2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(2)

2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(2)

晶体结构与性质 ‎[2018备考·最新考纲]‎ ‎1．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。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。5.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。6.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。‎ 考点一　晶体的常识和常见四种晶体性质 ‎(考点层次B→共研、理解、整合)‎ ‎1．晶体 ‎(1)晶体与非晶体 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二者区 别方法 间接方法 看是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行X-射线衍射实验 ‎(2)晶胞 ‎①概念：描述晶体结构的基本单元。‎ ‎②晶体中晶胞的排列——无隙并置 a．无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。‎ b．并置：所有晶胞平行排列、取向相同。‎ ‎(3)晶格能 ‎①定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol-1。‎ ‎②影响因素 a．离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。‎ b．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。‎ 提醒：①具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。‎ ‎②晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。‎ ‎2．四种晶体类型的比较 类型 比较 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、‎ 自由电子 阴、阳 离子 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，个别为半导体 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 物质类别及举例 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)‎ 金属氧化物(如K2O、Na2‎ 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)‎ O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)‎ ‎3.晶体熔沸点的比较 ‎(1)不同类型晶体熔、沸点的比较 ‎①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：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)同种晶体类型熔、沸点的比较 ‎①原子晶体：‎ ―→―→―→ 如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。‎ ‎②离子晶体：‎ a．一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。‎ b．衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。‎ ‎③分子晶体：‎ a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。‎ b．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。‎ c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。‎ d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。‎ 如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞‎ ‎④金属晶体：‎ 金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属阳离子与自由电子静电作用越强，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。‎ 提醒：①常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。‎ ‎②原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。‎ ‎③原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。‎ 教材高考 ‎1．(RJ选修3·P844改编)下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)‎ A．Si和CO2 B．NaBr和O2‎ C．CH4和H2O D．HCl和KCl 解析　A项，晶体类型不同；B项，化学键和晶体类型均不同；D项，化学键和晶体类型均不同。‎ 答案　C ‎2．(RJ选修3·P848、9、10整合)下列说法正确的是________。‎ A．Na2O和SiO2熔化克服的作用力属于同种类型 B．氯化钠和HCl溶于水克服的作用力均是离子键 C．HF、HCl、HBr、HI中的熔点HF反常高的原因是HF分子之间能形成氢键 D．某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推导该晶体可能为分子晶体 解析　A项，Na2O和SiO2熔化克服的作用力分别为离子键和共价键；B项，NaCl和HCl溶于水克服的作用力分别是离子键和共价键。‎ 答案　CD ‎3．(溯源题)(1)[2016·课标全国Ⅲ，37(5)]GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。‎ ‎(2)[2015·课标全国Ⅰ，37(4)]CO能与金属Fe形式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。‎ ‎(3)[2014·课标Ⅰ理综，37(1)]准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。‎ ‎(4)[2014·重庆理综，8(3)]MgO的熔点比BaO的________(填“高”或“低”)。‎ 答案　(1)原子晶体　共价　(2)分子　(3)X-射线衍射　(4)高 探源：本高考题组源于教材RJ选修3 P62“科学视野”、P65“2分子晶体与原子晶体”、P78“4离子晶体”及其拓展，对晶体类型的判断及其熔沸点高低的比较进行了考查。‎ ‎[拓展性题组]‎ 题组一　晶体类型的判断 ‎1．现有几组物质的熔点(℃)数据：‎ A组 B组 C组 D组 金刚石：3 550 ℃‎ Li：181 ℃‎ HF：-83 ℃‎ NaCl：801 ℃‎ 硅晶体：1 410 ℃‎ Na：98 ℃‎ HCl：-115 ℃‎ KCl：776 ℃‎ 硼晶体：2 300 ℃‎ K：64 ℃‎ HBr：-89 ℃‎ RbCl：718 ℃‎ 二氧化硅：1 723 ℃‎ Rb：39 ℃‎ HI：-51 ℃‎ CsCl：645 ℃‎ 据此回答下列问题：‎ ‎(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。‎ ‎(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。‎ ‎①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性 ‎(3)C组中HF熔点反常是由于______________________________。‎ ‎(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。‎ ‎①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电 ‎(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl＞KCl＞RbCl＞CsCl，其原因为_____________________________________________。‎ 解析　(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。‎ 答案　(1)原子　共价键　(2)①②③④‎ ‎(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)　(4)②④‎ ‎(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高 ‎2.在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。‎ ‎(1)其中只含有离子键的离子晶体是________；‎ ‎(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________；‎ ‎(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________；‎ ‎(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________；‎ ‎(5)其中含有极性共价键的非极性分子是________；‎ ‎(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________；‎ ‎(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________。‎ ‎(8)其中含有极性共价键的原子晶体是________。‎ 答案　(1)NaCl、Na2S　(2)NaOH、(NH4)2S ‎(3)(NH4)2S　(4)Na2S2　(5)CO2、CCl4、C2H2‎ ‎(6)C2H2　(7)H2O2　(8)SiO2、SiC ‎【方法归纳】‎ 晶体类型的5种判断方法 ‎1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断 ‎(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。‎ ‎(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。‎ ‎(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。‎ ‎(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。‎ ‎2．依据物质的分类判断 ‎(1)金属氧化物(如K2O等)、强碱(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(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)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(注：汞在常温为液体)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，常在数百至一千摄氏度以上。‎ ‎(2)原子晶体熔点高，常在一千摄氏度至几千摄氏度。‎ ‎(3)分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。‎ ‎(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)离子晶体溶于水形成的溶液及熔融状态时能导电。‎ ‎(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(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，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 离子晶体硬度较大且脆。‎ 原子晶体硬度大。‎ 分子晶体硬度小且较脆。‎ 金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。‎ 注意：(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。‎ ‎(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10-10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10-10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。‎ ‎(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，其熔、沸点低(熔点190 ℃)。‎ ‎(4)合金的硬度比成分金属大，但熔、沸点比成分金属低。‎ 题组二　晶体熔、沸点高低的判断 ‎3．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)‎ ‎①O2、I2、Hg　②CO、KCl、SiO2　③Na、K、Rb　④Na、Mg、Al A．①③　　 B．①④　　‎ C．②③　 D．②④‎ 解析　①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。‎ 答案　D ‎4．(1)碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列各种晶体：①晶体硅　②硝酸钾　③金刚石　④碳化硅　⑤干冰　⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是________(填序号)。‎ ‎(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60＞N60＞C60，而破坏分子所需要的能量N60＞C60＞Si60，其原因是__________________‎ ‎_________________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________。‎ 解析　(1)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点＞离子晶体的熔点＞分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si＞Si—C＞C—C，相应键能Si—Si＜Si—C＜C—C，故它们的熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。(2)熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。‎ 答案　(1)③④①②⑥⑤‎ ‎(2)结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60＞N60＞C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60＞C60＞Si60‎ ‎【方法规律】‎ 分类比较晶体的熔、沸点 首先看物质的状态，一般情况下固体>液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。‎ 同类晶体熔、沸点比较思路为：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。‎ 考点二　五类常见晶体模型与晶胞计算 ‎(考点层次B→共研、理解、整合)‎ ‎1．典型晶体模型 ‎(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)‎ ‎①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。‎ ‎②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2‎ 个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。‎ ‎(2)分子晶体 ‎①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。‎ ‎②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氢键”。‎ ‎(3)离子晶体 ‎①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl-，每个Cl-同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl-。‎ ‎②CsCl型：在晶体中，每个Cl-吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl-，配位数为8。‎ ‎(4)石墨晶体 石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。‎ ‎(5)常见金属晶体的原子堆积模型 结构型式 常见金属 配位数 晶胞 面心立方 最密堆积 Cu、Ag、Au ‎12‎ 体心立方堆积 Na、K、Fe ‎8‎ 六方最密堆积 Mg、Zn、Ti ‎12‎ ‎2.晶胞中微粒的计算方法——均摊法 ‎(1)原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是 ‎(3)图示：‎ 提醒：在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。‎ ‎3．几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目 A．NaCl(含4个Na＋，4个Cl-)‎ B．干冰(含4个CO2)‎ C．CaF2(含4个Ca2＋，8个F-)‎ D．金刚石(含8个C)‎ E．体心立方(含2个原子)‎ F．面心立方(含4个原子)‎ ‎4．有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1 mol晶胞的质量。‎ 教材高考 ‎1．(RJ选修3·P776改编)请列表比较金属晶体的简单立方、体心立方、六方和面心立方四种堆积模型的配位数，原子空间利用率、堆积方式和晶胞的区别以及列举代表物。‎ 答案　‎ 堆积模型 采纳这种堆积 的典型代表 空间 利用率 配位数 晶胞 简单立 方堆积 Po(钋)‎ ‎52%‎ ‎6‎ 体心立 方堆积 Na、K、Fe ‎68%‎ ‎8‎ 六方最 密堆积 Mg、Zn、Ti ‎74%‎ ‎12‎ 面心立方 最密堆积 Cu、Ag、Au ‎74%‎ ‎12‎ ‎2.(溯源题)(1)[2016·课标全国Ⅰ，37(6)]晶胞有两个基本要素：‎ ‎①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(，0，)；C(，，0)。则D原子的坐标参数为________。‎ ‎②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为________ g·cm-3(列出计算式即可)。‎ ‎(2)[2016·新课标全国Ⅱ，37(4)]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。‎ 答案　(1)①(，，)　②×107‎ ‎(2)①3∶1　②×107‎ ‎【试题分析】 (2016·课标全国Ⅰ，37整体分析)‎ 考点 物质结构与性质 知识点 核外电子排布式、原子结构、电负性及熔沸点比较、杂化轨道、晶胞密度求算等。‎ 能力解读 以典型物质的性质和结构为载体，考查学生对原子、分子、晶体结构、结构与性质关系的理解应用能力，以及空间想象能力。‎ 难度(区分度)‎ 中等，区分度约为0.51。(难易比例1∶2)‎ 评价 此题考查的知识点比较稳定和基础，且覆盖面广，在知识上以1～36号元素的核外电子排布，杂化方式、化学键特点、晶体结构、电负性、电离能、熔沸点等的大小比较知识热点和重点。‎ 学习启示 对于信息量大，考查点多，考查角度不同的综合题，应加强思维转化训练；另外对于排布式、电离能电负性变化特点及原因、杂化、晶体结构(除计算晶胞外，还要关注离子所占空间比及晶胞体积)等重点知识应加强落实。‎ 探源：该高考题组源于教材RJ选修3 P76“资料卡片”及其拓展，考查的是对晶胞的分析和计算。‎ ‎[拓展性题组]‎ 题组一　晶胞中原子个数的计算 ‎1．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　A粒子数为6×＝；B粒子数为6×＋3×＝2，C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。‎ 答案　B ‎2．右图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为-2价，则Q的化合价为________。‎ 解析　R：8×＋1＝2‎ G：8×＋8×＋4×＋2＝8‎ Q：8×＋2＝4‎ R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为-2价，所以Q为＋3价。‎ 答案　＋3价 ‎3.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如右图所示。则该化合物的化学式为________。‎ 解析　根据晶胞结构可以判断：‎ Cu(●)：2×＋12×＋3＝6；‎ H(○)：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。‎ 答案　CuH ‎【方法总结】‎ 晶胞计算的思维方法 晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。‎ 题组二　晶胞密度、微粒间距等量的计算 ‎4.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm-3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________________________________________cm(阿伏加德罗常数的值为NA，要求列式计算)。‎ 解析　设晶胞的边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×64‎ a＝，面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径，则r＝×≈1.27×10-8cm。‎ 答案　12　×≈1.27×10-8‎ ‎5．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如右图所示，若晶体密度为a g·cm-3，则Cu与F最近距离为________ pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为Cu，●为F)‎ 解析　设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu：8×＋6×＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝。最短距离为小立方体对角线的一半，小立方体的体对角线为＝x。所以最短距离为x·＝·×1010 pm。‎ 答案　×1010‎ ‎【练后反思】‎ 晶体结构的相关计算 ‎1．晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×。‎ ‎2．空间利用率＝。‎ ‎3．金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)‎ ‎(1)面对角线长＝a。‎ ‎(2)体对角线长＝a。‎ ‎(3)体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。‎ ‎(4)面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。‎ ‎　晶体的类型及晶体熔、沸点高低的判断 ‎1．[2016·全国卷Ⅲ，37(4)]GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是____________________________。‎ 解析　根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。‎ 答案　GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 ‎2．(2015·四川理综)X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素；Z和U位于第ⅦA族；X和Z可形成化合物XZ4；Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等；T的一种单质在空气中能够自燃。‎ 请回答下列问题：‎ X所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是________(填化学式)；Z和U的氢化物中沸点较高的是________(填化学式)；Q、R、U的单质形成的晶体，熔点由高到低的排列顺序是________________(填化学式)。‎ 解析　X位于第二周期，该周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是HNO3；HF分子间存在氢键，所以HF的沸点高于HCl的；Mg为金属单质，Si单质为原子晶体，Cl2为分子晶体，故熔点Si＞Mg＞Cl2。‎ 答案　HNO3　HF　Si、Mg、Cl2‎ ‎　晶胞的计算 ‎3．[2015·新课标全国Ⅰ理综，37(5)]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)由石墨烯晶体结构图可知，每个碳原子连接3个六元环，每个六元环占有的碳原子数为×6＝2。(2)观察金刚石晶体的空间构型，以1个碳原子为标准计算，1个碳原子和4个碳原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个碳原子中每个碳原子又和另外3个碳原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4＝12，所以每个碳原子连接12个六元环；六元环中最多有4个碳原子在同一平面。‎ 答案　(1)3　2　(2)12　4‎ ‎4．[2016·全国卷Ⅲ，37(5)]Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。‎ 解析　根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×(π×10-30×r＋π×10-30×r)cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即(＋)g，所以1个晶胞的体积V2＝(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得结果。‎ 答案　×100%‎ ‎5．[2015·新课标全国Ⅱ理综，37(5)]氧和钠能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中氧原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm-3)________。‎ 解析　由晶胞图知，小黑球有8个，大黑球有8×1/8＋6×1/2＝4，所以化学式为Na2O。小黑球为Na，大黑球为O。A为O，由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个钠，在相邻的另1个晶胞中，O也连有4个钠，故O的配位数为8。1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有ρ＝＝＝＝2.27(g·cm-3)。‎ 答案　Na2O　8　＝2.27 g·cm-3‎ 揭秘：1.高考考查的晶体类型推断有两类：(1)根据组成推断。如硅晶体、金刚石、二氧化硅以及新型无机非金属材料晶体(如碳化硅、氮化硼、氮化硅、氮化铝等)均为原子晶体。(2)根据性质推断，性质主要包括熔点、沸点和硬度。如常温常压呈液态的物质，其对应晶体一般是分子晶体。耐高温、耐磨类晶体一般是原子晶体。熔融状态下能导电的晶体，可能是金属晶体，也可能是离子晶体。‎ ‎2．高考极有可能考查晶胞计算，如计算晶胞密度或晶胞参数等，备考时需要多加注意。‎ 课时跟踪训练 一、选择题 ‎1．(2016·大连调研)关于晶体的叙述中，正确的是(　　)‎ A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高 B．分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定 C．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高 D．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体 解析　B项，分子的稳定性取决于分子内部的共价键强弱，与分子间作用力无关；C项，分子晶体熔、沸点高低，取决于分子间作用力的大小；D项，也可能是分子晶体，如HCl。‎ 答案　A ‎2．下列对晶体类型判断正确的是(　　)‎ 选项 Na2B2O7‎ CaF2‎ H3BO3‎ NH3‎ A 原子晶体 金属晶体 原子晶体 分子晶体 B 离子晶体 分子晶体 离子晶体 分子晶体 C 离子晶体 离子晶体 分子晶体 分子晶体 D 分子晶体 离子晶体 分子晶体 离子晶体 答案　C ‎3．(2013·重庆理综，3)下列排序正确的是(　　)‎ A．酸性：H2CO3＜C6H5OH＜CH3COOH B．碱性：Ba(OH)2＜Ca(OH)2＜KOH C．熔点：MgBr2＜SiCl4＜BN D．沸点：PH3＜NH3＜H2O 解析　A项，酸性应为CH3COOH＞H2CO3＞C6H5OH，错误。B项，碱性应为Ba(OH)2＞KOH＞Ca(OH)2，错误。C项，熔点：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，即BN＞MgBr2＞SiCl4，错误。D项，由于NH3、H2O分子间形成氢键，所以沸点：H2O＞NH3＞PH3，正确。‎ 答案　D ‎4．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。如右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 B．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O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K＋距离最近的K＋有6个 答案　A ‎5．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积。a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，a、b、c三种晶胞内金属原子个数比为(　　)‎ A．3∶2∶1 B．11∶8∶4‎ C．9∶8∶4 D．21∶14∶9‎ 解析　a中：3＋2×＋12×＝6‎ b中：8×＋6×＝4‎ c中：8×＋1＝2‎ 所以三种晶胞内金属原子个数之比为3∶2∶1。‎ 答案　A ‎6．(2016·青岛一模)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的晶格能依次减小，硬度依次减小。‎ 答案　A ‎7．(2016·郑州模拟)下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键 B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋‎ C．H原子的电子云图如图丙所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动 D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图丁所示，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12‎ 答案　C ‎8．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子 B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有6个 C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl-‎ D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子 解析　氯化钠晶体中每个Na＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有12个，B项错误。‎ 答案　B 二、填空题 ‎9．下图为几种晶体或晶胞的示意图：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________。‎ ‎(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为________________________。‎ ‎(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能______(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是___________________________________。‎ ‎(4)每个Cu晶胞中实际占有________个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。‎ ‎(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是____________________________________。‎ 解析　(2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则离子晶体熔点越高。金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。(4)铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析：8×＋6×＝4，氯化钙类似于氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl-配位数为4。‎ 答案　(1)金刚石晶体 ‎(2)金刚石＞MgO＞CaCl2＞冰＞干冰 ‎(3)小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2-)＜r(Cl-)‎ ‎(4)4　8　(5)H2O分子之间能形成氢键 ‎10．(2016·贵州省普通高等学校招生适应性考试)第四周期中的18种元素具有重要的用途，在现代工业中备受青睐。‎ ‎(1)铬是一种硬而脆、抗腐蚀性强的金属，常用于电镀和制造特种钢。基态Cr原子中，电子占据最高能层的符号为________，该能层上具有的原子轨道数为________，电子数为________。‎ ‎(2)第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的，30Zn与31Ga的第一电离能是否符合这一规律？________(填“是”或“否”)，原因是_______________________________(如果前一问填“是”，此问可以不答)。‎ ‎(3)镓与第ⅤA族元素可形成多种新型人工半导体材料，砷化镓(GaAs)就是其中一种，其晶体结构如下图所示(白色球代表As原子)。在GaAs晶体中，每个Ga原子与________个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为________。‎ ‎(4)与As同主族的短周期元素是N、P。AsH3中心原子杂化的类型________；一定压强下将AsH3和NH3、PH3的混合气体降温时首先液化的是________，理由是______________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎(5)铁的多种化合物均为磁性材料，氮化铁是其中一种，某氮化铁的晶胞结构如图所示，则氮化铁的化学式为________；设晶胞边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度为________ g·cm-3(用含a和NA的式子表示)。‎ 解析　(5)Fe：8×＋6×＝4，N：1，所以氮化铁的化学式是Fe4N。‎ a3·ρ·NA＝M(Fe4N)，‎ ρ＝。‎ 答案　(1)N　16　1‎ ‎(2)否　30Zn的4s能级处于全充满状态，较稳定 ‎(3)4　正四面体 ‎(4)sp3　NH3　因为氨分子间存在氢键，分子间作用力更大，沸点更高，降温时先液化 ‎(5)Fe4N　238/(a3NA)‎ ‎11．(2016·沈阳高三测试)A、B、C、D是元素周期表中前36号元素，它们的核电荷数依次增大。第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级，B原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，C是地壳中含量最多的元素。D是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢原子相同，其余各层电子均充满。请回答下列问题：‎ ‎(1)A、B、C的第一电离能由小到大的顺序是________(用对应的元素符号表示)；基态D原子的电子排布式为______________________。‎ ‎(2)A的最高价氧化物对应的水化物分子中，其中心原子采取________杂化；BC的立体构型为________(用文字描述)。‎ ‎(3)1 mol AB-中含有的π键个数为________。‎ ‎(4)如图是金属Ca和D所形成的某种合金的晶胞结构示意图，则该合金中Ca和D的原子个数比________。‎ ‎(5)镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构XYn，它们有很强的储氢能力。已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9.0×10-23 cm3，储氢后形成LaNinH4.5合金(氢进入晶胞空隙，体积不变)，则LaNin中n＝________(填数值)；氢在合金中的密度为________。‎ 解析　根据题中已知信息，第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级可知，A为碳元素。B、C、D元素的判断较容易，B为氮元素，C为氧元素，D为铜元素。晶胞的原子个数计算主要注意D原子个数计算，在晶胞上、下两个面上共有4个D原子，在前、后、左、右四个面上共有4个D原子，在晶胞的中心还有一个D原子。故Ca与D的个数比为8×∶(4×＋4×＋1)＝1∶5。1 mol晶胞的体积为6.02×1023×9.0×10-23cm3，‎ 所以ρ(H2)＝＝0.083 g·cm-3。‎ 答案　(1)CO，B错误；D项，图中堆积方式为镁型，故D项错误，A、C正确。‎ 答案　(1)①<　②4∶3‎ ‎(2)3∶1　金属键 ‎(3)①ABO3　②　③AC