2020届高考化学一轮复习晶体结构与性质学案

2020届高考化学一轮复习晶体结构与性质学案

第5讲　晶体结构与性质 教学指导意见 核心素养 ‎1.了解晶体与非晶体的区别，了解晶格能及晶格能对离子晶体性质的影响。‎ ‎2．了解晶体类型，了解不同类型晶体中微粒结构、微粒间作用力的区别，能结合晶体结构(实例)描述分子晶体、离子晶体、金属晶体、原子晶体的性质。‎ ‎3．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体组成并进行相关计算。‎ ‎4．了解过渡晶体、混合型晶体的存在现象。‎ ‎1.宏观辨识与微观探析：认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。‎ ‎2．证据推理与模型认知：能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。‎ ‎3．变化观念与平衡思想：认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态的分析不同晶体的组成及相应物质的性质。‎ 考点一　晶体常识和常见四种晶体性质 ‎[学在课内]‎ ‎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 看是否有固定的熔点 二者区别方法 间接方法 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。‎ ‎(4)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。‎ ‎[名师点拨]‎ ‎(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 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)、绝大多数盐(如NaCl)‎ ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈周期性的有序排列。(√)‎ ‎(2)通过X射线衍射实验的方法不能区分晶体和非晶体。(×)‎ ‎(3)凡有规则外形的固体一定是晶体。(×)‎ ‎(4)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。(×)‎ ‎(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)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”。(×)‎ ‎(7)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(√)‎ ‎(8)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(×)‎ ‎(9)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。(×)‎ ‎(10)原子晶体一定含有非极性键。(×)‎ ‎(11)固态CO2属于分子晶体。(√)‎ ‎(12)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(×)‎ ‎(13)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(×)‎ ‎(14)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(×)‎ ‎(15)F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点高于CaCl2。(√)‎ 拓展应用 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)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　①NaCl、Na2S　②NaOH、(NH4)2S ‎③(NH4)2S　④Na2S2　⑤CO2、CCl4、C2H2‎ ‎⑥C2H2　⑦H2O2　⑧SiO2、SiC ‎(2)氧化镁的晶格能________氧化钙(填“大于”或“小于”)，由岩浆结晶规则可推测________先从岩浆中析出。‎ 答案　大于　氧化镁 ‎(3)SiC晶体结构与晶体硅相似，则SiC、SiO2、Si晶体熔沸点由高到低的顺序为________。‎ 答案　SiO2　SiC　Si 思维探究 ‎(1)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。熔点Si60＞N60＞C60‎ ‎，为什么破坏分子所需要的能量N60＞C60＞Si60。‎ 答案　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，或成键原子半径越小，断键所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60＞C60＞Si60‎ ‎(2)原子晶体熔点一定比离子晶体高吗？‎ 答案　不一定，如石英熔点为1 710 ℃，氧化镁熔点为2 852 ℃，氯化钠熔点为801 ℃。‎ ‎ [基础点巩固]‎ ‎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．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种物质没有涉及的晶体类型为(　　)‎ A．离子晶体 B．分子晶体 C．原子晶体 D．金属晶体 答案　C ‎3．下列数据是对应物质的熔点(℃)：‎ BCl3‎ Al2O3‎ Na2O NaCl AlF3‎ AlCl3‎ 干冰 SiO3‎ ‎－107‎ ‎2 073‎ ‎920‎ ‎801‎ ‎1 291‎ ‎190‎ ‎－57‎ ‎1 723‎ 据此做出的下列判断中错误的是(　　)‎ A．铝的化合物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 答案　B ‎4．有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：‎ 序号 熔点/℃‎ 硬度 水溶性 导电性 Ag＋反应水溶液与 A ‎811‎ 较大 易溶 水溶液或熔融导电 白色沉淀 B ‎3 500‎ 很大 不溶 不导电 不反应 C ‎－114.2‎ 很小 易溶 液态不 导电 白色沉淀 ‎(1)晶体的化学式分别为A______________、B__________________、‎ C____________。‎ ‎(2)晶体的类型分别是A______________、B___________________、‎ C____________。‎ ‎(3)晶体中微粒间作用力分别是A________、B__________________、‎ C________。‎ 解析　根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。‎ 答案　(1)NaCl　C　HCl ‎(2)离子晶体　原子晶体　分子晶体 ‎(3)离子键　共价键　范德华力 ‎[名师点拨]‎ 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。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎5．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 ‎6．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 ‎7．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晶体的晶格能______(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，CaCl2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____________________________________。‎ 解析　(2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则离子晶体熔点越高。金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。(4)铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析：8×＋6×＝4，氯化钙类似氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－配位数为4。‎ 答案　(1)金刚石晶体 ‎(2)金刚石＞MgO＞CaCl2＞冰＞干冰 ‎(3)小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－)‎ ‎(4)4　8‎ ‎(5)H2O分子之间能形成氢键 ‎[名师点拨]‎ 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＞‎ ‎。‎ ‎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。‎ ‎(3)合金熔点低于组分金属。‎ ‎[高考真题体验]‎ ‎8．(2018·全国卷Ⅰ)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BornHaber循环计算得到。‎ Li2O晶格能为________kJ·mol－1。‎ 解析　晶格能是指气态离子结合生成1 mol晶体所释放的能量或1 mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol－1。‎ 答案　2 908‎ ‎9．(1)(2017·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______________________________。‎ 答案　K的原子半径较大且价电子数较小，金属键较弱 ‎(2)(2016·全国卷Ⅰ)Ge单晶体具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为___________________________________________________________，‎ 微粒之间存在的作用力是______________________________________。‎ 答案　sp3　共价键 ‎ (3)①(2016·全国卷Ⅲ)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。‎ ‎②GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是_________________________________________________________________。‎ 答案　①原子晶体　共价　②GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。‎ ‎(4)(2015·全国卷Ⅰ)①CO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________。‎ 答案　①分子　②分子晶体　离子晶体 考点二　常见的晶体模型与晶胞计算 ‎[学在课内]‎ ‎1．金属键、金属晶体 ‎(1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。‎ ‎(2)本质——电子气理论 该理论认为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。‎ ‎(3)金属晶体的物理性质及解释 ‎2．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组成且六个原子不在同一个平面内 ‎(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分子周围等距紧邻的CO2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”。‎ NaCl(型)‎ 离子晶体 ‎(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8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 简单六方堆积 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%‎ 混合晶体 石墨 ‎(1)石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力 ‎(2)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 ‎(3)每层中存在σ键和π键，还有金属键 ‎(4)C—C的键长比金刚石的C—C键长短，熔点比金刚石的高 ‎(5)硬度不大、有滑腻感、能导电 ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)在石墨晶体中有共价键、金属键和范德华力。(√)‎ ‎(2)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用。(×)‎ ‎(3)阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同。(×)‎ ‎(4)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。(×)‎ ‎(5)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。(√)‎ 拓展应用 ‎(1)判断下列物质的晶胞结构，将应对序号填在线上。‎ A干冰晶体②；B氯化钠晶体①；‎ C金刚石③；D钠④；‎ E冰晶体⑤；F铜晶体⑥。‎ ‎(2)下列是几种常见的晶胞结构，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 思维探究 如图为离子晶体空间构型示意图：(·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．MN、B.MN3、C.MN2。‎ ‎ [基础点巩固]‎ ‎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．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 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 ‎3．有一种蓝色晶体可表示为[MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－‎ 位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该晶体的化学式为MFe2(CN)8‎ B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价 C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价 D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个 解析　由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数为4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故A、B项正确；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个，D正确。‎ 答案　C ‎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 ‎[名师点拨]‎ 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) ‎ 注意:‎ 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 ‎[能力点提升]‎ ‎5．如图所示，在氯化钠晶胞中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间几何构型为(　　)‎ A．十二面体 B．正八面体 C．正六面体 D．正四面体 解析　处在中心位置上的Na＋被6个等距离且最近的Cl－包围，将6个Cl－相连，得到的立体构型为正八面体。‎ 答案　B ‎6．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中哑铃形C的存在使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法中正确的是(　　)‎ A．1个Ca2＋周围距离最近且等距离的C数目为6‎ B．该晶体中的阴离子与F2是等电子体 C．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.1 mol D．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有12个 解析　注意该晶胞中边长的差异。与每个Ca2＋距离最近且距离相等的C、Ca2＋的数目均为4，A、D项错误；C的价电子数为10，而F2的价电子数为14，B项错误。‎ 答案　C ‎7．铁有如下δ、γ、α三种晶体结构，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是(　　)‎ A．δ、γ、α三种晶体互为同分异构体 B．αFe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同，化学性质相同 D．γ Fe晶体为面心立方最密堆积 解析　Fe的δ、γ、α三种晶体结构不同，属于同素异形体，不是同分异构体，故A不正确；αFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子是相邻顶点上铁原子，与每个铁原子等距离且最近的铁原子同层有4个，上、下层各1个，故共有6个，故B正确；急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同，结构不同，物理性质不同，但化学性质相同，故C正确；γFe晶体中Fe原子处于顶点与面心，属于面心立方最密堆积，故D正确。‎ 答案　A ‎8．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X()位于立方体的顶点，Y(○)位于立方体的中心。试分析：‎ ‎(1)晶体中每个Y同时吸引______个X。‎ ‎(2)该晶体的化学式为__________。‎ ‎(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。‎ 答案　(1)4　(2)XY2或Y2X ‎(3) ‎[名师点拨]‎ 晶胞结构的相关计算 ‎(1)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)；1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，ρ为晶胞的密度)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。‎ ‎(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，原子半径为r)‎ ‎①面对角线长＝a。‎ ‎②体对角线长＝a。‎ ‎③体心立方堆积4r＝a。‎ ‎④面心立方堆积4r＝a ‎[高考真题体验]‎ ‎9. (1)(2018·课标全国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)。‎ 解析　1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝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 g·cm－3。‎ 答案　 ‎(2)(2018·课标全国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所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。‎ 解析　该晶胞中Fe2＋位于棱上和体心，个数为12×＋1＝4，S位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，故晶体密度为×4 g÷(a×10－7 cm)3＝×1021 g·cm－3。根据晶胞结构，S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，故该正八面体的边长为a nm。‎ 答案　×1021　a ‎(3)(2018·课标全国Ⅲ)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)。‎ 解析　题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积＝6×a2cm2，六棱柱的体积＝6×a2c cm3，该晶胞中Zn原子个数为12×＋2×＋3＝6，已知Zn的相对原子质量为65，阿伏加德罗常数的值为NA，则Zn的密度ρ＝＝ g·cm－3。‎ 答案　六方最密堆积(A3型)　 ‎10．(2017·课标全国Ⅰ)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________。‎ ‎(2)(2017·课标全国Ⅲ)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。‎ ‎(3)(2016·全国Ⅲ卷)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。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_____________________________________________________________。‎ ‎(4)(2016·全国卷Ⅰ)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。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________。‎ ‎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)。‎ 解析　(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，配位数为12(同层4个，上、下层各4 个)。‎ ‎(2)由题意知在MgO中，阴离子为面心立方堆积，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。‎ ‎(3)GaAs的熔点很高，则其晶体为原子晶体，Ga和As以共价键键合。由晶胞结构可知一个晶胞中含有As、Ga原子的个数均为4个，则晶胞的体积为×4÷ρ，又知二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%。‎ ‎(4)①由Ge单晶晶胞结构示意图，可知D原子与A原子及位于3个相邻面面心的3个原子构成了正四面体结构，D原子位于正四面体的中心，再根据A、B、C三个原子的坐标参数可知D原子的坐标参数为(，，)。②由锗单晶的晶胞结构示意图，可知该晶胞中位于顶点的有8个原子，位于面心的有6个原子，位于内部的有4个原子，则一个晶胞中所含有的锗原子个数为8×＋6×＋4＝8，再由晶胞参数可知该晶胞的边长为565.76 pm的正方体，则其密度为 g·cm－3。‎ 答案　(1)0.315或×0.446　12‎ ‎(2)0.148　 0.076‎ ‎(3)原子晶体　共价　×100%‎ ‎(4)①　②×107‎ 活页作业 A组　基础巩固题 ‎1．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是(　　)‎ A．Cl2>I2‎ B．SiCl4PH3‎ D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3‎ 解析　A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。‎ 答案　C ‎2．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　金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na，A不正确；键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C－C碳化硅>晶体硅，B正确；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顺序为CF4NaCl>NaBr>NaI，D正确。‎ 答案　A ‎3.‎ 某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为(　　)‎ A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 ‎ C．2∶2∶1 D．1∶3∶3‎ 解析　利用均摊法计算。据图知，该正方体中A原子个数＝8×＝1，B原子个数＝6×＝3，C原子个数＝1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶3∶1。‎ 答案　A ‎4．某晶体化学式为N2H6SO4，其晶体类型与硫酸铵相同。试分析在该晶体中不会存在(　　)‎ A．阳离子 B．共价键 C．离子键 D．分子间作用力 答案　D ‎5．下面有关晶体的叙述中，错误的是(　　)‎ A．白磷晶体中，分子之间通过共价键结合 B．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子 C．在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－或Na＋)‎ D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，化学键不被破坏 解析　白磷晶体为分子晶体，分子之间通过范德华力结合，A错误；金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，B正确；在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或Na＋)，C正确；离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，分子间作用力被破坏，化学键不被破坏，D正确。‎ 答案　A ‎6．下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．四水合铜离子的模型如图1所示，1个水合铜离子中有4个配位键 B．CaF2晶体的晶胞如图2所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋‎ C．H原子的电子云图如图3所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动 D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图4，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12‎ 解析　A项，四水合铜离子中铜离子的配位数为4，配体是水，水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键，正确；B项，根据均摊法可知，在CaF2晶体的晶胞中，每个CaF2晶胞平均占有Ca2＋个数为8×＋6×＝4，正确；C项，电子云密度表示电子在某一区域出现的机会的多少，H原子最外层只有一个电子，所以不存在大多数电子，只能说H原子的一个电子在原子核附近出现的机会较多，错误；D项，在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，其周围的原子有同一层上的六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，正确。‎ 答案　C ‎7．Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。‎ ‎(1)该晶体的化学式为________。‎ ‎(2)已知该合金的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是________ cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。‎ ‎(3)该晶体的内部具有空隙，且每个晶胞的空隙中储存6个氢原子时比较稳定。已知：a＝ 511 pm，c＝397 pm；标准状况下氢气的密度为8. 98×10－5 g·cm－3；储氢能力＝。若忽略储氢前后晶胞的体积变化，则该储氢材料的储氢能力为________。‎ 解析　(1)由晶胞结构图可知，1个晶胞中La的原子个数为8×＝1，Ni的原子个数为8×＋1＝5，则该晶体的化学式为LaNi5。(2)1个晶胞的质量m＝；，由V＝可知1个晶胞的体积V＝ cm3。(3) LaNi5合金储氢后氢气的密度ρ＝＝ g·cm－3≈0.111‎ ‎ g·cm－3，由定义式可知，储氢能力＝≈1 236。‎ 答案　(1) LaNi5　(2)　(3)1 236‎ B组　素养提升题 ‎8．关于晶体的下列说法正确的是 (　　)‎ A．只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体 B．离子晶体中一定含金属阳离子 C．在共价化合物分子中各原子都形成8电子结构 D．分子晶体的熔点不一定比金属晶体的熔点低 解析　A项，金属晶体中含有阳离子；B项，铵盐中不含金属阳离子；C项，如HCl分子中不是各原子都形成8电子稳定结构。‎ 答案　D ‎9．下列对各组物质性质的比较中，正确的是(　　)‎ A．硬度：Li>Na>K B．熔点：金刚石>晶体硅>碳化硅 C．第一电离能：NaNa>K；B项，原子晶体中，键长越长键能越小，晶体的熔点越低，键能大小顺序是C—C键>C—Si键>Si—Si键，所以熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅；C项，同周期元素，第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势，第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素，第一电离能：Mg>Al>Na；D项，六方最密堆积的空间利用率是74%、面心立方最密堆积的空间利用率是74%、体心立方堆积的空间利用率是68%，所以空间利用率：六方最密堆积＝面心立方最密堆积>体心立方堆积。‎ 答案　A ‎10．在硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是(　　)‎ A．sp，范德华力 B．sp2，范德华力 C．sp2，氢键 D．sp3，氢键 解析　石墨晶体中C原子为sp2杂化，层与层之间以范德华力结合，硼酸[B(OH)3‎ ‎]分子中，B原子也为sp2杂化，但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连，羟基间能形成氢键，故同层分子间的主要作用力为氢键。‎ 答案　C ‎11．下表给出几种氯化物的熔点和沸点 NaCl MgCl2‎ AlCl3‎ SiCl4‎ 熔点/ ℃‎ ‎801‎ ‎714‎ ‎190‎ ‎－70‎ 沸点/ ℃‎ ‎1 413‎ ‎1 412‎ ‎180‎ ‎57.57‎ 有关表中所列四种氯化物的性质，有以下叙述：①氯化铝在加热时能升华，②四氯化硅在晶态时属于分子晶体，③氯化钠晶体中微粒之间以范德华力结合，④氯化铝晶体是典型的离子晶体。其中与表中数据一致的是(　　)‎ A．①② B．②③ C．①②④ D．②④‎ 答案　A ‎12．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构如下图所示：‎ 下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是(　　)‎ A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构 B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体的晶胞结构都是立方体，它们具有相似的物理性质 C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键 D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si原子形成4个Si—O共价单键 解析　SiO2和CO2‎ 的化学式相似，但其晶体结构不同，A项正确。二氧化碳为分子晶体，分子间存在分子间作用力，分子内部碳原子和氧原子间形成共价键；氯化钠和氯化铯为离子晶体，所以三者物理性质不同，B项错误、C项正确。根据二氧化硅的结构可判断D项正确。‎ 答案　B ‎13．卤族元素的单质和化合物在生产生活中有重要的用途。‎ ‎(1)基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]______ _______________________。‎ ‎(2)在一定浓度的HF溶液中，氟化氢是以缔合形式(HF)2存在的。使氟化氢分子缔合的作用力是_______________________________________。‎ ‎(3)HIO3的酸性________(填“强于”或“弱于”)HIO4，原因是_____________________________________。‎ ‎(4)ClO中心氯原子的杂化类型为_________________________________，‎ ClO的空间构型为__________________________________________________。‎ ‎(5)晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数：表示晶胞内部各微粒的相对位置。下图是CaF2的晶胞，其中原子坐标参数A处为(0，0，0)；B处为(，，0)；C处为(1，1，1)。则D处微粒的坐标参数为________。‎ ‎②晶胞参数：描述晶胞的大小和形状。已知CaF2晶体的密度为c g·cm－3，则晶胞中Ca2＋与离它最近的F－之间的距离为________ nm(设NA为阿伏加德罗常数的值，用含c、NA的式子表示；相对原子质量：Ca—40‎ F—19)。‎ 解析　(1)基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]3d10424p5。(2)氟原子的半径小，电负性大，易与氢形成氢键。(3)同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，I的正电性高，导致I—O—H中O的电子向I偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强；所以HIO3的酸性弱于HIO4。(4)ClO为角形，中心氯原子周围有四对价层电子，ClO中心氯原子的杂化轨道类型为sp3‎ ‎；根据价层电子对互斥理论，ClO中心原子价电子对数为4，采取sp3杂化，轨道呈四面体构型，但由于它配位原子数为3，所以有一个杂化轨道被一个孤电子对占据，所以分子构型为三角锥形。(5)氟化钙晶胞中，阳离子Ca2＋呈面心立方密堆积，阴离子F－填充在四面体空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处；根据晶胞中D点的位置看出，D点的位置均为晶胞中3/4处；已知一个氟化钙晶胞中有4个氟化钙；设晶胞中棱长为L cm；氟化钙的式量为78；根据密度计算公式：ρ＝m/V＝4×78/(NA×L3)＝c，所以L＝；由晶胞中结构看出，与Ca2＋最近的F－距离为，即× cm＝××107 nm。‎ 答案　(1)3d104s24p5‎ ‎(2)氢键 ‎(3)弱于　同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，I的正电性高，导致I—O—H中O的电子向I偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强 ‎(4)sp3　三角锥形 ‎(5)(，，)　××107或××107‎ ‎14．2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。这种模型可以用量子化学计算小区间内(如生物固氮时固氮酶中)的化学反应。‎ ‎(1)固氮酶有铁蛋白和钼铁蛋白两种，它们不仅能够催化N2还原成NH3，还能将环境底物乙炔(HC≡CH)催化还原成乙烯。‎ ‎①乙炔是________(填“非极性”或“极性”)分子。‎ ‎②碳负离子CH的立体构型为________。‎ ‎③根据等电子原理，NO＋的电子式为________。‎ ‎(2)钒可用于合成电池电极，也可用于人工合成二价的钒固氮酶(结构如图a)。‎ ‎①V2＋基态时核外电子排布式为______________________________。‎ ‎②钒固氮酶中钒的配位原子有________(填元素符号)。‎ ‎(3)烟酰胺(结构如图b)可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有________，1 mol该分子中含σ键的数目为________。‎ ‎(4)12 g石墨烯(结构如图c)中含有的正六边形数目约为________；请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构，并说明理由：__________________________。‎ 解析　(1)①乙炔的结构简式为CH≡CH，为四原子直线型对称结构，为非极性分子。②CH的价层电子对数为3＋×(4＋1－3×1)＝4，故CH的立体构型为三角锥形。③NO＋与N2为等电子体，故电子式为[∶N⋮⋮O∶]＋。‎ ‎(2)②根据图a可知V的配位原子为N和S。(3)根据图b可知为sp2杂化，为sp3杂化。‎ ‎(4)石墨烯中形成大π键呈正六边形结构，而Si的原子半径较大，难形成π键，故不易形成类似石墨烯的结构。‎ 答案　(1)①非极性　②三角锥形　③[∶N⋮⋮O∶]＋‎ ‎(2)①1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3　②S、N ‎(3)sp2、sp3　15NA ‎(4)0.5NA　不容易，硅原子半径大，3p轨道不易形成π键 培优训练6　物质结构　元素周期律 ‎1．W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素。W的原子半径是周期表中最小的；X2－与Y＋的电子层结构相同；Z的最高正价与最低负价的代数和为4，下列说法正确的是(　　)‎ A．原子半径：ZH2S，错误；C项Na与O可形成Na2O、Na2O2，其中阴、阳离子个数比均为1∶2，正确；D项Z的低价氧化物为SO2，X的氢化物有两种：H2O、H2O2，SO2与二者反应分别生成H2SO3、H2SO4，H2SO4为强酸，错误。‎ 答案　C ‎2．W、X、Y、Z是原子序数依次递增的短周期主族元素，X和Y组成的某二元化合物是生产普通玻璃所需主要原料之一，Z的K层电子数与最外层电子数之和等于次外层电子数，WX2和W2X4中W的化合价相同，且二者可以互相转换。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．原子半径大小：Z>X>W B．WX2与W2X4均能与水发生化合反应 C．最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>Z D．常压下，常见单质的熔点：Z>W 解析　X、Y组成的二元化合物可用于生产玻璃，该化合物为SiO2，X、Y分别为O、Si；Z的K层电子数与最外层电子数之和等于次外层电子数，最外层电子数为6，Z为S，WX2、W2X4中W化合价相同可知二者分别为NO2、N2O4，W为N。A项原子半径S>N>O，错误；B项NO2、N2O4均能与水反应，但不是化合反应，错误；C项最高价含氧酸酸性H2SO4强于H2SiO3，错误；D项，S常温下为固体，N2常温下为气体，熔点S高于N2，正确。‎ 答案　D ‎3．(2018·山东潍坊质检)短周期主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，其中W元素原子的最外层电子数是内层电子数的两倍。X与Z同主族，两原子的核外电子数之和为24。Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的。下列说法正确的是(　　)‎ A．简单离子半径：Z>Y>X B．Y分别与X、Z形成二元化合物中不可能存在共价键 C．W、Y、Z的单质分别与X2反应时，条件不同产物均不同 D．如图所示实验可证明非金属性：Cl>Z 解析　W原子最外层电子数是内层电子数的两倍，W为C。X与Z同主族，且核外电子总数为24，X为O、Z为S。Y的原子半径是短周期主族元素中最大的，Y为Na。A项离子半径S2－>O2－>Na＋，错误；B项Na与O、S形成的二元化合物分别为Na2O、Na2O2、Na2S，其中Na2O2中含非极性共价键，错误；C项C、Na、S与O2反应时，生成产物分别可能为CO与CO2、Na2O与Na2O2。SO2，错误；D项生成的Cl2通入H2S溶液中发生H2S＋Cl2===S↓＋2HCl，生成黄色沉淀，为置换反应，故可证明非金属性Cl>S，正确。‎ 答案　D ‎4．(2018·山东济南质检)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，WX2为红棕色气体，Y的单质既能与强酸又能与强碱反应，W、Z最外层电子数之和是X最外层电子数的2倍。下列说法中错误的是(　　)‎ A．Y与X、Y与Z均形成离子化合物 B．对应简单离子的半径：W>X>Y C．Z对应的最高价含氧酸是一元强酸 D．ZX2是一种消毒能力强于氯气且更加安全的自来水消毒剂 解析　WX2为红棕色气体，WX2为NO2，W、X分别为N、O。Y的单质既能与强酸反应，又能与强碱反应，Y为Al，W、Z的最外层电子数之和是X最外层电子数的2倍，又原子序数大于13，Z为Cl。A项AlCl3为共价化合物，错误；B项离子半径N3－>O2－>Al3＋，正确；C项HClO4为一元强酸，正确；D项ClO2为一种强力、安全自来水消毒剂，正确。‎ 答案　A ‎5．(2018·山东潍坊一模)a、b、c、d、e为原子序数依次增大的5种短周期主族元素。常温下，a、d最高价含氧酸的浓溶液均可盛放在由金属元素c的单质制成的容器中，a的气态氢化物遇到e的单质会产生白烟，负一价b离子的电子数等于e、a的质子数之差。下列叙述正确的是(　　)‎ A．简单离子半径：c>a B．最高价氧化物对应水化物的酸性：d>e C．d2e2分子中各原子最外层都达到了8电子结构 D．b与c形成的化合物是共价化合物 解析　a、d最高价含氧酸浓溶液均可用金属元素c的单质制成的容器盛放，又为短周期元素，可知a为N，d为S，c为Al。e的原子序数大于S且为短周期主族元素，e为Cl，b的负一价离子电子数为17－7＝10，故b为F。A项离子半径N3－>Al3＋，错误；B项最高价含氧酸酸性H2SO4R B．Z的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水 C．Y和R形成的化合物既含离子键又含共价键 D．X和M两者最高价氧化物对应的水化物反应后溶液的pH>7‎ 解析　由图像知，X、Y、Z、M、N、W、R分别是Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl元素。稳定性HCl>PH3，Al(OH)3不溶于稀氨水，MgCl2只含离子键，A、B、C均错误；Na2SiO3溶液中，因SiO水解溶液呈碱性，pH>7，正确。‎ 答案　D ‎8．(2018·金太阳打靶卷)短周期元素A、B、C、D的原子序数依次增大，①、②、③、④、⑤、⑥是由上述元素构成的常见化合物，且④为含有非极性键的离子化合物；⑦为元素C的单质，通常为无色无味的气体；各物质间的转化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．原子半径：AA C．物质④参与的上述反应中，④均既作氧化剂又作还原剂 D．①一定由A、B两种元素组成，且含A的质量分数为25%‎ 解析　④为含非极性键的离子化合物，故为Na2O2，⑦为元素C的单质，故为O2，由此可知②、③分别为CO2、H2O，故①为含C、H化合物。综上分析A为H、B为C、C为O、D为Na。A项原子半径HNa＋，错误；C项Na2O2无论与H2O还是与CO2‎ 反应，均发生自身的氧化还原反应，既作氧化剂又作还原剂，正确；D项①可由C、H或者C、H、O组成，且只有为CH4时含H量为25%，其余均小于25%，错误。‎ 答案　C ‎9．短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，其对应的单质分别为m、n、p、q，Z是所有短周期主族元素中原子半径最大的；a、b、c、d为单质间相互反应生成的二元化合物。常温下，q为黄绿色气体，a为无色液体，0.1 mol·L－1c溶液的pH＝1，上述物质的转化关系如图所示。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．非金属性：Y>W>X B．d中可能含有非极性共价键 C．Y、Z、W分别与X形成的简单化合物的沸点：ZCl>H，A正确；d为O2和Na反应后的产物，可能为Na2O或Na2O2，Na2O2中含有非极性共价键，B正确；Y、Z、W与X形成的简单化合物分别为H2O、NaH、HCl，沸点：NaH>H2O>HCl，C错误；固体a为冰，冰中含有氢键，D正确。‎ 答案　C ‎10．短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。‎ 下列有关说法正确的是(　　)‎ A．XY2和WY2化合物的结构相同 B．Q的含氧酸的酸性比X的含氧酸的酸性强 C．X的最简单气态氢化物的稳定性小于W的最简单气态氢化物的稳定性 D．由NaOH溶液分别滴入MgQ2、ZQ3溶液中的反应现象可比较Mg和Z金属性的强弱 解析　A项CO2是分子晶体，结构为O===C===O，SiO2是原子晶体，结构不同，错误；B项Cl的含氧酸种类较多如HClO4、HClO3、HClO2、HClO，HClO的酸性比H2CO3弱，错误；C项，C、Si同族，故CH4比SiH4稳定，错误；D项向MgCl2、AlCl3溶液中加入NaOH溶液出现的现象分别为生成白色沉淀、生成白色沉淀后溶解，说明Mg(OH)2为碱，而Al(OH)3为两性氢氧化物，碱性Mg(OH)2强于Al(OH)3，故可说明Mg比Al的金属性强，正确。‎ 答案　D ‎培优训练7　物质结构与性质 ‎1．(2018·山东实验中学二模)第四周期过渡元素如铁、锰、铜、锌等在太阳能电池、磁性材料等科技方面有广泛的应用，回答下列问题：‎ ‎(1)在现代化学中，常利用________上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。‎ ‎(2)写出Cu2＋的外围电子排布式________；比较铁与锰的第三电离能(I3)：铁________锰(填“>”、“＝”或“<”)，原因是_____________________________________。‎ ‎(3)已知[Zn(CN)4]2－与甲醛在水溶液中发生反应可生成一种新物质HOCH2CN，试判断新物质中碳原子的杂化方式_______________________________；‎ ‎1 mol[Zn(CN)4]2－中的σ键数为________。‎ ‎(4)如图是晶体Fe3O4的晶胞，该晶体是一种磁性材料，能导电。‎ ‎①晶胞中二价铁离子处于氧离子围成的________(填空间结构)。‎ ‎②晶胞中氧离子的堆积方式与某金属晶体原子堆积方式相同，该堆积方式名称为________。‎ ‎③解释Fe3O4晶体能导电的原因________________________________________‎ ‎__________________________________________________________；‎ 若晶胞的体对角线长为a nm，则Fe3O4晶体的密度为________g·cm－3(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。‎ 解析　(2)Fe、Mn的外围电子排布分别为3d64s2、3d54s2，失去两个电子后，Mn2＋为半满状态，再失较难，故第三电离能I3较大。‎ ‎(3)HOCH2CN的结构为，其中为sp3杂化，—C≡N为sp杂化。‎ 一个[CN]－中含1个σ键，故1 mol[Zn(CN)]中(形成4个配位键—σ键)中的σ键数为(4×1＋4)＝8NA。‎ ‎(4)该晶胞中含Fe2＋：1×1＝1，Fe3＋：4×＋×3＝2，O2－：1＋×12＝4‎ 晶胞的体积为＝×10－21cm3‎ 故Fe3O4晶体的密度为＝g·cm－3。‎ 答案　(1)原子光谱 ‎(2)3d9　小于　Mn2＋、Fe2＋的价电子排布式分别为3d5、3d6，Mn2＋处于3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高，所以第三电离能Fe小于Mn。‎ ‎(3)sp3、sp　8NA ‎(4)①正四面体　②面心立方堆积　③电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移 ‎2．我们利用物质的结构与性质对周期表进行研究，有助于我们更好地掌握同类知识。‎ ‎(1)基态砷原子中，价电子占用________个原子轨道；雌黄分子式为As2S3，分子结构如图，则砷原子的杂化方式为________。‎ ‎(2)N2与CO互为等电子体，则1 mol CO分子中含有的π键数目是________个。‎ ‎(3)向CuSO4溶液中加入少量氨水生成蓝色沉淀，继续加入过量氨水沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液，最后向该溶液中加入一定量乙醇，析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体；该晶体所含的非金属元素中，N、O、S第一电离能由大到小的顺序是________(填元素符号)，SO的空间构型为________，晶体中含有的化学键有________。加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2‎ O晶体的原因是____________________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ ‎(4)常温下PCl5是一种白色晶体，其立方晶系晶体结构模型如下左图所示，由A、B两种微粒构成。将其加热至148 ℃熔化，形成一种能导电的熔体。已知A微粒与CCl4具有相同的空间构型和相似的化学键特征，则A为________，B为________。‎ ‎(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，上右图为其立方晶胞。已知晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为x cm，磷化硼的摩尔质量为b g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA，则磷化硼晶体密度的表达式为________ g·mol－3。(列出计算式即可)‎ 解析　(1)基态砷原子中，价电子排布式为4s24p3，根据洪特规则，4p轨道的3个电子要分占不同的轨道并且自旋状态相同，所以其价电子共占用4个原子轨道；由雌黄分子结构示意图可知，每个砷原子与3个硫原子形成3个σ键，由于其价电子数是5个，所以该分子中砷原子有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论，中心原子的价电子对数为4，所以中心原子的杂化方式为sp3杂化。(2)N2与CO互为等电子体，氮气分子中有三键，三键中有1个σ键、2个π键，等电子体之间结构相似，所以CO分子中也有2个π键，则1 mol CO分子中含有的π键数目是2NA(或2×6.02×1023)个。(3)一般非金属性越强的元素的第一电离能也越大，但是每个周期的ⅡA(s轨道全满)和ⅤA族(p轨道半充满)元素因其原子结构的特殊性，其第一电离能高于相邻元素，所以N、O、S第一电离能由大到小的顺序是N>O>S。SO的中心原子价电子对数n＝＝4，中心原子形成了4个σ键，所以其空间构型为正四面体。[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体是一种配合物，其内界中心原子铜离子和配体氨分子之间形成配位键，氨分子内有极性键，外界硫酸根与内界之间形成离子键。加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的原因是乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度。(4)A微粒与CCl4具有相同的空间构型和相似的化学键特征，所以A与四氯化碳是等电子体，则A为PCl，由质量守恒和电荷守恒可知B为PCl。‎ ‎(5)该晶胞中含有4个硼原子和4个磷原子。如果把晶胞分成8个相同的小立方，则硼原子恰好可以位于其中4个小立方的体心，设晶胞的边长为2a，晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为x cm，则x cm＝a，所以a＝x，1 mol该晶胞的体积为NA(2a)3＝NA( cm)3，磷化硼的摩尔质量为b g·mol－1，则1 mol该晶胞中含BP 4 mol，其质量为4b g，所以磷化硼晶体密度的表达式为 g·cm－3。‎ 答案　(1)4　sp3杂化 ‎(2)2NA(或2×6.02×1023)‎ ‎(3)N>O>S　正四面体　离子键、极性共价键和配位键 乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度 ‎(4)PCl　PCl　(5) ‎3．W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前四周期元素，元素W是宇宙中最丰富的元素，元素X的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素Z的基态原子核外电子有24种运动状态，X、Y、Z不在同一周期，且Y原子核外p电子比s电子多5个。‎ ‎(1)Z基态原子的核外电子排布式为_________________________________。‎ ‎(2)Z的氧化物是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯()裂化生成苯和丙烯。‎ ‎①1 mol丙烯分子中的σ键与π键数目之比为________。‎ ‎②苯分子中碳原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎③Z的一种氧化物ZO5中，Z的化合价为＋6价，则其中过氧键的数目为________个。‎ ‎(3)W、X、Y三种元素的电负性由小到大的顺序为____________________________‎ ‎(请用元素符号回答)。‎ ‎(4) ZY3熔点为1 152 ℃，熔融状态下能够导电，据此可判断ZY3晶体属于______________________________________________________________(填晶体类型)。‎ ‎(5) ZX2晶体的晶胞结构如图，每个Z原子周围最近的X原子数目为________。若该化合物的摩尔质量为M g/mol，晶胞边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________ g/cm3。‎ 解析　W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前四周期元素，元素W是宇宙中最丰富的元素，则W是H；元素X的原子最外层电子数是其内层的3倍，则X是O；元素Z的基态原子核外电子有24种运动状态，则Z是Cr，X、Y、Z不在同一周期，则Y是第三周期元素，Y原子核外p电子比s电子多5个，Y是Cl。‎ ‎(1)Cr基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1。‎ ‎(2)①单键都是σ键，双键中含有1个σ键、1个π键，所以1 mol丙烯分子(CH2===CHCH3)中的σ键与π键数目之比为8∶1。②苯分子是平面六边形结构，分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2。③设过氧键的数目为x，则－2价O的个数是5－2x，Cr的化合价为＋6，则根据化合物中正、负化合价代数和为0可知，2x＋(5－2x)×2＝6，解得x＝2。‎ ‎(3)H、O、Cl三种元素的电负性由小到大的顺序为H

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