2021届一轮复习人教版晶体结构与性质学案
第38讲 晶体结构与性质
考点一 晶体概念与结构模型
[知识梳理]
一、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的比较
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.得到晶体的途径
(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。
3．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
无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
并置：所有晶胞都是平行排列、取向相同。
二、晶胞组成的计算——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。
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数的计算视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。
三、常见晶体的结构模型
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原子组成且六个C原子不在同一平面内；
(4)每个C参与4条C—C键的形成，含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2NA个
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“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2，即1 mol SiO2中含有4NA个Si—O键；
(3)最小环上有12个原子，即6个O和6个Si
分
子
晶
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分子周围等距且紧邻的CO2
体
分子有12个
冰
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
离子晶体
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－
CsCl型
(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有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－
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
金
属
晶
体
简单立方堆积
典型代表Po，配位数为6，空间利用率为52%
体心立方堆积
典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率为68%
典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率为74%
面心立方最密堆积
六方最密堆积
典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率为74%
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)冰和碘晶体中相互作用力完全相同。( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列。( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体。( )
(4)固体SiO2一定是晶体。( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。( )
(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
2．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：
试写出：
(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数是________。
答案：(1)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12
3．下列是几种常见的晶胞结构，请填写晶胞中含有的粒子数。
A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)
B．干冰(含________个CO2)
C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)
D．金刚石(含________个C)
E．体心立方(含________个原子)
F．面心立方(含________个原子)
答案：A.4 4 B．4 C．4 8 D．8 E．2 F．4
演练一 晶胞粒子数及晶体化学式的判断
1．Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
(1)在1个晶胞中，Zn2＋的数目为________。
(2)该化合物的化学式为________。
解析：由晶胞图分析，含有Zn2＋的数目为8×＋6×＝4。含有S2－的数目为4，所以化合物中Zn2＋与S2－数目之比为1∶1，则化学式为ZnS。
答案：(1)4 (2)ZnS
2.利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为______，该功能陶瓷的化学式为______。
解析：利用晶胞结构可计算出每个晶胞中含有2个B和2个N，故化学式为BN。
答案：2 BN
3．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，
图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
解析：(1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以N(B)∶N(O)＝1∶(1＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。
答案：(1)MgB2 (2)BO
演练二 晶体密度及粒子间距的计算
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(设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Cu原子半径r＝× cm≈1.28×10－8cm。
答案：12 × cm≈1.28×10－8
5．按要求回答下列问题：
(1)Fe单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式，分别如图1、图2所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞的边长分别为a、b，则铁单质的面心立方晶胞和体心立方晶胞的密度之比为__________，铁原子的配位数之比为________。
(2)Mg为六方最密堆积，其晶胞结构如图3所示，若在晶胞中建立如图4所示的坐标系，以A为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度1，则C点的坐标为________________。
(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图5所示，则铁镁合金的化学式为__________。若该晶胞的边长为d nm，则该合金的密度为____________g·cm－3(列出计算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
解析：(1)面心立方晶胞边长为a，体积V＝a3，含有Fe原子数目为8×＋6×＝4，故a3ρ(面心)＝4× g(NA为阿伏加德罗常数的值)；体心立方晶胞边长为b，体积V＝b3，含有Fe原子数目为8×＋1＝2，故b3ρ(体心)＝2× g，故ρ(面心)∶ρ(体心)＝2b3∶a3。面心立
方晶胞中每个Fe原子周围有12个Fe原子，体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子，故Fe原子配位数之比为12∶8＝3∶2。(2)若建立如图4所示的坐标系，x轴与y轴的夹角为120°，以A为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度1，则D点与A点、B点以及F点构成一个正四面体，D点位于其顶点，其高度为晶胞高度的一半。由D点向底面作垂线，垂足到底面三角形各点的距离为，D点到垂足的距离为，则C点的坐标为(0，0，)。(3)根据均摊法可知晶胞中铁原子数为8×＋6×＝4，镁原子数为8，则铁镁合金的化学式是Mg2Fe。由题给条件，1个晶胞的体积为(d×10－7)3cm3，1个晶胞的质量为 g，根据ρ＝可得合金的密度是 g·cm－3。
答案：(1)2b3∶a3 3∶2 (2)(0，0，) (3)Mg2Fe
晶体结构的相关计算
(2)晶体密度的计算公式：ρ＝，其中N为1个晶胞中所含微粒数目，M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值，V为1个晶胞的体积。
(3)晶胞质量＝晶胞含有的微粒的质量＝晶胞含有的微粒数×。
(4)空间利用率＝×100%。
考点二 四种晶体的性质与判断
[知识梳理]
一、四种类型晶体的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成微粒
分子
原子
金属阳离子、自由电子
阴、阳离子
微粒间的相互作用力
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
难溶于任何常见溶剂
难溶于常见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、导热性
一般不导电，有的溶于水后导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融状态导电
物质
类别
及举例
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K2O、Na2O)、强
碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
二、离子晶体的晶格能
1．定义
气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：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。
三、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，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般来说，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MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②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
①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、沸点反常得高，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。
④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，其金属键越强，金属熔、沸点越高，如Na
(2)< (3)< (4)>
演练一 晶体类型与性质的综合判断
1．(2020·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：CF4NaCl>NaBr>NaI
解析：选A。A项，金属离子的电荷数越多、半径越小，金属熔点越高，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碳化硅>晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高为CF4NaCl>NaBr>NaI，正确。
2．(2020·喀什模拟)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)根据表中数据可看出A组熔点很高，属于原子晶体，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分子间能形成氢键，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，其熔点高低与晶格能有关。
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
(4)②④
(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)”“＝”或“<”)
BF的熔点，其原因是_______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)CO的熔点________(填“>”或“<”)N2的熔点，原因是________________________。
(4)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)SiO2比CO2熔点高的原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)H2O分子间能形成氢键
(2)> 两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，熔点较低
(3)> CO为极性分子而N2为非极性分子，CO分子间范德华力较大
(4)增大 三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高
(5)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体
4.ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。
(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单层碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是______(填字母)。
A．石墨烯是一种强度很高的材料
B．石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C．石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D．石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_____________________________
________________________________________________________________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性______、共价性______。(填“增强”“不变”或“减弱”)
(4)水杨酸第一级电离形成离子，相同温度下，水杨酸的Ka2________(填“>”“＝”或“<”)苯酚()的Ka，其原因是___________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)C (3)①均为分子晶体，结构与组成相似，范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强 (4)< 中能形成分子内氢键，使其更难电离出H＋
结构决定性质类简答题答题模板
叙述结构→阐述原理→回扣结论。
1．(晶体类型的判断)[2019·高考全国卷Ⅲ，35(3)]苯胺()的晶体类型是________。
答案：分子晶体
2．(晶体熔、沸点高低的比较)(1)[2019·高考全国卷Ⅰ，35(3)]一些氧化物的熔点如表所示：
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
－75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(2)]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__________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2016·高考全国卷Ⅲ，37(4)]GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是____________________________________________。
答案：(1)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能：MgO>Li2O。分子间作用力(相对分子质量)：P4O6>SO2 (2)K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱 (3)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
3．(晶胞中微粒数及密度的计算)(1)(2019·高考江苏卷)一个Cu2O晶胞(如图所示)中，Cu原子的数目为______。
(2)[2018·高考全国卷Ⅲ，35(5)]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为______________。
六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为___________________________________________________________
g·cm－3(列出计算式)。
(3)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(4)(5)]①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，
具有钙钛矿型的立体结构，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。
(4)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(5)]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：(3)①根据晶胞结构可知，K与O间的最短距离为面对角线的一半，即nm≈0.315 nm。K、O构成面心立方最密堆积，配位数为12(同层4个，上、下层各4个)。
(4)由题意知在MgO中，阴离子采用面心立方最密堆积方式，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以a＝2r(O2－)，r(O2－)≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2[r(Mn2＋)＋r(O2－)]＝a′，r(Mn2＋)＝0.076 nm。
答案：(1)4 (2)六方最密堆积
(3)①0.315(或×0.446) 12 ②体心 棱心
(4)0.148 0.076
1．(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________，SiC和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________________。
(2)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是________________________________________________________________________。
(3)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成π键。从原子半径大小的角度分析，C、O原子间能形成π键，而Si、O原子间不能形成π键的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点：CO2________(填“<”“＝”或“>”)SiO2。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2 4种晶体的构成微粒种类分别是________________________________________________________________________，
熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)SiC与晶体硅结构相似，晶体硅中一个硅原子与周围四个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，则SiC晶体中C原子杂化方式为sp3；因为SiC的键长小于SiSi，所以熔、沸点高低顺序为SiC>Si。
(2)SiC电子总数是20，则该氧化物为MgO；晶格能与离子晶体中离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子所带电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，故MgO的晶格能大，熔点高。
(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键。SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点：SiO2>CO2。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，以分子间作用力结合。
答案：(1)sp3 共价键 SiC>Si
(2)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO的晶格能大
(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键 原子 分子 <
(4)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力
2．(2020·福州一中质检)(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方堆积，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是____________。氯化铯晶体的晶胞结构如图1所示，则Cs＋的配位数是____________。
(2)铜的氢化物的晶胞结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。
(4)实验证明，KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(
如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/(kJ·mol－1)
786
715
3 401
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是
________________________________________________________________________。
MgO晶体中一个Mg2＋周围与它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。
解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数目为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞结构可知，粒子个数比为1∶1，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球平均有1个，灰球平均有1个，白球平均有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)由3种离子晶体的晶格能数据可知，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，其熔点越高；离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围与它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
答案：(1)2 8
(2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl
(3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
3．铬的同位素有 Cr、Cr、Cr、Cr。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
(1)基态 Cr的价层电子排布图为____________________________________________。
(2)交警用“酒精仪”查酒驾，其化学反应原理为2K2Cr2O7＋3CH3CH2OH＋8H2SO4―→3CH3COOH＋2Cr2(SO4)3＋2K2SO4＋11H2O。
①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3(二甲醚)、HCOOCH3(甲酸甲酯)，主要原因是__________________________________________________。
②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是______________；
CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为____________。
③K2SO4晶体中阴离子的立体构型是______________。该反应中，只含极性键的极性分子有__________(填分子式)。
(3)CrF3晶体、CrBr3晶体的熔点分别为1 100 ℃以上、79 ℃，其可能的原因是________________________________________________________________________________。
(4)晶体铬的晶胞结构如图甲所示，其堆积模型为______________；铬原子的配位数为______。
(5)铬的一种氧化物晶胞如图乙所示。六棱柱边长为a nm，高为b nm，NA代表阿伏加德罗常数的值。该晶体的化学式为____________；该晶体的密度ρ＝____________ g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)基态铬原子的价层电子排布式为3d54s1。(2)①乙醇、乙酸分子间存在氢键，氢键比范德华力强，所以，乙醇的沸点高于二甲醚，乙酸的沸点高于甲酸甲酯。②CH3COOH分子中—CH3中碳原子采用sp3杂化，—COOH中碳原子采用sp2杂化。单键都是σ键，1个碳氧双键含1个σ键和1个π键，故CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为7∶1。③K2SO4的阴离子是SO，SO的立体构型是正四面体形，乙醇、乙酸分子中存在碳碳非极性键，H2O、H2SO4分子中只含极性键。(3)三氟化铬、三溴化铬的晶体类型不同，故熔点相差较大。(4)图甲为体心立方堆积，铬原子的配位数为8。(5)根据均摊法，1个晶胞含4个铬离子，含氧离子数目为12×1/6＋2×1/2＋3＝6，则该晶体的化学式为Cr2O3。六棱柱的底由6个正三角形组成，每个正三角形的面积为a2。
答案：(1)
(2)①CH3CH2OH、CH3COOH分子间存在氢键
②sp2、sp3 7∶1 ③正四面体形 H2O、H2SO4
(3)CrF3是离子晶体，CrBr3是分子晶体，离子键比分子间作用力强
(4)体心立方堆积 8
(5)Cr2O3
4．尿素是含氮量极高的氮肥，在适当条件下NH3与CO2作用可转化为尿素：2NH3
＋CO2―→CO(NH2)2＋H2O。
(1)写出基态氮原子的价电子排布图：______________________________________，
上述反应涉及元素中，电负性最大的是______，C、N、O属于同一周期，其中______两种元素第一电离能之差最大。
(2)上述反应中，碳原子的杂化轨道类型变化为____________________________；NH3、CO2、H2O三种分子中共价键的键角由大到小的顺序为_________________________；
CO2分子中存在极性键，但它是非极性分子，其原因是__________________________。
(3)已知尿素的熔点为132.7 ℃，则其晶体类型为__________，研究表明，尿素晶体存在分子间氢键，请表示出尿素晶体中的两类氢键：__________________________________。
(4)碳元素能形成多种同素异形体，其中金刚石的晶胞结构如图所示。则一个晶胞的质量是______，该晶胞的空间利用率为________(用含π的式子表示)。
解析：(1)非金属性越强，电负性越大，故电负性最大的元素是氧元素，C、N、O三种元素的第一电离能大小顺序为N>O>C，故氮、碳元素的第一电离能之差最大。(2)CO2中碳原子为sp杂化，尿素中碳原子为sp2杂化。NH3、CO2、H2O三种分子中，CO2属于直线形分子，键角为180°，另外两种分子的中心原子均为sp3杂化，但水分子中有2对孤电子对，故键角小于NH3分子中的键角。CO2分子是直线形分子，其正负电荷中心重合，故为非极性分子。(3)由尿素的熔点知其是分子晶体。尿素分子中的两个氮原子、一个氧原子上均有孤电子对，且尿素分子中有4个氢原子，所以氢键类型为N—H…N、N—H…O。(4)每个晶胞中，8个顶点、6个面上各有一个原子，晶胞内有4个原子，故一个金刚石晶胞中共有8个碳原子，物质的量为 mol，质量为 g。设晶胞参数为a，则晶胞面对角线长度为a，设碳原子半径为r，则晶胞体对角线长度为8r，a2＋(a)2＝(8r)2，r＝a，8个碳原子的总体积为8×πr3，晶胞的体积为a3，由此求出空间利用率为π。
答案：(1) 氧(或O) 氮与碳(或N与C)
(2)由sp杂化转化为sp2杂化 CO2>NH3>H2O CO2分子是直线形分子，其正负电荷中心重合
(3)分子晶体 N—H…N、N—H…O (4) g π
5．(2020·东营质检)石墨、石墨烯及金刚石是碳的同素异形体。
(1)以NiCrFe为催化剂，一定条件下可将石墨转化为金刚石。基态Fe原子未成对电子数为______。设石墨晶体中碳碳键的键长为a m，金刚石晶体中碳碳键的键长为b m，则a______(填“>”“<”或“＝”)b，原因是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)比较表中碳卤化物的熔点，并分析其熔点变化的原因：_______________________。
CCl4
CBr4(α型)
CI4
熔点/℃
－22.92
48.4
168(分解)
(3)金刚石的晶胞如图1所示。已知ZnS晶胞与金刚石晶胞排列方式相同，若图1中a与ZnS晶胞中Zn2＋位置相同，则S2－在ZnS晶胞中的位置为______。
(4)石墨烯中部分碳原子被氧化后，转化为氧化石墨烯。
①在图3所示的氧化石墨烯中，采取sp3杂化形式的原子有______(填元素符号)。
②石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C与相邻C原子间键能的变化是______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)石墨烯具有很大的比表面积，有望用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为a m，12 g单层石墨烯单面的理论面积约为__________m2(列出计算式即可)。
解析：(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，未成对电子数为4。在金刚石晶体中，C原子采用sp3杂化，碳原子之间只存在σ键，而石墨晶体中的C原子采用sp2杂化，碳原子之间除了σ键外还有大π键，使得石墨晶体中的碳碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长短。(2)碳卤化物都是分子晶体，分子间通过范德华力相结合，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，其分子间范德华力越强，熔点越高，由于相对分子质量：CCl4
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