2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习同步练习：选修 3 第三单元　晶体的结构与性质

2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习同步练习：选修 3 第三单元　晶体的结构与性质

第三单元　晶体的结构与性质 学习任务 1　晶体的组成与性质 一、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 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 性质 特征 异同表现 各向异性 各向同性 间接方法 看是否有固定的熔点区别 方法 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：描述晶体结构特征的基本重复单位。 (2)晶体中晶胞的排列——无隙并置 ①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。 ②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。 二、四种类型晶体的比较 类型 比较　 分子晶体 共价晶体 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 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 用力 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(有的能发 生反应) 大多易溶于水等 极性溶剂 导电、导热性 固态、熔融态一 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) 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 如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。 (2)离子晶体 一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，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。 (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、沸点反常地高， 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同分异构体物质中支链越多，熔、沸点越低。 例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞ (4)金属晶体 金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、 沸点：Na＜Mg＜Al。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (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 X 射线衍射 方法区分晶体、准晶体和非晶体。(　　) (2)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　　) (3)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　　) (4)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　　) (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)固态物质一定是晶体。(　　) (8)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　　) (9)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√ (7)×　(8)×　(9)√ 2．下列物质：①水晶　②冰醋酸　③氧化钙　④白磷 ⑤晶体氩　⑥氢氧化钠　⑦铝　⑧金刚石　⑨过氧化钠 ⑩碳化钙　⑪碳化硅　⑫干冰　⑬过氧化氢 (1)属于原子晶体的化合物：________。 (2)直接由原子构成的晶体：________。 (3)直接由原子构成的分子晶体：________。 (4)由极性分子构成的晶体是________，含有非极性键的离子晶体是________，属于分 子晶体的单质是________。 答案：(1)①⑪　(2)①⑤⑧⑪　(3)⑤ (4)②⑬　⑨⑩　④⑤ (1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如 NH4Cl 是离子晶体；金属元素和非金属元素 组成的晶体不一定是离子晶体，如 AlCl3 是分子晶体；含有金属离子的晶体不一定是离子晶 体，如金属晶体中含有金属离子。 (2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含有阴离子，如金 属晶体。 (3)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如 Na 的熔点为 98 ℃，尿素的熔点为 132.7 ℃。 3．(1)O 和 Na 的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。 (2)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。 (3)Mg、Si、Cl 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：(1)H2O、H2O2 均属于分子晶体而 NaH 属于离子晶体。 (2)Fe(CO)5 的熔、沸点低，为分子晶体。 (3)硅属于原子晶体、Mg 属于金属晶体、Cl2 为分子晶体，因此熔点由高到低的排列顺 序是 Si、Mg、Cl2。 答案：(1)分子晶体　离子晶体　(2)分子　(3)Si、Mg、Cl2 提升一　晶体类型的判断 1．下列数据是对应物质的熔点(℃)，据此作出的下列判断中错误的是(　　) Na2O NaCl AlF3 AlCl3 920 801 1 291 190 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2 －107 2 073 －57 1 723 A.铝的化合物形成的晶体中有的是离子晶体 B．表中只有 BCl3 和干冰是分子晶体 C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 解析：选 B。从表中各物质的熔点可以看出，AlCl3、BCl3、CO2 形成的晶体均是分子晶 体。 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)根据表中数据知 A 组熔点很高，属原子晶体，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 中存在分子间氢键，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，其熔点与离子键的强弱有关。 答案：(1)原子　共价键 (2)①②③④ (3)HF 分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗更多能量(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＋)SiH4>GeH4>SnH4 B．KCl>NaCl>MgCl2>MgO C．MgBr2＜SiCl4＜BN D．金刚石>晶体硅>钠 解析：选 D。A 项物质均为结构相似的分子晶体，其熔点取决于分子间作用力的大小， 一般来说，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力也越大，故 A 项各物 质熔点应为逐渐升高的顺序；B 项物质均为离子晶体，离子晶体熔点高低取决于离子键键能 的大小，一般来说，离子的半径越小，电荷越多，离子键的键能就越大，故 B 项各物质熔 点也应为升高顺序；C 项 SiCl4 为分子晶体，MgBr2 为离子晶体，BN 为原子晶体，故 SiCl4 的熔点最低；D 项，原子晶体的熔点取决于共价键的键能，键能与键长成反比，金刚石 C—C 键的键长更短些，所以金刚石的熔点比晶体硅高，原子晶体的熔点一般比金属晶体的 熔点高，则金刚石和晶体硅的熔点比钠的高。 4．(1)NiO、FeO 的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和 Fe2＋的离子半径分别为 69 pm 和 78 pm，则熔点 NiO________FeO(填“＜”或“＞”)。 (2)硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种变化关系的 原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)NiO、FeO 都为离子晶体，离子晶体熔点高低取决于离子键的强弱，离子半径 越大，熔点越低。(2)硅烷是分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高。 答案：(1)＞　(2)硅烷的相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高 对于物质熔、沸点的判断，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，如氧化铝的熔点 大于晶体硅)，结构类型相同再根据相应规律进行判断。同类型晶体熔、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。 学习任务 2　常见晶体结构模型的微观结构分析 1．典型晶体模型 晶体 晶体结构 晶体详解 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 109.5° (3)最小碳环由 6 个 C 原子组成且 6 个原子不在同一平面内 (4)每个 C 参与 4 个 C—C 键的形成， C 原子数与 C—C 键数之比为　1∶2原子晶 体 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“ 1 2 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)每 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－ 2.晶胞中微粒的计算方法——均摊法 均摊法 1．下图为三种离子晶体晶胞示意图(•阳离子， 阴离子)，以 M 代表阳离子，以 N 表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、C________。 解析：在 A 中，含 M、N 的个数相等，故组成表达式为 MN；在 B 中，含 M： 1 8×4＋1 ＝ 3 2(个)，含 N： 1 2×4＋2＋4×1 8＝ 9 2(个)，N(M)∶N(N)＝ 3 2∶ 9 2＝1∶3，故组成表达式为 MN3； 在 C 中，含 M： 1 8×4＝ 1 2(个)，含 N 为 1 个，故组成表达式为 MN2。 答案：MN　MN3　MN2 2．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) 答案：A.4　4　B．4　C．4　8　D．8 (1)在晶胞微粒个数的计算过程中，不要形成思维定式，不能对任何形状的晶胞都使用 上述计算方法。不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子是被几个晶胞共用，如六 棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被 6、3、4、2 个晶胞共用。 (2)判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，要注意运用三维想象法。例如：NaCl 晶体中，Na＋周围等距且紧邻的 Na＋数目(Na＋用“。”表示)： 每个面上都有 4 个，共计 12 个。 提升一　晶胞的结构 1．(1)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属 M 与 C60 可制备一种低 温超导材料，晶胞如图所示，M 原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞 中 M 原子的个数为________，该材料的化学式为________。 (2)Mg 与某元素形成的化合物的晶胞如图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是 ________。 解析：(1)一个晶胞中 M 原子的个数为 12× 1 4＋9＝12；一个晶胞中 C60 的个数为 8× 1 8＋ 6×1 2＝4，M 与 C60 的个数比为 3∶1，故该材料的化学式为 M3C60。 答案：(1)12　M3C60　(2)2∶1 2．(1)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合， 其晶胞中共有 8 个原子，其中在面心位置贡献________个原子。 (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________。 (3)元素 X 位于第 4 周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且 最外层电子数为 2。元素 Y 基态原子的 3p 轨道上有 4 个电子。X 与 Y 所 形成化合物晶体的晶胞如图所示。 ①在 1 个晶胞中，X 离子的数目为________。 ②该化合物的化学式为________。 解析：(1)单质硅与金刚石都属于原子晶体，其中原子与原子之间以共价键结合，其晶 胞中共有 8 个原子，其中在面心位置贡献 6× 1 2＝3 个原子。 (2)B 原子半径大于 N 原子半径，所以白球是 B 原子，灰球是 N 原子。其中 B 原子的个 数是 1＋8× 1 8＝2，N 原子的个数是 1＋4× 1 4＝2。所以该物质的化学式是 BN。 (3)X 的核外电子排布式为[Ar]3d104s2，则 X 为锌，Y 的核外电子排布式为[Ne]3s23p4， 则 Y 为硫。1 个晶胞中 X 离子数目为 8×1 8＋6× 1 2＝4，Y 的离子数目为 4，X 与 Y 的离子数 目比为 1∶1，则该化合物的化学式为 ZnS。 答案：(1)共价键　3　(2)2　BN　(3)①4　②ZnS 提升二　晶胞的计算 3 ．(1)立方 ZnS 晶体结构如图所示，其晶胞边长为 540.0 pm ，密度为________________g·cm－3(列式并计算)，a 位 置 S2－与 b 位置 Zn2＋之间的距离为________pm。 (2)前四周期原子序数依次增大的元素 A、B、C、D 中，A 和 B 的价电子层中未成对电子均只有 1 个，并且 A－和 B＋的 电子数相差为 8；与 B 位于同一周期的 C 和 D，它们价电子层 中的未成对电子数分别为 4 和 2，且原子序数相差为 2。A、B 和 D 三种元素组成的一个化 合物的晶胞如图所示。 ①该化合物的化学式为__________；D 的配位数为____________； ②列式计算该晶体的密度：________________g·cm－3。 解析：(1)用均摊法算出每个晶胞中含 4 个 Zn2＋和 4 个 S2－，其质量为 4× 65＋32 6.02 × 1023 g，其体积是(540.0×10－10 cm)3，所以其密度为 4 × 65＋32 6.02 × 1023 （540.0 × 10－10）3＝4.1 (g·cm－3)。若把该 晶胞均分为 8 个小立方，则 b(Zn2＋)处于小立方体的正中心，它与顶点 a(S2－)的距离为晶胞 体对角线的 1 4，即(540.0 pm× 3)/4＝135 3 pm。(2)①由题意可知：A 为 F 元素，B 为 K 元 素，C 为 Fe 元素，D 为 Ni 元素。根据晶胞结构可知：F 原子个数为 16× 1 4＋4× 1 2＋2＝8，K 原子个数为 8× 1 4＋2＝4，Ni 原子个数为 8× 1 8＋1＝2，则化学式为 K2NiF4。由图示可看出在 每 个 Ni 原 子 的 周 围 有 6 个 F 原 子 ， 故 Ni 的 配 位 数 为 6 。 ② 该 晶 体 的 密 度 为 39 × 4＋59 × 2＋19 × 8 6.02 × 1023 × 4002 × 1 308 × 10－30＝3.4 (g·cm－3)。 答案：(1) 4 × （65＋32） 6.02 × 1023 （540.0 × 10－10）3＝4.1　135 3 (2)①K2NiF4　6 ② 39 × 4＋59 × 2＋19 × 8 6.02 × 1023 × 4002 × 1 308 × 10－30＝3.4 4．(1)(2018·高考全国卷Ⅰ)Li2O 具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为 0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为 NA，则 Li2O 的密度为__________________ g·cm－3(列出计 算式)。 (2)(2018·高考全国卷Ⅱ)FeS2 晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为 a nm、FeS2 相对式量为 M、阿伏加德罗常数的值为 NA，其晶体密度的计算表达式为________g·cm－3；晶胞中 Fe2＋ 位于 S 2－2 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。 (3)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( 1 2，0， 1 2)；C 为( 1 2， 1 2，0)。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)。 (4)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)： ________________________________________________________________________。 (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。 解析：(1)1 个氧化锂晶胞含 O 的个数为 8× 1 8＋6× 1 2＝4，含 Li 的个数为 8，1 cm＝107 nm， 代入密度公式计算可得 Li2O 的密度为 8 × 7＋4 × 16 NA（0.466 5 × 10－7）3 g·cm－3。 (2)该晶胞中 Fe2＋位于棱上和体心，个数为 12× 1 4＋1＝4，S 2－2 位于顶点和面心，个数为 8× 1 8＋6× 1 2＝4，故晶体密度为 M NA×4 g÷(a×10－7 cm)3＝ 4M NAa3×1021 g·cm－3。根据晶胞结构， S 2－2 所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的 2 2 ， 故该正八面体的边长为 2 2 a nm。 (3)①对照晶胞图示、坐标系以及 A、B、C 点坐标，选 A 点为参照点，观察 D 点在晶 胞中位置(体对角线1 4处)，由 B、C 点坐标可以推知 D 点坐标。②类似金刚石晶胞，1 个晶胞 含有 8 个锗原子，ρ＝ 8 × 73 6.02 × 565.763×107 g·cm－3。 (4)该晶胞中含有 8 个 Na＋、4 个 O2－，故化学式为 Na2O，O 原子的配位数为 8；一个 晶胞的质量为 4 NA×62 g，故密度为 4 × 62 NA × （0.566 × 10－7）3 g·cm－3＝2.27 g·cm－3。 (5)①由图中石墨烯的结构可知，每个碳被 3 个六元环所共有，每个六元环占有的碳原 子数为 6× 1 3＝2。②金刚石晶体中每个碳原子被 12 个六元环所共有。六元环中 C 原子采取 sp3 杂化，为空间六边形结构，最多有 4 个 C 原子共平面。 答案：(1) 8 × 7＋4 × 16 NA（0.466 5 × 10－7）3 (2) 4M NAa3×1021　 2 2 a (3)①(1 4， 1 4， 1 4)　② 8 × 73 6.02 × 565.763×107 (4)Na2O　8　 4 × 62 NA × （0.566 × 10－7）3 g·cm－3＝2.27 g·cm－3 (5)①3　2　②12　4 1．(晶体类型的判断)(2019·高考全国卷Ⅲ)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)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)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)GaF 3 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。离子键强弱：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．(晶胞的相关计算)(1)(2019·高考江苏卷)一个 Cu 2O 晶胞(如图所示)中，Cu 原子的数 目为______。 (2)(2017·高考全国卷Ⅰ)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。 (3)(2017·高考江苏卷)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______________。 解析：(2)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 2 × 0.446 2 nm≈0.315 nm。与 K 紧邻的 O 个数为 12(同层 4 个，上、下层各 4 个)。 (3)能量越低越稳定，从题图 2 知，Cu 替代 a 位置 Fe 型会更稳定，其晶胞中 Cu 位于 8 个顶点，N(Cu)＝8× 1 8＝1，Fe 位于面心，N(Fe)＝6× 1 2＝3，N 位于体心，N(N)＝1，其化学 式为 Fe3CuN。 答案：(1)4　(2)①0.315(或 2 2 ×0.446)　12　②体心　棱心　(3)Fe3CuN 一、单项选择题 1．某晶体中含有极性键，关于该晶体的说法错误的是(　　) A．不可能有很高的熔、沸点 B．不可能是单质 C．可能是有机物 D．可能是离子晶体 解析：选 A。A.在 SiO2 晶体中含有极性共价键 Si—O 键，由于该晶体是原子晶体，原 子之间通过共价键结合，断裂需要吸收很高的能量，因此该物质的熔、沸点很高，错误。 B.同种元素的原子形成的共价键是非极性共价键，不同种元素的原子形成的共价键是极性共 价键，因此含有极性键的物质不可能是单质，正确。C.若该极性键存在于含有 C 元素的化 合物中，如 CH4、CH3CH2OH 等，则相应的物质是有机物，正确。D.离子化合物中一定含 有离子键，可能含有极性共价键，如 NaOH，也可能含有非极性共价键，如 Na2O2，因此含 有极性键的化合物可能是离子晶体，正确。 2．下列性质适合于某种原子晶体的是(　　) A．熔点 1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电 B．熔点 10.32 ℃，液态不导电，水溶液导电 C．能溶于 CS2，熔点 112 ℃，沸点 444.6 ℃ D．熔点 3 550 ℃，很硬，不溶于水，不导电 解析：选 D。由原子晶体所具有的一般特点：熔、沸点高，硬度大，不溶于水等性质， 可以推断 D 项描述的晶体是原子晶体。 3．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＋周围等距且紧邻的 Na＋共有 6 个 C．氯化铯晶体中，每个 Cs＋周围等距且紧邻 8 个 Cl－ D．干冰晶体中，每个 CO2 分子周围等距且紧邻 12 个 CO2 分子 解析：选 B。氯化钠晶体中，每个 Na＋周围等距且紧邻的 Na＋共有 12 个，等距且紧邻 的 Cl－共有 6 个。 4．下列说法正确的是(　　) A．原子晶体中只存在非极性共价键 B．因为 HCl 的相对分子质量大于 HF，所以 HCl 的沸点高于 HF C．液氮汽化时，分子内共价键不会发生断裂 D．凡有规则外形的固体一定是晶体 解析：选 C。A 项 SiO2 中存在极性键；B 项 HF 分子间存在氢键，故 HF 的沸点高。 5．下列有关化学键与晶体结构的说法正确的是(　　) A．两种元素组成的分子中一定只有极性键 B．CO2 与 SiO2 晶体类型相同 C．非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 D．只要含有离子键的晶体就是离子晶体 解析：选 D。本题可用举例法判断，选项 A 中如 H2O2 和 C2H6 分子中既含有极性键又 含有非极性键，A 错。CO2 属于分子晶体，SiO2 属于原子晶体，B 错。对于选项 C 可考虑铵 盐，常见的铵盐如 NH4NO3 只由非金属元素组成，但属于离子化合物，C 错。 6．下面的排序不正确的是(　　) A．晶体熔点由低到高：CF4碳化硅>晶体硅 C．熔点由高到低：Na>Mg>Al D．离子键强弱：NaF>NaCl>NaBr>NaI 解析：选 C。选项 A 中晶体熔点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作 用力越大，选项 A 正确；选项 B 中硬度与共价键的键能有关，由于 Si—Si 键的键长>C—Si 键的键长>C—C 键的键长，键长越长，键能越小，选项 B 正确；选项 C 中熔点与金属键的 强弱有关，金属性越强，金属键越弱，因此正确的顺序为 Al>Mg>Na，选项 C 错误；选项 D 中离子键强弱与离子半径和离子所带电荷数有关，选项 D 正确。 二、不定项选择题 7．如图为冰晶体的结构模型，大球代表 O 原子，小球代表 H 原子，下列有关说法正确 的是(　　) A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体 B．冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体 C．水分子间通过 H—O 键形成冰晶体 D．冰晶体熔化时，水分子之间的空隙减小 解析：选 AD。冰是水分子之间通过氢键结合而成的分子晶体，B、C 错误。 8．下列关于晶体的说法一定正确的是(　　) A．分子晶体中都存在共价键 B．CaTiO3 晶体中每个 Ti4＋与 12 个 O2－相邻 C．SiO2 晶体中每个硅原子与 4 个氧原子以共价键相结合 D．金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高 解析：选 BC。有些单原子的分子晶体中不存在共价键，如稀有气体构成的晶体，A 错； 因在晶体中 Ti4＋位于顶点而 O2－位于面心，所以 CaTiO3 晶体中每个 Ti4＋与 12 个 O2－相邻， B 正确；SiO2 晶体中每个 Si 原子与 4 个 O 原子以共价键相结合，C 正确；有些金属晶体比 分子晶体的熔点低，如汞在常温下为液体，D 错。 9．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－2 B．晶体中每个 K＋周围有 8 个 O－2 ，每个 O －2 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 解析：选 A。由题中的晶胞结构知：有 8 个 K＋位于顶点，6 个 K＋位于面心，则晶胞中 含有的 K＋数为 8× 1 8＋6× 1 2＝4 个；有 12 个 O －2 位于棱上，1 个 O －2 处于中心，则晶胞中含 有 O －2 数为 12× 1 4＋1＝4 个，所以超氧化钾的化学式为 KO2；每个 K＋周围有 6 个 O－2 ，每 个 O －2 周围有 6 个 K＋，与每个 K＋距离最近的 K＋有 12 个。 三、非选择题 10．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 晶体的熔点________(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，CaCl 2 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________________________________________________________________________ ________________。 答案：(1)金刚石晶体 (2)金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰 (3)小于　MgO 晶体中离子所带的电荷数大于 NaCl 晶体中离子所带的电荷数，且 r(Mg2 ＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－) (4)4　8　(5)H2O 分子之间能形成氢键 11．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似， 具有层状结构，可做高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体 结构如图所示。 (1)基态硼原子的电子排布式为__________________________________________。 (2)关于这两种晶体的说法，正确的是________(填序号)。 a．立方相氮化硼含有 σ 键和 π 键，所以硬度大 b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软 c．两种晶体中的 B—N 键均为共价键 d．两种晶体均为分子晶体 (3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为________，其结 构与石墨相似却不导电，原因是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为________。该晶体的天然矿物在青 藏高原地下约 300 km 的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮 化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是____________________________________________。 (5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4 含有________mol 配位键。 解析：(1)B 的原子序数为 5，故其基态原子的电子排布式为 1s22s22p1。 (2)立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有σ键和π键无关，与晶体的结构有关，即 立方相氮化硼晶体为原子晶体，硬度较大，a 错误；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，根 据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的，故其作用力小，质地较软，b 正确；B 和 N 都是非金属元素，两种晶体中的 B—N 键都是共价键，c 正确；六方相氮化硼晶体与石 墨晶体相似，属于混合型晶体，立方相氮化硼晶体为原子晶体，d 错误。 (3)六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，同一层上的原子在同一平面内，根据六方相氮 化硼晶体的晶胞结构可知，1 个 B 原子与 3 个 N 原子相连，故为平面三角形结构；由于 B 最外层有 3 个电子，都参与了成键，层与层之间没有自由移动的电子，故不导电。 (4)立方相氮化硼晶体的结构与金刚石相似，故 B 原子为 sp3 杂化；该晶体存在地下约 300 km 的古地壳中，因此制备需要的条件是高温、高压。 (5)NH ＋4 中有 1 个配位键，BF －4 中有 1 个配位键，故 1 mol NH4BF4 含有 2 mol 配位键。 答案：(1)1s22s22p1　(2)bc　(3)平面三角形　层状结构中没有自由移动的电子　(4)sp 3　 高温、高压　(5)2 12．M、R、X、Y 为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z 是一种过渡元素。M 基 态原子 L 层中 p 轨道电子数是 s 轨道电子数的 2 倍，R 是同周期元素中最活泼的金属元素， X 和 M 形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z 的基态原子 4s 和 3d 轨道半充 满。请回答下列问题： (1)X 的 氢 化 物 的 沸 点 低 于 与 其 组 成 相 似 的 M 的 氢 化 物 ， 其 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)M 和 R 所形成的一种离子化合物 R2M 晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子 是________(填离子符号)。 (3)在稀硫酸中，Z 的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化 M 的一种氢化物，Z 被还原为＋3 价，该反应的化学方程式是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：由 M 基态原子 L 层中 p 轨道电子数是 s 轨道电子数的 2 倍可知，M 为氧元素；R 是同周期元素中最活泼的短周期金属元素，且原子序数大于氧元素，故 R 为钠元素；X 和 M 形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，故 X 为硫元素，Y 为氯元素；Z 的基态 原子 4s 和 3d 轨道半充满，故其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1，故 Z 为铬元素。(1)S 的氢化物为 H2S，与 H2S 组成相似的 O 的氢化物为 H2O，由于水分子间能够形成氢键，使 H2O 的沸点高于 H2S。(2)分析 Na2O 的晶胞结构图，利用均摊法可知，黑球与白球的个数之 比为 2∶1，故黑球代表的离子为 Na＋。(3)在稀硫酸中，K2Cr2O7 具有很强的氧化性，能把 H2O2 氧化，化学方程式为 K2Cr2O7＋3H2O2＋4H2SO4===K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3O2↑＋7H2O。 答案：(1)H2S 分子间不存在氢键，H2O 分子间存在氢键 (2)Na＋ (3)K2Cr2O7＋3H2O2＋4H2SO4===K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3O2↑＋7H2O 13．原子序数依次增大的 X、Y、Z、G、Q、R、T 七种元素，核电荷数均小于 36。已 知 X 的一种 1∶2 型氢化物分子中既有 σ 键又有 π 键，且所有原子共平面；Z 的 L 层上有 2 个未成对电子；Q 原子的 s 原子轨道与 p 原子轨道电子数相等；R 单质是制造各种计算机、 微电子产品的核心材料；T 处于周期表的 ds 区，原子中只有一个未成对电子。 (1)Y 原子核外共有________种不同运动状态的电子，T 原子有________种不同原子轨道 的电子。 (2)X、Y、Z 的第一电离能由小到大的顺序为________(用元素符号表示)。 (3)Z 与 R 能形成化合物甲，1 mol 甲中含________ mol 化学键，甲与氢氟酸反应，生成 物的分子空间构型分别为__________________。 (4)G、Q、R 氟化物的熔点如下表，造成熔点差异的原因为______________________ ________________________________________________________________________。 氟化物 G 的氟化物 Q 的氟化物 R 的氟化物 熔点/K 993 1 539 183 (5)向 T 的硫酸盐溶液中逐滴加入 Y 的氢化物的水溶液至过量，反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)X 单质的晶胞如图所示，一个 X 晶胞中有________个 X 原子；若 X 晶 体的密度为ρ g·cm －3 ，阿伏加德罗常数的值为 NA ，则晶体中最近的两个 X 原子之间的距离为________cm(用代数式表示)。 解析：根据信息推断出 X 为 C、Y 为 N、Z 为 O、Q 为 Mg、R 为 Si、T 为 Cu，而结合 (4)中信息可知 G 为 Na。(1)原子中每个电子的运动状态都不相同，N 原子有 7 个电子，故 有 7 种运动状态不同的电子；Cu 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1，共有 1s、2s、2p、 3s、3p、3d、4s7 种不同原子轨道的电子。(2)注意第一电离能的反常性。(3)1 mol SiO2 含 4 mol Si—O 键，SiO2 与 HF 反应生成的 SiF4 的空间构型为正四面体形，而生成的 H2O 为 V 形。(5) 氨水过量后，生成的是配离子[Cu(NH3)4]2＋。(6)晶胞中原子数＝ 1 8×8＋ 1 2×6＋4＝8；两个 C 原子间最近的距离是晶胞体对角线的 1 4，即 3 4 a(a 为晶胞棱长)，根据上述思路计算即可。 答案：(1)7　7　(2)C＜O＜N (3)4　正四面体形、V 形 (4)NaF 与 MgF2 为离子晶体，SiF4 为分子晶体，故 SiF4 的熔点最低；Mg2＋的半径比 Na ＋的半径小，Mg2＋所带电荷数比 Na＋多，故 MgF2 的熔点比 NaF 高 (5)Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4 、 Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O (6)8　 3 4 ×　　3 96 ρNA