新高考化學一輪學案專題5第3單元微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)

第三單元微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)[課標解讀]1.理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。2.了解晶體的類型，了解不同類型晶體中粒子結(jié)構(gòu)、粒子間作用力的區(qū)別。3.知道波譜、晶體X射線等是測定分子結(jié)構(gòu)的基本方法和實驗手段。4.了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。5.了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。6.理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。7.了解晶胞的概念，能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算。8.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，知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)。晶體與常見晶體的空間結(jié)構(gòu)模型知識梳理1．物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)常見物質(zhì)的三態(tài)及轉(zhuǎn)化(2)等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈現(xiàn)電中性的氣態(tài)物質(zhì)。(3)離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。(4)其他物質(zhì)的聚集狀態(tài)：晶態(tài)、非晶態(tài)、以及介于晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)。2．晶體與非晶體(1)晶體與非晶體比較晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征原子在三維空間里呈周期性有序排列原子無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性無各向異性二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點科學方法對固體進行X-射線衍射實驗(2)獲得晶體的途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固；②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；③溶質(zhì)從溶液中析出。3．晶胞(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列——無隙并置。①無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙；②并置：所有晶胞平行排列，取向相同。(3)一般形狀為平行六面體。(4)晶胞中粒子數(shù)目的計算——均攤法晶胞任意位置上的一個粒子如果是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個粒子分得的份額就是eq\f(1,n)。長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算(5)其他晶胞結(jié)構(gòu)中粒子數(shù)的計算①三棱柱②六棱柱4．常見晶體模型的分析(1)原子晶體——金剛石與SiO2①a.金剛石晶體中，每個C與另外4個C形成共價鍵，碳原子采取sp3雜化，C—C—C夾角是109°28′，最小的環(huán)是6元環(huán)。每個C被12個六元環(huán)共用。含有1molC的金剛石中形成的C—C有2mol。b．在金剛石的晶胞中，內(nèi)部的C在晶胞的體對角線的eq\f(1,4)處。每個晶胞含有8個C。②SiO2晶體中，每個Si原子與4個O原子成鍵，每個O原子與2個Si原子成鍵，最小的環(huán)是12元環(huán)，在“硅氧”四面體中，處于中心的是Si原子。1molSiO2晶體中含Si—O鍵數(shù)目為4NA，在SiO2晶體中Si、O原子均采取sp3雜化。(2)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12個，屬于分子密堆積。晶胞中含有4個CO2分子。同類晶體還有晶體I2、晶體O2等。②冰的結(jié)構(gòu)模型中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氫鍵。晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，含有8個H2O。(3)金屬晶體①“電子氣理論”要點該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。②金屬鍵的實質(zhì)是金屬陽離子與電子氣間的靜電作用。(4)離子晶體①NaCl型：在晶體中，每個Na＋同時吸引6個Cl－，每個Cl－同時吸引6個Na＋，配位數(shù)為6。每個晶胞含4個Na＋和4個Cl－。②CsCl型：在晶體中，每個Cl－吸引8個Cs＋，每個Cs＋吸引8個Cl－，配位數(shù)為8。③CaF2型：在晶體中，F(xiàn)－的配位數(shù)為4，Ca2＋的配位數(shù)為8，晶胞中含4個Ca2＋，含8個F－。晶胞中Ca2＋在體對角線的eq\f(1,4)處。(5)石墨晶體——混合型晶體①石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是范德華力。②平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2，C原子采取的雜化方式是sp2。③在每層內(nèi)存在共價鍵和金屬鍵。④C—C的鍵長比金剛石的C—C鍵長短，熔點比金剛石的高。⑤能導電，晶體中每個C形成3個共價鍵，C的另一價電子在電場作用下可移動，形成電流。命題點1晶胞中粒子數(shù)、晶體化學式的確定1．某FexNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產(chǎn)物Fe(x－n)CunNy。FexNy轉(zhuǎn)化為兩種Cu替代型產(chǎn)物的能量變化如圖2所示，其中更穩(wěn)定的Cu替代型產(chǎn)物的化學式為。[解析]能量越低越穩(wěn)定，故更穩(wěn)定的Cu替代型為Cu替代a位置Fe型，故晶胞中Cu為1個，F(xiàn)e為3個，N為1個，故化學式為Fe3CuN。[答案]Fe3CuN2．如圖為甲、乙、丙、丁四種晶體的晶胞：甲乙丙丁請回答：(1)晶體甲、乙、丙、丁的化學式分別為、、、。(2)乙晶體中每個A周圍最近等距離的B有個。(3)丙晶體中每個D周圍最近等距離的E有個。(4)甲晶體中X周圍的4個Y形成形。[答案](1)X2YAB3CDEAB4(2)12(3)8(4)正四面體立方體中粒子周圍粒子的個數(shù)注意：該晶胞中含有A、B、C、D的個數(shù)分別為3、1、1、3。命題點2常見晶體微觀結(jié)構(gòu)分析3．下圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是()A．圖①和圖③ B．圖②和圖③C．圖①和圖④ D．只有圖④[答案]C4．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原子連接4個六元環(huán)，石墨中每個C原子連接3個六元環(huán)C．金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2D．金剛石中碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶4，而石墨中碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶3A[金剛石中每個C原子連接12個六元環(huán)，石墨中每個C原子連接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，根據(jù)“切割法”，每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2，故碳原子數(shù)與C—C鍵數(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×eq\f(1,2)＝1.5，故碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為2∶3，D項錯誤。]5．一種錳的氧化物的晶胞如圖甲，請寫出該氧化物的化學式。若沿z軸方向觀察該晶胞，可得投影圖如圖乙，請畫出沿y軸方向的投影圖。甲晶胞結(jié)構(gòu)示意圖乙z方向投影圖y方向投影圖[解析]由圖可知，晶胞中Mn原子位于體心與頂點上，O原子位于上下兩個面上及體內(nèi)(有2個)，晶胞中Mn元素數(shù)目＝1＋8×eq\f(1,8)＝2，O原子個數(shù)為2＋4×eq\f(1,2)＝4，則晶胞中Mn和O的原子個數(shù)比為1∶2，氧化物的化學式為MnO2；若沿y軸方向投影，頂點上處于對稱位置的Mn原子會重合在長方形的頂點，位于體心的Mn原子會位于長方形的面心，位于面上的O原子會位于長方形上下的邊上，體內(nèi)的氧原子會位于面內(nèi)，投影圖為。[答案]MnO2晶體的性質(zhì)與晶體類型的判斷知識梳理1．四種晶體類型比較類型比較分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成粒子分子或原子原子金屬陽離子和自由電子陰、陽離子粒子間的相互作用力分子間作用力、氫鍵共價鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很大，有的很小較大熔、沸點較低很高有的很高，有的很低較高溶解性相似相溶難溶于任何溶劑常見溶劑難溶大多易溶于水等極性溶劑導電、傳熱性一般不導電，溶于水后有的導電一般不具有導電性電和熱的良導體晶體不導電，水溶液或熔融態(tài)導電注意：石墨晶體為混合型晶體，為層狀結(jié)構(gòu)。硬度小、質(zhì)軟，熔點比金剛石高，能導電。2．晶體類型的兩種判斷(1)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷①金屬氧化物(K2O、Na2O2等)、強堿(NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅等)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)是分子晶體。③常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的化合物類原子晶體有碳化硅、二氧化硅等。④金屬單質(zhì)是金屬晶體。(2)根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷一般來說，低熔、沸點的化合物屬于分子晶體；熔、沸點較高，且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的化合物為離子晶體；熔、沸點很高，不導電，不溶于一般溶劑的物質(zhì)屬于原子晶體；能導電、傳熱、具有延展性的晶體為金屬晶體。[辨易錯](1)分子晶體中一定存在分子間作用力，可能存在共價鍵。 ()(2)離子晶體中只存在離子鍵不存在共價鍵。 ()(3)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。 ()(4)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。 ()(5)原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高。 ()(6)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。 ()(7)石墨晶體存在共價鍵，金屬鍵和范德華力。 ()[答案](1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√命題點晶體類型與性質(zhì)判斷1．下列性質(zhì)適合于分子晶體的是()A．熔點為1070℃，易溶于水，B．熔點為3500℃，不導電，質(zhì)硬，C．能溶于CS2，熔點為112.8℃，沸點為D．熔點為97.82℃，質(zhì)軟，導電，密度為0.97g·cm[答案]C2．(1)Mn與Re屬于同一族，研究發(fā)現(xiàn)，Mn的熔點明顯高于Re的熔點，原因可能是。(2)CuSO4的熔點為560℃，Cu(NO3)2的熔點為115℃，CuSO4。(3)NaF的熔點(填“>”“＝”或“<”)[BF4]的熔點，其原因是。(4)SiO2比CO2熔點高的原因是。[答案](1)Mn的金屬鍵比Re的金屬鍵強(2)CuSO4和Cu(NO3)2均為離子晶體，SOeq\o\al(2－,4)所帶電荷比NOeq\o\al(－,3)多，離子鍵較大，熔點較高(3)>兩者均為離子化合物，且陰、陽離子的電荷數(shù)均為1，但后者的離子半徑較大，離子鍵較弱，因此其熔點較低(4)SiO2為原子晶體，CO2為分子晶體3．(1)第3周期元素氟化物的熔點如下表：化合物NaFMgF2AlF3SiF4PF5SF6熔點/℃99312611291－90－83－50.5解釋表中氟化物熔點變化的原因：。(2)GaN、GaP都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，熔點如下表所示：物質(zhì)GaNGaP熔點/℃17001480解釋GaN、GaP熔點變化原因。(3)正戊烷、異戊烷、正丁烷、異丁烷的熔點由低到高的順序為。[解析](1)從表格中各物質(zhì)熔點可判斷前三種氟化物均為離子晶體，其熔點逐漸升高是因為Na＋、Mg2＋、Al3＋的半徑依次減小，故它們的離子鍵依次增強，熔點逐漸升高；后三種氟化物熔點很低，為分子晶體，由于相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，故其熔點逐漸升高。(2)GaN、GaP都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，都屬于原子晶體，原子半徑N<P，鍵長Ga—N<Ga—P，鍵能Ga—N>Ga—P，故熔點前者高。(3)烷烴中碳原子數(shù)越多，熔點越高；同分異構(gòu)體中支鏈越多，熔點越低。[答案](1)前三種氟化物為離子晶體，Na＋、Mg2＋、Al3＋的半徑依次減小，離子鍵依次增強；后三種氟化物為分子晶體，相對分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增大(2)兩者屬于原子晶體，半徑N<P，鍵長Ga—N<Ga—P，鍵能Ga—N>Ga—P，故熔點GaN比GaP的高(3)異丁烷<正丁烷<異戊烷<正戊烷晶體熔、沸點比較的一般思路(1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律為：原子晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體。(2)同種類型晶體，晶體內(nèi)粒子間的作用力越大，熔、沸點越高。①離子晶體：一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，其離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgO>MgCl2，NaCl>CsCl。②原子晶體：原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅。③分子晶體a．分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常地高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。b．組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。c．組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。d．同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低，④金屬晶體：一般來說，金屬陽離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na<Mg<Al。晶體密度、晶胞參數(shù)與原子利用率晶體結(jié)構(gòu)中的微觀計算是近幾年高考的必考內(nèi)容，且難度逐年提高，審題難度也在加大。近幾年主要涉及了晶體密度的計算列式，晶胞參數(shù)的計算和原子的空間利用率等角度。這些命題角度很好地考查了學生的“證據(jù)推理與模型認知”的化學核心素養(yǎng)。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，此即晶胞特征參數(shù)，簡稱晶胞參數(shù)。如立方晶胞中，晶胞參數(shù)a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°。A點坐標為(eq\f(b,2)，b，c)，B點坐標為(b,0，c)。2．晶體密度與晶胞參數(shù)的互算(1)晶體密度的計算注意：晶胞體積V可根據(jù)晶胞形狀靈活計算。(2)晶胞參數(shù)的計算(3)立方晶胞中的4個關(guān)系(設棱長為a)①面對角線長＝eq\r(2)a。②體對角線長＝eq\r(3)a。③體心立方堆積4r＝eq\r(3)a(r為原子半徑)。④面心立方堆積4r＝eq\r(2)a(r為原子半徑)。3．晶體中粒子空間利用率的計算(1)空間粒子利用率＝eq\f(晶胞中粒子總體積,晶胞體積)×100%粒子總體積＝eq\f(4,3)πr3×n0(n0代表粒子個數(shù)，r代表粒子半徑)(2)已知晶體密度求粒子利用率晶胞體積V＝eq\f(xM,ρNA)，晶胞中粒子總體積V0＝x×eq\f(4,3)πr3故粒子利用率＝eq\f(V0,V)×100%＝eq\f(x×\f(4,3)πr3,\f(xM,ρNA))＝eq\f(4πr3ρNA,3M)(3)已知晶胞結(jié)構(gòu)求空間利用率——以金屬晶體為例①簡單立方堆積：空間利用率＝eq\f(\f(4,3)πr3,8r3)×100%≈52%②體心立方堆積：空間利用率＝eq\f(2×\f(4,3)πr3,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,\r(3))r))eq\s\up12(3))×100%≈68%③面心立方最密堆積：空間利用率＝eq\f(V球,V晶胞)×100%＝eq\f(4×\f(4,3)πr3,16\r(2)r3)×100%≈74%。④六方最密堆積如圖所示，原子的半徑為r，底面為菱形(棱長為2r，其中一個角為60°)，則底面面積＝2r×eq\r(3)r＝2eq\r(3)r2，h＝eq\f(2\r(6),3)r，V晶胞＝S×2h＝2eq\r(3)r2×2×eq\f(2\r(6),3)r＝8eq\r(2)r3,1個晶胞中有2個原子，則空間利用率＝eq\f(V球,V晶胞)×100%＝eq\f(2×\f(4,3)πr3,8\r(2)r3)×100%≈74%。1．某含Mg儲氫晶體儲氫后轉(zhuǎn)化為MgH2，MgH2晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a＝b＝450pm，c＝301pm，原子分數(shù)坐標為A(0,0,0)、B(0.305,0.305,0)、C(1,1,1)、D(0.195,0.805,0.5)。(1)該晶體中Mg的配位數(shù)是。(2)Mg2＋的半徑為72pm，則H－的半徑為pm(列出計算表達式)(3)用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則MgH2晶體中氫的密度是標準狀況下氫氣密度的倍(列出計算表達式，氫氣密度為0.089g·L－1)。[解析](2)根據(jù)題意：A點的Mg2＋與B點H－相切，可求AB＝450×0.305pm×eq\r(2)，故H－半徑為(450×0.305×eq\r(2)－72)pm。(3)晶胞中含Mg2＋：1＋8×eq\f(1,8)＝2，H－：4，晶體中氫的密度為：eq\f(4,450×450×301×10－30NA)g·cm－3，故晶體中氫的密度是標準狀況下氫氣密度的倍數(shù)為eq\f(4,450×450×301×10－30×8.9×10－5NA)。[答案](1)6(2)eq\r(2)×450×0.305－72(3)eq\f(4,450×450×301×10－30×8.9×10－5NA)2．金紅石(TiO2)是含鈦的主要礦物之一，具有典型的四方晶系結(jié)構(gòu)。其晶胞結(jié)構(gòu)(晶胞中相同位置的原子相同)如圖所示。(1)4個微粒A、B、C、D中，屬于氧原子的是。(2)若A、B、C的原子坐標分別為A(0,0,0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，則D的原子坐標為D(0.19a，，)；鈦氧鍵鍵長d＝[解析](1)金紅石晶胞結(jié)構(gòu)中A類原子個數(shù)：8×1/8＝1，B類原子個數(shù)：4×1/2＝2，D類原子個數(shù)為2、體心原子個數(shù)為1，根據(jù)TiO2知Ti、O個數(shù)比為1∶2，則1個晶胞中Ti原子的個數(shù)為2，O原子的個數(shù)為4，故屬于氧原子的是B、D。(2)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)，D在底面投影為，其橫坐標為0.19a，則縱坐標為a－0.19a＝0.81a，故D的原子坐標為(0.19a,0.81a,0.5c)。B、C在底面投影為，鈦氧鍵鍵長(即BC段距離)為d，則有d2＝(0.31a)2＋(0.31a)2，則d＝0.31×eq\[答案](1)BD(2)0.81a0.5c0.31×eq\r(2)a3．鈷是人體不可或缺的微量元素之一。Co、Al、O形成的一種化合物鈷藍晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。基態(tài)Co原子的價電子排布式為。該立方晶胞由4個Ⅰ型和4個Ⅱ型小立方體構(gòu)成，其化學式為，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，鈷藍晶體的密度為g·cm－3(列計算式)。[解析]基態(tài)Co原子的價電子排布式為3d74s2；Ⅰ、Ⅱ各一個小正方體為一個晶胞，該晶胞中Co原子個數(shù)＝(4×eq\f(1,8)＋2×eq\f(1,4)＋1)×4＝8、Al原子個數(shù)＝4×4＝16、O原子個數(shù)＝8×4＝32，Co、Al、O原子個數(shù)之比＝8∶16∶32＝1∶2∶4，化學式為CoAl2O4；該晶胞體積＝(2a×10－7cm)3，鈷藍晶體的密度＝eq\f(m,V)＝eq\f(8×59＋2×27＋4×16,NA2a×10－73)g·cm－3。[答案]3d74s2CoAl2O4eq\f(8×59＋2×27＋4×16,NA2a×10－73)4.氧化亞鐵晶體的晶胞如圖所示。已知：氧化亞鐵晶體的密度為ρg·cm－3，NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值。在該晶胞中，與Fe2＋緊鄰且等距離的Fe2＋數(shù)目為；Fe2＋與O2－最短核間距為pm。[解析]氧化亞鐵晶胞結(jié)構(gòu)類似氯化鈉晶胞，棱上3個離子相切，晶胞參數(shù)等于相鄰兩個離子核間距的2倍。依據(jù)題圖可知，上、中、下三層各有4個氧離子與中心的氧離子緊鄰且等距離，而氧化亞鐵中氧離子、亞鐵離子個數(shù)比為1∶1，所以有12個二價鐵離子與二價鐵離子相鄰且等距離；1個氧化亞鐵晶胞含有二價鐵離子數(shù)目為：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有氧離子數(shù)目為：eq\f(1,4)×12＋1＝4，所以1個氧化亞鐵晶胞含有4個FeO，設Fe2＋與O2－最短核間距為dpm，依據(jù)氧化亞鐵晶體的密度為ρg·cm－3，可知：ρ＝eq\f(4×72,NA×2d×10－103)，解得d＝eq\r(3,\f(36,ρ×NA))×1010。[答案]12eq\r(3,\f(36,ρNA))×10105．利用新制的Cu(OH)2檢驗醛基時，生成紅色的Cu2O，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。(1)該晶胞原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為(1,0,0)；C為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))。則D原子的坐標參數(shù)為，它代表原子。(2)若Cu2O晶體的密度為dg·cm－3，Cu和O的原子半徑分別為rCupm和rOpm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，列式表示Cu2O晶胞中原子的空間利用率為。[解析](1)根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，D在A和C中間，因此D的坐標是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))，白色的原子位于頂點和體心，個數(shù)為8×eq\f(1,8)＋1＝2，D原子位于晶胞內(nèi)，全部屬于晶胞，個數(shù)為4，根據(jù)化學式，推出D為Cu。(2)空間利用率是晶胞中球的體積與晶胞體積的比值，晶胞中球的體積為(4×eq\f(4,3)πreq\o\al(3,Cu)＋2×eq\f(4,3)πreq\o\al(3,O))×10－30cm3，晶胞的體積可以采用晶胞的密度進行計算，即晶胞的體積為eq\f(2×144,NA×d)cm3，因此空間利用率為eq\f(πdNA2r\o\al(3,Cu)＋r\o\al(3,O)×10－30,108)×100%。[答案](1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))Cu(2)eq\f(πdNA2r\o\al(3,Cu)＋r\o\al(3,O)×10－30,108)×100%(答案合理即可)[真題驗收]1．(1)(2020·全國卷Ⅰ，T35(4))LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有個。(a)LiFePO4(b)Li1－xFePO4(c)FePO4電池充電時，LiFePO4脫出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示，則x＝，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝。(2)(2020·全國卷Ⅲ，T35(4))氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好，是一種具有潛力的固體儲氫材料?；卮鹣铝袉栴}：研究發(fā)現(xiàn)，氨硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)分別為apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ＝g·cm－3(列出計算式，設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。[解析](1)由題圖可知，小白球表示鋰原子，由圖(a)知，每個晶胞中的鋰原子數(shù)為8×1/8＋4×1/4＋4×1/2＝4，故一個晶胞中有4個LiFePO4單元。由圖(b)知，Li1－xFePO4結(jié)構(gòu)中，一個晶胞含有13/4個鋰原子，此時鋰原子、鐵原子的個數(shù)比為13∶16，進而推出x＝3/16。設Li13Fe16(PO4)16中二價鐵離子的個數(shù)為a，三價鐵離子的個數(shù)為b，由2a＋3b＋13＝48，a＋b＝16，得到a∶b＝13∶3，即n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝13∶(2)氨硼烷的相對分子質(zhì)量為31，一個氨硼烷的2×2×2超晶胞中含有16個氨硼烷，該超晶胞的質(zhì)量為(31×16/NA)g，體積為2a×10－10cm×2b×10－10cm×2c×10－10cm＝8abc×10－30cm3，則氨硼烷晶體的密度為[62/(NAabc[答案](1)4eq\f(3,16)13∶3(2)eq\f(62,NAabc×10－30)2．(2020·全國卷Ⅱ，T35(3)(4))(1)CaTiO3的晶胞如圖(a)所示，其組成元素的電負性大小順序是；金屬離子與氧離子間的作用力為，Ca2＋的配位數(shù)是。(2)一種立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物光電材料的組成為Pb2＋、I－和有機堿離子CH3NHeq\o\al(＋,3)，其晶胞如圖(b)所示。其中Pb2＋與圖(a)中的空間位置相同，有機堿CH3NHeq\o\al(＋,3)中，N原子的雜化軌道類型是；若晶胞參數(shù)為anm，則晶體密度為g·cm－3(列出計算式)。圖(a)圖(b)[解析](1)O為非金屬元素，其電負性在三種元素中最大，Ca和Ti同為第四周期元素，金屬性Ca大于Ti，故電負性大小順序為O>Ti>Ca；金屬陽離子與O2－之間形成離子鍵；圖(a)晶胞中Ca2＋位于體心，O2－位于棱上，12條棱上每條棱上均有一個O2－，Ca2＋的配位數(shù)為12。(2)由圖(a)和圖(b)可以看出Pb2＋與Ti4＋空間位置相同；CH3NHeq\o\al(＋,3)中N原子與2個H原子、1個C原子形成三個共價鍵，與H＋形成一個配位鍵，故N原子的雜化軌道類型為sp3；利用均攤法可知圖(b)晶胞中I－個數(shù)是6×eq\f(1,2)＝3，CH3NHeq\o\al(＋,3)個數(shù)是8×eq\f(1,8)＝1，Pb2＋個數(shù)為1，晶胞體積為(a×10－7cm)3，則晶胞密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(620,a3×NA)×1021g·cm－3。[答案](1)O＞Ti＞Ca離子鍵12(2)Ti4＋sp3eq\f(620,a3×NA)×10213．(2020·山東學業(yè)水平等級考試，T17(1)(4))CdSnAs2是一種高遷移率的新型熱電材料，回答下列問題：(1)Sn為ⅣA族元素，單質(zhì)Sn與干燥Cl2反應生成SnCl4。常溫常壓下SnCl4為無色液體，SnCl4空間構(gòu)型為，其固體的晶體類型為。(2)以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子的分數(shù)坐標。四方晶系CdSnAs2的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，晶胞中部分原子的分數(shù)坐標如表所示。一個晶胞中有個Sn，找出距離Cd(0,0,0)最近的Sn(用分數(shù)坐標表示)。CdSnAs2晶體中與單個Sn鍵合的As有個。[解析](1)Sn為元素周期表中ⅣA族元素，最外層有4個電子，故SnCl4的中心原子Sn的價電子對數(shù)為4＋eq\f(4－4×1,2)＝4，且均為成鍵電子對，故SnCl4的空間構(gòu)型為正四面體型。由SnCl4常溫常壓下為液體的物理性質(zhì)可知SnCl4符合分子晶體的特點，故其為分子晶體。(2)由四方晶系CdSnAs2晶胞及原子的分數(shù)坐標可知，有4個Sn位于棱上，6個Sn位于面上，則屬于一個晶胞的Sn的個數(shù)為4×1/4＋6×1/2＝4。與Cd(0,0,0)最近的Sn原子為如圖所示的a、b兩個Sn原子，a位置的Sn的分數(shù)坐標為(0.5,0,0.25)，b位置的Sn的分數(shù)坐標為(0.5,0.5,0)。CdSnAs2晶體中Sn除與該晶胞中的2個As鍵合外，還與相鄰晶胞中的2個As鍵合，故晶體中單個Sn與4個As鍵合。[答案](1)正四面體型分子晶體(2)4(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)44．(1)(2019·全國卷Ⅰ)①一些氧化物的熔點如下表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔點/℃1570280023.8－75.5解釋表中氧化物之間熔點差異的原因。②圖(a)是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu)，Mg以金剛石方式堆積，八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中，填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖?？梢?，Cu原子之間最短距離x＝pm，Mg原子之間最短距離y＝pm。設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則MgCu2的密度是g·cm－3(列出計算表達式)。(a)(b)(2)(2019·全國卷Ⅱ)一種四方結(jié)構(gòu)的超導化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如圖2所示。圖1圖2圖中F－和O2－共同占據(jù)晶胞的上下底面位置，若兩者的比例依次用x和1－x代表，則該化合物的化學式表示為；通過測定密度ρ和晶胞參數(shù)，可以計算該物質(zhì)的x值，完成它們關(guān)系表達式：ρ＝g·cm－3。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數(shù)坐標，例如圖1中原子1的坐標為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，則原子2和3的坐標分別為、。(3)(2019·全國卷Ⅲ)①苯胺()的晶體類型是。苯胺與甲苯()的相對分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(－5.9℃)、沸點(184.4℃)分別高于甲苯的熔點(－95.0℃)、沸點(110.6℃)，原因是②NH4H2PO4中，電負性最高的元素是；P的雜化軌道與O的2p軌道形成鍵。③NH4H2PO4和LiFePO4屬于簡單磷酸鹽，而直鏈的多磷酸鹽則是一種復雜磷酸鹽，如：焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如下圖所示：這類磷酸根離子的化學式可用通式表示為(用n代表P原子數(shù))。[解析](1)②由圖(b)可知，立方格子面對角線長為eq\r(2)apm，即為4個Cu原子直徑之和，則Cu原子之間最短距離為eq\f(\r(2),4)apm。由圖(b)可知，若將每個晶胞分為8個小立方體，則Mg原子之間最短距離y為晶胞內(nèi)位于小立方體體對角線中點的Mg原子與頂點Mg原子之間的距離(如圖所示)，即小立方體體對角線長的一半，則y＝eq\f(a,2)pm×eq\r(3)×eq\f(1,2)＝eq\f(\r(3),4)apm。由圖(a)可知，每個晶胞含Mg原子8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8個，含Cu原子16個，則MgCu2的密度ρ＝eq\f(8×24＋16×64,a×10－103NA)g·cm－3。(2)由題圖可知，As、Sm都在晶胞的面上，該晶胞中As的原子個數(shù)＝4×1/2＝2，Sm的原子個數(shù)＝4×1/2＝2，F(xiàn)e在晶胞的棱上和體心，F(xiàn)e的原子個數(shù)＝1＋4×1/4＝2，F(xiàn)－和O2－在晶胞的頂點和上下底面，F(xiàn)－和O2－的個數(shù)和＝2×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝2，已知F－和O2－的比例依次為x和1－x，所以該物質(zhì)的化學式為SmFeAsO1－xFx。1個晶胞的質(zhì)量＝eq\f(2[281＋161－x＋19x],NA)g，晶胞的體積＝a2c×10－30cm3，所以晶胞的密度＝eq\f(2[281＋161－x＋19x],a2cNA×10－30)g·cm－3。根據(jù)圖1中原子1的坐標為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，可看出原子2的z軸為0，x、y軸均為eq\f(1,2)，則原子2的坐標為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2