2018届一轮复习苏教版常见晶体模型与晶胞计算学案

2018届一轮复习苏教版常见晶体模型与晶胞计算学案

‎1．典型晶体模型 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“O”，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分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个 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－‎ 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%‎ 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%‎ ‎　‎ ‎2．晶胞中微粒的计算方法——均摊法 ‎【重难点指数】★★★‎ ‎【重难点考向一】常见晶胞类型和结构特点 ‎【典型例题1】‎ ‎（1）【2015·高考全国卷Ⅰ，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：‎ ‎ ‎ 石墨烯晶体 金刚石晶体 ‎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。‎ ‎（2）【2014·高考全国卷Ⅰ节选】Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。‎ ‎【答案】（1）①3　2　②12　4　（2）16‎ ‎【重难点考向二】有关晶胞的计算 ‎【典型例题1】【2015·高考全国卷Ⅱ，37（5）】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)__________________________________。 ‎ ‎【答案】Na2O　8‎ ＝2.27 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＝2.27 g·cm－3。‎ ‎【名师点睛】‎ ‎ （2）晶体微粒与M、ρ之间的关系 若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g (M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρ a3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρ a3NA g，因此有xM＝ρ a3NA。‎ ‎1．下图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元（晶胞）的排列方式，其对应的化学式正确的是（图中：○-X，●-Y，⊕-Z） （ ）‎ ‎【答案】C ‎【解析】A、B图中X、Y原（离）子的数目比均为1：1，A、B错误；C图中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式XY3Z正确；D图中X的数目：8×＝1，Y的数目：12×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z ‎，错误，答案选C。‎ ‎2．某物质的晶体中含Ti、O、Ca三种元素，其晶胞排列方式如图所示，晶体中Ti、O、Ca的中原子个数之比为 （ ）‎ A．1：3：1 B．2：3：1 C．2：2：1 D．1：3：3‎ ‎【答案】A ‎3．已知CsCl晶体的密度为ρg/cm3，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． B． C． D．‎ ‎【答案】A ‎【解析】该立方体中含1个氯离子，Cs+个数=8×=1，根据ρV=知，M=，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，故选A．‎ ‎4．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是 （ ）‎ A．①为简单立方堆积②为六方最密堆积③为体心立方堆积④为面心立方最密堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个 C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12‎ D．空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④‎ ‎【答案】B ‎5．氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)及新型多相催化剂组成的纳米材料能利用可见光分解水，生成氢气和氧气。‎ ‎（1）Zn2+基态核外电子排布式为 ‎ ‎（2）与CNO－互为等电子体的分子、离子化学式分别为 、 (各写一种)‎ ‎（3）ZnO是两性氧化物，能跟强碱溶液反应生成Zn(OH)4]2-。不考虑空间构型，Zn(OH)4]2-的结构可用示意图表示为 ，某种ZnO晶体的晶胞如图1所示，O2－的配位数为 ‎ ‎ ‎ 图1 ZnO晶胞 图2 GaN晶胞 ‎（4）图2是氮化镓的晶胞模型。其中镓原子的杂化方式为 杂化，N、Ga原子之间存在配位键，该配位键中提供电子对的原子是 。氮化镓为立方晶胞，晶胞边长为a pm，若氮化镓的密度为ρg·cm－3，则氮化镓晶胞边长的表达式a＝ pm(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。‎ ‎【答案】（1）1s22s22p63s23p63d10(或Ar]3d10)；‎ ‎（2）CO2(或N2O、CS2、BeCl2等，合理均可)，N；‎ ‎（3）或，8；‎ ‎（4）sp3杂化，N，×1010。‎ ‎【解析】（1）锌属于第四周期第IIB族元素，核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s2，因此Zn2＋的基态核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d10(或Ar]3d10)；（2）等电子体：原子总数相等，价电子总数相等的微粒互称为等电子体，CNO－中含有3个原子，价电子总数为16，CO2(或N2O、CS2、BeCl2等，合理均可)， N；（3）锌提供空轨道，OH－中的O提供孤电子对，形成配位键，结构示意图是： 或 ，离子晶体配位数，是周围最近的异性离子的个数，即O2－最近的AN2＋有8个，（4）根据晶胞，镓有4个共价键，因此镓的杂化类型为sp3，形成配位键，金属提供空轨道，非金属提供孤电子对，因此提供电子对的原子是N；根据晶胞的结构，Ga的个数为8×1/8＋1=2，晶胞的质量为2×84/NAg，设晶胞的边长为apm，晶胞的体积为(a×10－10)3，根据密度的定义，即a=×1010。 ‎