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一、主干知识——在微点判断中澄清
1.判断下列有关物质的聚集状态与晶体常识叙述的正误
(1)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性 (　　)
(2)晶体有固定的熔点 (　　)
(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是通过比较硬度确定 (　　)
(4)破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体 (　　)
(5)所有晶体都是由平行六面体无隙组合而成 (　　)
(6)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 (　　)
(7)金属的生产工艺和温度等因素不同,产生的单质的晶体结构、密度和性质可能不同 (　　)
2.判断下列有关不同晶体类型结构叙述的正误
(1)分子晶体中一定存在分子间作用力和共价键 (　　)
(2)冰融化时,分子中H—O发生断裂 (　　)
(3)金属铜属于六方最密堆积结构,金属镁属于面心立方最密堆积结构 (　　)
(4)氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+共有12个 (　　)
(5)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA (　　)
(6)金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子 (　　)
(7)石墨中键长比金刚石中键长短,石墨的熔点比金刚石的高 (　　)
(8)离子晶体中阴、阳离子的配位数与电荷和离子半径有关 (　　)
(9)干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子 (　　)
(10)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键 (　　)
3.判断下列有关不同晶体类型的性质叙述的正误
(1)用铂金做首饰不能用金属键理论解释 (　　)
(2)固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 (　　)
(3)石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏 (　　)
(4)晶格能是指破坏1 mol离子键所吸收的能量 (　　)
(5)石墨中含有范德华力,所以石墨的熔点低 (　　)
(6)离子液体的粒子全都是带电荷的离子,所以离子液体难挥发 (　　)
(7)自然界中存在离子液体 (　　)
(8)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向 (　　)
(9)晶体的熔点与晶粒大小有关 (　　)
(10)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性 (　　)
4.判断下列有关配合物与超分子叙述的正误
(1)形成配离子后可能改变原来离子的颜色、溶解性等性质 (　　)
(2)[Cu(H2O)4]2-中Cu2+是sp3杂化 (　　)
(3)与同一中心离子形成配位键时,电负性大的配位原子更易形成配位键 (　　)
(4)Fe2+遇SCN-显红色 (　　)
(5)AgCl固体能溶于足量的氨水 (　　)
(6)同一个冠醚可以识别所有的碱金属离子 (　　)
(7)超分子中两种或两种以上的分子或离子通过共价键或离子键相结合 (　　)
(8)细胞和细胞器的双分子膜与超分子有关 (　　)
二、综合思维——在知识融会中贯通
(一)分子晶体
构成微粒 分子
微粒间作用力 分子间作用力
晶体特征 熔、沸点低,熔融状态不导电,熔融时不破坏共价键
典型的晶体 冰、干冰、I2、S8、稀有气体(固态)、P4、C60
结构特征 存在分子,分子内原子之间形成共价键,个别分子晶体中无共价键
　　[综合训练]
1.如图是甲烷晶体的晶胞结构,图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心),下列有关该晶体的说法正确的是 (　　)
A.该晶体与HI的晶体类型不同
B.该晶体熔化时只需要破坏共价键
C.SiH4分子的稳定性强于甲烷
D.每个顶角上的甲烷分子与它最近且等距的甲烷分子有12个
2.有四组同一族元素所形成的不同物质,在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示:
第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7
第二组 F2 -187.0 Cl2 -33.6 Br2 58.7 I2　184.0
第三组 HF　19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3
第四组 H2O 100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8
下列各项判断正确的是 (　　)
A.第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子中化学键键能最大
B.第三组与第四组相比较,化合物的稳定性:HBr>H2Se
C.第三组物质溶于水后,溶液的酸性:
HF>HCl>HBr>HI
D.第一组物质是分子晶体,一定含有共价键
(二)共价晶体
结构 构成微粒为原子
微粒间的作用力为共价键
性质 熔、沸点高,硬度较大
代表物 金刚石、硼、硅、二氧化硅、碳化硅等
　　[综合训练]
3.(2024·安徽阜阳期末)石墨烯被人们视为“引领未来”的新材料,石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.在石墨烯晶体中,碳原子数、C—C数之比为 1∶2
B.石墨烯和金刚石中C的杂化方式均是sp3
C.1个金刚石晶胞中包含8个碳原子
D.C60与金刚石属于同种晶体
4.(2024·山东东营期末)立方相氮化硼(BN)超硬,有优异的耐磨性。晶胞中N位于顶点和面心,沿x、y、z轴方向投影均为如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.晶体中N的配位数为8
B.1 mol BN中有4 mol共价键
C.立方相氮化硼可导电
D.若B原子1分数坐标为,则B原子2分数坐标为
(三)金属晶体
微粒间的作用力 金属键
存在 金属单质(汞除外)、合金
构成微粒 金属阳离子、自由电子
物理性质 导电性、导热性、延展性等
　　[综合训练]
5.下列关于晶体的叙述正确的是 (　　)
A.晶体是具有一定几何外观的,所以铁粉不属于金属晶体
B.金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理一样
C.金属晶体由金属阳离子和阴离子构成
D.离子晶体都是化合物
6.(2024·山东德州期末)下列关于金属键或金属的性质说法正确的是 (　　)
①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的　②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高　④金属键没有方向性和饱和性,金属中的电子在整个三维空间运动,属于整个金属
A.①②　　　　　　　 B.②③
C.③④ D.①④
(四)离子晶体、过渡晶体和混合型晶体
离子晶体 构成微粒 阴离子和阳离子
微粒间的相互作用力 离子键
物理性质 熔、沸点较高,硬而脆
典型晶胞 NaCl型、CsCl型
过渡晶体 偏向共价晶体:Al2O3、SiO2
混合型晶体 石墨晶体
　　[综合训练]
7.(2024·广西北海期末)下列有关离子晶体的说法中正确的是 (　　)
A.不可能含有共价键
B.可能含有分子
C.一定含有阴、阳离子
D.离子晶体在固态时能导电
8.石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时,Li+嵌入石墨层间,当嵌入最大量Li+时,晶体部分结构的俯视示意图如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.石墨属于混合型晶体
B.1 mol石墨中含有1.5 mol共价键
C.石墨晶体中,层间存在化学键和范德华力
D.图中C与Li+的个数比是6∶1
(五)配合物和超分子
配合物 配位键 构成条件 一个成键原子含孤电子对,另一个成键原子有空轨道
表示方法 A　　B　 (电子对给予体)(电子对接受体)
配合物 由外界和内界组成
对性质 的影响 对溶解性的影响、颜色的改变、稳定性增强
超分子 概念 由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
应用 “杯酚”分离C60和C70、冠醚识别碱金属离子
特征 分子识别、自组装
　　[综合训练]
9.化合物M是一种新型超分子晶体材料,由X、Y、HClO4以及CH3COCH3为溶剂反应制得(如图)。下列叙述正确的是 (　　)
A.组成M的元素均位于元素周期表p区
B.Y分子中所有原子可能共平面
C.M中阳离子通过形成氢键体现了超分子的自组装
D.M中碳、氮、氯原子的轨道杂化类型均为sp3
10.(2024·山东青岛期末)镍能形成多种配合物如正四面体形的Ni(CO)4和平面正方形的[Ni(CN)4]2-、正八面体形的[Ni(NH3)6]2+等,下列说法正确的是 (　　)
A.Ni(CO)4中的配位原子是氧原子
B.[Ni(CN)4]2-中Ni、C、N不可能处在同一直线上
C.[Ni(NH3)6]2+中H—N—H键角比107.3°小
D.[Ni(CN)4]2-和[Ni(NH3)6]2+中均有d轨道参与杂化
三、迁移应用——在课题活动中践行
课题活动　探究不同碳单质的晶体结构
探究目标(一)　探究金刚石的结构
1.金刚石中,C原子采取什么杂化方式 一个晶胞中含有几个碳原子 金刚石的晶体类型属于哪种
2.若金刚石中C—C的键长为d,求出金刚石的密度ρ。
探究目标(二)　探究石墨的结构
1.根据材料1可知,同层的C原子之间是什么作用力 层间的碳原子之间是什么作用力 石墨属于什么晶体
2.根据材料2石墨的单层结构,解释石墨能够导电的原因是什么
3.根据材料3石墨晶胞含碳原子个数为几个 已知石墨的密度为ρ g·cm-3,C—C的键长为r cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨晶体的层间距为多少cm (用含ρ、NA、r的式子表示)
4.金刚石和石墨的物理性质差异很大,其中熔点较高的是哪种 硬度较大的是哪种 试从结构上分析其原因。
探究目标(三)　探究C60的结构
材料1　石墨具有较高的熔、沸点,质软,可作润滑剂。石墨是具有层状结构的晶体,其结构如图所示。
　　材料2　纳米碳管(如图)即管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层石墨片围绕中心轴,按一定的螺旋角卷曲形成的无缝纳米级管。
　　材料3　碳的另一种同素异形体石墨,其晶胞结构如图所示。
1985年以激光气化石墨只能制取几毫克的C60,不足以开展大量的研究。直到1990年,C60的合成才取得突破。C60有12个正五边形,20个正六边形,每个五边形均与每个六边形共边,而每个六边形则邻接着3个五边形和3个六边形,将12个五边形彼此隔开。
1.C60中碳原子最可能的杂化方式是什么 碳原子之间是什么作用力
2.C60在室温下为紫红色固体,溶于二硫化碳,硬度较小,判断C60属于什么晶体
3.C60晶体的晶胞如图所示,以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,如1的原子分数坐标为(0,0,0),2的原子分数坐标为。C60分子采取什么堆积方式 每个C60分子周围最近的C60分子是多少个 3和4的原子分数坐标如何表示
4.碱金属掺杂的C60有金属行为,1991年发现钾掺杂的C60在18 K时有超导行为。如图是钾掺杂的C60的晶胞,根据晶胞结构推出晶体的化学式,该晶体属于哪种类型的晶体
5.C60衍生物的超分子自组装的研究一直是个热点。下面左图是与C60组成超分子的“杯酚”,右图是C60衍生物组装成的超分子,“杯酚”中相邻酚羟基的H与O之间是什么作用力 后者N原子与Zn离子形成的是什么作用力
[素养训练]
1.石墨烯在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。回答下列问题:
(1)构成石墨烯的元素是碳元素,基态碳原子的价层电子轨道表示式为　　　　　,其中未成对电子有　　　　个。
(2)石墨烯的结构如图所示,二维结构内有大量碳六元环相连,每个碳六元环类似于苯环(但无H原子相连),则石墨烯中碳原子的杂化方式为　　　　　,石墨烯导电的原因是　 。
(3)石墨烯的某种氧化物的结构如图所示,该物质易溶于水,而石墨烯难溶于水,易溶于非极性溶剂。解释石墨烯及其氧化物的溶解性差异的原因:　 。
(4)石墨烷是石墨烯与H2发生加成反应的产物,完全氢化的石墨烷具有　　　　(填“导电性”“绝缘性”或“半导体性”)。
(5)石墨烯可作电池材料。某锂离子电池的负极材料是将Li+嵌入到两层石墨烯层中间,石墨烯层间距为c cm,其晶胞结构如图所示。其中一个晶胞的质量m=　　　　 g(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
2.碳元素的单质有多种形式,如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为　　　　。
(2)石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式为　　　　。
(3)C60属于　晶体。
(4)石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的σ键,而石墨层内的C—C间不仅存在σ键,还有　　　　键。
(5)若金刚石晶胞的晶胞参数a=365.6 pm,其密度为　　　　　　　 g·cm-3(列出计算式即可)。
(6)Ge与C是同族元素,比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因　 。
GeCl4 GeBr4 GeI4
熔点/℃ -49.5 26 146
沸点/℃ 83.1 186 约400
(7)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。
①关于这两种晶体的说法,正确的是　　　　(填字母)。
a.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软
c.两种晶体中的B—N均为共价键
d.两种晶体均为分子晶体
②NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一,1 mol NH4BF4含有　　　　mol配位键。
单元整体教学设计与阶段验收评价
一、主干知识——在微点判断中澄清 　
1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√
2.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√
(8)√　(9)√　(10)×
3.(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√
(8)√　(9)√　(10)√
4.(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√
二、综合思维——在知识融会中贯通 　
1.选D　甲烷、HI晶体均属于分子晶体,A项错误;甲烷晶体属于分子晶体,熔化时只需要破坏分子间作用力,不需要破坏共价键,B项错误;C的非金属性比Si强,所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷,C项错误;根据晶胞的结构可知,以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象,与它最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上,每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用,每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用,所以每个甲烷分子周围与它最近且等距的甲烷分子有=12个,D项正确。
2.选B　第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子之间可以形成氢键,A不正确;Se和Br同为第四周期元素,Br的非金属性较强,故氢化物的稳定性:HBr>H2Se,B正确;第三组物质溶于水后,HF溶液的酸性最弱,C不正确;第一组物质是分子晶体,但分子中不一定含有共价键,如稀有气体中无共价键,D不正确。
3.选C　在石墨烯晶体中,每个碳原子连接3个C—C,每个C—C占据的碳原子数是2个,因此碳原子数、C—C数之比为2∶3,A错误;石墨烯中C的杂化方式是sp2,金刚石中C的杂化方式是sp3,B错误;1个金刚石晶胞中包含的碳原子数为8×+6×+4=8个,C正确;C60属于分子晶体,金刚石属于共价晶体,D错误。
4.选B　晶体中N的配位数为4,A错误;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,1 mol BN中有4 mol共价键,B正确;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,属于共价晶体,不能导电,C错误;若B原子1分数坐标为,则B原子2分数坐标为,D错误。
5.选D　晶体能自发地呈现多面体外形,铁粉用肉眼看不到晶体外形,但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到规则的晶体外形,说明铁粉仍属于金属晶体,A项错误;金属导电是自由电子在电场作用下发生定向移动而导电,而熔融电解质(或电解质溶液)导电是阴、阳离子在电流作用下的定向移动而导电,熔融电解质(电解质溶液)导电时在阴、阳两极上发生还原反应、氧化反应,有新物质生成,是化学变化,金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理不一样,B项错误;金属晶体由金属阳离子和自由电子构成,C项错误;离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体,离子晶体是至少含有两种元素的纯净物,离子晶体都是化合物,D项正确。
6.选C　金属的导电性是因为在外加电场的作用下,自由电子发生定向移动,而金属阳离子并没有移动,①错误;金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用,并非仅存在静电吸引作用,②错误。
7.选C　NaOH是离子晶体,含有离子键和共价键,故A错误;离子晶体是由阴、阳离子构成的晶体,不含分子,故B错误,C正确;固态时,晶体中离子不能自由移动,所以不能导电,故D错误。
8.选C　石墨是晶体内同时存在着共价键、分子间作用力等多种作用力,具有分子晶体和共价晶体的结构和性质的混合型晶体,故A正确;在石墨晶体中,每个碳原子与3个碳原子形成三个共价键,而每个共价键被2个碳原子所共用,则每个碳原子形成1.5个共价键,所以1 mol石墨中含有1.5 mol共价键,故B正确;石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,不存在化学键,故C错误;从题图可以看出,每个Li+都位于1个平面正六边形的中心,即平均每6个C原子对应1个Li+,所以此时C与Li+的个数比是6∶1,故D正确。
9.选C　组成M的元素有H、C、N、O、Cl、Br,根据元素周期表结构可知H位于s区,A错误;Y中存在多个饱和碳原子,所有原子不可能共面,B错误;M中阳离子通过形成氢键N—H…O体现了超分子的自组装,C正确;M中苯环上的碳原子的轨道杂化类型为sp2,D错误。
10.选D　四羰基合镍分子中镍原子为中心原子,一氧化碳是配体,碳元素的电负性小于氧元素,与具有空轨道的镍原子形成配位键时,碳原子更易给出孤电子对,则四羰基合镍分子中的配位原子是碳原子,故A错误;氰酸根离子与氮气分子的原子个数都为2、价电子数都为14,则氰酸根离子与氮气分子的空间结构相同,都是直线形,所以四氢酸根合镍离子中镍原子、碳原子和氮原子处在同一直线上,故B错误;六氨合镍离子中氮原子与具有空轨道的镍离子形成配位键,孤电子对数为0,氨分子中氮原子的孤电子对数为1,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,则六氨合镍离子中H—N—H键角大于氨分子的键角107.3°,故C错误;由四氰酸根合镍离子的空间结构为平面正方形、六氨合镍离子的空间结构为正八面体形可知,四氰酸根合镍离子中镍离子的杂化方式为dsp2杂化、六氨合镍离子中镍离子的杂化方式为sp3d2杂化,均有d轨道参与杂化,故D正确。
三、迁移应用——在课题活动中践行 　
探究目标(一)
1.提示:sp3杂化;8×+6×+4=8;共价晶体。
2.提示:ρ=。
探究目标(二)
1.提示:共价键;范德华力;混合型晶体。
2.提示:石墨单层中碳原子为sp2杂化,未参与杂化的碳原子的p轨道相互平行且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,因此石墨可以导电。
3.提示:4;。根据石墨的晶胞结构,设晶胞的底面边长为a cm,晶胞的高为h cm,层间距为d cm,则h=2d,底面图为,则=r×sin 60°,可得a=r,则底面面积为(r)2×sin 60° cm2,晶胞中C原子数目为1+2×+8×+4×=4,晶胞质量为 g,则ρ g·cm-3=,整理可得d=。
4.提示:熔点较高的是石墨;硬度较大的是金刚石。石墨为混合型晶体,金刚石为共价晶体,二者熔点均取决于碳碳共价键,前者键长短,则熔点高;石墨硬度取决于分子间作用力,而金刚石硬度取决于碳碳共价键。
探究目标(三)
1.提示:sp2;共价键。
2.提示:分子晶体。
3.提示:面心立方最密堆积;12;、。
4.提示:K3C60;离子晶体。
5.提示:氢键;配位键。
[素养训练]
1.解析:(1)碳原子属于主族元素,价层电子为最外层电子,即碳原子的价层电子轨道表示式为;其中未成对电子有2个。(2)根据石墨烯的结构,有大量碳六元环相连,每个碳六元环类似于苯环,因此碳原子的杂化类型为sp2;每个碳原子有3个σ键,含有1个未成对电子,每个碳六元环类似于苯环,p轨道相互平行重叠,使p轨道中的电子可在整个石墨烯中运动,通电后能定向移动。(3)根据结构可知,该物质含有羟基、羧基、醚键、酮羰基,其中羟基、羧基属于亲水基团,易与水形成分子间氢键,使该物质易溶于水;石墨烯中不含亲水基团,且是非极性结构,使得石墨烯难溶于水,易溶于非极性溶剂。(4)根据分析,石墨烯与氢气发生加成反应后,每个碳原子转化成饱和碳原子,没有自由移动的“电子”,因此加成后产物是绝缘体。(5)根据晶胞图可知,Li+位于顶点,个数为8×=1,C位于面心和内部,个数为8×+2=6,化学式为LiC6,1个晶胞的质量为×(7+12×6)g= g。
答案:(1) 　2
(2)sp2　p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个石墨烯中运动,通电后能定向移动
(3)石墨烯的氧化物中含大量亲水基团(羧基、羟基),易与水形成分子间氢键,而石墨烯不含亲水基团,且是非极性结构　(4)绝缘性　(5)
2.解析:(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。(2)石墨烯(指单层石墨)中,碳原子的价层电子对数为3,碳原子的杂化方式为sp2。(3)C60的熔、沸点低,由分子构成,属于分子晶体。(4)石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm,则石墨层内碳碳键长短,键能大,表明碳碳原子间除含有σ键外,还有其他的作用力,则其原因是金刚石中只存在C—C间的σ键,而石墨层内的C—C间不仅存在σ键,还有π键。(5)金刚石晶胞中,含有的C原子数为8×+6×+4=8,晶胞参数a=365.6 pm,其密度为 g·cm-3。(6)Ge与C是同族元素,表中锗的卤化物为GeCl4、GeBr4、GeI4,它们都构成正四面体结构的分子,熔点和沸点依次升高,则其变化规律及原因:GeCl4、GeBr4、GeI4熔、沸点依次升高,主要原因是它们都形成分子晶体,分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大。(7)①立方相氮化硼的结构类似于金刚石,晶胞内只含有σ键,碳原子构成正四面体结构,所以硬度大,a不正确;六方相氮化硼层间不存在化学键,只存在分子间作用力,所以作用力小,质地软,b正确;B、N都为非金属元素,两种晶体中的B—N均为共价键,c正确;两种晶体中,前者为混合型晶体,后者为共价晶体,d不正确。②NH4BF4(氟硼酸铵)由N和B构成,两种离子中各含有1个配位键,所以1 mol NH4BF4含有2 mol配位键。
答案:(1)同素异形体　(2)sp2　(3)分子　(4)π　(5)
(6)GeCl4、GeBr4、GeI4熔、沸点依次升高,主要原因是它们都形成分子晶体,分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大
(7)①bc　②2(共71张PPT)
单元整体教学设计与阶段验收评价
第三章
目录
一、主干知识
在微点判断中澄清
二、综合思维
在知识融会中贯通
三、迁移应用
在课题活动中践行
在微点判断中澄清
一、主干知识
1.判断下列有关物质的聚集状态与晶体常识叙述的正误
(1)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性( )
(2)晶体有固定的熔点( )
(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是通过比较硬度确定( )
(4)破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体( )
×
√
×
×
(5)所有晶体都是由平行六面体无隙组合而成 ( )
(6)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成( )
(7)金属的生产工艺和温度等因素不同,产生的单质的晶体结构、密度和性质可能不同( )
×
√
√
2.判断下列有关不同晶体类型结构叙述的正误
(1)分子晶体中一定存在分子间作用力和共价键( )
(2)冰融化时,分子中H—O发生断裂( )
(3)金属铜属于六方最密堆积结构,金属镁属于面心立方最密堆积结构( )
(4)氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+共有12个( )
(5)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA ( )
×
×
×
√
×
(6)金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子 ( )
(7)石墨中键长比金刚石中键长短,石墨的熔点比金刚石的高( )
(8)离子晶体中阴、阳离子的配位数与电荷和离子半径有关( )
(9)干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子( )
(10)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键( )
√
√
√
√
×
3.判断下列有关不同晶体类型的性质叙述的正误
(1)用铂金做首饰不能用金属键理论解释( )
(2)固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体( )
(3)石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏( )
(4)晶格能是指破坏1 mol离子键所吸收的能量( )
(5)石墨中含有范德华力,所以石墨的熔点低( )
×
√
√
×
×
(6)离子液体的粒子全都是带电荷的离子,所以离子液体难挥发 ( )
(7)自然界中存在离子液体( )
(8)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向( )
(9)晶体的熔点与晶粒大小有关( )
(10)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性( )
√
√
√
√
√
4.判断下列有关配合物与超分子叙述的正误
(1)形成配离子后可能改变原来离子的颜色、溶解性等性质( )
(2)[Cu(H2O)4]2-中Cu2+是sp3杂化( )
(3)与同一中心离子形成配位键时,电负性大的配位原子更易形成配位键( )
(4)Fe2+遇SCN-显红色( )
√
×
×
×
(5)AgCl固体能溶于足量的氨水 ( )
(6)同一个冠醚可以识别所有的碱金属离子( )
(7)超分子中两种或两种以上的分子或离子通过共价键或离子键相结合( )
(8)细胞和细胞器的双分子膜与超分子有关 ( )
√
×
×
√
二、综合思维
在知识融会中贯通
(一)分子晶体
构成微粒 分子
微粒间作用力 分子间作用力
晶体特征 熔、沸点低,熔融状态不导电,熔融时不破坏共价键
典型的晶体 冰、干冰、I2、S8、稀有气体(固态)、P4、C60
结构特征 存在分子,分子内原子之间形成共价键,个别分子晶体中无共价键
[综合训练]
1.如图是甲烷晶体的晶胞结构,图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心),下列有关该晶体的说法正确的是(　　)
A.该晶体与HI的晶体类型不同
B.该晶体熔化时只需要破坏共价键
C.SiH4分子的稳定性强于甲烷
D.每个顶角上的甲烷分子与它最近且等距的甲烷分子有12个
√
解析:甲烷、HI晶体均属于分子晶体,A项错误;甲烷晶体属于分子晶体,熔化时只需要破坏分子间作用力,不需要破坏共价键,B项错误;C的非金属性比Si强,所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷,C项错误;根据晶胞的结构可知,以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象,与它最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上,每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用,每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用,所以每个甲烷分子周围与它最近且等距的甲烷分子有 =12个,D项正确。
2.有四组同一族元素所形成的不同物质,在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示:
第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7
第二组 F2 -187.0 Cl2 -33.6 Br2 58.7 I2　184.0
第三组 HF　19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3
第四组 H2O 100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8
下列各项判断正确的是 (　　)
A.第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子中化学键键能最大
B.第三组与第四组相比较,化合物的稳定性:HBr>H2Se
C.第三组物质溶于水后,溶液的酸性:HF>HCl>HBr>HI
D.第一组物质是分子晶体,一定含有共价键
√
解析:第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子之间可以形成氢键,A不正确;Se和Br同为第四周期元素,Br的非金属性较强,故氢化物的稳定性:HBr>H2Se,B正确;第三组物质溶于水后,HF溶液的酸性最弱,C不正确;第一组物质是分子晶体,但分子中不一定含有共价键,如稀有气体中无共价键,D不正确。
(二)共价晶体
结构 构成微粒为原子
微粒间的作用力为共价键
性质 熔、沸点高,硬度较大
代表物 金刚石、硼、硅、二氧化硅、碳化硅等
3.(2024·安徽阜阳期末)石墨烯被人们视为“引领未来”的新材料,石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.在石墨烯晶体中,碳原子数、C—C数之比为 1∶2
B.石墨烯和金刚石中C的杂化方式均是sp3
C.1个金刚石晶胞中包含8个碳原子
D.C60与金刚石属于同种晶体
√
解析:在石墨烯晶体中,每个碳原子连接3个C—C,每个C—C占据的碳原子数是2个,因此碳原子数、C—C数之比为2∶3,A错误;石墨烯中C的杂化方式是sp2,金刚石中C的杂化方式是sp3,B错误;1个金刚石晶胞中包含的碳原子数为8×+6×+4=8个,C正确;C60属于分子晶体,金刚石属于共价晶体,D错误。
4.(2024·山东东营期末)立方相氮化硼(BN)超硬,有优异的耐磨性。晶胞中N位于顶点和面心,沿x、y、z轴方向投影均为如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.晶体中N的配位数为8
B.1 mol BN中有4 mol共价键
C.立方相氮化硼可导电
D.若B原子1分数坐标为,则B原子2分数坐标为
√
解析:晶体中N的配位数为4,A错误;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,1 mol BN中有4 mol共价键,B正确;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,属于共价晶体,不能导电,C错误;若B原子1分数坐标为,则B原子2分数坐标为,D错误。
(三)金属晶体
微粒间的作用力 金属键
存在 金属单质(汞除外)、合金
构成微粒 金属阳离子、自由电子
物理性质 导电性、导热性、延展性等
[综合训练]
√
5.下列关于晶体的叙述正确的是 (　　)
A.晶体是具有一定几何外观的,所以铁粉不属于金属晶体
B.金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理一样
C.金属晶体由金属阳离子和阴离子构成
D.离子晶体都是化合物
解析:晶体能自发地呈现多面体外形,铁粉用肉眼看不到晶体外形,但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到规则的晶体外形,说明铁粉仍属于金属晶体,A项错误;金属导电是自由电子在电场作用下发生定向移动而导电,而熔融电解质(或电解质溶液)导电是阴、阳离子在电流作用下的定向移动而导电,熔融电解质(电解质溶液)导电时在阴、阳两极上发生还原反应、氧化反应,有新物质生成,是化学变化,金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理不一样,B项错误;金属晶体由金属阳离子和自由电子构成,C项错误;离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体,离子晶体是至少含有两种元素的纯净物,离子晶体都是化合物,D项正确。
√
6.(2024·山东德州期末)下列关于金属键或金属的性质说法正确的是 (　　)
①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的　②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用　③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高　④金属键没有方向性和饱和性,金属中的电子在整个三维空间运动,属于整个金属
A.①②　　　　　　　 B.②③
C.③④ D.①④
解析:金属的导电性是因为在外加电场的作用下,自由电子发生定向移动,而金属阳离子并没有移动,①错误;金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用,并非仅存在静电吸引作用,②错误。
(四)离子晶体、过渡晶体和混合型晶体
离子 晶体 构成微粒 阴离子和阳离子
微粒间的相互作用力 离子键
物理性质 熔、沸点较高,硬而脆
典型晶胞 NaCl型、CsCl型
过渡晶体 偏向共价晶体:Al2O3、SiO2 混合型晶体 石墨晶体
[综合训练]
√
7.(2024·广西北海期末)下列有关离子晶体的说法中正确的是 (　　)
A.不可能含有共价键
B.可能含有分子
C.一定含有阴、阳离子
D.离子晶体在固态时能导电
解析:NaOH是离子晶体,含有离子键和共价键,故A错误;离子晶体是由阴、阳离子构成的晶体,不含分子,故B错误,C正确;固态时,晶体中离子不能自由移动,所以不能导电,故D错误。
√
8.石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时,Li+嵌入石墨层间,当嵌入最大量Li+时,晶体部分结构的俯视示意图如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.石墨属于混合型晶体
B.1 mol石墨中含有1.5 mol共价键
C.石墨晶体中,层间存在化学键和范德华力
D.图中C与Li+的个数比是6∶1
解析:石墨是晶体内同时存在着共价键、分子间作用力等多种作用力,具有分子晶体和共价晶体的结构和性质的混合型晶体,故A正确;在石墨晶体中,每个碳原子与3个碳原子形成三个共价键,而每个共价键被2个碳原子所共用,则每个碳原子形成1.5个共价键,所以1 mol石墨中含有1.5 mol共价键,故B正确;石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,不存在化学键,故C错误;从题图可以看出,每个Li+都位于1个平面正六边形的中心,即平均每6个C原子对应1个Li+,所以此时C与Li+的个数比是6∶1,故D正确。
(五)配合物和超分子
配合物 配位键 构成条件 一个成键原子含孤电子对,另一个成键原子有空轨道
表示方法 A　―→　B　
(电子对给予体)(电子对接受体)
配合物 由外界和内界组成 对性质的影响 对溶解性的影响、颜色的改变、稳定性增强 超分子 概念 由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
应用 “杯酚”分离C60和C70、冠醚识别碱金属离子
特征 分子识别、自组装
续表
[综合训练]
9.化合物M是一种新型超分子晶体材料,由X、Y、HClO4以及CH3COCH3为溶剂反应制得(如图)。下列叙述正确的是 (　　)
A.组成M的元素均位于元素周期表p区
B.Y分子中所有原子可能共平面
C.M中阳离子通过形成氢键体现了超分子的自组装
D.M中碳、氮、氯原子的轨道杂化类型均为sp3
解析:组成M的元素有H、C、N、O、Cl、Br,根据元素周期表结构可知H位于s区,A错误;Y中存在多个饱和碳原子,所有原子不可能共面,B错误;M中阳离子通过形成氢键N—H…O体现了超分子的自组装,C正确;M中苯环上的碳原子的轨道杂化类型为sp2,D错误。
√
10.(2024·山东青岛期末)镍能形成多种配合物如正四面体形的Ni(CO)4和平面正方形的[Ni(CN)4]2-、正八面体形的[Ni(NH3)6]2+等,下列说法正确的是 (　　)
A.Ni(CO)4中的配位原子是氧原子
B.[Ni(CN)4]2-中Ni、C、N不可能处在同一直线上
C.[Ni(NH3)6]2+中H—N—H键角比107.3°小
D.[Ni(CN)4]2-和[Ni(NH3)6]2+中均有d轨道参与杂化
√
解析:四羰基合镍分子中镍原子为中心原子,一氧化碳是配体,碳元素的电负性小于氧元素,与具有空轨道的镍原子形成配位键时,碳原子更易给出孤电子对,则四羰基合镍分子中的配位原子是碳原子,故A错误;氰酸根离子与氮气分子的原子个数都为2、价电子数都为14,则氰酸根离子与氮气分子的空间结构相同,都是直线形,所以四氢酸根合镍离子中镍原子、碳原子和氮原子处在同一直线上,故B错误;六氨合镍离子中氮原子与具有空轨道的镍离子形成配位键,孤电子对数为0,氨分子中氮原子的孤电子对数为1,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,
键角越小,则六氨合镍离子中H—N—H键角大于氨分子的键角107.3°,故C错误;由四氰酸根合镍离子的空间结构为平面正方形、六氨合镍离子的空间结构为正八面体形可知,四氰酸根合镍离子中镍离子的杂化方式为dsp2杂化、六氨合镍离子中镍离子的杂化方式为sp3d2杂化,均有d轨道参与杂化,故D正确。
在课题活动中践行
三、迁移应用
课题活动　探究不同碳单质的晶体结构
探究目标(一)　探究金刚石的结构
金刚石俗称“金刚钻”,是一种由碳元素组成的矿物,金刚石的硬度为10、熔点3 823 K,其晶胞图如图所示。
1.金刚石中,C原子采取什么杂化方式 一个晶胞中含有几个碳原子 金刚石的晶体类型属于哪种
提示:sp3杂化;8×+6×+4=8;共价晶体。
2.若金刚石中C—C的键长为d,求出金刚石的密度ρ。
提示:ρ=。
探究目标(二)　探究石墨的结构
材料1　石墨具有较高的熔、沸点,质软,可作润滑剂。石墨是具有层状结构的晶体,其结构如图所示。
材料2　纳米碳管(如图)即管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层石墨片围绕中心轴,按一定的螺旋角卷曲形成的无缝纳米级管。
材料3　碳的另一种同素异形体石墨,其晶胞结构如图所示。
1.根据材料1可知,同层的C原子之间是什么作用力 层间的碳原子之间是什么作用力 石墨属于什么晶体
提示:共价键;范德华力;混合型晶体。
2.根据材料2石墨的单层结构,解释石墨能够导电的原因是什么
提示:石墨单层中碳原子为sp2杂化,未参与杂化的碳原子的p轨道相互平行且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,因此石墨可以导电。
3.根据材料3石墨晶胞含碳原子个数为几个 已知石墨的密度为ρ g·cm-3,C—C的键长为r cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨晶体的层间距为多少cm (用含ρ、NA、r的式子表示)
提示:4;。根据石墨的晶胞结构,设晶胞的底面边长为a cm,晶胞的高为h cm,层间距为d cm,则h=2d,底面图为 ,则 =
r×sin 60°,可得a=r,则底面面积为(r)2×sin 60° cm2,晶胞中C原子数目为1+2×+8×+4×=4,晶胞质量为 g,则ρ g·cm-3=
,整理可得d = 。
4.金刚石和石墨的物理性质差异很大,其中熔点较高的是哪种 硬度较大的是哪种 试从结构上分析其原因。
提示:熔点较高的是石墨;硬度较大的是金刚石。石墨为混合型晶体,金刚石为共价晶体,二者熔点均取决于碳碳共价键,前者键长短,则熔点高;石墨硬度取决于分子间作用力,而金刚石硬度取决于碳碳共价键。
探究目标(三)　探究C60的结构
1985年以激光气化石墨只能制取几毫克的C60,不足以开展大量的研究。直到1990年,C60的合成才取得突破。C60有12个正五边形,20个正六边形,每个五边形均与每个六边形共边,而每个六边形则邻接着3个五边形和3个六边形,将12个五边形彼此隔开。
1.C60中碳原子最可能的杂化方式是什么 碳原子之间是什么作用力
提示:sp2;共价键。
2.C60在室温下为紫红色固体,溶于二硫化碳,硬度较小,判断C60属于什么晶体
提示:分子晶体。
3.C60晶体的晶胞如图所示,以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,如1的原子分数坐标为(0,0,0),2的原子分数坐标为。C60分子采取什么堆积方式 每个C60分子周围最近的C60分子是多少个 3和4的原子分数坐标如何表示
提示:面心立方最密堆积;12;、。
4.碱金属掺杂的C60有金属行为,1991年发现钾掺杂的C60在18 K时有超导行为。如图是钾掺杂的C60的晶胞,根据晶胞结构推出晶体的化学式,该晶体属于哪种类型的晶体
提示:K3C60;离子晶体。
5.C60衍生物的超分子自组装的研究一直是个热点。下面左图是与C60组成超分子的“杯酚”,右图是C60衍生物组装成的超分子,“杯酚”中相邻酚羟基的H与O之间是什么作用力 后者N原子与Zn离子形成的是什么作用力
提示:氢键;配位键。
[素养训练]
1.石墨烯在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。回答下列问题:
(1)构成石墨烯的元素是碳元素,基态碳原子的价层电子轨道表示式为　　 ,其中未成对电子有　　个。
解析:碳原子属于主族元素,价层电子为最外层电子,即碳原子的价层电子轨道表示式为 ;其中未成对电子有2个。
2
(2)石墨烯的结构如图所示,二维结构内有大量碳六元环相连,每个碳六元环类似于苯环(但无H原子相连),则石墨烯中碳原子的杂化方式为　　,石墨烯导电的原因是___________________________________
。
sp2
p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道
中的电子可在整个石墨烯中运动,通电后能定向移动
解析:根据石墨烯的结构,有大量碳六元环相连,每个碳六元环类似于苯环,因此碳原子的杂化类型为sp2;每个碳原子有3个σ键,含有1个未成对电子,每个碳六元环类似于苯环,p轨道相互平行重叠,使p轨道中的电子可在整个石墨烯中运动,通电后能定向移动。
(3)石墨烯的某种氧化物的结构如图所示,该物质易溶于水,而石墨烯难溶于水,易溶于非极性溶剂。解释石墨烯及其氧化物的溶解性差异的原因:___________________________________________________
。
石墨烯的氧化物中含大量亲水基团(羧基、羟基),易与水形
成分子间氢键,而石墨烯不含亲水基团,且是非极性结构
解析:根据结构可知,该物质含有羟基、羧基、醚键、酮羰基,其中羟基、羧基属于亲水基团,易与水形成分子间氢键,使该物质易溶于水;石墨烯中不含亲水基团,且是非极性结构,使得石墨烯难溶于水,易溶于非极性溶剂。
(4)石墨烷是石墨烯与H2发生加成反应的产物,完全氢化的石墨烷具有　　　　(填“导电性”“绝缘性”或“半导体性”)。
解析:根据分析,石墨烯与氢气发生加成反应后,每个碳原子转化成饱和碳原子,没有自由移动的“电子”,因此加成后产物是绝缘体。

绝缘性
(5)石墨烯可作电池材料。某锂离子电池的负极
材料是将Li+嵌入到两层石墨烯层中间,石墨烯层间距
为c cm,其晶胞结构如图所示。其中一个晶胞的质量
m =　　 g(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
解析:根据晶胞图可知,Li+位于顶点,个数为8×=1,C位于面心和内部,个数为8×+2=6,化学式为LiC6,1个晶胞的质量为×(7+12×6)g
= g。
2.碳元素的单质有多种形式,如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为　 　　　。
解析:金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。
同素异形体
(2)石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式为　　　　。
解析:石墨烯(指单层石墨)中,碳原子的价层电子对数为3,碳原子的杂化方式为sp2。
(3)C60属于　　　　晶体。
解析:C60的熔、沸点低,由分子构成,属于分子晶体。
sp2
分子
(4)石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的σ键,而石墨层内的C—C间不仅存在σ键,还有　　键。
解析:石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm,则石墨层内碳碳键长短,键能大,表明碳碳原子间除含有σ键外,还有其他的作用力,则其原因是金刚石中只存在C—C间的σ键,而石墨层内的C—C间不仅存在σ键,还有π键。
π
(5)若金刚石晶胞的晶胞参数a=365.6 pm,其密度为
　　 　 g·cm-3(列出计算式即可)。
解析:金刚石晶胞中,含有的C原子数为8×+6×+4=8,晶胞参数a=365.6 pm,其密度为 g·cm-3。
(6)Ge与C是同族元素,比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因____________________________________________________
。
GeCl4、GeBr4、GeI4熔、沸点依次升高,主要原因是它们
都形成分子晶体,分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力
依次增大
GeCl4 GeBr4 GeI4
熔点/℃ -49.5 26 146
沸点/℃ 83.1 186 约400
解析:Ge与C是同族元素,表中锗的卤化物为GeCl4、GeBr4、GeI4,它们都构成正四面体结构的分子,熔点和沸点依次升高,则其变化规律及原因:GeCl4、GeBr4、GeI4熔、沸点依次升高,主要原因是它们都形成分子晶体,分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大。
(7)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。
①关于这两种晶体的说法,正确的是　　　(填字母)。
a.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软
c.两种晶体中的B—N均为共价键
d.两种晶体均为分子晶体
bc
解析:立方相氮化硼的结构类似于金刚石,晶胞内只含有σ键,碳原子构成正四面体结构,所以硬度大,a不正确;六方相氮化硼层间不存在化学键,只存在分子间作用力,所以作用力小,质地软,b正确;B、N都为非金属元素,两种晶体中的B—N均为共价键,c正确;两种晶体中,前者为混合型晶体,后者为共价晶体,d不正确。
②NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一,1 mol NH4BF4含有　　mol配位键。
解析:NH4BF4(氟硼酸铵)由N和B构成,两种离子中各含有1个配位键,所以1 mol NH4BF4含有2 mol配位键。
2

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