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文档介绍
2020届一轮复习人教全国版第39讲晶体结构与性质学案
第39讲 晶体结构与性质 考纲要求 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.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。3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.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。6.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。7.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 晶体概念及结构模型 1．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：所有晶胞平行排列、取向相同。 2．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。 3．常见晶体结构模型 (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原子成键，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 堆积模型 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 (1)冰和碘晶体中相互作用力相同( ) (2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( ) (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)√ 1．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的个数为________。 答案 (1)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12 2.下图是由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________。 答案 ＋3 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。 3．(常见晶体结构模型)填空。 (1)在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子；每个C原子被________个最小碳环共用。 (2)在干冰中粒子间作用力有______________________________________________。 (3)含1 mol H2O的冰中形成氢键的数目为________。 (4)在NaCl晶体中，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Na＋，每个Na＋周围有 ________个距离最近且相等的Cl－，其立体构型为____________。 (5)在CaF2晶体中，每个Ca2＋周围距离最近且等距离的F－有________个；每个F－周围距离最近且等距离的Ca2＋有________个。 答案 (1)6 12 (2)共价键、范德华力 (3)2NA (4)12 6 正八面体形 (5)8 4 题组一 晶胞粒子数与晶体化学式判断 1．已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是( ) A．晶胞中一个CO2分子的配位数是8 B．晶胞的密度表达式是 g·cm－3 C．一个晶胞中平均含6个CO2分子 D．CO2分子的空间构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化 答案 B 解析 晶胞中一个CO2分子的配位数＝3×8÷2＝12，故A错误；该晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为a pm，则晶胞棱长＝a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积＝(a×10－10 cm)3，该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×＋6×＝4，晶胞密度＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，故B正确；该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×＋6×＝4，故C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化类型为sp，故D错误。 2．石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构(可以看作是晶体硅中的每个Si—Si键中插入一个O)，其中硅、氧原子数比是m∶n，有关叙述正确的是( ) A．m∶n＝2∶1 B．6 g该晶体中含有0.1NA个分子 C．原硅酸根(SiO)的结构为，则二聚硅酸根离子Si2O中的x＝7 D．石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si、O原子个数和为8 答案 C 解析 每个Si原子占有O原子个数＝4×＝2；该晶体是原子晶体，不存在分子；原硅酸(H4SiO4)的结构可表示为，两个原硅酸分子可发生分子间脱水生成二聚原硅酸：，二聚原硅酸电离出6个H＋后，形成带6个负电荷的二聚原硅酸根离子；在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有12个原子。 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，如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________。 答案 (1)MgB2 (2)BO 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B∶O＝1∶(1＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。 题组二 晶体密度及粒子间距的计算 4．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。(NA表示阿伏加德罗常数的值， 列出计算表达式，不用化简；图中为Cu，为F) 答案 ×1010 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。 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(如下图)，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(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。 答案 12 × cm≈1.28×10－8 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 r＝× cm≈1.28×10－8cm。 6．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：________。 (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)。 答案 (1)2b3∶a3 3∶2 (2)(0,0，) (3)Mg2Fe 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m＝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。由题给条件知，1个晶胞的体积为(d×10－7)3 cm3,1个晶胞的质量为 g，根据ρ＝可得合金的密度是 g·cm－3。 考点二 四种晶体的性质与判断 1．四种晶体类型比较 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 金属阳离子和自由电子 阴、阳离子 粒子间的相互作用力 分子间作用力 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 2.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。 (1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子( ) (2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( ) (3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( ) (4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( ) (5)离子晶体一定都含有金属元素( ) (6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( ) (7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× 1．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。 (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_________________________________________。 (9)不含共价键的分子晶体是__________，只含非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 (9)晶体氩 晶体硅、金刚石 2．比较下列晶格能大小： (1)NaCl________KCl； (2)CaF2________MgO； (3)Na2S________Na2O； (4)CaO________KCl。 答案 (1)＞ (2)＜ (3)＜ (4)＞ 题组一 晶体类型判断 1．(1)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。 (2)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)节选]O和Na的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。 (3)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F 上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有_____________________________(填序号)。 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 (2)分子晶体 离子晶体 (3)abd 2．(1)用“>”或“<”填空： 第一电离能 离子半径 熔点 酸性 Si____S O2－____Na＋ NaCl____Si H2SO4____HClO4 (2)MgCl2在工业上应用广泛，可由MgO制备。 ①MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。 ②SiO2的晶体类型为________________。 (3)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是________。 A．SiX4难水解 B．SiX4是共价化合物 C．NaX易水解 D．NaX的熔点一般高于SiX4 答案 (1)< > < < (2)①高 ②原子晶体 (3)BD 解析 (1)同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势，但s、p、d等轨道处于全空、半充满、全充满的稳定状态时，则出现反常现象。Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4，其中3p轨道均处于不稳定状态，因此Si的第一电离能小于S。O2－与Na＋的核外电子排布相同，其电子排布式均为1s22s22p6，离子核外电子排布相同时，原子序数越大，离子半径越小，因此O2－的离子半径大于Na＋。NaCl为离子晶体，Si为原子晶体，因此Si的熔点高于NaCl。一般来说，元素的非金属性越强，该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强，Cl元素的非金属性强于S元素，则HClO4的酸性强于H2SO4。 (2)①Mg、Ba同主族，Mg2＋的半径小于Ba2＋，MgO的晶格能比BaO大，故MgO的熔点比BaO高。 ②SiO2为空间立体网状结构，其熔、沸点很高，属于原子晶体。 (3)A项，硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl、SiF4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HF，错误；B项，硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成，属于共价化合物，正确；C项，钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐，不发生水解，错误；D 项，钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，正确。 3．(2018·新疆喀什模拟)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 ________________________________________________________________________。 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 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。 题组二 晶体性质及应用 4．下列性质适合于分子晶体的是( ) A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电 B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂 C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃ D．熔点为97.82 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3 答案 C 解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。 5．(2018·河南六市第一次联考)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、由单质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)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是_________。 (4)SiO2比CO2熔点高的原因是____________________________________________________。 (5)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”) (6)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__________________________。 (7)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图(c)所示，K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为________；其晶胞参数为1.4 nm，阿伏加德罗常数用NA表示，则晶体的密度为__________ g·cm－3。(只需列出式子) 答案 (1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)C (3)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 (4)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 (5)①均为分子晶体，范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强 (6)< 中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋ (7)K3C60 解析 (2)石墨烯单层原子间以共价键相结合，强度很高，A正确；石墨烯层与层之间有自由移动的电子，是电的良导体，而石墨烷中没有自由移动的电子，为绝缘体，B正确；石墨烯只含一种碳元素，为碳的单质，C错误；石墨烯与H2间的反应属于加成反应，D项正确。 (5)①四卤化硅为分子晶体，F、Cl、Br、I的相对分子质量逐渐增大，沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，沸点越高。②PbX2的熔点先降低后升高，其中PbF2为离子晶体，PbBr2、PbI2为分子晶体，可知依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。 (7)用均摊法求解。1个晶胞中含K：12×＋9＝12，C60：8×＋6×＝4，K与C60的个数比为12∶4＝3∶1，此化合物的化学式为K3C60。1个晶胞的体积为(1.4 nm)3＝(1.4×10－7)3 cm3，1个晶胞中含有4个K3C60，则ρ＝ g·cm－3。 1．晶体类型的判断 (1)[2015·全国卷Ⅰ，37(4)]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)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为______和________。 答案 (1)分子 (2)分子晶体 离子晶体 2．晶体微粒间作用力 (1)[2018·全国卷Ⅲ，35(3)节选]ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是__________。 (2)[2017·全国卷Ⅲ，35(4)节选]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________。 (3)[2016·全国卷Ⅰ，37(5)改编]Ge单晶具有金刚石型结构，其微粒之间存在的作用力是_____。 (4)[2016·全国卷Ⅱ，37(3)节选]单质铜及镍都是由________键形成的晶体。 答案 (1)离子键 (2)离子键和π键(Π键) (3)共价键 (4)金属 3．晶体熔、沸点高低的比较 (1)[2017·全国卷Ⅰ，35(2)节选]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_________________________________________。 (2)[2017·全国卷Ⅲ，35(3)改编]在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为___________________________________________， 原因是_______________________________________________________________________。 (3)[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 ________________________________________________________________________。 (4)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]单质氧有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是______________________________________________________________。 答案 (1)K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱 (2)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，水中氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 (3)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 (4)O3 O3相对分子质量较大且是极性分子，范德华力较大 4．晶胞中微粒数的计算 (1)[2018·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)。 (2)[2016·全国卷Ⅰ，37(6)改编]Ge单晶具有金刚石型结构。晶胞的原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(，0，)；C为(，，0)。则D原子的坐标参数为(，，)。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)。 (3)[2017·全国卷Ⅰ，35(4)(5)]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________。 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·全国卷Ⅲ，35]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。 答案 (1)六方最密堆积(A3型) (2)×107 (3)0.315(或×0.446) 12 体心 棱心 (4)0.148 0.076 解析 (3)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，配位数为12(同层4个，上、下层各4 个)。 (4)由题意知在MgO中，阴离子作面心立方堆积，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的晶胞参数比MgO更大，说明阴离子之间不再接触，阴、阳离子沿坐标轴方向接触，故2[r(Mn2＋)＋r(O2－)]＝a'，r(Mn2＋)＝0.076 nm。 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晶体和晶体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原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键： ________________________________________________________________________， 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、MgO、CO2、Mg六种晶体的构成微粒分别是________，熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________。 答案 (1)sp3 共价键 SiC＞Si (2)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO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，不能形成上述稳定的π键 原子 分子 ＜ (4)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子 共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键 解析 (1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以C原子杂化方式是sp3。因为Si—C 的键长小于Si—Si，所以熔、沸点碳化硅＞晶体硅。 (2)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所构成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。 (4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，构成微粒均为原子，熔化时破坏共价键；Mg为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，熔化时克服金属键；CO2为分子晶体，由分子构成，分子间以分子间作用力结合；MgO为离子晶体，由Mg2＋和O2－构成，熔化时破坏离子键。 2．(2018·合肥一中质检)(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是____________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的__________，而Cl－位于该晶胞的________，Cs＋的配位数是____________。 (2)铜的氢化物的晶体结构如图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 ________________________________________________________________________。 其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。 答案 (1)2 体心 顶点 8 (2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl (3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12 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)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1(铜为8×＋6×＝4，H为4)，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，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据可知，离子所带电荷越大、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，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＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。 3．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的原因是________________________________________________________________。 (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)。 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(或偶极矩为0或化学键极性的向量和为0) (3)分子晶体 N—H…N、N—H…O (4) g π 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个孤电子对，故键角小于NH3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，则晶胞面对角线长为a，又设碳原子半径为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。 4．(2018·安徽六校教育研究会高三二次联考)碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题： (1)基态碳原子核外电子有________种空间运动状态，其价电子排布图为________。 (2)光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子立体构型为________，其碳原子杂化轨道类型为________杂化。 (3)碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同， 如下表所示： 碳酸盐 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 热分解温度/℃ 402 900 1 172 1 360 阳离子半径/pm 66 99 112 135 试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？ (4)碳的一种同素异形体——C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8，结构是立方体：)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中。则该复合型分子晶体的组合用二者的分子式可表示为________。 (5)碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如上图所示，则石墨晶胞含碳原子个数为________个。已知石墨的密度为ρ g·cm－3，C—C键键长为r cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则石墨晶体的层间距为________ cm(用含ρ、NA、r的式子表示)。 (6)金刚石和石墨的物理性质差异很大，其中熔点较高的是______________，试从结构分析： ______________；硬度大的是________，试从结构分析：_____________________。 答案 (1)6 (2)平面三角形 sp2 (3)碳酸盐分解过程实际是晶体中的阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷数相同时，阳离子半径越小，金属氧化物的晶格能越大，对应的碳酸盐就越容易分解。 (4)C8H8·C60 (5)4 (6)石墨 石墨为混合型晶体，金刚石为原子晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高 金刚石 石墨硬度取决于分子间作用力， 而金刚石硬度取决于碳碳共价键 解析 (1)碳原子核外有6个电子，原子核外没有运动状态相同的电子，因此有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，根据泡利原理与洪特规则，价电子排布图为 。(2)光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤对电子，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化。(3)碳酸盐分解过程实际是晶体中的阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷数相同时，阳离子半径越小，金属氧化物的晶格能越大，对应的碳酸盐就越容易分解，因此随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高。(4)晶胞中C60数目为8×＋6×＝4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则该复合型分子晶体的组成可表示为C8H8·C60。(5)根据石墨的晶胞结构，设晶胞的底面边长为a cm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h＝2d，底面图为，则＝r×sin 60°，可得a＝r，则底面面积为(r)2×sin 60° cm2，晶胞中C原子数目为1＋2×＋8×＋4×＝4，晶胞质量为 g，则ρ g·cm－3＝，整理可得d＝ cm。(6)石墨为混合型晶体，金刚石为原子晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高。石墨硬度取决于分子间作用力，而金刚石硬度取决于碳碳共价键，所以硬度大的是金刚石。 5．(2018·福建漳州第二次调研测试)硫、钴及其化合物用途非常广泛。回答下列问题： (1)基态Co原子价电子排布图为______________，第四电离能I4(Co)查看更多
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