资源简介

第4讲　晶体结构与性质
【复习目标】
1.了解晶体与非晶体的区别;了解常见晶体的类型,了解不同类型晶体中结构粒子、粒子间作用力的区别。
2.了解分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
4.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。
考点一　物质的聚集状态与晶体的常识
1.物质的聚集状态
(1)物质的通常存在状态:　　　态、　　　态和　　　态。
(2)特殊物质的聚集状态。
①等离子体:由　　　、　　　　和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。具有良好的导电性和流动性。
②离子液体:熔点不高的仅由　　　组成的液体物质。
③液晶:介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性等,又具有晶体的导热性、光学性质等。
(3)更多的物质聚集状态:晶态、非晶态、　　　态等。
2.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的区别。
分类 晶体 非晶体
结构特征 原子在三维空间里呈　　　　　　排列 原子排列相对　　　
性质 特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现 　　　　 　　　　
两者区 别方法 间接方法 测定其是否有固定的　　　
最可靠的 科学方法 对固体进行　　　　　　实验
(2)获得晶体的三条途径。
①熔融态物质凝固。如:从熔融态结晶出来的硫晶体。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。如:凝华得到的碘晶体。
③溶质从溶液中析出。如:从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。
3.晶胞
(1)概念:晶胞是描述晶体结构的基本单元。
(2)晶胞形状。
常规的晶胞都是　　　　　　。
(3)晶体中晶胞的排列——无隙并置。
①无隙:相邻晶胞之间没有　　　　　　。
②并置:所有晶胞　　　　排列、　　　　相同。
(4)晶胞中粒子数的计算方法——均摊法。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算:如某个粒子为N个晶胞所共有,则该粒子有 属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞,立方晶胞中粒子数的计算方法如图。
②六棱柱晶胞。
[理解·辨析] 判断正误
(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　　)
(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　　)
(3)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。(　　)
(4)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。(　　)
(5)晶体内部的粒子按一定规律周期性排列。(　　)
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。(　　)
一、物质的聚集状态
1.(2024·江西景德镇模拟)下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是(　　)
[A] 液晶中分子的长轴取向一致,表现出类似晶体的各向异性
[B] 等离子体是一种特殊的气体,由阳离子和电子两部分构成
[C] 纯物质有固定的熔点,但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化
[D] 大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子,呈液态,难挥发
2.下列有关等离子体、液晶的叙述中不正确的是(　　)
[A] 等离子体是一种整体上呈电中性的气态物质
[B] 液晶材料显示图像和文字,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
[C] 等离子体、液晶不是物质的聚集状态
[D] 液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
二、晶体与非晶体的区别
3.(2024·河北衡水质检)下列物质中前者为晶体,后者为非晶体的是(　　)
[A] 白磷、蓝矾 [B] 玻璃、塑料
[C] 碘、橡胶 [D] 食盐、蔗糖
4.下列关于晶体和非晶体的说法正确的是(　　)
[A] 晶体在三维空间里呈周期性有序排列,因此在各个不同的方向上具有相同的物理
性质
[B] 晶体在熔化过程中需要不断地吸热,温度不断地升高
[C] 普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同
[D] 晶体和非晶体之间不可以相互转化
三、利用“均摊法”确定晶胞组成
5.某晶体的晶胞如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是(　　)
[A] 3∶9∶4 [B] 1∶4∶2
[C] 2∶9∶4 [D] 3∶8∶4
6.现有四种晶体,其构成粒子(均为单原子核粒子)排列方式如图所示,其化学式正确的是(　　)
[A] AB2 　　
　
[B] EF2
[C] XY3Z 　　
　
[D] AB3
7.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如图,则LaNin中n=　　　　。
8.下列(1)～(5)是几种常见的晶胞结构,填写每个晶胞中含有的粒子数。
(1)NaCl:含　　　　个Na+、　　　　个Cl-。
(2)干冰:含　　　　个CO2。
(3)CaF2:含　　　　个Ca2+、　　　　个F-。
(4)金刚石:含　　　　个C。
(5)铜:含　　　　个原子。
考点二　常见晶体结构与性质
1.金属键
(1)金属键:金属阳离子与自由电子之间的作用。
(2)金属键的理解——“电子气理论”。
金属原子脱落下来的　　　　形成遍布整块晶体的“电子气”,被　　　　所共用,从而把所有的金属原子维系在一起。
(3)金属键特征。
①没有方向性、饱和性。
②金属键的强度差别很大。例如,金属钠的熔点较　　　　、硬度较小,是因为钠中金属键　　　　,而钨是熔点最高的金属,铬是硬度最大的金属,是因为钨、铬中金属键较　　　　。
2.金属晶体的物理性质及解释
3.四种常见晶体类型的比较
项目 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成 粒子 　　 　　 金属阳离 子、自由 电子 　　 　　
粒子间 的相互 作用力 　　　 (某些含 氢键) 　　 　　 　　
硬度 较小 　　 有的很大, 有的很小 　　
熔、 沸点 较低 　　 有的很高, 有的很低 较高
续　表
项目 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
溶解性 相似相溶 难溶于一 般溶剂 一般不溶 于水,少 数与水 反应 大多易溶 于水等极 性溶剂
导电、 导热性 一般不导 电,溶于 水后有的 导电 一般不具 有导电性, 个别为半 导体 电和热的 良导体 晶体不导电,水溶液或熔融态导电
4.常见晶体的结构分析
(1)典型的分子晶体——干冰和冰。
①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 　　　　个。
②冰晶体中,每个水分子与相邻的 　　　个水分子以氢键相连接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成 　　　 mol氢键。
(2)典型的共价晶体——金刚石、二氧化硅。
项目 金刚石 二氧化硅
结构 模型
晶胞
续　表
项目 金刚石 二氧化硅
结构 特征 ①碳原子采取　　　杂化,键角为　　　　　; ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成　　　　　结构,向空间伸展形成　　　　　　　　　　; ③最小碳环由 　　个碳原子构成,每个碳原子被 　　个六元环共用; ④金刚石晶胞的每个　　和　　均有1个碳原子,晶胞内部有 　　个碳原子,内部的碳原子在晶胞的体对角线的处,每个金刚石晶胞中含有 　　个碳原子 ①硅原子采取sp3杂化,正四面体内 O—Si—O的键角为109°28′; ②每个硅原子与 　　个氧原子形成4个共价键,硅原子位于正四面体的中心,氧原子位于正四面体的顶点,同时每个氧原子被 　　个硅氧正四面体共用,晶体中硅原子与氧原子个数比为 　　　　; ③最小环上有　　个原子,包括 　　个氧原子和 　　个硅原子; ④1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为 　　　; ⑤SiO2晶胞中有 　　个硅原子位于立方晶胞的顶点,有 　　个硅原子位于立方晶胞的面心,还有 　　个硅原子与 　　个氧原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 　　个硅原子和 　　个氧原子
(3)典型的离子晶体。
①常见晶体结构模型。
a.NaCl型:在晶体中,每个Na+同时吸引 　　个Cl-,每个Cl-同时吸引 　　个Na+,配位数为 　　。每个晶胞含 　　个Na+和 　　个Cl-。
b.CsCl型:在晶体中,每个Cl-吸引 　　个Cs+,每个Cs+吸引 　　个Cl-,配位数为 　　。每个晶胞含 　　个Cs+和 　　个Cl-。
c.ZnS型:在晶体中,每个S2-吸引 　　个Zn2+,每个Zn2+吸引 　　个S2-。每个晶胞含 　　个Zn2+和 　　个 S2-。
d.CaF2型:在晶体中,每个Ca2+吸引 　　个F-,每个F-吸引 　　个Ca2+。每个晶胞含 　　个Ca2+和 　　 个F-。
②晶格能(拓展)。
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
意义 晶格能越大,表示离子键越强,离子晶体越稳定,熔、沸点越高
影响 因素 a.离子所带电荷数:离子所带电荷数越多,晶格能越大; b.离子的半径:离子的半径越小,晶格能越大
(4)过渡晶体与混合型晶体。
①过渡晶体:纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理,把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。
②混合型晶体(以石墨为例)。
石墨层状晶体中,层与层之间的作用是　　　　　　　,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 　　　　,碳原子采取的杂化方式是 　　　　。
[理解·辨析] 判断正误
(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　　)
(2)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。(　　)
(3)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　　)
(4)离子晶体一定都含有金属元素。(　　)
(5)离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。(　　)
(6)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。(　　)
(7)金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子。(　　)
(8)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。(　　)
一、常见晶体类型的判断
1.(2024·湖南常德模拟)下列有关晶体类型的判断正确的是(　　)
[A] SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃ 共价晶体
[B] B:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大 金属晶体
[C] 锑:熔点630.74 ℃,沸点 1 750 ℃,晶体导电 共价晶体
[D] FeCl3:熔点282 ℃,易溶于水,也易溶于有机溶剂 分子晶体
2.根据下列物质的晶体结构特点,将对应序号填在横线上。
(1)干冰晶体:　　　　。
(2)氯化钠晶体:　　　　。
(3)金刚石:　　　　。
(4)氯化铯:　　　　。
(5)氟化钙:　　　　。
(6)冰晶体:　　　　。
(7)硫化锌:　　　　。
根据各类晶体的特征性质判断晶体类型
(1)根据晶体性质判断晶体类型。
①熔、沸点低的晶体为分子晶体。
②熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体为离子晶体。
③熔、沸点很高,一般不导电,不溶于一般溶剂的晶体为共价晶体;
④能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。
(2)根据典型晶体的晶胞结构特征判断晶体类型。
二、常见晶体类型的结构特点
3.金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质。下列说法正确的是(　　)
[A] 金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子
[B] 在金刚石中每个C连接4个六元环,石墨中每个C连接3个六元环
[C] 金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2
[D] 金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶4,而石墨中碳原子数与C—C数之比为1∶3
4.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。
(1)其中代表金刚石的是　　　　　(填序号,下同),金刚石属于　　　　　晶体。
(2)其中代表石墨的是　　　　　,每个正六边形平均占有碳原子数为　　　　　。
(3)其中代表NaCl的是　　　 　　,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有　　　　个。
(4)其中代表CsCl的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个Cs+与　　　　　个Cl-紧邻。
(5)其中代表干冰的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个CO2分子与　　　　　个CO2分子紧邻。
三、晶体熔、沸点比较
5.下列关于物质的熔点、沸点高低顺序中,正确的是(　　)
[A] 金刚石>晶体硅>金刚砂
[B] NaF>NaCl>NaBr
[C] 邻羟基苯甲酸>对羟基苯甲酸
[D] 生铁>纯铁>钠
6.(1)(2022·浙江1月选考)四种晶体的熔点数据如下表:
物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔点/ ℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是 　。
(2)K和Cr属于同一周期元素,且核外最外层电子排布相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr的低,原因是 　。
(3)在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　 , 原因是 　。
(4)GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是
　　　　　　。
(5)单质氧有两种同素异形体,其中沸点高的是　　　　(填化学式),原因是　 　。
物质熔、沸点高低的比较方法
(1)首先看物质的状态,一般情况下,固体>液体>气体;然后看物质的晶体类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体;晶体类型相同时再根据同种类型晶体熔、沸点比较的规律进行判断。
(2)同类型晶体熔、沸点比较的一般思路。
晶体 比较规则 示例
共价晶体 原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高 金刚石>石英>晶体硅
离子晶体 阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小→离子键越强→熔、沸点越高 MgO>MgCl2;NaCl>CsCl
金属晶体 原子半径越小,离子所带电荷数越多→金属键越强→熔、沸点越高 Al>Mg>Na
分子晶体 ①存在分子间氢键,熔、沸点异常的高; 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; ③分子组成和结构不相似(相对分子质量接近),分子的极性越大,熔、沸点越高 H2O>H2Te>H2Se>H2S; SnH4>GeH4>SiH4>CH4; CO>N2
考点三　晶体密度和粒子间距离的计算
1.晶胞参数
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ,即晶格特征参数,简称晶胞参数。
2.晶体中粒子配位数的计算
(1)定义:一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数。
(2)求算。
①晶体中原子(或分子)的配位数:若晶体中的粒子为同种原子或同种分子,则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
②离子晶体的配位数:指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
3.晶体结构的相关计算
(1)空间利用率。
空间利用率=×100%
(2)晶胞中各线段之间的关系(立方晶胞,棱长为a)。
(3)宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系。
[示例] 某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示,晶胞的边长为a pm,则该物质的化学式为　　　　;晶体中Pb2+与Cs+最短距离为　　　pm;晶体的密度ρ=　　　　　　　　　　g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、NA的代数式表示;可能用到的相对原子质量:Cs—133　Pb—207　I—127)。
一、晶体密度的求算
1.钒的某种氧化物的立方晶胞结构如图所示,晶胞参数为a pm。该晶体的密度为
　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
2.(2024·河北师大实验中学质量检测)CaF2的晶胞结构如图所示,若该立方晶胞参数为a pm,CaF2的摩尔质量为M g/mol,用NA来表示阿伏加德罗常数的值,则CaF2晶体的密度为
　　　　g/cm3(写出表达式)。
二、晶胞中粒子间距的求算
3.(2025·四川高考适应性考试)一种具有钙钛矿结构的光催化剂,其四方晶胞结构如图所示(α=β=γ=90°),NA是阿伏加德罗常数的值。
下列说法错误的是(　　)
[A] 该物质的化学式为PbTiO3
[B] 1位和2位O2-的核间距为a pm
[C] 晶体的密度为×1030 g·cm-3
[D] 2位O2-的分数坐标为(,0,)
4.如图是铁单质的晶胞模型。已知其晶体密度为 d g·cm-3,铁原子的半径为　 nm
(用含有d、NA的代数式表示)。
1.(2024·山东卷,4)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是(　　)
[A] 金刚石(C)
[B] 单晶硅(Si)
[C] 金刚砂(SiC)
[D] 氮化硼(BN,立方相)
2.(2024·甘肃卷,12)βMgCl2晶体中,多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示,其中部分结构显示为图乙,下列说法错误的是(　　)
[A] 电负性:Mg[B] 单质Mg是金属晶体
[C] 晶体中存在范德华力
[D] Mg2+的配位数为3
3.(2024·黑吉辽卷,14)某锂离子电池电极材料结构如图所示。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是(　　)
[A] 结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
[B] 晶胞2中S与S的最短距离为a
[C] 晶胞2中距Li最近的S有4个
[D] 晶胞2和晶胞3表示同一晶体
4.(2024·河北卷,12)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图,晶胞的边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
[A] 该铋氟化物的化学式为BiF3
[B] 粒子S、T之间的距离为a pm
[C] 该晶体的密度为 g·cm-3
[D] 晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个
5.(2024·湖北卷,11)黄金按质量分数分级,纯金为24K。AuCu合金的三种晶胞结构如图,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(　　)
[A] Ⅰ为18K金
[B] Ⅱ中Au的配位数是12
[C] Ⅲ中最小核间距AuCu[D] Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au与Cu原子个数比依次为 1∶1、1∶3、3∶1
6.(2023·河北卷,11)锆(Zr)是重要的战略金属,可从其氧化物中提取。如图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
[A] 该氧化物的化学式为ZrO2
[B] 该氧化物的密度为 g·cm-3
[C] 锆原子之间的最短距离为a pm
[D] 若坐标取向不变,将p点锆原子平移至原点,则q点锆原子位于晶胞xy面的面心
7.(2023·湖南卷,11)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是(　　)
[A] 晶体最简化学式为KCaB6C6
[B] 晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
[C] 晶胞中B和C构成的多面体有12个面
[D] 晶体的密度为 g·cm-3
8.(2024·北京卷,15节选)白锡和灰锡是单质锡的常见同素异形体。二者晶胞如图:白锡具有体心四方结构;灰锡具有立方金刚石结构。
(1)灰锡中每个锡原子周围与它最近且距离相等的锡原子有　　　　个。
(2)若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1 nm3和V2 nm3,则白锡和灰锡晶体的密度之比是　　　　。
9.(2023·北京卷,15节选)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根(S2)可看作是S中的一个氧原子被硫原子取代的产物。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。
晶胞中的个数为　　　　。已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为　　　　　　　　 g·cm-3。(1 nm=10-7 cm)
(2)浸金时,S2作为配体可提供孤电子对与Au+形成[Au(S2O3)2]3-。分别判断S2中的中心硫原子和端基硫原子能否做配位原子并说明理由: 　　　　　　　　　。
第4讲　晶体结构与性质
考点一　物质的聚集状态与晶体的常识
必备知识整合
1.(1)固　液　气　(2)①电子　阳离子　②离子　(3)塑晶
2.(1)周期性有序　无序　各向异性　无各向异性　熔点　X射线衍射
3.(2)平行六面体　(3)①任何间隙　②平行　取向
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×
关键能力提升
1.B　等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体,B错误。
2.C　等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质,A项正确;液晶材料的显示原理为施加电场时,液晶分子的长轴取向发生不同程度的改变,从而显示数字、文字或图像,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态,B项正确;由等离子体、液晶的定义可知等离子体、液晶是物质的聚集状态,C项错误;液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器,D项正确。
3.C　A中白磷和蓝矾都是晶体;B中二者均为非晶体;C中碘为晶体,橡胶为非晶体;D中二者均为晶体。
4.C　晶体的许多物理性质常常会表现出各向异性,A不正确;晶体的熔点是固定的,所以在熔化过程中温度几乎不会变化,B不正确;在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的,D不正确。
5.B　由图示可知该晶体晶胞的上下两面为正三角形,因此处于顶点的粒子为12个晶胞共用,故晶胞中A粒子的数目为6×=;处于上下底面棱上的粒子为4个晶胞共用,处于侧面棱上的粒子为6个晶胞共用,故晶胞中B粒子的数目为6×+3×=2;C粒子完全属于晶胞。由此可见,A、B、C三种粒子的数目之比为∶2∶1=1∶4∶2,故选B。
6.C　题给结构中,A原子的个数为1,B原子的个数为8×=1,故化学式为AB,故A错误;题给结构中,E原子的个数为4×=,F原子的个数为4×=,故化学式为EF,故B错误;题给结构中,X原子的个数为1,Y原子的个数为6×=3,Z原子的个数为8×=1,故化学式为XY3Z,故C正确;题给结构中,A原子的个数为6×+8×=4,B原子的个数为12×+1=4,故化学式为AB,故D错误。
7.【答案】 5
【解析】 该晶胞中,La的个数为2×+12×=3,Ni的个数为12×+6×+6=15,所以 n=5。
8.(1)4　4　(2) 4　(3)4　8　(4)8　(5)4
考点二　常见晶体结构与性质
必备知识整合
1.(2)价电子　所有原子　(3)②低　较弱　强
3.分子　原子　阴、阳离子　范德华力　共价键　金属键　离子键　很大　较大　很高
4.(1)①12　②4　2　(2)sp3　109°28′　正四面体　共价键三维骨架结构　6　12　顶点　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分子间作用力　2　sp2
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　
(6)×　(7)×　(8)√
关键能力提升
1.D　SiI4的熔、沸点比较低,属于分子晶体,A错误;B是非金属,熔、沸点很高,硬度大,属于共价晶体,B错误;Sb是金属,属于金属晶体,C错误;FeCl3的熔点比较低,易溶于水和有机溶剂,属于分子晶体,D正确。
2.(1)②　(2)①　(3)③　(4)⑦　(5)⑥　(6)⑤　(7)④
3.A　金刚石中每个C连接12个六元环,石墨中每个C连接 3个六元环,B项错误。金刚石中碳原子采取sp3杂化,而石墨中碳原子采取sp2杂化,C项错误。金刚石中每个碳原子与周围其他 4个碳原子形成共价键,而每个共价键为2个碳原子所共有,则每个碳原子平均形成的共价键数为 4×=2,故碳原子数与C—C数之比为1∶2;石墨晶体中每个碳原子与周围其他3个碳原子形成共价键,同样可求得每个碳原子平均形成的共价键数为3×=1.5,故碳原子数与C—C数之比为 2∶3,D项错误。
4.【答案】 (1)④　共价
(2)⑤　2
(3)①　12
(4)③　离子　8
(5)②　分子　12
【解析】 (1)在金刚石晶体中,每个碳原子可与周围四个碳原子形成共价键,将这四个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图④为金刚石,金刚石属于共价晶体。
(2)石墨是层状结构,在层与层之间以范德华力相互作用,在层内碳原子之间以共价键相互作用,形成正六边形,每个六元环有6个碳原子,每个碳原子为3个六元环共有,所以每个正六边形平均占有 2个碳原子,所以图⑤为石墨。
(3)在NaCl晶体中,每个钠离子周围有6个等距且紧邻的氯离子,每个氯离子周围也有6个等距且紧邻的钠离子,所以图①为NaCl的结构,根据题给结构,每个钠离子周围与它最接近且距离相等的Na+有12个。
(4)CsCl的晶体中每个铯离子周围有8个等距且紧邻的氯离子,每个氯离子周围也有8个等距且紧邻的铯离子,CsCl为离子晶体,所以图③为CsCl的结构。
(5)干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶点和面心上,以顶点上的CO2分子为例,与它等距且紧邻的CO2分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上,所以图②为干冰。
5.B　三者均为共价晶体,共价晶体中共价键的键能越大,熔点、沸点越高,故熔点、沸点由高到低的顺序为金刚石>金刚砂>晶体硅,A错误;三者均为离子晶体,离子所带电荷数相同,因离子半径F-NaCl>NaBr,B正确;邻羟基苯甲酸可以形成分子内氢键,使熔点、沸点偏低,而对羟基苯甲酸可以形成分子间氢键,使熔点、沸点偏高,故对羟基苯甲酸的熔点、沸点比邻羟基苯甲酸的高,C错误;生铁为铁合金,熔点要低于纯铁,D错误。
6.(1)CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要的能量多得多,所以熔点相差较大
(2)K的原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,水中的氢键比甲醇中的多;CO2与H2均为非极性分子,CO2的相对分子质量较大,范德华力较大
(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体
(5)O3　O3是极性分子,相对分子质量较大,范德华力较大
考点三　晶体密度和粒子间距离的计算
必备知识整合
3.[示例] CsPbI3　a　
关键能力提升
1.【答案】 g·cm-3
【解析】 该晶胞中V位于顶角和体心,数目为1+8×=2,O位于上下面上和体内,数目为2+4×=4,故该钒的氧化物的化学式为VO2,一个晶胞的质量为g,体积为(a×10-10)3 cm3,该晶体的密度为 g·cm-3。
2.【答案】
【解析】 晶胞质量为 g,则CaF2晶体的密度为 g/cm3。
3.C　根据各原子在晶胞中位置,Pb2+在晶胞顶点,个数为8×=1,O2-位于面心,个数为6×=3,Ti4+位于体心,仅有 1个,故化学式为PbTiO3,A正确;如图,构造一个直角三角形,m=0.5a,n=0.55a,则1位和2位O2-的核间距为 pm= pm=a pm,B正确;根据密度公式,ρ= = g·cm-3= g·cm-3,C错误;由图知2位O2-的分数坐标为(,0,),D正确。
4.【答案】 ××107
【解析】 由铁单质的晶胞模型图可知,该晶胞中含铁原子个数为2,该晶胞的质量为 g= g,体积为 cm3,则其晶胞边长为 cm,设Fe的半径为r,则4r=× cm,r=××107nm。
真题验收
1.B　金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔、沸点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。
2.D　同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,Mg的电负性小于Cl的,A正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B正确;由晶体结构可知,该结构中存在层状结构,层与层之间存在范德华力,C正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+周围最近且距离相等的Cl-有6个,因此,Mg2+的配位数为6,D错误。
3.B　由均摊法得,结构1中含有Co的数目为 4+4×=4.5,含有S的数目为1+12×=4,Co与S的原子个数比为9∶8,因此结构1钴硫化物的化学式为Co9S8,故A正确;由图可知,晶胞2中S与S的最短距离为面对角线长的,晶胞边长为a,即S与S的最短距离为a,故B错误;如图,以圈起来的Li为例,距其最近的S共有4个,故C正确;晶胞2中Li的数目为8,S的数目为 ×12+1=4,晶胞2中含 4个 Li2S,晶胞3中Li的数目为8,S的数目为×8+×6=4,晶胞3中也含4个Li2S,故晶胞2和晶胞3表示同一晶体,故D正确。
4.D　根据题给晶胞结构,由均摊法可知,每个晶胞中含有Bi的个数为1+12×=4,含有F的个数为8+8×+6×=12,故该铋氟化物的化学式为BiF3,故A正确;将晶胞均分为8个小立方体,由晶胞中MNPQ点的截面图可知,晶胞体内的8个F-位于8个小立方体的体心,以M为原点建立坐标系,令N的原子分数坐标为(0,0,1),Q的原子分数坐标为(1,1,0),则T的原子分数坐标为(1,,),S的原子分数坐标为(,,),所以粒子S、T之间的距离为×a pm=a pm,故B正确;由A项分析可知,每个晶胞中有 4个 Bi3+、12个F-,晶胞体积为(a pm)3=a3×10-30cm3,则晶体密度为ρ== g·cm-3
= g·cm-3,故C正确;以晶胞体心处铋离子为分析对象,距离其最近且等距的氟离子位于晶胞体内,为将晶胞均分为8个小立方体后,每个小立方体的体心的F-,即有8个,故D错误。
5.C　根据24K金的质量分数为100%,则18K金的质量分数为×100%=75%,Ⅰ中Au和Cu原子个数比为1∶1,则Au的质量分数为 ×100%≈75%,A正确;Ⅱ中Au处于立方体的八个顶点,Au的配位数指距离其最近且等距的Cu的数目,Cu处于面心处,类似于二氧化碳晶胞结构,二氧化碳分子周围距离最近且等距的二氧化碳分子有12个,则Au的配位数为12,B正确;设Ⅲ的晶胞参数为a,AuCu的最小核间距为a,AuAu的最小核间距也为a,最小核间距 AuCu=AuAu,C错误;Ⅰ中,Au处于内部,Cu处于八个顶点,其原子个数比为1∶1,Ⅱ中,Au处于八个顶点,Cu处于面心,其原子个数比为(8×)∶(6×)=1∶3,Ⅲ中,Au处于面心,Cu处于顶点,其原子个数比为(6×)∶(8×)=3∶1,D正确。
6.B　根据“均摊法”,晶胞中含4个Zr、8×+12×+6×+1=8(个)O,则该氧化物的化学式为ZrO2,A正确;结合A项分析可知,晶体密度为ρ= g·cm-3= g·cm-3,B错误;锆原子之间的最短距离为面对角线长的一半,即a pm,C正确;根据晶胞的结构可知,若坐标取向不变,将p点锆原子平移至原点,q点锆原子位于晶胞xy面的面心,D正确。
7.C　根据均摊法可知,其中K的个数为8×=1,Ca的个数为1,B的个数为12×=6,C的个数为12×=6,故其最简化学式为KCaB6C6,A正确;根据晶胞结构可知,K+位于晶胞顶点,Ca2+位于晶胞体心,则晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有 8个,B正确;由图示可知,B、C围成的多面体,有6个面位于晶胞的六个面上,上半部分和下半部分还各有4个面,故该多面体有14个面,C错误;根据A项分析可知,该晶体最简化学式为KCaB6C6,则1个晶胞质量为g,晶胞体积为 a3×10-30 cm3,则晶体的密度为g·cm-3,D正确。
8.【答案】 (1)4　(2)
【解析】 (1)灰锡具有立方金刚石结构,金刚石中每个碳原子以单键与其他4个碳原子相连,此5个碳原子在空间构成正四面体,且该碳原子在正四面体的体心,所以灰锡中每个锡原子周围与它最近且距离相等的锡原子有4个。
(2)根据均摊法,白锡晶胞中含锡原子数为8×+1=2,灰锡晶胞中含锡原子数为8×+6×+4=8,所以白锡与灰锡的密度之比为∶=。
9.【答案】 (1)4　×1021
(2)S2中的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基硫原子含有孤电子对,能做配位原子
【解析】 (1)由晶胞结构可知,1个晶胞中含有 [Mg(H2O)6]2+ 的个数为8×+4×+2×+1=4,含有4个S2;该晶体的密度为 g·cm-3=×1021 g·cm-3。
(2)具有孤电子对的原子可以给中心原子提供电子配位。S2中的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基硫原子含有孤电子对,能做配位原子。
(
第
18
页
)(共164张PPT)
晶体结构与性质
第4讲
1.了解晶体与非晶体的区别;了解常见晶体的类型,了解不同类型晶体中结构粒子、粒子间作用力的区别。
2.了解分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
4.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。
1.物质的聚集状态
(1)物质的通常存在状态: 态、 态和 态。
(2)特殊物质的聚集状态。
①等离子体:由 、 和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。具有良好的导电性和流动性。
②离子液体:熔点不高的仅由 组成的液体物质。
③液晶:介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性等,又具有晶体的导热性、光学性质等。
(3)更多的物质聚集状态:晶态、非晶态、 态等。
固
液
气
电子
阳离子
离子
塑晶
2.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的区别。
分类 晶体 非晶体
结构特征 原子在三维空间里呈 排列 原子排列相对
性质 特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现
两者区 别方法 间接方法 测定其是否有固定的
最可靠的 科学方法 对固体进行 实验
周期性有序
无序
各向异性
无各向异性
熔点
X射线衍射
(2)获得晶体的三条途径。
①熔融态物质凝固。如:从熔融态结晶出来的硫晶体。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。如:凝华得到的碘晶体。
③溶质从溶液中析出。如:从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。
3.晶胞
(1)概念:晶胞是描述晶体结构的基本单元。
(2)晶胞形状。
常规的晶胞都是 。
(3)晶体中晶胞的排列——无隙并置。
①无隙:相邻晶胞之间没有 。
②并置:所有晶胞 排列、 相同。
平行六面体
任何间隙
平行
取向
(4)晶胞中粒子数的计算方法——均摊法。
②六棱柱晶胞。
[理解·辨析] 判断正误
(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　 　)
(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　 　)
(3)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。(　 　)
(4)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。(　 　)
(5)晶体内部的粒子按一定规律周期性排列。(　 　)
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。(　 　)
×
×
√
√
√
×
一、物质的聚集状态
1.(2024·江西景德镇模拟)下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是(　　)
[A] 液晶中分子的长轴取向一致,表现出类似晶体的各向异性
[B] 等离子体是一种特殊的气体,由阳离子和电子两部分构成
[C] 纯物质有固定的熔点,但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化
[D] 大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子,呈液态,难挥发
B
【解析】 等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体,B错误。
2.下列有关等离子体、液晶的叙述中不正确的是(　　)
[A] 等离子体是一种整体上呈电中性的气态物质
[B] 液晶材料显示图像和文字,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
[C] 等离子体、液晶不是物质的聚集状态
[D] 液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
C
【解析】 等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质,A项正确;液晶材料的显示原理为施加电场时,液晶分子的长轴取向发生不同程度的改变,从而显示数字、文字或图像,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态,B项正确;由等离子体、液晶的定义可知等离子体、液晶是物质的聚集状态,C项错误;液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器,D项正确。
二、晶体与非晶体的区别
3.(2024·河北衡水质检)下列物质中前者为晶体,后者为非晶体的是(　　)
[A] 白磷、蓝矾 [B] 玻璃、塑料
[C] 碘、橡胶 [D] 食盐、蔗糖
C
【解析】 A中白磷和蓝矾都是晶体;B中二者均为非晶体;C中碘为晶体,橡胶为非晶体;D中二者均为晶体。
4.下列关于晶体和非晶体的说法正确的是(　　)
[A] 晶体在三维空间里呈周期性有序排列,因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质
[B] 晶体在熔化过程中需要不断地吸热,温度不断地升高
[C] 普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同
[D] 晶体和非晶体之间不可以相互转化
C
【解析】 晶体的许多物理性质常常会表现出各向异性,A不正确;晶体的熔点是固定的,所以在熔化过程中温度几乎不会变化,B不正确;在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的,D不正确。
三、利用“均摊法”确定晶胞组成
5.某晶体的晶胞如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是(　　)
[A] 3∶9∶4 [B] 1∶4∶2
[C] 2∶9∶4 [D] 3∶8∶4
B
6.现有四种晶体,其构成粒子(均为单原子核粒子)排列方式如图所示,其化学式正确的是(　　)
[A] AB2 　　 　[B] EF2　 　　 [C] XY3Z 　 　　[D] AB3
C
7.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如图,则LaNin中n=　　　　。
5
8.下列(1)～(5)是几种常见的晶胞结构,填写每个晶胞中含有的粒子数。
(1)NaCl:含　　　　个Na+、　　　　个Cl-。
(2)干冰:含　　　　个CO2。
(3)CaF2:含　　　　个Ca2+、　　　　个F-。
(4)金刚石:含　　　　个C。
(5)铜:含　　　　个原子。
4
4
4
4
8
8
4
1.金属键
(1)金属键:金属阳离子与自由电子之间的作用。
(2)金属键的理解——“电子气理论”。
金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“电子气”,被 所共用,从而把所有的金属原子维系在一起。
价电子
所有原子
(3)金属键特征。
①没有方向性、饱和性。
②金属键的强度差别很大。例如,金属钠的熔点较 、硬度较小,是因为钠中金属键 ,而钨是熔点最高的金属,铬是硬度最大的金属,是因为钨、铬中金属键较 。
低
较弱
强
2.金属晶体的物理性质及解释
3.四种常见晶体类型的比较
项目 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成 粒子 金属阳离子、自由电子
粒子间 的相互 作用力 (某些含 氢键)
分子
原子
阴、阳离子
范德华力
共价键
金属键
离子键
硬度 较小 有的很大, 有的很小
熔、 沸点 较低 有的很高, 有的很低 较高
溶解性 相似相溶 难溶于一 般溶剂 一般不溶 于水,少 数与水 反应 大多易溶
于水等极
性溶剂
很大
较大
很高
导电、 导热性 一般不导 电,溶于 水后有的 导电 一般不具 有导电性, 个别为半 导体 电和热的 良导体 晶体不导
电,水溶
液或熔融
态导电
4.常见晶体的结构分析
(1)典型的分子晶体——干冰和冰。
①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 个。
②冰晶体中,每个水分子与相邻的 个水分子以氢键相连接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成 mol氢键。
12
4
2
(2)典型的共价晶体——金刚石、二氧化硅。
项目 金刚石 二氧化硅
结构 模型
晶胞
结构 特征 ①碳原子采取 杂化,键角为 ; ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成 结构,向空间伸展形成 ; ①硅原子采取sp3杂化,正四面体内 O—Si—O的键角为109°28′;
②每个硅原子与 个氧原子形成4个共价键,硅原子位于正四面体的中心,氧原子位于正四面体的顶点,同时每个氧原子被 个硅氧正四面体共用,晶体中硅原子与氧原子个数比为 ;
sp3
109°28′
正四面体
共价键三维骨架结构
4
2
1∶2
③最小碳环由 个碳原子构成,每个碳原子被 个六元环共用;
③最小环上有 个原子,包括 个氧原子和 个硅原子;
④1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为 ;
⑤SiO2晶胞中有 个硅原子位于立方晶胞的顶点,有 个硅原子位于立方晶胞的面心,还有 个硅原子与 个氧原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 个硅原子和 个氧原子
6
12
顶点
面心
4
8
12
6
6
4NA
8
6
4
16
8
16
(3)典型的离子晶体。
①常见晶体结构模型。
a.NaCl型:在晶体中,每个Na+同时吸引 个Cl-,每个Cl-同时吸引 个Na+,配位数为 。每个晶胞含 个Na+和 个Cl-。
6
6
6
4
4
b.CsCl型:在晶体中,每个Cl-吸引 个Cs+,每个Cs+吸引 个Cl-,配位数为 。每个晶胞含 个Cs+和 个Cl-。
c.ZnS型:在晶体中,每个S2-吸引 个Zn2+,每个Zn2+吸引 个S2-。每个晶胞含 个Zn2+和 个 S2-。
d.CaF2型:在晶体中,每个Ca2+吸引 个F-,每个F-吸引 个Ca2+。每个晶胞含 个Ca2+和 个 F-。
8
8
8
8
8
4
4
4
4
8
4
4
8
②晶格能(拓展)。
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
意义 晶格能越大,表示离子键越强,离子晶体越稳定,熔、沸点越高
影响 因素 a.离子所带电荷数:离子所带电荷数越多,晶格能越大;
b.离子的半径:离子的半径越小,晶格能越大
(4)过渡晶体与混合型晶体。
①过渡晶体:纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理,把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。
②混合型晶体(以石墨为例)。
石墨层状晶体中,层与层之间的作用是 ,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 ,碳原子采取的杂化方式是 。
分子间作用力
2
sp2
[理解·辨析] 判断正误
(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　 　)
(2)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。(　 　)
(3)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　 　)
(4)离子晶体一定都含有金属元素。(　 　)
(5)离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。(　 　)
(6)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。(　 　)
(7)金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子。(　 　)
(8)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。(　 　)
×
√
×
×
×
×
×
√
一、常见晶体类型的判断
1.(2024·湖南常德模拟)下列有关晶体类型的判断正确的是(　　)
[A] SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃ 共价晶体
[B] B:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大 金属晶体
[C] 锑:熔点630.74 ℃,沸点 1 750 ℃,晶体导电 共价晶体
[D] FeCl3:熔点282 ℃,易溶于水,也易溶于有机溶剂 分子晶体
D
【解析】 SiI4的熔、沸点比较低,属于分子晶体,A错误;B是非金属,熔、沸点很高,硬度大,属于共价晶体,B错误;Sb是金属,属于金属晶体,C错误;
FeCl3的熔点比较低,易溶于水和有机溶剂,属于分子晶体,D正确。
2.根据下列物质的晶体结构特点,将对应序号填在横线上。
(1)干冰晶体:　　　　。
(2)氯化钠晶体:　　　　。
(3)金刚石:　　　　。
(4)氯化铯:　　　　。
(5)氟化钙:　　　　。
(6)冰晶体:　　　　。
(7)硫化锌:　　　　。
②
①
③
⑦
⑥
⑤
④
练后归纳
根据各类晶体的特征性质判断晶体类型
(1)根据晶体性质判断晶体类型。
①熔、沸点低的晶体为分子晶体。
②熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体为离子晶体。
③熔、沸点很高,一般不导电,不溶于一般溶剂的晶体为共价晶体;
④能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。
(2)根据典型晶体的晶胞结构特征判断晶体类型。
二、常见晶体类型的结构特点
3.金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质。下列说法正确的是(　　)
[A] 金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子
[B] 在金刚石中每个C连接4个六元环,石墨中每个C连接3个六元环
[C] 金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2
[D] 金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶4,而石墨中碳原子数与C—C数之比为1∶3
A
4.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。
(1)其中代表金刚石的是　　　(填序号,下同),金刚石属于　　　　晶体。
④
共价
【解析】 (1)在金刚石晶体中,每个碳原子可与周围四个碳原子形成共价键,将这四个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图④为金刚石,金刚石属于共价晶体。
(2)其中代表石墨的是　　　,每个正六边形平均占有碳原子数为　　　。
⑤
2
【解析】 (2)石墨是层状结构,在层与层之间以范德华力相互作用,在层内碳原子之间以共价键相互作用,形成正六边形,每个六元环有6个碳原子,每个碳原子为3个六元环共有,所以每个正六边形平均占有 2个碳原子,所以图⑤为石墨。
(3)其中代表NaCl的是　　　,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有
　　　　个。
①
12
【解析】 (3)在NaCl晶体中,每个钠离子周围有6个等距且紧邻的氯离子,每个氯离子周围也有6个等距且紧邻的钠离子,所以图①为NaCl的结构,根据题给结构,每个钠离子周围与它最接近且距离相等的Na+有12个。
(4)其中代表CsCl的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个Cs+与　 　　个
Cl-紧邻。
③
离子
8
【解析】 (4)CsCl的晶体中每个铯离子周围有8个等距且紧邻的氯离子,每个氯离子周围也有8个等距且紧邻的铯离子,CsCl为离子晶体,所以图③为CsCl的结构。
(5)其中代表干冰的是　　　　 ,它属于　　　　 晶体,每个CO2分子与
　　　个CO2分子紧邻。
②
分子
12
【解析】 (5)干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶点和面心上,以顶点上的CO2分子为例,与它等距且紧邻的CO2分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上,所以图②为干冰。
三、晶体熔、沸点比较
5.下列关于物质的熔点、沸点高低顺序中,正确的是(　　)
[A] 金刚石>晶体硅>金刚砂
[B] NaF>NaCl>NaBr
[C] 邻羟基苯甲酸>对羟基苯甲酸
[D] 生铁>纯铁>钠
B
【解析】 三者均为共价晶体,共价晶体中共价键的键能越大,熔点、沸点越高,故熔点、沸点由高到低的顺序为金刚石>金刚砂>晶体硅,A错误;三者均为离子晶体,离子所带电荷数相同,因离子半径F-NaCl>NaBr,B正确;邻羟基苯甲酸可以形成分子内氢键,使熔点、沸点偏低,而对羟基苯甲酸可以形成分子间氢键,使熔点、沸点偏高,故对羟基苯甲酸的熔点、沸点比邻羟基苯甲酸的高,C错误;生铁为铁合金,熔点要低于纯铁,D错误。
6.(1)(2022·浙江1月选考)四种晶体的熔点数据如下表:
物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔点/ ℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是
　。
CF4和SiF4都是
分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要的能量多得多,所以熔点相差较大
(2)K和Cr属于同一周期元素,且核外最外层电子排布相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr的低,原因是
　。
K的原子半径较大且价电子数较少,金属键
较弱
(3)在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　 , 原因是
　。
H2O>CH3OH>CO2>H2
H2O与CH3OH均为极性分子,水中的氢键比甲醇中的多;CO2与H2均为非极性分子,CO2的相对分子质量较大,范德华力较大
(4)GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是
　　 　　　　。
(5)单质氧有两种同素异形体,其中沸点高的是　　　　(填化学式),原因是　 　。
GaF3为离子
晶体,GaCl3为分子晶体
O3
O3是极性分子,相对分子质量较大,范德华力较大
练后归纳
物质熔、沸点高低的比较方法
(1)首先看物质的状态,一般情况下,固体>液体>气体;然后看物质的晶体类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体;晶体类型相同时再根据同种类型晶体熔、沸点比较的规律进行判断。
练后归纳
(2)同类型晶体熔、沸点比较的一般思路。
晶体 比较规则 示例
共价晶体 原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高 金刚石>石英>晶体硅
离子晶体 阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小→离子键越强→熔、沸点越高 MgO>MgCl2;
NaCl>CsCl
金属晶体 原子半径越小,离子所带电荷数越多→金属键越强→熔、沸点越高 Al>Mg>Na
分子晶体 ①存在分子间氢键,熔、沸点异常的高; 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; ③分子组成和结构不相似(相对分子质量接近),分子的极性越大,熔、沸点越高 H2O>H2Te>H2Se>H2S;
SnH4>GeH4>SiH4>CH4;
CO>N2
练后归纳
1.晶胞参数
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ,即晶格特征参数,简称晶胞参数。
2.晶体中粒子配位数的计算
(1)定义:一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数。
(2)求算。
①晶体中原子(或分子)的配位数:若晶体中的粒子为同种原子或同种分子,则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子
(或分子)的数目。
②离子晶体的配位数:指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
3.晶体结构的相关计算
(1)空间利用率。
(2)晶胞中各线段之间的关系(立方晶胞,棱长为a)。
(3)宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系。
[示例] 某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示,晶胞的边长为
a pm,则该物质的化学式为　　 　;晶体中Pb2+与Cs+最短距离为
　　　 pm;晶体的密度ρ=　　　　　　　 　g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、NA的代数式表示;可能用到的相对原子质量:
Cs—133　Pb—207　I—127)。
CsPbI3
一、晶体密度的求算
1.钒的某种氧化物的立方晶胞结构如图所示,晶胞参数为a pm。该晶体的
密度为 　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
2.(2024·河北师大实验中学质量检测)CaF2的晶胞结构如图所示,若该立方晶胞参数为a pm,CaF2的摩尔质量为M g/mol,用NA来表示阿伏加德罗常数
的值,则CaF2晶体的密度为　　 　g/cm3(写出表达式)。
二、晶胞中粒子间距的求算
3.(2025·四川高考适应性考试)一种具有钙钛矿结构的光催化剂,其四方晶胞结构如图所示(α=β=γ=90°),NA是阿伏加德罗常数的值。
C
4.如图是铁单质的晶胞模型。已知其晶体密度为 d g·cm-3,铁原子的半径为
　 nm (用含有d、NA的代数式表示)。
B
1.(2024·山东卷,4)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是(　　)
[A] 金刚石(C)
[B] 单晶硅(Si)
[C] 金刚砂(SiC)
[D] 氮化硼(BN,立方相)
【解析】 金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔、沸点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。
2.(2024·甘肃卷,12)β-MgCl2晶体中,多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示,其中部分结构显示为图乙,下列说法错误的是(　　)
[A] 电负性:Mg[B] 单质Mg是金属晶体
[C] 晶体中存在范德华力
[D] Mg2+的配位数为3
D
【解析】 同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,Mg的电负性小于Cl的,A正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B正确;由晶体结构可知,该结构中存在层状结构,层与层之间存在范德华力,C正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+周围最近且距离相等的Cl-有6个,因此,Mg2+的配位数为6,D错误。
3.(2024·黑吉辽卷,14)某锂离子电池电极材料结构如图所示。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是(　　)
[A] 结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
[B] 晶胞2中S与S的最短距离为 a
[C] 晶胞2中距Li最近的S有4个
[D] 晶胞2和晶胞3表示同一晶体
B
4.(2024·河北卷,12)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图,晶胞的边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
D
5.(2024·湖北卷,11)黄金按质量分数分级,纯金为24K。Au-Cu合金的三种晶胞结构如图,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(　　)
[A] Ⅰ为18K金
[B] Ⅱ中Au的配位数是12
[C] Ⅲ中最小核间距Au-Cu[D] Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au与Cu原子个数比依次为 1∶1、1∶3、3∶1
C
6.(2023·河北卷,11)锆(Zr)是重要的战略金属,可从其氧化物中提取。如图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
B
7.(2023·湖南卷,11)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是
(　　)
[A] 晶体最简化学式为KCaB6C6
[B] 晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
[C] 晶胞中B和C构成的多面体有12个面
C
8.(2024·北京卷,15节选)白锡和灰锡是单质锡的常见同素异形体。二者晶胞如图:白锡具有体心四方结构;灰锡具有立方金刚石结构。
(1)灰锡中每个锡原子周围与它最近且距离相等的锡原子有　　　　个。
4
【解析】 (1)灰锡具有立方金刚石结构,金刚石中每个碳原子以单键与其他4个碳原子相连,此5个碳原子在空间构成正四面体,且该碳原子在正四面体的体心,所以灰锡中每个锡原子周围与它最近且距离相等的锡原子有4个。
(2)若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1 nm3和V2 nm3,则白锡和灰锡晶体的密度之比是　　　　。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。
4
中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基硫原子含有孤电子对,能做配位原子
课时作业25　物质的聚集状态　常见晶体类型
(时间:30分钟　满分:100分)
1.晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300 mm的大直径硅单晶,晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述不正确的是(　　)
[A] 形成晶体硅的速率越大越好
[B] 晶体硅有固定的熔、沸点
[C] 可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
[D] 晶体硅的形成与晶体的自范性和各向异性有关
A
【解析】 晶体的形成都要有一定的形成条件,如温度、压强、结晶速率等,并不是结晶速率越大越好,A不正确;晶体有固定的熔、沸点,B正确;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据原子在三维空间里是否呈周期性有序排列就能区分出晶体与非晶体,C正确;晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系,D正确。
①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质
[A] ①③ [B] ②④
[C] ①②③ [D] ①②③④
D
3.(2024·福建厦门质检)下表是相关物质的熔点(℃):
C
下列判断错误的是(　　)
[A] 铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
[B] AlCl3、BCl3和干冰均是分子晶体
[C] 同族元素的氧化物只能形成相同类型的晶体
[D] 不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl
-107 2 073 920 801
AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
1 291 190 -57 1 723
【解析】 氟化铝的熔点高,属于离子晶体,A正确;BCl3、AlCl3和干冰的熔点低,均是分子晶体,B正确;同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体,如干冰是分子晶体,二氧化硅是共价晶体,C错误;Al2O3与SiO2均是共价晶体,Al与Si位于不同主族,D正确。
4.(2021·天津卷,2)下列各组物质的晶体类型相同的是(　　)
[A] SiO2和SO3 [B] I2和NaCl
[C] Cu和Ag [D] SiC和MgO
C
【解析】 SiO2为共价晶体,SO3为分子晶体,A错误;I2为分子晶体,NaCl为离子晶体,B错误;Cu和Ag都为金属晶体,C正确;SiC为共价晶体,MgO为离子晶体,D错误。
C
5.如图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质,其中正确的是(　　)
[A] 金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
[B] 金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞,从而发生热的传导
[C] 金属具有延展性是因为在外力的作用下,金属中各原子层间会出现相对滑动,但自由电子可以起到润滑剂的作用,使金属不会断裂
[D] 合金与纯金属相比,由于增加了不同的金属或非金属,使电子数目增多,所以合金的延展性比纯金属强,硬度比纯金属小
【解析】 金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动,A错误;金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞,实现热的传导,B错误;合金与纯金属相比,由于增加了不同的金属或非金属,相当于填补了金属阳离子之间的空隙,所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱,硬度比纯金属大,D错误。
A
6.观察下列模型,判断下列说法错误的是(　　)
金刚石 碳化硅 二氧化硅 石墨烯 C60
[A] 原子数相同的金刚石和碳化硅,共价键个数之比为1∶2
[B] SiO2晶体中Si和Si—O个数之比为1∶4
[C] 石墨烯中碳原子和六元环个数之比为2∶1
[D] C60晶体属于分子密堆积
7.(2024·山东泰安一模)氮化硼晶体有多种结构,六方相氮化硼结构与石墨相似,但不具有导电性,立方相氮化硼结构与金刚石相似。下列说法错误的是(　　)
[A] 六方相氮化硼层上π键电子不能自由移动
[B] 六方相氮化硼熔点高于立方相氮化硼
[C] 立方相氮化硼中存在“N→B”的配位键
[D] 1 mol (BN)x(六方相氮化硼)中含3 mol σ键
D
【解析】 六方相氮化硼结构与石墨相似,有大π键,但氮的电负性大,吸引电子能力强,导致π键电子不能自由移动,故A正确;六方相氮化硼层间为分子间作用力,和石墨结构类似,为混合型晶体,立方相氮化硼为共价键三维骨架结构,不存在分子,为共价晶体,类比石墨的熔点高于金刚石,所以六方相氮化硼熔点高于立方相氮化硼,故B正确;硼原子最外层有3个电子,存在空轨道,氮原子最外层有 5个电子,存在孤电子对,所以立方相氮化硼含配位键“N→B”,故C正确;六方相氮化硼晶体中层内每个硼原子与相邻的3个氮原子构成平面三角形,每个共价键未被共有,所以1 mol六方相氮化硼含 3x mol B—N共价键,即含3x mol σ键,故D错误。
8.(2024·吉林长春模拟)PCl5晶体的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 该晶体为分子晶体
[B] 晶胞体心上粒子为PCl4
[C] 晶胞顶点上粒子的空间结构为正八面体形
[D] 存在的化学键类型仅有极性共价键
C
9.(2022·山东卷,5)AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al、N—Ga。下列说法错误的是(　　)
[A] GaN的熔点高于AlN
[B] 晶体中所有化学键均为极性键
[C] 晶体中所有原子均采取sp3杂化
[D] 晶体中所有原子的配位数均相同
A
【解析】 Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体。AlN、GaN晶体中,氮原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体,铝原子的半径小于镓原子的,N—Al的键长小于N—Ga的,则N—Al的键能较大,键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高,故AlN的熔点高于GaN的,A错误;不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确;
金刚石中每个碳原子形成4个共价键(即碳原子的价层电子对数为4),碳原子无孤电子对,故碳原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确;金刚石中每个碳原子与其周围 4个碳原子形成共价键,则碳原子的配位数是4,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。
10.X是核外电子数最少的元素,Y是地壳中含量最丰富的元素,Z在地壳中的含量仅次于Y,W可以形成自然界中硬度最大的共价晶体。下列叙述错误的是(　　)
[A] X2Y晶体的熔点高于WX4晶体的熔点
[B] 固态X2Y2是分子晶体
[C] ZW是共价晶体,其硬度比Z晶体的大
[D] Z、W是同一主族的元素,Z、W与元素Y形成的晶体都是共价晶体
D
【解析】 X为氢元素,Y为氧元素,Z为硅元素,W为碳元素。X2Y晶体是冰,分子间存在氢键,熔点高于CH4,A正确;X2Y2是H2O2,固态X2Y2属于分子晶体,B正确;SiC、晶体硅均为共价晶体,碳原子半径小于硅原子,SiC的硬度比晶体硅的大,C正确;CO2、CO均是分子晶体,D错误。
11.有关晶体的结构如图所示,下列说法不正确的是(　　)
[A] 在NaCl晶体中,距Cl-最近且等距的Na+形成正八面体
[B] 在CaF2晶体中,每个晶胞平均含有4个Ca2+
[C] 冰晶体中每个水分子与另外4个水分子形成四面体结构
[D] 该气态团簇分子的分子式为EF
D
【解析】 气态团簇分子不同于晶胞,该气态团簇分子中含有4个E原子、4个F原子,故分子式为E4F4或F4E4,故D错误。
二、非选择题(共2小题,共28分)
12.(12分,每空2分)(1)一些氧化物的熔点如下表所示:
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:
　。
Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2
为分子晶体;离子键MgO>Li2O;分子间作用力(相对分子质量)P4O6>SO2
(2)FeF3具有较高的熔点(高于1 000 ℃),其化学键类型是　　　　,FeBr3的相对分子质量大于FeF3的,但其熔点只有200 ℃,原因是
　 　。
(3)已知氨(NH3,熔点-77.8 ℃、沸点-33.5 ℃),联氨(N2H4,熔点2 ℃、沸点113.5 ℃),解释其熔、沸点高低的主要原因:
　。
离子键
FeF3属于离子晶体,
FeBr3的化学键以共价键为主,属于分子晶体
联氨分子间形成氢键的数目多
于氨分子间形成氢键的数目
(4)已知氮化硼与砷化镓属于同种类型的晶体。两种晶体中熔点较高的是
　　　(填化学式),其理由是
　 。
BN
两种晶体均为共价晶体,N和B的原子半径较小,
键能较大,熔点较高
13.(16分,每空2分)Ⅰ.C60、金刚石、石墨的结构如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构):
(1)金刚石、石墨和C60三者互为　　　　(填字母)。
A.同分异构体 B.同素异形体
C.同系物 D.同位素
B
【解析】 (1)金刚石、石墨和C60是由碳元素组成的不同单质,三者互为同素异形体,故选B。
(2)C60的晶体类型为　　　　　　。
分子晶体
【解析】 (2)C60属于分子晶体。
(3)晶体硅的结构跟金刚石相似,1 mol晶体硅中所含有硅硅单键的数目是
　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
2NA
【解析】 (3)晶体硅的结构与金刚石相似,金刚石中1个碳碳键被两个碳原子共用,一个碳原子形成4个碳碳键,1 mol金刚石中有2 mol碳碳键,故1 mol晶体硅中含有硅硅单键的数目为2NA。
(4)石墨层状结构中,平均每个正六边形占有的碳原子数是　　　　。
2
Ⅱ.类石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型光催化材料,在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景,研究表明,非金属掺杂(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,其中一种二维平面结构如图所示。
(5)g-C3N4晶体中存在的粒子间作用力有　　　　(填字母)。
a.非极性键 b.金属键
c.π键 d.范德华力
cd
【解析】 (5)根据题意,g-C3N4晶体具有和石墨相似的层状结构,结合二维平面结构图,判断其存在的粒子间作用力有极性键、π键和范德华力。
(6)g-C3N4中,碳原子的杂化轨道类型为　　　　　　,氮原子的配位数为　　　　。
sp2
2、3
【解析】 (6)g-C3N4中,结合二维平面结构图可知,碳原子与氮原子形成三个σ键,层内存在大π键,不存在孤电子对,故碳原子的杂化轨道类型为sp2;根据二维平面结构图可知,氮原子的成键有两种情况,连两个碳原子和连三个碳原子,故氮原子的配位数为2、3。
(7)每个基本结构单元(图中实线圈部分)中两个氮原子(图中虚线圈所示)被氧原子代替,形成氧掺杂的g-C3N4(OPCN)。OPCN的化学式为　　　　。
C3N3O
课时作业26　晶胞结构分析与简单计算
(时间:30分钟　满分:100分)
一、选择题(共10小题,1～9小题每小题6分,10小题7分,共61分)
1.某物质的晶体中含有A、B、C三种元素,其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为(　　)
[A] 1∶3∶1 [B] 2∶3∶1
[C] 2∶2∶1 [D] 1∶3∶3
A
2.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方相氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 11BN和10BN的性质无差异
[B] 该晶体具有良好的导电性
[C] 该晶胞中含有14个B、4个N
[D] 氮原子周围等距且最近的氮原子数为12
D
3.CeO2氧载体具有良好的储氧放氧能力,甲烷化学链重整技术原理如图。
下列说法错误的是(　　)
[A] Ce的配位数为8
[B] 氧空穴位于Ce构成的四面体空隙
[C] CeO2-x中x=0.5
[D] 反应过程中Ce的化合价发生变化
C
4.铁有δ、γ、α三种晶体结构,如图所示是δ、γ、α三种晶体在不同温度下转化的示意图。下列有关说法不正确的是(　　)
[A] 每个δ-Fe晶胞中有2个铁原子
[B] γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个
[C] 每个γ-Fe晶胞中含有14个铁原子
[D] 将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型不相同
C
C
6.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)科研人员在高温高压条件下合成了类金刚石结构的硼碳氮化合物,其晶胞结构如图所示,立方晶胞参数为a pm。NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
[A] 该化合物为共价晶体,硬度大
[B] 晶体中与硼原子距离最近且相等的硼原子数为4
[C] 晶胞中C—C与C—N的数目比为2∶1
C
7.(2024·河北衡水模拟)碳化钛在航空航天、机械加工等领域应用广泛,其晶胞结构(如图所示)与氯化钠晶体相似,晶胞的边长为a nm。下列说法正确的是(　　)
[A] 基态Ti的价层电子轨道表示式为3d24s2
[B] 晶体中Ti4+的配位数为12
[C] 晶胞中仅由碳原子构成的四面体空隙和八面体空隙的个数比为2∶1
C
8.(2024·江西上饶模拟)超导现象一直吸引着广大科学家的关注。某超导材料的晶体结构属于四方晶系,其晶胞如图所示。下列说法错误的是(　　)
[A] Cu位于元素周期表的第四周期第ⅠB族
[B] 与Ba2+等距且最近的Cu2+有12个
[C] 该超导材料的化学式为HgBa2CuO4
B
9.铜金合金可作为CO2转化为碳氢化合物的催化剂,如图是一种铜金合金的晶胞结构图。下列说法正确的是(　　)
[A] 该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
[B] Au和Cu数目之比为3∶1
[C] 与Au最邻近的Cu有12个
C
10.(2025·内蒙古高考适应性考试)钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]是一种钾离子电池正极材料,充电时随着K+脱出,其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯视图及Ⅱ的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] Ⅲ转化为Ⅰ是非自发过程
[B] 充电过程中Fe或Mn的价态降低
[C] 晶体Ⅱ的化学式为KMnFe(CN)6
[D] 晶胞Ⅲ中π键数目为24
C
二、非选择题(共2小题,共39分)
11.(18分,每空3分)硒(Se)是一种有重要作用的元素,可以形成多种化合物。
(1)基态硒原子的核外电子排布式为　　 　　　　。
[Ar]3d104s24p4
【解析】 (1)硒为34号元素,基态Se的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
sp3
三角锥形
(3)H2Se属于　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
【解析】 (3)H2Se中Se有孤电子对,其空间结构为V形,正电中心和负电中心不重合,所以H2Se属于极性分子。
极性
(4)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶体中硒原子的配位数为　　　　;若该晶体密度为ρ g· cm-3,硒化锌的摩尔质量为
M g· mol-1,NA代表阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数a为　　 　　pm。
4
12.(21分,每空3分)晶体X只含钠、镁、铅三种元素。在不同的温度和压力下,晶体X呈现不同的晶相。
(1)γ-X是立方晶系的晶体。铅为面心立方最密堆积,其余两种原子有选择地填充铅原子构成的四面体空隙和八面体空隙。在不同的条件下,γ-X也呈现不同的结构,其晶胞如图甲所示,X的化学式为　　　　 　;在乙型晶胞中,边长为a pm,与Pb距离最短的Na有　　个,长度为　　　　pm(用a表示),Na填充了晶胞中铅原子构成四面体空隙的百分比为　　　　、八面体空隙的百分比为　　　　。已知甲型晶胞的边长为770 pm,
则该型晶体的密度为　　　　　　　　　　　　g·cm-3(只列出计算式)。
Na2MgPb
4
50%
100%
(2)α-X是一种六方晶系的晶体,而在α-X中,镁和铅按1∶1的比例形成类似于石墨的层状结构,钠填在层间。试画出一层α-X的结构。课时作业26　晶胞结构分析与简单计算
(时间:30分钟　满分:100分)
一、选择题(共10小题,1～9小题每小题6分,10小题7分,共61分)
1.某物质的晶体中含有A、B、C三种元素,其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为(　　)
[A] 1∶3∶1 [B] 2∶3∶1
[C] 2∶2∶1 [D] 1∶3∶3
2.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方相氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 11BN和10BN的性质无差异
[B] 该晶体具有良好的导电性
[C] 该晶胞中含有14个B、4个N
[D] 氮原子周围等距且最近的氮原子数为12
3.CeO2氧载体具有良好的储氧放氧能力,甲烷化学链重整技术原理如图。
下列说法错误的是(　　)
[A] Ce的配位数为8
[B] 氧空穴位于Ce构成的四面体空隙
[C] CeO2-x中x=0.5
[D] 反应过程中Ce的化合价发生变化
4.铁有δ、γ、α三种晶体结构,如图所示是δ、γ、α三种晶体在不同温度下转化的示意图。下列有关说法不正确的是(　　)
[A] 每个δFe晶胞中有2个铁原子
[B] γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个
[C] 每个γFe晶胞中含有14个铁原子
[D] 将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型不相同
5.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法正确的是(　　)
[A] 1个Ca2+周围距离最近且相等的数目为6
[B] 1个 CaC2的晶胞平均含有1个Ca2+和1个
[C] 6.4 g CaC2晶体中含阴离子的物质的量为 0.1 mol
[D] 与每个Ca2+距离最近且相等的Ca2+共有12个
6.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)科研人员在高温高压条件下合成了类金刚石结构的硼碳氮化合物,其晶胞结构如图所示,立方晶胞参数为a pm。NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
[A] 该化合物为共价晶体,硬度大
[B] 晶体中与硼原子距离最近且相等的硼原子数为4
[C] 晶胞中C—C与C—N的数目比为2∶1
[D] 晶体的密度= g·cm-3
7.(2024·河北衡水模拟)碳化钛在航空航天、机械加工等领域应用广泛,其晶胞结构(如图所示)与氯化钠晶体相似,晶胞的边长为a nm。下列说法正确的是(　　)
[A] 基态Ti的价层电子轨道表示式为3d24s2
[B] 晶体中Ti4+的配位数为12
[C] 晶胞中仅由碳原子构成的四面体空隙和八面体空隙的个数比为2∶1
[D] 设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶体的密度为 g· cm-3
8.(2024·江西上饶模拟)超导现象一直吸引着广大科学家的关注。某超导材料的晶体结构属于四方晶系,其晶胞如图所示。下列说法错误的是(　　)
[A] Cu位于元素周期表的第四周期第ⅠB族
[B] 与Ba2+等距且最近的Cu2+有12个
[C] 该超导材料的化学式为HgBa2CuO4
[D] 该晶体的密度为 g· cm-3
9.铜金合金可作为CO2转化为碳氢化合物的催化剂,如图是一种铜金合金的晶胞结构图。下列说法正确的是(　　)
[A] 该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
[B] Au和Cu数目之比为3∶1
[C] 与Au最邻近的Cu有12个
[D] Au和Cu之间的最短距离为a pm
10.(2025·内蒙古高考适应性考试)钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]是一种钾离子电池正极材料,充电时随着K+脱出,其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯视图及Ⅱ的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] Ⅲ转化为Ⅰ是非自发过程
[B] 充电过程中Fe或Mn的价态降低
[C] 晶体Ⅱ的化学式为KMnFe(CN)6
[D] 晶胞Ⅲ中π键数目为24
二、非选择题(共2小题,共39分)
11.(18分,每空3分)硒(Se)是一种有重要作用的元素,可以形成多种化合物。
(1)基态硒原子的核外电子排布式为　 。
(2)H2SeO3的中心原子杂化轨道类型是　　　,Se的空间结构是　　　　。
(3)H2Se属于　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
(4)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶体中硒原子的配位数为　　　　;若该晶体密度为ρ g· cm-3,硒化锌的摩尔质量为M g· mol-1,NA代表阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数a为　　　　pm。
12.(21分,每空3分)晶体X只含钠、镁、铅三种元素。在不同的温度和压力下,晶体X呈现不同的晶相。
(1)γX是立方晶系的晶体。铅为面心立方最密堆积,其余两种原子有选择地填充铅原子构成的四面体空隙和八面体空隙。在不同的条件下,γX也呈现不同的结构,其晶胞如图甲所示,X的化学式为　　　　　　;在乙型晶胞中,边长为 a pm,与Pb距离最短的Na有　　　　个,长度为　　　　pm(用a表示),Na填充了晶胞中铅原子构成四面体空隙的百分比为　　　　、八面体空隙的百分比为　　　　　。已知甲型晶胞的边长为770 pm,则该型晶体的密度为　　　　　　　　　　　　g·cm-3(只列出计算式)。
(2)αX是一种六方晶系的晶体,而在αX中,镁和铅按1∶1的比例形成类似于石墨的层状结构,钠填在层间。试画出一层αX的结构。
课时作业26　晶胞结构分析与简单计算
1.A　由题给结构可知,该小正方体中A原子的个数为8×=1,B原子的个数为6×=3,C原子的个数为1,则A、B、C的原子个数比为1∶3∶1,A正确。
2.D　11B和10B互为同位素,形成的化合物在化学性质上基本无差异,但其物理性质不同,A错误;该晶体结构中无自由移动的电子,不具有导电性,B错误;由题图可知,该晶胞含 4个 N,B位于晶胞的顶点和面心,故B的数目为8×+6×=4,C错误;由晶胞结构示意图可知,1个N与4个B成键,这4个B又可以分别和其他的3个N成键,这些N距中心N等距且最近,总数为12,D正确。
3.C　由题给CeO2结构可知,Ce位于顶点和面心,Ce的配位数为8,故A正确;根据题给CeO2、CeO2-x结构可知,1个O与 4个 Ce相连,因此氧原子位于Ce构成的四面体空隙,氧空穴也位于Ce构成的四面体空隙,故B正确;题给CeO2-x结构中Ce的个数为8×+6×=4,O的个数为7,则 1∶(2-x)=4∶7,解得x=0.25,故C错误;CeO2和CeO2-x中O都为-2价,故Ce的化合价发生变化,故D正确。
4.C　根据均摊法,一个δFe晶胞中含有铁原子个数为×8+1=2,A正确;γFe晶胞中位于顶角的铁原子被晶胞的三个平面共有,每个平面上位于面心的铁原子与顶角处铁原子距离最近,顶角的铁原子同时被八个晶胞共用,每个面被两个晶胞共用,则与每个铁原子相邻且最近的铁原子共有12个,B正确;根据均摊法,一个γFe晶胞含有铁原子个数为×8+×6=4,C不正确;依据题给得到晶体的条件可知,将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型不同,D正确。
5.C　根据晶胞示意图可知,1个Ca2+周围距离最近且相等的有4个,A错误;1个CaC2的晶胞中,含有Ca2+的个数为12×+1=4,含有的个数为8×+6×=4,B错误;6.4 g CaC2的物质的量为0.1 mol,故含阴离子的物质的量为 0.1 mol,C正确;与每个Ca2+距离最近且相等的Ca2+有4个,D错误。
6.C　由题图可知,按均摊法,N的数目为8×+2×=2,B的数目为2,C的数目为4×+2=4,则N、B、C的数目之比为1∶1∶2,该化合物的化学式为BC2N。该晶体具有类金刚石结构,金刚石是由碳原子通过共价键形成的共价晶体,具有硬度大、熔沸点高等性质,则该化合物为共价晶体,
硬度大,A正确;如图所示,将晶胞平移,以b点的B为坐标原点,则硼原子距离最近且相等的1个硼原子a位于面心,其余两个面心上的原子为碳原子,根据晶胞结构可知,若面心上全部都是B,硼原子距离最近且相等的硼原子数为3×8×=12,但面心上的B只占了,因此晶体中与硼原子距离最近且相等的硼原子数为4,B正确;1个晶胞中有4个 C—C、4个C—N,则二者数目比为1∶1,C错误;晶体的密度为= g·cm-3,D正确。
7.C　Ti是22号元素,根据构造原理可知,基态Ti的价层电子排布式为3d24s2,价层电子的轨道表示式为,故A错误;由晶胞结构图可知,以体心的Ti4+为中心,距离其最近且相等的C4-位于面心上,共6个,故晶体中Ti4+的配位数为6,故B错误;八个小立方体中四个顶角的碳原子构成一个四面体,由碳原子构成的四面体空隙有8个,由碳原子构成的八面体空隙有 4个,晶胞中仅由碳原子构成的四面体空隙和八面体空隙的个数比为8∶4=2∶1,故C正确;一个晶胞中含有4个Ti4+、4个 C4-,则晶体的密度为g· cm-3=g· cm-3,故D错误。
8.B　Cu的核电荷数为29,基态Cu价层电子排布式为3d104s1,位于元素周期表的第四周期第ⅠB族,A正确;由图可知,与Ba2+等距且最近的Cu2+有4个,B错误;根据“均摊法”,晶胞中含4×=1(个)Hg、2个Ba、8×=1(个)Cu、16×=4(个)O,则化学式为HgBa2CuO4,C正确;结合C项分析可知,晶体密度为×1030g· cm-3= g· cm-3,D正确。
9.C　晶胞参数为a pm,即a×10-10 cm,则晶胞体积为a3×10-30 cm3,A错误;晶胞中,Au的个数为8×=1,Cu的个数为6×=3,则Au和Cu数目之比为1∶3,B错误;由图可知,Au和Cu之间的最短距离是面对角线长的一半,即 a pm,D错误。
10.C　钾锰铁基普鲁士白[K2MnFe(CN)6]是一种钾离子电池正极材料,充电时装置为电解池,其为阳极,失去电子发生氧化反应,随着K+脱出,其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ,则Ⅲ转化为Ⅰ是原电池放电过程,原电池中会发生自发的氧化还原反应,A错误;充电过程阳极发生氧化反应,则Fe或Mn的价态升高,B错误;据“均摊法”,晶胞Ⅱ中含 12×+1=4(个)FeC6、8×+6×=4(个)MnN6、4个 K,则化学式为KMnFe(CN)6,C正确;结合C分析,晶胞Ⅲ中有24个CN-,CN-中含有C≡N,1个C≡N含有 1个 σ键和2个π键,则其中π键数目为48,D错误。
11.【答案】 (1)[Ar]3d104s24p4　
(2)sp3　三角锥形
(3)极性
(4)4　×1010
【解析】 (1)硒为34号元素,基态Se的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(2)Se的中心原子Se的价层电子对数为3+×(6+2-3×2)=4,有1个孤电子对,所以Se的空间结构是三角锥形。
(3)H2Se中Se有孤电子对,其空间结构为V形,正电中心和负电中心不重合,所以H2Se属于极性分子。
(4)根据硒化锌晶胞结构图可知,每个锌原子周围有4个硒原子,每个硒原子周围有4个锌原子,所以硒原子的配位数为4;该晶胞中含有硒原子数为8×+6×=4,含有锌原子数为4,则ρ=,可得V=,则晶胞参数a= cm=×1010pm。
12.【答案】 (1)Na2MgPb　4　a　50%　100%
(2)
【解析】 (1)结合原子在晶胞中的位置关系,利用均摊法,在甲型晶胞中,Pb位于晶胞的顶点和面心,数目为8×+6×=4,Na位于晶胞的体内,数目为8,Mg位于晶胞的棱上和体心,数目为12×+1=4,则X的化学式为Na2MgPb;在乙型晶胞中,体对角线处的Na与Pb距离最短,共有 4个,边长为a pm,面对角线长为a pm,则体对角线的长度为a pm,Pb与Na的最短距离为体对角线长度的,为a pm,在乙型晶胞中,铅原子构成的四面体有8个,其中只有4个四面体中填充了Na,Na填充了晶胞中铅原子构成四面体空隙的百分比为50%,铅原子构成的八面体有4个,且Na在八面体的体心,Na填充了晶胞中铅原子构成八面体空隙的百分比为100%。甲型晶胞的边长为770 pm,则晶胞的体积为(770 pm)3=(7.70×
10-8)3cm3,甲型晶胞中含有 4个 Na2MgPb,则晶体的密度为 g·cm-3。
(2)αX是一种六方晶系的晶体,而在αX中,镁和铅按 1∶1的比例形成类似于石墨的层状结构,钠填在层间,则层内只有镁和铅,层内αX的结构为。
(
第
3
页
)

展开更多......

收起↑