2021届一轮复习人教版晶体结构与性质学案

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文档介绍

2021届一轮复习人教版晶体结构与性质学案

第38讲 晶体结构与性质 考点一 晶体概念与结构模型 ‎[知识梳理]‎ 一、晶体与非晶体 ‎1.晶体与非晶体的比较 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 无隙:相邻晶胞之间没有任何间隙。‎ 并置:所有晶胞都是平行排列、取向相同。‎ 二、晶胞组成的计算——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。‎ ‎2.方法 ‎(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 ‎(2)非长方体晶胞中粒子数的计算视具体情况而定,如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占。‎ 三、常见晶体的结构模型 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原子组成且六个C原子不在同一平面内;‎ ‎(4)每个C参与4条C—C键的形成,含有1 mol C的金刚石中,形成的共价键有2NA个 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,即1 mol SiO2中含有4NA个Si—O键;‎ ‎(3)最小环上有12个原子,即6个O和6个Si 分 子 晶 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 体 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 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-‎ 石墨晶体 石墨层状晶体中,层与层之间的作用是分子间作用力,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 金 属 晶 体 简单立方堆积 典型代表Po,配位数为6,空间利用率为52%‎ 体心立方堆积 ‎ 典型代表Na、K、Fe,配位数为8,空间利用率为68%‎ 典型代表Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率为74%‎ 面心立方最密堆积 六方最密堆积 典型代表Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率为74%‎ ‎[自主检测]‎ ‎1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。‎ ‎(1)冰和碘晶体中相互作用力完全相同。(  )‎ ‎(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列。(  )‎ ‎(3)凡有规则外形的固体一定是晶体。(  )‎ ‎(4)固体SiO2一定是晶体。(  )‎ ‎(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)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。(  )‎ ‎(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。(  )‎ 答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√‎ ‎2.如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞:‎ 试写出:‎ ‎(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。‎ ‎(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。‎ ‎(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。‎ ‎(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数是________。‎ 答案:(1)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12‎ ‎3.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)‎ 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 演练一 晶胞粒子数及晶体化学式的判断 ‎1.Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。‎ ‎(1)在1个晶胞中,Zn2+的数目为________。‎ ‎(2)该化合物的化学式为________。‎ 解析:由晶胞图分析,含有Zn2+的数目为8×+6×=4。含有S2-的数目为4,所以化合物中Zn2+与S2-数目之比为1∶1,则化学式为ZnS。‎ 答案:(1)4 (2)ZnS ‎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______。‎ 解析:利用晶胞结构可计算出每个晶胞中含有2个B和2个N,故化学式为BN。‎ 答案:2 BN ‎3.(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 演练二 晶体密度及粒子间距的计算 ‎4.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(设阿伏加德罗常数的值为NA,要求列式计算)。‎ 解析:设晶胞的边长为a cm,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Cu原子半径r=× cm≈1.28×10-8cm。‎ 答案:12 × cm≈1.28×10-8‎ ‎5.按要求回答下列问题:‎ ‎(1)Fe单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式,分别如图1、图2所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞的边长分别为a、b,则铁单质的面心立方晶胞和体心立方晶胞的密度之比为__________,铁原子的配位数之比为________。‎ ‎(2)Mg为六方最密堆积,其晶胞结构如图3所示,若在晶胞中建立如图4所示的坐标系,以A为坐标原点,把晶胞的底边边长视作单位长度1,则C点的坐标为________________。‎ ‎(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一,其晶胞结构如图5所示,则铁镁合金的化学式为__________。若该晶胞的边长为d nm,则该合金的密度为____________g·cm-3(列出计算式即可,用NA表示阿伏加德罗常数的值)。‎ 解析:(1)面心立方晶胞边长为a,体积V=a3,含有Fe原子数目为8×+6×=4,故a3ρ(面心)=4× g(NA为阿伏加德罗常数的值);体心立方晶胞边长为b,体积V=b3,含有Fe原子数目为8×+1=2,故b3ρ(体心)=2× g,故ρ(面心)∶ρ(体心)=2b3∶a3。面心立 方晶胞中每个Fe原子周围有12个Fe原子,体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子,故Fe原子配位数之比为12∶8=3∶2。(2)若建立如图4所示的坐标系,x轴与y轴的夹角为120°,以A为坐标原点,把晶胞的底边边长视作单位长度1,则D点与A点、B点以及F点构成一个正四面体,D点位于其顶点,其高度为晶胞高度的一半。由D点向底面作垂线,垂足到底面三角形各点的距离为,D点到垂足的距离为,则C点的坐标为(0,0,)。(3)根据均摊法可知晶胞中铁原子数为8×+6×=4,镁原子数为8,则铁镁合金的化学式是Mg2Fe。由题给条件,1个晶胞的体积为(d×10-7)3cm3,1个晶胞的质量为 g,根据ρ=可得合金的密度是 g·cm-3。‎ 答案:(1)2b3∶a3 3∶2 (2)(0,0,) (3)Mg2Fe  晶体结构的相关计算 ‎ ‎ ‎(2)晶体密度的计算公式:ρ=,其中N为1个晶胞中所含微粒数目,M为摩尔质量,NA为阿伏加德罗常数的值,V为1个晶胞的体积。‎ ‎(3)晶胞质量=晶胞含有的微粒的质量=晶胞含有的微粒数×。‎ ‎(4)空间利用率=×100%。‎ 考点二 四种晶体的性质与判断 ‎ [知识梳理]‎ 一、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 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 难溶于任何常见溶剂 难溶于常见溶剂 大多易溶于水等极性溶剂 导电、导热性 一般不导电,有的溶于水后导电 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)‎ 二、离子晶体的晶格能 ‎1.定义 气态离子形成1 mol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。‎ 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,如金刚石>碳化硅>硅。‎ ‎(2)离子晶体 ‎①一般来说,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、沸点反常得高,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,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、沸点越高,如Na (2)< (3)< (4)>‎ 演练一 晶体类型与性质的综合判断 ‎1.(2020·乌鲁木齐模拟)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:选A。A项,金属离子的电荷数越多、半径越小,金属熔点越高,则熔点由高到低为Al>Mg>Na,错误;B项,键长越短,共价键越强,硬度越大,键长C—C碳化硅>晶体硅,正确;C项,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为CF4NaCl>NaBr>NaI,正确。‎ ‎2.(2020·喀什模拟)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)根据表中数据可看出A组熔点很高,属于原子晶体,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分子间能形成氢键,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,其熔点高低与晶格能有关。‎ 答案:(1)原子 共价键 (2)①②③④‎ ‎(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多 ‎(4)②④‎ ‎(5)D组晶体都为离子晶体,r(Na+)”“=”或“<”)‎ BF的熔点,其原因是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)CO的熔点________(填“>”或“<”)N2的熔点,原因是________________________。‎ ‎(4)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”),其原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)SiO2比CO2熔点高的原因是_____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案:(1)H2O分子间能形成氢键 ‎(2)> 两者均为离子化合物,且阴、阳离子的电荷数均为1,但后者的离子半径较大,离子键较弱,熔点较低 ‎(3)> CO为极性分子而N2为非极性分子,CO分子间范德华力较大 ‎(4)增大 三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高 ‎(5)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 ‎4.ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题:‎ ‎(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有________,碳原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单层碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是______(填字母)。‎ A.石墨烯是一种强度很高的材料 B.石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体 C.石墨烯与石墨烷均为高分子化合物 D.石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应 ‎(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。‎ ‎①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_____________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性______、共价性______。(填“增强”“不变”或“减弱”)‎ ‎(4)水杨酸第一级电离形成离子,相同温度下,水杨酸的Ka2________(填“>”“=”或“<”)苯酚()的Ka,其原因是___________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案:(1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)C (3)①均为分子晶体,结构与组成相似,范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强 (4)<  中能形成分子内氢键,使其更难电离出H+‎ 结构决定性质类简答题答题模板 叙述结构→阐述原理→回扣结论。 ‎ ‎1.(晶体类型的判断)[2019·高考全国卷Ⅲ,35(3)]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,35(3)]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,35(2)]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,37(4)]GaF3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。晶格能: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.(晶胞中微粒数及密度的计算)(1)(2019·高考江苏卷)一个Cu2O晶胞(如图所示)中,Cu原子的数目为______。‎ ‎(2)[2018·高考全国卷Ⅲ,35(5)]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)。‎ ‎(3)[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。‎ ‎(4)[2017·高考全国卷Ⅲ,35(5)]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。‎ 解析:(3)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构成面心立方最密堆积,配位数为12(同层4个,上、下层各4个)。‎ ‎(4)由题意知在MgO中,阴离子采用面心立方最密堆积方式,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也属于NaCl型结构,根据晶胞的结构可得2[r(Mn2+)+r(O2-)]=a′,r(Mn2+)=0.076 nm。‎ 答案:(1)4 (2)六方最密堆积  ‎(3)①0.315(或×0.446) 12 ②体心 棱心 ‎(4)0.148 0.076‎ ‎1.(1)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和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________________。‎ ‎(2)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________________________________________________________________________。‎ ‎(3)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不形成π键。从原子半径大小的角度分析,C、O原子间能形成π键,而Si、O原子间不能形成π键的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ SiO2属于________晶体,CO2属于________晶体,所以熔点:CO2________(填“<”“=”或“>”)SiO2。‎ ‎(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2 4种晶体的构成微粒种类分别是________________________________________________________________________,‎ 熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析:(1)SiC与晶体硅结构相似,晶体硅中一个硅原子与周围四个硅原子相连,呈正四面体结构,所以杂化方式是sp3,则SiC晶体中C原子杂化方式为sp3;因为SiC的键长小于SiSi,所以熔、沸点高低顺序为SiC>Si。‎ ‎(2)SiC电子总数是20,则该氧化物为MgO;晶格能与离子晶体中离子所带电荷数成正比,与离子半径成反比,MgO与CaO的离子所带电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,故MgO的晶格能大,熔点高。‎ ‎(3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成稳定的π键。SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体,所以熔点:SiO2>CO2。‎ ‎(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体,构成微粒为原子,熔化时破坏共价键;CO2为分子晶体,由分子构成,以分子间作用力结合。‎ 答案:(1)sp3 共价键 SiC>Si ‎(2)Mg Mg2+半径比Ca2+小,MgO的晶格能大 ‎(3)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成稳定的π键 原子 分子 <‎ ‎(4)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力 ‎2.(2020·福州一中质检)(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方堆积,则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是____________。氯化铯晶体的晶胞结构如图1所示,则Cs+的配位数是____________。‎ ‎(2)铜的氢化物的晶胞结构如图2所示,写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式:________________________________________________________________________。‎ ‎(3)图3为F-与Mg2+、K+形成的某种离子晶体的晶胞,其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。‎ ‎(4)实验证明,KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(‎ 如图4所示),已知3种离子晶体的晶格能数据如下表:‎ 离子晶体 NaCl KCl CaO 晶格能/(kJ·mol-1)‎ ‎786‎ ‎715‎ ‎3 401‎ 则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是 ‎________________________________________________________________________。‎ MgO晶体中一个Mg2+周围与它最邻近且等距离的Mg2+有________个。‎ 解析:(1)体心立方晶胞中,1个原子位于体心,8个原子位于立方体的顶点,故1个晶胞中金属原子数目为8×+1=2;氯化铯晶胞中,Cs+位于体心,Cl-位于顶点,Cs+的配位数为8。(2)由晶胞结构可知,粒子个数比为1∶1,化学式为CuH,+1价的铜与-1价的氢均具有较强的还原性,氯气具有强氧化性,产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知,黑球平均有1个,灰球平均有1个,白球平均有3个,由电荷守恒可知n(Mg2+)∶n(K+)∶n(F-)=1∶1∶3,故白球为F-。(4)由3种离子晶体的晶格能数据可知,离子所带电荷越多、离子半径越小,离子晶体的晶格能越大,其熔点越高;离子所带电荷数:Ti3+>Mg2+,离子半径:Mg2+<Ca2+,所以熔点:TiN>MgO>CaO>KCl;MgO晶体中一个Mg2+周围与它最邻近且等距离的Mg2+有12个。‎ 答案:(1)2 8‎ ‎(2)2CuH+3Cl22CuCl2+2HCl ‎(3)F- (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12‎ ‎3.铬的同位素有 Cr、Cr、Cr、Cr。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题:‎ ‎(1)基态 Cr的价层电子排布图为____________________________________________。‎ ‎(2)交警用“酒精仪”查酒驾,其化学反应原理为2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO4―→3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O。‎ ‎①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3(二甲醚)、HCOOCH3(甲酸甲酯),主要原因是__________________________________________________。‎ ‎②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是______________;‎ CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为____________。‎ ‎③K2SO4晶体中阴离子的立体构型是______________。该反应中,只含极性键的极性分子有__________(填分子式)。‎ ‎(3)CrF3晶体、CrBr3晶体的熔点分别为1 100 ℃以上、79 ℃,其可能的原因是________________________________________________________________________________。‎ ‎(4)晶体铬的晶胞结构如图甲所示,其堆积模型为______________;铬原子的配位数为______。‎ ‎(5)铬的一种氧化物晶胞如图乙所示。六棱柱边长为a nm,高为b nm,NA代表阿伏加德罗常数的值。该晶体的化学式为____________;该晶体的密度ρ=____________ g·cm-3(列出计算式即可)。‎ 解析:(1)基态铬原子的价层电子排布式为3d54s1。(2)①乙醇、乙酸分子间存在氢键,氢键比范德华力强,所以,乙醇的沸点高于二甲醚,乙酸的沸点高于甲酸甲酯。②CH3COOH分子中—CH3中碳原子采用sp3杂化,—COOH中碳原子采用sp2杂化。单键都是σ键,1个碳氧双键含1个σ键和1个π键,故CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为7∶1。③K2SO4的阴离子是SO,SO的立体构型是正四面体形,乙醇、乙酸分子中存在碳碳非极性键,H2O、H2SO4分子中只含极性键。(3)三氟化铬、三溴化铬的晶体类型不同,故熔点相差较大。(4)图甲为体心立方堆积,铬原子的配位数为8。(5)根据均摊法,1个晶胞含4个铬离子,含氧离子数目为12×1/6+2×1/2+3=6,则该晶体的化学式为Cr2O3。六棱柱的底由6个正三角形组成,每个正三角形的面积为a2。‎ 答案:(1)‎ ‎(2)①CH3CH2OH、CH3COOH分子间存在氢键 ‎②sp2、sp3 7∶1 ③正四面体形 H2O、H2SO4‎ ‎(3)CrF3是离子晶体,CrBr3是分子晶体,离子键比分子间作用力强 ‎(4)体心立方堆积 8‎ ‎(5)Cr2O3  ‎4.尿素是含氮量极高的氮肥,在适当条件下NH3与CO2作用可转化为尿素:2NH3‎ ‎+CO2―→CO(NH2)2+H2O。‎ ‎(1)写出基态氮原子的价电子排布图:______________________________________,‎ 上述反应涉及元素中,电负性最大的是______,C、N、O属于同一周期,其中______两种元素第一电离能之差最大。‎ ‎(2)上述反应中,碳原子的杂化轨道类型变化为____________________________;NH3、CO2、H2O三种分子中共价键的键角由大到小的顺序为_________________________;‎ CO2分子中存在极性键,但它是非极性分子,其原因是__________________________。‎ ‎(3)已知尿素的熔点为132.7 ℃,则其晶体类型为__________,研究表明,尿素晶体存在分子间氢键,请表示出尿素晶体中的两类氢键:__________________________________。‎ ‎(4)碳元素能形成多种同素异形体,其中金刚石的晶胞结构如图所示。则一个晶胞的质量是______,该晶胞的空间利用率为________(用含π的式子表示)。‎ 解析:(1)非金属性越强,电负性越大,故电负性最大的元素是氧元素,C、N、O三种元素的第一电离能大小顺序为N>O>C,故氮、碳元素的第一电离能之差最大。(2)CO2中碳原子为sp杂化,尿素中碳原子为sp2杂化。NH3、CO2、H2O三种分子中,CO2属于直线形分子,键角为180°,另外两种分子的中心原子均为sp3杂化,但水分子中有2对孤电子对,故键角小于NH3分子中的键角。CO2分子是直线形分子,其正负电荷中心重合,故为非极性分子。(3)由尿素的熔点知其是分子晶体。尿素分子中的两个氮原子、一个氧原子上均有孤电子对,且尿素分子中有4个氢原子,所以氢键类型为N—H…N、N—H…O。(4)每个晶胞中,8个顶点、6个面上各有一个原子,晶胞内有4个原子,故一个金刚石晶胞中共有8个碳原子,物质的量为 mol,质量为 g。设晶胞参数为a,则晶胞面对角线长度为a,设碳原子半径为r,则晶胞体对角线长度为8r,a2+(a)2=(8r)2,r=a,8个碳原子的总体积为8×πr3,晶胞的体积为a3,由此求出空间利用率为π。‎ 答案:(1) 氧(或O) 氮与碳(或N与C)‎ ‎(2)由sp杂化转化为sp2杂化 CO2>NH3>H2O CO2分子是直线形分子,其正负电荷中心重合 ‎(3)分子晶体 N—H…N、N—H…O (4) g π ‎5.(2020·东营质检)石墨、石墨烯及金刚石是碳的同素异形体。‎ ‎(1)以NiCrFe为催化剂,一定条件下可将石墨转化为金刚石。基态Fe原子未成对电子数为______。设石墨晶体中碳碳键的键长为a m,金刚石晶体中碳碳键的键长为b m,则a______(填“>”“<”或“=”)b,原因是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)比较表中碳卤化物的熔点,并分析其熔点变化的原因:_______________________。‎ CCl4‎ CBr4(α型)‎ CI4‎ 熔点/℃‎ ‎-22.92‎ ‎48.4‎ ‎168(分解)‎ ‎(3)金刚石的晶胞如图1所示。已知ZnS晶胞与金刚石晶胞排列方式相同,若图1中a与ZnS晶胞中Zn2+位置相同,则S2-在ZnS晶胞中的位置为______。‎ ‎(4)石墨烯中部分碳原子被氧化后,转化为氧化石墨烯。‎ ‎①在图3所示的氧化石墨烯中,采取sp3杂化形式的原子有______(填元素符号)。‎ ‎②石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C与相邻C原子间键能的变化是______(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(5)石墨烯具有很大的比表面积,有望用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为a m,12 g单层石墨烯单面的理论面积约为__________m2(列出计算式即可)。‎ 解析:(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,未成对电子数为4。在金刚石晶体中,C原子采用sp3杂化,碳原子之间只存在σ键,而石墨晶体中的C原子采用sp2杂化,碳原子之间除了σ键外还有大π键,使得石墨晶体中的碳碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长短。(2)碳卤化物都是分子晶体,分子间通过范德华力相结合,对于组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,其分子间范德华力越强,熔点越高,由于相对分子质量:CCl4
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