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文档介绍
2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《晶体结构与性质》
2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《晶体结构与性质》 【知识梳理】 一、晶体的结构 1．晶体： （1）晶体的定义：微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。 （2）晶体的特性：有规则的几何外形（自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的、规则的多 面体外形）；有确定的熔点；各向异性：在不同的方向上表现不同的性质；具有特定的对称性。 2. 晶胞：由于晶体中的微粒排列呈现周期性，因此研究晶体结构时只需找出最小的重复单元加以分析，就 知道整个晶体的结构了。 （1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 （2）晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 （3）均摊法求化学式：均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。若某个粒子为 N 个晶胞所共有，则该粒 子有 1/N 属于此晶胞。以正方体晶胞为例，晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献为：顶点原子 1/8 属于此晶 胞、棱上原子 1/4 属于此晶胞、面上原子 1/2 属于此晶胞、体内原子完全属于此晶胞。 （4）有关晶胞各物理量的关系：若 1 个晶胞中含有 x 个微粒，则 1 mol 该晶胞中含有 x mol 微粒，其质量 为 xM g；又 1 个晶胞的质量为 ρa3 g(a3 为晶胞的体积，单位为 cm3)，则 1 mol 晶胞的质量为 ρa3NA g，因此 有 xM＝ρa3NA。 3.晶体的结构：在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，由于金属键、离子键和分子间作用力均没有方 向性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其他原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低 体系的能量，使晶体变得比较稳定----即排列服从紧密堆积原理；对原子晶体，受共价键的方向性和饱和性 的影响，其空间排列与方向性一致。 （1）金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 ①金属 Po（钋）中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为 6，一个晶胞中含有 1 个原子。 ②金属 Na、K、Cr、Mo（钼）、W 等中金属原子堆积方式是体心立方堆积，原子的配位数为 8，一个晶胞 中含有 2 个原子。 ③金属 Mg、Zn、Ti 等中金属原子堆积方式是六方堆积，原子的配位数为 12，一个晶胞中含有 2 个原子。 ④金属 Au、Ag、Cu、Al 等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为 12，一个晶胞中含有 4 个原子。 （2）离子晶体：阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。 ①NaCl 晶体：晶胞中每个 Na+周围吸引着 6 个 Cl－，这些 Cl－构成的几何图形是正八面体，每个 Cl－周围吸 引着 6 个 Na+，Na+、Cl－个数比为 1：1，每个 Na+与 12 个 Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有 4 个 Na+ 和 4 个 Cl－。（绿色为 Cl-，桔黄色为 Na+） ②CsCl 晶体：晶胞中每个 Cl—（或 Cs+）周围与之最接近且距离相等的 Cs+（或 Cl—）共有 8 个，这几个 Cs+ （或 Cl—）在空间构成的几何构型为立方体，在每个 Cs+周围距离相等且最近的 Cs+共有 6 个，这几个 Cs+ 在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有 1 个 Cs+和 1 个 Cl— 。（ 绿色为 Cl-，黑色为 Cs+） ③ZnS 晶体：晶胞中 S2-以面心立方堆积，Zn2+占据 S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面 体空隙。每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有 4 个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有 4 个。一个 ZnS 晶胞中含有 4 个 Zn2+和 4 个 S2-。（ 棕色为 Zn2+，黑色为 S2-） （3）原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。 ①金刚石：晶体中每个 C 原子和 4 个 C 原子形成 4 个共价键,成为正四面体结构，C 原子与碳碳键个数比为 1：2，最小环由 6 个 C 原子组成，每个 C 原子被 12 个最小环所共用；每个最小环含有 1/2 个 C 原子。 ②SiO2：晶体中每个 Si 原子周围吸引着 4 个 O 原子，每个 O 原子周围吸引着 2 个 Si 原子，Si、O 原子个数 比为 1：2，Si 原子与 Si—O 键个数比为 1：4，O 原子与 Si—O 键个数比为 1：2，最小环由 12 个原子组成。 （4）分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。干冰属于分子晶体，晶胞中每个 CO2 分子周围最近且等距离的 CO2 有 12 个，1 个晶胞中含有 4 个 CO2。 （5）石墨属于过渡性晶体。是分层的平面网状结构，层内 C 原子以共价键与周围的 3 个 C 原子结合，层间 为范德华力。晶体中每个 C 原子被 3 个六边形共用,平均每个环占有 2 个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数 和碳碳单键数之比为 2：3。 例题 1、（1）Cu 元素与 H 元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式 为________。 （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________。 （3）已知镧镍合金 LaNin 的晶胞结构如下图，则 LaNin 中 n＝________。 (4)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________。 (5)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________。 （6）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。 (阿伏加德罗常数用 NA 表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为 Cu， 为 F) （7）如图为 Na2S 的晶胞，该晶胞与 CaF2 晶胞结构相似，设晶体密度是 ρ g·cm－3，试计算 Na＋与 S2－的最 短距离为________ cm(阿伏加德罗常数用 NA 表示 ，只写出计算式)。 （8）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)。 （9）Na 和 O 能够形成化合物，其晶胞结构如图所示，晶胞参数 a＝0.566 nm，化合物的化学式为________； 晶胞中 A 原子的配位数为________；列式计算晶体 F 的密度(g·cm－3 )_____。 （10）下图所示的 CaF2 晶体中与 Ca2＋最近且等距离的 F－数为________，已知，两个距离最近的 Ca2＋核间 距离为 a×10－8 cm，计算 CaF2 晶体的密度为________________。 （11）Cu（ ）与 Cl（ ）形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为________，已知 晶胞参数 a＝0.542 nm，此晶体的密度为__________g·cm－3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常 数为 NA) （12）金刚石晶胞含有________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)。 二、晶体的性质 1．四种晶体类型的比较 项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 组成微粒 阴、阳离子 原子 分子 金属离子和自由电子 微粒间作用力 离子键 共价键 分子间作用力 金属键 熔沸点 较高 高 低 不同金属差别很大 硬度 较大 大 小 不同金属差别很大 导电性 水溶液及熔融 时导电 一般为非导 体， 非导体，在水溶 液中可能导电 导体 实例 NaCl、NH4Cl、 CaO、BaSO4 金刚石、晶体 硅、SiO2、金 刚砂 SiC He、CO2、HCl、 H2O、NH3 Fe、Cu、Al 2. 晶体类型的判断方法 （1）依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断：离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子 键；原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键；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，即范德华力；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）依据物质的类别判断：金属氧化物(如 K2O、Na2O2 等)、强碱(如 NaOH、KOH 等)和绝大多数的盐类是 离子晶体；大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2 除 外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体；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；金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高，常在数百至 1 000 余度；原子晶体熔点高，常在 1 000 度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。 （4）依据导电性判断：离子晶体水溶液及熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而 分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金 属晶体是电的良导体。 （5）依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；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。 3.晶体熔沸点的比较方法： (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： 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。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：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；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；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；同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 ④金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点： Na＜Mg＜Al。 例题 2、（1）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（ 1 2 ，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）。③GaF3 的熔点高于 1 000 ℃，GaCl3 的熔点为 77.9 ℃，其原因是 __________________。 （2）单质铜及镍都是由______键形成的晶体。某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与 镍原子的数量比为_____。②若合金的密度为 d g/cm3，晶胞参数 a=________nm。 ③第ⅡA 族金属碳酸盐分解温度如下： BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解温度 100 ℃ 540 ℃ 960 ℃ 1 289 ℃ 1 360 ℃ 分解温度为什么越来越高？ _______________________。 （3）GaAs 的熔点为 1238℃，密度为 ρg·cm-3，其晶胞结构如左图所示。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_____。甲烷晶体的晶胞如右图 所示，该晶胞中含有 个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________。 （4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，如图是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构示意图， 该合金储氢后，含 1 mol La 的合金可吸附 H2 的数目为 。 （5）一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中金原子位于顶点，铜原子位于面心，则该合 金中金原子（Au）与铜原子（Cu）个数比为 ；若该晶体的晶胞棱长为 a pm，则该合金密度为 g/cm3。（列出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为 NA） （6）砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少。已知立方砷化镓晶胞的结构如图所 示，其晶胞边长为 c pm，则密度为 g·cm－3（用含 c 的式子表示，设 NA 为阿伏加德罗常数的值）， a 位置 As 原子与 b 位置 As 原子之间的距离为 pm（用含 c 的式子表示）。 (7)碳化硅 SiC 是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶 体：①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石 ④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是________(填 序号)。 (8)①科学家把 C60 和 K 掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶 胞如图所示，该物质中 K 原子和 C60 分子的个数比为________。 ②继 C60 后，科学家又合成了 Si60、N60。请解释如下现象：熔点 Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量 N60>C60>Si60，其原因是_________。 (9)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________。 (10)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_______________。Na、M、Ca 三种晶体共 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 (11)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为 AX3 的是________(填“a”或“b”)。图乙为金 属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为 a pm，金属铜的密度为 ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________ mol－1(用含 a、ρ 的代数式表示)。 (12)FeO、NiO 的晶体结构与 NaCl 晶体结构相同，其中 Fe2＋与 Ni2＋的离子半径分别为 7.8×10－2 nm、6.9×10 －2 nm，则熔点 FeO___(填“＜”、“＞”或“＝”)NiO，原因是_____________。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材 料，其晶胞如图 2 所示。P 原子与 B 原子的最近距离为 a cm，则磷化硼晶胞的边长为________ cm(用含 a 的代数式表示)。 【课时练习】 1．下列关于晶体的说法中，不正确的是（ ） ①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性 ②含有金属阳离 子的晶体一定是离子晶体 ③共价键可决定分子晶体的熔、沸点 ④MgO 的晶格能远比 NaCl 大，这是因为 前者离子所带的电荷数多，离子半径小 ⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周 期性重复排列 ⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 ⑦干冰晶体中，一个 CO2 分子周 围有 12 个 CO2 分子紧邻；CsCl 和 NaCl 晶体中阴、阳离子的配位数都为 6 A．①②③ B．②③④ C．④⑤⑥ D．②③⑦ 2．下列有关说法不正确的是( ) A． 水合铜离子的模型如图所示，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所示，H 原子核外的大多数电子在原子核附近运动 D． 金属 Cu 中 Cu 原子堆积模型如图所示，该金属晶体为最密堆积，每个 Cu 原子的配位数均为 12 3．关于下列四种金属堆积模型的说法正确的是( ) A．图 1 和图 4 为非密置层堆积,图 2 和图 3 为密置层堆积 B．图 1~图 4 分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积 C．图 1~图 4 每个晶胞所含有原子数分别为 1、2、2、4 D．图 1~图 4 堆积方式的空间利用率分别为 52%、68%、74%、74% 4．已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体，在该晶体中每个 顶角各有 1 个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得 25℃时干冰晶体的晶胞边长为 acm， 其摩尔质量为 Mg/mol，则该干冰晶体的密度为(单位：g/cm3) A． 3 M a B． 3 A M aN C． 3 4M a D． 3 A 4M aN 5．非整比化合物 Fe0.95O 具有 NaCl 型晶体结构，由于 n(Fe)∶n(O)<1，所以晶体存在缺陷，Fe0.95O 可以表示 为 A． 2+3+ 0.450.5F e F e O B． 2+3+ 22F e F e O C． 2+3+ 0.150.80F e F e O D． 2+3+ 0.850.10F e F e O 6．CaTiO3 的晶体结构模型(图中 Ca2＋、O2－、Ti4＋分别位于立方体的体心、面心和顶角，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．如上图，CaTiO3 晶体中每个 Ti4＋和 12 个 O2－相紧邻 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 7．下图为甲烷晶体的晶胞结构，下列有关说法正确的是( ) A．甲烷晶胞中的球体只代表一个碳原子 B．晶体中 1 个 4CH 分子有 12 个紧邻的甲烷分子 C． 晶体熔化时需克服共价键 D．一个甲烷晶胞中含有 8 个 分子 8．有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( ) A．在图 1 晶体中，距粒子 B 最近且等距的粒子 A 有 6 个 B．在 CO2 晶体中，每个晶胞平均占有 12 个原子 C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为 1∶2 D．该气态团簇分子的分子式为 EF 或 FE 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 O2- B．晶体中每个 K＋周围有 8 个 O2-，每个 O2-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 10．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上 5 个金原子紧密堆砌，金原子半径为 r cm，则金 晶体的空间利用率为( ) A． 3 4 π3 100% 22 B． 3 44 π3 100% 22 C． 3 44 π3 100% 2 D． 3 44r3 100% 22 11．以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。氧化镍原子 分数坐标参数 A 为（0，0，0）， B 为（1，1，1），则 C 的坐标参数为 A．（ 1 2 ， ， ） B．（ 1，1， ） C．（ ，1， ） D．（ 1， ， ） 12．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示（假设金属的摩尔质量为 Xg•mol-1,金属原子半径为 rcm, 用 NA 表示阿伏加德罗常数的值）。有关说法正确的是 A．③和④中原子的配位数分别为 6、12 B．金属 Zn 采用②堆积方式 C．①中空间利用率的表达式为： 3 3 4 π r3 (2r) ×100% D．对于采用②堆积方式的金属，实验测得 Wg 该金属的体积为 Vcm3,则阿伏加德罗常数 NA 的表达式为 3 XV 4W ( r) 3 13．前四周期原子序数依次增大的六种元素 A、B、C、D、E、F 中，A、B 位于同一周期且相邻，A 元素原 子有三个能级，且每个能级上的电子数相等；C、D、E、F 是位于同一周期的金属元素，基态 C、F 原子的 价层电子中未成对电子数均为 1，且 C、F 原子的电子数相差 10，基态 D、E 原子的价层电子中未成对电子 数分别为 4、2，且原子序数相差 2。 （1）六种元素中第一电离能最小的是__（填元素符号，下同），电负性最大的是_________。 （2）A、B、C、D 四种元素形成的一种配合物，易溶于水，可以检验 Fe2+离子，离子方程式为：_______； 1 mol 该配合物中，含有的 σ 键和 π 键的数目比为____；该配合物晶体中各种微粒间的作用力不涉及____（填 字母）。 a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键 e.氢键 f.分子间作用力 （3）E2+的价层电子排布图为____； （4）金属 C、F 晶体的晶胞结构如图所示（请先判断对应的图），C、F 两种晶体晶胞中金属原子的配位数 之比为____。金属 C 的晶胞中，若设该晶胞的密度为 ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为 NA，C 原子的摩尔 质量为 M g· mol-1，则 C 原子的半径为____（用含 a、M、NA 的代数式表示）。 14．2019 年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰三位科学家，以表彰他们对锂离子电 池的研究。 (1)LiAlH4 是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4 中的阴离子空间构型是______，中心原子的杂化形式为___， 与阴离子互为等电子体的一种分子为_________ (2)Li2O 是离子晶体,其晶格能可通过下图的 Born-Haber 循环计算得到。 可知 Li 原子的第一电离能为____kJ·mol-1，O=O 键键能为_____kJ·mol-1，Li2O 晶格能为_____kJ·mol-1 (3)硼和锂同周期，B 原子核外有__种不同运动状态的电子。基态 B 原子中，能量最高的电子所占据的原子 轨道的形状为____。晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如下图)，每个 顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由___个硼原子构成；若该结构 单元中有 2 个原子为 10B(其余为 11B)，那么该结构单元有____种不同类型 (4)锰的化合物也广泛应用于电池，基态锰原子的核外电子排布式为____，MnO 的熔点(1650 ℃)比 MnS 的 熔点(1610 ℃)高的原因是_________，含锰的一种磁性材料的单晶胞结构如图： 该晶胞中碳原子的原子坐标为_________ 15．空气明朝《天工开物》中有世界上最早的“火法”炼锌技术的记载，锌是生命体必需的微量元素，被称为 “生命之花”。(已知阿伏加德罗常数的值为 NA) (1)基态 Zn 原子核外的最高能层符号是________，基态 2Zn 最外层电子排布式为________。 (2)乳酸锌[ ]是一种很好的食品锌强化剂，其中存在的作用力有________(填编号)。 1 mo l 乳酸锌中含有________个 σ 键。 A．离子键 B．极性共价键 C．金属键 D．配位键 E.范德华力 (3)一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，结构简式如图所示。其中所涉及的非金属元素的电负性由大 到小的顺序是________， 2HO分子的空间构型为________形， 2Zn 的配位数为________。甘氨酸 ( 22HNCHCOOH )中 N 原子的杂化轨道类型为________；甘氨酸易溶于水，试从结构角度解释 ________。 (4)Zn 与 S 形成某种化合物的晶胞如图所示。 ①以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。例如图中原子 1 的坐标为 ( 0 , 0 , 0 ) ，则原子 2 的坐标为________。 ②已知晶体密度为 -3d g c m ， 2S 半径为 apm ，若要使 、 相切，则 半径为________ pm (写计 算表达式)。 16．2019 年 10 月 9 日诺贝尔化学奖授予对锂电池方面研究有贡献的三位科学家。磷酸铁锂电池是绿色环保 型电池，电池的总反应式： 1 x4x 646Li FePOLi CLiFePOC 。磷酸亚铁锂（ 4LiFePO ）可用作锂离 子电池正极材料，文献报道可采用 3FeCl 、 4 2 4NH H PO 、 LiCl 和苯胺等作为原料制备。 （1）基态 P 原子核外电子排布式为_________。 （2）该电池总反应中涉及第二周期的元素的第一电离能由大到小的顺序是___________（用元素符号表示）。 （3） 3F e C l 和 4L i F e P O 中的铁元素显 3 、 2 价，请从原子结构角度解释 Fe 为何能显 、 价________。 （4）苯胺（ ）与甲苯（ ）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（ 5 .9 ℃）、 沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（ 9 5 . 0 ℃）、沸点（110.6℃），原因是____________________。 （5） 424N H H P O 中， 4NH 的空间构型为_______。与 3 4PO 互为等电子体的分子或离子有_______（写两 种）， 中磷原子杂化轨道类型为__________。 （6）锂晶体为 2A 型密堆积即体心立方结构（见图），晶胞中锂的配位数为________。若晶胞边长为 a pm ， 则锂原子的半径 r 为________ pm 。 参考答案 例题1、（1）CuH（2）＋3价（3）5(4)MgB2 (5)BO－ 2 （6） 3 4 3 4×83 a·NA ×1010（7） 3 4 3 4×78 ρ·NA （8）12 2 4 × 3 4×64 9.00×6.02×1023≈1.27×10－8（9）Na2O 8 4×62 g·mol－1 －7 3×6.02×1023 mol－1≈2.27 g·cm－3（10）8 183.2 a3 g·cm－3（11）CuCl 4×99.5 NA× 0.542 3×10－21或4×M CuCl NA×a3×10－21 （12）8 3 8 8×4 3πr3 a3 ＝ 3π 16 【解析】（1）根据晶胞结构可以判断：Cu(●)：2×1 2＋12×1 6＋3＝6；H( )：6×1 3＋1＋3＝6，所以化学式为 CuH。（ 2）晶胞中 Q、R、G 的个数为：R 有 8×1 8＋1＝2，G 有 8×1 4＋8×1 4＋4×1 2＋2＝8，Q 有 8×1 4＋2＝4，则 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）晶胞中 La、Ni 的个数为： La 有 2×1 2＋12×1 6＝3，Ni 有 12×1 2＋6×1 2＋6＝15，化学式为 LaNi5，所以 n ＝5。(4)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。(5)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－ 2 。（ 6）设晶胞的棱长为 x cm，在晶胞中，Cu：8×1 8＋6×1 2 ＝4；F：4，其化学式为 CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)， x＝ 3 4M CuF a·NA 。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 2 2＋ x 2 2＋ x 2 2＝ 3 2 x。所以最短距离为 3 2 x·1 2＝ 3 4 · 3 4×83 a·NA ×1010 pm。 （7）晶胞中， ● 个数为 8×1 8＋6×1 2＝4，○个数为 8，其个数之比为 1∶2，所以 ● 代表 S2－，○代表 Na＋。设 晶胞边长为 a cm，则 a3·ρ·NA＝4×78a＝ 3 4×78 ρ·NA ，面对角线为 2× 3 4×78 ρ·NA cm，面对角线的1 4为 2 4 × 3 4×78 ρ·NA cm，边长的1 4为1 4× 3 4×78 ρ·NA cm，所以其最短距离为 2 4 × 3 4×78 ρ·NA 2＋ 1 4× 3 4×78 ρ·NA 2 cm＝ 3 4 3 4×78 ρ·NA cm。（ 8）设晶胞的边长为 a cm，则 a3·ρ·NA＝4×64， a＝ 3 4×64 ρ·NA ，面对角线为 2a，面对角线的1 4为 Cu 原子半径，r＝ 2 4 × 3 4×64 9.00×6.02×1023 cm≈1.27×10－8cm。 （9）根据化合物的晶胞结构，利用均摊法可计算出氧原子个数：N(O)＝8×1 8＋6×1 2＝4，钠原子全部在晶胞 内，N(Na)＝8，因此化学式为 Na2O；以顶角氧原子为中心，与氧原子距离最近且等距离的钠原子有 8 个， 即晶胞中 Na原子的配位数为 8；晶胞参数即晶胞的棱长 a＝0.566 nm，晶体的密度 ρ＝m V＝ 4×62 g·mol－1 6.02×1023 mol－1 0.566×10－7 cm 3 ≈2.27 g·cm－3。（ 10）CaF2 晶体中 Ca2＋的配位数为 8，F－的配位数为 4，Ca2＋和 F－个数比为 1∶2，一个晶胞 中实际拥有的 Ca2＋为 8×1 8＋6×1 2＝4，F－为 8 个，晶胞顶点及六个面上的离子为 Ca2＋，晶胞内部的离子为 F －，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”。则 CaF2 晶体的密度：4×78 g·mol－1÷[( 2a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝183.2 a3 g·cm－3。 （11）每个晶胞中含有铜原子个数为 8×1/8＋6×1/2＝4，氯原子个数为 4，该化合物的化学式为 CuCl，则 1 mol 晶胞中含有 4 mol CuCl,1 mol 晶胞的质量为 4×99.5 g，又晶胞参数 a＝0.542 nm，此晶体的密度为 4×99.5 NA× 0.542 3×10－21或4×M CuCl NA×a3×10－21 g·cm－3。（ 12）由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有 4 个 C 原子， 面心上有 6 个 C 原子，顶点有 8 个 C 原子，晶胞中 C 原子数目为 4＋6×1 2＋8×1 8＝8；若 C 原子半径为 r，金 刚石的边长为 a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的1 4就是 C—C 键的键长，即 3 4 a＝2r，所以 r＝ 3 8 a，碳原子在晶胞中的空间占有率 w＝ 8×4 3πr3 a3 ＝ 8×4 3π× 3 8 a 3 a3 ＝ 3π 16 。 例题 2、（ 1）①( 1 4 ， 1 4 ， 1 4 )；② 7 3 873 106.02565.76 ③由于 GaF3 是离子晶体，GaCl3 是分子晶体，所以离 子晶体 GaF3 的熔沸点高（2）金属；①3:1；② 1 3 7 23 251 106.0210 d ③阳离子半径越小对氧的吸引力越 大，夺取氧的能力越强（3）原子晶体；共价键 30 3 3 A4 10 ( ) 100%3( ) Ga As Ga As N r r MM ； 4 甲烷分子间靠 分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量 很小，分子间作用力很小（4）3 mol （5）1∶3 （197＋64×3）×1030 NA×a3 （6）5.8×1032 NA·c3 2 2 c(7)③④①②⑥⑤ (8)①3∶1②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，断键时所 需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为 N60>C60>Si60(9)sp3 共价键 SiC＞Si(10)Mg Mg2＋半径比 Ca2＋小，MgO 晶格能大 ①②③④(11)b 256 ρa3×1030(12)＜ FeO 和 NiO 相比，阴离子相同，阳离子所带电 荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以 FeO 晶格能小，熔点低 4a 3 【解析】（1）①根据各个原子的相对位置可知，D 在各个方向的 1/4 处，所以其坐标是( ， ， )；根据 晶 胞 结 构 可 知 ， 在 晶 胞 中 含 有 的 Ge 原 子 数 是 8×1/8+6×1/2+4=8 ， 所 以 晶 胞 的 密 度 3 10 3 23 10 3 A 8 73g/mol 8 73 g/cm(565.76pm 10 cm/pm) 6.02 10 (565.76 10 ) m VN = 7 3 873 106.02565.76 cm3；③由于 GaF3 是离子晶体，GaCl3 是分子晶体，所以离子晶体 GaF3 的熔沸点高。（2）铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶 体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为 6×1/2=3，镍原子的个数为 8×1/8=1，则铜和镍原子的数量比 为 3：1；②根据上述分析，该晶胞的组成为 Cu3Ni，若合金的密度为 d g/cm3，根据 ρ=m÷V，则晶胞参数 a= nm；③在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA 族金属碳酸盐中， 阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA 族金属碳酸盐中，随着原 子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs 的熔点为 1238℃，密度为 ρ g·cm-3， 其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中 Ga 与 As 以共价键键合。根据晶胞结 构可知晶胞中 Ca 和 As 的个数均是 4 个，所以晶胞的体积是 GaAs A 4 ()MMN 。二者的原子半径分别为 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 3330 GaAs GaAs A 44 π()103 4 () rr MMN ×100%＝ 30 3 3 A Ga As Ga As 4π 10 ( ) 100%3( ) N r r MM ；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子 晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常 压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体。（4）由晶胞可知，晶胞中 La 位于顶点，平均含有 8×1 8＝1，Ni 位于面心和体心，共含有 8×1 2＋1＝5，H2 位于棱上和面心，共有 8×1 4＋2×1 2＝3，则含 1 mol La 的合金可吸 附 H2 的物质的量为 3 mol；（ 5）在晶胞中，Au 原子位于顶点，Cu 原子位于面心，该晶胞中 Au 原子个数＝ 8×1 8＝1，Cu 原子个数＝6×1 2＝3，所以该合金中 Au 原子与 Cu 原子个数之比＝1∶3，晶胞体积 V＝（a×10－ 10cm）3，每个晶胞中铜原子个数是 3、Au 原子个数是 1，晶胞质量为197＋64×3 NA g，则晶胞密度 ρ＝197＋64×3 NA g÷（a×10－10cm）3＝（197＋64×3）×1030 NA×a3 g·cm－3；（ 6）晶胞中 Ga 原子数为 6×1 2＋8×1 8＝4，As 原子数为 4， 则 ρ＝m V＝ 75×4＋70×4 NA （c×10－10）3＝5.8×1032 NA·c3 g·cm－3；a 位置 As 原子与 b 位置 As 原子之间的距离为晶胞立方体体对角 线的一半，则两原子之间的距离为1 2 c2＋c2＝ 2 2 c （pm）。 (7)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶 体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子 晶体，键长 Si—Si>Si—C>C—C，相应键能 Si—Si查看更多