2018届高考一轮复习人教版物质结构与性质晶体结构与性质学案(6)
第三讲 晶体结构与性质
[2017高考导航]
考纲要求
真题统计
命题趋势
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。
3．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。
4．了解分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。
5．能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
6．了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。
2015，卷Ⅰ 37T(4)(5)；
2015，卷Ⅱ 37T(5)；
2014，卷Ⅰ 37T(3)(4)；
2014，卷Ⅱ 37T(4)(5)；
2013，卷Ⅰ 37T(3)；
2013，卷Ⅱ 37T(3)
高考对本部分的考查主要从两个方面切入：(1)关于晶胞的计算。(2)晶体微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。预计2017年高考将主要考查晶体类型、四种晶体的区别、晶体的结构特点以及晶胞的相关计算。题型以非选择题为主，分值约为4分。
考点一 四种晶体性质比较[学生用书P271]
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
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
①无隙：相邻晶胞之间没有任何空隙。
②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。
二、四种晶体类型的比较
类型
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
比较
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
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
难溶于常见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的能导电
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
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
①一般地说，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大，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，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na
邻羟基苯甲醛
B．硬度由大到小：金刚石>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。A项形成分子间氢键的物质的熔、沸点要大于形成分子内氢键的物质，正确；B项均为原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，硬度越大，键长有：C—C键Mg>Na，不正确；D项离子所带电荷相同时离子键的强弱与离子半径有关，半径越小，则离子键越强，晶格能越大，正确。
2．(教材改编)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。其中：
(1)属于原子晶体的化合物是________。
(2)直接由原子构成的晶体是________。
(3)直接由原子构成的分子晶体是________。
(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________。
(5)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是________，受热熔化后化学键不发生变化的是________，受热熔化后需克服共价键的是________。
解析：属于原子晶体的化合物是水晶和碳化硅；属于分子晶体的有氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)；属于离子晶体的有CaO(离子键)、NaOH(既存在离子键又存在极性共价键)、Na2O2和CaC2(既存在离子键又存在非极性共价键)。金属导电过程不发生化学变化，晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。
答案：(1)①⑪ (2)①⑤⑧⑪ (3)⑤
(4)②⑬ ⑨⑩ ④⑤
(5)⑦ ②④⑫⑬ ①⑧⑪
题组二 晶体熔、沸点的比较
3．(教材改编)离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaO
B．NaCl＞KCl＞CaO＞BaO
C．CaO＞BaO＞NaCl＞KCl
D．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl
解析：选C。离子晶体中，离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高。
4．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb
④Na、Mg、Al
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：选D。①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。
(1)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1 710 ℃，MgO的熔点为2 852 ℃。
(2)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97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃。
考点二 几种常见晶体类型及晶胞计算[学生用书P274]
一、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组成且六原子不在同一平面内(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%
二、晶胞中微粒的计算方法——均摊法
(2016·南京高三质检)下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图(未按顺序排序)。
(1)辨别晶胞(请用相应的编号)
①钠晶胞是________；
②钋晶胞是________；
③金刚石晶胞是________；
④干冰晶胞是________；
⑤氯化钠晶胞是________。
(2)钋晶胞的堆积方式是________，钠晶胞的堆积方式是________。
(3)与冰的晶体类型相同的是________(填编号)。
(4)在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键(如图所示)，已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11 kJ·mol－1)，则冰晶体中氢键的“键能”是________ kJ·mol－1。
解析：A为NaCl的晶胞，B为干冰的晶胞，C为钋的晶胞，D为金刚石的晶胞，E为钠的晶胞，与冰的晶体类型相同的是B。(4)冰晶体中每摩尔水形成2 mol氢键，冰升华吸热51 kJ，需破坏范德华力及氢键，故氢键的“键能”是＝20 kJ·mol－1。
答案：(1)①E ②C ③D ④B ⑤A (2)简单立方堆积 体心立方堆积 (3)B (4)20
名师点拨
“均摊法”拓展
(1)在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，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、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
(2)在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。
(2014·高考全国卷Ⅰ，37,15分)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，回答下列问题：
(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________方法区分晶体、准晶体和非晶体。
(2)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。
(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Cu2O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。
(4)Al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)。
[解析] (1)晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射的方法进行区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。
(2)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。用硫氰化钾检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。
(3)中心原子形成的杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键电子。乙醛的结构简式为
，其中—CH3上的碳原子形成4个σ键，采取sp3杂化，而—CHO上的碳原子形成3个σ键和1个π键，且不含未成键电子，采取sp2杂化。共价单键都是σ键，双键中有一个是σ键，另一个是π键，1 mol乙醛分子中含有4 mol C—H键、1 mol C—C键和1 mol C===O键，故1 mol乙醛含有6 mol σ键。乙酸和乙醛均能形成分子晶体，但乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛。Cu2O立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则一个Cu2O晶胞含有氧原子个数为4＋×6＋×8＝8，那么该晶胞中含有铜原子个数为16。
(4)Al单质为面心立方晶体，则晶胞中Al原子的配位数为12。每个晶胞中含有Al原子个数为8×＋6×＝4个，晶胞参数a＝0.405 nm＝0.405×10－7 cm，晶胞的体积为(0.405×10－7 cm)3，因此晶胞的密度可表示为 g·cm－3。
[答案] (1)X射线衍射 (2)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 红色 (3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16
(4)12
下列排列方式中：A.ABCABCABC B．ABABABABAB C．ABBAABBA D．ABCCBAABCCBA，
属于六方最密堆积方式的是________；属于面心立方最密堆积方式的是________。
答案：B A
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ρ a3 g[a3为晶胞的体积(立方晶胞)]，则1 mol晶胞的质量为ρ a3NA g，因此有xM＝ρ a3NA。
题组一 常见的晶体结构的考查
1．(教材改编)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。每个Na＋周围距离相等且紧邻的Cl－共有6个。
2．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。
(2)将非密置层一层一层的在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是________，平均每个晶胞所占有的原子数目是________。
(3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第________周期第______族，元素符号是________，最外电子层的电子排布式是________。
答案：(1)非密置 4 密置 6 (2)6 1
(3)六 ⅥA Po 6s26p4
题组二 晶胞的计算
3．测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为a cm，该晶体密度为d g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为( )
A. .
C. .
解析：选C。一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为V＝×(2a cm)3＝2a3 cm3，由等式NA·d·V＝58.5，可得NA＝。
4．用晶体的X射线衍射法对Cu的晶体测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，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)。
解析：设晶胞的边长为a cm，则Cu原子半径为r，则a3·ρ·NA＝4×64，a＝ 。面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径，则r＝× ＝1.28×10－8 (cm)。
答案：12 × ＝1.28×10－8
晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。
一、选择题
1．(2016·赤峰高三模拟)有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( )
A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个、②2个、③2个、④4个
C．晶胞中原子的配位数分别为①6、②8、③8、④12
D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④
解析：选B。本题考查金属晶体的堆积方式。准确理解并记忆金属晶体的四种常见堆积方式是解答本题的关键。①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1，②8×＋1＝2，③8×＋1＝2，④8×＋6×＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，C项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，④＝③>②>①，D项错误。
2．关于晶体的叙述中，正确的是( )
A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高
B．分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定
C．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高
D．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体
解析：选A。B项，分子的稳定性取决于分子内部的共价键强弱，与分子间作用力无关；C项，分子晶体熔、沸点高低取决于分子间作用力的大小；D项，也可能是分子晶体，如HCl。
3．(2016·衡水中学高三调研)据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的相对分子质量为1 200
解析：选B。由分子式及信息可知该物质为分子晶体，A错误，B正确；Si的原子半径大于C，所以Si60的体积大于C60的体积，C错误；相对分子质量为(12＋28)×60＝2 400，D错误。
4．高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是( )
A．晶体中与K＋最近且距离相等的K＋有6个
B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个O
C．晶体中与每个K＋距离最近的O有6个
D．晶体中，所有原子之间都以离子键相结合
解析：选C。根据题给信息超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O、K＋，晶体中K＋与O间形成离子键，O中O—O键为共价键。由晶胞结构可知，每个晶胞中含有K＋：8×＋×6＝4(个)，O：1＋×12＝4(个)，晶胞中与每个K＋距离相等且最近的O有6个，最近且距离相等的K＋有12个。
5．下列有关化学键和晶体的说法中正确的是( )
A．离子键的本质是静电作用，阴阳离子电荷越大、离子半径越小，静电作用越强
B．共价键的本质是共用电子对，因此必须由成键的两原子各提供一个电子形成
C．分子晶体的基本微粒是分子，分子晶体熔沸点由分子内部共价键强弱决定
D．原子晶体由于是空间网状结构，因此只能由碳、硅两种元素构成
答案：A
6．下列说法正确的是( )
A．由于铵盐中是由离子键构成的，因而化学性质相当稳定
B．分子晶体中都存在分子间作用力，但可能不存在共价键
C．在常见的四种晶体类型中，都有“原子(离子)半径越大，物质熔点越低”的规律
D．常温下为气态或液态的物质，其固态时一定会形成分子晶体
答案：B
7．下列物质中一定含有离子的是( )
A．晶体氯 B．液态氯化铝
C．液态氯化氢 D．次氯酸钙
答案：D
8．(2016·盐城高三模拟)钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的晶胞结构示意图如图所示，它的化学式是( )
A．BaTi8O12 B．BaTi4O5
C．BaTi2O4 D．BaTiO3
解析：选D。仔细观察钛酸钡晶体的晶胞结构示意图可知：Ba2＋在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti4＋处于立方体的8个顶角，每个Ti4＋为与之相连的8个立方体所共用，即每个Ti4＋只有属于该晶胞；O2－处于立方体的12条棱的中点，每条棱为4个立方体共用，即每个O2－只有属于该晶胞。则晶体中Ba2＋、Ti4＋、O2－的个数比为1∶(8×)∶(12×)＝1∶1∶3。
9．下列有关说法不正确的是( )
A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键
B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋
C．H原子的电子云如图丙所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动
D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图丁所示，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12
解析：选C。电子云是用来表示电子出现的概率，但不代表有一个电子在那里，C项错。
二、非选择题
10．[2015·高考全国卷Ⅰ，37－(2)～(5)]碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是__________________________________________。
(2)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。
(3)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。
(4)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：
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)碳原子核外最外层有4个电子且半径小，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子。因此，碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。
(2)CS2分子中，存在σ键和π键。CS2分子中，C原子的价层电子对数为2，杂化轨道类型为sp。根据等电子理论，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子有CO2、COS和N2O，离子有NO2、SCN－。
(3)因Fe(CO)5熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。
(4)①由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。
②由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。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原子位于同一平面。
答案：(1)C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构
(2)σ键和π键 sp CO2、SCN－(或COS等)
(3)分子
(4)①3 2 ②12 4
11．碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物，而且还能形成多种无机化合物，同时自身可以形成多种单质，碳及其化合物的用途广泛。
(1)C60分子能与F2发生加成反应，其加成产物为______，C60分子的晶体中，在晶胞的顶点和面心均含有一个C60分子，则一个C60晶胞的质量为________。
(2)干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较中正确的是________(填字母)。
a．晶体的密度：干冰＞冰
b．晶体的熔点：干冰＞冰
c．晶体中的空间利用率：干冰＞冰
d．晶体中分子间相互作用力类型相同
(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的是________(填字母)。
a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化
b．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C＜石墨中C—C
c．晶体的熔点：金刚石＞石墨
d．晶体中共价键的键角：金刚石＞石墨
e．金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体
(4)金刚石晶胞结构如下图，立方BN结构与金刚石相似，在BN晶体中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为________，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为________，一个晶胞中N原子数目为________。
(5)C与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为________，金属铜采用面心立方最密堆积(在晶胞的顶点和面心均含有一个Cu原子)，则Cu的晶体中Cu原子的配位数为________。
解析：(1)C60中每个碳原子的连接方式为，所以C60中共有双键0.5×60＝30个，则与F2加成的产物应为C60F60；C60为面心立方堆积，则
m·NA＝4×12×60 g，m＝ g。
(2)在冰中存在氢键，空间利用率较低，密度较小，a、c正确。
(3)石墨中C—C键键长小于金刚石中C—C键键长，所以熔点：石墨＞金刚石，金刚石的碳原子呈sp3杂化，而石墨中的碳原子呈sp2杂化，所以共价键的键角：石墨大于金刚石，石墨属于混合型晶体，a正确。
(4)在BN中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为正四面体形，在四个共价键中，其中有一个配位键，其共价键与配位键数之比为3∶1，在晶胞中，含N：8×＋6×＝4个，含B：4个。
(5)根据铜的堆积方式，Cu原子的配位数应为12。
答案：(1)C60F60 g (2)ac (3)a
(4)正四面体 3∶1 4
(5) 12
12．(2016·威海高三质检)碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。
(1)与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是________(写出元素符号)。
(2)石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样(如图甲)，石墨烯中碳原子的杂化方式为________；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O形成的最小环上O原子数目是________。
(4)图丙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示的C60分子数为14个。实际上一个C60晶胞中含有________个C60分子。
解析：(1)C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2。(3)金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子，即六元环，共有6个C—C键，而二氧化硅中的硅原子相当于金刚石中的碳原子，氧原子在硅硅键之间，故二氧化硅中氧原子的数目与金刚石中C—C键的数目相同。(4)晶胞中微粒个数的计算公式＝体内×1＋面上×1/2＋棱上×1/4＋顶角×1/8。C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶角上，6个在面心上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为8×1/8＋6×1/2＝4(个)。
答案：(1)O (2)sp2 甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力 (3)6 (4)4
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能级与p能级电子数相等；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________种不同能级的电子。
(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ZXY－与XZ2互为等电子体，则ZXY－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，反应的离子方程式依次为________________________________________________________________________
________________。
(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、G可能为F也可能为Na、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原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，共有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s 7种不同能级的电子。(2)注意N元素第一电离能的反常性。(3)CO2中C采取sp杂化，故OCN－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与CCl4的空间构型一致，均为正四面体形，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原子间最近距离是5个C构成的四面体体心到顶点的距离，即a(a为正方体棱长)，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的熔点低；Mg2＋的半径比Na＋的半径小、电荷数高，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===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
(7)8 ×
