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第4講　晶體結構與性質(zhì)
【復習目標】
1.了解晶體與非晶體的區(qū)別;了解常見晶體的類型,了解不同類型晶體中結構粒子、粒子間作用力的區(qū)別。
2.了解分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體結構與性質(zhì)的關系。
3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。
4.知道金屬鍵的特點與金屬某些性質(zhì)的關系。
考點一　物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識
1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)
(1)物質(zhì)的通常存在狀態(tài):　　　態(tài)、　　　態(tài)和　　　態(tài)。
(2)特殊物質(zhì)的聚集狀態(tài)。
①等離子體:由　　　、　　　　和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)。具有良好的導電性和流動性。
②離子液體:熔點不高的僅由　　　組成的液體物質(zhì)。
③液晶:介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。既具有液體的流動性、黏度、形變性等,又具有晶體的導熱性、光學性質(zhì)等。
(3)更多的物質(zhì)聚集狀態(tài):晶態(tài)、非晶態(tài)、　　　態(tài)等。
2.晶體與非晶體
(1)晶體與非晶體的區(qū)別。
分類 晶體 非晶體
結構特征 原子在三維空間里呈　　　　　　排列 原子排列相對　　　
性質(zhì) 特征 自范性 有 無
熔點 固定 不固定
異同表現(xiàn) 　　　　 　　　　
兩者區(qū) 別方法 間接方法 測定其是否有固定的　　　
最可靠的 科學方法 對固體進行　　　　　　實驗
(2)獲得晶體的三條途徑。
①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。如:從熔融態(tài)結晶出來的硫晶體。
②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。如:凝華得到的碘晶體。
③溶質(zhì)從溶液中析出。如:從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體。
3.晶胞
(1)概念:晶胞是描述晶體結構的基本單元。
(2)晶胞形狀。
常規(guī)的晶胞都是　　　　　　。
(3)晶體中晶胞的排列——無隙并置。
①無隙:相鄰晶胞之間沒有　　　　　　。
②并置:所有晶胞　　　　排列、　　　　相同。
(4)晶胞中粒子數(shù)的計算方法——均攤法。
①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算:如某個粒子為N個晶胞所共有,則該粒子有 屬于這個晶胞。中學中常見的晶胞為立方晶胞,立方晶胞中粒子數(shù)的計算方法如圖。
②六棱柱晶胞。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。(　　)
(2)冰和固體碘晶體中相互作用力相同。(　　)
(3)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。(　　)
(4)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進行X射線衍射實驗。(　　)
(5)晶體內(nèi)部的粒子按一定規(guī)律周期性排列。(　　)
(6)晶胞是晶體中最小的“平行六面體”。(　　)
一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)
1.(2024·江西景德鎮(zhèn)模擬)下列有關物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)與結構的說法不正確的是(　　)
[A] 液晶中分子的長軸取向一致,表現(xiàn)出類似晶體的各向異性
[B] 等離子體是一種特殊的氣體,由陽離子和電子兩部分構成
[C] 純物質(zhì)有固定的熔點,但其晶體顆粒尺寸在納米量級時也可能發(fā)生變化
[D] 大多數(shù)離子液體含有體積很大的陰、陽離子,呈液態(tài),難揮發(fā)
2.下列有關等離子體、液晶的敘述中不正確的是(　　)
[A] 等離子體是一種整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)
[B] 液晶材料顯示圖像和文字,移去電場后,液晶分子恢復到原來狀態(tài)
[C] 等離子體、液晶不是物質(zhì)的聚集狀態(tài)
[D] 液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響
二、晶體與非晶體的區(qū)別
3.(2024·河北衡水質(zhì)檢)下列物質(zhì)中前者為晶體,后者為非晶體的是(　　)
[A] 白磷、藍礬 [B] 玻璃、塑料
[C] 碘、橡膠 [D] 食鹽、蔗糖
4.下列關于晶體和非晶體的說法正確的是(　　)
[A] 晶體在三維空間里呈周期性有序排列,因此在各個不同的方向上具有相同的物理
性質(zhì)
[B] 晶體在熔化過程中需要不斷地吸熱,溫度不斷地升高
[C] 普通玻璃在各個不同的方向上力學、熱學、電學、光學性質(zhì)相同
[D] 晶體和非晶體之間不可以相互轉化
三、利用“均攤法”確定晶胞組成
5.某晶體的晶胞如圖所示,這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)目之比是(　　)
[A] 3∶9∶4 [B] 1∶4∶2
[C] 2∶9∶4 [D] 3∶8∶4
6.現(xiàn)有四種晶體,其構成粒子(均為單原子核粒子)排列方式如圖所示,其化學式正確的是(　　)
[A] AB2 　　
　
[B] EF2
[C] XY3Z 　　
　
[D] AB3
7.已知鑭鎳合金LaNin的晶胞結構如圖,則LaNin中n=　　　　。
8.下列(1)～(5)是幾種常見的晶胞結構,填寫每個晶胞中含有的粒子數(shù)。
(1)NaCl:含　　　　個Na+、　　　　個Cl-。
(2)干冰:含　　　　個CO2。
(3)CaF2:含　　　　個Ca2+、　　　　個F-。
(4)金剛石:含　　　　個C。
(5)銅:含　　　　個原子。
考點二　常見晶體結構與性質(zhì)
1.金屬鍵
(1)金屬鍵:金屬陽離子與自由電子之間的作用。
(2)金屬鍵的理解——“電子氣理論”。
金屬原子脫落下來的　　　　形成遍布整塊晶體的“電子氣”,被　　　　所共用,從而把所有的金屬原子維系在一起。
(3)金屬鍵特征。
①沒有方向性、飽和性。
②金屬鍵的強度差別很大。例如,金屬鈉的熔點較　　　　、硬度較小,是因為鈉中金屬鍵　　　　,而鎢是熔點最高的金屬,鉻是硬度最大的金屬,是因為鎢、鉻中金屬鍵較　　　　。
2.金屬晶體的物理性質(zhì)及解釋
3.四種常見晶體類型的比較
項目 分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
構成 粒子 　　 　　 金屬陽離 子、自由 電子 　　 　　
粒子間 的相互 作用力 　　　 (某些含 氫鍵) 　　 　　 　　
硬度 較小 　　 有的很大, 有的很小 　　
熔、 沸點 較低 　　 有的很高, 有的很低 較高
續(xù)　表
項目 分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
溶解性 相似相溶 難溶于一 般溶劑 一般不溶 于水,少 數(shù)與水 反應 大多易溶 于水等極 性溶劑
導電、 導熱性 一般不導 電,溶于 水后有的 導電 一般不具 有導電性, 個別為半 導體 電和熱的 良導體 晶體不導電,水溶液或熔融態(tài)導電
4.常見晶體的結構分析
(1)典型的分子晶體——干冰和冰。
①干冰晶體中,每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有 　　　　個。
②冰晶體中,每個水分子與相鄰的 　　　個水分子以氫鍵相連接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成 　　　 mol氫鍵。
(2)典型的共價晶體——金剛石、二氧化硅。
項目 金剛石 二氧化硅
結構 模型
晶胞
續(xù)　表
項目 金剛石 二氧化硅
結構 特征 ①碳原子采取　　　雜化,鍵角為　　　　　; ②每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結合成　　　　　結構,向空間伸展形成　　　　　　　　　　; ③最小碳環(huán)由 　　個碳原子構成,每個碳原子被 　　個六元環(huán)共用; ④金剛石晶胞的每個　　和　　均有1個碳原子,晶胞內(nèi)部有 　　個碳原子,內(nèi)部的碳原子在晶胞的體對角線的處,每個金剛石晶胞中含有 　　個碳原子 ①硅原子采取sp3雜化,正四面體內(nèi) O—Si—O的鍵角為109°28′; ②每個硅原子與 　　個氧原子形成4個共價鍵,硅原子位于正四面體的中心,氧原子位于正四面體的頂點,同時每個氧原子被 　　個硅氧正四面體共用,晶體中硅原子與氧原子個數(shù)比為 　　　　; ③最小環(huán)上有　　個原子,包括 　　個氧原子和 　　個硅原子; ④1 mol SiO2晶體中含Si—O數(shù)目為 　　　; ⑤SiO2晶胞中有 　　個硅原子位于立方晶胞的頂點,有 　　個硅原子位于立方晶胞的面心,還有 　　個硅原子與 　　個氧原子在晶胞內(nèi)構成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有 　　個硅原子和 　　個氧原子
(3)典型的離子晶體。
①常見晶體結構模型。
a.NaCl型:在晶體中,每個Na+同時吸引 　　個Cl-,每個Cl-同時吸引 　　個Na+,配位數(shù)為 　　。每個晶胞含 　　個Na+和 　　個Cl-。
b.CsCl型:在晶體中,每個Cl-吸引 　　個Cs+,每個Cs+吸引 　　個Cl-,配位數(shù)為 　　。每個晶胞含 　　個Cs+和 　　個Cl-。
c.ZnS型:在晶體中,每個S2-吸引 　　個Zn2+,每個Zn2+吸引 　　個S2-。每個晶胞含 　　個Zn2+和 　　個 S2-。
d.CaF2型:在晶體中,每個Ca2+吸引 　　個F-,每個F-吸引 　　個Ca2+。每個晶胞含 　　個Ca2+和 　　 個F-。
②晶格能(拓展)。
定義 氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體釋放的能量,通常取正值,單位:kJ·mol-1
意義 晶格能越大,表示離子鍵越強,離子晶體越穩(wěn)定,熔、沸點越高
影響 因素 a.離子所帶電荷數(shù):離子所帶電荷數(shù)越多,晶格能越大; b.離子的半徑:離子的半徑越小,晶格能越大
(4)過渡晶體與混合型晶體。
①過渡晶體:純粹的分子晶體、共價晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過渡晶體當作離子晶體來處理,把偏向共價晶體的過渡晶體當作共價晶體來處理。
②混合型晶體(以石墨為例)。
石墨層狀晶體中,層與層之間的作用是　　　　　　　,平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是 　　　　,碳原子采取的雜化方式是 　　　　。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(　　)
(2)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體。(　　)
(3)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。(　　)
(4)離子晶體一定都含有金屬元素。(　　)
(5)離子晶體是由陰、陽離子構成的,所以離子晶體能夠導電。(　　)
(6)共價晶體的熔點一定比離子晶體的高。(　　)
(7)金屬導電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子。(　　)
(8)冰中包含的作用力有范德華力、氫鍵和共價鍵。(　　)
一、常見晶體類型的判斷
1.(2024·湖南常德模擬)下列有關晶體類型的判斷正確的是(　　)
[A] SiI4:熔點120.5 ℃,沸點271.5 ℃ 共價晶體
[B] B:熔點2 300 ℃,沸點2 550 ℃,硬度大 金屬晶體
[C] 銻:熔點630.74 ℃,沸點 1 750 ℃,晶體導電 共價晶體
[D] FeCl3:熔點282 ℃,易溶于水,也易溶于有機溶劑 分子晶體
2.根據(jù)下列物質(zhì)的晶體結構特點,將對應序號填在橫線上。
(1)干冰晶體:　　　　。
(2)氯化鈉晶體:　　　　。
(3)金剛石:　　　　。
(4)氯化銫:　　　　。
(5)氟化鈣:　　　　。
(6)冰晶體:　　　　。
(7)硫化鋅:　　　　。
根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷晶體類型
(1)根據(jù)晶體性質(zhì)判斷晶體類型。
①熔、沸點低的晶體為分子晶體。
②熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的晶體為離子晶體。
③熔、沸點很高,一般不導電,不溶于一般溶劑的晶體為共價晶體;
④能導電、傳熱,具有延展性的晶體為金屬晶體。
(2)根據(jù)典型晶體的晶胞結構特征判斷晶體類型。
二、常見晶體類型的結構特點
3.金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì)。下列說法正確的是(　　)
[A] 金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個碳原子
[B] 在金剛石中每個C連接4個六元環(huán),石墨中每個C連接3個六元環(huán)
[C] 金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2
[D] 金剛石中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶4,而石墨中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶3
4.如圖表示一些晶體中的某些結構,它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨結構中的某一種的某一部分。
(1)其中代表金剛石的是　　　　　(填序號,下同),金剛石屬于　　　　　晶體。
(2)其中代表石墨的是　　　　　,每個正六邊形平均占有碳原子數(shù)為　　　　　。
(3)其中代表NaCl的是　　　 　　,每個Na+周圍與它最接近且距離相等的Na+有　　　　個。
(4)其中代表CsCl的是　　　　,它屬于　　　　晶體,每個Cs+與　　　　　個Cl-緊鄰。
(5)其中代表干冰的是　　　　,它屬于　　　　晶體,每個CO2分子與　　　　　個CO2分子緊鄰。
三、晶體熔、沸點比較
5.下列關于物質(zhì)的熔點、沸點高低順序中,正確的是(　　)
[A] 金剛石>晶體硅>金剛砂
[B] NaF>NaCl>NaBr
[C] 鄰羥基苯甲酸>對羥基苯甲酸
[D] 生鐵>純鐵>鈉
6.(1)(2022·浙江1月選考)四種晶體的熔點數(shù)據(jù)如下表:
物質(zhì) CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔點/ ℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔點相差較小,BF3和AlF3熔點相差較大,原因是 　。
(2)K和Cr屬于同一周期元素,且核外最外層電子排布相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr的低,原因是 　。
(3)在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為　 , 原因是 　。
(4)GaF3的熔點高于1 000 ℃,GaCl3的熔點為77.9 ℃,其原因是
　　　　　　。
(5)單質(zhì)氧有兩種同素異形體,其中沸點高的是　　　　(填化學式),原因是　 　。
物質(zhì)熔、沸點高低的比較方法
(1)首先看物質(zhì)的狀態(tài),一般情況下,固體>液體>氣體;然后看物質(zhì)的晶體類型,一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體;晶體類型相同時再根據(jù)同種類型晶體熔、沸點比較的規(guī)律進行判斷。
(2)同類型晶體熔、沸點比較的一般思路。
晶體 比較規(guī)則 示例
共價晶體 原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大→熔、沸點越高 金剛石>石英>晶體硅
離子晶體 陰、陽離子所帶的電荷數(shù)越多,離子半徑越小→離子鍵越強→熔、沸點越高 MgO>MgCl2;NaCl>CsCl
金屬晶體 原子半徑越小,離子所帶電荷數(shù)越多→金屬鍵越強→熔、沸點越高 Al>Mg>Na
分子晶體 ①存在分子間氫鍵,熔、沸點異常的高; ②組成和結構相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,熔、沸點越高; ③分子組成和結構不相似(相對分子質(zhì)量接近),分子的極性越大,熔、沸點越高 H2O>H2Te>H2Se>H2S; SnH4>GeH4>SiH4>CH4; CO>N2
考點三　晶體密度和粒子間距離的計算
1.晶胞參數(shù)
晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示,包括晶胞的3組棱長a、b、c和3組棱相互間的夾角α、β、γ,即晶格特征參數(shù),簡稱晶胞參數(shù)。
2.晶體中粒子配位數(shù)的計算
(1)定義:一個粒子周圍最鄰近的粒子的數(shù)目稱為配位數(shù)。
(2)求算。
①晶體中原子(或分子)的配位數(shù):若晶體中的粒子為同種原子或同種分子,則某原子(或分子)的配位數(shù)指的是該原子(或分子)最接近且等距離的原子(或分子)的數(shù)目。
②離子晶體的配位數(shù):指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數(shù)目。
3.晶體結構的相關計算
(1)空間利用率。
空間利用率=×100%
(2)晶胞中各線段之間的關系(立方晶胞,棱長為a)。
(3)宏觀晶體密度與微觀晶胞參數(shù)的關系。
[示例] 某種金屬鹵化物無機鈣鈦礦的晶胞結構如圖所示,晶胞的邊長為a pm,則該物質(zhì)的化學式為　　　　;晶體中Pb2+與Cs+最短距離為　　　pm;晶體的密度ρ=　　　　　　　　　　g·cm-3(設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、NA的代數(shù)式表示;可能用到的相對原子質(zhì)量:Cs—133　Pb—207　I—127)。
一、晶體密度的求算
1.釩的某種氧化物的立方晶胞結構如圖所示,晶胞參數(shù)為a pm。該晶體的密度為
　(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
2.(2024·河北師大實驗中學質(zhì)量檢測)CaF2的晶胞結構如圖所示,若該立方晶胞參數(shù)為a pm,CaF2的摩爾質(zhì)量為M g/mol,用NA來表示阿伏加德羅常數(shù)的值,則CaF2晶體的密度為
　　　　g/cm3(寫出表達式)。
二、晶胞中粒子間距的求算
3.(2025·四川高考適應性考試)一種具有鈣鈦礦結構的光催化劑,其四方晶胞結構如圖所示(α=β=γ=90°),NA是阿伏加德羅常數(shù)的值。
下列說法錯誤的是(　　)
[A] 該物質(zhì)的化學式為PbTiO3
[B] 1位和2位O2-的核間距為a pm
[C] 晶體的密度為×1030 g·cm-3
[D] 2位O2-的分數(shù)坐標為(,0,)
4.如圖是鐵單質(zhì)的晶胞模型。已知其晶體密度為 d g·cm-3,鐵原子的半徑為　 nm
(用含有d、NA的代數(shù)式表示)。
1.(2024·山東卷,4)下列物質(zhì)均為共價晶體且成鍵結構相似,其中熔點最低的是(　　)
[A] 金剛石(C)
[B] 單晶硅(Si)
[C] 金剛砂(SiC)
[D] 氮化硼(BN,立方相)
2.(2024·甘肅卷,12)βMgCl2晶體中,多個晶胞無隙并置而成的結構如圖甲所示,其中部分結構顯示為圖乙,下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電負性:Mg[B] 單質(zhì)Mg是金屬晶體
[C] 晶體中存在范德華力
[D] Mg2+的配位數(shù)為3
3.(2024·黑吉遼卷,14)某鋰離子電池電極材料結構如圖所示。結構1是鈷硫化物晶胞的一部分,可代表其組成和結構;晶胞2是充電后的晶胞結構;所有晶胞均為立方晶胞。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 結構1鈷硫化物的化學式為Co9S8
[B] 晶胞2中S與S的最短距離為a
[C] 晶胞2中距Li最近的S有4個
[D] 晶胞2和晶胞3表示同一晶體
4.(2024·河北卷,12)金屬鉍及其化合物廣泛應用于電子設備、醫(yī)藥等領域。如圖是鉍的一種氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ點的截面圖,晶胞的邊長為a pm,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 該鉍氟化物的化學式為BiF3
[B] 粒子S、T之間的距離為a pm
[C] 該晶體的密度為 g·cm-3
[D] 晶體中與鉍離子最近且等距的氟離子有6個
5.(2024·湖北卷,11)黃金按質(zhì)量分數(shù)分級,純金為24K。AuCu合金的三種晶胞結構如圖,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列說法錯誤的是(　　)
[A] Ⅰ為18K金
[B] Ⅱ中Au的配位數(shù)是12
[C] Ⅲ中最小核間距AuCu[D] Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au與Cu原子個數(shù)比依次為 1∶1、1∶3、3∶1
6.(2023·河北卷,11)鋯(Zr)是重要的戰(zhàn)略金屬,可從其氧化物中提取。如圖是某種鋯的氧化物晶體的立方晶胞,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 該氧化物的化學式為ZrO2
[B] 該氧化物的密度為 g·cm-3
[C] 鋯原子之間的最短距離為a pm
[D] 若坐標取向不變,將p點鋯原子平移至原點,則q點鋯原子位于晶胞xy面的面心
7.(2023·湖南卷,11)科學家合成了一種高溫超導材料,其晶胞結構如圖所示,該立方晶胞參數(shù)為a pm。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 晶體最簡化學式為KCaB6C6
[B] 晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有8個
[C] 晶胞中B和C構成的多面體有12個面
[D] 晶體的密度為 g·cm-3
8.(2024·北京卷,15節(jié)選)白錫和灰錫是單質(zhì)錫的常見同素異形體。二者晶胞如圖:白錫具有體心四方結構;灰錫具有立方金剛石結構。
(1)灰錫中每個錫原子周圍與它最近且距離相等的錫原子有　　　　個。
(2)若白錫和灰錫的晶胞體積分別為V1 nm3和V2 nm3,則白錫和灰錫晶體的密度之比是　　　　。
9.(2023·北京卷,15節(jié)選)硫代硫酸鹽是一類具有應用前景的浸金試劑。硫代硫酸根(S2)可看作是S中的一個氧原子被硫原子取代的產(chǎn)物。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形狀為長方體,邊長分別為a nm、b nm、c nm,結構如圖所示。
晶胞中的個數(shù)為　　　　。已知MgS2O3·6H2O的摩爾質(zhì)量是M g·mol-1,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,該晶體的密度為　　　　　　　　 g·cm-3。(1 nm=10-7 cm)
(2)浸金時,S2作為配體可提供孤電子對與Au+形成[Au(S2O3)2]3-。分別判斷S2中的中心硫原子和端基硫原子能否做配位原子并說明理由: 　　　　　　　　　。
第4講　晶體結構與性質(zhì)
考點一　物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識
必備知識整合
1.(1)固　液　氣　(2)①電子　陽離子?、陔x子　(3)塑晶
2.(1)周期性有序　無序　各向異性　無各向異性　熔點　X射線衍射
3.(2)平行六面體　(3)①任何間隙?、谄叫小∪∠?br/>[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×
關鍵能力提升
1.B　等離子體是由陽離子、電子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集體,B錯誤。
2.C　等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),A項正確;液晶材料的顯示原理為施加電場時,液晶分子的長軸取向發(fā)生不同程度的改變,從而顯示數(shù)字、文字或圖像,移去電場后,液晶分子恢復到原來狀態(tài),B項正確;由等離子體、液晶的定義可知等離子體、液晶是物質(zhì)的聚集狀態(tài),C項錯誤;液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響,這是液晶的性質(zhì),也可以用來解釋為什么可以用液晶來做液晶顯示器,D項正確。
3.C　A中白磷和藍礬都是晶體;B中二者均為非晶體;C中碘為晶體,橡膠為非晶體;D中二者均為晶體。
4.C　晶體的許多物理性質(zhì)常常會表現(xiàn)出各向異性,A不正確;晶體的熔點是固定的,所以在熔化過程中溫度幾乎不會變化,B不正確;在一定條件下晶體和非晶體是可以相互轉化的,D不正確。
5.B　由圖示可知該晶體晶胞的上下兩面為正三角形,因此處于頂點的粒子為12個晶胞共用,故晶胞中A粒子的數(shù)目為6×=;處于上下底面棱上的粒子為4個晶胞共用,處于側面棱上的粒子為6個晶胞共用,故晶胞中B粒子的數(shù)目為6×+3×=2;C粒子完全屬于晶胞。由此可見,A、B、C三種粒子的數(shù)目之比為∶2∶1=1∶4∶2,故選B。
6.C　題給結構中,A原子的個數(shù)為1,B原子的個數(shù)為8×=1,故化學式為AB,故A錯誤;題給結構中,E原子的個數(shù)為4×=,F原子的個數(shù)為4×=,故化學式為EF,故B錯誤;題給結構中,X原子的個數(shù)為1,Y原子的個數(shù)為6×=3,Z原子的個數(shù)為8×=1,故化學式為XY3Z,故C正確;題給結構中,A原子的個數(shù)為6×+8×=4,B原子的個數(shù)為12×+1=4,故化學式為AB,故D錯誤。
7.【答案】 5
【解析】 該晶胞中,La的個數(shù)為2×+12×=3,Ni的個數(shù)為12×+6×+6=15,所以 n=5。
8.(1)4　4　(2) 4　(3)4　8　(4)8　(5)4
考點二　常見晶體結構與性質(zhì)
必備知識整合
1.(2)價電子　所有原子　(3)②低　較弱　強
3.分子　原子　陰、陽離子　范德華力　共價鍵　金屬鍵　離子鍵　很大　較大　很高
4.(1)①12　②4　2　(2)sp3　109°28′　正四面體　共價鍵三維骨架結構　6　12　頂點　面心　4　8　4　2　1∶2　12
6　6　4NA　8　6　4　16　8　16　(3)①6　6　6　4　4
8　8　8　8　8　4　4　4　4　8　4　4　8　(4)②分子間作用力　2　sp2
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　
(6)×　(7)×　(8)√
關鍵能力提升
1.D　SiI4的熔、沸點比較低,屬于分子晶體,A錯誤;B是非金屬,熔、沸點很高,硬度大,屬于共價晶體,B錯誤;Sb是金屬,屬于金屬晶體,C錯誤;FeCl3的熔點比較低,易溶于水和有機溶劑,屬于分子晶體,D正確。
2.(1)②　(2)①　(3)③　(4)⑦　(5)⑥　(6)⑤　(7)④
3.A　金剛石中每個C連接12個六元環(huán),石墨中每個C連接 3個六元環(huán),B項錯誤。金剛石中碳原子采取sp3雜化,而石墨中碳原子采取sp2雜化,C項錯誤。金剛石中每個碳原子與周圍其他 4個碳原子形成共價鍵,而每個共價鍵為2個碳原子所共有,則每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為 4×=2,故碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2;石墨晶體中每個碳原子與周圍其他3個碳原子形成共價鍵,同樣可求得每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為3×=1.5,故碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為 2∶3,D項錯誤。
4.【答案】 (1)④　共價
(2)⑤　2
(3)①　12
(4)③　離子　8
(5)②　分子　12
【解析】 (1)在金剛石晶體中,每個碳原子可與周圍四個碳原子形成共價鍵,將這四個碳原子連接起來后可以形成正四面體,體心有一個碳原子,所以圖④為金剛石,金剛石屬于共價晶體。
(2)石墨是層狀結構,在層與層之間以范德華力相互作用,在層內(nèi)碳原子之間以共價鍵相互作用,形成正六邊形,每個六元環(huán)有6個碳原子,每個碳原子為3個六元環(huán)共有,所以每個正六邊形平均占有 2個碳原子,所以圖⑤為石墨。
(3)在NaCl晶體中,每個鈉離子周圍有6個等距且緊鄰的氯離子,每個氯離子周圍也有6個等距且緊鄰的鈉離子,所以圖①為NaCl的結構,根據(jù)題給結構,每個鈉離子周圍與它最接近且距離相等的Na+有12個。
(4)CsCl的晶體中每個銫離子周圍有8個等距且緊鄰的氯離子,每個氯離子周圍也有8個等距且緊鄰的銫離子,CsCl為離子晶體,所以圖③為CsCl的結構。
(5)干冰是分子晶體,CO2分子位于立方體的頂點和面心上,以頂點上的CO2分子為例,與它等距且緊鄰的CO2分子分布在與該頂點相連的12個面的面心上,所以圖②為干冰。
5.B　三者均為共價晶體,共價晶體中共價鍵的鍵能越大,熔點、沸點越高,故熔點、沸點由高到低的順序為金剛石>金剛砂>晶體硅,A錯誤;三者均為離子晶體,離子所帶電荷數(shù)相同,因離子半徑F-NaCl>NaBr,B正確;鄰羥基苯甲酸可以形成分子內(nèi)氫鍵,使熔點、沸點偏低,而對羥基苯甲酸可以形成分子間氫鍵,使熔點、沸點偏高,故對羥基苯甲酸的熔點、沸點比鄰羥基苯甲酸的高,C錯誤;生鐵為鐵合金,熔點要低于純鐵,D錯誤。
6.(1)CF4和SiF4都是分子晶體,結構相似,分子間作用力相差較小,所以熔點相差較小;BF3通過分子間作用力形成分子晶體,AlF3通過離子鍵形成離子晶體,破壞離子鍵需要的能量多得多,所以熔點相差較大
(2)K的原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵較弱
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O與CH3OH均為極性分子,水中的氫鍵比甲醇中的多;CO2與H2均為非極性分子,CO2的相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大
(4)GaF3為離子晶體,GaCl3為分子晶體
(5)O3　O3是極性分子,相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大
考點三　晶體密度和粒子間距離的計算
必備知識整合
3.[示例] CsPbI3　a　
關鍵能力提升
1.【答案】 g·cm-3
【解析】 該晶胞中V位于頂角和體心,數(shù)目為1+8×=2,O位于上下面上和體內(nèi),數(shù)目為2+4×=4,故該釩的氧化物的化學式為VO2,一個晶胞的質(zhì)量為g,體積為(a×10-10)3 cm3,該晶體的密度為 g·cm-3。
2.【答案】
【解析】 晶胞質(zhì)量為 g,則CaF2晶體的密度為 g/cm3。
3.C　根據(jù)各原子在晶胞中位置,Pb2+在晶胞頂點,個數(shù)為8×=1,O2-位于面心,個數(shù)為6×=3,Ti4+位于體心,僅有 1個,故化學式為PbTiO3,A正確;如圖,構造一個直角三角形,m=0.5a,n=0.55a,則1位和2位O2-的核間距為 pm= pm=a pm,B正確;根據(jù)密度公式,ρ= = g·cm-3= g·cm-3,C錯誤;由圖知2位O2-的分數(shù)坐標為(,0,),D正確。
4.【答案】 ××107
【解析】 由鐵單質(zhì)的晶胞模型圖可知,該晶胞中含鐵原子個數(shù)為2,該晶胞的質(zhì)量為 g= g,體積為 cm3,則其晶胞邊長為 cm,設Fe的半徑為r,則4r=× cm,r=××107nm。
真題驗收
1.B　金剛石(C)、單晶硅(Si)、金剛砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都為共價晶體,結構相似,則原子半徑越大,鍵長越長,鍵能越小,熔、沸點越低,在這幾種晶體中,鍵長Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔點最低的為單晶硅。
2.D　同周期主族元素從左到右,電負性逐漸增大,Mg的電負性小于Cl的,A正確;金屬晶體包括金屬單質(zhì)及合金,單質(zhì)Mg是金屬晶體,B正確;由晶體結構可知,該結構中存在層狀結構,層與層之間存在范德華力,C正確;由圖乙中結構可知,每個Mg2+周圍最近且距離相等的Cl-有6個,因此,Mg2+的配位數(shù)為6,D錯誤。
3.B　由均攤法得,結構1中含有Co的數(shù)目為 4+4×=4.5,含有S的數(shù)目為1+12×=4,Co與S的原子個數(shù)比為9∶8,因此結構1鈷硫化物的化學式為Co9S8,故A正確;由圖可知,晶胞2中S與S的最短距離為面對角線長的,晶胞邊長為a,即S與S的最短距離為a,故B錯誤;如圖,以圈起來的Li為例,距其最近的S共有4個,故C正確;晶胞2中Li的數(shù)目為8,S的數(shù)目為 ×12+1=4,晶胞2中含 4個 Li2S,晶胞3中Li的數(shù)目為8,S的數(shù)目為×8+×6=4,晶胞3中也含4個Li2S,故晶胞2和晶胞3表示同一晶體,故D正確。
4.D　根據(jù)題給晶胞結構,由均攤法可知,每個晶胞中含有Bi的個數(shù)為1+12×=4,含有F的個數(shù)為8+8×+6×=12,故該鉍氟化物的化學式為BiF3,故A正確;將晶胞均分為8個小立方體,由晶胞中MNPQ點的截面圖可知,晶胞體內(nèi)的8個F-位于8個小立方體的體心,以M為原點建立坐標系,令N的原子分數(shù)坐標為(0,0,1),Q的原子分數(shù)坐標為(1,1,0),則T的原子分數(shù)坐標為(1,,),S的原子分數(shù)坐標為(,,),所以粒子S、T之間的距離為×a pm=a pm,故B正確;由A項分析可知,每個晶胞中有 4個 Bi3+、12個F-,晶胞體積為(a pm)3=a3×10-30cm3,則晶體密度為ρ== g·cm-3
= g·cm-3,故C正確;以晶胞體心處鉍離子為分析對象,距離其最近且等距的氟離子位于晶胞體內(nèi),為將晶胞均分為8個小立方體后,每個小立方體的體心的F-,即有8個,故D錯誤。
5.C　根據(jù)24K金的質(zhì)量分數(shù)為100%,則18K金的質(zhì)量分數(shù)為×100%=75%,Ⅰ中Au和Cu原子個數(shù)比為1∶1,則Au的質(zhì)量分數(shù)為 ×100%≈75%,A正確;Ⅱ中Au處于立方體的八個頂點,Au的配位數(shù)指距離其最近且等距的Cu的數(shù)目,Cu處于面心處,類似于二氧化碳晶胞結構,二氧化碳分子周圍距離最近且等距的二氧化碳分子有12個,則Au的配位數(shù)為12,B正確;設Ⅲ的晶胞參數(shù)為a,AuCu的最小核間距為a,AuAu的最小核間距也為a,最小核間距 AuCu=AuAu,C錯誤;Ⅰ中,Au處于內(nèi)部,Cu處于八個頂點,其原子個數(shù)比為1∶1,Ⅱ中,Au處于八個頂點,Cu處于面心,其原子個數(shù)比為(8×)∶(6×)=1∶3,Ⅲ中,Au處于面心,Cu處于頂點,其原子個數(shù)比為(6×)∶(8×)=3∶1,D正確。
6.B　根據(jù)“均攤法”,晶胞中含4個Zr、8×+12×+6×+1=8(個)O,則該氧化物的化學式為ZrO2,A正確;結合A項分析可知,晶體密度為ρ= g·cm-3= g·cm-3,B錯誤;鋯原子之間的最短距離為面對角線長的一半,即a pm,C正確;根據(jù)晶胞的結構可知,若坐標取向不變,將p點鋯原子平移至原點,q點鋯原子位于晶胞xy面的面心,D正確。
7.C　根據(jù)均攤法可知,其中K的個數(shù)為8×=1,Ca的個數(shù)為1,B的個數(shù)為12×=6,C的個數(shù)為12×=6,故其最簡化學式為KCaB6C6,A正確;根據(jù)晶胞結構可知,K+位于晶胞頂點,Ca2+位于晶胞體心,則晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有 8個,B正確;由圖示可知,B、C圍成的多面體,有6個面位于晶胞的六個面上,上半部分和下半部分還各有4個面,故該多面體有14個面,C錯誤;根據(jù)A項分析可知,該晶體最簡化學式為KCaB6C6,則1個晶胞質(zhì)量為g,晶胞體積為 a3×10-30 cm3,則晶體的密度為g·cm-3,D正確。
8.【答案】 (1)4　(2)
【解析】 (1)灰錫具有立方金剛石結構,金剛石中每個碳原子以單鍵與其他4個碳原子相連,此5個碳原子在空間構成正四面體,且該碳原子在正四面體的體心,所以灰錫中每個錫原子周圍與它最近且距離相等的錫原子有4個。
(2)根據(jù)均攤法,白錫晶胞中含錫原子數(shù)為8×+1=2,灰錫晶胞中含錫原子數(shù)為8×+6×+4=8,所以白錫與灰錫的密度之比為∶=。
9.【答案】 (1)4　×1021
(2)S2中的中心原子S的價層電子對數(shù)為4,無孤電子對,不能做配位原子;端基硫原子含有孤電子對,能做配位原子
【解析】 (1)由晶胞結構可知,1個晶胞中含有 [Mg(H2O)6]2+ 的個數(shù)為8×+4×+2×+1=4,含有4個S2;該晶體的密度為 g·cm-3=×1021 g·cm-3。
(2)具有孤電子對的原子可以給中心原子提供電子配位。S2中的中心原子S的價層電子對數(shù)為4,無孤電子對,不能做配位原子;端基硫原子含有孤電子對,能做配位原子。
(
第
18
頁
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晶體結構與性質(zhì)
第4講
1.了解晶體與非晶體的區(qū)別;了解常見晶體的類型,了解不同類型晶體中結構粒子、粒子間作用力的區(qū)別。
2.了解分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體結構與性質(zhì)的關系。
3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。
4.知道金屬鍵的特點與金屬某些性質(zhì)的關系。
1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)
(1)物質(zhì)的通常存在狀態(tài): 態(tài)、 態(tài)和 態(tài)。
(2)特殊物質(zhì)的聚集狀態(tài)。
①等離子體:由 、 和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)。具有良好的導電性和流動性。
②離子液體:熔點不高的僅由 組成的液體物質(zhì)。
③液晶:介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。既具有液體的流動性、黏度、形變性等,又具有晶體的導熱性、光學性質(zhì)等。
(3)更多的物質(zhì)聚集狀態(tài):晶態(tài)、非晶態(tài)、 態(tài)等。
固
液
氣
電子
陽離子
離子
塑晶
2.晶體與非晶體
(1)晶體與非晶體的區(qū)別。
分類 晶體 非晶體
結構特征 原子在三維空間里呈 排列 原子排列相對
性質(zhì) 特征 自范性 有 無
熔點 固定 不固定
異同表現(xiàn)
兩者區(qū) 別方法 間接方法 測定其是否有固定的
最可靠的 科學方法 對固體進行 實驗
周期性有序
無序
各向異性
無各向異性
熔點
X射線衍射
(2)獲得晶體的三條途徑。
①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。如:從熔融態(tài)結晶出來的硫晶體。
②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。如:凝華得到的碘晶體。
③溶質(zhì)從溶液中析出。如:從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體。
3.晶胞
(1)概念:晶胞是描述晶體結構的基本單元。
(2)晶胞形狀。
常規(guī)的晶胞都是 。
(3)晶體中晶胞的排列——無隙并置。
①無隙:相鄰晶胞之間沒有 。
②并置:所有晶胞 排列、 相同。
平行六面體
任何間隙
平行
取向
(4)晶胞中粒子數(shù)的計算方法——均攤法。
②六棱柱晶胞。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。(　 　)
(2)冰和固體碘晶體中相互作用力相同。(　 　)
(3)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。(　 　)
(4)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進行X射線衍射實驗。(　 　)
(5)晶體內(nèi)部的粒子按一定規(guī)律周期性排列。(　 　)
(6)晶胞是晶體中最小的“平行六面體”。(　 　)
×
×
√
√
√
×
一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)
1.(2024·江西景德鎮(zhèn)模擬)下列有關物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)與結構的說法不正確的是(　　)
[A] 液晶中分子的長軸取向一致,表現(xiàn)出類似晶體的各向異性
[B] 等離子體是一種特殊的氣體,由陽離子和電子兩部分構成
[C] 純物質(zhì)有固定的熔點,但其晶體顆粒尺寸在納米量級時也可能發(fā)生變化
[D] 大多數(shù)離子液體含有體積很大的陰、陽離子,呈液態(tài),難揮發(fā)
B
【解析】 等離子體是由陽離子、電子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集體,B錯誤。
2.下列有關等離子體、液晶的敘述中不正確的是(　　)
[A] 等離子體是一種整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)
[B] 液晶材料顯示圖像和文字,移去電場后,液晶分子恢復到原來狀態(tài)
[C] 等離子體、液晶不是物質(zhì)的聚集狀態(tài)
[D] 液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響
C
【解析】 等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),A項正確;液晶材料的顯示原理為施加電場時,液晶分子的長軸取向發(fā)生不同程度的改變,從而顯示數(shù)字、文字或圖像,移去電場后,液晶分子恢復到原來狀態(tài),B項正確;由等離子體、液晶的定義可知等離子體、液晶是物質(zhì)的聚集狀態(tài),C項錯誤;液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響,這是液晶的性質(zhì),也可以用來解釋為什么可以用液晶來做液晶顯示器,D項正確。
二、晶體與非晶體的區(qū)別
3.(2024·河北衡水質(zhì)檢)下列物質(zhì)中前者為晶體,后者為非晶體的是(　　)
[A] 白磷、藍礬 [B] 玻璃、塑料
[C] 碘、橡膠 [D] 食鹽、蔗糖
C
【解析】 A中白磷和藍礬都是晶體;B中二者均為非晶體;C中碘為晶體,橡膠為非晶體;D中二者均為晶體。
4.下列關于晶體和非晶體的說法正確的是(　　)
[A] 晶體在三維空間里呈周期性有序排列,因此在各個不同的方向上具有相同的物理性質(zhì)
[B] 晶體在熔化過程中需要不斷地吸熱,溫度不斷地升高
[C] 普通玻璃在各個不同的方向上力學、熱學、電學、光學性質(zhì)相同
[D] 晶體和非晶體之間不可以相互轉化
C
【解析】 晶體的許多物理性質(zhì)常常會表現(xiàn)出各向異性,A不正確;晶體的熔點是固定的,所以在熔化過程中溫度幾乎不會變化,B不正確;在一定條件下晶體和非晶體是可以相互轉化的,D不正確。
三、利用“均攤法”確定晶胞組成
5.某晶體的晶胞如圖所示,這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)目之比是(　　)
[A] 3∶9∶4 [B] 1∶4∶2
[C] 2∶9∶4 [D] 3∶8∶4
B
6.現(xiàn)有四種晶體,其構成粒子(均為單原子核粒子)排列方式如圖所示,其化學式正確的是(　　)
[A] AB2 　　 　[B] EF2　 　　 [C] XY3Z 　 　　[D] AB3
C
7.已知鑭鎳合金LaNin的晶胞結構如圖,則LaNin中n=　　　　。
5
8.下列(1)～(5)是幾種常見的晶胞結構,填寫每個晶胞中含有的粒子數(shù)。
(1)NaCl:含　　　　個Na+、　　　　個Cl-。
(2)干冰:含　　　　個CO2。
(3)CaF2:含　　　　個Ca2+、　　　　個F-。
(4)金剛石:含　　　　個C。
(5)銅:含　　　　個原子。
4
4
4
4
8
8
4
1.金屬鍵
(1)金屬鍵:金屬陽離子與自由電子之間的作用。
(2)金屬鍵的理解——“電子氣理論”。
金屬原子脫落下來的 形成遍布整塊晶體的“電子氣”,被 所共用,從而把所有的金屬原子維系在一起。
價電子
所有原子
(3)金屬鍵特征。
①沒有方向性、飽和性。
②金屬鍵的強度差別很大。例如,金屬鈉的熔點較 、硬度較小,是因為鈉中金屬鍵 ,而鎢是熔點最高的金屬,鉻是硬度最大的金屬,是因為鎢、鉻中金屬鍵較 。
低
較弱
強
2.金屬晶體的物理性質(zhì)及解釋
3.四種常見晶體類型的比較
項目 分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
構成 粒子 金屬陽離子、自由電子
粒子間 的相互 作用力 (某些含 氫鍵)
分子
原子
陰、陽離子
范德華力
共價鍵
金屬鍵
離子鍵
硬度 較小 有的很大, 有的很小
熔、 沸點 較低 有的很高, 有的很低 較高
溶解性 相似相溶 難溶于一 般溶劑 一般不溶 于水,少 數(shù)與水 反應 大多易溶
于水等極
性溶劑
很大
較大
很高
導電、 導熱性 一般不導 電,溶于 水后有的 導電 一般不具 有導電性, 個別為半 導體 電和熱的 良導體 晶體不導
電,水溶
液或熔融
態(tài)導電
4.常見晶體的結構分析
(1)典型的分子晶體——干冰和冰。
①干冰晶體中,每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有 個。
②冰晶體中,每個水分子與相鄰的 個水分子以氫鍵相連接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成 mol氫鍵。
12
4
2
(2)典型的共價晶體——金剛石、二氧化硅。
項目 金剛石 二氧化硅
結構 模型
晶胞
結構 特征 ①碳原子采取 雜化,鍵角為 ; ②每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結合成 結構,向空間伸展形成 ; ①硅原子采取sp3雜化,正四面體內(nèi) O—Si—O的鍵角為109°28′;
②每個硅原子與 個氧原子形成4個共價鍵,硅原子位于正四面體的中心,氧原子位于正四面體的頂點,同時每個氧原子被 個硅氧正四面體共用,晶體中硅原子與氧原子個數(shù)比為 ;
sp3
109°28′
正四面體
共價鍵三維骨架結構
4
2
1∶2
③最小碳環(huán)由 個碳原子構成,每個碳原子被 個六元環(huán)共用;
③最小環(huán)上有 個原子,包括 個氧原子和 個硅原子;
④1 mol SiO2晶體中含Si—O數(shù)目為 ;
⑤SiO2晶胞中有 個硅原子位于立方晶胞的頂點,有 個硅原子位于立方晶胞的面心,還有 個硅原子與 個氧原子在晶胞內(nèi)構成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有 個硅原子和 個氧原子
6
12
頂點
面心
4
8
12
6
6
4NA
8
6
4
16
8
16
(3)典型的離子晶體。
①常見晶體結構模型。
a.NaCl型:在晶體中,每個Na+同時吸引 個Cl-,每個Cl-同時吸引 個Na+,配位數(shù)為 。每個晶胞含 個Na+和 個Cl-。
6
6
6
4
4
b.CsCl型:在晶體中,每個Cl-吸引 個Cs+,每個Cs+吸引 個Cl-,配位數(shù)為 。每個晶胞含 個Cs+和 個Cl-。
c.ZnS型:在晶體中,每個S2-吸引 個Zn2+,每個Zn2+吸引 個S2-。每個晶胞含 個Zn2+和 個 S2-。
d.CaF2型:在晶體中,每個Ca2+吸引 個F-,每個F-吸引 個Ca2+。每個晶胞含 個Ca2+和 個 F-。
8
8
8
8
8
4
4
4
4
8
4
4
8
②晶格能(拓展)。
定義 氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體釋放的能量,通常取正值,單位:
kJ·mol-1
意義 晶格能越大,表示離子鍵越強,離子晶體越穩(wěn)定,熔、沸點越高
影響 因素 a.離子所帶電荷數(shù):離子所帶電荷數(shù)越多,晶格能越大;
b.離子的半徑:離子的半徑越小,晶格能越大
(4)過渡晶體與混合型晶體。
①過渡晶體:純粹的分子晶體、共價晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過渡晶體當作離子晶體來處理,把偏向共價晶體的過渡晶體當作共價晶體來處理。
②混合型晶體(以石墨為例)。
石墨層狀晶體中,層與層之間的作用是 ,平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是 ,碳原子采取的雜化方式是 。
分子間作用力
2
sp2
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(　 　)
(2)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體。(　 　)
(3)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。(　 　)
(4)離子晶體一定都含有金屬元素。(　 　)
(5)離子晶體是由陰、陽離子構成的,所以離子晶體能夠導電。(　 　)
(6)共價晶體的熔點一定比離子晶體的高。(　 　)
(7)金屬導電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子。(　 　)
(8)冰中包含的作用力有范德華力、氫鍵和共價鍵。(　 　)
×
√
×
×
×
×
×
√
一、常見晶體類型的判斷
1.(2024·湖南常德模擬)下列有關晶體類型的判斷正確的是(　　)
[A] SiI4:熔點120.5 ℃,沸點271.5 ℃ 共價晶體
[B] B:熔點2 300 ℃,沸點2 550 ℃,硬度大 金屬晶體
[C] 銻:熔點630.74 ℃,沸點 1 750 ℃,晶體導電 共價晶體
[D] FeCl3:熔點282 ℃,易溶于水,也易溶于有機溶劑 分子晶體
D
【解析】 SiI4的熔、沸點比較低,屬于分子晶體,A錯誤;B是非金屬,熔、沸點很高,硬度大,屬于共價晶體,B錯誤;Sb是金屬,屬于金屬晶體,C錯誤;
FeCl3的熔點比較低,易溶于水和有機溶劑,屬于分子晶體,D正確。
2.根據(jù)下列物質(zhì)的晶體結構特點,將對應序號填在橫線上。
(1)干冰晶體:　　　　。
(2)氯化鈉晶體:　　　　。
(3)金剛石:　　　　。
(4)氯化銫:　　　　。
(5)氟化鈣:　　　　。
(6)冰晶體:　　　　。
(7)硫化鋅:　　　　。
②
①
③
⑦
⑥
⑤
④
練后歸納
根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷晶體類型
(1)根據(jù)晶體性質(zhì)判斷晶體類型。
①熔、沸點低的晶體為分子晶體。
②熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的晶體為離子晶體。
③熔、沸點很高,一般不導電,不溶于一般溶劑的晶體為共價晶體;
④能導電、傳熱,具有延展性的晶體為金屬晶體。
(2)根據(jù)典型晶體的晶胞結構特征判斷晶體類型。
二、常見晶體類型的結構特點
3.金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì)。下列說法正確的是(　　)
[A] 金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個碳原子
[B] 在金剛石中每個C連接4個六元環(huán),石墨中每個C連接3個六元環(huán)
[C] 金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2
[D] 金剛石中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶4,而石墨中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶3
A
4.如圖表示一些晶體中的某些結構,它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨結構中的某一種的某一部分。
(1)其中代表金剛石的是　　　(填序號,下同),金剛石屬于　　　　晶體。
④
共價
【解析】 (1)在金剛石晶體中,每個碳原子可與周圍四個碳原子形成共價鍵,將這四個碳原子連接起來后可以形成正四面體,體心有一個碳原子,所以圖④為金剛石,金剛石屬于共價晶體。
(2)其中代表石墨的是　　　,每個正六邊形平均占有碳原子數(shù)為　　　。
⑤
2
【解析】 (2)石墨是層狀結構,在層與層之間以范德華力相互作用,在層內(nèi)碳原子之間以共價鍵相互作用,形成正六邊形,每個六元環(huán)有6個碳原子,每個碳原子為3個六元環(huán)共有,所以每個正六邊形平均占有 2個碳原子,所以圖⑤為石墨。
(3)其中代表NaCl的是　　　,每個Na+周圍與它最接近且距離相等的Na+有
　　　　個。
①
12
【解析】 (3)在NaCl晶體中,每個鈉離子周圍有6個等距且緊鄰的氯離子,每個氯離子周圍也有6個等距且緊鄰的鈉離子,所以圖①為NaCl的結構,根據(jù)題給結構,每個鈉離子周圍與它最接近且距離相等的Na+有12個。
(4)其中代表CsCl的是　　　　,它屬于　　　　晶體,每個Cs+與　 　　個
Cl-緊鄰。
③
離子
8
【解析】 (4)CsCl的晶體中每個銫離子周圍有8個等距且緊鄰的氯離子,每個氯離子周圍也有8個等距且緊鄰的銫離子,CsCl為離子晶體,所以圖③為CsCl的結構。
(5)其中代表干冰的是　　　　 ,它屬于　　　　 晶體,每個CO2分子與
　　　個CO2分子緊鄰。
②
分子
12
【解析】 (5)干冰是分子晶體,CO2分子位于立方體的頂點和面心上,以頂點上的CO2分子為例,與它等距且緊鄰的CO2分子分布在與該頂點相連的12個面的面心上,所以圖②為干冰。
三、晶體熔、沸點比較
5.下列關于物質(zhì)的熔點、沸點高低順序中,正確的是(　　)
[A] 金剛石>晶體硅>金剛砂
[B] NaF>NaCl>NaBr
[C] 鄰羥基苯甲酸>對羥基苯甲酸
[D] 生鐵>純鐵>鈉
B
【解析】 三者均為共價晶體,共價晶體中共價鍵的鍵能越大,熔點、沸點越高,故熔點、沸點由高到低的順序為金剛石>金剛砂>晶體硅,A錯誤;三者均為離子晶體,離子所帶電荷數(shù)相同,因離子半徑F-NaCl>NaBr,B正確;鄰羥基苯甲酸可以形成分子內(nèi)氫鍵,使熔點、沸點偏低,而對羥基苯甲酸可以形成分子間氫鍵,使熔點、沸點偏高,故對羥基苯甲酸的熔點、沸點比鄰羥基苯甲酸的高,C錯誤;生鐵為鐵合金,熔點要低于純鐵,D錯誤。
6.(1)(2022·浙江1月選考)四種晶體的熔點數(shù)據(jù)如下表:
物質(zhì) CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔點/ ℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔點相差較小,BF3和AlF3熔點相差較大,原因是
　。
CF4和SiF4都是
分子晶體,結構相似,分子間作用力相差較小,所以熔點相差較小;BF3通過分子間作用力形成分子晶體,AlF3通過離子鍵形成離子晶體,破壞離子鍵需要的能量多得多,所以熔點相差較大
(2)K和Cr屬于同一周期元素,且核外最外層電子排布相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr的低,原因是
　。
K的原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵
較弱
(3)在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2 CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為　 , 原因是
　。
H2O>CH3OH>CO2>H2
H2O與CH3OH均為極性分子,水中的氫鍵比甲醇中的多;CO2與H2均為非極性分子,CO2的相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大
(4)GaF3的熔點高于1 000 ℃,GaCl3的熔點為77.9 ℃,其原因是
　　 　　　　。
(5)單質(zhì)氧有兩種同素異形體,其中沸點高的是　　　　(填化學式),原因是　 　。
GaF3為離子
晶體,GaCl3為分子晶體
O3
O3是極性分子,相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大
練后歸納
物質(zhì)熔、沸點高低的比較方法
(1)首先看物質(zhì)的狀態(tài),一般情況下,固體>液體>氣體;然后看物質(zhì)的晶體類型,一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體;晶體類型相同時再根據(jù)同種類型晶體熔、沸點比較的規(guī)律進行判斷。
練后歸納
(2)同類型晶體熔、沸點比較的一般思路。
晶體 比較規(guī)則 示例
共價晶體 原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大→熔、沸點越高 金剛石>石英>晶體硅
離子晶體 陰、陽離子所帶的電荷數(shù)越多,離子半徑越小→離子鍵越強→熔、沸點越高 MgO>MgCl2;
NaCl>CsCl
金屬晶體 原子半徑越小,離子所帶電荷數(shù)越多→金屬鍵越強→熔、沸點越高 Al>Mg>Na
分子晶體 ①存在分子間氫鍵,熔、沸點異常的高; ②組成和結構相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,熔、沸點越高; ③分子組成和結構不相似(相對分子質(zhì)量接近),分子的極性越大,熔、沸點越高 H2O>H2Te>H2Se>H2S;
SnH4>GeH4>SiH4>CH4;
CO>N2
練后歸納
1.晶胞參數(shù)
晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示,包括晶胞的3組棱長a、b、c和3組棱相互間的夾角α、β、γ,即晶格特征參數(shù),簡稱晶胞參數(shù)。
2.晶體中粒子配位數(shù)的計算
(1)定義:一個粒子周圍最鄰近的粒子的數(shù)目稱為配位數(shù)。
(2)求算。
①晶體中原子(或分子)的配位數(shù):若晶體中的粒子為同種原子或同種分子,則某原子(或分子)的配位數(shù)指的是該原子(或分子)最接近且等距離的原子
(或分子)的數(shù)目。
②離子晶體的配位數(shù):指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數(shù)目。
3.晶體結構的相關計算
(1)空間利用率。
(2)晶胞中各線段之間的關系(立方晶胞,棱長為a)。
(3)宏觀晶體密度與微觀晶胞參數(shù)的關系。
[示例] 某種金屬鹵化物無機鈣鈦礦的晶胞結構如圖所示,晶胞的邊長為
a pm,則該物質(zhì)的化學式為　　 　;晶體中Pb2+與Cs+最短距離為
　　　 pm;晶體的密度ρ=　　　　　　　 　g·cm-3(設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、NA的代數(shù)式表示;可能用到的相對原子質(zhì)量:
Cs—133　Pb—207　I—127)。
CsPbI3
一、晶體密度的求算
1.釩的某種氧化物的立方晶胞結構如圖所示,晶胞參數(shù)為a pm。該晶體的
密度為 　(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
2.(2024·河北師大實驗中學質(zhì)量檢測)CaF2的晶胞結構如圖所示,若該立方晶胞參數(shù)為a pm,CaF2的摩爾質(zhì)量為M g/mol,用NA來表示阿伏加德羅常數(shù)
的值,則CaF2晶體的密度為　　 　g/cm3(寫出表達式)。
二、晶胞中粒子間距的求算
3.(2025·四川高考適應性考試)一種具有鈣鈦礦結構的光催化劑,其四方晶胞結構如圖所示(α=β=γ=90°),NA是阿伏加德羅常數(shù)的值。
C
4.如圖是鐵單質(zhì)的晶胞模型。已知其晶體密度為 d g·cm-3,鐵原子的半徑為
　 nm (用含有d、NA的代數(shù)式表示)。
B
1.(2024·山東卷,4)下列物質(zhì)均為共價晶體且成鍵結構相似,其中熔點最低的是(　　)
[A] 金剛石(C)
[B] 單晶硅(Si)
[C] 金剛砂(SiC)
[D] 氮化硼(BN,立方相)
【解析】 金剛石(C)、單晶硅(Si)、金剛砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都為共價晶體,結構相似,則原子半徑越大,鍵長越長,鍵能越小,熔、沸點越低,在這幾種晶體中,鍵長Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔點最低的為單晶硅。
2.(2024·甘肅卷,12)β-MgCl2晶體中,多個晶胞無隙并置而成的結構如圖甲所示,其中部分結構顯示為圖乙,下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電負性:Mg[B] 單質(zhì)Mg是金屬晶體
[C] 晶體中存在范德華力
[D] Mg2+的配位數(shù)為3
D
【解析】 同周期主族元素從左到右,電負性逐漸增大,Mg的電負性小于Cl的,A正確;金屬晶體包括金屬單質(zhì)及合金,單質(zhì)Mg是金屬晶體,B正確;由晶體結構可知,該結構中存在層狀結構,層與層之間存在范德華力,C正確;由圖乙中結構可知,每個Mg2+周圍最近且距離相等的Cl-有6個,因此,Mg2+的配位數(shù)為6,D錯誤。
3.(2024·黑吉遼卷,14)某鋰離子電池電極材料結構如圖所示。結構1是鈷硫化物晶胞的一部分,可代表其組成和結構;晶胞2是充電后的晶胞結構;所有晶胞均為立方晶胞。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 結構1鈷硫化物的化學式為Co9S8
[B] 晶胞2中S與S的最短距離為 a
[C] 晶胞2中距Li最近的S有4個
[D] 晶胞2和晶胞3表示同一晶體
B
4.(2024·河北卷,12)金屬鉍及其化合物廣泛應用于電子設備、醫(yī)藥等領域。如圖是鉍的一種氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ點的截面圖,晶胞的邊長為a pm,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
D
5.(2024·湖北卷,11)黃金按質(zhì)量分數(shù)分級,純金為24K。Au-Cu合金的三種晶胞結構如圖,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列說法錯誤的是(　　)
[A] Ⅰ為18K金
[B] Ⅱ中Au的配位數(shù)是12
[C] Ⅲ中最小核間距Au-Cu[D] Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au與Cu原子個數(shù)比依次為 1∶1、1∶3、3∶1
C
6.(2023·河北卷,11)鋯(Zr)是重要的戰(zhàn)略金屬,可從其氧化物中提取。如圖是某種鋯的氧化物晶體的立方晶胞,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
B
7.(2023·湖南卷,11)科學家合成了一種高溫超導材料,其晶胞結構如圖所示,該立方晶胞參數(shù)為a pm。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法錯誤的是
(　　)
[A] 晶體最簡化學式為KCaB6C6
[B] 晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有8個
[C] 晶胞中B和C構成的多面體有12個面
C
8.(2024·北京卷,15節(jié)選)白錫和灰錫是單質(zhì)錫的常見同素異形體。二者晶胞如圖:白錫具有體心四方結構;灰錫具有立方金剛石結構。
(1)灰錫中每個錫原子周圍與它最近且距離相等的錫原子有　　　　個。
4
【解析】 (1)灰錫具有立方金剛石結構,金剛石中每個碳原子以單鍵與其他4個碳原子相連,此5個碳原子在空間構成正四面體,且該碳原子在正四面體的體心,所以灰錫中每個錫原子周圍與它最近且距離相等的錫原子有4個。
(2)若白錫和灰錫的晶胞體積分別為V1 nm3和V2 nm3,則白錫和灰錫晶體的密度之比是　　　　。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形狀為長方體,邊長分別為a nm、b nm、c nm,結構如圖所示。
4
中心原子S的價層電子對數(shù)為4,無孤電子對,不能做配位原子;端基硫原子含有孤電子對,能做配位原子
課時作業(yè)25　物質(zhì)的聚集狀態(tài)　常見晶體類型
(時間:30分鐘　滿分:100分)
1.晶體是一類非常重要的材料,在很多領域都有廣泛的應用。我國現(xiàn)已能夠拉制出直徑為300 mm的大直徑硅單晶,晶體硅大量用于電子產(chǎn)業(yè)。下列對晶體硅的敘述不正確的是(　　)
[A] 形成晶體硅的速率越大越好
[B] 晶體硅有固定的熔、沸點
[C] 可用X射線衍射實驗來鑒別晶體硅和玻璃
[D] 晶體硅的形成與晶體的自范性和各向異性有關
A
【解析】 晶體的形成都要有一定的形成條件,如溫度、壓強、結晶速率等,并不是結晶速率越大越好,A不正確;晶體有固定的熔、沸點,B正確;X射線衍射實驗能夠測出物質(zhì)的內(nèi)部結構,根據(jù)原子在三維空間里是否呈周期性有序排列就能區(qū)分出晶體與非晶體,C正確;晶體的形成與晶體的自范性和各向異性都有密切關系,D正確。
①硬度　②導熱性?、蹖щ娦浴、芄鈱W性質(zhì)
[A] ①③ [B] ②④
[C] ①②③ [D] ①②③④
D
3.(2024·福建廈門質(zhì)檢)下表是相關物質(zhì)的熔點(℃):
C
下列判斷錯誤的是(　　)
[A] 鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體
[B] AlCl3、BCl3和干冰均是分子晶體
[C] 同族元素的氧化物只能形成相同類型的晶體
[D] 不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl
-107 2 073 920 801
AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
1 291 190 -57 1 723
【解析】 氟化鋁的熔點高,屬于離子晶體,A正確;BCl3、AlCl3和干冰的熔點低,均是分子晶體,B正確;同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體,如干冰是分子晶體,二氧化硅是共價晶體,C錯誤;Al2O3與SiO2均是共價晶體,Al與Si位于不同主族,D正確。
4.(2021·天津卷,2)下列各組物質(zhì)的晶體類型相同的是(　　)
[A] SiO2和SO3 [B] I2和NaCl
[C] Cu和Ag [D] SiC和MgO
C
【解析】 SiO2為共價晶體,SO3為分子晶體,A錯誤;I2為分子晶體,NaCl為離子晶體,B錯誤;Cu和Ag都為金屬晶體,C正確;SiC為共價晶體,MgO為離子晶體,D錯誤。
C
5.如圖是金屬晶體內(nèi)部的電子氣理論示意圖。電子氣理論可以用來解釋金屬的性質(zhì),其中正確的是(　　)
[A] 金屬能導電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動
[B] 金屬能導熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞,從而發(fā)生熱的傳導
[C] 金屬具有延展性是因為在外力的作用下,金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動,但自由電子可以起到潤滑劑的作用,使金屬不會斷裂
[D] 合金與純金屬相比,由于增加了不同的金屬或非金屬,使電子數(shù)目增多,所以合金的延展性比純金屬強,硬度比純金屬小
【解析】 金屬能導電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動,A錯誤;金屬能導熱是因為自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞,實現(xiàn)熱的傳導,B錯誤;合金與純金屬相比,由于增加了不同的金屬或非金屬,相當于填補了金屬陽離子之間的空隙,所以一般情況下合金的延展性比純金屬弱,硬度比純金屬大,D錯誤。
A
6.觀察下列模型,判斷下列說法錯誤的是(　　)
金剛石 碳化硅 二氧化硅 石墨烯 C60
[A] 原子數(shù)相同的金剛石和碳化硅,共價鍵個數(shù)之比為1∶2
[B] SiO2晶體中Si和Si—O個數(shù)之比為1∶4
[C] 石墨烯中碳原子和六元環(huán)個數(shù)之比為2∶1
[D] C60晶體屬于分子密堆積
7.(2024·山東泰安一模)氮化硼晶體有多種結構,六方相氮化硼結構與石墨相似,但不具有導電性,立方相氮化硼結構與金剛石相似。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 六方相氮化硼層上π鍵電子不能自由移動
[B] 六方相氮化硼熔點高于立方相氮化硼
[C] 立方相氮化硼中存在“N→B”的配位鍵
[D] 1 mol (BN)x(六方相氮化硼)中含3 mol σ鍵
D
【解析】 六方相氮化硼結構與石墨相似,有大π鍵,但氮的電負性大,吸引電子能力強,導致π鍵電子不能自由移動,故A正確;六方相氮化硼層間為分子間作用力,和石墨結構類似,為混合型晶體,立方相氮化硼為共價鍵三維骨架結構,不存在分子,為共價晶體,類比石墨的熔點高于金剛石,所以六方相氮化硼熔點高于立方相氮化硼,故B正確;硼原子最外層有3個電子,存在空軌道,氮原子最外層有 5個電子,存在孤電子對,所以立方相氮化硼含配位鍵“N→B”,故C正確;六方相氮化硼晶體中層內(nèi)每個硼原子與相鄰的3個氮原子構成平面三角形,每個共價鍵未被共有,所以1 mol六方相氮化硼含 3x mol B—N共價鍵,即含3x mol σ鍵,故D錯誤。
8.(2024·吉林長春模擬)PCl5晶體的晶胞結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] 該晶體為分子晶體
[B] 晶胞體心上粒子為PCl4
[C] 晶胞頂點上粒子的空間結構為正八面體形
[D] 存在的化學鍵類型僅有極性共價鍵
C
9.(2022·山東卷,5)AlN、GaN屬于第三代半導體材料,二者成鍵結構與金剛石相似,晶體中只存在N—Al、N—Ga。下列說法錯誤的是(　　)
[A] GaN的熔點高于AlN
[B] 晶體中所有化學鍵均為極性鍵
[C] 晶體中所有原子均采取sp3雜化
[D] 晶體中所有原子的配位數(shù)均相同
A
【解析】 Al和Ga均為第ⅢA族元素,N屬于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成鍵結構與金剛石相似,則其為共價晶體。AlN、GaN晶體中,氮原子與其相鄰的原子形成3個普通共價鍵和1個配位鍵。因為AlN、GaN為結構相似的共價晶體,鋁原子的半徑小于鎵原子的,N—Al的鍵長小于N—Ga的,則N—Al的鍵能較大,鍵能越大則其對應的共價晶體的熔點越高,故AlN的熔點高于GaN的,A錯誤;不同種元素的原子之間形成的共價鍵為極性鍵,故兩種晶體中所有化學鍵均為極性鍵,B正確;
金剛石中每個碳原子形成4個共價鍵(即碳原子的價層電子對數(shù)為4),碳原子無孤電子對,故碳原子均采取sp3雜化,由于AlN、GaN的成鍵結構與金剛石相似,則其晶體中所有原子均采取sp3雜化,C正確;金剛石中每個碳原子與其周圍 4個碳原子形成共價鍵,則碳原子的配位數(shù)是4,由于AlN、GaN的成鍵結構與金剛石相似,則其晶體中所有原子的配位數(shù)也均為4,D正確。
10.X是核外電子數(shù)最少的元素,Y是地殼中含量最豐富的元素,Z在地殼中的含量僅次于Y,W可以形成自然界中硬度最大的共價晶體。下列敘述錯誤的是(　　)
[A] X2Y晶體的熔點高于WX4晶體的熔點
[B] 固態(tài)X2Y2是分子晶體
[C] ZW是共價晶體,其硬度比Z晶體的大
[D] Z、W是同一主族的元素,Z、W與元素Y形成的晶體都是共價晶體
D
【解析】 X為氫元素,Y為氧元素,Z為硅元素,W為碳元素。X2Y晶體是冰,分子間存在氫鍵,熔點高于CH4,A正確;X2Y2是H2O2,固態(tài)X2Y2屬于分子晶體,B正確;SiC、晶體硅均為共價晶體,碳原子半徑小于硅原子,SiC的硬度比晶體硅的大,C正確;CO2、CO均是分子晶體,D錯誤。
11.有關晶體的結構如圖所示,下列說法不正確的是(　　)
[A] 在NaCl晶體中,距Cl-最近且等距的Na+形成正八面體
[B] 在CaF2晶體中,每個晶胞平均含有4個Ca2+
[C] 冰晶體中每個水分子與另外4個水分子形成四面體結構
[D] 該氣態(tài)團簇分子的分子式為EF
D
【解析】 氣態(tài)團簇分子不同于晶胞,該氣態(tài)團簇分子中含有4個E原子、4個F原子,故分子式為E4F4或F4E4,故D錯誤。
二、非選擇題(共2小題,共28分)
12.(12分,每空2分)(1)一些氧化物的熔點如下表所示:
氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2
熔點/℃ 1 570 2 800 23.8 -75.5
解釋表中氧化物之間熔點差異的原因:
　。
Li2O、MgO為離子晶體,P4O6、SO2
為分子晶體;離子鍵MgO>Li2O;分子間作用力(相對分子質(zhì)量)P4O6>SO2
(2)FeF3具有較高的熔點(高于1 000 ℃),其化學鍵類型是　　　　,FeBr3的相對分子質(zhì)量大于FeF3的,但其熔點只有200 ℃,原因是
　 　。
(3)已知氨(NH3,熔點-77.8 ℃、沸點-33.5 ℃),聯(lián)氨(N2H4,熔點2 ℃、沸點113.5 ℃),解釋其熔、沸點高低的主要原因:
　。
離子鍵
FeF3屬于離子晶體,
FeBr3的化學鍵以共價鍵為主,屬于分子晶體
聯(lián)氨分子間形成氫鍵的數(shù)目多
于氨分子間形成氫鍵的數(shù)目
(4)已知氮化硼與砷化鎵屬于同種類型的晶體。兩種晶體中熔點較高的是
　　　(填化學式),其理由是
　 。
BN
兩種晶體均為共價晶體,N和B的原子半徑較小,
鍵能較大,熔點較高
13.(16分,每空2分)Ⅰ.C60、金剛石、石墨的結構如圖所示(石墨僅表示出其中的一層結構):
(1)金剛石、石墨和C60三者互為　　　　(填字母)。
A.同分異構體 B.同素異形體
C.同系物 D.同位素
B
【解析】 (1)金剛石、石墨和C60是由碳元素組成的不同單質(zhì),三者互為同素異形體,故選B。
(2)C60的晶體類型為　　　　　　。
分子晶體
【解析】 (2)C60屬于分子晶體。
(3)晶體硅的結構跟金剛石相似,1 mol晶體硅中所含有硅硅單鍵的數(shù)目是
　　　　(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
2NA
【解析】 (3)晶體硅的結構與金剛石相似,金剛石中1個碳碳鍵被兩個碳原子共用,一個碳原子形成4個碳碳鍵,1 mol金剛石中有2 mol碳碳鍵,故1 mol晶體硅中含有硅硅單鍵的數(shù)目為2NA。
(4)石墨層狀結構中,平均每個正六邊形占有的碳原子數(shù)是　　　　。
2
Ⅱ.類石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種新型光催化材料,在光解水產(chǎn)氫等領域具有廣闊的應用前景,研究表明,非金屬摻雜(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的層狀結構,其中一種二維平面結構如圖所示。
(5)g-C3N4晶體中存在的粒子間作用力有　　　　(填字母)。
a.非極性鍵 b.金屬鍵
c.π鍵 d.范德華力
cd
【解析】 (5)根據(jù)題意,g-C3N4晶體具有和石墨相似的層狀結構,結合二維平面結構圖,判斷其存在的粒子間作用力有極性鍵、π鍵和范德華力。
(6)g-C3N4中,碳原子的雜化軌道類型為　　　　　　,氮原子的配位數(shù)為　　　　。
sp2
2、3
【解析】 (6)g-C3N4中,結合二維平面結構圖可知,碳原子與氮原子形成三個σ鍵,層內(nèi)存在大π鍵,不存在孤電子對,故碳原子的雜化軌道類型為sp2;根據(jù)二維平面結構圖可知,氮原子的成鍵有兩種情況,連兩個碳原子和連三個碳原子,故氮原子的配位數(shù)為2、3。
(7)每個基本結構單元(圖中實線圈部分)中兩個氮原子(圖中虛線圈所示)被氧原子代替,形成氧摻雜的g-C3N4(OPCN)。OPCN的化學式為　　　　。
C3N3O
課時作業(yè)26　晶胞結構分析與簡單計算
(時間:30分鐘　滿分:100分)
一、選擇題(共10小題,1～9小題每小題6分,10小題7分,共61分)
1.某物質(zhì)的晶體中含有A、B、C三種元素,其排列方式如圖所示(其中前后兩面面心中的B元素的原子未能畫出)。則晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為(　　)
[A] 1∶3∶1 [B] 2∶3∶1
[C] 2∶2∶1 [D] 1∶3∶3
A
2.我國科學家合成了富集11B的非碳導熱材料立方相氮化硼晶體,晶胞結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] 11BN和10BN的性質(zhì)無差異
[B] 該晶體具有良好的導電性
[C] 該晶胞中含有14個B、4個N
[D] 氮原子周圍等距且最近的氮原子數(shù)為12
D
3.CeO2氧載體具有良好的儲氧放氧能力,甲烷化學鏈重整技術原理如圖。
下列說法錯誤的是(　　)
[A] Ce的配位數(shù)為8
[B] 氧空穴位于Ce構成的四面體空隙
[C] CeO2-x中x=0.5
[D] 反應過程中Ce的化合價發(fā)生變化
C
4.鐵有δ、γ、α三種晶體結構,如圖所示是δ、γ、α三種晶體在不同溫度下轉化的示意圖。下列有關說法不正確的是(　　)
[A] 每個δ-Fe晶胞中有2個鐵原子
[B] γ-Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個
[C] 每個γ-Fe晶胞中含有14個鐵原子
[D] 將鐵加熱到1 500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體類型不相同
C
C
6.(2025·陜晉青寧高考適應性考試)科研人員在高溫高壓條件下合成了類金剛石結構的硼碳氮化合物,其晶胞結構如圖所示,立方晶胞參數(shù)為a pm。NA是阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 該化合物為共價晶體,硬度大
[B] 晶體中與硼原子距離最近且相等的硼原子數(shù)為4
[C] 晶胞中C—C與C—N的數(shù)目比為2∶1
C
7.(2024·河北衡水模擬)碳化鈦在航空航天、機械加工等領域應用廣泛,其晶胞結構(如圖所示)與氯化鈉晶體相似,晶胞的邊長為a nm。下列說法正確的是(　　)
[A] 基態(tài)Ti的價層電子軌道表示式為3d24s2
[B] 晶體中Ti4+的配位數(shù)為12
[C] 晶胞中僅由碳原子構成的四面體空隙和八面體空隙的個數(shù)比為2∶1
C
8.(2024·江西上饒模擬)超導現(xiàn)象一直吸引著廣大科學家的關注。某超導材料的晶體結構屬于四方晶系,其晶胞如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
[A] Cu位于元素周期表的第四周期第ⅠB族
[B] 與Ba2+等距且最近的Cu2+有12個
[C] 該超導材料的化學式為HgBa2CuO4
B
9.銅金合金可作為CO2轉化為碳氫化合物的催化劑,如圖是一種銅金合金的晶胞結構圖。下列說法正確的是(　　)
[A] 該晶胞的體積為a3×10-36 cm3
[B] Au和Cu數(shù)目之比為3∶1
[C] 與Au最鄰近的Cu有12個
C
10.(2025·內(nèi)蒙古高考適應性考試)鉀錳鐵基普魯士白[K2MnFe(CN)6]是一種鉀離子電池正極材料,充電時隨著K+脫出,其結構由Ⅰ經(jīng)Ⅱ最終轉變?yōu)棰?Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯視圖及Ⅱ的晶胞結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] Ⅲ轉化為Ⅰ是非自發(fā)過程
[B] 充電過程中Fe或Mn的價態(tài)降低
[C] 晶體Ⅱ的化學式為KMnFe(CN)6
[D] 晶胞Ⅲ中π鍵數(shù)目為24
C
二、非選擇題(共2小題,共39分)
11.(18分,每空3分)硒(Se)是一種有重要作用的元素,可以形成多種化合物。
(1)基態(tài)硒原子的核外電子排布式為　　 　　　　。
[Ar]3d104s24p4
【解析】 (1)硒為34號元素,基態(tài)Se的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4。
sp3
三角錐形
(3)H2Se屬于　　　　(填“極性”或“非極性”)分子。
【解析】 (3)H2Se中Se有孤電子對,其空間結構為V形,正電中心和負電中心不重合,所以H2Se屬于極性分子。
極性
(4)硒化鋅(ZnSe)是一種重要的半導體材料,其晶胞結構如圖所示,該晶體中硒原子的配位數(shù)為　　　　;若該晶體密度為ρ g· cm-3,硒化鋅的摩爾質(zhì)量為
M g· mol-1,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶胞參數(shù)a為　　 　　pm。
4
12.(21分,每空3分)晶體X只含鈉、鎂、鉛三種元素。在不同的溫度和壓力下,晶體X呈現(xiàn)不同的晶相。
(1)γ-X是立方晶系的晶體。鉛為面心立方最密堆積,其余兩種原子有選擇地填充鉛原子構成的四面體空隙和八面體空隙。在不同的條件下,γ-X也呈現(xiàn)不同的結構,其晶胞如圖甲所示,X的化學式為　　　　 　;在乙型晶胞中,邊長為a pm,與Pb距離最短的Na有　　個,長度為　　　　pm(用a表示),Na填充了晶胞中鉛原子構成四面體空隙的百分比為　　　　、八面體空隙的百分比為　　　　。已知甲型晶胞的邊長為770 pm,
則該型晶體的密度為　　　　　　　　　　　　g·cm-3(只列出計算式)。
Na2MgPb
4
50%
100%
(2)α-X是一種六方晶系的晶體,而在α-X中,鎂和鉛按1∶1的比例形成類似于石墨的層狀結構,鈉填在層間。試畫出一層α-X的結構。課時作業(yè)26　晶胞結構分析與簡單計算
(時間:30分鐘　滿分:100分)
一、選擇題(共10小題,1～9小題每小題6分,10小題7分,共61分)
1.某物質(zhì)的晶體中含有A、B、C三種元素,其排列方式如圖所示(其中前后兩面面心中的B元素的原子未能畫出)。則晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為(　　)
[A] 1∶3∶1 [B] 2∶3∶1
[C] 2∶2∶1 [D] 1∶3∶3
2.我國科學家合成了富集11B的非碳導熱材料立方相氮化硼晶體,晶胞結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] 11BN和10BN的性質(zhì)無差異
[B] 該晶體具有良好的導電性
[C] 該晶胞中含有14個B、4個N
[D] 氮原子周圍等距且最近的氮原子數(shù)為12
3.CeO2氧載體具有良好的儲氧放氧能力,甲烷化學鏈重整技術原理如圖。
下列說法錯誤的是(　　)
[A] Ce的配位數(shù)為8
[B] 氧空穴位于Ce構成的四面體空隙
[C] CeO2-x中x=0.5
[D] 反應過程中Ce的化合價發(fā)生變化
4.鐵有δ、γ、α三種晶體結構,如圖所示是δ、γ、α三種晶體在不同溫度下轉化的示意圖。下列有關說法不正確的是(　　)
[A] 每個δFe晶胞中有2個鐵原子
[B] γFe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個
[C] 每個γFe晶胞中含有14個鐵原子
[D] 將鐵加熱到1 500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體類型不相同
5.CaC2晶體的晶胞結構與NaCl晶體的相似(如圖所示),但CaC2晶體中由于啞鈴形的存在,使晶胞沿一個方向拉長。下列關于CaC2晶體的說法正確的是(　　)
[A] 1個Ca2+周圍距離最近且相等的數(shù)目為6
[B] 1個 CaC2的晶胞平均含有1個Ca2+和1個
[C] 6.4 g CaC2晶體中含陰離子的物質(zhì)的量為 0.1 mol
[D] 與每個Ca2+距離最近且相等的Ca2+共有12個
6.(2025·陜晉青寧高考適應性考試)科研人員在高溫高壓條件下合成了類金剛石結構的硼碳氮化合物,其晶胞結構如圖所示,立方晶胞參數(shù)為a pm。NA是阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 該化合物為共價晶體,硬度大
[B] 晶體中與硼原子距離最近且相等的硼原子數(shù)為4
[C] 晶胞中C—C與C—N的數(shù)目比為2∶1
[D] 晶體的密度= g·cm-3
7.(2024·河北衡水模擬)碳化鈦在航空航天、機械加工等領域應用廣泛,其晶胞結構(如圖所示)與氯化鈉晶體相似,晶胞的邊長為a nm。下列說法正確的是(　　)
[A] 基態(tài)Ti的價層電子軌道表示式為3d24s2
[B] 晶體中Ti4+的配位數(shù)為12
[C] 晶胞中僅由碳原子構成的四面體空隙和八面體空隙的個數(shù)比為2∶1
[D] 設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶體的密度為 g· cm-3
8.(2024·江西上饒模擬)超導現(xiàn)象一直吸引著廣大科學家的關注。某超導材料的晶體結構屬于四方晶系,其晶胞如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
[A] Cu位于元素周期表的第四周期第ⅠB族
[B] 與Ba2+等距且最近的Cu2+有12個
[C] 該超導材料的化學式為HgBa2CuO4
[D] 該晶體的密度為 g· cm-3
9.銅金合金可作為CO2轉化為碳氫化合物的催化劑,如圖是一種銅金合金的晶胞結構圖。下列說法正確的是(　　)
[A] 該晶胞的體積為a3×10-36 cm3
[B] Au和Cu數(shù)目之比為3∶1
[C] 與Au最鄰近的Cu有12個
[D] Au和Cu之間的最短距離為a pm
10.(2025·內(nèi)蒙古高考適應性考試)鉀錳鐵基普魯士白[K2MnFe(CN)6]是一種鉀離子電池正極材料,充電時隨著K+脫出,其結構由Ⅰ經(jīng)Ⅱ最終轉變?yōu)棰?Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯視圖及Ⅱ的晶胞結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] Ⅲ轉化為Ⅰ是非自發(fā)過程
[B] 充電過程中Fe或Mn的價態(tài)降低
[C] 晶體Ⅱ的化學式為KMnFe(CN)6
[D] 晶胞Ⅲ中π鍵數(shù)目為24
二、非選擇題(共2小題,共39分)
11.(18分,每空3分)硒(Se)是一種有重要作用的元素,可以形成多種化合物。
(1)基態(tài)硒原子的核外電子排布式為　 。
(2)H2SeO3的中心原子雜化軌道類型是　　　,Se的空間結構是　　　　。
(3)H2Se屬于　　　　(填“極性”或“非極性”)分子。
(4)硒化鋅(ZnSe)是一種重要的半導體材料,其晶胞結構如圖所示,該晶體中硒原子的配位數(shù)為　　　　;若該晶體密度為ρ g· cm-3,硒化鋅的摩爾質(zhì)量為M g· mol-1,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶胞參數(shù)a為　　　　pm。
12.(21分,每空3分)晶體X只含鈉、鎂、鉛三種元素。在不同的溫度和壓力下,晶體X呈現(xiàn)不同的晶相。
(1)γX是立方晶系的晶體。鉛為面心立方最密堆積,其余兩種原子有選擇地填充鉛原子構成的四面體空隙和八面體空隙。在不同的條件下,γX也呈現(xiàn)不同的結構,其晶胞如圖甲所示,X的化學式為　　　　　　;在乙型晶胞中,邊長為 a pm,與Pb距離最短的Na有　　　　個,長度為　　　　pm(用a表示),Na填充了晶胞中鉛原子構成四面體空隙的百分比為　　　　、八面體空隙的百分比為　　　　　。已知甲型晶胞的邊長為770 pm,則該型晶體的密度為　　　　　　　　　　　　g·cm-3(只列出計算式)。
(2)αX是一種六方晶系的晶體,而在αX中,鎂和鉛按1∶1的比例形成類似于石墨的層狀結構,鈉填在層間。試畫出一層αX的結構。
課時作業(yè)26　晶胞結構分析與簡單計算
1.A　由題給結構可知,該小正方體中A原子的個數(shù)為8×=1,B原子的個數(shù)為6×=3,C原子的個數(shù)為1,則A、B、C的原子個數(shù)比為1∶3∶1,A正確。
2.D　11B和10B互為同位素,形成的化合物在化學性質(zhì)上基本無差異,但其物理性質(zhì)不同,A錯誤;該晶體結構中無自由移動的電子,不具有導電性,B錯誤;由題圖可知,該晶胞含 4個 N,B位于晶胞的頂點和面心,故B的數(shù)目為8×+6×=4,C錯誤;由晶胞結構示意圖可知,1個N與4個B成鍵,這4個B又可以分別和其他的3個N成鍵,這些N距中心N等距且最近,總數(shù)為12,D正確。
3.C　由題給CeO2結構可知,Ce位于頂點和面心,Ce的配位數(shù)為8,故A正確;根據(jù)題給CeO2、CeO2-x結構可知,1個O與 4個 Ce相連,因此氧原子位于Ce構成的四面體空隙,氧空穴也位于Ce構成的四面體空隙,故B正確;題給CeO2-x結構中Ce的個數(shù)為8×+6×=4,O的個數(shù)為7,則 1∶(2-x)=4∶7,解得x=0.25,故C錯誤;CeO2和CeO2-x中O都為-2價,故Ce的化合價發(fā)生變化,故D正確。
4.C　根據(jù)均攤法,一個δFe晶胞中含有鐵原子個數(shù)為×8+1=2,A正確;γFe晶胞中位于頂角的鐵原子被晶胞的三個平面共有,每個平面上位于面心的鐵原子與頂角處鐵原子距離最近,頂角的鐵原子同時被八個晶胞共用,每個面被兩個晶胞共用,則與每個鐵原子相鄰且最近的鐵原子共有12個,B正確;根據(jù)均攤法,一個γFe晶胞含有鐵原子個數(shù)為×8+×6=4,C不正確;依據(jù)題給得到晶體的條件可知,將鐵加熱到1 500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體類型不同,D正確。
5.C　根據(jù)晶胞示意圖可知,1個Ca2+周圍距離最近且相等的有4個,A錯誤;1個CaC2的晶胞中,含有Ca2+的個數(shù)為12×+1=4,含有的個數(shù)為8×+6×=4,B錯誤;6.4 g CaC2的物質(zhì)的量為0.1 mol,故含陰離子的物質(zhì)的量為 0.1 mol,C正確;與每個Ca2+距離最近且相等的Ca2+有4個,D錯誤。
6.C　由題圖可知,按均攤法,N的數(shù)目為8×+2×=2,B的數(shù)目為2,C的數(shù)目為4×+2=4,則N、B、C的數(shù)目之比為1∶1∶2,該化合物的化學式為BC2N。該晶體具有類金剛石結構,金剛石是由碳原子通過共價鍵形成的共價晶體,具有硬度大、熔沸點高等性質(zhì),則該化合物為共價晶體,
硬度大,A正確;如圖所示,將晶胞平移,以b點的B為坐標原點,則硼原子距離最近且相等的1個硼原子a位于面心,其余兩個面心上的原子為碳原子,根據(jù)晶胞結構可知,若面心上全部都是B,硼原子距離最近且相等的硼原子數(shù)為3×8×=12,但面心上的B只占了,因此晶體中與硼原子距離最近且相等的硼原子數(shù)為4,B正確;1個晶胞中有4個 C—C、4個C—N,則二者數(shù)目比為1∶1,C錯誤;晶體的密度為= g·cm-3,D正確。
7.C　Ti是22號元素,根據(jù)構造原理可知,基態(tài)Ti的價層電子排布式為3d24s2,價層電子的軌道表示式為,故A錯誤;由晶胞結構圖可知,以體心的Ti4+為中心,距離其最近且相等的C4-位于面心上,共6個,故晶體中Ti4+的配位數(shù)為6,故B錯誤;八個小立方體中四個頂角的碳原子構成一個四面體,由碳原子構成的四面體空隙有8個,由碳原子構成的八面體空隙有 4個,晶胞中僅由碳原子構成的四面體空隙和八面體空隙的個數(shù)比為8∶4=2∶1,故C正確;一個晶胞中含有4個Ti4+、4個 C4-,則晶體的密度為g· cm-3=g· cm-3,故D錯誤。
8.B　Cu的核電荷數(shù)為29,基態(tài)Cu價層電子排布式為3d104s1,位于元素周期表的第四周期第ⅠB族,A正確;由圖可知,與Ba2+等距且最近的Cu2+有4個,B錯誤;根據(jù)“均攤法”,晶胞中含4×=1(個)Hg、2個Ba、8×=1(個)Cu、16×=4(個)O,則化學式為HgBa2CuO4,C正確;結合C項分析可知,晶體密度為×1030g· cm-3= g· cm-3,D正確。
9.C　晶胞參數(shù)為a pm,即a×10-10 cm,則晶胞體積為a3×10-30 cm3,A錯誤;晶胞中,Au的個數(shù)為8×=1,Cu的個數(shù)為6×=3,則Au和Cu數(shù)目之比為1∶3,B錯誤;由圖可知,Au和Cu之間的最短距離是面對角線長的一半,即 a pm,D錯誤。
10.C　鉀錳鐵基普魯士白[K2MnFe(CN)6]是一種鉀離子電池正極材料,充電時裝置為電解池,其為陽極,失去電子發(fā)生氧化反應,隨著K+脫出,其結構由Ⅰ經(jīng)Ⅱ最終轉變?yōu)棰?則Ⅲ轉化為Ⅰ是原電池放電過程,原電池中會發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應,A錯誤;充電過程陽極發(fā)生氧化反應,則Fe或Mn的價態(tài)升高,B錯誤;據(jù)“均攤法”,晶胞Ⅱ中含 12×+1=4(個)FeC6、8×+6×=4(個)MnN6、4個 K,則化學式為KMnFe(CN)6,C正確;結合C分析,晶胞Ⅲ中有24個CN-,CN-中含有C≡N,1個C≡N含有 1個 σ鍵和2個π鍵,則其中π鍵數(shù)目為48,D錯誤。
11.【答案】 (1)[Ar]3d104s24p4　
(2)sp3　三角錐形
(3)極性
(4)4　×1010
【解析】 (1)硒為34號元素,基態(tài)Se的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4。
(2)Se的中心原子Se的價層電子對數(shù)為3+×(6+2-3×2)=4,有1個孤電子對,所以Se的空間結構是三角錐形。
(3)H2Se中Se有孤電子對,其空間結構為V形,正電中心和負電中心不重合,所以H2Se屬于極性分子。
(4)根據(jù)硒化鋅晶胞結構圖可知,每個鋅原子周圍有4個硒原子,每個硒原子周圍有4個鋅原子,所以硒原子的配位數(shù)為4;該晶胞中含有硒原子數(shù)為8×+6×=4,含有鋅原子數(shù)為4,則ρ=,可得V=,則晶胞參數(shù)a= cm=×1010pm。
12.【答案】 (1)Na2MgPb　4　a　50%　100%
(2)
【解析】 (1)結合原子在晶胞中的位置關系,利用均攤法,在甲型晶胞中,Pb位于晶胞的頂點和面心,數(shù)目為8×+6×=4,Na位于晶胞的體內(nèi),數(shù)目為8,Mg位于晶胞的棱上和體心,數(shù)目為12×+1=4,則X的化學式為Na2MgPb;在乙型晶胞中,體對角線處的Na與Pb距離最短,共有 4個,邊長為a pm,面對角線長為a pm,則體對角線的長度為a pm,Pb與Na的最短距離為體對角線長度的,為a pm,在乙型晶胞中,鉛原子構成的四面體有8個,其中只有4個四面體中填充了Na,Na填充了晶胞中鉛原子構成四面體空隙的百分比為50%,鉛原子構成的八面體有4個,且Na在八面體的體心,Na填充了晶胞中鉛原子構成八面體空隙的百分比為100%。甲型晶胞的邊長為770 pm,則晶胞的體積為(770 pm)3=(7.70×
10-8)3cm3,甲型晶胞中含有 4個 Na2MgPb,則晶體的密度為 g·cm-3。
(2)αX是一種六方晶系的晶體,而在αX中,鎂和鉛按 1∶1的比例形成類似于石墨的層狀結構,鈉填在層間,則層內(nèi)只有鎂和鉛,層內(nèi)αX的結構為。
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