C正确；H－和Li＋核外电子层结构相同，核电荷数越大，半径越小，即半径：H－＞Li＋，D错。
答案：D
9．有下列离子晶体的晶胞示意图：
若以M代表阳离子，以N代表阴离子，则各晶体的化学式完全正确的组合是( )
A．①MN ②MN2 ③MN2 ④MN
B．①MN ②MN2 ③MN3 ④MN4
C．①MN2 ②MN2 ③MN2 ④MN
D．①MN ②MN ③MN2 ④MN2
解析：根据晶胞示意图可知，①中M与N个数比为∶＝1∶1，②中M与N个数比为∶＝1∶2，③中M与N个数比为∶1＝1∶2，④中M与N个数比为∶1＝1∶1，故A正确。
答案：A
10．已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为d g/cm3。下列说法中正确的是( )
A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B．其中阴、阳离子的配位数都是4
C．该晶胞可能是NaCl的晶胞
D．该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为 cm
解析：晶胞顶点及面心小球代表的离子R的数目为8×＋6×＝4，晶胞棱边及体心代表的离子L(以下均用这两个符号表示对应位置的离子)的数目为12×＋1＝4，A错误；L离子配位的R离子数目为6，R离子配位的L离子数目为6，B错误；NaCl晶胞也是面心立方晶胞，配位数是6，与图示符合，C正确；设晶胞边长为a cm，两个距离最近的阳离子相当于某一面对角线的一半，即a。上述计算显示晶胞中含有4个RL，其质量为4× g，所以晶体密度为＝d，所以a＝ cm，两个距离最近的阳离子间距为a＝ cm，D错误。
答案：C
11．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，有关说法不正确的是( )
A．该晶体属于离子晶体
B．晶体的化学式为BaO2，所以晶体中阴阳离子个数比1∶2
C．若将晶胞中阴阳离子位置互换，其图形依然可以看作该晶体的晶胞结构图
D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个
解析：钡是活泼金属，氧是活泼非金属，二者形成的氧化物晶体属于离子晶体，A正确；根据晶体结构可知，Ba2＋与含氧阴离子个数比为1∶1，化学式为BaO2，B错；该晶体结构类似NaCl晶体结构，故C、D正确。
答案：B
二、非选择题(共45分)
12．(12分)随着科学技术的发展，阿伏加德罗常数的测定手段越来越多，测定的精度也越来越高。现有一种简单可行的测定方法，具体步骤为：
①将NaCl固体细粒干燥后，准确称取m g NaCl固体细粒并转移到定容仪器A中。
②用滴定管向A仪器中加苯，不断振荡，继续加苯到A仪器的刻度，计算出NaCl固体的体积V cm3。
(1)步骤①中仪器A最好使用________(填序号)
A．量筒 B．烧杯 C．容量瓶 D．试管
(2)步骤②中是用酸式滴定管还是用碱式滴定管__________________，理由是______________________。
(3)能否用水代替苯________，理由是______________________________。
(4)已知NaCl晶体中，靠得最近的Na＋、Cl－间的距离为a cm(如图)，则用上述方法测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为NA＝________mol－1。
解析：(1)根据实验步骤可知，通过仪器A要准确测定NaCl固体的体积，只有容量瓶可以做到。(2)苯是一种有机物，能溶解橡胶，故苯应盛装在酸式滴定管中。(3)由于水能溶解NaCl，无法测定出NaCl固体的体积。(4)靠得最近的Na＋、Cl－间的距离为a cm，则晶胞的棱长为2a cm，晶胞的体积为(2a)3cm3，晶胞的密度ρ＝＝，得NA＝ mol－1。
答案：(1)C (2)酸式滴定管 碱式滴定管的橡胶会溶于苯而变形 (3)不能 水会溶解NaCl，不能测定出NaCl固体的体积 (4)
13．(10分)已知：硅酸盐和石英的晶格能如下表：
硅酸盐矿物和石英
橄榄石
辉石
角闪石
云母
长石
石英
晶格能(kJ/mol)
4 400
4 100
3 800
3 800
2 400
2 600
回答下列问题：
(1)橄榄石和云母晶出的顺序是_______________________________。
(2)石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)推测云母和橄榄石的熔点顺序为______________，硬度大小为______________________________________________________________。
解析：晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶，即晶格能越大，对应的岩浆越先晶出。
答案：(1)橄榄石先于云母晶出
(2)主要是它的晶格能较大；其次是它在岩浆中不容易达到饱和。只有当各种金属离子以硅酸盐形式析出后，石英的浓度才达到饱和
(3)橄榄石＞云母 橄榄石＞云母
14．(10分)(2019·全国卷Ⅱ，节选)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
化学式可知，一个晶胞的质量为 g，一个晶胞的体积为a2c×10－30 cm3，则密度ρ＝ g·cm－3。根据原子1的坐标，可知原子2和3的坐标分别为，。
答案：SmFeAsO1－xFx
15．(13分)晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单元称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。测知FexO晶体密度为ρ＝5.71 g·cm－3，晶胞边长为4.28×10－10 m。
(1)FexO中x值为________(精确至0.01)。
(2)晶体中的Fen＋分别为Fe2＋、Fe3＋，在Fe2＋和Fe3＋的总数中，Fe2＋所占分数为________(用小数表示，精确至0.001)。
(3)此晶体的化学式为________。
(4)与某个Fe2＋(或Fe3＋)距离最近且等距离的O2－围成的空间几何形状是________。
(5)在晶体中，铁元素的离子间最短距离为________。
解析：(1)FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，则一个晶胞中含有4个FexO，
所以一个FexO晶胞的质量m＝ g，
而一个FexO晶胞的体积V＝a3＝(4.28×10－8)3 cm3，则ρ＝＝ g·cm－3＝5.71 g·cm－3，解得x≈0.92。
(2)设O2－的数目为100，Fe2＋的数目为y，则Fe3＋的数目为92－y。根据电荷守恒可知：2y＋3×(92－y)＝2×100，解得y＝76，故在Fe2＋和Fe3＋的总数中，Fe2＋所占的分数为≈0.826。
(3)晶体中Fe2＋与O2－的个数比为0.76，Fe3＋与O2－的个数比为0.92－0.76＝0.16，由此得出晶体的化学式为FeFeO。
(4)由晶体结构可以看出，若将立方体体心位置的小球当作Fe2＋(或Fe3＋)时，距离它最近且等距离的O2－分布在Fe2＋(或Fe3＋)的正前、正后、正左、正右、正上、正下方的位置上，形成了一个正八面体。
(5)由晶体结构可以看出，铁元素的离子间的最短距离为a＝×4.28×10－10 m≈3.03×10－10 m＝3.03×10－8 cm。
答案：(1)0.92
(2)0.826
(3)FeFeO
(4)正八面体
(5)3.03×10－10 m或3.03×10－8 cm
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