全國版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)學(xué)案物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第3節(jié)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第3節(jié)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)考試說明1．了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。2．了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響。3．了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。4．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。5．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)。了解金屬晶體常見的堆積方式。6．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。命題規(guī)律本節(jié)是選修3的重要組成部分，在高考中占有極其重要的地位。高考主要考查晶體類型的判斷；晶體熔、沸點高低的比較；晶胞組成的計算；有關(guān)晶體密度的計算，而晶體密度的計算具有一定難度?？键c1晶體和晶胞1．晶體與非晶體2．獲得晶體的三條途徑(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)晶體與晶胞的關(guān)系：數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”構(gòu)成晶體。(3)晶胞中粒子數(shù)目的計算——均攤法：如某個粒子為n個晶胞所共有，則該粒子有eq\f(1,n)屬于這個晶胞。(1)具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體，如玻璃。(2)晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別：是否有自范性。(3)晶胞是從晶體中“截取”出來具有代表性的“平行六面體”，但不一定是最小的“平行六面體”。(4)區(qū)分晶體和非晶體最科學(xué)的方法是對固體進行X-射線衍射實驗。(5)長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算(6)非長方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占1/3。【基礎(chǔ)辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。(×)(2)晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律周期性地排列。(√)(3)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是測定其有無固定熔、沸點。(×)(4)通過X-射線衍射實驗的方法可以區(qū)分晶體和非晶體。(√)(5)立方晶胞中，頂點上的原子被4個晶胞共用。(×)(6)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖木w。(√)題組一晶體與非晶體的區(qū)別1．如圖是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，請認真觀察兩圖，判斷下列說法正確的是()A．兩種物質(zhì)在一定條件下都會自動形成有規(guī)則幾何外形的晶體B．Ⅰ形成的固體物理性質(zhì)有各向異性C．Ⅱ形成的固體一定有固定的熔點D．二者的X-射線衍射圖譜是相同的答案B解析由微觀結(jié)構(gòu)示意圖可知Ⅰ為晶體，Ⅱ為非晶體，晶體具有規(guī)則的幾何外形，具有各向異性和固定的熔點，用X-射線衍射實驗測定時，晶體內(nèi)部的微粒在空間呈現(xiàn)有規(guī)則的重復(fù)排列，非晶體則沒有這些性質(zhì)。2．如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，下列說法中正確的是()①a是晶體②a是非晶體③b是晶體④b是非晶體A．①④ B．②④C．①③ D．②③答案A解析晶體有固定的熔點，由圖a來分析，中間有一段溫度不變但一直在吸收能量，這段就代表a晶體在熔化；由b曲線可知，溫度一直在升高，所以找不出固定的熔點，b為非晶體。題組二晶胞中微粒個數(shù)的計算3．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∶1C．2∶2∶1 D．1∶3∶3答案A解析利用均攤法計算。據(jù)圖知，該正方體中A原子個數(shù)＝8×eq\f(1,8)＝1，B原子個數(shù)＝6×eq\f(1,2)＝3，C原子個數(shù)＝1，所以晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為1∶3∶1。4．(1)Ti的氧化物和CaO相互作用形成鈦酸鹽，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶胞中Ca2＋的配位數(shù)是________，該晶胞的化學(xué)式為________。(2)M原子的外圍電子排布式為3s23p5，與銅形成化合物的晶胞如圖所示(黑點代表銅原子)，該晶體的化學(xué)式為________。答案(1)12CaTiO3(2)CuCl解析(1)根據(jù)晶胞圖可知，距離Ca2＋最近且距離相等的O2－有12個，故Ca2＋的配位數(shù)為12，該晶胞中Ca2＋數(shù)目＝1，Ti4＋數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＝1，O2－數(shù)目＝12×eq\f(1,4)＝3，故化學(xué)式為CaTiO3。(2)根據(jù)M的外圍電子排布式為3s23p5，確定M為Cl元素，該晶胞中Cl原子數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Cu原子數(shù)目＝4，故化學(xué)式為CuCl?？键c2四類晶體的組成和性質(zhì)1．四種類型晶體的比較續(xù)表2．離子晶體的晶格能(1)定義：氣態(tài)離子形成1摩爾離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ·mol－1。(2)影響因素①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。②離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。(3)與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。(1)原子晶體一定含有共價鍵，而分子晶體可能不含共價鍵。(2)含陰離子的晶體中一定含有陽離子，但含陽離子的晶體中不一定含陰離子，如金屬晶體。(3)原子晶體的熔點不一定比離子晶體高，如石英的熔點為1710℃，MgO的熔點為2852℃。(4)金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的熔點高，如Na的熔點為97℃，尿素的熔點為132.7℃。(5)由原子形成的晶體不一定是原子晶體，如由稀有氣體形成的晶體是分子晶體。(6)依據(jù)導(dǎo)電性判斷晶體類型①離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時能導(dǎo)電。②原子晶體一般為非導(dǎo)體。③分子晶體為非導(dǎo)體，而分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和強極性非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動的離子，也能導(dǎo)電。④金屬晶體是電的良導(dǎo)體。(7)同種晶體熔點高低的比較①原子晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔點越高)如熔點：金剛石>碳化硅>硅。②離子晶體a．一般地說，離子所帶的電荷數(shù)越多(主要因素)，離子半徑越小，熔點就越高，如熔點：Al2O3>MgO>NaCl>CsCl。b．晶格能越大，離子晶體熔點越高。③分子晶體a．具有氫鍵的分子晶體熔點反常地高。如熔點：H2O>H2Te>H2Se>H2S。組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔點越高，如熔點：SnH4>GeH4>SiH4>CH4。b．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，其熔點越高，如熔點：CO>N2。c．對于有機物的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔點越低。如熔點：④金屬晶體金屬原子半徑越小，價電子數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬熔點越高，如熔點：Na<Mg<Al。【基礎(chǔ)辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。(×)(2)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。(√)(3)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(×)(4)原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高。(×)(5)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。(×)(6)碳有三種同素異形體：金剛石、石墨和C60，其熔點由高到低的順序為：C60>金剛石>石墨。(×)題組一晶體類型的判斷1．NF3可由NH3和F2在Cu催化劑存在下反應(yīng)直接得到：4NH3＋3F2eq\o(=,\s\up17(Cu))NF3＋3NH4F。上述化學(xué)方程式中的5種物質(zhì)沒有涉及的晶體類型為()A．離子晶體 B．分子晶體C．原子晶體 D．金屬晶體答案C解析NH3、F2、NF3屬于分子晶體，Cu屬于金屬晶體，NH4F2．現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(℃)數(shù)據(jù)：A組B組C組D組金剛石：3550Li：181HF：－83NaCl硅晶體：1410Na：98HCl：－115KCl硼晶體：2300K：64HBr：－89RbCl二氧化硅：1723Rb：39HI：－51MgO：2800℃據(jù)此回答下列問題：(1)由表格可知，A組熔點普遍偏高，據(jù)此回答：①A組屬于________晶體，其熔化時克服的粒子間的作用力是________。②二氧化硅的熔點高于硅，是由于_______________________。③硼晶體的硬度與硅晶體相對比：________。(2)B組晶體中存在的作用力是________，其共同的物理性質(zhì)是________(填序號)，可以用________理論解釋。①有金屬光澤②導(dǎo)電性③導(dǎo)熱性④延展性(3)C組中HF熔點反常是由于____________________。(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是________(填序號)。①硬度?、谒芤耗軐?dǎo)電③固體能導(dǎo)電④熔融狀態(tài)能導(dǎo)電(5)D組晶體中NaCl、KCl、RbCl的熔點由高到低的順序為________________，MgO晶體的熔點高于三者，其原因解釋為______________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①原子共價鍵②O的原子半徑小于Si的原子半徑，Si—O的鍵長小于Si—Si的鍵長，Si—O的鍵能大于Si—Si的鍵能③硼晶體大于硅晶體(2)金屬鍵①②③④電子氣(3)HF分子間能形成氫鍵(4)②④(5)NaCl>KCl>RbClMgO晶體為離子晶體，離子晶體中離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大，熔點越高解析(1)A組由非金屬元素組成，熔點很高，屬于原子晶體，熔化時需破壞共價鍵。由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔點高，硬度大。(2)B組都是金屬，存在金屬鍵，具有金屬晶體的性質(zhì)，可以用電子氣理論解釋相關(guān)物理性質(zhì)。(3)C組鹵化氫晶體屬于分子晶體，HF熔點高是由于分子之間形成了氫鍵。(4)D組是離子化合物，熔點高，具有離子晶體的性質(zhì)。(5)晶格能與離子電荷數(shù)和離子半徑有關(guān)，電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大，晶體熔點越高。題組二晶體熔點的比較3．下面的排序不正確的是()A．熔點由高到低：Na>Mg>AlB．硬度由大到?。航饎偸?gt;碳化硅>晶體硅C．晶體熔點由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4D．晶格能由大到?。篘aF>NaCl>NaBr>NaI答案A解析A項，金屬離子的電荷越多、半徑越小，其熔點越高，則熔點由高到低為Al>Mg>Na，錯誤；B項，鍵長越短，共價鍵越強，硬度越大，鍵長C—C<C—Si<Si—Si，則硬度由大到小為金剛石>碳化硅>晶體硅，正確；C項，組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，晶體的熔點越高，則晶體熔點由低到高順序為CF4<CCl4<CBr4<CI4，正確；D項，電荷相同的離子，離子半徑越小，晶格能越大，F(xiàn)、Cl、Br、I的離子半徑由小到大，則晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI，正確。4．下列各組物質(zhì)中，按熔點由高到低的順序排列正確的是()①Hg>I2>O2②SiO2>KCl>CO③Rb>K>Na④Al>Mg>Na⑤金剛石>晶體硅>二氧化硅>碳化硅⑥CI4>CBr4>CCl4>CF4>CH4⑦生鐵>純鐵>鈉>冰⑧KCl>NaCl>BaO>CaOA．①②④ B．②④⑥C．②⑥⑦ D．④⑥⑦答案B解析①常溫下，Hg為液態(tài)，I2為固態(tài)，O2為氣態(tài)，故熔點：I2>Hg>O2，錯誤；②SiO2為原子晶體，KCl為離子晶體，CO為分子晶體，故熔點：SiO2>KCl>CO，正確；③金屬鍵強度：Na>K>Rb，故熔點：Na>K>Rb，錯誤；④金屬鍵強度：Al>Mg>Na，故熔點：Al>Mg>Na，正確；⑤共價鍵強度：C—C>Si—O>Si—C>Si—Si，故熔點：金剛石>二氧化硅>碳化硅>晶體硅，錯誤；⑥CI4、CBr4、CCl4、CF4、CH4均屬于分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔點越高，正確；⑦合金的熔點低于其成分金屬，故熔點生鐵<純鐵，錯誤；⑧離子晶體熔點的高低取決于晶體中晶格能的大小，離子半徑越小，離子所帶電荷越多，晶格能越大，熔點越高。離子半徑：Ba2＋>Cl－>K＋>Ca2＋>O2－>Na＋，故熔點CaO>BaO>NaCl>KCl，錯誤?？键c3典型晶體模型1．四種典型晶體模型續(xù)表續(xù)表2．晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算(1)晶胞質(zhì)量＝晶胞占有的微粒的質(zhì)量＝晶胞占有的微粒數(shù)×eq\f(M,NA)。(2)空間利用率＝eq\f(晶胞占有的微粒體積,晶胞體積)。(3)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設(shè)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)。(1)判斷某種粒子周圍等距且緊鄰的粒子數(shù)目時，要注意運用三維想象法。如NaCl晶體中，Na＋周圍的Na＋數(shù)目(Na＋用“”表示)：每個面上有4個，共計12個。(2)簡單立方堆積屬非密堆積方式；體心立方堆積屬密堆積方式；面心立方堆積和六方堆積屬最密堆積方式。(3)石墨晶體模型石墨晶體是混合型晶體，呈層狀結(jié)構(gòu)。同層內(nèi)碳原子以共價鍵形成正六邊形平面結(jié)構(gòu)，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。層與層之間以分子間作用力結(jié)合。所以石墨晶體熔、沸點很高，但硬度不大，有滑膩感，能導(dǎo)電?！净A(chǔ)辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)1mol金剛石和SiO2中含有的共價鍵數(shù)目均為4NA。(×)(2)金剛石網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價鍵形成的碳原子環(huán)中，最小的環(huán)上有6個碳原子。(√)(3)氯化鈉晶體中，每個Na＋周圍距離相等且最近的Na＋共有6個。(×)(4)冰中包含的作用力有范德華力、氫鍵和共價鍵。(√)(5)金屬晶體能導(dǎo)電是因為金屬晶體在外加電場作用下可失去電子。(×)題組一根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)判斷晶體類型1．碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：回答下列問題：(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為________。(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為________、________。(3)C60屬于________晶體，石墨屬于________晶體。(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C鍵的鍵長為142pm，而金剛石中C—C鍵的鍵長為154pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的________共價鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在________共價鍵，還有________鍵。答案(1)同素異形體(2)sp3sp2(3)分子混合(4)σσπ(或大π)解析(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互稱為同素異形體。(2)金剛石中碳原子與相鄰四個碳原子形成4個共價單鍵，C原子采取sp3雜化方式；石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結(jié)合。(3)C60中構(gòu)成微粒是分子，所以屬于分子晶體；石墨的層內(nèi)原子間以共價鍵結(jié)合，層與層之間以范德華力結(jié)合，所以石墨屬于混合晶體。(4)在金剛石中只存在C—C之間的σ鍵；石墨層內(nèi)的C—C之間不僅存在σ鍵，還存在π鍵。2．有A、B、C三種晶體，分別由H、C、Na、Cl四種元素中的一種或幾種組成，對這三種晶體進行實驗，結(jié)果如表：熔點/℃硬度水溶性導(dǎo)電性水溶液與Ag＋反應(yīng)A811較大易溶水溶液或熔融導(dǎo)電白色沉淀B3500很大不溶不導(dǎo)電不反應(yīng)C－114.2很小易溶液態(tài)不導(dǎo)電白色沉淀(1)晶體的化學(xué)式分別為A__________、B__________、C________。(2)晶體的類型分別是A________、B________、C________。(3)晶體中微粒間作用力分別是A________、B________、C________。答案(1)NaClCHCl(2)離子晶體原子晶體分子晶體(3)離子鍵共價鍵范德華力解析根據(jù)所述A、B、C晶體的性質(zhì)可知，A為離子晶體，只能為NaCl，微粒間的作用力為離子鍵，B應(yīng)為原子晶體，只能為金剛石，微粒間的作用力為共價鍵；C應(yīng)為分子晶體，且易溶，只能為HCl，微粒間的作用力為范德華力。題組二常見晶胞結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算3．(1)銅是第四周期最重要的過渡元素之一，已知CuH晶體結(jié)構(gòu)單元如右圖所示。該化合物的密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則該晶胞中Cu原子與H原子之間的最短距離為________cm(用含ρ和NA的式子表示)。(2)CuFeS2的晶胞如圖所示，晶胞參數(shù)a＝0.524nm，b＝0.524nm，c＝1.032nm；CuFeS2的晶胞中每個Cu原子與__________個S原子相連，列式計算晶體密度ρ＝______________。(3)NaH具有NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，已知NaH晶體的晶胞參數(shù)a＝488pm，Na＋半徑為102pm，H－的半徑為________，NaH的理論密度是______g·cm－3。答案(1)eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4×65,ρNA))(2)4eq\f(4×184g·mol－1,0.524×10－7cm2×1.032×10－7cm×6.02×1023mol－1)≈4.31g·cm－3(3)142pm1.37解析(1)CuH晶胞中有Cu原子數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有H原子數(shù)目＝4，則晶胞的邊長＝eq\r(3,\f(4×65,NA·ρ))cm，則Cu原子與H原子之間的最短距離＝eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4×65,ρNA))cm。(2)根據(jù)晶胞圖可知，每個Cu原子與4個S原子相連，該晶胞中含有Cu原子數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4，含有Fe原子數(shù)目＝4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有S原子數(shù)目＝8個，故化學(xué)式為CuFeS2，該晶體密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×64＋56＋32×2g·mol－1,0.524×10－7cm2×1.032×10－7cm×6.02×1023mol－1)≈4.31g·cm－3。(3)由NaCl晶胞可知，NaH晶胞中Na＋位于棱上和體心，H－位于頂點和面心，故NaH晶胞的邊長相當(dāng)于H－的直徑和Na＋的直徑之和，故H－的半徑為eq\f(488pm－102pm×2,2)＝142pm。NaH晶胞中含有4個Na＋和4個H－，則該晶體的密度為eq\f(24×4,6.02×1023)g÷(488×10－10cm)3≈1.37g·cm－3。晶胞各物理量的計算對于立方晶胞，可簡化成下面的公式進行各物理量的計算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱長，ρ表示密度，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，n表示1mol晶胞中所含晶體的物質(zhì)的量，M表示晶體的摩爾質(zhì)量。(1)計算晶體密度的方法(2)計算晶體中微粒間距離的方法1．[2017·高考題組](1)[全國卷Ⅰ]鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：①K和Cr屬于同一周期，且核外最外層電子構(gòu)型相同，但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低，原因是_________________________________________________________________________________。②KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料，具有鈣鈦礦型的立體結(jié)構(gòu)，邊長為a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與O間的最短距離為________nm，與K緊鄰的O個數(shù)為________。③在KIO3晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于________位置，O處于________位置。(2)[全國卷Ⅱ]我國科學(xué)家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)?；卮鹣铝袉栴}：R的晶體密度為dg·cm－3，其立方晶胞參數(shù)為anm，晶胞中含有y個[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]單元，該單元的相對質(zhì)量為M，則y的計算表達式為_________________________________________________。(3)[全國卷Ⅲ]研究發(fā)現(xiàn)，在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2＋3H2=CH3OH＋H2O)中，Co氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應(yīng)用前景?；卮鹣铝袉栴}：MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420nm，則r(O2－)為________nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a′＝0.448nm，則r(Mn2＋)為________nm。答案(1)①K原子半徑較大且價電子數(shù)較少，金屬鍵較弱②0.31512③體心棱心(2)eq\f(602a3d,M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(a3dNA,M)×10－21))(3)0.1480.076解析(1)①Cr的原子半徑小于K且其價電子數(shù)較多，則Cr的金屬鍵強于K，故Cr的熔、沸點較高。②K與O間的最短距離為eq\f(\r(2),2)a＝eq\f(\r(2),2)×0.446nm≈0.315nm；由于K、O分別位于晶胞的頂角和面心，所以與K緊鄰的O原子為12個。③根據(jù)KIO3的化學(xué)式及晶胞結(jié)構(gòu)可畫出KIO3的另一種晶胞結(jié)構(gòu)，如圖，可看出K處于體心，O處于棱心。(2)晶胞的質(zhì)量為dg/cm3×(a×10－7cm)3＝a3d×10－21g，NA個該單元的質(zhì)量為Mg，則eq\f(a3d×10－21g,y)＝eq\f(M,NA)，故y＝eq\f(602a3d,M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(a3dNA,M)×10－21))。(3)因為O2－采用面心立方最密堆積方式，面對角線是O2－半徑的4倍，即4r(O2－)＝eq\r(2)a，解得r(O2－)≈0.148nm；根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，棱上陰陽離子相切，因此2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝0.448nm，所以r(Mn2＋)＝0.076nm。2．[2016·高考題組](1)[全國卷Ⅰ改編]下圖為Ge單晶的晶胞。已知a＝565.76pm，其密度為________g·cm－3(列出計算式即可)。(2)[全國卷Ⅱ]某鎳白銅合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。①晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為________。②若合金的密度為dg·cm－3，晶胞參數(shù)a＝________nm。(3)[全國卷Ⅲ]GaAs的熔點為1238℃，密度為ρg·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。該晶體的類型為____________，Ga與As以________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半徑分別為rGapm和rAspm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為__________。答案(1)eq\f(8×73,6.02×565.763)×107(2)①3∶1②eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(251,6.02×1023×d)))eq\f(1,3)×107(3)原子晶體共價eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ga)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%解析(1)1個晶胞含有8個鍺原子，ρ＝eq\f(8×73,6.02×565.763)×107g·cm－3。(2)①Cu原子位于面心，個數(shù)為6×eq\f(1,2)＝3，Ni原子位于頂點，個數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，銅原子與鎳原子的數(shù)量比為3∶1。②以該晶胞為研究對象，則eq\f(64×3＋59,NA)g＝dg·cm－3×(a×10－7cm)3，解得a＝eq\r(3,\f(251,6.02×1023×d))×107。(3)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，As原子與Ga原子形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，結(jié)合GaAs的熔點知GaAs是原子晶體。首先用均攤法計算出1個晶胞中含有As原子的個數(shù)：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，再通過觀察可知1個晶胞中含有4個Ga原子。4個As原子和4個Ga原子的總體積V1＝4×eq\b\lc\(\rc\(\a\vs4\al\co1())eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,As)＋eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Ga)eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1())cm3；1個晶胞的質(zhì)量為4個As原子和4個Ga原子的質(zhì)量之和，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4MAs,NA)＋\f(4MGa,NA)))g，所以1個晶胞的體積V2＝eq\f(4,ρNA)(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得結(jié)果。3．[2015·高考題組](1)[全國卷Ⅱ]A、B、C、D為原子序數(shù)依次增大的四種元素，A2－和B＋具有相同的電子構(gòu)型；C、D為同周期元素，C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍；D元素最外層有一個未成對電子?；卮鹣铝袉栴}：A和B能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，晶胞參數(shù)a＝0.566nm，F(xiàn)的化學(xué)式為________；晶胞中A原子的配位數(shù)為________；列式計算晶體F的密度________________________________________________________________________________________。(2)[四川高考]X、Z、Q、R、T、U分別代表原子序數(shù)依次增大的短周期元素。X和R屬同族元素；Z和U位于第ⅦA族；X和Z可形成化合物XZ4；Q基態(tài)原子的s軌道和p軌道的電子總數(shù)相等；T的一種單質(zhì)在空氣中能夠自燃。X所在周期元素最高價氧化物對應(yīng)的水化物中，酸性最強的是____________(填化學(xué)式)；Z和U的氫化物中沸點較高的是____________(填化學(xué)式)；Q、R、U的單質(zhì)形成的晶體，熔點由高到低的排列順序是____________(填化學(xué)式)。答案(1)Na2O8eq\f(4×62g·mol－1,0.566×10－7cm3×6.02×1023mol－1)≈2.27g·cm－3(2)HNO3HFSi、Mg、Cl2解析(1)C的核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍，則C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序數(shù)依次增大，且B存在離子形式，所以C應(yīng)為P，D的最外層只有一個未成對電子，且C、D同周期，所以D為Cl。A2－和B＋的電子層結(jié)構(gòu)相同，則A為O，B為Na。由晶胞圖知，小球有8個，大球有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，所以化學(xué)式為Na2O。小球為Na，大球為O。A為O，由晶胞結(jié)構(gòu)知，面心上的1個O連有4個Na，在相鄰的另一個晶胞中，O也連有4個Na，故O的配位數(shù)為8。1個晶胞中含有4個Na2O，根據(jù)密度公式有：ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×62g·mol－1,NA·a3)＝eq\f(4×62g·mol－1,6.02×1023mol－1×0.566×10－7cm3)≈2.27g·cm－3。(2)根據(jù)題目信息可推知X、Z、Q、R、T、U分別為C、F、Mg、Si、P、Cl。X位于第二周期，該周期元素最高價氧化物對應(yīng)的水化物中，酸性最強的是HNO3；HF分子間存在氫鍵，所以HF的沸點高于HCl的；Mg為金屬晶體，Si單質(zhì)為原子晶體，Cl2為分子晶體，故熔點Si>Mg>Cl2。時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(每題6分，共54分)1．關(guān)于晶體的敘述中，正確的是()A．原子晶體中，共價鍵的鍵能越大，熔、沸點越高B．分子晶體中，分子間的作用力越大，該分子越穩(wěn)定C．分子晶體中，共價鍵的鍵能越大，熔、沸點越高D．某晶體溶于水后，可電離出自由移動的離子，該晶體一定是離子晶體答案A解析B項，分子的穩(wěn)定性取決于分子內(nèi)部共價鍵的強弱，與分子間作用力無關(guān)；C項，分子晶體熔、沸點的高低，取決于分子間作用力的大?。籇項，也可能是分子晶體，如HCl。2．[2017·宜昌模擬]下列說法正確的是()A．鈦和鉀都采取圖1的堆積方式B．圖2為金屬原子在二維空間里的非密置層放置，此方式在三維空間里堆積，僅得簡單立方堆積C．圖3是干冰晶體的晶胞，晶胞棱長為acm，則在每個CO2周圍最近且等距離的CO2有8個D．圖4是一種金屬晶體的晶胞，它是金屬原子在三維空間以密置層采取ABCABC…堆積的結(jié)果答案D解析圖1表示的堆積方式為六方最密堆積，K采用體心立方堆積，A錯誤；B在二維空間里的非密置層放置，在三維空間得到體心立方堆積，B錯誤；干冰晶體的晶胞屬于面心立方晶胞，配位數(shù)為12，即每個CO2周圍距離相等的CO2分子有12個，C錯誤；該晶胞類型為面心立方，金屬原子在三維空間里密置層采取ABCABC堆積，D正確。3．下列有關(guān)離子晶體的數(shù)據(jù)大小比較不正確的是()A．熔點：NaF>MgF2>AlF3B．晶格能：NaF>NaCl>NaBrC．陰離子的配位數(shù)：CsCl>NaCl>CaF2D．硬度：MgO>CaO>BaO答案A解析由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所帶電荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的離子鍵依次增強，晶格能依次增大，故熔點依次升高。r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次減小。在CsCl、NaCl、CaF2中陰離子的配位數(shù)分別為8、6、4。r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO的晶格能依次減小，硬度依次減小。4．某離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)中最小重復(fù)單元如圖所示。A為陰離子，在正方體內(nèi)，B為陽離子，分別在頂點和面心，則該晶體的化學(xué)式為()A．B2A B．BA2C．B7A4 D．B4答案B解析A在正方體內(nèi)，晶胞中的8個A離子完全被這1個晶胞占有，B分別在頂點和面心，頂點上的離子被1個晶胞占有eq\f(1,8)，面心上的離子被1個晶胞占有eq\f(1,2)，所以1個晶胞實際占有的B離子為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，則該晶體的化學(xué)式為BA2。5．高溫下，超氧化鉀晶體(KO2)呈立方體結(jié)構(gòu)。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞(晶體中最小的重復(fù)單元)。則下列有關(guān)說法正確的是()A．與K＋最近且距離相等的K＋有6個B．超氧化鉀的化學(xué)式為KO2，每個晶胞含有1個K＋和1個Oeq\o\al(－,2)C．晶體中與每個K＋距離最近的Oeq\o\al(－,2)有6個D．晶體中，所有原子之間都以離子鍵相結(jié)合答案C解析根據(jù)題給信息，超氧化鉀晶體是面心立方晶體，超氧化鉀晶體(KO2)是離子化合物，陰、陽離子分別為Oeq\o\al(－,2)、K＋，晶體中K＋與Oeq\o\al(－,2)間形成離子鍵，Oeq\o\al(－,2)中O—O鍵為共價鍵。作為面心立方晶體，每個晶胞中含有K＋：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(個)，Oeq\o\al(－,2)：1＋12×eq\f(1,4)＝4(個)，晶胞中與每個K＋最近且距離相等的Oeq\o\al(－,2)有6個，最近且距離相等的K＋有12個。6．某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是()A．3∶9∶4 B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶4答案B解析A粒子數(shù)為6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)；B粒子數(shù)為6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2；C粒子數(shù)為1；故A、B、C粒子數(shù)之比為1∶4∶2。7．下列各組晶體物質(zhì)中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是()①SiO2與SO3②C3N4(硬度大，熔點高)與SiC③CO2與SO2④晶體氖與晶體氮⑤NaCl與AlCl3⑥NH4Cl與NaOH⑦MgCl2與SiCl4A．①③⑥ B．②③⑥C．②④⑥ D．⑤⑥⑦答案B解析①SiO2為原子晶體，SO3為分子晶體，錯誤；②C3N4與SiC均是含有共價鍵的原子晶體，正確；③CO2與SO2分子中都只含極性共價鍵，都屬于分子晶體，正確；④晶體氖與晶體氮都是分子晶體，但晶體氖中不含化學(xué)鍵，晶體氮的分子中含有共價鍵，錯誤；⑤NaCl為離子晶體，AlCl3為分子晶體，錯誤；⑥NH4Cl與NaOH均為離子晶體，均含有離子鍵和共價鍵，正確；⑦MgCl2屬于離子晶體，SiCl4屬于分子晶體，錯誤。8．下列有關(guān)說法不正確的是()A．水合銅離子的模型如圖1所示，1個水合銅離子中有4個配位鍵B．CaF2晶體的晶胞如圖2所示，每個CaF2晶胞平均占有4個Ca2＋C．H原子的電子云圖如圖3所示，H原子核外大多數(shù)電子在原子核附近運動D．金屬銅中Cu原子堆積模型如圖4，為最密堆積，每個Cu原子的配位數(shù)均為12答案C解析從圖1可以看出水合銅離子中有1個銅離子和4個配位鍵，A正確；按均攤法，每個晶胞中有Ca2＋：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B正確；H原子只有1個電子，電子云中點的疏密程度表示電子出現(xiàn)的機率密度，C錯誤；從圖4中可以看出中心的銅原子的配位數(shù)為12，D正確。9．以NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法錯誤的是()A．18g冰(圖1)中含O—H鍵數(shù)目為2NAB．28g晶體硅(圖2)中含有Si—Si鍵數(shù)目為2NAC．44g干冰(圖3)中含有NA個晶胞結(jié)構(gòu)單元D．石墨烯(圖4)是碳原子單層片狀新材料，12g石墨烯中含C—C鍵數(shù)目為1.5NA答案C解析1個水分子中含有2個O—H鍵，18g冰的物質(zhì)的量為1mol，含O—H鍵數(shù)目為2NA，A項正確；28g晶體硅中含有1molSi原子，每個硅原子與其他4個Si形成4個Si—Si鍵，每個硅原子形成的共價鍵為eq\f(1,2)×4＝2，則1mol單質(zhì)硅含有2molSi—Si鍵，B項正確；1個晶胞結(jié)構(gòu)單元含有4個二氧化碳分子，44g干冰中含有晶胞結(jié)構(gòu)單元個數(shù)小于NA個，C項錯誤；在石墨烯中，每個碳原子形成3個共價鍵，所以每個碳原子實際占化學(xué)鍵為1.5個，12g石墨烯即1mol所含碳碳鍵數(shù)目為1.5NA，D項正確。二、非選擇題(共46分)10．(16分)砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等?；卮鹣铝袉栴}：(1)基態(tài)Ga原子的核外電子排布式為[Ar]________。(2)根據(jù)元素周期律，元素的電負性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一電離能B________Ga；BF3和NH3的分子能夠通過配位鍵相結(jié)合的原因是________。(3)殺蟲劑Na3AsO4中陰離子的空間構(gòu)型為________，As原子采取________雜化。(4)組成相似的GaF3和GaCl3晶體，前者屬于離子晶體，后者屬于分子晶體，從F－和Cl－結(jié)構(gòu)的不同分析其原因是_____________。(5)原子晶體GaAs的晶胞參數(shù)a＝xpm，它的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶胞內(nèi)部存在的共價鍵數(shù)為________；A原子距離B原子所在六面體的側(cè)面的最短距離為________(用x表示)pm；該晶體的密度為________g·cm－3。(阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示)答案(1)3d104s24p1(2)小于大于NH3中的N具有孤對電子，BF3中的B核外具有空軌道(3)正四面體sp3(4)Cl－的電子層數(shù)比F－的多，離子半徑比F－的大(5)160.25xeq\f(5.8×1032,x3·NA)解析(3)AsOeq\o\al(3－,4)中As原子的雜化軌道數(shù)為eq\f(5＋3,2)＝4，所以AsOeq\o\al(3－,4)的空間構(gòu)型為正四面體。As原子采取sp3雜化。(5)由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知每個Ga原子與4個As原子形成4個共價鍵，4個Ga原子共形成16個共價鍵；Ga原子距離As原子所在六面體的側(cè)面的最短距離為0.25xpm。1個晶胞中含有4個GaAs，故該晶體的密度為eq\f(70＋75×4,NA)g÷(x×10－10cm)3＝eq\f(5.8×1032,x3·NA)g·cm－3。11．(15分)確定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素是物質(zhì)結(jié)構(gòu)。請回答下列問題。(1)A、B、C、D為四種晶體，性質(zhì)如下：A．固態(tài)時能導(dǎo)電，能溶于鹽酸B．能溶于CS2，不溶于水C．固態(tài)時不導(dǎo)電，液態(tài)時能導(dǎo)電，可溶于水D．固態(tài)、液態(tài)時均不導(dǎo)電，熔點為3500℃