2019届一轮复习人教版晶体结构与性质学案

2019届一轮复习人教版晶体结构与性质学案

考点一　晶体和晶胞 1．晶体与非晶体的特征 (1)晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 结构特征 结构粒子周期性有序排列 结构粒子无序排列 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 性质 特征 异同表现 各向异性 各向同性 间接方法：测定其是否有固定的熔点 二者区别方法 科学方法：对固体进行X­射线衍射实验 (2)获得晶体的三条途径 ①熔融态物质凝固。 ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 ③溶质从溶液中析出。 2．晶胞 (1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 (2)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 (3)晶胞中粒子数目的计算——均摊法 如某个粒子为 n 个晶胞所共有，则该粒子有1 n属于这个晶胞。 命题点(一)　晶胞中微粒数目的计算 1．(2017·江苏高考)某 FexNy 的晶胞如图 1 所示，Cu 可以完全替代该晶体中 a 位置 Fe 或 者 b 位置 Fe，形成 Cu 替代型产物 Fe(x－n)CunNy。FexNy 转化为两种 Cu 替代型产物的能量变 化如图 2 所示，其中更稳定的 Cu 替代型产物的化学式为________________。 解析：能量越低越稳定，从图 2 知，Cu 替代 a 位置 Fe 型晶胞更稳定，其晶胞中 Cu 位 于 8 个顶点，N(Cu)＝8×1 8＝1，Fe 位于面心，N(Fe)＝6×1 2＝3，N 位于体心，N(N)＝1，其 化学式为 Fe3CuN。 答案：Fe3CuN 2．(2013·江苏高考)Zn 与 S 所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。 (1)在 1 个晶胞中，Zn 离子的数目为________。 (2)该化合物的化学式为________。 解析：(1)从晶胞图分析，含有 Zn 离子为 8×1 8＋6×1 2＝4。(2)S 为 4 个，所以化合物中 Zn 与 S 数目之比为 1∶1，则化学式为 ZnS。 答案：(1)4　(2)ZnS 命题点(二)　晶体密度及微粒间距离的计算 3．(2017·全国卷Ⅰ)(1)KIO3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料， 具有钙钛矿型的立方结构，边长为 a＝0.446 nm，晶胞中 K、I、O 分别 处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K 与 O 间的最短距离为______ nm，与 K 紧邻的 O 个数为___________________________。 (2)在 KIO3 晶胞结构的另一种表示中，I 处于各顶角位置，则 K 处于________位置，O 处于________位置。 解析：(1)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即 2 2 ×0.446 nm≈0.315 nm。由 于 K、O 分别位于晶胞的顶角和面心，所以与钾紧邻的氧原子有 12 个。(2)想象 4 个晶胞紧 密堆积，则 I 处于顶角，O 处于棱心，K 处于体心。 答案：(1)0.315　12　(2)体心　棱心 4．(2017·全国卷Ⅲ)MgO 具有 NaCl 型结构(如图)，其中阴离子采 用面心立方最密堆积方式，X 射线衍射实验测得 MgO 的晶胞参数为 a＝0.420 nm，则 r(O2－)为________ nm。MnO 也属于 NaCl 型结构， 晶胞参数为 a′＝0.448 nm，则 r(Mn2＋)为________ nm。 解析：因为 O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是 O2－半径的 4 倍，则 有 [4r(O2－)]2＝2a2，解得 r(O2－)＝ 2 4 ×0.420 nm≈0.148 nm；MnO 也属于 NaCl 型结构， 根据晶胞的结构可得 2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得 r(Mn2＋)＝0.076 nm。 答案：0.148　0.076 5.(2016·全国卷Ⅱ)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 (1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。 (2) 若 合 金 的 密 度 为 d g·cm － 3 ， 晶 胞 参 数 a ＝ ______________________nm。 解析：(1)由晶胞结构图可知，Ni 原子处于立方晶胞的顶点，Cu 原子处于立方晶胞的面 心，根据均摊法，每个晶胞中含有 Cu 原子的个数为 6×1 2＝3，含有 Ni 原子的个数为 8×1 8＝ 1，故晶胞中 Cu 原子与 Ni 原子的数量比为 3∶1。 (2)根据 m＝ρV 可得，1 mol 晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a 3×d g·cm －3×NA，则 a＝ [ 251 6.02 × 1023 × d]1 3cm＝[ 251 6.02 × 1023 × d]1 3×107 nm。 答案：(1)3∶1　(2)[ 251 6.02 × 1023 × d]1 3×107 6．(2015·全国卷Ⅱ)O 和 Na 能够形成化合物 F，其晶胞结构如图所示， 晶胞参数 a＝0.566 nm，F 的化学式为________；晶胞中 O 原子的配位数 为____________；列式计算晶体 F 的密度(g·cm －3)________________。　　　　　 解析：O2－半径大于 Na＋半径，由 F 的晶胞结构可知，大球代表 O2 －，小球代表 Na＋，每个晶胞中含有 O2－个数为 8×1 8＋6×1 2＝4，含有 Na＋个数为 8，故 O2 －、Na＋离子个数之比为 4∶8＝1∶2，从而推知 F 的化学式为 Na2O。由晶胞结构可知，每 个 O 原子周围有 8 个 Na 原子，故 O 原子的配位数为 8。晶胞参数 a＝0.566 nm＝0.566×10－ 7 cm ， 则 晶 胞 的 体 积 为 (0.566×10 － 7 cm)3 ， 从 而 可 知 晶 体 F 的 密 度 为 4 × 62 g·mol－1 (0.566 × 10－7cm)3 × 6.02 × 1023 mol－1 ＝2.27 g·cm－3。 答案：Na2O　8　 4 × 62 g·mol－1 (0.566 × 10－7cm)3 × 6.02 × 1023mol－1 ＝2.27 g·cm－3 1．(2018·漳州模拟)某物质的晶体中含有 A、B、C 三种元素，其排列 方式如图所示(其中前后两面面心中的 B 元素的原子未能画出)。则晶体中 A、 B、C 的原子个数比为(　　) A．1∶3∶1　　　　　　 　B．2∶3∶1 C．2∶2∶1 D．1∶3∶3 解析：选 A　利用均摊法计算。据图知，该正方体中 A 原子个数＝8×1 8＝1，B 原子个 数＝6×1 2＝3，C 原子个数＝1，所以晶体中 A、B、C 的原子个数比为 1∶3∶1。 2．(2018·赣州模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图 所示。A 为阴离子，在正方体内，B 为阳离子，分别在顶点和面心， 则该晶体的化学式为(　　) A．B2A B．BA2 C．B7A4 D．B4A7 解析：选 B　A 在正方体内，晶胞中的 8 个 A 离子完全被这 1 个晶胞占有；B 分别在顶 点和面心，顶点上的离子被 1 个晶胞占有1 8，面心上的离子被 1 个晶胞占有1 2，所以 1 个晶胞 实际占有的 B 离子为 8×1 8＋6×1 2＝4，则该晶体的化学式为 BA2。 3．Ni 和 La 的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点， 在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 (1)该晶体的化学式为____________。 (2)已知该合金的摩尔质量为 M g·mol－1，密度为 d g·cm－3，设 NA 为阿伏加德罗常数的 值，则该晶胞的体积是______cm3(用含 M、d、NA 的代数式表示)。 (3)该晶体的内部具有空隙，且每个晶胞的空隙中储存 6 个氢原子时比较稳定。已知：a＝ 511 pm ， c ＝ 397 pm ； 标 准 状 况 下 氢 气 的 密 度 为 8.98×10 － 5 g·cm － 3 ； 储 氢 能 力 ＝ 储氢后氢气的密度 标准状况下氢气的密度。若忽略储氢前后晶胞的体积变化，则该储氢材料的储氢能力为 ________。 解析：(1)由晶胞结构图可知，1 个晶胞中 La 的原子个数为 8×1 8＝1，Ni 的原子个数为 8× 1 2＋1＝5，则该晶体的化学式为 LaNi5。(2)1 个晶胞的质量 m＝M NA，由 V＝m ρ可知 1 个晶胞中 的 体 积 V ＝ M NA·d cm3 。 (3)LaNi5 合 金 储 氢 后 氢 气 的 密 度 ρ ＝ m(晶胞中的H) V(晶胞) ＝ 1 × 6 NA × (511 × 10－10)2 × sin 60° × (397 × 10－10) g·cm－3≈0.111 g·cm－3，由定义式可知， 储氢能力＝ 0.111 8.98 × 10－5≈1 236。 答案：(1)LaNi5　(2) M NA·d　(3)1 236 4．现有某第四周期过渡金属元素 A，其基态原子排布中有四个未成对电子，由此元素 可构成固体 X。 (1)区分固体 X 为晶体或非晶体的方法为________。若此固体结构如图甲、乙所示，则 按甲虚线方向切乙得到的 A～D 图中正确的是________。 (2) 写 出 A 的 基 态 电 子 排 布 式 ： ____________ ， A2 ＋ 的 价 层 电 子 排 布 图 是 __________________。 (3)A 可与 CO 反应生成 A(CO)5，常压下熔点为－20.3 ℃，沸点为 103.6 ℃，试推测：该 晶体类型是____________。 (4)A 可与另两种元素 B、C 构成某种化合物，B、C 的外围电子排布分别为 3d104s1、3s23p4， 其晶胞如图所示，则其化学式为________。该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根 据图中所示的数据列式计算该晶体的密度 d＝________g·cm－3。(保留两位小数) 解析：(1)根据题干信息可知元素 A 为 Fe。甲中 Fe 位于顶点和体心，乙由 8 个甲组成， 按甲虚线方向切乙形成的截面是长方形，则排除 B、D，由于甲的体心含有 1 个 Fe 原子，则 A 图符合题意。(4)根据 B、C 的外围电子排布可判断 B 为 Cu、C 为 S。该晶胞中，Fe 原子 有 6 个位于面上、4 个位于棱上，个数为 4×1 4＋6×1 2＝4，Cu 原子有 4 个位于面上、1 个位 于体内、8 个位于顶点，个数为 8×1 8＋4×1 2＋1＝4，S 原子数为 8。晶体中 N(Cu)∶N(Fe)∶N(S) ＝ 4∶4∶8 ＝ 1∶1∶2 ， 故 该 晶 体 的 化 学 式 为 CuFeS2 。 晶 胞 质 量 ＝ (64＋56＋32 × 2)g·mol－1 × 4 6.02 × 1023 mol－1 ，晶胞体积＝(524×10－10cm)2×1 030×10－10 cm，故该晶体 的密度 d＝ (64＋56＋32 × 2)g·mol－1 × 4 6.02 × 1023 mol－1 (524 × 10－10cm)2 × 1 030 × 10－10cm ＝4.32 g·cm－3。 答案：(1)X­射线衍射　A (2)1s22s22p63s23p63d64s2 (3)分子晶体　(4)CuFeS2　4.32 [规律方法] 1．“均摊法”突破晶胞组成的计算 (1)原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被 n 个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个 粒子分得的份额就是1 n。 (2)方法：①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 ②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成 六边形，其顶点(1 个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占1 3，那么一个六边 形实际有 6×1 3＝2 个碳原子。又如，在六棱柱晶胞(如图中所示的 MgB2 晶胞)中， 顶点上的原子为 6 个晶胞(同层 3 个，上层或下层 3 个)共有，面上的原子为 2 个晶胞共有，因 此镁原子个数为 12×1 6＋2×1 2＝3，硼原子个数为 6。 2．晶体粒子与 M、ρ(晶体密度，g·cm－3)之间的关系 若 1 个晶胞中含有 x 个微粒，则 1 mol 该晶胞中含有 x mol 微粒，其质量为 xM g；又 1 个晶胞的质量为 ρa3 g(a3 为晶胞的体积，单位为 cm3)，则 1 mol 晶胞的质量为 ρa3NA g，因此 有 xM＝ρa3NA。 考点二　常见晶体的结构与性质 1．四种晶体类型的结构与性质 晶体类型 比较项目 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 分子 原子 金属阳离子、自由 阴、阳离子 电子 粒子间的相互作用 力 范德华力(某些含 氢键) 共价键 金属键 离子键 硬度 较小 很大 有的很大，有的很 小 较大 熔、沸点 较低 很高 有的很高，有的很 低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于任何溶 剂 常见溶剂难溶 大多易溶 于水等极 性溶剂 导电、传热性 一般不导电，溶于 水后有的导电 一般不具有导 电性 电和热的良导体 晶体不导 电，水溶液 或熔融态 导电 物质类别及实例 大多数非金属单 质、气态氢化物、 酸、非金属氧化物 (SiO2 除外)、绝大 多数有机物(有机 盐除外) 部分非金属单 质(如金刚石、 硅、晶体硼)， 部分非金属化 合物(如 SiC、 SiO2) 金属单质与合金 (如 Na、Al、Fe、 青铜) 金属氧化 物(如 Na2O)、强 碱(如 KOH)、绝 大部分盐 (如 NaCl) 2．典型晶体的结构 晶体 晶体结构 晶体详解 原子晶 体 金刚石 (1)每个碳与相邻4 个碳以共价键结 合，形成正四面体结构 (2)键角均为 109°28′ (3)最小碳环由6 个 C 组成且六原子 不在同一平面内 (4)每个 C 参与 4 条 C—C 键的形成，C 原子数与 C—C 键数之比为 1∶2 SiO2 (1)每个 Si 与4 个 O 以共价键结合， 形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有 1 个 Si,4 个“1 2O”， N(Si)∶N(O)＝1∶2 (3)最小环上有12 个原子，即 6 个 O,6 个 Si 分子晶 体 干冰 (1)8 个 CO2 分子构成立方体且在 6 个 面心又各占据 1 个 CO2 分子 (2)每个 CO2 分子周围等距紧邻的 CO2 分子有12 个 NaCl (型) (1)每个 Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的 Cl －(Na＋)有 6 个。每个 Na＋周围等距且紧 邻的 Na＋有12 个 (2)每个晶胞中含 4 个 Na＋ 和 4 个 Cl－ 离子晶 体 CsCl (型) (1)每个 Cs＋周围等距且紧邻的 Cl－有□12 8 个，每个 Cs＋(Cl－)周围等距且紧 邻的 Cs＋(Cl－)有 6 个 (2)如图为 8 个晶胞，每个晶胞中含 1 个 Cs＋、1 个 Cl－ 简单立方 堆积 典型代表 Po，配位数为6 ，空间利 用率 52% 面心立方 最密堆积 又称为 A1 型或铜型，典型代表 Cu、 Ag、Au，配位数为12 ，空间利用率 74% 金属晶 体 体心立方 堆积 又称为 A2 型或钾型，典型代表 Na、K、 Fe，配位数为8 ，空间利用率 68% 六方最密 堆积 又称为 A3 型或镁型，典型代表 Mg、Zn、 Ti，配位数为12 ，空间利用率 74% 3．离子晶体的晶格能 (1)概念 气态离子形成 1 摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位为 kJ·mol－1。 (2)影响因素 ①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大 。 ②离子的半径：离子的半径越小 ，晶格能越大。 (3)与离子晶体性质的关系 晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大 。 1．(2017·全国卷Ⅰ)K 和 Cr 属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属 K 的 熔点、沸点等都比金属 Cr 低，原因是______________________________________________。 答案：K 原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱 2．(2015·全国卷Ⅰ)(1)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO) 5，该化合物的熔点为 253 K，沸点 为 376 K，其固体属于________晶体。 (2)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： ①在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接________个六元环，每个六元环占有________个 C 原子。 ②在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接________个六 元环，六元环中最多有________个 C 原子在同一平面。 解析：(1)因 Fe(CO)5 熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。 (2)①由石墨烯的结构可知，每个 C 原子连接 3 个六元环，每个六元环占有的 C 原子数 为1 3×6＝2。 ②由金刚石的结构可知，每个 C 可参与形成 4 条 C—C 键，其中任意两条边(共价键)可 以构成 2 个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有 6 组，6×2＝12。因 此每个 C 原子连接 12 个六元环。六元环中 C 原子采取 sp3 杂化，为空间六边形结构，最多 有 4 个 C 原子位于同一平面。 答案：(1)分子 (2)①3　2　②12　4 3．(2014·海南高考)碳元素的单质有多种形式，如图依次是 C60、石墨和金刚石的结构图： 回答下列问题： (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。 (3)C60 属于________晶体，石墨属于________晶体。 (4)石墨晶体中，层内 C—C 键的键长为 142 pm，而金刚石中 C—C 键的键长为 154 pm。 其原因是金刚石中只存在 C—C 间的________共价键，而石墨层内的 C—C 间不仅存在 ________共价键，还有________键。 (5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为 r，金刚石晶胞的边长为 a，根 据 硬 球 接 触 模 型 ， 则 r ＝ ______a ， 列 式 表 示 碳 原 子 在 晶 胞 中 的 空 间 占 有 率 _______________________________________________(不要求计算结果)。 解析：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互称为同素异 形体。 (2)金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成 4 个共价单键，C 原子采取 sp3 杂化方式；石 墨中的碳原子用 sp2 杂化轨道与相邻的三个碳原子以 σ 键结合。 (3)C60 中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与 层之间以范德华力结合，所以石墨属于混合晶体。 (4)在金刚石中只存在 C—C 之间的 σ 键；石墨层内的 C—C 之间不仅存在 σ 键，还存在 π 键。 (5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有 4 个 C 原子，面心上有 6 个 C 原子，顶点有 8 个 C 原子，晶胞中 C 原子数目为 4＋6×1 2＋8×1 8＝8；若 C 原子半径为 r，金刚石的边长为 a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的1 4就是 C—C 键的键长，即 3 4 a＝2r，所以 r＝ 3 8 a，碳原子在晶胞中的空间占有率 w＝ 8 × 4 3πr3 a3 ＝ 8 × 4 3π × ( 3 8 a )3 a3 ＝ 3π 16 。 答案：(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合 (4)σ　σ　π(或大 π 或 p­p π)　(5)8　 3 8 　 8 × 4 3πr3 a3 ＝ 3π 16 题点(一)　晶体结构及类型判断 1．(2018·宜昌模拟)下列说法正确的是(　　) A．钛和钾都采取图 1 的堆积方式 B．图 2 为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简 单立方堆积 C．图 3 是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为 a cm，则在每个 CO2 周围最近且等距离的 CO2 有 8 个 D．图 4 是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取 ABCABC…堆 积的结果 解析：选 D　图 1 表示的堆积方式为 A3 型紧密堆积，K 采用 A2 型密堆积，A 错误；B 在二维空间里的非密置层放置，在三维空间堆积形成 A2 型密堆积，得到体心立方堆积，B 错 误；干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为 12，即每个 CO2 周围距离相等的 CO2 分 子有 12 个，C 错误；该晶胞类型为面心立方，则为 A1 型密堆积，金属原子在三维空间里密 置层采取 ABCABC 堆积，D 正确。 2．有 A、B、C 三种晶体，分别由 H、C、Na、Cl 四种元素中的一种或几种组成，对这 三种晶体进行实验，结果如表： 熔点/℃ 硬度 水溶性 导电性 水溶液与 Ag＋反应 A 811 较大 易溶 水溶液或 熔融导电 白色沉淀 B 3 500 很大 不溶 不导电 不反应 C －114.2 很小 易溶 液态不导电 白色沉淀 (1)晶体的化学式分别为 A______、B______、C______。 (2)晶体的类型分别是 A______、B______、C______。 (3)晶体中微粒间作用力分别是 A______、B______、C________。 解析：根据所述 A、B、C 晶体的性质可知，A 为离子晶体，只能为 NaCl，微粒间的作 用力为离子键；B 应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C 应为分子晶 体，且易溶，只能为 HCl，微粒间的作用力为范德华力。 答案：(1)NaCl　C　HCl (2)离子晶体　原子晶体　分子晶体 (3)离子键　共价键　范德华力 3．(1)氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为____________和____________。 (2)NF3 可由 NH3 和 F2 在 Cu 催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2 =====Cu NF3＋ 3NH4F。所列化学方程式中的 5 种物质所属的晶体类型有________(填字母)。 a．离子晶体　　　　　　 　B．分子晶体 c．原子晶体 D．金属晶体 答案：(1)分子晶体　离子晶体　(2)abd [规律方法] “五依据”突破晶体类型判断 1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断 ①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。②原子晶体的构成粒子 是原子，粒子间的作用是共价键。③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为范德华力 或氢键。④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。 2．依据物质的类别判断 ①金属氧化物(如 K2O、Na2O2 等)、强碱(如 NaOH、KOH 等)和绝大多数的盐类是离子 晶体。②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧 化物(SiO2 除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。③常见的原子晶体单质有金 刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金属单质(常温 汞除外)与合金是金属晶体。 3．依据晶体的熔点判断 ①离子晶体的熔点较高，常在数百至 1 000 余度。②原子晶体熔点高，常在 1 000 度至 几千度。③分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度。④金属晶体多数熔点高，但也有 相当低的。 4．依据导电性判断 ①离子晶体水溶液及熔化时能导电。②原子晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体， 而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由 离子也能导电。④金属晶体是电的良导体。 5．依据硬度和机械性能判断 ①离子晶体硬度较大或硬而脆。②原子晶体硬度大。③分子晶体硬度小且较脆。④金属 晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。 题点(二)　晶体熔、沸点高低的比较及应用 4．(2018·乌鲁木齐模拟)下面的排序不正确的是(　　) A．熔点由高到低：Na＞Mg＞Al B．硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅 C．晶体熔点由低到高：CO、KCl、SiO2 D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI 解析：选 A　A 项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为 Al ＞Mg＞Na，错误；B 项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长 C—C＜C—Si＜Si—Si， 则硬度由大到小为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，正确；C 项，一般情况下，分子晶体的熔点小 于离子晶体的熔点，离子晶体的熔点小于原子晶体的熔点，CO(分子晶体)、KCl(离子晶体)、 SiO2(原子晶体)，正确；D 项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、 I 的离子半径由小到大，则晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，正确。 5．下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是(　　) A．金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅 B．CI4＞CBr4＞CCl4>CH4 C．MgO＞H2O＞N2＞O2 D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠 解析：选 B　原子晶体中共价键的键长越短，键能越大，熔沸点越高，则熔沸点为金刚 石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅，A 错误；结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸 点越高，则熔沸点为 CI4>CBr4>CCl4>CH4，B 正确；离子晶体的熔沸点大于分子晶体，水中 含有氢键，沸点比氮气、氧气的高，则熔沸点为 MgO＞H2O＞O2＞N2，C 错误；熔沸点一般 为原子晶体＞金属晶体，合金的熔点比纯金属的低，则熔沸点为金刚石＞纯铁＞生铁＞钠，D 错误。 [规律方法] “两角度”比较晶体熔、沸点的高低 1．不同类型晶体熔、沸点的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 (2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 2．同种类型晶体熔、沸点的比较 (1)原子晶体 原子半径越小、键长越短、键能越大，物质的熔、沸点越高，如熔点：金刚石＞碳化硅 ＞硅。 (2)离子晶体 一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点 越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。 (3)分子晶体 ①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。 如 H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如 SnH4＞GeH4＞SiH4 ＞CH4。 ③组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越 高，如 CH3Cl＞CH3CH3。 ④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 如正戊烷>异戊烷>新戊烷 (4)金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、 沸点：Na＜Mg＜Al。 [综合演练提能]　 [课堂巩固练] 1．下列对各组物质性质的比较中，正确的是(　　) A．硬度：Li＞Na＞K B．熔沸点：H2O>H2S>H2Se C．第一电离能：Na＜Mg＜Al D．空间利用率：六方最密堆积(镁型)＜面心立方最密堆积(铜型)＜体心立方堆积(钾型) 解析：选 A　A 项，碱金属中，单质的硬度随着对应原子原子序数的增大而减小，所以 硬度 Li>Na>K，正确；B 项，H2O 分子间含有氢键，熔沸点最高，H2Se 与 H2S 的熔沸点高 低取决于分子间作用力的大小，相对分子质量越大，熔沸点越高，则 H2Se>H2S，错误；C 项，同一周期，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA 族、ⅤA 族元 素第一电离能大于相邻元素，则第一电离能 Mg>Al>Na，错误；D 项，空间利用率六方最密 堆积为 74%、面心立方最密堆积为 74%、体心立方堆积为 68%、简单立方堆积为 52%，所 以空间利用率：六方最密堆积＝面心立方最密堆积>体心立方堆积，错误。 2．下列有关晶体结构的叙述中，错误的是(　　) A．金刚石的网状结构中，最小的环上有 6 个碳原子 B．分子晶体熔化时，不破坏共价键；原子晶体熔化时，破坏共价键 C．在金属铜的晶体中，由于存在自由电子，因此铜能导电 D．在氯化铯晶体中，每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有 8 个 解析：选 D　A 项，根据金刚石的晶胞结构图 ，可以看出最小的环上有 6 个碳 原子，不符合题意；B 项，分子晶体熔化时只是状态发生变化，没有化学键的断裂，所以只 破坏分子间作用力，原子晶体的构成微粒是原子，熔化时化学键被破坏，不符合题意；C 项， 金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，在通电条件下，电子能定向移动，所以铜能导 电，不符合题意；D 项，氯化铯晶胞如图所示 ，由图知，每个氯离子周围最 近且距离相等的氯离子有 6 个，符合题意。 3．(2018·贵阳模拟)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积(镁型)、面心 立方堆积(铜型)和体心立方堆积(钾型)，图 a、b、c 分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金 属原子个数比为(　　 ) A．11∶8∶4　　　　　　　　 　B．3∶2∶1 C．9∶8∶4 D．21∶14∶9 解析：选 B　a 中原子个数＝12×1 6＋2×1 2＋3＝6，b 中原子个数＝8×1 8＋6×1 2＝4，c 中 原子个数＝1＋8×1 8＝2，所以其原子个数比是 6∶4∶2＝3∶2∶1。 4．如图是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构图中分割出来的部分结构图，判断 NaCl 的晶体结 构图像是图中的_________________________________________________(填序号)。 解析：由于在 NaCl 晶体中，每个 Na＋周围同时吸引着最近且距离相等的 6 个 Cl－，同 样每个 Cl－周围同时吸引着最近且距离相等的 6 个 Na＋，图②中符合条件，图③中选取其中 一个离子，也得到 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，故符合 条件。 答案：②③ 5．(2018·佛山质检)有些食物中铁元素含量非常丰富，其中非血红素铁是其存在形式之 一，主要是三价铁与蛋白质和羧酸结合成络合物。 (1)Fe3＋的电子排布式为____________________。 (2)金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成，单质铁中铁原子采用钾型模式堆积， 原子空间利用率为 68%，铁原子的配位数为______________。 (3)乙醛能被氧化剂氧化为乙酸，乙醛中碳原子的轨道杂化类型是______________；1 mol 乙醛分子中含有的 σ 键的数目为____________________。 (4)FeO 晶体结构如图所示，FeO 晶体中 Fe2＋的配位数为______。若该晶胞边 长为 b cm，则该晶体的密度为______________________________g·cm－3。 解析：(1)Fe 的原子序数为 26，核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2， 故 Fe3＋的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5 或[Ar]3d5。(2)钾型堆积为体心立方堆积，故 Fe 的配位数为 8。(3)CH3CHO 中甲基碳原子为 sp3 杂化，而醛基碳原子为 sp2 杂化。CH3CHO 的结构式为 单键为 σ 键，1 个双键中含 1 个 σ 键、1 个 π 键，故 1 mol CH3CHO 中含有 6 mol σ 键。(4)该晶胞中 Fe2＋周围最近等距离的 O2－有 6 个，则 Fe2＋的配 位数为 6。该晶胞中含有 4 个 Fe2＋、4 个 O2－，则晶体密度为 (56＋16) × 4 NA g (b cm)3 ＝ 288 b3·NA g·cm－ 3。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d5 或[Ar]3d5　(2)8 (3)sp2、sp3　6×6.02×1023 或 6NA　(4)6　 288 b3NA 6．A、B、C、D、E 代表前四周期原子序数依次增大的五种元素。A、D 同主族且有两 种常见化合物 DA2 和 DA3；工业上电解熔融 C2A3 制取单质 C；B、E 除最外层均只有 2 个电 子外，其余各层全充满，E 位于元素周期表的 ds 区。回答下列问题： (1)B 、 C 中 第 一 电 离 能 较 大 的 是 ________ ， 基 态 D 原 子 价 电 子 的 轨 道 表 达 式 为 ________________________。 (2)DA2 分子的 VSEPR 模型是____________。H 2A 比 H2D 熔沸点高得多的原因是 ________________。 (3)实验测得 C 与氯元素形成的化合物的实际组成为 C2Cl6，其球棍模 型如图所示。已知 C2Cl6 在加热时易升华，与过量的 NaOH 溶液反应可生 成 Na[C(OH)4]。 ①C2Cl6 属于________(填晶体类型)晶体，其中 C 原子的杂化轨道类型为________杂化。 ②[C(OH)4]－中存在的化学键有__________________________________________。 (4) 工 业 上 制 备 B 的 单 质 是 电 解 熔 融 B 的 氯 化 物 ， 而 不 是 电 解 BA ， 原 因 是 ________________________________________________________________________。 (5)B、C 的氟化物晶格能分别是 2 957 kJ·mol－1、5 492 kJ·mol－1，二者相差很大的原因 是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)D 与 E 所形成化合物晶体的晶胞如图所示 。 ①在该晶胞中，E 的配位数为________。 ②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数 a 为 (0,0,0)；b 为(1 2，0，1 2)；c 为(1 2，1 2，0)。则 d 的坐标参数为________。 ③已知该晶胞的密度为 ρ g·cm－3，则其中两个 D 原子之间的距离为________pm。(列出 计算式即可) 解析：根据题给信息，可以推出 A 为 O，B 为 Mg，C 为 Al，D 为 S，E 为 Zn。(1)同周 期主族元素从左到右第一电离能逐渐增大，但由于 Mg 原子 3s 轨道上电子全充满，比较稳定， 故第一电离能：Mg>Al。基态 S 原子的价电子数为 6，其轨道表达式为 (2)SO2 中 S 有 1 对孤对电子，价层电子对数为 3，故其 VSEPR 模型是平面三角形。由于 H2O 分子 间存在氢键，故其熔沸点比 H2S 高。(3)①由题意知，Al2Cl6 的沸点低，属于分子晶体。Al 无孤电子对，杂化轨道数为 4，故其杂化类型为 sp3。②[Al(OH)4]－中存在极性共价键和配 位键。(5)晶格能大小与离子所带电荷及离子半径有关，由于 Al3＋比 Mg2＋电荷高、半径小， 故 AlF3 的晶格能比 MgCl2 大得多。(6)①该晶胞中 E 的个数为 8×1 8＋6×1 2＝4，D 的个数为 4，故 E、D 的配位数相同，根据 D 的配位数为 4，可知 E 的配位数为 4。②根据 d 的位置， 可知其坐标参数为(1，1 2，1 2)。③根据 D 原子的位置可知，两个 D 原子之间的距离为晶胞边 长的 2 2 ，设晶胞边长为 a pm，则该晶胞的质量为65 × 4＋32 × 4 NA g＝ρ g·cm－3×(a×10－10 cm)3，解得 a＝3 4 × 97 ρNA ×1010，故两个 D 原子之间的距离为 2 2 × 3 4 × 97 ρNA ×1010 pm。 答案：(1)镁(或 Mg)　 (2)平面三角形　H2O 分子间存在氢键 (3)①分子　sp3　②极性共价键、配位键(或共价键、配位键) (4)熔融 MgCl2 能导电，可电解；MgO 熔点高，电解熔融 MgO 能耗大 (5)Al3＋比 Mg2＋电荷高、半径小 (6)①4　②(1，1 2，1 2)　③ 2 2 × 3 4 × 97 ρNA ×1010 [课下提能练] 1．下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是(　　) A．分子晶体中一定含有共价键 B．原子晶体中共价键越强，熔点越高 C．离子晶体中含有离子键，不含有共价键 D．金属阳离子只能存在于离子晶体中 解析：选 B　稀有气体晶体为分子晶体，不含共价键，A 项错误；原子晶体中共价键越 强，熔点越高， B 项正确；离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，C 项错误；金属 阳离子也可以存在于金属晶体中，D 项错误。 2．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　) ①SiO2 和 SO3　 　②晶体硼和 HCl　　③CO2 和 SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘 A．①②③　　　　　　 　B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤ 解析：选 C　属于分子晶体的有 SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘， 属于原子晶体的有 SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石，但晶体氖是由稀有气体分子构成的，分 子间不存在化学键。 3．(2018·仙桃模拟)下面有关晶体的叙述中，错误的是(　　) A．白磷晶体中，分子之间通过共价键结合 B．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有 6 个碳原子 C．在 NaCl 晶体中每个 Na＋(或 Cl－)周围都紧邻 6 个 Cl－(或 Na＋) D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，化学键不被破坏 解析：选 A　A 项，白磷晶体为分子晶体，分子之间通过范德华力结合，错误；B 项， 金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有 6 个碳原子，正确；C 项，在 NaCl 晶 体中每个 Na＋(或 Cl－)周围都紧邻 6 个 Cl－(或 Na＋)，正确；D 项，离子晶体在熔化时，离子 键被破坏，而分子晶体熔化时，分子间作用力被破坏，化学键不被破坏，正确。 4．(2018·西安模拟)有下列离子晶体空间结构示意图： 为阳离子， 为阴离子。以 M 代 表阳离子，N 代表阴离子，化学式为 MN2 的晶体结构为(　　) 解析：选 B　A 项，阳离子数目为 8×1 8＋6×1 2＝4，阴离子数目为 1，阳离子和阴离子的 比为 4∶1，化学式为 M4N，错误；B 项，阳离子数目为 4×1 8＝1 2，阴离子数目为 1，阳离子 和阴离子的比为1 2∶1＝1∶2，化学式为 MN2，正确；C 项，阳离子数目为 3×1 8＝3 8，阴离子 数目为 1，阳离子和阴离子的比为3 8∶1＝3∶8，化学式为 M3N8，错误；D 项，阳离子数目为 8×1 8＝1，阴离子数目为 1，阳离子和阴离子的比为 1∶1，化学式为 MN，错误。 5．(2018·邢台模拟)某晶体的一部分如图所示，这种晶体中 A、B、C 三 种粒子数之比是(　　) A．3∶9∶4　　　　　 　 　B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 解析：选 B　A 粒子数为 6×1 12＝1 2，B 粒子数为 6×1 4＋3×1 6＝2，C 粒子数为 1，A、B、 C 粒子数之比为1 2∶2∶1＝1∶4∶2。 6．(2018·太原模拟)硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最 高记录。如图是该化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱 的上下面还各有一个镁原子；6 个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化 学式可表示为(　　) A．MgB B．Mg3B2 C．MgB2 D．Mg2B3 解析：选 B　根据晶体结构单元可知，在六棱柱顶点上的镁原子被 6 个六棱柱共用，在 上下底面上的镁原子被两个六棱柱共用，晶胞中 Mg 原子的个数为 2×1 2＋2×6×1 6＝3，B 原 子的个数为 6×1 3＝2，N(Mg)∶N(B)＝3∶2，化学式为 Mg3B2。 7．(2018·信阳模拟)已知 CsCl 晶体的密度为 ρ g·cm－3，NA 为阿伏加德罗 常数，相邻的两个 Cs＋的核间距为 a cm，如图所示，则 CsCl 的相对分子质 量可以表示为(　　 ) A．NA·a3·ρ　　　　　　　　 B.NA·a3·ρ 6 C.NA·a3·ρ 4 D.NA·a3·ρ 8 解析：选 A　该立方体中含 1 个 Cl－，Cs＋个数＝8×1 8＝1，根据 ρV＝ M NA知，M＝ρVNA ＝ρa3NA，摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质 量是 ρa3NA。 8．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为 0 价，部分为－2 价。如 图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是(　　) A．超氧化钾的化学式为 KO2，每个晶胞含有 4 个 K＋和 4 个 O－2 B．晶体中每个 K＋周围有 8 个 O－2 ，每个 O －2 周围有 8 个 K＋ C．晶体中与每个 K＋距离最近的 K＋有 8 个 D．晶体中与每个 O －2 距离最近的 O －2 有 6 个 解析：选 A　由晶胞的结构知，有 8 个 K＋位于顶点，6 个 K＋位于面心，则晶胞中含有 的 K＋数为 8×1 8＋6×1 2＝4；有 12 个 O －2 位于棱上，1 个 O －2 处于中心，则晶胞中含有 O －2 数为 12×1 4＋1＝4，所以超氧化钾的化学式为 KO2；晶体中每个 K＋周围有 6 个 O－2 ，每个 O －2 周围有 6 个 K＋，晶体中与每个 K＋(或 O－2 )距离最近的 K＋(或 O－2 )有 12 个。 9．某离子晶体晶胞的结构如图所示。 X(●)位于立方体顶点，Y(○)位于立方体中心。试分析： (1)晶体的化学式为________。 (2)晶体中距离最近的 2 个 X 与 1 个 Y 形成的夹角∠XYX 是________。 (3)设该晶体的摩尔质量为 M g·mol－1，晶体的密度为 ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为 NA，则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为________cm。 解析：(1)采用均摊法，X 的个数＝4×1 8＝1 2，Y 在体内，个数是 1 个，则 X 与 Y 的个数 比是 1∶2，晶体化学式为 XY2 或 Y2X。 (2)若将 4 个 X 连接，构成 1 个正四面体，Y 位于正四面体的中心，可联系 CH4 的键角， 知∠XYX＝109°28′。 (3)由题意知，该晶胞中含有 1 2 个 XY2 或 Y2X，设晶胞的边长为 a cm，则有 ρa3NA＝1 2 M，a＝ 3 M 2ρNA，则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为 23 M 2ρNA cm。 答案：(1)XY2 或 Y2X　(2)109°28′　(3) 23 M 2ρNA 10．(2016·海南高考)M 是第四周期元素，最外层只有 1 个电子，次外层的所有原子轨道 均充满电子。元素 Y 的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题： (1)单质 M 的晶体类型为________，晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆 积，其中 M 原子的配位数为________。 (2)元素 Y 基态原子的核外电子排布式为________，其同周期元素中，第一电离能最大 的是________(写元素符号)。元素 Y 的含氧酸中，酸性最强的是________(写化学式)，该酸 根离子的立体构型为________。 (3)M 与 Y 形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。 ①该化合物的化学式为________，已知晶胞参数 a＝0.542 nm，此 晶体的密度为__________g·cm－3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏 加德罗常数为 NA) ②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是__________________。此化合物的氨水溶 液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为________。 解析：(1)根据题给信息推断 M 为铜元素，Y 为氯元素。单质铜的晶体类型为金属晶体， 晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方密堆积，铜原子的配位数为 12。 (2)氯元素为 17 号元素，位于第三周期，根据构造原理知其基态原子的核外电子排布式 为 1s22s22p63s23p5，同周期元素由左向右元素原子的第一电离能逐渐增大，故其同周期元素 中，第一电离能最大的是 Ar。氯元素的含氧酸中，酸性最强的是 HClO4，该酸根离子中氯 原子为 sp3 杂化，没有孤对电子，立体构型为正四面体形。 (3)①每个晶胞中含有铜原子个数为 8×1 8＋6×1 2＝4，氯原子个数为 4，该化合物的化学 式为 CuCl，则 1 mol 晶胞中含有 4 mol CuCl,1 mol 晶胞的质量为 4×99.5 g，又晶胞参数 a＝ 0.542 nm，此晶体的密度为 4 × 99.5 NA × (0.542)3 × 10－21 或 4 × M(CuCl) NA × a3 × 10－21 g·cm－3。②该化合 物难溶于水但易溶于氨水，其原因是 Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气 中 Cu＋被氧化为 Cu2＋，故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]2＋。 答案：(1)金属晶体　金属键　12 (2)1s22s22p63s23p5　Ar　HClO4　正四面体 (3)①CuCl　 4 × 99.5 NA × (0.542)3 × 10－21 或 4 × M(CuCl) NA × a3 × 10－21 ②Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子)　[Cu(NH3)4]2＋ 11．(2018·福州质检)锌是人体必需的微量元素，明朝《天工开物》中有世界上最早的关 于炼锌技术的记载。回答下列问题： (1)基态 Zn 原子的价电子排布式为____________，在周期表中位置为________________。 (2)硫酸锌溶于氨水形成[Zn(NH3)4]SO4 溶液。 ①组成[Zn(NH3)4]SO4 的元素中，除 H 外其余元素的第一电离能由大到小排序为 ________________________________________________________________________。 ② 在 [Zn(NH3)4]SO4 溶 液 中 滴 加 NaOH 溶 液 ， 未 出 现 浑 浊 ， 其 原 因 是 ________________________________________________________________________。 ③已知[Zn(NH3)4]2＋的空间构型与 SO 2－4 相同，则在[Zn(NH3)4]2＋中 Zn2＋的杂化类 型为________。 ④以下作用力在[Zn(NH3)4]SO4 晶体中存在的有________。 A．离子键 　B．极性共价键　C．非极性共价键 D．配位键　E．范德华力　　F．金属键 (3)ZnS 晶胞结构如图(已知 a 为硫离子，b 为锌离子)所示，ZnS 晶体 的熔点约为 1 700 ℃。 ①已知晶体密度为 ρ g·cm －3，NA 为阿伏加德罗常数的值。则 1 个 ZnS 晶胞的体积为________cm3。 ②ZnO 与 ZnS 结 构 相 似 ， 熔 点 为 1 975 ℃ ， 其 熔 点 较 高 的 原 因 是 ________________________________________________________________________。 解析：(2)①N 的 2p 轨道半充满，处于较稳定状态，故 N、O、S、Zn 的第一电离能由大 到小的顺序为 N>O>S>Zn。②[Zn(NH3)4]2＋难电离，溶液中 Zn2＋浓度很小，无法产生沉 淀 。 ③[Zn(NH3)4]2 ＋ 的 空 间 构 型 为 正 四 面 体 ， Zn2 ＋ 的 杂 化 类 型 为 sp3 杂 化 。 ④[Zn(NH3)4]SO4 中含有离子键、极性共价键、配位键。(3)①由题图知，一个 ZnS 晶胞中 含有 4 个 Zn2＋，含 S2－的个数为 8×1 8＋6×1 2＝4,1 个 ZnS 晶胞的质量为4 × 65＋4 × 32 NA g， 故 1 个 ZnS 晶胞的体积为388 ρNA cm3。②O2－的半径比 S2－的小，故 ZnO 晶体的晶格能较大， 熔点较高。 答案：(1)3d104s2　第四周期ⅡB 族 (2)①N>O>S>Zn　②[Zn(NH3)4]2＋ 难电离，溶液中 Zn2＋ 浓度很小，无法产生沉淀　 ③sp3　④ABD (3)①388 ρNA　②O2－的半径比 S2－的小，ZnO 晶体的晶格能较大 12．微量元素硼和镁对植物的叶的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用。 (1) 写 出 基 态 B 原 子 的 轨 道 表 达 式 ： ________________________________________________________________________。 (2)三价 B 易形成配离子，如 [B(OH) 4] － 、[BH 4] － 等。[B(OH) 4] － 的结构式为 ____________(标出配位键)，其中心原子的杂化方式为____________，写出[BH4]－的两种等 电子体：________________________。 (3)图 1 表示多硼酸根的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为____________(以 n 表示硼原子的个数)。 (4) 硼酸晶体是片层结构，图 2 表示的是其中一层的结构。层间存在的作用力有 ______________________________；硼酸晶体在冷水中溶解度很小，但在热水中较大，原因 是________________________________________________________________________。 (5) 三 氯 化 硼 的 熔 点 比 氯 化 镁 的 熔 点 低 ， 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)镁属于六方最密堆积(图 3)，其晶胞结构如图 4 所示，若镁原子半径为 a pm，则镁晶 体的密度为________ g·cm－3(用含 a 的代数式表示)。 解析：(3)由题图 1 可知，其重复单元是 BO－2 ，则化学式可表示为(BO2)n－n 。(6)题图 4 中， 晶胞的棱长为 2a pm，晶胞的高为 4 6 3 a pm，则晶胞体积为 2a×2a×sin 60°×4 6 3 a pm3＝8 2a3 pm3，一个晶胞中含有的镁原子的个数为 2，故晶胞的质量为2 × 24 NA g，镁晶体的密度 为2 × 24 NA g÷(8 2 a3 pm3)＝3 2 NAa3 g·pm－3＝ 3 2 NA(a × 10－10)3 g·cm－3。 答案：(1) (2) 　sp3　CH4、NH＋4 (或其他合理答案) (3)(BO2)n－n (4)氢键、范德华力　晶体中硼酸分子以氢键缔合在一起，难以溶解；加热时，晶体中部 分氢键被破坏，溶解度增大 (5)三氯化硼为分子晶体，而氯化镁为离子晶体，范德华力比离子键弱 (6) 3 2 NA(a × 10－10)3 13．太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。 (1)基态钙原子的电子排布式为______，金属钴的堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆 积，其配位数是________。 (2)氮元素的第一电离能在同周期中从大到小排第________位；写出与 NO －3 互为等电子 体的一种非极性分子的化学式________。 (3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有 12 个硼原子(如图)，其中有两个原子 为 10B，其余为 11B，则该结构单元有________种不同的结构类型。已知硼酸(H3BO3) 为一元 弱 酸 ， 解 释 其 原 因 ________________________________________________________________________。 (4)六方相氮化硼的结构与石墨相似，B 的杂化方式是________，其不导电的原因是 ________________________________________________________________________。 (5)在浓的 TiCl3 盐酸溶液中加入乙醚，并通入 HCl 至饱和，可得到配位数为 6，组成为 TiCl3·6H2O 的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为 1∶5，则该配离子的化学式为 ______________。 (6)钴晶体的一种晶胞是体心立方堆积(如图所示)，若该晶胞的边长为 a nm，密度为 ρ g·cm －3，NA 表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子 质量可表示为________。 解析：(2)第二周期元素的第一电离能从左到右逐渐增大，但 Be 由于 2s 轨道全充满，其 第一电离能比 B 大，N 由于 2p 轨道半充满，其第一电离能比 O 大，故第二周期元素的第一 电离能：Ne>F>N>O>C>Be>B>Li，氮元素的第一电离能在第二周期中排第 3 位。(3)该结构 单元的结构类型取决于两个 10B 原子的相对位置，两个 10B 原子有邻、间、对 3 种位置关系， 所以该结构单元共有 3 种不同的结构类型。(6)由题图知，该晶胞中含有的 Co 原子的个数为 8×1 8＋1＝2，则该晶胞的质量为2Ar NA g＝ρ g·cm－3×(a×10－7 cm)3，解得 Ar＝5a3ρNA×10－22。 答案：(1)1s22s22p63s23p64s2　12 (2)3　SO3 或 BF3(或其他合理答案) (3)3　H3BO3 与一个水分子可形成配位键，产生[B(OH)4]－和一个 H＋ (4)sp2　层状结构中没有自由移动的电子 (5)[TiCl(H2O)5]2＋ (6)5a3ρNA×10－22 14．(2018·石家庄一模)ⅣA 族元素形成的单质及化合物对人类的生产和生活具有重要意 义。请回答： (1)基态 Ge 原子价电子的轨道表达式为________；与其同周期且未成对电子数相同的元 素还有________种。 (2)晶体 Ge 的密度为 ρ g·cm－3，其晶胞结构与金刚石相似，若 Ge 原子半径为 r pm，NA 表 示 阿 伏 加 德 罗 常 数 的 值 ， 则 Ge 晶 胞 中 原 子 的 体 积 占 晶 胞 体 积 的 百 分 率 为 ________________(列式即可)。 (3)GeO2、SiO2 均为共价型化合物，熔点分别为 1 388 K、1 983 K，则 GeO2 为________(填 晶 体 类 型 ) ， SiO2 的 熔 点 高 于 GeO2 的 原 因 为 ________________________________________________________________________。 (4)甲硅烷(SiH4)是硅氢化合物中结构最简单、应用最广泛的一种，与甲硅烷互为等电子 体的离子为__________(任写一种)。 (5)石墨烯是从石墨中剥离出来的由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料。 ①12 g 石墨烯中所含 σ 键的数目为________。 ②石墨与钾可以形成一种插层化合物。其中钾层平行于石墨层，晶胞如图 1 所示，其垂 直于石墨层方向的投影如图 2 所示。该插层化合物的化学式为________；若碳碳键的键长为 a pm，则同层最邻近的两个钾原子之间的距离为________ pm。(用含 a 的代数式表示) 解析：(2)由题意知，Ge 的晶胞结构如图 所示，则该晶胞中含有 Ge 原子的个数 为 8×1 8＋6×1 2＋4＝8,8 个 Ge 原子的体积为 8×4 3π(r×10－10)3cm3，晶胞的体积为73 × 8 NA·ρ cm3， 则 Ge 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 8 × 4 3π(r × 10－10)3 × NA 8 × 73 ρ ×100%[或设晶 胞的边长为 a pm，则有 2r＝ 3 4 a，解得 a＝ 8 3r，故晶胞的体积为 ( 8 3r )3 pm3，Ge 晶胞中 原子的体积占晶胞体积的百分率为 8 × 4 3πr3 ( 8 3r )3 ×100%＝34%]。(5)①石墨中每个碳原子被三个 环共用，每个环平均拥有 2 个碳原子；每个 σ 键被两个环共用，每个环平均拥有 3 个 σ 键， 则每个碳原子相当于形成 1.5 个 σ 键，故 12 g(1 mol)石墨烯含有 σ 键的数目为 1.5NA。②结 合题图 1、图 2 可得，晶胞中 K 原子数目＝8×1 8＋6×1 2＋4＝8，C 原子数目＝12×4＋8×4× 1 2＝64，则该插层化合物的化学式是 KC8。由题图 1 和图 2 可知，同层最邻近的两个钾原子 之间的距离为 2 3a pm。 答案：(1) 　3 (2) 8 × 4 3π(r × 10－10)3 × NA 8 × 73 ρ ×100% [或 × 100%、 × 100%、 × 100%、34%] (3)原子晶体　GeO2、SiO2 都是原子晶体，Si 原子半径小于 Ge，SiO2 中共价键键长短， 键能大，熔点高 (4)NH＋4 (或其他合理答案) (5)①1.5NA　②KC8　2 3a [命题热点强化练]　 1．(2018·湖北部分重点中学模拟)现有 X、Y、Z、T、E 五种元素，原子序数依次增大， 且原子序数都不超过 36。请根据下列相关信息，回答问题。 元素 相关信息 X 原子的 1s 轨道上只有 1 个电子 Y 原子的 L 层上 s 电子数等于 p 电子数 Z 空气中含其单质，原子的最外层未成对电子数是该元素所在周期中最多的 T 负二价的元素 T 的氢化物在通常情况下是一种液体，且 T 的质量分数为 88.9% E E 存在质量数为 65，中子数为 36 的核素 (1)T 原子核外有两个原子轨道处于全充满状态，则其中原子轨道能量较高的是________。 (2)Z 的单质分子中 σ 键和 π 键的个数比为________；YT2 分子中，Y 原子采取________ 杂化。 (3)ZX3 分 子 在 水 中 溶 解 度 大 ， 理 由 是 ________________________________________________________________________。 (4)X、Z、E 三种元素可形成[E(ZX3)4]2＋，其中存在的化学键类型有________(填序号)。 ①配位键　②金属键　③极性共价键　④非极性共价键　⑤离子键　⑥氢键 (5)比较 ZX －2 和 ZX3 的键角∠XZX 的大小：ZX－2 ________(填“>”“＝”或“<”)ZX3，请 用价层电子对互斥理论解释： ________________________________________________________________________。 (6)E 的晶胞如图所示，晶体 E 中原子的堆积方式为______________。E 原子的配位数为________。若 E 原子半径为 a cm，则 E 原子空间占有率为 ________(用计算式表示)。 解析：X 原子的 1s 轨道上只有 1 个电子，则 X 为 H；Y 原子的 L 层上 s 电子数等于 p 电子数，原子核外电子排布式为 1s22s22p2，故 Y 为 C；在空气中存在 Z 的单质，原子的最外 层未成对电子数是该元素所在周期中最多的，则 Z 为 N；根据氢化物的化学式 H2T 知 Ar(T)/[Ar(T)＋2]×100%＝88.9%，Ar(T)＝16，T 为 O；E 存在质量数为 65，中子数为 36 的核素，因此 E 的原子序数为 29，故其为 Cu。(1)O 原子核外原子轨道全充满的有 1s 和 2s， 则能量较高的是 2s。(2)N2 的结构式为 NN，其中 σ 键和 π 键的个数比为 1∶2。CO2 中根据 价层电子对数 n＝4 2＝2 可知，C 的杂化方式为 sp 杂化。(3)NH3 分子和 H2O 分子间能形成氢 键。(4)[Cu(NH3)4]2＋中，铜离子与氨分子之间形成配位键，氨分子中 N 原子与氢原子之间 形成极性共价键，选①③。(5)NH －2 中 N 原子孤电子对数为 2，NH3 中 N 原子孤电子对数为 1，孤对电子与成键电子间的斥力大于成键电子与成键电子间的斥力，孤对电子数前者多，排 斥作用强，所以前者键角小。(6)题图为 Cu 的晶胞，晶胞中 Cu 原子位于面心、顶点，属于 面心立方最密堆积，以顶点 Cu 原子为研究对象，与之相邻且距离最近的原子处于面心，共 有 12 个，故 Cu 原子配位数为 12。Cu 原子空间占有率为 4 × 4 3πa3 (2 2a)3 ×100%＝ 4 × 4 3π (2 2)3 ×100%。 答案：(1)2s　(2)1∶2　sp (3)NH3 与 H2O 分子间形成氢键　(4)①③ (5)<　NH －2 中 N 原子孤电子对数为 2，NH3 中 N 原子孤电子对数为 1，孤对电子与成键 电子间的斥力大于成键电子与成键电子间的斥力，孤对电子数前者多，排斥作用强，所以前 者键角小 (6)面心立方最密堆积　12　 4 × 4 3π (2 2)3 ×100% 2．(2018·江西五市部分学校联考)钛及其化合物的研究与应用越来越受到人们的重视。 (1)Ti(BH4)2 是一种过渡元素硼氢化物储氢材料，可由 TiCl4 和 LiBH4 反应制得。 ①在基态 Ti2＋中，电子占据的最高能层符号为__________，该能层具有的原子轨道数为 ________。 ②LiBH4 由 Li＋和 BH －4 构成，BH －4 的立体结构是________，根据化合物 LiBH4 判断， Li、B、H 的电负性由大到小的顺序为______________________。 ③TiCl4 在常温下是无色液体，则 TiCl4 属于________(填“原子”“分子”或“离子”) 晶体。 (2)高分子纳米活性钛无霸是借助紫外线或太阳光的照射，在其表面产生氧化性极强的活 性离子，这种活性离子可以分解生活中的一些有害物质(如苯、甲醛、丙酮等)。 ①丙酮( )分子中含有 π 键与 σ 键数目之比为________。 ② 甲 醛 ( ) 分 子 中 C 原 子 轨 道 杂 化 类 型 为 ________________________________________________________________________； 甲醛易溶于水，原因是：a.甲醛和水都是极性分子，b.________________________。 (3)某种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶体中与 N 原子距离相等且 最近的 N 原子有________个，Ti 原子的配位数为________；该晶胞中 N、 Ti 原子之间的最近距离为 a nm，则该氮化钛晶体的密度为________g·cm －3(NA 为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。 解析：(1)①Ti 为 22 号元素，在基态 Ti2＋中含 20 个电子，由构造原理可知，在基态 Ti2 ＋中，电子占据的最高能层符号为 M，该能层具有的原子轨道数为 9。②BH －4 中 B 原子价层 电子对数为 4，B 原子的轨道杂化类型是 sp3 杂化，且不含孤电子对，所以是正四面体形结构。 BH －4 中 B 为＋3 价，H 为－1 价，电负性：H>B，故 Li、B、H 的电负性由大到小的顺序为 H>B>Li。③因 TiCl 4 在常温下是无色液体，说明熔点低，由此可判断 TiCl4 是分子晶体。 (2)①1 个 CH3COCH3 分子中含有 1 个 π 键，2 个 C—C σ 键、6 个 C—H σ 键、1 个 C—O σ 键。②甲醛分子中含有碳氧双键，1 个甲醛分子中含有 2 个 C—H σ 键，1 个 C—O σ 键，共 有 3 个 σ 键，则碳原子轨道的杂化类型为 sp2 杂化；甲醛分子与水分子之间可以形成氢键， 分子间氢键的存在能够大大增强物质的溶解性。(3)以晶胞顶点 N 为研究对象，与之距离相等 且最近的 N 处于面心，每个顶点为 8 个晶胞共用，每个面为 2 个晶胞共用，故与之距离相等 且最近的 N 原子数为3 × 8 2 ＝12；根据均摊法，可知该晶胞中 N 原子个数为 6×1 2＋8×1 8＝4， 该晶胞中 Ti 原子个数为 1＋12×1 4＝4，故晶胞的质量 m＝4×62 NA g，而晶胞的体积 V＝(2a×10 －7)3cm3，所以晶体的密度 ρ＝4×62 NA g÷(2a×10－7)3cm3＝ 4 × 62 NA × (2a × 10－7)3 g·cm－3。 答案：(1)①M　9　②正四面体形　H>B>Li　③分子 (2)①1∶9　②sp2 杂化　甲醛与水分子之间能形成氢键 (3)12　6　 4 × 62 NA × (2a × 10－7)3 3．Mn、Fe 均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离能数据如表所示： 元素 Mn Fe I1 717 759 I2 1 509 1 561 电离能 /(kJ·mol－1) I3 3 248 2 957 回答下列问题： (1)Mn 元素价电子层的电子排布式为________，比较两元素的 I2、I3 可知，气态 Mn2＋ 再 失 去 一 个 电 子 比 气 态 Fe2 ＋ 再 失 去 一 个 电 子 难 ， 对 此 ， 你 的 解 释 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)Fe 原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物。 ①与 Fe 原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是________。 ②六氰合亚铁离子[Fe(CN)4－6 ]中的配体 CN－中 C 原子的杂化轨道类型是________，写 出一种与 CN－互为等电子体的单质分子的结构式__________________。 (3)三氯化铁常温下为固体，熔点 282 ℃，沸点 315 ℃，在 300 ℃以上易升华，易溶于水， 也易溶于乙醚、丙醇等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为________。 (4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示。面心立方晶胞和体 心立方晶胞中实际有的 Fe 原子个数之比为________。 解析：(1)Mn 核外有 25 个电子，价电子排布式为 3d54s2。(2)②CN－中 C 无孤电子对， 杂化类型为 sp。与 CN－互为等电子体的单质分子为 N2，结构式为 N≡N。(3)三氯化铁晶体 熔沸点低，说明晶体内作用力为分子间作用力，则为分子晶体。(4)面心立方晶胞中 Fe 的个 数为 8×1 8＋6×1 2＝4，体心立方晶胞中 Fe 的个数为 8×1 8＋1＝2，故面心立方晶胞和体心立 方晶胞中实际有的 Fe 原子个数之比为 2∶1。 答案：(1)3d54s2　由 Mn2＋转化为 Mn3＋时，3d 能级由较稳定的 3d5 半充满状态转变为不 稳定的 3d4 状态(或 Fe2＋转化为 Fe3＋时，3d 能级由不稳定的 3d6 状态转变为较稳定的 3d5 半 充满状态) (2)①具有孤对电子　②sp　N≡N (3)分子晶体 (4)2∶1 4．(2018·开封一模)C、Si、Ge、Sn 是同族元素，该族元素单质及其化合物在材料、医 药等方面有重要应用。 请回答下列问题： (1)Ge 的原子核外电子排布式为________。 (2)SiO2 晶体的空间构型是________________，其中氧原子的杂化方式为________，硅氧 之间共价键的类型是________(填“σ 键”或“π 键”)。 (3)C、Si、Sn 三种元素的单质中，属于分子晶体的是________________(填一种)。已知 SnO2 是离子晶体，其主要物理性质有__________________________(写出 2 条即可)。 (4)CCl4 遇水发生分层，SiCl4 与 CCl4 分子结构相似，但遇水极易发生水解反应，导致二 者性质不同的原因是__________________________________。 (5)金刚砂(SiC)的晶胞结构与金刚石的相似，如图所示。该晶胞中 每个 C 原子周围距离最近的 C 原子个数为________。若晶胞中立方体 的边长为 a pm ，阿伏加德罗常数的值为 NA ，则金刚砂的密度为 ________g·cm－3。(用含 a、NA 的式子表示) 解析：(5)由 SiC 的晶胞结构可知，该晶胞中每个 C 原子周围距离最近的 C 原子个数为 12。 该晶胞中 C 原子数为 8×1 8＋6×1 2＝4，Si 原子数为 4，故晶胞的质量为 4 NA×40 g，则金刚砂 的密度为 4 NA×40 g÷(a×10－10 cm)3＝1.6 × 1032 a3 × NA g·cm－3。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2 (2)正四面体　sp2　σ 键 (3)C60 等富勒烯类(或其他合理答案)　熔融时能导电、熔点较高(合理即可) (4)硅原子有 3d 空轨道，而碳原子没有 d 空轨道(因为没有 2d 轨道)，不能接受氯原子的 孤对电子，所以四氯化硅能水解而四氯化碳不能水解 (5)12　1.6 × 1032 a3 × NA 5．硒元素(selenium)是第四周期、ⅥA 族元素，单质有红硒、黑硒和灰硒，其中灰硒有 良好的导热导电性，且有显著的光电效应，可应用于光电半导体材料。请回答下列问题： (1)Se 原子的核外电子排布式为[Ar]________。 (2)As 和 Se 是 同 一 周 期 的 元 素 ， As 的 第 一 电 离 能 比 Se 大 ， 原 因 是 ________________________________________________________________________。 (3)SeO 2－4 中 Se—O 键的键角比 SeO3 的键角________(填“大”或“小”)，原因是 ________________________________________________________________________。 (4)H2Se 水 溶 液 比 H2S 水 溶 液 的 酸 性 强 ， 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)灰硒的晶体为六方晶胞结构，原子排列为无限螺旋链，分布在六方晶格上，同一条链 内原子作用很强，相邻链之间原子作用较弱，其螺旋链状图、晶胞结构图和晶胞俯视图如图 所示。 ①螺旋链中 Se 原子的杂化方式为________。 ②已知正六棱柱的边长为 a cm，高为 b cm，阿伏加德罗常数为 NA mol－1，则该晶胞中 含有的 Se 原子个数为________，该晶体的密度为________g·cm －3(用含 NA、a、b 的式子表 示)。 解析：(5)①观察螺旋链状图，每个硒原子与 2 个硒原子形成共价键，硒原子上还有 2 个 孤电子对，所以 Se 原子采用 sp3 杂化。②观察晶胞结构图和晶胞俯视图，将每 3 个 Se 原子 看作一个整体。正六棱柱顶点上的 Se 原子被 6 个正六棱柱所共有，面心上的 Se 原子被 2 个 正六棱柱所共有，故该晶胞中含有的硒原子数为 6×3×2×1 6＋3×2×1 2＝9。正六棱柱的体积 V＝(1 2 × a × 3 2 a)×6×b cm3＝3 3 2 a2b cm3，故晶体密度 ρ＝ 79 × 9 NA g 3 3 2 a2b cm3 ＝158 3 a2bNA g·cm－ 3。 答案：(1)3d104s24p4 (2)As 的 4p 能级是半充满状态，比较稳定，所以第一电离能比 Se 大 (3)小　SeO 2－4 空间构型为正四面体，键角为 109°28′，SeO3 空间构型为平面正三角形， 键角为 120° (4)Se 原子半径大于 S 原子半径，H—Se 共价键更容易断裂 (5)①sp3 杂化　②9　158 3 a2bNA 6 ． (2018· 汕 头 模 拟 ) 在 研 究 金 矿 床 物 质 组 分 的 过 程 中 ， 通 过 分 析 发 现 了 Cu—Ni—Zn—Sn—Fe 多金属互化物。 (1)某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属 于________(填“晶体”或“非晶体”)，可通过________方法鉴别。 (2)基态 Ni2＋的核外电子排布式为________；Ni2＋和 Fe2＋的半径分别为 69 pm 和 78 pm， 则熔点 NiO______FeO(填“<”或“>”)。 (3)铜能与类卤素(SCN) 2 反应生成 Cu(SCN)2,1 mol (SCN)2 分子中含有 σ 键的数目为 ________；类卤素(SCN) 2 对应的酸有两种，理论上硫氰酸(HSCN)的沸点低于异硫氰酸 (H—N===C===S)的沸点，其原因是____________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 写出一种与 SCN－互为等电子体的分子________(用化学式表示)。 (4)氨基乙酸铜的分子结构如图，碳原子的杂化方式为________。 (5)立方 NiO(氧化镍)晶体的结构如图所示，其晶胞边长为 a pm，列式表示 NiO 晶体的 密度为________g·cm －3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为 NA)。人工制备的 NiO 晶 体中常存在缺陷(如图)：一个 Ni2＋空缺，另有两个 Ni2＋被两个 Ni3＋所取代，其结果晶体仍 呈电中性，但化合物中 Ni 和 O 的比值却发生了变化。已知某氧化镍样品组成 Ni0.96O，该晶 体中 Ni3＋与 Ni2＋的离子个数之比为_____________________________________________。 解析：(1)某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互 化物属于晶体，可通过 X­射线衍射实验进行鉴别；(2)Ni 元素原子核外电子数为 28，核外电 子排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2，失去 4s 能级 2 个电子形成 Ni2＋，故 Ni2＋核外电子排布式 为 1s22s22p63s23p63d8；Ni2＋和 Fe2＋的离子所带电荷相同，Ni2＋的半径较小，NiO 中离子键更 强，NiO 晶体的熔点更高；(3)(SCN)2 的结构式为 NCSSCN，根据其结构可知分子中有 3 个 单键和 2 个碳氮三键，单键为 σ 键，三键含有 1 个 σ 键、2 个 π 键，(SCN)2 分子含有 5 个 σ 键，故 1 mol (SCN)2 分子中含有 σ 键的数目为 5NA；由于异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫 氰酸分子间不能形成氢键，所以硫氰酸(HSCN)的沸点低于异硫氰酸；一种与 SCN－互为等电 子体的分子有 CO2 等，原子数相同，价电子数均为 16；(4)分子中连接氨基的 C 原子形成 2 个 C—H 键、1 个 C—N 键、1 个 C—C 键，没有孤电子对，杂化轨道数目为 4，采取 sp3 杂 化，而碳氧双键中的 C 原子形成 3 个 σ 键，没有孤电子对，杂化轨道数目为 3，采取 sp2 杂 化；(5)晶胞中 Ni 原子数目为 1＋12× 1 4＝4，氧原子数目为 8×1 8＋6×1 2＝4，晶胞质量为 4 × (16＋59) NA g，晶胞边长为 a pm，晶胞体积为(a×10 － 10 cm)3 ，NiO 晶体的密度为 4 × (16＋59) NA g (a × 10－10 cm)3 ＝ 4 × 75 NA × (a × 10－10)3 g·cm －3；设 1 mol Ni0.96O 中含 Ni3＋ x mol，Ni2＋为 (0.96－x)mol，根据晶体仍呈电中性，可知 3x＋2×(0.96－x)＝2×1，x＝0.08 mol，Ni 2＋为 (0.96－x)mol＝0.88 mol，即离子数之比为 Ni3＋∶Ni2＋＝0.08∶0.88＝1∶11。 答案：(1)晶体　X­射线衍射 (2)1s22s22p63s23p63d8 或[Ar]3d8　> (3)5NA(或 5×6.02×1023 或 3.01×1024)　异硫氰酸中 H—N 键极性强，分子间存在氢键， 而硫氰酸分子间只存在分子间作用力，所以异硫氰酸的沸点高于硫氰酸　CO2 (4)sp3、sp2 (5) 4 × 75 NA × (a × 10－10)3 　1∶11 7．(2018·南昌十校模拟)硼及其化合物在新材料、工农业生产等方面用途很广。请回答 下列问题： (1)B 元素的基态原子的价电子排布图为______________，B、N、O 元素的第一电离能 由大到小的顺序为________________________________________________________。 (2)三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性气味的无色有毒腐蚀性气体，其分 子的立体构型为________，B 原子的杂化类型为________。 (3)自然界中，含 B 的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作 Na2B4O7·10H2O，实际上它 的阴离子结构单元是由两个 H3BO3 和两个[B(OH)4]－缩合而成的双六元环，应该写成 Na2[B4O5(OH)4]·8H2O，其结构式如图 1，它的阴离子可形成链状结构。该阴离子由极性 键和配位键构成，请在图 1 中用“―→”标出其中的配位键，该阴离子通过________相互结 合形成链状结构。 (4)科学家发现硼化镁在 39 K 时有超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原 子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列。图 2 是该晶体微观结构中取出的部分原子沿 z 轴 方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影。则硼化镁的化学式为________。 (5)磷化硼(BP)是一种有价值的超硬耐磨涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护 薄膜。磷化硼晶胞如图 3 所示，在 BP 晶胞中 B 的堆积方式为________，当晶胞晶格参数为 478 pm 时，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为________cm。 解析：(1)B 元素的基态原子的价电子排布图为 元素的非金属性越强， 第一电离能越大，由于氮原子 2p 能级上有 3 个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一 电离能大于相邻元素，所以 B、N、O 元素的第一电离能由大到小的顺序为 N>O>B。(2)BF3 分子中，B 原子形成了 3 个 σ 键，不含孤电子对，故杂化轨道数为 3，杂化方式为 sp2 杂化， BF3 分子的立体构型为平面正三角形。(3)B 原子形成的 4 个键中含有 1 个配位键，氢氧根离 子 中 氧 原 子 与 硼 原 子 之 间 形 成 配 位 键 ， 题 图 1 中 用 “―→” 标 出 其 中 的 配 位 键 为 。该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。(4)根据投影可知， 6 个 B 原子构成 1 个正六边形，中间是镁原子，1 个 B 原子被周围的 3 个正六边形共用，所 以 1 个正六边形含有的 B 原子数是 6÷3＝2，因此硼化镁的化学式为 MgB2。(5)由晶胞结构可 知，在 BP 晶胞中 B 的堆积方式为面心立方最密堆积；P 原子与周围的 4 个 B 原子最近且形 成正四面体结构，二者连线处于体对角线上，B、P 之间的最近距离为体对角线长的1 4，立方 体的边长为 478 pm，则晶胞体对角线长为 3×478 pm，则 P 原子与 B 原子最近距离为 3 ×478 pm×1 4＝239 3 2 pm＝239 3 2 ×10－10 cm。 答案：(1) (2)平面正三角形　sp2 (3) 　氢键 (4)MgB2 (5)面心立方最密堆积　239 3 2 ×10－10 8．(2018·太原重点中学模拟)第二周期元素形成的化合物种类繁多、应用广泛。 (1)第二周期中电负性最大的元素是________，其核外电子排布式为________。 (2)BeCl2 是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在。它们的结构简式如下， 请写出 Be 的杂化轨道类型： ①Cl—Be—Cl________； ② (3)[Cu(NH3)4]2＋具有对称的空间构型，[Cu(NH3)4]2＋中的两个 NH3 被两个 Cl－取 代，能得到两种不同结构的产物，则[Cu(NH3)4]2＋的空间构型为________。 (4)已知固态 NH3、H2O、HF 的氢键结构和键能如下，请解释 H2O、HF、NH3 沸点依次 降低的原因______________________________________________________。 物质 氢键 X—H…Y 键能(kJ·mol－1) (HF)n F—H…F 28.1 冰 O—H…O 18.8 (NH3)n N—H…N 5.4 (5)①NiO 晶胞如图 1 所示，其中 O 原子的配位数为________。 ②一定温度下，NiO 晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为 O2－作密置单 层排列，Ni2＋填充其中(如图 2)，已知 O2－的半径为 a m，每平方米面积上分散的该晶体的质 量为________ g。(用 a、NA 表示) 解析：(1)第二周期中电负性最大的元素是 F，其核外电子排布式为 1s22s22p5。(2)①每个 Be 原子形成 2 个 Be—Cl 键，没有孤对电子，杂化轨道数目为 2；②每个 Be 原子形成 3 个 Be—Cl 键，没有孤对电子，杂化轨道数目为 3；③每个 Be 原子形成 4 个 Be—Cl 键，没有孤 对电子，杂化轨道数目为 4。(3)[Cu(NH3)4]2＋具有对称的空间构型，[Cu(NH3)4]2＋中的 两个 NH3 被两个 Cl－取代，如果得到一种产物，[Cu(NH3)4]2＋的空间构型为正四面体形， 如果能得到两种不同结构的产物，[Cu(NH3)4]2＋的空间构型为平面正方形。(5)①由 NiO 晶 胞图可知与 O 相连的 Ni 有 6 个，所以 O 原子的配位数为 6。②由图可知，每个 NiO 占有的 面积为 2 3a2 m2，则每平方米含有的 NiO 的个数为 1 2 3a2 ，每个 NiO 的质量为75 NA g，所以 每平方米面积上分散的该晶体的质量为 75 2 3a2NA g。 答案：(1)F　1s22s22p5 (2)①sp 杂化　②sp2 杂化　③sp3 杂化 (3)平面正方形 (4)单个氢键的键能是(HF)n>冰>(NH3)n，而平均每个分子含氢键数：冰中 2 个，(HF)n 和 (NH3)n 均只有 1 个，气化要克服的氢键的总键能：冰>(HF)n>(NH3)n (5)①6　②25 3 2a2NA或 75 2 3a2NA