2025版新教材高考化學一輪復習第4章物質結構與性質第4節(jié)不同聚集狀態(tài)的物質與性質學案魯科版

PAGE23-第4節(jié)不同聚集狀態(tài)的物質與性質考試評價解讀1．能說出晶體與非晶體的區(qū)分，能結合實例描述晶體中微粒排列的周期性規(guī)律；能說明分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體的區(qū)分，能結合實例說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。2．能從微粒的空間排布及其相互作用的角度對生產、生活、科學探討中的簡潔案例進行分析。能舉例說明人類對物質結構的相識會不斷發(fā)展，并簡潔說明帶來這些發(fā)展的緣由。3．能說明分子光譜、X射線衍射等試驗手段在物質結構探討中的作用。4．能舉例說明物質在原子、分子、超分子、聚集態(tài)等不同尺度上的結構特點對物質性質的影響，能舉例說明結構探討對于發(fā)覺、制備新物質的作用。5．能相識到化學已經發(fā)展成為試驗和理論并重的學科，能觀賞物質結構的探討及其理論發(fā)展對化學學科發(fā)展的貢獻。核心素養(yǎng)達成宏觀辨識與微觀探析相識晶胞及晶體的類型，能從不同角度分析晶體的組成微粒、結構特點，能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。證據推理與模型認知能運用典型晶體模型推斷晶體的結構特點及組成，并能進行相關計算。改變觀念與平衡思想相識不同晶體類型的特點，能從多角度、動態(tài)地分析不同晶體的組成及相應物質的性質。科學精神與社會責任從物質結構的探討中相識到理論與實踐結合的重要作用，贊許物質結構探討及其理論對化學學科發(fā)展的巨大貢獻。晶體學問晶體的結構模型[以練帶憶]1．下列物質中前者為晶體，后者為非晶體的是()A．白磷、藍礬 B．陶瓷、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。2．下面有關晶體的敘述中，不正確的是()A．金剛石網狀結構中，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B．氯化鈉晶體中，每個Na＋四周距離相等且緊鄰的Na＋共有6個C．氯化銫晶體中，每個Cs＋四周等距且緊鄰8個Cl－D．干冰晶體中，每個CO2分子四周等距且緊鄰12個CO2分子B解析：氯化鈉晶體中，每個Na＋四周距離相等且緊鄰的Na＋共有12個。3．下列是幾種常見的晶胞結構，填寫晶胞中含有的微粒數(shù)。A．NaCl(含________個Na＋，________個Cl－)B．干冰(含________個CO2)C．CaF2(含________個Ca2＋，________個F－)D．金剛石(含________個C)E．體心立方(含________個原子)F．面心立方(含________個原子)答案：A．44B．4C．48D．8E．2F．4[練后梳理]1．晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的比較晶體非晶體結構特征結構微粒周期性有序排列結構微粒無序排列性質特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性各向同性二者區(qū)分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射線衍射試驗(2)得到晶體的途徑①熔融態(tài)物質凝固。②氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)干脆凝固(凝華)。③溶質從溶液中析出。(3)晶胞①定義：描述晶體結構的基本單元。②晶體中晶胞的排列——無隙并置無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。并置：全部晶胞平行排列、取向相同。2．常見晶體結構模型(1)共價晶體(金剛石和二氧化硅)①金剛石晶體中，每個C原子與另外4個C原子形成共價鍵，C—C之間的夾角是109°28′，最小的環(huán)是六元環(huán)。含有1molC的金剛石中，形成的共價鍵有2mol。②SiO2晶體中，每個Si原子與4個O原子成鍵，每個O原子與2個硅原子成鍵，最小的環(huán)是十二元環(huán)，在“硅氧”四面體中，處于中心的是Si原子，1molSiO2中含有4molSi—O鍵。(2)分子晶體①干冰晶體中，每個CO2分子四周等距且緊鄰的CO2分子有12個。②冰的結構模型中，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”。(3)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。(4)石墨晶體石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是分子間作用力，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2，C原子實行的雜化方式是sp2。(5)常見金屬晶體的結構常見金屬晶胞Cu、Ag、AuNa、K、FeMg、Zn、Ti等距緊鄰微粒數(shù)的計算推斷某種微粒四周等距且緊鄰的微粒數(shù)目時，要留意運用三維想象法。如NaCl晶體中，Na＋四周的Na＋數(shù)目(Na＋用“”表示)：每個面上有4個，共計12個。晶體的類型和性質[以練帶憶]1．(雙選)下列說法正確的是()A．Na2O和SiO2熔化克服的作用力屬于同種類型B．氯化鈉和HCl溶于水克服的作用力均是離子鍵C．HF、HCl、HBr、HI中的熔點HF反常高的緣由是HF分子之間能形成氫鍵D．某晶體的熔點為112.8℃，溶于CS2、CCl4等溶劑，可推導該晶體可能為分子晶體答案：CD2．下列各組物質中，按熔點由低到高的依次排列正確的是()①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2③Na、K、Rb ④Na、Mg、AlA．①③B．①④C．②③D．②④D解析：O2在常溫下為氣態(tài)，Hg在常溫下為液態(tài)，而I2為固態(tài)，故①錯；SiO2為共價晶體，其熔點最高，CO是分子晶體，其熔點最低，故②正確；Na、K、Rb價電子數(shù)相同，其原子半徑依次增大，金屬鍵依次減弱，熔點漸漸降低，故③錯；Na、Mg、Al價電子數(shù)依次增多，原子半徑漸漸減小，金屬鍵依次增加，熔點漸漸上升，故④正確。[練后梳理]四種晶體類型的比較類型比較分子晶體共價晶體金屬晶體離子晶體構成微粒分子原子金屬陽離子和自由電子陰、陽離子微粒間的相互作用力分子間作用力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像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(1)離子晶體中不肯定都含有金屬元素，如NH4Cl是離子晶體；金屬元素和非金屬元素組成的晶體不肯定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體；含有金屬離子的晶體不肯定是離子晶體，如金屬晶體中含有金屬離子。(2)含陰離子的晶體中肯定含有陽離子，但含陽離子的晶體中不肯定含有陰離子，如金屬晶體。(3)金屬晶體的熔點不肯定比分子晶體的熔點高，如Na的熔點為98℃，尿素的熔點為132.7℃。考點1晶體熔、沸點的比較[抓本質·悟考法]完成下列填空：(1)K和Cr屬于同一周期，且核外最外層電子構型相同，但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低，緣由是_____________________。(2)比較下列鍺鹵化物的熔點和沸點，分析其改變規(guī)律及緣由__________________________________________________________。GeCl4GeBr4GeI4熔點/℃－49.526146沸點/℃83.1186約400(3)用“>”“<”或“＝”填空：第一電離能的大小：Mg________Al；熔點的凹凸：KCl________MgO。(4)Mg、Si、Cl的單質形成的晶體熔點由高到低的排列依次是________________________________________________(填化學式)。(5)H2O分子內的O—H、分子間的范德華力和氫鍵從強到弱依次為___________________________________________________。(6)的沸點比高，緣由是__________________________________________________________________。(7)CO2、H2、CH3OH、H2O的沸點由高到低的依次為__________________________，緣由是______________________________?！窘忸}關鍵點】解答本題應留意以下兩點：(1)比較物質的熔、沸點凹凸，首先分析物質的晶體類型，然后分別依據不同晶體分析影響物質熔、沸點凹凸的緣由。(2)對于部分由分子構成的物質，留意氫鍵對物質熔、沸點的影響?！疽族e失分點】(1)忽視氫鍵對物質熔、沸點的影響，對分子內氫鍵和分子間氫鍵對物質熔、沸點影響規(guī)律不能嫻熟駕馭，導致錯誤。(2)對于某些物質不能從熔、沸點凹凸的規(guī)律分析時，不能變通分析物質常溫下的狀態(tài)。[自主解答]__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________答案：(1)K的原子半徑較大且價電子數(shù)較少，金屬鍵較弱(2)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高。緣由是分子結構相像，相對分子質量依次增大，分子間相互作用力漸漸增加(3)><(4)Si>Mg>Cl2(5)O—H>氫鍵>范德華力(6)形成分子內氫鍵，而形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大(7)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O與CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多；CO2與H2均為非極性分子，CO2的相對分子質量較大，范德華力較大[多角度·突破練]?角度1比較晶體熔、沸點凹凸1．下列有關性質的比較，不正確的是()A．沸點由高到低：正戊烷>異戊烷>新戊烷B．硬度由大到?。航饎偸?gt;碳化硅>晶體硅C．晶體熔點由高到低：Na>Mg>AlD．沸點由高到低：對羥基苯甲醛()>鄰羥基苯甲醛()C解析：有機物的同分異構體，支鏈越多，沸點越低，故沸點由高到低：正戊烷>異戊烷>新戊烷，A選項正確。金剛石、碳化硅和硅形成的均是共價晶體，其硬度與原子半徑有關系，形成共價鍵的原子半徑越小，硬度越大，則硬度由大到?。航饎偸咎蓟瑁揪w硅，B選項正確。鈉、鎂、鋁形成的晶體均是金屬晶體，其熔點與金屬陽離子的半徑以及所帶電荷數(shù)有關系，離子半徑越小，電荷數(shù)越多，熔點越高，則熔點由低到高：Na＜Mg＜Al，C選項錯誤。鄰羥基苯甲醛的兩個基團靠得很近，能形成分子內氫鍵，使熔、沸點降低；而對羥基苯甲醛能夠形成分子間氫鍵，使熔、沸點上升，所以對羥基苯甲醛的熔、沸點比鄰羥基苯甲醛高，D選項正確。2．(2024·海南模擬)依據相關原理推斷，下列排序錯誤的是()A．熔點：氧化鎂>硫化鈣B．沸點：乙醚>乙二醇C．水溶性：苯酚>聚乙烯D．熱穩(wěn)定性：草酸鈉>草酸氫鈉B解析：離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷越多，熔、沸點越高，O2－的半徑小于S2－，Mg2＋的半徑小于Ca2＋，則熔點：MgO＞CaS，A正確；乙二醇含有—OH，分子之間能夠形成氫鍵，其強度大于乙醚分子之間的范德華力，因此沸點：乙二醇＞乙醚，B錯誤；苯酚中含有—OH，是親水基，使得苯酚微溶于冷水，在65℃時與水混溶，而聚乙烯是高分子化合物，沒有親水基，使其難溶于水，則水溶性：苯酚＞聚乙烯，C正確；草酸氫鈉與草酸鈉可類比于NaHCO3和Na2CO3的熱穩(wěn)定性進行比較，則熱穩(wěn)定性：草酸鈉＞草酸氫鈉，D正確。3．下列有關物質性質的比較錯誤的是()A．熔點：MgO＞CaO＞KClB．沸點：AsH3＞PH3＞NH3C．離子半徑：S2－＞Cl－＞Ca2＋D．穩(wěn)定性：H2O＞H2S＞H2SeB解析：離子半徑：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔點：MgO＞CaO；離子半徑：K＋＞Ca2＋，Cl－＞O2－，且CaO中兩種離子所帶電荷均比KCl中兩種離子所帶電荷多，故熔點：CaO＞KCl，所以物質熔點由高到低的依次為MgO＞CaO＞KCl，A正確。NH3分子間存在氫鍵，使其熔、沸點在三種物質中最高，B錯誤。S2－、Cl－、Ca2＋具有相同的電子層結構，離子的核電荷數(shù)越大，離子半徑越小，則離子半徑：S2－＞Cl－＞Ca2＋，C正確。O、S、Se是同一主族元素，由于元素的非金屬性：O＞S＞Se，而元素的非金屬性越強，其形成的簡潔氫化物的穩(wěn)定性就越強，故簡潔氫化物穩(wěn)定性：H2O＞H2S＞H2Se，D正確。晶體熔、沸點的凹凸的比較(1)不同類型晶體熔、沸點的比較①不同類型晶體的熔、沸點凹凸的一般規(guī)律：共價晶體＞離子晶體＞分子晶體。②金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點很高，汞、銫等熔、沸點很低。(2)同種類型晶體熔、沸點的比較①共價晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點越高)如熔點：金剛石＞碳化硅＞硅。②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，則晶格能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。③分子晶體a．分子間的范德華力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b．組成和結構相像的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．組成和結構不相像的分子晶體(相對分子質量接近)，其分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3Cl＞CH3CH3。d．同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。④金屬晶體金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，如熔、沸點：Na＜Mg＜Al。?角度2依據物質的熔、沸點推斷晶體類型4．下列數(shù)據是對應物質的熔點(℃)，據此作出的下列推斷中錯誤的是()物質Na2ONaClAlF3AlCl3熔點/℃9208011291190物質BCl3Al2O3干冰SiO2熔點/℃－1072073－571723A．鋁的化合物形成的晶體中有的是離子晶體B．表中只有BCl3和干冰是分子晶體C．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體B解析：由表格中的數(shù)據可知，氯化鋁的熔點較低，屬于分子晶體，而氧化鋁、氟化鋁的熔點較高，為離子晶體，故A正確；AlCl3、BCl3和干冰是分子晶體，沸點都較低，故B錯誤；C和Si同主族，但氧化物的晶體類型不同，分別屬于分子晶體和共價晶體，故C正確；Na和Al不同主族，對應的氧化物為氧化鈉和氧化鋁，都為離子晶體，說明不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體，故D正確。5．現(xiàn)有幾組物質的熔點數(shù)據：A組B組C組D組金剛石：3550℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶體：1410℃Na：98℃HCl：－115℃KCl：776℃硼晶體：2300℃K：64℃HBr：－89℃RbCl：718℃二氧化硅：1723℃Rb：39℃HI：－51℃CsCl：645℃據此回答下列問題：(1)A組屬于________晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是________。(2)B組晶體共同的物理性質是______(填標號)。①有金屬光澤②導電性③導熱性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是______( 填標號)。①硬度?、谒芤耗軐щ姠酃腆w能導電④熔融狀態(tài)能導電(5)D組晶體的熔點由高到低的依次為NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其緣由為_________________________________________________。解析：(1)A組熔點很高，為共價晶體，是由原子通過共價鍵形成的。(2)B組為金屬晶體，具有①、②、③、④四條共性。(3)HF中含有分子間氫鍵，故其熔點反常。(4)D組屬于離子晶體，具有②、④兩條性質。(5)D組屬于離子晶體，其熔點與離子半徑有關。答案：(1)共價共價鍵(2)①②③④(3)HF分子間能形成氫鍵，其熔化時須要消耗的能量更多(4)②④(5)D組晶體都為離子晶體，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在離子所帶電荷數(shù)相同的狀況下，半徑越小，熔點就越高晶體類型的5種推斷方法(1)依據構成晶體的微粒和微粒間的作用推斷①離子晶體的構成微粒是陰、陽離子，微粒間的作用是離子鍵。②共價晶體的構成微粒是原子，微粒間的作用是共價鍵。③分子晶體的構成微粒是分子，微粒間的作用為分子間作用力。④金屬晶體的構成微粒是金屬陽離子和自由電子，微粒間的作用是金屬鍵。(2)依據物質的分類推斷①金屬氧化物如K2O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)非金屬單質除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼等、非金屬氫化物、非金屬氧化物除SiO2外、幾乎全部的酸、絕大多數(shù)有機物除有機鹽外是分子晶體。③常見的共價晶體單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金屬單質注：汞在常溫為液體與合金是金屬晶體。(3)依據晶體的熔點推斷①離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至一千攝氏度以上。②共價晶體的熔點高，常在一千攝氏度至幾千攝氏度。③分子晶體的熔點低，常在數(shù)百攝氏度以下至很低溫度。④金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有相當?shù)偷摹?4)依據導電性推斷①離子晶體溶于水形成的溶液或熔融狀態(tài)時能導電。②共價晶體一般為非導體。③分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質主要是酸和強極性非金屬氫化物溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由移動的離子，也能導電。④金屬晶體是電的良導體。(5)依據硬度和機械性能推斷①離子晶體硬度較大且脆。②共價晶體硬度大。③分子晶體硬度小且較脆。④金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較小的，且具有延展性?？键c2晶胞結構的分析與計算[抓本質·悟考法](2024·山東高考)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空間構型為____________，其固體的晶體類型為____________。(2)NH3、PH3、AsH3的沸點由高到低的依次為________(填化學式，下同)，還原性由強到弱的依次為________，鍵角由大到小的依次為________。(3)含有多個配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的協(xié)作物為螯合物。一種Cd2＋協(xié)作物的結構如圖所示，1mol該協(xié)作物中通過螯合作用形成的配位鍵有________mol，該螯合物中N的雜化方式有________種。(4)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的晶胞結構如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，晶胞中部分原子的分數(shù)坐標如下表所示。坐標原子xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一個晶胞中有________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?！窘忸}關鍵點】(1)推斷協(xié)作物中通過螯合作用形成的配位鍵數(shù)目，首先應理解題中螯合物的概念。(2)正確分析晶胞結構，確定晶胞中各個原子的位置，正確理解原子的分子分數(shù)坐標?！疽族e失分點】(1)錯把協(xié)作物中全部的配位鍵都當成“通過螯合作用形成的配位鍵”。(2)不能正確理解晶胞結構，不會依據晶胞中部分原子的分數(shù)坐標推斷晶胞中各類原子的位置。[自主解答]__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________解析：(1)Sn為ⅣA族元素，由于常溫下SnCl4為液體，因此SnCl4為分子晶體；SnCl4分子中中心原子的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)×(4－4×1)＝0，σ鍵電子對數(shù)為4，價電子對數(shù)為4，故SnCl4分子的空間構型為正四面體形。(2)NH3、PH3、AsH3的結構相像，結構相像的物質，相對分子質量越大，范德華力越強，物質的沸點越高，但是NH3分子間能形成氫鍵，故這三種物質的沸點NH3＞AsH3＞PH3；N、P、As這三種元素位于元素周期表中ⅤA族，原子序數(shù)依次增大，同一主族從上到下，隨著核電荷數(shù)的增加，原子半徑漸漸增大，非金屬性漸漸減弱，氫化物的還原性漸漸增加，故這三種物質的還原性由強到弱的依次為AsH3＞PH3＞NH3；NH3、PH3、AsH3中中心原子都是sp3雜化，都有1對孤電子對，中心原子的電負性越小，成鍵電子對之間的斥力越小，鍵角越小，所以這三種物質的鍵角由大到小的依次為NH3＞PH3＞AsH3。(3)由該物質的結構簡式并分析，依據題意“含有多個配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的協(xié)作物為螯合物”，故該協(xié)作物中通過螯合作用形成的配位鍵有6mol，Cd—NO2不是；該螯合物中N的雜化方式都是sp2雜化，故該物質中N的雜化方式有1種。(4)依據題表中所列的三個原子的分數(shù)坐標，可以確定三個原子的位置如下圖：因此圖中黑球為Cd，白球為Sn，灰球為As。據上圖可知8個Cd在晶胞的頂點，4個Cd在晶胞的面心，1個在晶胞的體心；4個Sn在晶胞的棱上，6個Sn在晶胞的面心；8個As在晶胞的體心。1個晶胞中Sn的個數(shù)為4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＝4。距離Cd(0,0,0)最近的Sn如上圖中箭頭所指的原子，其原子的分數(shù)坐標分別為(0.5，0,0.25)、(0.5,0.5,0)。以如上圖晶胞中面心的Sn原子為例，Sn原子連接該晶胞中2個As原子，該Sn原子還連接左側晶胞中2個As原子，因此與單個Sn鍵合的As有4個。答案：(1)正四面體形分子晶體(2)NH3、AsH3、PH3AsH3、PH3、NH3NH3、PH3、AsH3(3)61(4)4(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)4[多角度·突破練]?角度1晶胞中微粒數(shù)目及化學式的計算1．有下列離子晶體空間結構示意圖，其中為陽離子，為陰離子。以M代表陽離子，N代表陰離子，化學式為MN2的晶體結構為()B解析：A項，M的個數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，N的個數(shù)為1，故化學式為M4N；B項，M的個數(shù)為4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，N的個數(shù)為1，故化學式為MN2；C項，M的個數(shù)為3×eq\f(1,8)＝eq\f(3,8)，N的個數(shù)為1，故化學式為M3N8；D項，M的個數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，N的個數(shù)為1，故化學式為MN。2．元素X的某價態(tài)離子Xn＋中全部電子正好充溢K、L、M三個電子層，它與N3－形成晶體的晶胞結構如圖所示。下列說法錯誤的是()A．X元素的原子序數(shù)是19B．該晶體中陽離子與陰離子的個數(shù)比為3∶1C．Xn＋中n＝1D．晶體中每個Xn＋四周有2個等距離且最近的N3－A解析：從“元素X的某價態(tài)離子Xn＋中全部電子正好充溢K、L、M三個電子層”可以看出，Xn＋共有28個電子，A項錯誤；題圖中Xn＋位于每條棱的中點，一個晶胞擁有Xn＋的個數(shù)為12×eq\f(1,4)＝3，N3－位于頂點，一個晶胞擁有N3－的個數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，B項正確；由于該物質的化學式為X3N，因此X顯＋1價，C項正確；據題圖分析可知D項正確。運用均攤法確定晶胞組成(1)計算1個晶胞中的粒子數(shù)目非平行六面體形晶胞中粒子數(shù)目的計算同樣可用“均攤法”，其關鍵仍是確定一個微粒為幾個晶胞所共有。例如：石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)對六邊形的貢獻為eq\f(1,3)，那么一個六邊形實際有6×eq\f(1,3)＝2個碳原子。又如：六棱柱晶胞(MgB2晶胞)中，頂點上的原子為6個晶胞(同層3個，上層或下層3個)共有，面上的原子為2個晶胞共有，因此鎂原子的個數(shù)為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，硼原子個數(shù)為6。(2)計算共價晶體中共價鍵的數(shù)目在金剛石晶體(如圖所示)中，每個C原子參加了4個C—C的形成，而在每個鍵中的貢獻只有一半，因此，平均每一個碳原子形成共價鍵的數(shù)目為4×eq\f(1,2)＝2個，則1mol金剛石中碳碳鍵的數(shù)目為2NA。(3)計算化學式eq\x(運用“均攤法”計算出一個晶胞中的各微粒數(shù)目)→eq\x(求出不同微粒的比值)→eq\x(得出化學式)?角度2晶胞密度、參數(shù)、微粒半徑或距離的計算3．(1)(2024·全國卷Ⅱ)FeS2晶體的晶胞如圖所示。晶胞邊長為anm、FeS2相對質量為M、阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，其晶體密度的計算表達式為________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于Seq\o\al(2－,2)所形成的正八面體的體心，該正八面體的邊長為______nm。(2)(2024·全國卷Ⅰ)晶胞有兩個基本要素：①原子坐標參數(shù)，表示晶胞內部各原子的相對位置。如圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))；C為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))。則D原子的坐標參數(shù)為________。②晶胞參數(shù)描述晶胞的大小和形態(tài)，已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a＝565.76pm，其密度為________g·cm－3(列出計算式即可)。解析：(1)分析晶胞結構可知，F(xiàn)e2＋位于棱邊和體心，Seq\o\al(2－,2)位于頂點和面心，因此每個晶胞中含有的Fe2＋個數(shù)＝12×eq\f(1,4)＋1＝4，每個晶胞中含有的Seq\o\al(2－,2)個數(shù)＝6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4，即每個晶胞中含有4個FeS2。一個晶胞的質量＝eq\f(4M,NA)g，晶胞的體積＝(a×10－7)3cm3，該晶體密度＝eq\f(4M,NAa×10－73)g·cm－3＝eq\f(4M,NAa3)×1021g·cm－3。正八面體的邊長即為兩個面心點的距離，因此正八面體的邊長為eq\f(\r(2),2)anm。(2)②晶胞參數(shù)a即為晶胞邊長，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(\f(8×73,6.02×1023),565.76×10－103)g·cm－3＝eq\f(8×73,6.02×565.763)×107g·cm－3。答案：(1)eq\f(4M,NAa3)×1021eq\f(\r(2),2)a(2)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))②eq\f(8×73,6.02×565.763)×1074．現(xiàn)有A、X、Y、Z、W五種元素，它們的原子序數(shù)依次增大。A元素原子的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同；X基態(tài)原子的L層中有3個未成對電子；Y基態(tài)原子的2p軌道上有一個電子的自旋方向與2p軌道上其他電子的自旋方向相反；Z基態(tài)原子的3p軌道上得到兩個電子后不能再容納外來電子；W基態(tài)原子的最外層電子數(shù)為1，其余各電子層均充溢電子。請回答下列問題：(1)這五種元素中，電負性最大的元素基態(tài)原子的電子排布式是________，W位于周期表的________(填“s”“p”“d”或“ds”)區(qū)。(2)已知X2Y分子中Y原子只與一個X原子相連，請依據等電子原理，寫出X2Y的電子式：______，其中心原子的雜化軌道類型是________，1molX2Y含有的π鍵數(shù)目為________。(3)W可以形成協(xié)作物。A、X、Y、Z、W五種元素形成的一種1∶1型離子化合物中，陰離子呈正四面體結構，該陰離子的化學式為________；其陽離子呈軸向狹長的八面體結構(如圖1所示)，該陽離子的化學式為________；該化合物加熱時首先失去的成分是________，推斷理由是________________________。圖1圖2(4)W、X形成的某種化合物的晶胞結構為如圖2所示的立方晶胞(其中X顯－3價)，則其化學式為________。設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，距離最近的兩個W的核間距為acm，則該晶體的密度為________g·cm－3。(用含有a和NA的代數(shù)式表示)解析：A、X、Y、Z、W五種元素的原子序數(shù)依次增大。A元素原子的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，故A為H；X基態(tài)原子的L層中有3個未成對電子，故X為N；Y基態(tài)原子的2p軌道上有一個電子的自旋方向與2p軌道上其他電子的自旋方向相反，故Y為O；Z基態(tài)原子的3p軌道上得到兩個電子后不能再容納外來電子，故Z為S；W基態(tài)原子的最外層電子數(shù)為1，其余各電子層均充溢電子，故W為Cu。(1)電負性最大的元素為O，其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p4。Cu為29號元素，在元素周期表中屬于ds區(qū)。(2)N2O分子中O原子只與一個N原子相連，N2O與CO2互為等電子體，故N2O的電子式為；中心原子N的雜化類型為sp,1分子N2O中的π鍵數(shù)目為2，故1molN2O中含有的π鍵數(shù)目為2NA。(3)五種元素形成的1∶1型離子化合物中，陰離子呈正四面體結構，則陰離子為SOeq\o\al(2－,4)；結合題圖可知該陽離子結構中含有1個Cu2＋、4個NH3、2個H2O，故陽離子的化學式為[Cu(NH3)4(H2O)2]2＋；加熱該化合物時依據配位鍵強弱來確定首先失去的成分。(4)由題圖的晶胞結構可知，N原子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＝1，Cu原子的數(shù)目為12×eq\f(1,4)＝3，所以其化學式為Cu3N。設晶胞邊長為bcm，則2×(eq\f(b,2))2＝a2，b＝eq\r(2)a，故該晶體的密度ρ＝eq\f(206,NA×\r(2)a3)g·cm－3。答案：(1)1s22s22p4ds(2)sp2NA(3)SOeq\o\al(2－,4)[Cu(NH3)4(H2O)2]2＋H2OH2O與Cu2＋形成的配位鍵比NH3與Cu2＋形成的配位鍵弱(4)Cu3Neq\f(206,NA×\r(2)a3)1．晶體密度的計算步驟(1)依據“均攤法”算出每個晶胞實際含有各類原子的個數(shù)，確定物質的化學式，計算出晶胞的質量m。(2)計算晶胞的體積V。(3)依據ρ＝eq\f(m,V)進行計算，得出結果。若1個晶胞中含有x個微粒，則1mol晶胞中含有xmol微粒，其質量為xMg(M為微粒的相對“分子”質量)；又因1個晶胞的質量為ρa3g(a3為晶胞的體積)，則1mol晶胞的質量為ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。2．晶體中微粒間距的計算方法?角度3晶胞中原子空間利用率的計算5．GaAs的熔點為1238℃，密度為ρg·cm－3，其晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為________，Ga與As以________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質量分別為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)的值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為________。解析：GaAs為共價晶體，Ga和As之間以共價鍵鍵合。該晶胞中原子個數(shù)：Ga為4個，As為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個，晶胞中原子所占體積為eq\f(4,3)π(req\o\al(3,Ga)＋req\o\al(3,As))×4pm3；則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為eq\f(\f(4,3)πr\o\al(3,Ga)＋r\o\al(3,As)×4×10－30,\f(4MGa＋MAs,ρ×NA))×100%＝eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ga)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%。答案：共價晶體共價eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ga)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%6．金剛石晶胞含有________個碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，依據硬球接觸模型，則r＝________a，碳原子在晶胞中的空間占有率為________。解析：金剛石為立體網狀結構的晶胞，頂點上含有碳原子為8×eq\f(1,8)＝1個，相當于1個C原子，面心上含有碳原子為6×eq\f(1,2)＝3個，相當于3個C原子，在晶胞內，還有4個C原子，故一個金剛石晶胞中有8個C原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，依據硬球接觸模型，則正方體體對角線的1/4就是C—C的鍵長，即eq\f(\r(3),4)a＝2r，所以r＝eq\f(\r(3),8)a，碳原子在晶胞中的空間占有率w＝eq\f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq\f(8×\f(4,3)π\(zhòng)b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),8)a))eq\s\up12(3),a3)＝eq\f(\r(3)π,16)。答案：8eq\f(\r(3),8)eq\f(\r(3)π,16)晶體空間利用率的計算步驟1．(命題情境：化學與新材料)PaulChu教授發(fā)覺釔鋇銅氧化合物在90K時具有超導性，該化合物的晶胞結構如下圖所示，該化合物以Y2O3、BaCO3和CuO為原料，經研磨燒結而成，其原料配比(物質的量之比)為()A．2∶3∶3 B．1∶1∶1C．1∶2∶3 D．1∶4∶6D解析：Y原子位于體心，數(shù)目為1；Cu原子位于頂點和棱，數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋8×eq\f(1,4)＝3；Ba原子位于晶胞體內，數(shù)目為2；Y、Ba、Cu原子個數(shù)之比為1∶2∶3，依據原子守恒，則Y2O3、BaCO3和CuO的物質的量之比為eq\f(1,2)∶2∶3＝1∶4∶6。2．(命題情境：化學與新材料)β-氮化碳的硬度超過金剛石晶體，成為數(shù)一數(shù)二的超硬新材料，已知該氮化碳的二維晶體結構如圖所示。下列說法不正確的是()A．該晶體中的碳、氮原子都滿意8電子穩(wěn)定結構B．該晶體中碳顯＋4價，氮顯－3價C．該晶體中每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連D．該晶體的分子式為C3N4D解析：氮化碳硬度大，為共價晶體，組成微粒為原子，由氮化碳的二維晶體結構可知，每個碳原子四周有四個共價鍵，每個氮原子四周有三個共價鍵，碳原子最外層有4個電子，形成四個共價鍵后成8電子穩(wěn)定結構，氮原子最外層有5個電子，形成三個共價鍵后，也是8電子穩(wěn)定結構，故A正確；氮元素的電負性大于碳元素，所以在氮化碳中氮元素顯－3價，碳元素顯＋4價，故B正確；依據題圖知，每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連，故C正確；因為氮化碳是共價晶體，不存在分子，故沒有分子式，故D錯誤。3．(命題情境：化學與工業(yè)生產、生命科學)鈷的化合物在工業(yè)生產、生命科技等行業(yè)有重要應用。(1)Co的價電子排布式為________，I4(Co)________(填“>”“<”或“＝”)I4(Fe)，緣由是_____________________________________。(2)Fe、Co均能與CO形成協(xié)作物，如Fe(CO)5、Co2(CO)8的結構如圖1、圖2所示，圖1中0.1molFe(CO)5含有配位鍵________個，寫出2個與CO互為等電子體的微粒________，圖2中的σ鍵和π鍵個數(shù)之比是________。(3)金屬鈷的晶胞如下圖所示，該晶胞的邊長為xnm，高為ynm，該晶胞的密度為________g·cm－3。(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，列出代數(shù)式即可)解析：(1)Co的原子序數(shù)為27，則Co的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2，價電子排布式為3d74s2；第四電離能I4(Co)＜I4(Fe)，緣由是鐵失去的是較穩(wěn)定的3d5上的一個電子，鈷失去的是3d6上的一個電子。(2)Fe(CO)5中C原子和Fe原子之間形成配位鍵，C≡O中C原子和O原子之間形成1個配位鍵，所以0.1molFe(CO)5含有1mol配位鍵，個數(shù)為6.02×1023(或NA)。等電子體是原子個數(shù)和價電子數(shù)均相等的粒子，CO含2個原子核10個價電子，其等電子體可以是N2、CN－。一個單鍵含有1個σ鍵，一個雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵，一個三鍵含有1個σ鍵和2個π鍵，則圖2中的σ鍵和π鍵個數(shù)之比是19∶14。(3)金屬鈷的晶胞中原子個數(shù)為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6，題圖中結構單元底面為正六邊形，邊長為xnm，底面面積為6×eq\f(1,2)·x·10－7cm·x·10－7cm×sin60°＝eq\f(3\r(3),2)×x2×10－14cm2，結構單元的體積為eq\f(3\r(3),2)×x2×10－14cm2×y×10－7cm＝eq\f(3\r(3),2)×x2×y×10－21cm3，結構單元中原子總質量為eq\f(59×6,NA)g，則晶體密度ρ＝eq