2019届高考化学一轮复习晶体结构与性质学案

2019届高考化学一轮复习晶体结构与性质学案

第三单元　晶体的结构与性质 ‎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。‎ ‎　晶体的组成与性质 ‎ [知识梳理]‎ 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 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 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。‎ ‎4．晶格能 ‎(1)定义：拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量，‎ 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：离子半径越小，晶格能越大。‎ 二、四种类型晶体的比较 ‎　类型 比较　‎ 分子晶体 原子晶体 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 ―→―→―→ 如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。‎ ‎(2)离子晶体 ‎①一般来说，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。‎ ‎②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 ‎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。‎ ‎[自我检测]‎ 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)√‎ ‎(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 ℃。‎ ‎　(1) [2015·高考全国卷Ⅱ，37(2)]O和Na的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。‎ ‎(2)[2015·高考全国卷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。‎ ‎(3)(2015·高考四川卷)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 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 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。 ‎ ‎　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晶格能，离子半径越大，晶格能越小，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 ‎(1)判断晶体类型的五个依据 ‎①构成晶体的微粒和微粒间的作用力。‎ ‎②物质的类别。‎ ‎③晶体的熔点。‎ ‎④物质的导电性。‎ ‎⑤硬度和机械性能。‎ ‎(2)判断晶体类型的注意事项 ‎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，但因每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。‎ ‎③AlCl3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合金的硬度比各成分金属大，但熔、沸点比各成分金属低。 ‎ ‎　典型晶体模型及晶胞计算 ‎ [知识梳理]‎ ‎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109.5°‎ ‎(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 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)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－‎ 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 典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%‎ 体心立方堆积 ‎ 典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%‎ 六方最密堆积 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 ‎[自我检测]‎ 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：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，N(M)∶N(N)＝∶＝1∶3，故组成表达式为MN3；在C中，含M：×4＝(个)，含N为1个，故组成表达式为MN2。‎ 答案：MN　MN3　MN2‎ ‎(1)在晶胞中微粒个数的计算过程中，不要形成思维定势，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。‎ ‎　(1)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(4)(5)]①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，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。‎ ‎(2)[2016·高考全国卷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)。‎ ‎(3)[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)___________________________ _______。‎ ‎(4)[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。‎ ‎[解析]　(1)①二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即×0.446 nm≈0.315 nm。与钾紧邻的氧原子有12个。②想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。(2)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＝×107 g·cm－3。(3)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×62 g，故密度为 g·cm－3＝2.27 g·cm－3。(4)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×＝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)①0.315　12　②体心　棱心 ‎(2)① ‎②×107‎ ‎(3)Na2O　8　 g·cm－3＝2.27 g·cm－3‎ ‎(4)①3　2　②12　4‎ 金刚石晶胞(如图)含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝____________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率：________________(不要求计算结果)。‎ 答案：8　　＝ 晶体的密度及微粒间的距离的计算 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ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA，即ρ＝。 ‎ ‎　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________。‎ ‎(3)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。‎ 解析：(1)一个晶胞中M原子的个数为12×＋9＝12；一个晶胞中C60的个数为8×＋6×＝4，M与C60的个数比为3∶1，故该材料的化学式为M3C60。(3)根据晶胞可知，铜晶体是面心立方结构，顶点离面心的铜原子距离最近，一个晶胞中，一个顶点离它最近的面心铜原子有3个，经过一个顶点的晶胞有8个，共24个面心铜原子，1个面心铜原子由2个晶胞共有，故每个铜原子周围距离最近的铜原子有12个。‎ 答案：(1)12　M3C60　(2)2∶1　(3)12‎ ‎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×＝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，黑球是N原子。其中B原子的个数是1＋8×＝2，N原子的个数是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×＋6×＝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 ‎　晶胞的计算 ‎3．(1)①Cu2O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。‎ ‎②Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________________________________g·cm－3(不必计算出结果)。‎ ‎(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。‎ ‎(3) 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(列式表示)。‎ 解析：(1)②面心立方晶体中，铝原子的配位数为12；该晶胞中含有Al原子数目为×8＋×6＝4，根据(0.405×10－7)3×ρ＝27×，解得ρ＝ (g·cm－3)。(2)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×＋4×＋2＝8，K原子个数为8×＋2＝4，Ni原子个数为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。该晶体的密度为＝3.4 (g·cm－3)。(3)用均摊法算出每个晶胞中含4个Zn2＋和4个S2－，其质量为4× g，其体积是(540.0×10－10 cm)3，所以其密度为＝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，即(540.0 pm×)/4＝135 pm。‎ 答案：(1)①16　②12　 ‎(2)①K2NiF4　6‎ ‎②＝3.4‎ ‎(3)＝4.1　135 晶体结构的相关计算 ‎(1)晶胞质量＝晶胞含有的微粒的质量＝晶胞含有的微粒数×。‎ ‎(2)空间利用率＝×100%。‎ ‎(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)。 ‎ ‎ [课后达标检测]‎ 一、选择题 ‎1．(2015·高考上海卷)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＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有12个，距离相等且紧邻的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．离子化合物的熔点一定比共价化合物的高 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。有的共价化合物在固态时形成分子晶体，熔点较低，有的共价化合物在固态时形成原子晶体，熔点很高，B错。对于选项C可考虑铵盐，常见的铵盐如NH4NO3只有非金属元素组成，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．晶格能由大到小：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中晶格能的大小与离子半径和离子所带电荷数有关，选项D正确。‎ ‎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，水分子之间的空隙增大 解析：选A。冰是水分子之间通过氢键结合而成的分子晶体，B、C错误；水结冰时体积膨胀，D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两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B。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原子以共价键结合，C错；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 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 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×＋6×＝4个；有12个O位于棱上，1个O处于中心，则晶胞中含有O数为12×＋1＝4个，所以超氧化钾的化学式为KO2；每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，与每个K＋距离最近的K＋有12个。‎ 二、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______________________________________________________________。‎ 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，可作高温润滑剂。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中有1个配位键，BF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)sp3　高温、高压　(5)2‎ ‎12．(2016·高考四川卷)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)由X、Y、Z形成的离子XYZ－与XZ2互为等电子体，则XYZ－中X原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(4)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__________________。‎ ‎(5)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 ‎(6)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________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(7)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(5)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种不同的原子轨道的电子。(2)注意第一电离能的反常性。(3)CO2中C采取sp杂化，故CNO－中C也采取sp杂化。(4)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。(6)氨水过量后，生成的是配离子[Cu(NH3)4]2＋。(7)晶胞中原子数＝×8＋×6＋4＝8；两个C原子间最近的距离是晶胞体对角线的，即a(a为晶胞棱长)，根据上述思路可计算。‎ 答案：(1)7　7　(2)C＜O＜N　(3)sp杂化 ‎(4)4　正四面体形、V形 ‎(5)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、所带电荷数多，晶格能：MgF2＞NaF，故MgF2的熔点比NaF高 ‎(6)Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、‎ Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O ‎(7)8　×