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第31讲　晶体结构与性质
1．了解晶体和非晶体的区别。2.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。3.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中构成粒子、粒子间作用力的区别。4.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。
考点一　常见物质的聚集状态　晶体与非晶体
1．物质的聚集状态
(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。
(2)等离子体和液晶
①等离子体：由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体。具有良好的导电性和流动性。
②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。
2．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
项目 晶体 非晶体
结构特征 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序
性质特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现 各向异性 各向同性
二者 区别 方法 间接方法 看是否有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
科学方法 对固体进行X射线衍射实验
(2)获得晶体的途径
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。
③溶质从溶液中析出。
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)在物质的三态相互转化过程中只是分子间距离发生了变化。(　√　)
(2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　×　)
(3)晶体有自范性但排列无序。(　×　)
(4)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。(　√　)
(5)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。(　√　)
题组一　物质聚集状态的多样性
1．下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是(　B　)
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．超分子内部的分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体
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，故B错误；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，熔点可能下降，故C正确。
2．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，下列有关玻璃态水的叙述正确的是(　C　)
A．水由液态变为玻璃态，体积缩小
B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C．玻璃态是水的一种特殊状态
D．在玻璃态水的X射线图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰
解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，因密度与普通液态水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
题组二　晶体与非晶体的区别
3．下列关于晶体和非晶体的说法正确的是(　C　)
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
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。
4．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是(　B　)
A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则的几何外形的晶体
B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点
D．两者的X射线图谱是相同的
解析：观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排列，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。
考点二　常见的晶体模型
1．晶胞的概念及计算
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，晶体中晶胞的排列——无隙并置。
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
(2)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
②三棱柱晶胞
③六棱柱晶胞
(3)晶胞中粒子配位数的计算
一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数，它反映了晶体中粒子排列的紧密程度。
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，常见晶胞的配位数如下：
简单立方：配位数为6 面心立方：配位数为12 体心立方：配位数为8
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。
2．常见晶体结构模型
(1)共价晶体
①金刚石晶体中，每个C与相邻4个C形成共价键，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键是2 mol。
②SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子形成共价键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是硅原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O。
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。
②冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol氢键。
(3)离子晶体——NaCl、CsCl、CaF2
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。
③CaF2型：在晶体中，每个Ca2+吸引8个F－，每个F－吸引4个Ca2+，每个晶胞含4个Ca2+，8个F－。
(4)混合型晶体——石墨
石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，碳原子采取的杂化方式是sp2。
题组一　晶胞中粒子数及化学式的计算
1．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料，如镧(La)镍(Ni)合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物。某镧镍储氢合金晶胞结构如图，该材料中镧、镍、氢的原子个数比为(　B　)
A．8∶9∶10 B．1∶5∶6
C．1∶5∶3 D．1∶5∶5
解析：利用均摊法，La在晶胞的顶角，N(La)＝8×＝1；Ni在面上和体心，N(Ni)＝8×＋1＝5；氢气在棱上和面心，N(H2)＝8×＋2×＝3；则镧、镍、氢的原子个数比为1∶5∶6。
2．如图所示晶体结构是一种具有优良的压电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元（晶胞）。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是（各元素所带电荷均已略去）(　C　)
A．8；BaTi8O12 B．8；BaTi4O9
C．6；BaTiO3 D．3；BaTi2O3
解析：由题图可知，晶体中钛原子位于立方体的顶角，为8个晶胞所共用，每个晶胞中与钛原子紧邻的氧原子数为3，且每个氧原子位于晶胞的棱上，为4个晶胞所共用，故晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为3×8×＝6；再根据均摊法可计算出晶体中每个晶胞中各元素原子的数目：Ba为1，Ti为8×＝1，O为12×＝3，故此晶体材料的化学式为BaTiO3。
3．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为MgB2。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根的离子符号为BO。
解析：(1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从题图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶＝1∶2，化学式为BO。
题组二　常见晶体结构的分析
4．（2024·安徽亳州联考）以下是几种晶体的结构模型。下列说法正确的是(　B　)
A．NaCl晶体中，每个晶胞中含有4个NaCl分子
B．CsCl晶胞中，每个Cl－周围与其最近且等距的Cs＋有8个
C．CaF2晶胞中，若晶胞棱长为a，则Ca2+与F－的最短距离为a
D．干冰晶体熔化时破坏的化学键有范德华力和共价键
解析：NaCl晶体中，每个晶胞中均摊4个Na＋、4个Cl－，不存在分子，A错误；由晶胞结构可知每个Cs＋周围与其最近且等距的Cl－有8个，则每个Cl－周围与其最近且等距的Cs＋有8个，B正确；CaF2晶胞中，若晶胞棱长为a，则Ca2+与F－的最短距离为体对角线的四分之一，即，C错误；干冰晶体熔化时不会破坏化学键，仅破坏范德华力，D错误。
5．(1)如图为钛酸钡晶体的晶胞结构，该晶体经X射线衍射实验分析得出，重复单元为立方体，顶角位置被Ti4+所占据，体心位置被Ba2+所占据，棱心位置被O2-所占据。
①写出该晶体的化学式：BaTiO3。
②若将Ti4+置于晶胞的体心，Ba2+置于晶胞顶角，则O2-处于立方体的面心位置。
③Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数分别为6、12。
(2)Li2S是目前正在开发的锂离子电池的新型固体电解质，其晶胞结构如图所示，已知晶胞参数a＝588 pm，S2-的配位数为8。
解析：(1)①由晶胞结构可知，Ba2+位于体心有1个，Ti4+位于顶角，数目为8×＝1个，O2-位于棱心，数目为12×＝3个，故其化学式为BaTiO3。②根据晶胞结构可知，每个Ti4+周围有6个O2-，若Ti4+位于晶胞的体心，Ba2+位于晶胞的顶角，则O2-处于立方体面心上。③根据晶胞的结构可知，每个Ti4+周围有6个O2-，所以Ti4+的氧配位数为6；立方晶胞12条棱上的12个O2-均与体心Ba2+等距，所以Ba2+的氧配位数为12。(2)以最右面中心S2-分析，连接的左边的晶胞中有4个锂离子，则右边的晶胞中也应该有4个锂离子，因此配位数为8。
考点三　常见晶体的类型及性质
1．常见晶体类型
(1)四种晶体类型的比较
类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成 粒子 分子 原子 金属阳离子、 自由电子 阴、阳离子
粒子间的相互作用力 范德华力（某 些含氢键） 共价键 金属键 离子键
硬度 较小 很大 有的很大， 有的很小 较大
熔、沸点 较低 很高 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
导电、 传热性 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
(2)过渡晶体
纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。如Na2O和Al2O3晶体中都含有离子键的成分，它们既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，Na2O更偏向离子晶体，Al2O3更偏向共价晶体。
2．晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)相同类型晶体
①金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。
②离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。
③共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。
④分子晶体：a.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；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常高。b.组成和结构不相似的分子晶体（相对分子质量接近），其分子的极性越大，熔、沸点越高。
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　×　)
(2)离子晶体一定都含有金属元素。(　×　)
(3)分子晶体不导电，溶于水后也都不导电。(　×　)
(4)共价晶体中共价键越弱，熔点越低。(　√　)
(5)金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子。(　×　)
题组一　晶体类型的判断
1．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是NaCl、Na2S。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是NaOH、(NH4)2S。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是(NH4)2S。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是Na2S2。
(5)其中形成的晶体是分子晶体的是H2O2、CO2、CCl4、C2H2、晶体氩。
(6)其中含有极性共价键的共价晶体是SiO2、SiC。
2．五种物质的一些性质如表：
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质
单质硫 120.5 271.5 —
单质硼 2 300 2 550 硬度大
氯化铝 190 182.7 177.8 ℃升华
苛性钾 300 1 320 晶体不导电，熔融态导电
锑 630 1 750 晶体导电
晶体类型：单质硫是分子晶体；单质硼是共价晶体；氯化铝是分子晶体；苛性钾是离子晶体；锑是金属晶体。
解析：单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，为共价晶体；氯化铝为共价化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，为离子晶体；锑固态时导电，属于金属晶体。
判断晶体类型的常见方法
(1)依据粒子的构成来看：由阴、阳离子构成的晶体，则为离子晶体；由分子构成的晶体，则为分子晶体；由金属或合金构成的晶体，则为金属晶体。
(2)依据晶体的熔点判断：一般，熔点达到几千度以上的，为共价晶体；熔点在几百至一千度左右的，为离子晶体；熔点很低的，为分子晶体。金属晶体的熔点有大有小。
(3)依据导电性来看：离子晶体在熔融状态或水溶液中均可以导电；共价晶体一般不导电；金属晶体可以导电；分子晶体在熔融状态下肯定不导电，但在水溶液中，有部分会导电。
题组二　晶体熔、沸点的比较
3．关于下列晶体的熔、沸点高低排列判断不正确的是(　C　)
A．CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4
B．金刚石>碳化硅>晶体硅
C．H2O＞H2S＞H2Se＞H2Te
D．NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
解析：组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高，则晶体熔、沸点由低到高顺序为CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4，故A正确；共价晶体的键长越短，共价键越强，熔、沸点越高，键长为C—C＜C—Si＜Si—Si，则熔、沸点由高到低为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故B正确；水分子间能够形成氢键，其余不能，分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高，则晶体熔、沸点由高到低顺序为H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，故C不正确；离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高，F、Cl、Br、I的离子半径依次增大，则熔、沸点由高到低：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，故D正确。
4．(1)FeF3具有较高的熔点（高于1 000 ℃），其化学键类型是离子键，FeBr3的相对分子质量大于FeF3，但其熔点只有200 ℃，原因是FeF3为离子晶体，FeBr3的化学键以共价键为主，属于分子晶体。
(2)已知：K2O的熔点为770 ℃，Na2O的熔点为1 275 ℃，二者的晶体类型均为离子晶体，K2O的熔点低于Na2O的原因是K＋的半径大于Na＋，故Na2O离子键强，熔点高。
(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：联氨分子间形成氢键的数目多于氨分子形成的氢键。
(4)已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是BN（填化学式），其理由是两种晶体均为共价晶体，N和B原子半径较小，键能较大，熔点较高。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
1．（2024·山东卷）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(　B　)
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．（2023·北京卷）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(　A　)
A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B．三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C．三种物质的晶体类型相同
D．三种物质均能导电
解析：原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，A项正确；金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，B项错误；金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体，C项错误；金刚石中没有自由移动的电子，不能导电，D项错误。
3．（2024·甘肃卷）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(　D　)
A．电负性：MgB．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
解析：电负性越大的元素吸引电子的能力越强，活泼金属的电负性小于活泼非金属，因此，Mg的电负性小于Cl，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+周围有6个Cl－距离最近且相等，因此，Mg2+的配位数为6，D错误。
4．（2024·湖北卷）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(　C　)
A．Ⅰ为18K金
B．Ⅱ中Au的配位数是12
C．Ⅲ中最小核间距：AuCuD．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，Au与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1
解析：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原子个数比值为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角，Au的配位数指距离最近的Cu，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的二氧化碳有12个，则Au的配位数为12，B正确。设Ⅲ的晶胞参数为a，Au——Cu的核间距为a，Au——Au的最小核间距也为a，最小核间距：Au——Cu＝Au——Au，C错误。Ⅰ中，Au处于内部，Cu处于晶胞的八个顶角，其原子个数比为1∶1；Ⅱ中，Au处于立方体的八个顶角，Cu处于面心，其原子个数比为∶＝1∶3；Ⅲ中，Au处于立方体的面心，Cu处于顶角，其原子个数比为∶＝3∶1，D正确。
5．(1)（2024·浙江1月选考）某化合物的晶胞如图1，其化学式是CrCl2·4H2O，晶体类型是分子晶体。
(2)（2024·浙江6月选考）某化合物的晶胞如图2，Cl－的配位数（紧邻的阳离子数）为12；写出该化合物的化学式：K3ClO。
(3)（2024·贵州卷）NaFeO2的晶胞结构示意图如图所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有3个。
(4)（2024·江苏卷）铁酸铋晶胞如图所示（图中有4个铁原子位于晶胞体对角线上，氧原子未画出），其中原子数目比N(Fe)∶N(Bi)＝2∶1。
(5)（2024·广东卷）一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝2∶1∶1，其立方晶胞的体积为8a3 nm3。
解析：(1)由晶胞图可知，每个Cr2+结合4个水分子和2个氯离子，其化学式为CrCl2·4H2O；由晶胞图可知构成晶胞的粒子为CrCl2·4H2O分子，故为分子晶体。(2)由晶胞结构知，Cl位于8个顶角，O位于体心，K位于面心，1个晶胞中含Cl：8×＝1个、含O：1个、含K：6×＝3个，该化合物的化学式为K3ClO。(3)由NaFeO2的晶胞图可知，每个晶胞中含有Fe：4×＋2＝3，Na：8×＋2＝3，O：8×＋4＝6，即每个晶胞中NaFeO2的单元数有3个。(4)由铁酸铋晶胞结构示意图可知，晶胞体内有4个铁原子，面上有8个铁原子，根据均摊法可知，铁原子的数目为4×1＋8×＝8；铋原子全部在晶胞的面上，共有8×＝4个，因此，其中原子数目比N(Fe)∶N(Bi)＝2∶1。(5)合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元，取Ga为晶胞顶点，晶胞面心也是Ga，Ni处于晶胞棱心和体心，Ga和Ni形成类似氯化钠晶胞的结构，晶胞中Ga和Ni形成的8个小正方体体心为Co，故晶胞中Ga、Ni个数为4，Co个数为8，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝2∶1∶1，晶胞棱长为两个最近的Ga之间（或最近的Ni之间）的距离，为2a nm，故晶胞的体积为8a3 nm3。
6．(1)（2023·广东卷节选）(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，NH4Al(OH)2CO3属于晶体（填“晶体”或“非晶体”）。
(2)（2023·全国甲卷节选）如图所示的几种碳单质，它们互为同素异形体，其中属于共价晶体的是金刚石，C60间的作用力是范德华力。
(3)（2023·湖南卷）相关物质的沸点：
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
晶体Ga(CH3)3的晶体类型是分子晶体。
7．(1)（2024·全国甲卷节选）早在青铜器时代，人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如下表，结合变化规律说明原因：SnF4属于离子晶体，SnCl4、SnBr4、SnI4属于分子晶体，离子晶体的熔点比分子晶体的高，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔点越高。
物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4
熔点/℃ 442 －34 29 143
(2)（2023·全国乙卷节选）已知一些物质的熔点数据如下表：
物质 熔点/℃
NaCl 800.7
SiCl4 －68.8
GeCl4 －51.5
SnCl4 －34.1
Na与Si均为第三周期元素，NaCl熔点明显高于SiCl4，原因是氯化钠为离子晶体，SiCl4为分子晶体，氯化钠中离子键强度远大于SiCl4分子间作用力。
分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因：SiCl4、GeCl4、SnCl4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，熔点依次升高。
课时作业31
（总分：60分）
一、选择题（每小题4分，共44分。每小题只有1个选项符合题意）
1．（2025·山西忻州两校期中联考）下列有关晶体的说法错误的是(　B　)
A．晶胞是晶体中最小的结构重复单元
B．有金属光泽的晶体一定是金属晶体
C．可通过X射线衍射区分晶体、准晶和非晶体
D．相同化学成分的固体可能是晶体，也可能是非晶体
解析：晶胞是晶体中最小的结构重复单元，A正确；有金属光泽的晶体不一定是金属晶体，如晶体硅，故B错误；准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过X射线衍射方法区分晶体、准晶和非晶体，C正确；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同形式出现，例如天然水晶是晶体，而熔化后再凝固的水晶（石英玻璃）就是非晶体，D正确。
2．下列说法错误的是(　B　)
A．只含分子的晶体一定是分子晶体
B．碘晶体升华时破坏了共价键
C．几乎所有的酸都属于分子晶体
D．稀有气体中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体
解析：分子晶体是分子通过相邻分子间的作用力形成的，只含分子的晶体一定是分子晶体，故A正确；碘晶体属于分子晶体，升华时破坏了分子间作用力，故B错误；几乎所有的酸都是由分子构成的，故几乎所有的酸都属于分子晶体，故C正确；稀有气体是由原子直接构成的，只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体，故D正确。
3．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(　C　)
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；自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，实现热的传导，B错误；在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子与金属阳离子之间的电性作用仍然存在，使得金属不会断裂，C正确；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。
4．根据表中给出物质的熔点数据（AlCl3沸点为260 ℃），判断下列说法错误的是(　C　)
晶体 NaCl MgO SiCl4 AlCl3 晶体硼
熔点/℃ 801 2 852 －70 180 2 500
A．MgO中的离子键比NaCl中的离子键强
B．SiCl4晶体是分子晶体
C．AlCl3晶体是离子晶体
D．晶体硼是共价晶体
解析：NaCl和MgO是离子化合物，属于离子晶体，熔、沸点越高，说明键能越大，离子键越强，A项正确；SiCl4是共价化合物，熔、沸点较低，为分子晶体，硼为非金属单质，熔、沸点很高，是共价晶体，B、D项正确；AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物，但其晶体熔、沸点较低，应属于分子晶体，C项错误。
5．（2022·湖北卷）C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是(　A　)
A．具有自范性
B．与C60互为同素异形体
C．含有sp3杂化的碳原子
D．化学性质与金刚石有差异
解析：自范性是晶体的性质，碳玻璃为非晶态，所以没有自范性，A错误；碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同的单质，所以互为同素异形体，B正确；金刚石与碳玻璃互为同素异形体，性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有差异，D正确。
6．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　B　)
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
解析：氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
7．（2022·山东卷）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　)
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
解析：因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于铝原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的键长，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GaN的熔点低于AlN，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，碳原子的配位数是4；由于AlN、GaN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，其晶体中所有原子的配位数也均为4，C、D正确。
8．（2025·湖北宜城六校期中联考）如图为甲烷晶体的晶胞结构，下列有关说法不正确的是(　B　)
A．每个甲烷晶胞中含4个碳原子
B．CH4晶体熔化时需破坏共价键
C．熔点高低：CI4>CBr4>CCl4>CH4
D．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
解析：甲烷晶胞中含有的分子的个数为8×＋6×＝4，即每个甲烷晶胞中含4个碳原子，A项正确；甲烷晶体为分子晶体，所以甲烷晶体熔化时需要克服分子间作用力，B项错误；四种物质组成、结构相似，均为分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高，则CI4>CBr4>CCl4>CH4，C项正确；CH4(CCl4)分子中含有的碳氢键（碳氯键）为极性键，该分子属于正四面体形分子，正、负电中心重合，属于非极性分子，D项正确。
9．（2025·广东湛江高三期末）甲为碳单质的一种晶体，其二维结构图如图，乙为C、K原子构成的一种晶体，其二维结构图如图。下列叙述错误的是(　C　)
A．甲、乙的二维材料都具有良好的导电性
B．甲、乙中碳原子都是sp2杂化
C．乙的化学式为KC12
D．甲中碳原子数与C—C键数之比为2∶3
解析：甲是石墨烯，存在大π键，乙的二维材料为石墨烯中镶嵌钾原子，石墨烯、钾都能导电，所以甲、乙的二维材料都具有良好的导电性，A正确；甲、乙中碳原子都形成3个σ键，都是sp2杂化，B正确；根据均摊原则，每个钾原子构成的正六边形中含有钾原子数为6×＋1＝3、碳原子数为24，乙的化学式为KC8，C错误；甲中每个碳原子形成3个共价键，每个共价键被2个碳原子共用，碳原子数与C—C键数之比为2∶3，D正确。
10．（2024·江西重点中学联盟3月联考）Ce的某种氧化物具有良好的储氧放氧能力，可作为氧载体参与有机物氧化反应，其中Ce为面心立方堆积，O填充在Ce立方晶格所有的正四面体空隙中（如图，未标注全部的O）。下列说法错误的是(　C　)
A．该氧化物化学式为CeO2
B．氧原子周围等距且最近氧原子个数为6
C．若反应后，晶胞中O脱离形成一个O的空位，则该物质中Ce3+与Ce4+的个数比为1∶3
D．若顶点位置原子位于体心时，则面心原子位于棱心
解析：由示意图可知，Ce的个数为8×＋6×＝4，O填充在Ce立方晶格所有的正四面体空隙中，共有8个空隙，故O个数为8，化学式为CeO2，故A正确；氧原子在空间上形成简单立方结构，氧原子周围等距且最近氧原子个数为6，故B正确；晶胞中O脱离形成一个O的空位，则化学式可以表示为Ce4O7，如果Ce3+与Ce4+的个数比为1∶3，则正化合价总数为＋15，不符合代数和为0的规则，应该有2个＋3价、2个＋4价，即Ce3+与Ce4+的个数比为1∶1，故C错误；将8个晶胞重叠为一个大立方体，将原顶角原子位于体心重新分出一个晶胞，此时原面心原子位于棱心，故D正确。
11．（2025·八省联考四川卷）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(　C　)
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
解析：根据各粒子在晶胞中位置，Pb2+在晶胞顶角，个数为8×＝1，6个氧离子位于面心，个数为6×＝3，Ti4+位于体心，仅有一个，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；根据B项解析图示，设b点为坐标原点，则2位O2-的分数坐标为，D正确。
二、非选择题（共16分）
12．（16分）下表数据是8种物质的熔点：
编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/ ℃ 920 801 1 291 160 －107 2 072 －57 1 723
请根据上表中的信息回答下列问题：
(1)上述涉及的元素中最活泼非金属元素原子核外电子排布式是1s22s22p5，其核外有9种不同运动状态的电子，能量最高且相同的电子有5个。上述元素能形成简单离子的半径由大到小的顺序：Cl－>O2->F－>Na＋>Al3+（用离子符号表示）。
(2)物质①的电子式：Na＋[∶∶]2-Na＋，⑤的分子空间结构：平面正三角形，⑧的晶体类型：共价晶体。
(3)不能用于比较Na与Al金属性相对强弱的事实是B（填字母）。
A．最高价氧化物对应水化物的碱性
B．Na最外层1个电子，Al最外层3个电子
C．单质与H2O反应的难易程度
D．比较同浓度NaCl和AlCl3溶液的pH
(4)③比④熔点高出很多，其原因是AlF3是离子晶体，AlCl3是分子晶体。①和②都属于离子晶体，但①比②的熔点高，请解释原因：氧离子半径比氯离子半径小且氧离子带2个电荷，故Na2O的离子键比NaCl强，熔点比NaCl高。
解析：(1)题述涉及元素中最活泼非金属元素是氟元素，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p5，有9种不同运动状态的电子，能量最高且相同的电子为2p电子，有5个；电子层数越多，离子半径越大，电子层结构相同，核电荷数越小，离子半径越大，则能形成简单离子的半径由大到小的顺序为Cl－>O2->F－>Na＋>Al3+。(2)物质①Na2O为离子化合物，其电子式为Na＋[∶∶]2-Na＋；⑤BCl3中硼原子的价层电子对数为3＋0＝3，空间结构为平面正三角形；⑧SiO2熔点高达1 723 ℃，为共价晶体。(3)最高价氧化物对应水化物的碱性越强，该元素的金属性越强，故A正确；元素金属性强弱与最外层电子数无关，与得失电子难易程度有关，故B错误；单质与H2O反应的难易程度能判断其单质的还原性强弱，从而确定元素金属性强弱，故C正确；比较同浓度NaCl和AlCl3溶液的pH来判断其金属元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，从而确定其金属性强弱，故D正确。

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