2019届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(1)

2019届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(1)

第3讲　晶体结构与性质 ‎【2019·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 ‎(频数：★★★　难度：★★☆)‎ ‎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。‎ ‎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 ‎ 比较 类型 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 金属氧化物(如K2‎ 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)‎ Na、Al、Fe、青铜)‎ O、Na2O)、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＞‎ CHCH3CH3CH2CH3＞CCH3CH3CH3CH3。‎ ‎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。‎ ‎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。‎ ‎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(双选)(　　)‎ 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)[2017·江苏化学，21(5)]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________。‎ 　　　 ‎(2)[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。‎ ‎(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。‎ 答案　(1)Fe3CuN　(2)原子晶体　共价　(3)X－射线衍射 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。‎ 题组一　晶体类型的判断 ‎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 答案　B ‎2．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 ‎3．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 ‎【规律总结】‎ 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、沸点的判断 ‎4．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 ‎5．(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 ‎(频数：★★★　难度：★★★)‎ ‎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： 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。‎ ‎1．基础知识正误判断 ‎(1)晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　　)‎ ‎(2)在分子晶体中一定有范德华力和化学键。(　　)‎ ‎(3)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。(　　)‎ ‎(4)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。(　　)‎ ‎(5)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　　)‎ ‎(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　　)‎ ‎(7)离子晶体一定都含有金属元素。(　　)‎ 解析　(1)金属晶体中存在金属阳离子，但不存在阴离子。(2)稀有气体为单原子分子，形成的晶体为分子晶体，晶体中不存在化学键。(3)金属镁为六方最密堆积模型，每个镁原子周围与其距离最近的原子有12个。(4)在NaCl晶体中，所有的Na＋呈面心立方最密堆积，因此每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。(5)有些金属晶体的熔点高于某些原子晶体，如钨的熔点高于SiO2。(6)像硫单质、碘单质等常温下为固态，金属汞常温下为液态，因此硫、碘等分子晶体的熔点高于金属汞晶体。(7)铵盐如NH4Cl形成离子晶体，不含金属元素。‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×‎ ‎2．(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 ‎3.(溯源题)(1)[2017·课标全国Ⅱ，35(4)]R的晶体密度为d g·cm－3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为__________________________________________。‎ ‎(2)[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)。‎ 答案　(1) ‎(2)①(，，)　②×107‎ 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。‎ 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．已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。‎ 解析　La：2×＋12×＝3‎ Ni：12×＋6×＋6＝15‎ 所以n＝5。‎ 答案　5‎ ‎3．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。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 ‎4．(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 题组二　晶胞密度、原子半径及空间利用率质量的计算 ‎5．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＝× cm≈1.27×10－‎8cm。‎ 答案　12　×≈1.27×10－8‎ ‎6．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，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)。‎ ‎ [试题分析]‎ ‎(2015·全国卷Ⅰ，37)碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：‎ ‎(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态‎14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。‎ ‎(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_____________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ ‎(3)CS2分子中，共价键的类型有___________________________________，‎ C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子_________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。‎ ‎(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。‎ 解题思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 我的答案：　　　　‎ 考查意图：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。难度系数约为0.51，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。‎ 解题思路：(1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布的形象化的描述；C原子的核外有6个电子，电子排布为1s22s22p2，其中1s、2s上的2对电子的自旋方向相反，而2p轨道的电子的自旋方向相同；‎ ‎(2)在原子结构中，最外层电子小于4个的原子易失去电子，而C原子的最外层是4个电子，且C原子的半径较小，则难以通过得或失电子达到稳定结构，所以通过共用电子对的方式即形成共价键来达到稳定结构；‎ ‎(3)CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个σ键和1个π键，分子空间构型为直线型，则含有的共价键类型为σ键和π键；C原子的最外层形成2个σ键，无孤对电子，所以为sp杂化；O与S同主族，所以与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子为CO2；与二氧化碳互为等电子体的离子有SCN－，所以SCN－的空间构型与键合方式与CS2相同；‎ ‎(4)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，说明熔沸点较低，所以为分子晶体；‎ ‎(5)根据均摊法来计算。①石墨烯晶体中，每个C原子被3个6元环共有，每个六元环占有的C原子数是6×1/3＝2；‎ ‎②每个C原子周围形成4个共价键，每2个共价键即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个C原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。‎ 正确答案：(1)电子云　2　(2)C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构　(3)σ键和π键　sp　CO2、SCN－(或COS等)　(4)分子　(5)①3　2　②12　4‎ ‎[真题演练]‎ ‎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 ‎3．[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%‎ ‎4．[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，大灰球有8×1/8＋6×1/2＝4，所以化学式为Na2O。小黑球为Na，大灰球为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＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3＝‎2.27 g·cm－3。‎ 答案　Na2O　8　＝‎2.27 g·cm－3‎ 一、选择题 ‎1．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 ‎2．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 ‎3．下列关于晶体的说法正确的组合是(　　)‎ ‎①分子晶体中都存在共价键 ‎②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ‎③金刚石、SiC、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ‎④离子化合物中只有离子键没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键 ‎⑤CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4＋和12个O2－相紧邻 CaTiO3的晶体结构模型 ‎(图中Ca2＋、O2－、Ti4＋分别位于 立方体的体心、面心和顶点)‎ ‎⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ‎⑦晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 ‎⑧氯化钠溶于水时离子键被破坏 A．①②③⑥ B．①②④‎ C．③⑤⑦ D．③⑤⑧‎ 答案　D ‎4．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、电荷越多，该阴、阳离子组成的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　A项，在离子晶体中，离子之间的离子键越强，断裂消耗的能量就越高，离子的晶格能就越大，正确；B项，在离子晶体中，阳离子的半径越大则周围的空间就越大，所以就可同时吸引更多的阴离子，正确；C项，通常情况下，阴、阳离子的半径越小、电荷越多，则离子之间的作用力就越强，该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大，正确；D项，气态离子形成1 mol的离子晶体时所释放的能量叫该离子晶体的晶格能，错误。‎ 答案　D ‎5．北京大学和中国科学院的化学工作者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，具有良好的超导性。下列关于K‎3C60的组成和结构的分析中正确的是(　　)‎ A．K‎3C60晶体中既有离子键又有极性键 B．K‎3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低 C．该晶体熔化时能导电 D．C60分子中碳原子是采用sp3杂化的 解析　该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，C项正确；C60‎ 内部为非极性键，A项错误；离子晶体K‎3C60比分子晶体C60的熔点高，B项错误；C60中每个碳形成四条键，其中有一个为双键，故应为sp2杂化，D项错误。‎ 答案　C ‎6．(2018·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 ‎7．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 ‎8．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 二、填空题 ‎9．(2017·泰安模拟)我国从国外进口某原料经测定主要含有A、B、C、D、E五种前四周期元素，且原子序数依次增大。元素A、B、C、D、E的原子结构等信息如下：‎ 元素 元素性质或原子结构 A 周期表中原子半径最小的元素 B 原子核外有三种不同的能级且各个能级所填充的电子数相同 C 最外层p轨道半充满 D 位于短周期，其原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍 E 位于ds区且原子的最外层电子数与A的相同 请回答下列问题：(用A、B、C、D、E所对应的元素符号作答)‎ ‎(1)B、C、D第一电离能由大到小为_______________________________________。‎ ‎(2)E的二价离子的电子排布式为___________________________________。‎ ‎(3)A2B2D4常用作除锈剂，该分子中B的杂化方式为________；1 mol A2B2D4分子中含有σ键数目为_______________________________________________。‎ ‎(4)与化合物BD互为等电子体的阴离子化学式为________。‎ ‎(5)B‎2A6、C‎2A4分子中均含有18个电子，它们的沸点相差较大，主要原因是_______________________________________________________________。‎ ‎(6)BD2在高温高压下所形成晶体的晶胞如图所示，一个该晶胞中含________个D原子。‎ 解析　A、B、C、D、E五种前四周期元素，且原子序数依次增大。周期表中A元素原子半径最小，故A为氢元素；B元素原子核外有三种不同的能级且各个能级所填充的电子数相同，核外电子排布式为1s22s22p2，故B为碳元素；D位于短周期，其原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍，而短周期中原子单电子处于p能级最多有3个，故其成对电子总数只能为6，单电子数为2，核外电子排布式为1s22s22p4，则D为氧元素；C元素原子最外层p轨道半充满，原子序数小于O，故其核外电子排布为1s22s22p3，则C为氮元素；E位于ds区且原子的最外层电子数与A的相同，价电子排布式为3d104s1，则E为Cu。‎ ‎(1)同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但氮元素2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：N＞O＞C。‎ ‎(2)E为铜元素，Cu2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。‎ ‎(3)H‎2C2O4常用作除锈剂，结构简式为HOOC—COOH，分子中碳原子形成3个σ键，没有孤对电子，该分子中碳原子的杂化方式为sp2，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，故HOOC—COOH分子中含有7个σ键，1 mol A2B2D4分子中含有σ键数目为7NA，即7×6.02×1023。‎ ‎(4)原子总数相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体，与化合物CO互为等电子体的阴离子化学式为CN－等。‎ ‎(5)C2H6、N2H4分子中均含有18个电子，它们的沸点相差较大，主要原因是N2H4分子之间存在氢键。‎ ‎(6)CO2‎ 在高温高压下所形成晶体的晶胞中灰色球为氧原子，均在晶胞内部，一个该晶胞中含氧原子数目为16。‎ 答案　(1)N＞O＞C　(2)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9‎ ‎(3)sp2　7×6.02×1023(或7NA)　(4)CN－　(5)N2H4分子之间存在氢键　(6)16‎ ‎10．铁触媒是重要的催化剂，CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学反应方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为________，基态铁原子的价电子排布式为________。‎ ‎(2)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe(CO)5的晶体类型是________，Fe(CO)5在空气中燃烧后剩余固体呈红棕色，其化学方程式为________________________________________。‎ ‎(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________，配体中提供孤对电子的原子是________。‎ ‎(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________形成。‎ a．离子键 b．配位键 c．非极性键 d．σ键 ‎(5)单质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含有的铁原子个数之比为________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为________(写出已化简的比例式即可)。‎ 解析　(1)同周期由左向右元素的第一电离能呈递增趋势，但是第ⅡA和第ⅤA族元素略大，因此C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C。铁为26号元素，根据构造原理确定，基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。‎ ‎(2)根据题意知Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，熔点较低，则Fe(CO)5的晶体类型是分子晶体，Fe(CO)5在空气中燃烧生成氧化铁和二氧化碳，化学方程式为4Fe(CO)5＋13O22Fe2O3＋20CO2。‎ ‎(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中，羧基中碳原子的杂化类型是sp2，甲基中碳原子的杂化类型是sp3，配体中提供孤对电子的原子是氮原子。‎ ‎(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有配位键、σ键形成，选bd。‎ ‎(5)根据晶胞结构利用均摊法分析，面心立方晶胞中含有的铁原子个数为8×＋6×＝4，体心立方晶胞中含有的铁原子数目为8×＋1＝2，实际含有的铁原子个数之比为2∶1。设铁原子半径为r，面心立方堆积晶胞的棱长为a1，则a1＝4r，体心立方堆积晶胞的棱长为a2，则a2＝4r，设铁原子质量为m(Fe)，则两种铁晶体的密度之比为＝4∶3。‎ 答案　(1)N＞O＞C　3d64s2　(2)分子晶体　4Fe(CO)5＋13O22Fe2O3＋20CO2　(3)sp2、sp3　N　(4)bd　(5)2∶1　4∶3 ‎11．磁性材料氮化铁镍合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨气、氮气、氢氧化钠、盐酸等物质在一定条件下反应制得。‎ ‎(1)Fe3＋的电子排布式是___________________________________。‎ ‎(2)NO和NH3中氮原子的杂化方式为___________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(3)NH3的沸点高于PH3，其主要原因是______________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(4)与N3－具有相同电子数的三原子分子的空间构型是________。‎ ‎(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水，刚开始时生成绿色Ni(OH)2沉淀，当氨水过量时，沉淀会溶解，生成[Ni(NH3)6]2＋蓝色溶液，则1 mol [Ni(NH3)6]2＋含有的σ键的物质的量为________ mol。‎ ‎(6)铁元素对应的单质在形成晶体时，采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为________，如果Fe的原子半径为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则计算此单质的密度表达式为________g·cm－3(不必化简)。‎ 解析　(1)Fe为26号元素，则Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。‎ ‎(2)NO为平面三角形，氮原子为sp2杂化；NH3为三角锥形的分子，氮原子为sp3杂化。‎ ‎(4)N3－电子数为10，与N3－具有相同电子数的三原子分子为H2O，分子的空间构型为V形。‎ ‎(5)在[Ni(NH3)6]2＋中，每个氮原子与3个氢原子形成σ键，同时还与镍原子形成配位键，也是σ键，因此1 mol [Ni(NH3)6]2＋含有的σ键为4 mol×6＝24 mol。‎ ‎(6)铁元素对应的单质在形成晶体时，采用如图所示的堆积方式，则这种堆积模型为体心立方堆积，即在立方体的中心有一个铁原子，与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点，所以铁的配位数为8，每个立方体中含有的铁原子数为8×＋1＝2，如果Fe的原子半径为a cm，则立方体的边长为 cm，对应的体积为( cm)3，阿伏加德罗常数的值为NA，所以铁单质的密度表达式为 g·cm－3。‎ 答案　(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5‎ ‎(2)sp2、sp3　(3)NH3分子间存在氢键　(4)V形 ‎(5)24　(6)8　 ‎12．(2018·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＝ g·cm－3。‎ 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)‎