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章末质量检测（三）　晶体结构与性质
（分值：100分）
一、选择题（本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题意）
1.（2025·重庆高二月考）下列式子中，能真实表示物质分子组成的是（　　）
A.H2O B.NaCl
C.C（金刚石） D.SiO2
解析：A　只有分子晶体的化学式才表示真实的分子组成。
2.（2024·烟台高二检测）下列说法错误的是（　　）
A.等离子体由于具有能自由运动的带电粒子，故具有良好的导电性和流动性
B.缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.物质的聚集状态除了气态、液态和固态之外，还有其他聚集状态
解析：C　具有各向异性的固体不一定都是晶体，还有其他的物质，如多晶陶瓷，C错误。
3.（教材改编题）在单质的晶体中，一定不存在（　　）
A.共价键 B.离子键
C.分子间作用力 D.金属阳离子
解析：B　非金属单质晶体中含有共价键，可能存在分子间作用力，如晶体碘中存在共价键、分子间作用力，金属晶体中存在金属阳离子和自由电子；单质的晶体中，一定不存在离子键。
4.（2025·宜春高二期中）根据物质的组成和分类，下列晶体分类中正确的一组是（　　）
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
A NH4Cl Ar C6H12O6 生铁
B AlCl3 石墨 S Hg
C CH3COONa SiO2 C60 Fe
D Ba（OH）2 玛瑙 普通玻璃 Cu
解析：C　Ar是分子晶体，A错误；AlCl3是分子晶体，石墨是混合型晶体，B错误；普通玻璃不是晶体，D错误。
5.单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是（　　）
A.S位于元素周期表p区
B.该物质的化学式为H3S
C.S位于H构成的八面体空隙中
D.该晶体属于分子晶体
解析：D　基态S原子的价层电子排布式为3s23p4，故S位于元素周期表p区，A正确；由该物质的晶胞可知，S的个数为8×＋1＝2，H的个数为12×＋6×＝6，H、S原子个数比为3∶1，故该物质的化学式为H3S，B正确；S位于H构成的八面体空隙中，C正确；由于该晶体是新型超导材料，而分子晶体不导电，D错误。
6.（2024·太原高二检测）卤化钠（NaX）和四卤化钛（TiX4）的熔点如图所示。下列判断错误的是（　　）
A.TiF4的熔点反常升高是由于氢键的作用
B.NaX随X－半径增大，离子键强度减弱
C.四氯化钛中存在共价键和分子间作用力
D.由图可看出F的电负性强于Cl、Br、I
解析：A　TiF4中没有H原子，分子间不能形成氢键，A错误；NaX属于离子晶体，X－的半径越大，离子键强度越弱，故NaX随X－半径增大，离子键强度减弱，B正确；四氯化钛熔点较低，说明四氯化钛是分子晶体，存在共价键和分子间作用力，C正确；F－和T形成离子键，则TiF4是离子晶体，熔点较高，而TiCl4、TiBr4、TiI4熔点较低，说明它们是分子晶体，则由图可看出F的电负性强于Cl、Br、I，D正确。
7.（教材改编题）X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法错误的是（　　）
A.X的单质固态时为分子晶体
B.Y的单质为共价晶体
C.X与Y形成的化合物固态时为分子晶体
D.X与碳形成的化合物为分子晶体
解析：C　假设X的质子数为a，Y的质子数为b，X和Y两元素的质子数之和为22，则a＋b＝22；X的原子核外电子数比Y的原子核外电子数少6个，则a＋6＝b，联立解得，a＝8，b＝14，因此X为氧元素，Y为硅元素。氧气、臭氧固态时均为分子晶体，A正确；晶体硅和二氧化硅均是共价晶体，B正确，C错误；氧元素与碳元素形成的CO2、CO都属于分子晶体，D正确。
8.（2025·泰安高二月考）认真分析NaCl和CsCl的晶体结构，判断下列说法正确的是（　　）
A.NaCl和CsCl晶体中阳离子个数比相同，所以阴、阳离子的配位数相等
B.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为8和6
D.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子半径比相同
解析：B　结合题图可知，NaCl中钠离子的配位数为6，CsCl中铯离子的配位数为8，配位数不同，A、C错误；NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的阳离子与阴离子的半径比，B正确，D错误。
9.（2025·邯郸高二检测）CaSnO3和CsPbI3在光电领域有重要应用，均具有钙钛矿型立方晶胞结构，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.相同条件下两种晶体的密度比等于其摩尔质量之比
B.Ca或Cs的配位数均为8
C.O或I围成的正八面体空隙中，Sn或Pb的填充率为50％
D.若Sn或Pb移至晶胞顶角位置，则Ca或Cs位于晶胞体心
解析：D　两种晶体的晶胞参数不同，晶胞体积不同，故密度比不等于摩尔质量之比，A错误；由题图知，与位于顶点的Ca或Cs距离最近的是位于面心的O或I，则Ca或Cs的配位数均为12，B错误；每个晶胞实际占用由O或I围成的正八面体空隙是1个，全部被Sn或Pb占用，C错误；根据化学式CaSnO3和CsPbI3，结合图知，若Sn或Pb移至晶胞顶角位置，则它们的个数为×8＝1，Ca或Cs的个数为1个，则Ca或Cs位于晶胞体心，D正确。
10.下列说法正确的是（　　）
A.“杯酚”与C60形成氢键而识别 B.CaF2晶胞中F－配位数为8，Ca2＋配位数为4
C.二氧化硅晶体中，硅原子与硅氧键个数比为1∶2 D.石墨晶体是层状结构，图中7个六元环完全占有的碳原子数为14
解析：D　“杯酚”与C60没有形成氢键，A错误；晶胞中Ca2＋配位数为8，化学式为CaF2，则F－的配位数为4，B错误；根据晶体结构可知，二氧化硅晶体中，硅原子与硅氧键个数比为1∶4，C错误；根据石墨晶体的结构示意图知，每个环中有6个碳原子，每个碳原子为三个环共用，对一个环的贡献为，则一个六元环平均占有两个碳原子，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是14，D正确。
11.（2025·焦作高二检测）茜草中的茜素与Al3＋、Ca2＋生成的红色配合物X是最早使用的媒染染料之一。下列说法错误的是（　　）
　
A.Al与O形成配位键时，O提供孤电子对
B.配合物X所含的元素中属于s区的只有H
C.配合物X中Al3＋的配位数为6
D.茜素分子间存在范德华力、氢键
解析：B　Al与O形成配位键时，O提供孤电子对，Al提供空轨道，A正确；属于s区的元素有H和Ca，B错误；由配合物X的结构可知，Al3＋的配位数为6，C正确；茜素为分子晶体，故存在范德华力，茜素含有—OH，存在分子间氢键，D正确。
12.（2024·遵义高二月考）X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，X的价层电子排布式为nsnnpn－1，Y是同周期元素中未成对电子数最多的元素，Z和W的价层电子数相同，且只有1个未成对电子。下列说法正确的是（　　）
A.最高正价：Z＞Y＞X
B.单质X的晶体是共价晶体
C.最简单氢化物的稳定性：W＞Z＞X
D.XZ3中的原子均满足8电子稳定结构
解析：B　X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，X的价层电子排布式为nsnnpn－1，n＝2，X的价层电子排布式为2s22p1，X为B元素；第二、三周期中未成对电子数最多为第ⅤA族元素，Y为N元素；Z和W的价层电子数相同，为同主族元素，且只有1个未成对电子，Z和W为第ⅦA族，故Z为F元素，W为Cl元素。F没有正价，A错误；单质B晶体是B原子通过共价键构成空间网状结构，为共价晶体，B正确；元素非金属性：F＞Cl＞B，最简单氢化物的稳定性：F＞Cl＞B，C错误；BF3中B原子未满足8电子稳定结构，D错误。
13.（2025·石家庄高二检测）氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料，以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如图所示，下列叙述正确的是（　　）
A.NH3与BF3都是由极性键构成的极性分子
B.六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，立方氮化硼晶胞中含有8个氮原子、8个硼原子
C.NH4BF4（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一，1 mol NH4BF4含有配位键的数目为2NA
D.立方氮化硼和半导体材料氮化铝的结构均类似于金刚石，立方氮化硼的熔点小于氮化铝
解析：C　三氟化硼分子的空间结构为对称的平面正三角形，属于非极性分子，A错误；由立方氮化硼的结构与金刚石相似可知，晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子，B错误；氟硼酸铵中铵根离子含有1个氮氢配位键，四氟合硼离子含有1个硼氟配位键，所以1 mol氟硼酸铵中含有的配位键的数目为1 mol×2×NA mol－1＝2NA，C正确；由题意可知，立方氮化硼和氮化铝均是共价晶体，硼原子半径小于铝原子半径，所以立方氮化硼中共价键强于氮化铝，熔点大于氮化铝，D错误。
14.（2025·泰州高二检测）铜是历史上最早使用的金属，铜有许多化合物或离子：CuO、Cu2O、CuSO4、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3、[Cu（H2O）4]2＋、[CuCl4]2－、[Cu（NH3）4]2＋等。其中[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体的制备流程为Cu2（OH）2CO3X固体Y溶液Z沉淀W离子[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体{已知：Cu2＋＋4NH3·H2O[Cu（NH3）4]2＋＋4H2O}，下列有关说法错误的是（　　）
A.W离子为深蓝色，与Cu2＋的配位能力：H2O小于NH3
B.CuSO4·5H2O晶体结构（如图）中有5种水分子
C.1 mol [Cu（NH3）4]2＋中σ键的物质的量为16 mol
D.向[Cu（NH3）4]2＋中加乙醇并用玻璃棒摩擦管壁获得深蓝色[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体
解析：B　根据[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体的制备流程可知，X为CuO，Y为CuSO4，其中Cu2＋存在形式为[Cu（H2O）4]2＋，Z为Cu（OH）2，W为[Cu（NH3）4]2＋。W离子为[Cu（NH3）4]2＋，由[Cu（H2O）4]2＋转化为[Cu（NH3）4]2＋，表明与Cu2＋的配位能力：H2O小于NH3，A正确；从图中可以看出，CuSO4·5H2O晶体结构中，含有3种水分子，B错误；1 mol [Cu（NH3）4]2＋中，含有12 mol N—H，4 mol配位键，则含σ键的物质的量为16 mol，C正确；用玻璃棒摩擦管壁，可产生晶核，向[Cu（NH3）4]2＋中加乙醇，可降低[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体的溶解度，从而获得深蓝色[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体，D正确。
15.（2024·南阳高二检测）GaAs是5G时代不可或缺的半导体材料，其晶体结构与金刚石相似。将Mn掺入GaAs晶体（图甲）可得到稀磁性半导体材料（图乙），晶体结构不变。设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（　　）
A.GaAs晶体的熔点比GaN晶体的高
B.掺入Mn的晶体中，Mn、Ga、As的原子个数比为5∶27∶32
C.图乙中a和c的原子坐标参数分别为（0，0，0）和，则b的原子坐标参数为（1，1，0）
D.GaAs晶体的密度为ρ g·cm－3，则该晶体中距离最近的两个镓原子的核间距为××1010 pm
解析：A　GaAs和GaN都属于共价晶体，但前者所含共价键键长长，键能小，熔点低，A错误；利用均摊法可知，每个图乙晶胞中Mn的个数为，Ga的个数为，As的个数为4，Mn、Ga、As的个数比为5∶27∶32，B正确；a和c的原子坐标参数分别为（0，0，0）和，则b的原子坐标参数为（1，1，0），C正确；设GaAs晶胞的边长为a pm，则距离最近的两个镓原子的核间距为a pm，该晶胞中的Ga位于顶点和面心，个数为4，As位于体内，个数为4，则晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×（a×10－10 cm）3，解得a＝×1010，故距离最近的两个镓原子的核间距为××1010 pm，D正确。
二、非选择题（本题共5小题，共55分）
16.（11分）（2025·北京东城区高二期中）铜是人类最早使用的金属，科学家发现Cu元素有很强的杀菌作用，还可代替Al布线在硅芯片上。用黄铜矿（主要成分为CuFeS2）生产粗铜，其反应原理如下：
CuFeS2Cu2SCu
回答下列问题：
（1）基态Cu原子的价层电子排布式为3d104s1。Cu2O的熔点＞（填“＜”“＞”或“＝”）Cu2S的熔点。
（2）反应①②中生成的气体SO2分子的空间结构为V形。
（3）Cu2＋能与NH3形成配位数为4的配合物，向CuSO4溶液中加入氨水，最终形成配合物[Cu（NH3）4]SO4。请判断：[Cu（NH3）4]SO4中存在的化学键的类型有ACE（填字母）。
A.离子键　B.金属键　C.配位键
D.非极性共价键　E.极性共价键
（4）如图是铜的一种氧化物晶体的晶胞结构。该化合物的化学式为Cu2O，每个O原子周围与它最近且等距离的Cu原子有4个，每个Cu原子周围与它最近且等距离的O原子有2个。
解析：（1）Cu位于第四周期第ⅠB族，是29号元素，基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1；氧离子的半径比硫离子小，故Cu2O熔点更高。（2）在SO2中中心S原子的价层电子对数＝2＋＝3，采用sp2杂化，含有1个孤电子对，空间结构为V形。（3）配离子与外界硫酸根离子形成离子键，铜离子与氨分子之间形成配位键，氨分子、硫酸根离子中各原子之间形成极性键，不存在金属键。（4）由晶胞结构可知Cu的个数为4，氧的个数为×8＋1＝2，该物质的化学式为Cu2O，每个O原子周围与它最近且等距离的Cu原子有4个，每个Cu原子周围与它最近且等距离的O原子有2个。
17.（11分）金属K和C60能够发生反应产生一系列金属球碳盐KxC60，部分金属球碳盐具有超导性，是球碳族化合物的研究热点之一。
（1）金属K中含有的化学键是金属键。
（2）C60晶体为分子密堆积，其晶胞结构如图所示。C60晶体属于分子晶体，每个C60分子周围等距离且紧邻的C60有12个。
（3）某种KxC60的晶胞结构如图所示。位于立方体晶胞的顶点和面心，K＋位于晶胞的体心和棱心，另外晶胞内还有8个K＋。
①KxC60中x＝3。
②该立方体晶胞的参数为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，KxC60的摩尔质量为M g·mo，则晶体的密度为g·cm－3。
③KxC60的熔点高于C60，原因是KxC60是离子晶体，C60是分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力。
解析：（2）顶点的C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子位于面心，其个数为3×8×＝12。（3）①位于晶胞的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，K＋位于晶胞的体心和棱心，晶胞内还有8个K＋，K＋个数为1＋12×＋8＝12，则KxC60中x＝3。②晶胞的质量为m＝ g，立方体晶胞的体积为V＝a3 cm3，晶体的密度为ρ＝＝ g·cm－3。③KxC60的熔点高于C60，原因是KxC60是离子晶体，C60是分子晶体，粒子间的作用力：离子键强于分子间作用力。
18.（11分）（2025·芜湖高二检测改编）第ⅤA族元素及其化合物在生产、生活中用途广泛。
（1）苯胺（）的晶体类型是分子晶体。苯胺与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点、沸点分别高于甲苯的熔点、沸点，原因是苯胺分子之间存在氢键而甲苯分子间不存在氢键。
（2）两种氧化物的熔点如表所示，解释表中氧化物之间熔点差异的原因：P4O6、SO2均为分子晶体，分子间作用力：P4O6＞SO2。
氧化物 SO2 P4O6
熔点/℃ －75.5 23.8
（3）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是乙二胺中的两个N提供孤电子对与Cu2＋或Mg2＋形成配位键，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2＋（填“Mg2＋”或“Cu2＋”）。
（4）贵金属磷化物Rh2P可用作电解水的高效催化剂，其立方晶胞如图所示。已知晶胞参数为a nm，晶体中与P距离最近的Rh的数目为8，晶体的密度为g·cm－3（列出计算式）。
解析：（1）苯胺易形成分子间氢键，导致其熔、沸点比相对分子质量相近的甲苯高。（2）SO2和P4O6均为分子晶体，分子晶体中一般相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高。（3）乙二胺中N原子有孤电子对，Mg2＋、Cu2＋存在空轨道，两者易形成配位键。由于半径：Cu2＋＞Mg2＋，Cu2＋的配位数比Mg2＋大，故乙二胺与Cu2＋形成的化合物更稳定。（4）结合化学式Rh2P，晶胞中有8个Rh和4个P，由面心的P原子推知，晶体中与P距离最近的Rh的数目为8；晶胞的体积为（a×10－7 cm）3，故晶体的密度ρ＝ g·cm－3。
19.（11分）（2025·天津河西区高二检测）已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数A＜B＜C＜D＜E＜F，其中A原子核外有三个未成对电子；化合物B2E为离子晶体，E原子核外的M层中只有两对成对电子；C元素是地壳中含量最高的金属元素；D单质的晶体类型在同周期的单质中没有相同的；F原子最外层电子数与B的相同，其余各层均充满电子。请根据以上信息，回答下列问题（注：A、B、C、D、E、F用所对应的元素符号表示）：
（1）C、D的第一电离能由小到大的顺序为Al＜Si（用元素符号表示）。
（2）B的氯化物的熔点比MgO的熔点低（填“高”或“低”），理由是Mg2＋半径小于Na＋，O2－半径小于Cl－，且MgO中离子所带电荷数大于NaCl中离子所带电荷数，离子键强度大。
（3）F的价层电子排布式是3d104s1，它位于周期表的ds区。
（4）Fe和Cu可分别与氧元素形成低价态氧化物FeO和Cu2O。
①FeO立方晶胞结构如图1所示，则Fe2＋的配位数为6。
②Cu2O立方晶胞结构如图2所示，若晶胞边长为a pm，则该晶体的密度为×1030g·cm－3（用含a、NA的代数式表示，NA代表阿伏加德罗常数的值）。
解析：C元素是地壳中含量最高的金属元素，则C为Al元素；A原子核外有三个未成对电子，原子序数小于Al元素，则A为N元素；E原子核外的M层中只有两对成对电子，电子排布式为1s22s22p63s23p4，则E为S元素；化合物B2E的晶体为离子晶体，B应为第ⅠA族元素，且原子序数在N元素和Al之间，则B为Na元素；D单质的晶体类型在同周期的单质中没有相同的，D处于第三周期，故D为Si元素；F原子核外最外层电子数与B相同，其余各层均充满，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故F为Cu元素。（4）①据图可知，距离Fe2＋最近的O2－个数为6，则Fe2＋的配位数为6。②若晶胞边长为a pm，晶胞体积＝a3×10－30 cm3，该晶胞中O2－个数为1＋8×＝2、Cu＋个数为4，该晶体的密度为×1030 g·cm－3。
20.（11分）（2024·咸阳高二检测）西北工业大学曾华强课题组借用足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运输，如图所示。
已知：图中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数-冠-氧原子个数”。
请回答下列问题：
（1）基态K原子的最外层电子云有1个伸展方向。
（2）运输Cs＋的冠醚名称是21-冠-7。冠醚与碱金属离子之间存在微弱的配位键，配位原子是O（填元素符号）。
（3）几种冠醚与识别的碱金属离子如表所示：
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm）
12-冠-4 120～150 Li＋（152）
15-冠-5 170～220 Na＋（204）
18-冠-6 260～320 K＋（276）
340～430 Rb＋（304）
Cs＋（334）
冠醚识别碱金属离子的必要条件是冠醚空腔直径与碱金属离子直径适配。观察跨膜运输示意图，冠醚不能识别和运输X－的主要原因可能是氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用力太弱。
（4）钾离子可以嵌入冠醚的空穴中形成超分子，KCl与18-冠-6形成的化合物的晶体类型为离子晶体。
（5）钾元素与氧元素形成的某些化合物可以作为宇宙飞船的供氧剂，其中一种化合物的晶胞在xy平面、xz平面、yz平面上的投影如图所示，该晶胞中存在的微粒间作用力有离子键、共价键，钾元素和氧元素形成的化合物的化学式为KO2，其晶胞边长为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。
解析：（1）K原子最外层电子排布式为4s1，故基态K原子的最外层电子云有1个伸展方向。（2）根据题图可知，运输Cs＋的冠醚的分子中环上有21个原子，其中有7个氧原子，故名称为21-冠-7。氧原子有孤电子对，故碱金属离子与氧原子形成配位键。（3）据图表可知，冠醚识别碱金属离子的必要条件是冠醚空腔直径与碱金属离子直径适配；冠醚不能识别和运输X－的主要原因可能是氧的电负性较大，X－带负电荷，冠醚与阴离子作用力太弱。（4）冠醚结构不带电荷，K＋嵌入后形成一个更大的带正电荷的阳离子，形成的晶体类型为离子晶体。（5）根据晶胞的三视图可以知道，K原子在晶胞的顶点和体心，一个晶胞含有K原子的数目：8×＋1＝2，O原子有2个在晶胞内，8个在棱上，一个晶胞中含有O原子的数目：2＋8×＝4，晶胞内K原子与O原子个数比为1∶2，所以钾元素和氧元素形成的化合物的化学式为KO2。氧原子间应有共价键以满足化合物中价态及化学键结构要求，所以晶胞中存在的微粒间作用力有离子键、共价键。晶体密度为ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
1 / 2拓展专题8　原子分数坐标与投影图
1.原子分数坐标
（1）含义：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相对位置，称作原子分数坐标。
（2）原子分数坐标的确定方法
①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。
②一般以坐标轴所在立方体的棱长为1个单位。
③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。
（3）举例：图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为、。
2.晶胞结构的平面投影图举例
晶胞结构 xOy平面上的投影图
晶胞结构 xOy平面上的投影图
（1）画出或判断投影图时，一定要注意x、y、z轴的方向。
（2）上面结构模型中的原子也可以换为不同的原子，但在投影图中的位置不变。
3.晶胞结构沿体对角线的投影
（1）钾型晶胞
（2）铜型晶胞
【典例】　（2025·德州高二月考）（1）KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。分别用、表示H2P和K＋，KH2PO4晶体的四方晶胞如图（a）所示，图（b）、图（c）分别显示的是H2P、K＋在晶胞xz面、yz面上的位置：
则晶胞在x轴方向的投影图为b（填字母）。
（2）XeF2晶体也属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有2个XeF2分子。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相对位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为。
解析：（1）晶胞在x轴方向的投影，可将晶胞沿x轴竖起来，看各原子在yz平面上的投影，由晶胞的结构可知，b项是x轴方向的投影图。（2）图中大球的个数为8×＋1＝2，小球的个数为8×＋2＝4，根据XeF2的原子个数比知大球是Xe，小球是F，该晶胞中有2个XeF2分子。由A点坐标知，该原子位于晶胞的中心，且每个坐标系的单位长度都记为1，B点在棱的处，其分数坐标为。
1.硫化锂是目前正在开发的锂离子电池的新型固体电解质，为立方晶系晶体。离子位置按图示坐标系为Li＋（0.25，0.25，0.25）、（0.25，0.75，0.25）、（0.75，0.25，0.25）、（0.75，0.75，0.25）……；S2－：（0，0，0）、（0.5，0.5，0）、（0.5，0，0.5）、（0，0.5，0.5）……，则硫化锂晶胞沿z轴投影的俯视图（其中“”表示Li＋，“”表示S2－）为（　　）
解析：A　硫化锂为立方晶系晶体，由离子坐标可知，S2－处于晶胞顶点与面心，Li＋处于晶胞的体心，沿z轴投影的俯视图中，S2－处于正方形中心、顶角与边中心，Li＋处于正方形内部对角线上且关于中心对称，“”表示Li＋，“”表示S2－，则俯视图为。
2.（2025·内江高二月考节选）利用新制的Cu（OH）2检验醛基时，生成砖红色的Cu2O，其晶胞结构如图所示。该晶胞中原子坐标参数A为（0，0，0）、B为（1，0，0）、C为，则D原子的坐标参数为，它代表Cu原子。
解析：根据晶胞的结构，D在A和C中间，因此D的坐标是，白球代表的原子位于顶点和体心，个数为8×＋1＝2，灰球代表的原子位于晶胞内，全部属于晶胞，个数为4，根据化学式，推出D为Cu原子。
3.（2024·山东高考节选）锰氧化物具有较大应用价值，回答下列问题：
（1）Mn的某种氧化物MnOx的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示，该氧化物化学式为MnO2。
（2）当MnOx晶体有O原子脱出时，出现O空位，Mn的化合价降低（填“升高”“降低”或“不变”），O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是A（填字母）。
A.CaO B.V2O5
C.Fe2O3 D.CuO
解析：（1）由均摊法得，晶胞中Mn的数目为1＋8×＝2，O的数目为2＋4×＝4，即该氧化物的化学式为MnO2。（2）MnOx晶体有O原子脱出时，出现O空位，即x减小，Mn的化合价为＋2x，即Mn的化合价降低；所给氧化物中Ca的化合价只有＋2价，其余金属元素的化合价均可降低到比0大的价态，说明CaO不能通过这种方式获得半导体性质。
1 / 2拓展专题7　不同类型晶体的比较
1.四类晶体的比较
　　类型 项目 金属晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体
结构 基本微粒 金属阳离子、自由电子 阴离子、阳离子 分子 原子
微粒间作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
　　类型 项目 金属晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体
性质 熔、沸点 差异大 较高 较低 高
硬度 一般较大，但差异大 较大 较小 大
延展性 好 差 差 差
导电性 能导电 熔融态或溶于水时能导电 某些溶于水后能导电 一般不导电，个别为半导体
溶解性 不溶 多数溶于水 相似相溶 不溶
　　类型 项目 金属晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体
熔化时需克服的作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
物质类别 金属单质和合金 离子化合物 多数的非金属单质和共价化合物 少数的非金属单质 和共价化合物
典例 K、Cu、Mg NaCl、CsCl、CaF2 干冰、冰、碘 金刚石、SiO2
2.晶体熔、沸点高低的比较
（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，所带电荷数越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。
②离子晶体：阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。
③共价晶体：一般，原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。
④分子晶体：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、沸点反常地高。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。
易错提醒
晶体结构与性质易错点
（1）离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键，一定不存在分子间作用力。
（2）只有分子晶体中存在单个分子。
（3）某些离子晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如MgO（熔点为2 852 ℃）＞SiO2（1 713 ℃）。
（4）某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。如碱金属单质的熔点较低。
（5）个别金属晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如钨（熔点为3 410 ℃）＞SiO2（熔点为1 713 ℃）。
（6）合金的熔点一般低于各成分金属的熔点。
【典例1】　（2024·山东高考4题）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）
答案：B　
解析：四种物质都为共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，Si—Si键长最长，所以熔点最低的为单晶硅。
【典例2】　（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表，结合变化规律说明原因：SnF4为离子晶体，熔点最高，后三个为分子晶体，熔点较低，随着相对分子质量增加，熔点逐渐升高。
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，原因是钠的电负性小于硅，氯化钠为离子晶体，而SiCl4为分子晶体。
解析：（1）根据表中数据可知，SnF4的熔点远高于其余三种物质，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，SnCl4、SnBr4、SnI4三种物质的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，熔点升高。（2）NaCl熔点明显高于SiCl4，原因是氯化钠为离子晶体，其熔点较高，而SiCl4为分子晶体，其熔点较低。
1.下列说法中正确的是（　　）
A.固态时能导电的物质一定是金属晶体
B.熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体
C.水溶液能导电的晶体一定是离子晶体
D.固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体
解析：D　石墨固态时能导电，是混合型晶体；金属熔融状态也能导电；水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，某些分子晶体的水溶液也能导电，如干冰。
2.（2023·北京高考）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.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：A　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.（2025·湖南雅礼中学检测）观察下列结构示意图并结合相关信息，判断有关说法正确的是（　　）
金刚石 石墨
FeSO4·7H2O MgO
A.金刚石与石墨中碳原子的杂化方式不同，金刚石中每个碳原子被6个六元环共用
B.石墨晶体中层内是共价键，层间是范德华力，所以石墨是一种过渡晶体
C.FeSO4·7H2O结构中键角1、2、3由大到小的顺序：3＞1＞2
D.晶体熔点：金刚石＞CaO＞MgO
解析：C　金刚石中C原子杂化方式为sp3，石墨中碳原子的杂化方式为sp2，金刚石中每个碳原子被12个六元环共用，A错误；石墨是混合型晶体，B错误；键角3是硫酸根离子中的键角，S中S上的孤电子对数为0，价层电子对数为4，键角为109°28'，键角1与键角2中的O均采用sp3杂化，键角1中的O含有1个孤电子对，键角2中O的孤电子对数为2，导致键角1比键角2大，故键角1、2、3由大到小的顺序：3＞1＞2，C正确；离子半径：Ca2＋＞Mg2＋，熔点：MgO＞CaO，金刚石是共价晶体，熔点高于CaO和MgO，则晶体熔点：金刚石＞MgO＞CaO，D错误。
4.现有几组物质的熔点（℃）数据如表：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 ℃ Li：181 ℃ HF：－83 ℃ NaCl
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：－51 ℃ CsCl
据此回答下列问题：
（1）A组属于共价晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是共价键。
（2）B组晶体共同的物理性质是①②③④（填序号）。
①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性
（3）D组晶体可能具有的性质是②④（填序号）。
①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电
（4）D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl＞KCl＞RbCl＞CsCl。
解析：（1）A组熔点最高，属于共价晶体，微粒间作用力为共价键。（2）B组物质为金属，具有金属光泽、导电性、导热性、延展性。（3）D组物质为离子晶体，有硬度大、水溶液能导电、固体不能导电而熔融状态能导电的性质。（4）这四种离子晶体的构成离子所带电荷相同，从Na＋到Cs＋，半径逐渐增大，离子键逐渐减弱，熔点：NaCl＞KCl＞RbCl＞CsCl。
1 / 2第1课时　分子晶体
学习目标
1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点，说明分子晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 2.能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。
知识点一　分子晶体的组成与性质
1.分子晶体的概念
只含　分子　的晶体称为分子晶体。
2.分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
3.常见的分子晶体
物质种类 实例
所有　非金属氢化物　 H2O、NH3、CH4等
部分　非金属单质　 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分　非金属氧化物　 CO2、P4O10、SO2、SO3等
稀有气体 He、Ne等
几乎所有的　酸　 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数　有机物　 乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
注意：金刚石、二氧化硅不是分子晶体
4.分子晶体的物理性质
（1）分子晶体的熔、沸点　较低　，硬度　很小　。原因：分子晶体中分子间是通过范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，分子间作用力较弱。
（2）分子晶体不导电。原因：分子晶体中没有自由移动的带电粒子，但有的在水溶液中能导电，有的不能导电。
（3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即非极性溶质易溶于　非极性　溶剂，极性溶质易溶于　极性　溶剂。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）稀有气体是由原子直接构成的，它们形成的晶体不是分子晶体。（　×　）
（2）分子晶体中不一定都存在化学键。（　√　）
（3）HI、H2SO4均属于分子晶体。（　√　）
（4）分子晶体熔化时，既破坏分子间作用力，又破坏共价键。（　×　）
2.（教材改编题）下列关于分子晶体的说法正确的是（　　）
A.碘单质属于分子晶体，升华时破坏共价键
B.晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
C.冰和固体Br2都是分子晶体
D.He、Ne、Ar属于分子晶体，它们的原子通过共价键形成分子
解析：C　碘升华时只破坏分子间作用力，不破坏共价键；分子晶体中分子间作用力越大，晶体的熔点越高，不影响分子的稳定性；在He、Ne、Ar形成的分子晶体中只有原子，其中不存在共价键。
3.（1）（2024·淄博高二检测）CO能与金属Fe形成化合物Fe（CO）5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于分子晶体。
（2）（苏教版习题）稀有气体的熔、沸点和在水中的溶解度数据如表。
氦（He） 氖（Ne） 氩（Ar） 氪（Kr） 氙（Xe）
熔点/K 0.95 24.48 83.95 116.55 161.15
沸点/K 4.25 27.25 87.45 120.25 166.05
溶解度/（mL·L－1）（H2O，20 ℃） 13.8 14.7 37.9 73 110.9
请解释其性质变化的规律：稀有气体是分子晶体，随着相对分子质量增大，范德华力增大，熔、沸点逐渐升高；随着相对分子质量的增大，稀有气体与水分子之间的作用力也逐渐增大，在水中的溶解度也逐渐增大。
解析：（1）由化合物熔点为253 K，沸点为376 K可知，其熔、沸点较低，所以为分子晶体。（2）由题表可知，随着相对分子质量增大，稀有气体的熔、沸点逐渐升高，在水中的溶解度逐渐增大。
知识点二　典型分子晶体的结构
1.分子晶体的常见堆积方式
堆积方式 分子间作用力 空间特点 实例
分子密堆积 范德华力 每个分子周围有　12　个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2
分子非密堆积 范德华力、氢键 空间利用率不高，留有很大空隙 如HF、NH3、冰
2.两种典型的分子晶体的组成和结构
物质 结构分析
冰 （1）水分子之间的主要作用力是　氢键　，同时也存在　范德华力　。 （2）　氢键　有方向性，它的存在迫使在　四面体中心　的每个水分子与　四面体顶角　方向的　4　个相邻水分子相互吸引
干冰 （1）干冰中的CO2分子间只存在　范德华力　，不存在　氢键　。 （2）①每个晶胞中有　4　个CO2分子，　12　个原子。 ②每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子数为　12　个
【思考】　试分析为什么河水中的冰总是浮在水面上？
提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，使冰的密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。
【探究活动】　探究分子晶体结构及物理性质
冰山是极为宝贵的淡水资源，在地球上存在大量冰山，冰山产生的速率在北冰洋为每年约2 800亿立方米，在南极为每年约18 000亿立方米。
活动1：冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？
提示：冰晶体中微粒间的相互作用有：共价键、氢键、范德华力；电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是共价键。
活动2：硫化氢分子和水分子结构相似，但是硫化氢晶体中，1个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？
提示：冰晶体中水分子间存在氢键，氢键具有方向性，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子形成氢键，因此，冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子。而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性与方向性，晶体中分子采取密堆积，因此，1个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。
活动3：为什么冰的熔点比干冰的熔点高得多？
提示：水分子存在分子间氢键，CO2分子之间只存在范德华力。
归纳总结
分子晶体熔、沸点高低的判断方法
1.（2025·天津滨海新区月考改编）如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H，下列有关说法正确的是（　　）
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
解析：A　B项，冰晶体属于分子晶体；C项，水分子间通过分子间作用力形成冰晶体；D项，冰融化，氢键部分断裂，水分子之间的空隙减小。
2.（教材改编题）下列有关冰和干冰的叙述错误的是（　　）
A.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B.冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
C.干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华
D.干冰中只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子
解析：A　干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式。
3.（2025·广州高二期中）干冰的晶胞结构如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.干冰能自发地呈现多面体外形
B.1个干冰晶胞中含有4个CO2分子
C.干冰升华时，CO2内的CO受到破坏
D.CO2分子是含有极性键的非极性分子
解析：C　干冰为分子晶体，能自发地呈现多面体外形，A正确；根据“均摊法”，晶胞中含8×＋6×＝4个CO2分子，B正确；干冰升华为物质状态的变化，破坏的是分子间作用力，不是CO受到破坏，C错误；CO2分子中含有碳氧极性键，分子结构对称，正、负电中心重合，为非极性分子，D正确。
1.（教材改编题）下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是（　　）
A.NH3、H2 B.CO2、H2SO4
C.SO2、SiO2 D.Na2S、H2O2
解析：B　H2属于分子晶体，但为单质；SiO2不是分子晶体；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体。
2.（2025·芜湖高二月考）HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有（　　）
A.3个 B.4个
C.5个 D.12个
解析：B　根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，B正确。
3.北京冬奥会的雪花造型火炬台令人耳目一新，有关雪花的说法正确的是（　　）
A.构成微粒的空间结构为直线形
B.晶体类型是分子晶体
C.融化时破坏共价键
D.融化后密度会变小
解析：B　水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤电子对数为2，分子的空间结构为V形；雪花是分子晶体，融化时只破坏范德华力和氢键，不会破坏共价键，融化成液态水后，水的质量不变，但体积变小，所以密度变大。
4.（1）（2023·山东高考节选）－40 ℃时，F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下，HOF为无色气体，固态HOF的晶体类型为分子晶体，HOF水解反应的产物为HF、H2O2（填化学式）。
（2）（2023·全国乙卷节选）已知一些物质的熔点数据如表：
物质 NaCl SiCl4 GeCl4 SnCl4
熔点/℃ 800.7 －68.8 －51.5 －34.1
分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因随着同族元素的电子层数的增多，熔点依次升高，原因是SiCl4、GeCl4、SnCl4均形成分子晶体，分子晶体的熔点由分子间作用力决定，同族元素的氯化物随同族元素的电子层数增多，相对分子质量增大，分子间作用力增大，则其熔点升高。
解析：（1）常温常压下，HOF为无色气体，则HOF的沸点较低，固态HOF的晶体类型为分子晶体。HOF分子中F显－1价，其水解时结合H2O电离的H＋生成HF，则OH＋结合H2O电离的OH－，两者反应生成H2O2，因此，HOF水解反应的产物为HF、H2O2。（2）由表中的数据可知，SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势为随着同族元素的电子层数的增多，其熔点依次升高，原因是SiCl4、GeCl4、SnCl4均形成分子晶体，随着相对分子质量增大，其分子间作用力依次增大，则其熔点依次升高。
题组一　分子晶体及其性质
1.（2024·西宁高二检测改编）下列有关分子晶体结构特点的说法中正确的是（　　）
A.分子晶体在常温下都呈气态
B.分子晶体中都存在化学键
C.分子晶体中分子间一定存在范德华力
D.分子间一定存在氢键
解析：C　分子晶体在常温下不全为气态，如磷在常温下是固态，A错误；稀有气体元素组成的晶体中不存在化学键，B错误；分子晶体中分子间的作用力包括范德华力和氢键，但主要是范德华力，少数分子晶体中存在氢键，C正确，D错误。
2.干冰熔点很低是由于（　　）
A.CO2是非极性分子
B.CO的键能很小
C.CO2化学性质不活泼
D.CO2分子间的作用力较弱
解析：D　干冰熔化时破坏的是分子间作用力。
3.（2025·临沂高二月考）SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中错误的是（　　）
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
解析：B　由于SiCl4具有分子结构，所以属于分子晶体；在常温、常压下SiCl4是液体；SiCl4与CCl4的结构相似，是含极性键的非极性分子；SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力比CCl4的大，熔、沸点比CCl4的高。
4.（鲁科版改编题）下列性质中，不符合分子晶体的是（　　）
A.熔点为107.0 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B.熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
C.易溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
D.熔点为97.79 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
解析：D　熔点低，符合分子晶体的特点，A不符合题意；熔点低，符合分子晶体的特点，液态不导电，是由于液态时，只存在分子，没有离子，水溶液能导电，溶于水后，分子在水分子的作用下，电离出自由移动的离子，B不符合题意；CS2为非极性分子，能溶于CS2的一般为分子晶体，熔、沸点低，属于分子晶体的特点，C不符合题意；本身能导电，不符合分子晶体的特点，D符合题意。
题组二　分子晶体的结构
5.如果分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体将采取分子密堆积，原因是分子晶体中（　　）
A.范德华力无方向性和饱和性
B.占据晶格结点的微粒是原子
C.化学键是共价键
D.三者都是
解析：A　分子晶体中分子间以范德华力结合在一起，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积，A项符合题意。
6.（教材改编题）某分子晶体结构模型如图，下列说法正确的是（　　）
A.该模型可以表示CO2的分子模型
B.图中每个线段代表化学键
C.该分子晶体中分子的配位数小于冰中水分子的配位数
D.呈空间网状结构，熔、沸点高
解析：A　CO2为直线形分子，题给模型可以表示CO2的分子模型，A正确；该晶体为分子晶体，构成分子晶体的微粒间形成分子间的作用力，不是化学键，B错误；该晶体中分子的配位数为12，冰中水分子的配位数为4，C错误；该晶体为分子晶体，熔、沸点低，D错误。
7.碘的晶胞结构示意图如图，下列说法正确的是（　　）
A.碘晶体熔化时需克服共价键
B.1个碘晶胞中含有4个碘分子
C.晶体中碘分子的排列有3种不同取向
D.碘单质溶于浓的碘化钾溶液体现了“相似相溶”原理
解析：B　碘晶体为分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，A错误；1个碘晶胞中含有8×＋6×＝4个碘分子，B正确；由题图可知，晶体中碘分子的排列有2种不同取向，C错误；碘单质是非极性分子，碘单质溶于浓的碘化钾溶液形成，并建立平衡：I－＋I2，D错误。
8.（2025·朝阳市高二月考）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：D　甲烷、HI晶体均属于分子晶体；甲烷晶体熔化时只需要破坏分子间作用力，不需要破坏共价键；C的非金属性比Si强，所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷；以晶胞中顶角处的甲烷分子为研究对象，该甲烷分子周围与它最近且等距的甲烷分子有＝12个。
9.（2025·石家庄高二月考）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
A.冰晶胞内水分子间以共价键结合
B.每个冰晶胞平均含有6个水分子
C.水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D.已知冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336 J·g－1，这说明冰变成水，氢键部分被破坏（假设熔化热全部用于破坏氢键）
解析：D　冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的水分子个数为4＋×8＋6×＝8，B项错误；氢键不属于化学键，C项错误；冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol－1，1 mol冰中含有2 mol氢键，而常见的冰的熔化热为336 J·g－1，约为6.05 kJ·mol－1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D项正确。
10.（2025·西北工业大学附属中学高二检测改编）某研究所合成了一种球形分子，它的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60。下列对该分子的叙述中正确的是（　　）
A.形成的晶体属于分子晶体
B.分子中Si60被包裹在C60里面
C.其摩尔质量为2 400
D.熔点高、硬度大
解析：A　球形分子的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60，该物质的晶体是由C60分子和Si60分子构成的，属于分子晶体，A正确；Si原子的半径大于C原子，所以Si—Si的键长比C—C长，分子中Si60包裹着C60，B错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，C错误；C60Si60属于分子晶体，熔点低、硬度小，D错误。
11.（2025·岳阳高二月考）正硼酸（H3BO3）是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连（如图所示）。下列有关说法正确的是（　　）
A.正硼酸晶体不属于分子晶体
B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C.分子中硼原子最外层为8电子稳定结构
D.含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
解析：D　A项，正硼酸晶体由分子构成，属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子最外层不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子中含有3个氢键。
12.自从首次合成了第一种稀有气体的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了Xe的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。图甲为XeF4的结构示意图，图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是（　　）
A.XeF4是由极性键构成的非极性分子
B.XeF2晶体属于分子晶体
C.一个XeF2晶胞中含有4个XeF2
D.XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为（a为晶胞边长）
解析：C　Xe和F之间形成的是极性键，根据XeF4的结构示意图可知，该分子为平面正方形结构，正电中心和负电中心重合，所以该分子是由极性键构成的非极性分子，A项正确；XeF2晶体是由XeF2分子通过范德华力构成的分子晶体，B项正确；根据XeF2晶体的晶胞结构可知，一个XeF2晶胞中含有XeF2分子的个数为8×＋1＝2，C项错误；根据XeF2晶体的晶胞结构可知，立方体体心的XeF2与每个顶点处的XeF2之间的距离相等且最近，该距离为晶胞体对角线长的一半，即，D项正确。
13.（2025·南阳市高二月考）如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
　
请回答下列问题：
（1）C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属分子晶体。
（2）二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有4个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为1∶1。
（3）①碘晶体属于分子晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为分子间作用力。
③假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为g·cm－3。
解析：（1）C60有固定的组成，熔点较低，为分子晶体。（2）二氧化碳晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳的分子数为8×＋6×＝4，二氧化碳的分子结构为OCO，每个分子中含有2个σ键和2个π键，所以σ键与π键的个数比为1∶1。（3）一个碘晶胞中含有碘分子个数为8×＋6×＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为abc cm3，质量为 g，则碘晶体的密度为 g·cm－3。
1 / 10阶段重点练（三）　晶体类型的判断、性质的比较及阐释
一、选择题
1.（2025·银川高二期中）下列物质所属晶体类型分类正确的是（　　）
选项 A B C D
共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石
分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰
离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝
金属晶体 铜 汞 铝 铁
解析：D　氮化铝常用作砂轮及耐高温的材料，熔融时不导电，为共价化合物，熔点高、硬度大，为共价晶体，石墨为混合型晶体，A错误；生石灰为CaO，为离子晶体，B错误；氯化铯为活泼金属的氯化物，为离子晶体，C错误。
2.氮氧化铝（AlON）属于共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是（　　）
A.AlON和石英的化学键类型相同
B.AlON和石英的晶体类型相同
C.AlON和Al2O3的化学键类型不同
D.AlON和AlCl3的晶体类型相同
解析：D　AlON与石英（SiO2）均为共价晶体，所含化学键均为共价键；AlCl3是分子晶体。
3.（2025·东营高二检测）AB型化合物形成的晶体结构多种多样。如图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是（　　）
A.①③ B.②⑤
C.⑤⑥ D.③④⑤⑥
解析：B　分子晶体中几个原子形成一个分子，分子中的原子不能被另一个分子共用，即分子中不存在共用结构，从各图中可以看出②⑤不存在共用现象，B符合题意。
4.（2025·沧州高二月考）下面有关晶体的叙述中，错误的是（　　）
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＋周围距离相等且最近的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：B　氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有12个，每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
5.在解释下列物质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的是（　　）
A.钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大
B.金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点
C.KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低
D.CF4、SiF4、GeF4、SnF4的熔点和沸点逐渐升高
解析：D　CF4、SiF4、GeF4、SnF4的熔点和沸点逐渐升高，这是因为分子间作用力随相对分子质量的增大而增大，与化学键的强弱无关。
6.（2025·枣庄高二检测）晶体是材料科学研究中非常重要的材料类型，下列说法错误的是（　　）
A.金属晶体中含有离子，但不存在离子键
B.共价晶体中共价键越强，晶体的熔点越高
C.分子晶体中分子间作用力越大，该物质越稳定
D.离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键
解析：C　分子晶体中分子间作用越大，该物质熔、沸点越高，稳定性与化学键有关，与分子间作用力无关，C项错误。
7.（教材改编题）下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用力属于同种类型的是（　　）
A.NaOH和SiO2熔化 B.镁和硫的熔化
C.氯化钠和蔗糖熔化 D.碘和干冰升华
解析：D　NaOH是离子晶体，熔化时克服离子键，SiO2是共价晶体，熔化时克服共价键；镁是金属晶体，熔化时克服金属键，硫是分子晶体，熔化时克服分子间作用力；氯化钠是离子晶体，熔化时克服离子键，蔗糖是分子晶体，熔化时克服分子间作用力；碘和干冰都是分子晶体，其升华时均克服分子间作用力。
8.金属晶体和离子晶体是重要晶体类型。下列关于它们的说法中，正确的是（　　）
A.金属晶体中只有金属阳离子
B.在镁晶体中，1个Mg2＋只与2个价电子存在强烈的相互作用
C.图中的（1）和（4）可以是从NaCl晶体结构中分割出来的部分结构图
D.金属晶体和离子晶体分别存在金属键和离子键等相互作用，很难断裂，因而都具有延展性
解析：C　金属晶体中含有金属阳离子和自由电子，A错误；金属晶体中的电子被所有原子所共用，B错误；由于在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引着最近且等距离的6个Cl－，同样每个Cl－周围同时吸引着最近且等距离的6个Na＋，图（1）符合条件，图（4）也符合条件，C正确；离子晶体没有延展性，易断裂，D错误。
9.（2025·洛阳高二期末）如表给出了几种氯化物的熔点和沸点。
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4
熔点/℃ 801 712 190 －22.6
沸点/℃ 1 465 1 412 182.7 76.8
关于表中4种氯化物有下列说法：
（1）AlCl3在加热时可升华；
（2）CCl4属于分子晶体；
（3）1 500 ℃时，NaCl的化学组成可用NaCl表示；
（4）AlCl3是典型的离子晶体。
其中正确的是（　　）
A.（1）和（2） B.只有（3）
C.（1）（2）（3） D.全部正确
解析：C　由表格中的数据可知，AlCl3的熔、沸点较低，则AlCl3属于分子晶体，加热时能升华，（1）正确，（4）错误；由表格中的数据可知，CCl4的熔、沸点较低，则CCl4是分子晶体，（2）正确；由表格中的数据可知，NaCl的沸点为1 465 ℃，属于离子晶体，1 500 ℃时NaCl蒸气中化学组成可用NaCl表示，（3）正确。
10.（苏教版习题）金属原子与CO形成的配合物称为金属羰基配合物，如羰基铁[化学式为Fe（CO）5，黄色油状液体，熔点为－21 ℃、沸点为102.8 ℃]。金属羰基配合物中每个CO提供一对电子与金属原子形成配位键，且金属原子的价电子和CO提供的电子总和等于18。下列说法错误的是（　　）
A.Fe（CO）5中铁的化合价为0价
B.Fe（CO）5属于离子晶体
C.羰基镍的化学式为Ni（CO）4
D.羰基镍分子中含有配位键、共价键
解析：B　在Fe（CO）5中碳是＋2价，而氧是－2价，得出铁是0价，A正确；Fe（CO）5在常温下呈液态，熔、沸点较低，应为分子晶体，B错误；Ni原子的价电子数为10，金属原子的价电子和CO提供的电子总和等于18，所以CO要提供8个电子，每个CO提供一对电子，则羰基镍的化学式为Ni（CO）4，C、D正确。
11.（教材改编题）下列各种晶体，含有的化学键类型和晶体类型均相同的一组是（　　）
①SiO2和CO2　②NaCl和CaF2　③NaOH和NH4Cl　④冰和干冰　⑤碘和碘酸钾　⑥晶体硅和碳化硅　⑦金刚石和C60　⑧铜和铁
A.①②③④⑦ B.②③④⑥⑧
C.②③⑤⑦⑧ D.①③④⑥⑧
解析：B　①SiO2和CO2都含有共价键，但SiO2是共价晶体，CO2是分子晶体；②NaCl和CaF2都是离子晶体，且只含离子键；③NaOH和NH4Cl都是离子晶体，均含有离子键和共价键；④冰和干冰都是分子晶体，只含有共价键；⑤碘是分子晶体，含有共价键，碘酸钾为离子晶体，含有离子键和共价键；⑥晶体硅和碳化硅都是共价晶体，只含有共价键；⑦金刚石和C60都含有共价键，但金刚石是共价晶体，C60是分子晶体；⑧铜和铁都是金属晶体，只含金属键。
12.（2025·浙江1月选考13题）某化合物Fe（NH3）2Cl2的晶胞如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.晶体类型为混合型晶体
B.NH3与二价铁形成配位键
C.该化合物与水反应有难溶物生成
D.该化合物热稳定性比FeCl2高
解析：D　由图可知该物质存在离子键、共价键、分子间作用力，晶体类型为混合型晶体，A正确；NH3与二价铁通过配位键形成[Fe（NH3）2]2＋，B正确；Fe（NH3）2Cl2与水反应可以生成Fe（OH）2沉淀，化学方程式为Fe（NH3）2Cl2＋2H2OFe（OH）2↓＋2NH4Cl，C正确；Fe（NH3）2Cl2中[Fe（NH3）2]2＋离子半径大于Fe2＋，[Fe（NH3）2]2＋与Cl－之间的键能小于Fe2＋与Cl－之间的键能，Fe（NH3）2Cl2热稳定性小于FeCl2，D错误。
二、非选择题
13.如图所示为CaF2、H3BO3（层状结构，层内的H3BO3分子间通过氢键结合）、金属铜三种晶体的结构示意图。请回答下列问题：
（1）图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为8，图Ⅲ中每个铜原子周围紧邻的铜原子数为12。
（2）图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达到8电子稳定结构的原子是O（填元素符号），H3BO3晶体中硼原子个数与极性键个数之比为1∶6。
（3）金属铜具有很好的延展性、导电性、导热性，对此现象最简单的解释是电子气理论。
（4）三种晶体中熔点最低的是H3BO3（填化学式），其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为范德华力、氢键。
解析：（1）从题图Ⅰ可以看出，与Ca2＋最近且等距离的F－数为8。顶角上的Cu与面心上的Cu距离最近，故每个铜原子周围紧邻的铜原子数为12。（2）H的最外层达到2电子稳定结构，从题图Ⅱ可知，B只形成3个共价键，最外层为6个电子，只有O的最外层达到8电子稳定结构。H3BO3晶体属于分子晶体，1个B连有3个O，3个O又连有3个H，所以H3BO3晶体中硼原子个数与极性键个数之比为1∶6。（3）电子气理论可以很好地解释金属的导电性、导热性和延展性等物理性质。（4）熔点的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，金属晶体看具体情况，题中H3BO3为分子晶体，熔点最低，熔化时破坏范德华力和氢键。
14.（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＋，K2O的离子键强度弱于Na2O。
（3）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），理由是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。
（4）邻苯二甲酸酐（）和邻苯二甲酰亚胺（）都是合成酞菁的原料，后者熔点高于前者，主要原因是两者均为分子晶体，后者能形成分子间氢键，使分子间作用力增大，熔点更高。
（5）MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，前者的熔点明显高于后者，其主要原因是MnS中阴、阳离子所带电荷数比NaCl的多，离子键强度更大。
15.（1）下列物质在固态时，属于分子晶体的有②⑥⑦（填序号，下同），属于共价晶体的有①③，属于离子晶体的有⑤。
①金刚石　②氩　③水晶　④水银　⑤氧化铝　⑥P4　⑦苯
（2）比较下列物质的有关性质（填“＞”“＜”或“＝”）。
沸点：16O2＜18O2；
熔点：Na＞K；
稳定性：H2O＝D2O。
（3）某常见固体能导电，质软，它可能属于DE（填字母）。
A.分子晶体　B.共价晶体　C.离子晶体
D.金属晶体　E.混合型晶体
（4）在氯化铯晶体（如图1）中，若以某一铯离子为球心，与之等距离的若干离子构成一个球面。与某铯离子距离最近的离子构成的球面（最内层的球面或第一层球面）上有8个Cl－（填写离子符号，下同），第二层球面上有6个Cs＋。
（5）在氯化钠晶体（如图2）中，每个钠离子与6个最近且等距离的氯离子以离子键相结合，与每个氯离子最近且等距离的氯离子有12个。
解析：（2）相对分子质量：16O2＜18O2，故沸点：16O2＜18O2；金属键：Na＞K，故熔点：Na＞K；键能：H—O等于D—O，故稳定性：H2O等于D2O。（3）因该固体能导电，所以该固体可能是金属晶体或石墨（混合型晶体）。（4）以Cs＋为球心，与之等距离且距离最近的离子为Cl－，由图1可知每个Cs＋周围有8个最近且等距离的Cl－，第二层球面则为等距离的Cs＋，以球心为原点的x、y、z轴上有6个这样的Cs＋（即上、下、左、右、前、后位置）。（5）每个Na＋的上、下、左、右、前、后有6个最近且等距离的Cl－与Na＋以离子键结合；计算每个Cl－最近且等距离的Cl－个数时，可按分析，每个正方体中有3个Cl－与1个Cl－最近，而1个顶点上的Cl－为8个正方体共用，故周围等距离Cl－个数为3×8×＝12。
16.新型SiC增强铝基复合材料，可展开柔性砷化镓太阳能电池系统，助力“天问一号”开展火星探测。回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能量原子轨道符号为3p，Ga的基态原子的外围电子排布式是4s24p1。
（2）第三周期元素中，第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅外，还有Mg、S（填元素符号）。
（3）碳化硅和硅晶体都具有金刚石型结构，碳化硅熔点高于硅的原因是碳化硅和硅晶体都是共价晶体，原子半径：C＜Si，共价键键长：C—Si键小于Si—Si键，键能：C—Si键大于Si—Si键，熔点：碳化硅高于硅。
（4）GaAs的晶胞如图所示。
①GaAs的熔点为1 238 ℃，该晶体的类型为共价晶体。
②下列说法正确的是C（填字母）。
A.砷化镓晶胞结构与NaCl相同
B.电负性：As＜Ga
C.砷化镓晶体中含有配位键
（5）原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。图中各原子坐标参数A为（0，0，0）、B为（0，1，1）、C为（1，1，0），则D原子的坐标参数为。
解析：（1）基态Si原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，则电子占据的最高能量原子轨道符号为3p；Ga和Al同主族，且位于Al的下一周期，则基态Ga原子的外围电子排布式为4s24p1。（2）第三周期元素从左至右，第一电离能呈增大趋势，其中基态Mg 3s轨道为全充满状态，P原子3p轨道为半充满状态，比较稳定，其第一电离能大于相邻元素，则第一电离能：Na＜Al＜Mg＜Si＜S＜P＜Cl＜Ar，所以第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅外，还有Mg、S。（3）金刚石为共价晶体，碳化硅和硅晶体都具有金刚石型结构，则碳化硅和硅晶体都是共价晶体。原子半径：C＜Si，则共价键键长：C—Si键小于Si—Si键，键能：C—Si键大于Si—Si键，所以熔点：碳化硅高于硅。（4）①GaAs的熔点为1 238 ℃，熔点较高，则该晶体为共价晶体；②砷化镓晶胞结构与NaCl不相同，A项错误；As和Ga位于同一周期，同一周期元素从左到右电负性逐渐增强，所以电负性：As＞Ga，B项错误；砷原子最外层有5个电子，镓最外层有3个电子。砷原子提供一对孤电子对与镓形成配位键，则砷化镓晶体中含有配位键，C项正确。（5）D与周围4个原子形成正四面体形结构，D与顶点C的连线处于晶胞体对角线上，且D、C间距离为对角线长的，则D原子的坐标参数为。
1 / 2第1课时　金属键与金属晶体
学习目标
1.借助金属晶体模型认识金属晶体的结构特点，说明金属晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 2.能辨识常见的金属晶体，并能从微观角度分析金属晶体中各构成微粒之间的作用和对金属晶体物理性质的影响。
知识点一　金属键
1.金属键及其本质
概念 　金属阳离子　与　自由电子　之间的强烈的相互作用
成键粒子 　金属阳离子　和　自由电子　
本质 金属原子脱落下来的　价电子　形成遍布整块晶体的“　电子气　”，被所有原子共用，从而把所有的　金属原子　维系在一起
特征 （1）金属键中的电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属。 （2）金属键没有　方向　性及　饱和　性
2.金属键强弱的影响因素
（1）金属元素的原子半径：一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越　强　。
（2）金属原子价电子数：一般而言，金属元素的价电子数越多，金属键越　强　。
3.金属键对金属性质的影响
金属键越强，金属的熔、沸点越　高　，硬度越　大　。如金属钠的熔点较低、硬度较小，而　钨　是熔点最高的金属，　铬　是硬度最大的金属。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）任何晶体中，若含有阳离子，则一定含有阴离子。（　×　）
（2）价电子形成的“电子气”把金属中的原子维系在一起。（　√　）
（3）通电时自由电子能定向移动，所以金属键具有方向性。（　×　）
（4）金属元素的原子半径越大，价电子数越少，金属键越强。（　×　）
2.（2025·曲靖高二期中）下列有关金属键的叙述错误的是（　　）
A.金属键没有饱和性和方向性
B.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
C.金属键中的自由电子属于整块固态金属
D.金属的部分性质与金属键有关
解析：B　金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强烈的相互作用，“自由电子”为所有阳离子所共用，其本质是电性作用，包括静电吸引和静电排斥，B错误。
3.（苏教版习题）金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，请比较钾、铜的金属键的强弱：由题表可知，铜的原子半径更小、价电子数更多，熔点更高，故铜的金属键强于钾。
金属 K Cu
原子价层电子排布式 4s1 3d104s1
原子半径/pm 255 128
原子化热/（kJ·mol－1） 90.0 339.3
熔点/℃ 63.4 1 083
解析：金属键的强弱直接影响金属的熔点，原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强，导致金属的熔点越高。
知识点二　金属晶体
1.概念
金属阳离子与自由电子（“电子气”）之间通过　金属键　形成的晶体叫做金属晶体。
2.用“电子气”理论解释金属晶体的物理性质
【探究活动】　探究金属晶体的结构及物理性质
铝作为一种轻质、耐腐蚀且导电性良好的金属，在现代社会中的使用量排在第二位，铝合金在航空航天工业中有着广泛应用。
活动1：如图为金属晶体的“电子气理论”示意图：
金属铝为什么具有一定的导电性、导热性和延展性呢，应怎样从金属晶体结构的角度理解这些性质？
提示：金属中存在自由电子，自由电子被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，当金属受到外力作用时，各原子层发生相对滑动而具有良好的延展性；在外加电场作用下，自由电子会发生定向移动而导电；自由电子在运动时会与金属原子发生碰撞而传递热量。
活动2：试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。
提示：Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。
活动3：铝合金的延展性比纯铝差，硬度比纯铝大，原因是什么？
提示：合金与纯金属相比，由于掺入了不同的金属或非金属原子，相当于滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石，所以一般情况下合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）金属在常温下都是晶体。（　×　）
（2）金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏。（　×　）
（3）通常情况下，金属晶体里的自由电子会发生定向移动而形成电流。（　×　）
（4）金属的电导率随温度的升高而降低。（　√　）
2.（教材改编题）金属的下列性质和金属晶体的结构无关的是（　　）
A.良好的导电性 B.反应中易失电子
C.良好的延展性 D.良好的导热性
解析：B　金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。
3.（苏教版习题）金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：简单立方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积，图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构。请回答下列问题：
（1）a、b、c三种晶胞内金属原子数目之比为1∶4∶2。
（2）三种堆积方式的实质是金属阳离子的堆积方式，那么自由电子有无确切的堆积方式？无（填“有”或“无”）。
解析：（1）a中原子位于顶点，数目为8×＝1；b中原子位于顶点和面心，数目为8×＋6×＝4；c中原子位于顶点和体心，数目为8×＋1＝2；a、b、c三种晶胞内金属原子数目之比为1∶4∶2。（2）由于金属晶体中的自由电子不属于每个固定的原子，而是在整个晶体中自由移动，故自由电子无确切的堆积方式。
1.（教材改编题）金属键的形成是通过（　　）
A.金属原子与自由电子之间的相互作用
B.金属离子与自由电子之间强烈的相互作用
C.自由电子之间的相互作用
D.金属离子之间的相互作用
解析：B　金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，金属阳离子和自由电子（“电子气”）之间存在的强烈的相互作用称金属键。
2.（2024·宝鸡高二检测）下列有关金属的说法正确的是（　　）
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是“自由电子”
B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动
C.金属原子的价电子数越多，其金属性就越强
D.自由电子在运动时与金属原子碰撞，引起两者能量交换，从而使金属具有导热性
解析：D　因金属元素的电负性和电离能较小，金属原子中的价电子容易脱离原子核的束缚成为晶体中的“自由电子”，A错误；金属导电的实质是“自由电子”在外电场作用下的定向移动，B错误；金属性的强弱与价电子数的多少无必然联系，C错误。
3.在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是（　　）
A.Mg＞Al＞Ca B.Al＞Na＞Li
C.Al＞Mg＞Ca D.Mg＞Ba＞Al
解析：C　电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径：r（Ba2＋）＞r（Ca2＋）＞r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋）＞r（Li＋），则A中熔、沸点：Al＞Mg，B中熔、沸点：Li＞Na，D中熔、沸点：Al＞Mg＞Ba，都不符合题意。
4.（2025·常州高二期中）1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图甲所示，1 183 K以上纯铁晶体的基本结构单元如图乙所示，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。
（1）纯铁晶体中铁原子以金属键相互结合。
（2）在1 183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有8个；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有12个。
解析：（1）纯铁晶体中铁原子以金属键相互结合。（2）在1 183 K以下的纯铁晶体中，以图甲体心处铁原子为例与铁原子等距离且最近的铁原子为立方体顶角的8个铁原子；在1 183 K以上的纯铁晶体中，以图乙顶点处铁原子为例，与铁原子等距离且最近的铁原子为互相垂直的3个面上的铁原子，每个面上4个，共12个。
题组一　金属键
1.（教材改编题）下列关于金属键的描述错误的是（　　）
①金属原子脱落价电子后的金属离子间的相互作用
②金属原子之间的相互作用
③金属原子脱落价电子后的金属离子与脱落的价电子之间的相互作用
④金属原子与脱落的价电子之间的相互作用
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
解析：B　金属键是晶体中脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用，③正确，①②④错误，选B。
2.下列金属晶体中，自由电子与金属阳离子间作用最弱的是（　　）
A.K B.Na
C.Mg D.Al
解析：A　四种金属中钾的原子半径最大，相同体积内自由电子数较少，所以金属键最弱，即金属阳离子和自由电子间的作用最弱。
3.（2024·邯郸高二检测）金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，则下列说法错误的是（　　）
金属 K Cu
原子价层电子排布式 4s1 3d104s1
原子半径/pm 255 128
原子化热/（kJ·mol－1） 90.0 339.3
熔点/℃ 63.4 1 083
A.单位体积内自由电子数目：K＜Cu
B.金属键强弱顺序为K＜Cu
C.金属的硬度大小顺序为K＜Cu
D.两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小
解析：D　金属单位体积内自由电子的数目取决于金属的价层电子数目，Cu的价层电子数目比K多，故单位体积内自由电子数目：K＜Cu，A正确；决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和金属原子半径的大小，Cu的原子半径比K小，单位体积内自由电子数目比K多，金属键强弱顺序为K＜Cu，金属的硬度大小顺序为K＜Cu，B、C正确；决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小，自由电子的数目则取决于金属元素原子的价层电子数目，而不是金属元素原子的最外层电子数目，D错误。
题组二　金属晶体
4.（教材改编题）银是导电性最好的金属材料，银能导电的原因是（　　）
A.金属银晶体中银离子与自由电子间的相互作用力较大
B.银晶体中的自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动
C.银晶体中的银离子在外加电场的作用下可发生定向移动
D.银晶体在外加电场作用下可失去电子
解析：B　组成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下自由电子可发生定向移动，故能导电，与金属阳离子无关。
5.（原创题）根据下列叙述判断，所描述物质一定为金属晶体的是（　　）
A.固体或熔融后易导电，熔点在1 000 ℃左右
B.由共价键结合形成立体三维骨架结构的晶体，熔点很高
C.固态时不导电，但熔融态可以导电
D.由分子间作用力形成，熔点很低
解析：A　金属晶体具有金属键，金属键使得金属在固态和熔融状态下都能导电，且金属的熔点一般较高，通常在1 000 ℃左右，A正确，C错误；B、D分别为共价晶体和分子晶体的性质。
6.下列说法正确的是（　　）
A.金属导电是因为金属在外加电场作用下产生自由电子
B.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
C.“电子气理论”用于描述金属键的本质，可用于解释金属晶体的延展性、导电性和导热性
D.硬铝合金的硬度和熔点均高于纯铝
解析：C　金属导电是因为自由电子的定向移动，A项错误；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和静电排斥作用，B项错误；硬铝的硬度比纯铝大，但熔点比纯铝低，D项错误。
7.（2025·朝阳市高二月考）下列关于金属晶体的叙述正确的是（　　）
A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C.钙的熔、沸点低于钾
D.温度越高，金属的导电能力越好
解析：B　A项，Hg在常温下为液态；C项，r（Ca）＜r（K），且价电子数：Ca＞K，所以金属键强度：Ca＞K，故熔、沸点：Ca＞K；D项，金属的导电能力随温度升高而降低。
8.科学家对液氢施加约4.95×1011Pa压力，成功制造出了“金属氢”，这是一种以氢离子和自由电子为基本单位构成的晶体。下列关于“金属氢”的推测错误的是（　　）
A.可能具有很好的导电性
B.与氢气互为同素异形体
C.摩尔质量与氢气相同
D.制造金属氢的过程属于化学变化
解析：C　由题干信息可知，“金属氢”中含有氢离子和自由电子，类似于金属晶体，则“金属氢”可能具有很好的导电性，与氢气互为同素异形体，与氢气摩尔质量不相同，A、B、D正确，C错误。
9.（2025·泉州高二月考）要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是衡量金属键强弱的依据之一。下列说法正确的是（　　）
A.金属镁的硬度大于金属铝
B.金属镁的熔点低于金属钙
C.金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热
D.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的
解析：C　镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷数少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，硬度小，A错误；因镁离子的半径小而所带电荷数与钙离子相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔点高，B错误；碱金属单质从Li到Cs，其离子的半径是逐渐增大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔点呈逐渐降低趋势，D错误。
10.某复合型氧化物可用于制造航母中的热敏传感器，其晶胞结构如图所示，其中A为晶胞的顶点，A可以是Ca、Sr、Ba或Pb。当B是V、Cr、Mn或Fe时，这种化合物具有良好的电学性能。下列说法正确的是（　　）
A.金属Ca、Sr、Ba的熔点依次升高
B.用A、B、O表示的该复合型氧化物晶体的化学式为ABO3
C.在制造Fe薄片时，金属键完全断裂
D.V、Cr、Mn、Fe晶体中均存在金属阳离子和阴离子
解析：B　金属Ca、Sr、Ba的熔点依次降低，A错误；由晶胞结构可知，晶胞中含有A的数目为8×＝1，含有B的数目为1，含有O的数目为6×＝3，故用A、B、O表示的该复合型氧化物晶体的化学式为ABO3，B正确；在制造Fe薄片时，金属键没有断裂，C错误；V、Cr、Mn、Fe晶体均为金属晶体，其中均存在金属阳离子和自由电子，无阴离子存在，D错误。
11.我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10％、C 0.47％、Al 2％、V 0.7％。下列说法中错误的是（　　）
A.上述五种元素中，有两种位于周期表的p区
B.超级钢的晶体一定是金属晶体
C.X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构
D.超级钢中存在金属键和离子键
解析：D　Fe、Mn、V位于周期表的d区，C、Al位于p区，A正确；超级钢的晶体符合金属晶体结构特点，因此为金属晶体，B正确；X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构，C正确；超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在离子键，D错误。
12.（2025·武汉高二调研）铁镁合金是目前储氢密度较高的材料之一，其晶胞结构如图所示，晶胞参数为a。下列说法正确的是（　　）
A.合金储氢的过程是物理变化
B.铁镁合金中存在金属键和离子键
C.晶体中Fe的配位数为4
D.晶胞中Fe与Mg的最短距离为a
解析：D　储氢合金储存氢气的过程是与氢气反应生成金属氢化物的过程，属于化学变化，A错误；该晶体属于合金，只含金属键，不含离子键，B错误；以位于面心的Fe原子为研究对象，由晶胞结构可知，距离Fe原子最近且相等的Mg原子有8个，晶体中Fe的配位数为8，C错误；由晶胞结构可知，晶胞中Fe与Mg的最短距离为晶胞体对角线长的，晶胞参数为a，则晶胞中Fe与Mg的最短距离为a，D正确。
13.（2025·烟台高二月考改编）已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化（如图），请回答相关的问题：
　
（1）铁元素在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族，Fe2＋的价层电子排布式是3d6，铁的三种晶体之间的转化属于物理（填“物理”或“化学”）变化，理由是没有新物质生成（或没有化学键变化或金属键不变）。
（2）金属晶体中离某一原子最近且等距离的原子数为其配位数，铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为4∶6∶3。
（3）设α-Fe晶胞边长为a cm，δ-Fe晶胞边长为b cm，计算确定：两种晶体的密度比为2b3∶a3。（用a、b的代数式表示）
（4）Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，形成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为2。
（5）事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物（即碳原子填入铁晶体的某些空隙中），根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是γ-Fe（填“α-Fe”“γ-Fe”或“δ-Fe”）。
解析：（1）铁的三种晶体之间的转化过程中没有新物质的生成，仅仅是原子的排列方式发生改变，属于物理变化。（2）由题干图示晶胞可知三种晶体结构中，Fe原子的配位数分别为8、12、6，故配位数之比为8∶12∶6＝4∶6∶3。（3）由题干晶胞示意图可知，一个α-Fe晶胞含有铁原子个数为8×＋1＝2，其晶胞密度为 g·cm－3，一个δ-Fe晶胞含有铁原子个数为8×＝1，该晶胞的密度为 g·cm－3，则两种晶体的密度比为∶＝2b3∶a3。（4）在Fe3C晶体中，碳原子的配位数是6，根据Fe、C数目之比为3∶1，故Fe、C配位数之比为1∶3，则铁原子的配位数为2。（5）由于在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围形成八面体结构，则形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是γ-Fe。
14.（2025·上海浦东新区月考）氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键，铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。
（1）距离Fe原子最近的Mg原子个数是C（填字母）。
A.4 B.6
C.8 D.12
（2）铁镁合金的化学式为Mg2Fe（或FeMg2）。
（3）若该晶胞的晶胞边长为d nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该合金的密度为g·cm－3（用含NA的式子表达）。
（4）若该晶体储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱心位置，则含48 g Mg的该储氢合金可储存标准状况下H2的体积约为C（填字母）L。
A.5.6 B.11.2
C.22.4 D.44.8
解析：（1）根据题给晶胞结构，可知以面心Fe原子为研究对象，距离Fe原子最近的Mg原子个数是8。（2）根据晶胞结构图，Mg原子的个数为8，Fe原子的个数为8×＋6×＝4，铁镁合金的化学式为Mg2Fe或FeMg2。（3）根据晶胞密度计算公式，该合金的密度为ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3。（4）该晶体储氢时，晶胞中H2分子数目为12×＋1＝4，故N（Mg）∶N（H2）＝2∶1，含48 g（2 mol）Mg的该储氢合金中，H2的物质的量为1 mol，在标准状况下体积约为22.4 L。
1 / 9拓展专题9　关于晶体结构的计算
一、晶体密度、晶体中粒子间距离的计算
1.晶体密度的计算公式推导过程
若1个晶胞中含有x个微粒，则晶胞中含有微粒的物质的量为n＝＝ 晶胞的质量为m＝n·M＝·M 晶胞的密度为ρ＝＝＝
如图为CsCl 晶体的晶胞
假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝ g·cm－3
2.晶体中粒子间距离的计算
计算流程：
计算技巧：“向量法”确定A、B两点间距离的解题流程
1.（2025·河池高二联考）锰族元素铼（Re）的某种氧化物的立方晶胞如图所示，若M（晶胞）＝M g·mol－1，晶胞参数为a nm，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ReO
B.基态75Re原子的价层电子排布式为5d56s2
C.距离Re原子最近的O原子有8个
D.晶胞的密度为×1021 g·cm－3
解析：A　根据晶胞图可知1个晶胞中Re的个数为4，O的个数为8，化学式为ReO2，A错误；Re处在第六周期第ⅦB族，Re的价层电子排布式为5d56s2，B正确；以面心处的Re原子为对象分析，距离Re原子最近的O原子有8个，C正确；晶胞的密度ρ＝＝ g·cm－3，D正确。
2.（2024·重庆高考）储氢材料MgH2的晶胞结构如图所示，MgH2的摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是（　　）
A.H－的配位数为2
B.晶胞中含有2个Mg2＋
C.晶体密度的计算式为 g·cm－3
D.Mg2＋（ⅰ）和Mg2＋（ⅱ）之间的距离为 nm
解析：B　由题图可知，与H－距离最近且相等的Mg2＋的个数是3，则H－的配位数为3，A项错误；Mg2＋位于晶胞的顶点和体心上，该晶胞中Mg2＋的个数为8×＋1＝2，B项正确；该晶胞的体积为（a×10－7×a×10－7×c×10－7）cm3＝a2c×10－21 cm3，该晶胞中Mg2＋的个数为8×＋1＝2，H－的个数为4×＋2＝4，相当于晶胞中含有2个MgH2，晶体密度为ρ＝ g·cm－3，C项错误；Mg2＋（ⅰ）和Mg2＋（ⅱ）之间的距离等于晶胞体对角线长度的一半，为 nm，D项错误。
3.（2024·江西高考12题）NbO的立方晶胞如图，晶胞参数为a nm，P的分数坐标为（0，0，0），阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法正确的是（　　）
A.Nb的配位数是6
B.Nb和O最短距离为a nm
C.晶体密度ρ＝ g·cm－3
D.M的分数坐标为
解析：D　由题图可知，Nb处于面心，与其距离最近且相等的O有4个，其配位数为4，A项错误；Nb和O的最短距离为晶胞棱长的一半，即a nm，B项错误；该晶胞中Nb的个数为6×＝3，O的个数为12×＝3，晶胞质量为 g，晶胞体积为（a×10－7 cm）3，故晶体密度为 g·cm－3，C项错误；P为坐标原点，则M的分数坐标为，D项正确。
4.（1）（2024·广西高考节选）KMnF3立方晶胞如图，晶胞参数为a pm，该晶体中与一个F－紧邻的K＋有4个。已知NA为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。
（2）（2024·北京高考节选）白锡和灰锡是单质Sn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Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn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。
解析：（1）1个晶胞中含有1个K＋，根据化学式KMnF3可知，1个晶胞中含有1个Mn2＋、3个F－，可知晶胞顶点上的为Mn2＋、棱上的为F－，该晶体中与一个F－紧邻的K＋有4个；已知NA为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3。（2）①灰锡具有立方金刚石结构，所以灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有4个；②根据均摊法，白锡晶胞中含Sn原子数为8×＋1＝2，灰锡晶胞中含Sn原子数为8×＋6×＋4＝8，所以白锡与灰锡的密度之比为∶＝。
二、晶胞中空间利用率的计算
1.空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。
空间利用率＝×100％。
2.空间利用率的计算步骤：首先计算晶胞中的粒子数；再计算晶胞的体积。
如六方晶胞（如图）。
S＝2r×r＝2r2 h＝r V（原子）＝2×πr3 V（晶胞）＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3 空间利用率＝×100％ ＝×100％≈74％
1.（2025·石家庄高二月考）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（结构如图所示，其中白球所示原子位于立方体的顶点及面心，黑球所示原子位于立方体内）类似，晶胞参数为a nm，H2O分子的半径为b nm（假设水分子为球形）。下列有关冰晶胞的说法正确的是（　　）
A.其具有物理性质各向同性的特点
B.1个晶胞含有H—O的数目为16
C.该晶胞的空间利用率＝×100％
D.可以通过红外光谱实验判断其是否为晶体
解析：B　晶体具有规则的几何外形、固定的熔点和沸点，具有物理性质各向异性的特点，A错误；一个该晶胞中含有8个H2O分子，共含有16个H—O，B正确；该晶胞的空间利用率＝×100％，C错误；可以通过X射线衍射实验判断其是否为晶体，并不是红外光谱实验，D错误。
2.（2025·广州高二月考）硒化锌（ZnSe）是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如图甲所示。图乙为该晶胞沿z轴方向的投影，已知晶胞边长为a pm，Zn、Se原子的半径分别为r1 pm、r2 pm，a点的原子分数坐标为（0，0，0）。
下列说法错误的是（　　）
A.基态Se核外有34种不同运动状态的电子
B.晶胞中d点原子分数坐标为
C.相邻两个Zn原子的最短距离为0.5a pm
D.该晶胞中原子的空间利用率为×100％
解析：C　基态Se的核外电子数是34，则基态Se核外有34种不同运动状态的电子，A正确；该晶胞中a点的原子分数坐标为（0，0，0），则a原子位于坐标原点，由图乙可知d原子也在坐标轴正方向空间内，且到yz平面、xz平面、xy平面的距离分别为a、a、a，即d点原子分数坐标为，B正确；相邻两个Zn原子的最短距离为面对角线长的一半，为a pm，C错误；该晶胞中，位于晶胞内部的Zn原子个数为4，位于顶点和面心的Se原子个数为8×＋6×＝4，则晶胞中原子所占体积为 pm3，晶胞体积为a3 pm3，则该晶胞中原子的空间利用率为×100％，D正确。
3.Cu和S形成某种晶体的晶胞如图所示。
（1）该晶体的化学式为CuS。
（2）该晶胞中原子坐标参数A为（0，0，0）、B为（1，0，0），则C原子的坐标参数为。
（3）已知该晶体的密度为d g·cm－3，Cu2＋和S2－的半径分别为a pm和b pm，阿伏加德罗常数的值为NA。列式表示该晶体中原子的空间利用率为×100％。
解析：（1）根据均摊法可得，题给晶胞中Cu原子个数为8×＋6×＝4，S原子个数为4，故晶体的化学式为CuS。（2）根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的处，所以其坐标参数是。（3）已知该晶体的密度为d g·cm－3，Cu2＋和S2－的半径分别为a pm和b pm，阿伏加德罗常数的值为NA，一个晶胞中原子的体积为4×π（a3＋b3）×10－30 cm3，一个晶胞的体积为V＝＝ cm3，故晶体中原子的空间利用率为×100％＝×100％。
4.（2024·资阳高二检测）NiO（M＝75 g·mol－1）的晶胞结构如图所示，A的原子坐标参数为（0，0，0），B为，则C的原子坐标参数为；已知该晶体的密度为ρ g·cm－3，Ni2＋和O2－的半径分别为r1 pm和r2 pm，NA代表阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中离子的空间利用率为×100％（用代数式表示）。
解析：根据A的原子坐标参数为（0，0，0），B为，则C点原子坐标参数为；利用均摊法，Ni2＋位于顶角与面心，O2－位于体心与棱上，则1个晶胞中含有4个Ni2＋和4个O2－，故该晶胞中离子的体积为 pm3，1个晶胞的体积为×1030 pm3，则该晶胞中离子的体积占晶胞体积的百分率为×100％。
1 / 2第一节　物质的聚集状态与晶体的常识
学习目标
1.知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。 2.知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可以获得特殊的材料。 3.能说出晶体和非晶体的区别，能结合实例描述晶体中粒子排列的周期性规律。 4.了解晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。
知识点一　物质的聚集状态
1.物质三态之间的转化
2.人们对物质组成及聚集状态的认识历程
3.等离子体与液晶
（1）等离子体
概念 气态物质在高温或者在外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子等。这种由　电子　、　阳离子　和　电中性粒子　组成的整体上呈　电中性　的物质聚集体称为等离子体
特点 具有良好的导电性和流动性
应用 用于制造等离子体显示器、进行化学合成、核聚变等
（2）液晶
概念 介于　液态　和　晶态　之间的物质状态
特点 既具有液体的　流动性　、　黏度　、　形变性　等，又具有晶体的某些物理性质，如　导热性　、　光学性质　等
应用 用于制造液晶显示器、合成高强度液晶纤维等
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）二氧化硅晶体中存在分子。（　×　）
（2）物质的聚集状态只有固、液、气三种。（　×　）
（3）等离子体是一种特殊气体，含有带电粒子，呈电中性。（　√　）
（4）液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶。（　√　）
2.物质的聚集状态有多种。下列叙述正确的是（　　）
A.所有金属在常温下都是固体
B.液体与晶体的混合物叫液晶
C.塑晶态不属于物质的聚集状态
D.等离子体外观为气态
解析：D　常温下Hg是液态，A错误；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，B错误；塑晶态是物质介乎晶态和非晶态之间的聚集状态，C错误。
3.（2025·珠海高二检测）下列关于物质的聚集状态的叙述，错误的是（　　）
A.固态物质由离子构成，气态和液态物质都由分子构成
B.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，表现出类似晶体的各向异性
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物质聚集体
D.离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液态物质，因其具有良好的导电性，常用作原电池的电解质
解析：A　固态物质不一定由离子构成，例如Fe，气态和液态物质不一定由分子构成，例如Hg，A错误。
知识点二　晶体与非晶体
1.晶体与非晶体的本质差异
固体 自范性 微观结构
晶体 有　（能自发呈现　多面体　外形） 原子在三维空间里呈　周期性有序　排列
非晶体 没有　（不能自发呈现　多面体　外形） 原子排列相对　无序
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。
3.晶体的特性
（1）自范性
①定义：晶体能　自发地　呈现多面体外形的性质。
②形成条件：晶体生长的　速率　适当。
③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现　周期性　的有序排列的宏观表象。
（2）各向异性：晶体在不同方向上表现出许多物理性质（如　强度　、　导热性　、　光学性质　等）的差异。
（3）晶体的熔点较　固定　，可以间接确定某一固体是否是晶体，但区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行　X射线衍射　实验。
【探究活动】　探究晶体与非晶体的差异
晶体与非晶体结构不同，它们具有各自独特的物理和化学性质，这些性质决定了它们应用在不同领域。
活动1：有规则的几何外形的固体一定是晶体吗？
提示：有规则几何外形或美观、对称外形的固体不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。
活动2：在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？
提示：CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。
活动3：如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，试分析a、b是晶体还是非晶体？说明理由。
提示：晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。
归纳总结
关于晶体与非晶体的认识误区
（1）同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。
（2）具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。
（3）晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。（　×　）
（2）晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。（　×　）
（3）晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。（　×　）
（4）玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。（　√　）
（5）将热的硝酸钾饱和溶液缓慢冷却即可制得颗粒较大的晶体。（　√　）
2.（鲁科版改编题）下列物质中，属于晶体的是（　　）
A.玻璃 B.石蜡和沥青
C.塑料 D.水晶
解析：D　玻璃、石蜡、沥青、塑料都是常见的非晶体，水晶为晶体。
3.（2025·双鸭山市高二月考改编）下列过程能得到晶体的有①③④⑤（填序号）。
①从熔融态结晶出来的硫
②将液态的玻璃冷却所得到的固体
③凝华得到的碘
④从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜
⑤熔融的KNO3冷却后所得到的固体
⑥熔融石蜡迅速冷却形成的石蜡固体
解析：将液态的玻璃冷却所得到的固体玻璃不是晶体，②错误；熔融石蜡迅速冷却形成的石蜡固体不是晶体，⑥错误。
知识点三　晶胞　晶体结构的测定
1.晶胞的概念
描述晶体结构的　基本单元　。
2.晶胞的结构
常规的晶胞都是　平行六面体　，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“　无隙并置　”而成。
（1）“无隙”：是指相邻晶胞之间没有任何　间隙　。
（2）“并置”：是指所有晶胞都是　平行　排列的，取向　相同　。
（3）“完全相同”：是指所有晶胞的　形状　及其内部的　原子种类　、　个数　及　几何排列　是完全相同的。
【思考】　判断下列六面体是否是晶胞。
提示：A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
3.晶胞中微粒数目的计算
（1）计算方法——均摊法
晶体中若某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。
①平行六面体（立方体形）晶胞中粒子数目的计算
a.晶胞顶角的原子是　8　个晶胞共用；
b.晶胞棱上的原子是　4　个晶胞共用；
c.晶胞面上的原子是　2　个晶胞共用。
②六棱柱结构中不同位置的粒子数目的计算
（2）计算实例
①铜晶胞（如图所示）中的原子数为　8×＋6×＝4　。
②几种晶胞中原子数目的确定。
结合图示，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为　2　、　2　、　8　、　8　。
4.晶体结构的测定
（1）结构测定
测定晶体结构最常用的仪器是　X射线衍射仪　。当单一波长的X射线通过晶体时，会在记录仪上产生　分立的斑点　或者　明锐的衍射峰　，而非晶体图谱中看不到分立的斑点或明锐的衍射峰。
（2）信息处理
通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的　数目　和　位置　等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。
【探究活动】　关于晶胞的计算
锌的某种硫化物在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。其晶体的晶胞结构如图所示，b代表Zn2＋，a代表硫元素的某种离子。
活动1：计算晶胞中含a、b粒子的个数。
提示：根据图示可以观察出Zn2＋位于晶胞的内部，1个晶胞含有4个Zn2＋；a位于晶胞的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4。
活动2：写出a代表的离子符号及该晶体的化学式。
提示：Zn2＋与a的个数比为1∶1，则该晶体的化学式为ZnS，a代表的离子符号为S2－。
活动3：该晶胞边长为540.0 pm，计算其密度（单位为g·cm－3，阿伏加德罗常数的值用NA表示）。
提示：晶胞的体积为（540.0×10－10 cm）3，一个ZnS晶胞含有4个S2－和4个Zn2＋，则晶胞的密度为＝ g·cm－3。
归纳总结
关于晶胞计算的方法及注意事项
（1）晶胞中原子个数的计算
关键是正确分析晶胞中任意位置上的一个原子被几个晶胞所共用。不同形状的晶胞情况不同，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面、侧面的原子依次被6、3、2、2个晶胞共用。
（2）晶体密度的计算
以一个晶胞为研究对象，根据晶胞质量m＝ρ×V，由公式×N＝ρ×a3进行计算，其中M为晶体的摩尔质量，N为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞棱长。
（3）注意晶胞计算中单位的换算：1 pm＝10－10 cm，1 nm＝10－7 cm。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）晶胞是晶体的最小重复单元。（　√　）
（2）晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞。（　×　）
（3）相邻晶胞（平行六面体）之间没有任何间隙。（　√　）
（4）晶胞排列时，取向相同。（　√　）
（5）已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成。（　×　）
2.（教材改编题）下列有关晶胞的叙述，正确的是（　　）
A.所有的晶胞都是平行六面体
B.不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同
C.晶胞的结构就是晶体的结构
D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的
解析：D　常规的晶胞是平行六面体，A错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小一般不相同，B错误；描述晶体结构的基本单元称为晶胞，晶胞的结构并不是晶体的结构，C错误；“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同，D正确。
3.下列关于晶体结构测定的叙述中错误的是（　　）
A.对乙酸晶体进行测定，晶胞中含有1个乙酸分子
B.经过计算可以从X射线衍射图形获得晶胞形状和大小
C.经过计算可以从X射线衍射图形获得分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型
D.经过计算可以从X射线衍射图形获得原子在晶胞里的数目和位置
解析：A　对乙酸晶体进行测定，可以得到其晶胞结构中含有4个乙酸分子，A错误。
4.（1）（苏教版习题）如图所示为某离子化合物的晶胞结构示意图，X、Y、Z表示该晶胞中三种不同的微粒，该化合物的化学式可表示为XY3Z。
（2）（鲁科版习题）某种含B和N两种元素的功能陶瓷的晶胞结构示意图如图所示。请计算每个晶胞中含有B原子的个数为2，并确定该功能陶瓷的化学式为BN。
解析：（1）晶胞中X位于顶点，一个晶胞中X数目为8×＝1；晶胞中Y位于棱上，一个晶胞中Y数目为12×＝3；Z位于晶胞内部，一个晶胞中Z数目为1；则该化合物的化学式为XY3Z。（2）该功能陶瓷晶胞中，B原子位于顶点和内部，B原子的个数为8×＋1＝2，N原子位于棱上和内部，N原子的个数为4×＋1＝2，B和N原子的个数比为1∶1，所以该功能陶瓷的化学式为BN。
1.（鲁科版习题）电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的叙述中，正确的是（　　）
A.施加电场时，液晶分子垂直于电场方向排列
B.施加电场时，液晶分子平行于电场方向排列
C.移去电场后，液晶分子排列成扭曲的螺旋状
D.移去电场后，液晶分子相互平行排列
解析：B　液晶是在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的特殊物质，在施加电场时，液晶分子能够平行于电场方向排列，而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态。
2.（2025·北京西城区高二月考）硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶体结构，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为（　　）
A.MgB　　B.MgB2　　C.Mg2B　　D.Mg3B2
解析：B　题图所示晶体结构中，硼原子数为6，镁原子位于上、下面心（2个）及12个顶角，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。
3.非晶硅光电薄膜产业的研发成长，在转换效率上，已逐渐接近于多晶硅太阳能电池，发电成本仅为多晶硅的三分之一。预计非晶硅光电薄膜产业的增长速率，将比多晶硅太阳能产业更为快速，非晶硅薄膜技术将成为今后太阳能电池的市场主流。试探究下列问题：
（1）如图中a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅？
a：非晶硅；b：晶体硅。
（2）下列有关晶体常识的相关说法中正确的是ACD（填字母）。
A.玻璃是非晶体
B.固体粉末都是非晶体
C.晶体内部质点具有有序性的特征，有固定的熔、沸点和各向异性
D.区别晶体和非晶体最有效的方法是对固体进行X射线衍射实验
解析：（1）从粒子在微观空间里是否有有序性和自范性角度观察。（2）A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末也可能是晶体。
4.（教材改编题）含铁化合物可以构成多种晶体，其中甲、乙、丙三种晶体的晶胞结构如图所示：
（1）甲晶体的化学式（X为阳离子）为X2Y。
（2）乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是1∶3∶1。
（3）丙晶体中每个D微粒周围结合E微粒的个数是8。
解析：（1）X位于晶胞体心，该晶胞中含有1个X；Y位于顶角，该晶胞中Y的个数＝4×＝，则该晶胞中X、Y的个数比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶体的化学式为X2Y。（2）乙晶胞中A的个数＝8×＝1，B的个数＝6×＝3，C的个数为1，所以乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比为1∶3∶1。（3）丙晶体中每个D微粒周围结合E微粒的个数是8，即共用D微粒的8个晶胞中的E微粒的个数，这8个E微粒与D微粒的距离最近且相等。
题组一　物质的聚集状态
1.（2025·长治高二期中）下列关于物质的聚集状态的说法正确的是（　　）
A.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
B.气态和液态物质一定是由分子构成的
C.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，但不具有各向异性
D.等离子体具有良好的导电性和流动性
解析：D　晶体与非晶体的根本区别在于粒子在微观空间是否呈周期性的有序排列，A错误；离子液体是仅由离子组成的液体物质，B错误；液晶的最大特点是既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，C错误。
2.等离子体在工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列与等离子体无关的是（　　）
A.等离子体显示器
B.日光灯和霓虹灯
C.将水温升高到几千摄氏度
D.液晶显示器
解析：D　等离子体显示器中，紫外光可以使气体转变为等离子体；日光灯和霓虹灯的灯管里，放电时可以将空气转变为等离子体；将水温升高到几千摄氏度，高温时能够将水分子转变为等离子体；液晶显示器是液晶的重要应用。
题组二　晶体和非晶体的区别
3.（教材改编题）区分晶体和非晶体最科学的方法是（　　）
A.质谱法 B.红外光谱法
C.核磁共振氢谱法 D.X射线衍射法
解析：D　晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否呈周期性有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，所以区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验。
4.（教材改编题）从晶体与非晶体的角度分析，普通玻璃和水晶的根本区别是（　　）
A.外形不一样
B.普通玻璃的基本构成粒子相对无序排列，水晶的基本构成粒子呈周期性有序排列
C.水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点
D.水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换
解析：B　从晶体与非晶体的角度分析，普通玻璃和水晶的根本区别是普通玻璃的基本构成粒子相对无序排列，水晶的基本构成粒子呈周期性有序排列，所以普通玻璃不是晶体。
题组三　晶体的性质
5.（鲁科版习题）下列各项中，不属于晶体的特点的是（　　）
A.具有规则的几何外形
B.某些物理性质具有各向异性
C.一定是无色透明的固体
D.具有固定的熔点
解析：C　晶体的特点是具有规则的几何外形、有固定的熔点、某些物理性质具有各向异性，但晶体不一定是无色透明的。
6.（2025·内江高二月考）下列有关晶体的说法中一定正确的是（　　）
A.凡是具有规则外形的固体都是晶体，晶体研碎后即变为非晶体
B.进行快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出，可以获得较大颗粒的明矾晶体
C.晶体的各向异性和周期性、对称性是矛盾的
D.晶体具有自范性，有固定的熔点
解析：D　具有规则外形的不一定是晶体，例如玻璃，晶体研碎后并没有改变晶体基本构成粒子的结构排列，仍然是晶体，A错误；饱和溶液缓慢冷却才能得到较大颗粒的晶体，急速冷却得到的是细小颗粒，B错误；晶体中在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列，两者没有矛盾，C错误。
题组四　晶胞及晶体结构的测定
7.（2025·沈阳高二月考）下列有关晶胞的说法正确的是（　　）
A.由晶胞中的粒子数可直接确定该晶体的化学式
B.若晶胞为平行六面体，则侧棱上的粒子为2个晶胞共用
C.晶胞是晶体结构中最小的重复单元
D.晶胞中不可能存在多个粒子
解析：C　晶胞中的粒子数不一定为晶体的化学式，如金属铜的晶胞中，铜原子个数为4，A错误；平行六面体晶胞，侧棱上的粒子为4个晶胞共用，B错误；晶胞是晶体结构中最小的重复单元，C正确；晶胞内可能存在多个粒子，如NaCl晶胞，D错误。
8.测定晶体结构最常用的方法是进行X射线衍射实验，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
A.X射线透过晶体时会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰
B.同一种物质的X射线衍射图谱相同
C.能够通过X射线衍射图谱计算晶胞形状和大小、原子在晶胞中的数目和位置
D.通过X射线衍射实验分析物质微观结构是测定原子空间排布的重要途径
解析：B　同一种物质的晶体状态和非晶体状态的X射线衍射图谱不同。
题组五　关于晶胞的计算
9.（2025·武汉高二月考改编）冰晶石（化学式为Na3AlF6）的晶体结构单元如图所示（“”位于大立方体的顶角和面心，“”位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心）。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF63Na＋＋Al，则大立方体的体心处所代表的粒子为（　　）
A.Na＋ B.Al3＋
C.F－ D.Al
解析：A　该晶胞中“”个数＝8×＋6×＝4，“”个数＝12×＋8＝11，根据冰晶石的化学式可知，冰晶石中Na＋和Al的个数之比为3∶1，据此可判断出大立方体的体心“”所代表的粒子与“”代表的粒子相同，为Na＋。
10.（2025·东营高二开学考）如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，CsCl的摩尔质量为M g·mol－1，则CsCl晶体的密度（单位为g·cm－3）为（　　）
A. B.
C. D.
解析：D　由题图可知，该晶胞中Cl－个数为1，Cs＋个数为8×＝1，相邻两个Cs＋的核间距离为a cm，即其棱长为a cm，晶胞体积V＝a3 cm3，密度ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
11.（教材改编题）晶体具有自范性，下列关于晶体自范性的叙述正确的是（　　）
A.破损的硫酸铜晶体能够在固态时自动变成规则的立方体
B.缺角的氯化钠晶体在饱和氯化钠溶液中慢慢变为规则的立方体晶块
C.由玻璃制成有规则几何外形的“宝石”，体现了晶体的自范性
D.圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性
解析：B　晶体在固态时不能自发形成新的晶体，A错误；溶质从溶液中析出，可形成有规则几何外形的晶体，B正确；玻璃属于非晶体，不具有自范性，C错误；圆形容器中结出的冰是圆形的，不是自发形成的，D错误。
12.（2025·潍坊高二检测）某晶体的结构单元如图所示（正三棱柱），晶体中A、B、C三种原子的数目之比为（　　）
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶5
解析：B　该结构中含A原子个数为6×＝，B原子个数为6×＋3×＝2，C原子个数为1，则A、B、C原子的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。
13.石墨烯可转化为富勒烯（C60），科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其立方晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm。下列说法正确的是（　　）
A.C60和石墨烯互为同分异构体
B.该富勒烯化合物的化学式为K2C60
C.C60周围等距且距离最近的C60的数目为8
D.该晶胞中含K和C60个数比为3∶4
解析：C　C60和石墨烯为同种元素形成的不同单质，互为同素异形体，A错误；该晶胞中含有K的个数为12×＝6，C60的个数为8×＋1＝2，故该富勒烯化合物的化学式为K3C60，B、D错误；以体心的C60为例，与其等距且距离最近的C60为顶角的8个C60，C正确。
14.回答下列问题：
（1）甲为石墨晶体，甲说明晶体具有各向异性；乙说明晶体具有各向异性而非晶体具有各向同性；丙说明晶体的内部微粒排列规范而有序而非晶体内部微粒排列无序。
（2）锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO3），其阴离子空间结构为平面三角形，C原子的杂化形式为sp2。
（3）在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在陶土网上加热，观察实验现象。
①在表面皿上加少量冷水的作用是冷却碘蒸气。
②观察到的实验现象是烧杯中充满紫色的蒸气，在表面皿上有紫黑色的晶体形成。
③在表面皿上的碘是晶体（填“晶体”或“非晶体”）。
④这种方法是凝华，制取晶体的方法还有熔融态物质的凝固、结晶（溶质从溶液中析出）。
解析：（1）从甲图可看出，石墨中与层垂直的方向上的导电性和与层平行的方向上的导电性不同，说明晶体具有各向异性；乙图中，水晶片上的石蜡熔化成椭圆形，说明水晶在不同方向上的导热性不同，即有各向异性，而玻璃片上的石蜡熔化的形状是圆形，说明玻璃在各个方向上的导热性相同，即具有各向同性；丙说明晶体内部的微粒排列规范而有序，而非晶体内部微粒排列无序。（2）ZnCO3中的阴离子C中C原子的价层电子对数为3＋＝3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形；C原子的杂化形式为sp2。（3）①在表面皿上加少量冷水的作用是冷却碘蒸气；②观察到的实验现象是烧杯中充满紫色的蒸气，在表面皿上有紫黑色的晶体形成；③在表面皿上的碘是晶体；④这种方法是凝华，制取晶体的方法还有熔融态物质的凝固、结晶。
15.（教材改编题）钙钛矿晶体的立方晶胞结构如图所示。
钙钛矿的晶胞
（1）该晶胞的化学式为CaTiO3；晶胞中Ca的配位数（与Ca距离最近且相等的氧原子数目）为12。
（2）Ti位于立方晶胞的顶角，被6个O包围成配位八面体。
（3）钙钛矿晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则钙钛矿晶胞的边长为cm。
解析：（1）由晶胞结构可知：钙位于体心，个数为1，钛位于顶点，则其个数为×8＝1，氧位于棱边的中点，则其个数为×12＝3，故晶胞的化学式为CaTiO3，立方体晶胞共有12个边，每条边的中点有一个氧原子，共12个氧原子，包围着中心的钙离子，Ca的配位数为12。（2）Ti位于立方晶胞的顶角，被6个O包围成配位八面体。（3）根据均摊原则，晶胞中Ti原子数为8×＝1、O原子数为12×＝3、Ca原子数为1，钙钛矿晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，设钙钛矿晶胞的边长为a cm，则＝ρ，a＝。
1 / 2第2课时　共价晶体
学习目标
1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点，说明共价晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 2.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用和对共价晶体物理性质的影响。
知识点一　共价晶体的组成与性质
1.共价晶体的结构特点
（1）构成粒子及作用力
共价晶体
（2）空间结构：整块晶体是一个共价键三维　骨架　结构，故叫作共价晶体。
【教材挖掘】
教材中描述“SiO2是另一种共价晶体”，SiO2是二氧化硅的分子式吗？
提示：二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。
2.常见的共价晶体
物质种类 实例
某些　非金属单质 金刚石（C）、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、灰锡（Sn）等
某些　非金属化合物 二氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）等
3.共价晶体的物理性质
（1）由于共价晶体原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有　很高　的熔点。
（2）结构相似的共价晶体，其熔、沸点高低取决于共价键的键长与键能。一般来说，键长越　短　、键能越　大　，共价晶体的熔、沸点越　高　。
【探究活动】　探究共价晶体、分子晶体结构与物理性质的区别
下表是一些常见的且结构相似的共价晶体的熔点、硬度的数据。
晶体 键能/（kJ·mol－1） 熔点/℃ 莫氏硬度
金刚石 （C—C）347 3 550 10
碳化硅 （C—Si）301 2 700 9.5
晶体硅 （Si—Si）226 1 410 6.5
活动1：由表中的数据可知，金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点和硬度均依次降低，如何解释这一变化趋势？
提示：三者形成的是结构相似的共价晶体，其中原子半径：Si＞C，共价键键长：Si—Si＞Si—C＞C—C，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。
活动2：如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。
提示：能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：C＜Si，因此键长大小顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，键能大小顺序为C—C＞C—Si＞Si—Si，晶体的熔点和硬度大小顺序为金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
归纳总结
分子晶体和共价晶体的比较
晶体类型 分子晶体 共价晶体
组成微粒 分子 原子
熔化时需克服的作用力 分子间作用力 共价键
物理 性质 熔、沸点 较低 很高
硬度 较小 很大
决定熔、沸点高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱
典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）具有共价键的晶体都是共价晶体。（　×　）
（2）凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。（　×　）
（3）由于共价键的键能远大于分子间作用力，故共价晶体的熔点比分子晶体的高。（　√　）
（4）共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键。（　×　）
2.（2024·盐城高二检测）已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于C3N4晶体的说法错误的是（　　）
A.该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构
B.该晶体的熔点比金刚石高
C.该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
D.该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C键更牢固
解析：A　C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，只含极性共价键，不含非极性共价键，A错误，C正确；C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，则C3N4晶体为共价晶体，其C—N键比C—C键更牢固，则该晶体的熔点比金刚石高，B、D正确。
3.下列有关共价晶体的叙述错误的是（　　）
A.共价晶体中，只存在共价键
B.共价晶体具有空间网状结构
C.共价晶体中不存在独立的分子
D.共价晶体熔化时不破坏共价键
解析：D　共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。
4.（2025·云南师范大学附属中学高二检测改编）根据下表中给出的有关数据，完成下列问题：
AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅
熔点/℃ 190 －60 2 300 3 550 1 410
沸点/℃ 183 57 2 550 4 827 2 355
（1）SiCl4是分子晶体，晶体硼是共价晶体。
（2）AlCl3是分子晶体，加热能（填“能”或“不能”）升华。
（3）金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si强（填“强”或“弱”）。
解析：（1）由表中数据可知，SiCl4的熔、沸点较低，属于分子晶体，晶体硼的熔、沸点很高，所以晶体硼是共价晶体。（2）由表中数据可知AlCl3的沸点比熔点低，所以AlCl3加热能升华。（3）C原子半径小于Si的原子半径，金刚石中的C—C键长比晶体硅中的Si—Si键长短，键能也大，C—C比Si—Si强。
知识点二　典型共价晶体的结构
1.金刚石的晶体结构
（1）在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为　109°28'　，即金刚石中的碳采取　sp3　杂化轨道形成共价键三维骨架结构。
（2）晶体中最小的碳环由　6　个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有　4　个碳原子在同一平面内。
（3）每个C形成4个C—C，每个C—C为两个C所共有，即C原子与C—C数目之比为　1∶2　。
（4）每个C原子被　12　个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为个。
【思考】　
1.金刚石的晶胞结构如图所示，回答下列问题。
（1）一个金刚石晶胞中含有　　个碳原子。
提示：8
（2）已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为　　g·cm－3。
提示：
（3）晶体中两个最近的碳原子之间的距离为　　pm。
提示：a
（4）碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
提示：2r＝a pm，即r＝a pm。
2.依据金刚石的结构判断，12 g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？
提示：依据均摊法可知，金刚石中每个碳原子形成4个共价键，其中碳原子数与C—C共价键数之比是1∶2，故12 g金刚石中含有的C—C数目是2NA。
2.二氧化硅的晶体结构
（1）二氧化硅晶体
①Si原子采取　sp3　杂化，正四面体内O—Si—O键角为　109°28'　。
②每个Si原子与　4　个O原子形成　4　个共价键，　Si　原子位于正四面体的中心，　O　原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被　2　个硅氧正四面体共用；每个O原子和　2　个Si原子形成　2　个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为　1∶2　。
③最小环上有　12　个原子，包括　6　个O原子和　6　个Si原子。
（2）低温石英
在低温石英的结构中，顶角相连的　硅氧四面体　形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子。（　√　）
（2）在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键。（　×　）
（3）1 mol SiO2晶体中含有硅氧四面体结构单元的数目为NA。（　√　）
（4）二氧化硅能用于制造光导纤维，利用了二氧化硅的导电性。（　×　）
2.（教材改编题）下列关于SiO2和CO2的描述错误的是（　　）
A.SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体
B.两者中心原子采取的杂化方式不同
C.SiO2和CO2都是非极性分子
D.SiO2晶体的熔点比CO2晶体高
解析：C　二氧化碳为分子晶体，二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共价晶体，晶体中不存在分子，C错误。
3.（1）（鲁科版习题）在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是AB（填字母）。
A.共价键具有饱和性
B.共价键具有方向性
C.二氧化硅是化合物
D.二氧化硅是由非金属元素原子构成的
（2）一种SiO2晶体的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链。其中Si原子的杂化轨道类型是sp3。
解析：（1）共价键具有方向性和饱和性，导致SiO2中Si和O必须按照一定的方向和一定的数目比例进行结合，导致在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构。（2）由二氧化硅晶体的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链可知，每个硅原子连有4个氧原子，硅原子的杂化方式为sp3杂化。
1.（2025·枣庄高二期中改编）下列我国科研成果所涉及材料中，是共价晶体的是（　　）
A.4.03米大口径碳化硅反射镜 B.滑雪运动员所穿合成纤维速滑服
C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线 D.“玉兔二号”钛合金筛网轮
解析：A　碳化硅是由碳原子和硅原子形成的共价晶体，A正确。
2.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是（　　）
A.熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B.无色晶体，熔点3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800 ℃，熔化时能导电
D.熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
解析：B　共价晶体的熔点高，但不能导电，延展性差，B符合题意。
3.（2025·蚌埠高二期中）金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是（　　）
A.金刚石中C—C—C的夹角均为109°28'，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C的键能无关
C.金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶2
D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
解析：C　金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；C—C的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；碳原子数与C—C数之比为1∶＝1∶2；在打孔过程中会产生很高的温度，若不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化或高温下氧化。
4.（1）单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ 3 550 1 415 2 300
沸点/℃ 4 827 2 628 2 550
莫氏硬度 10 7.0 9.5
晶体硼的晶体类型属于共价晶体，理由是晶体硼的熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体（或熔、沸点都很高，硬度大）。
（2）已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如图），其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由12个B原子组成，键角为60°。
解析：（1）晶体硼的熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体，因此晶体硼也是共价晶体。（2）每个三角形的顶点B原子被5个三角形所共有，所以，此顶点B原子完全属于一个三角形的只占到，每个三角形中有3个这样的顶点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中的顶点（B原子）有×3×20＝12个。又因晶体B中的三角形为正三角形，所以键角为60°。
题组一　共价晶体及其性质
1.（教材改编题）下列物质属于共价晶体且为酸性氧化物的是（　　）
A.干冰 B.石英
C.氧化钠 D.金刚石
解析：B　干冰是固体CO2，属于分子晶体；石英是固体SiO2，属于共价晶体，且为酸性氧化物；氧化钠为碱性氧化物；金刚石为碳单质。
2.一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于B4C的推断正确的是（　　）
A.B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的
B.B4C是一种共价晶体
C.B4C是一种分子晶体
D.B4C晶体中存在离子键
解析：B　B4C由非金属元素组成，可用于制作切削工具和高温热交换器，说明其熔点高，应为共价晶体，不存在单个分子，构成微粒为原子，碳、硼原子之间以共价键结合。
3.（教材改编题）下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是（　　）
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
A.构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
B.构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高
C.构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大
D.构成共价晶体的共价键键长越长，晶体的硬度越大
解析：B　共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
4.（2025·泉州高二期中）氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是（　　）
A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶
C.冰和干冰 D.碘和金刚砂
解析：B　根据氮化硼的物理性质可知，其为共价晶体，熔化时所克服的微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D错误。
5.（2025·通化高二检测）下列晶体性质的比较中错误的是（　　）
A.熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
B.沸点：NH3＞PH3
C.硬度：白磷＞冰＞二氧化硅
D.熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4
解析：C　A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径：r（C）＜r（Si），所以键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，键能越大，共价晶体的熔点越高，A正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D正确。
题组二　共价晶体的结构
6.（鲁科版习题）已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。对于C3N4晶体的说法中，正确的是（　　）
A.C3N4晶体是分子晶体
B.C3N4晶体中，C—N的键长比金刚石中的C—C的键长要长
C.C3N4晶体中，C—N的键长比金刚石中的C—C的键长要短
D.C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
解析：C　根据“C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度”可知，C3N4晶体原子间通过共价键形成共价晶体，A、D错误；氮原子的半径比碳原子的半径小，所以C—N的键长比C—C的键长短，B错误，C正确。
7.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法错误的是（　　）
A.是一种三维骨架结构的晶体
B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连
C.晶体中最小环上的原子数目为8
D.晶体中最小环上的原子数目为6
解析：C　单质硅是一种三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确；根据单质硅的晶体结构可判断，晶体中最小环上的原子数目为6，C错误，D正确。
8.（2025·华东师大附中开学考）某石英结构如图，我们可以将此晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据晶体结构图，下列说法错误的是（　　）
A.石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B.每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C.在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”表示石英的组成
D.在晶体中存在石英分子，故能叫分子式
解析：D　SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，A、B正确；在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英中Si、O原子个数比，没有单个的SiO2分子，C正确，D错误。
9.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上（如图中的小立方体）。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置（　　）
A.12，大立方体的12条棱的中点
B.8，大立方体的8个顶角
C.6，大立方体的6个面的中心
D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
解析：A　与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：
10.（2025·沧州高二月考）有关晶体的叙述中正确的是（　　）
A.在SiO2晶体中，最小的单元环是由6个硅原子组成的六元环
B.在124 g白磷（P4）晶体中，含P—P共价键个数为4NA
C.金刚石的熔、沸点高于晶体硅，是因为C—C的键能小于Si—Si
D.12 g金刚石中含C原子与C—C数之比为1∶2
解析：D　在二氧化硅晶体中，由Si、O构成的最小单元环是12元环，每个最小环中含有6个硅原子和6个氧原子，A错误；1个P4分子中含6个P—P，124 g白磷（P4）晶体中含P—P共价键的个数为×6NA mol－1＝6NA，B错误；C—C键能大于Si—Si，所以金刚石的熔、沸点高于晶体硅，C错误；金刚石晶体中，1个碳原子形成4个共价键，每个共价键连有两个C原子，所以碳原子数与C—C数之比为1∶2，D正确。
11.根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关氮化碳的说法错误的是（　　）
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的化学式为C3N4
C.该晶体的熔点比金刚石的熔点低
D.每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
解析：C　晶体中每个C与4个N相连而一个N被3个碳原子共用，则每个碳原子均摊的氮原子个数为×4＝，则化学式为C3N4，rN＜rC，C—N键长短，C—N键能大于C—C，该晶体的熔点高于金刚石，C错误。
12.（2025·南昌高二月考改编）碳有金刚石（晶体模型如图a）、C60（分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形）等单质，碳能形成甲醛、γ-氮化碳（分子结构如图c，分子内N和C均达到8e－稳定结构）等化合物。下列说法错误的是（　　）
A.金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有个C，1个C—C
B.γ-氮化碳的分子式为C6N8，不属于共价晶体
C.甲醛中C为sp2杂化
D.C60分子中有16个五元环和16个六元环
解析：D　在金刚石的晶体结构中，最小的环为6元环，每个单键为6个环共有，则每个C原子连接4×3＝12个六元环，平均每个六元环有个C，6×＝1个C—C，A正确；由γ-氮化碳的分子结构可知，γ-氮化碳的分子式为C6N8，具有分子式，不属于共价晶体，B正确；甲醛中存在碳氧双键，C为sp2杂化，C正确；C60的结构是由20个六元环和12个五元环构成的，D错误。
13.请按要求填空：
（1）氮化碳和氮化硅晶体结构相似，是新型的非金属高温陶瓷材料，它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度小于（填“大于”或“小于”）氮化碳的硬度，原因是C原子半径小于Si原子半径，故C—N的键能大于N—Si，键能越大，共价晶体的硬度越大。
②已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连，同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：Si3N4。
（2）第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体形，GaN属于共价晶体。
解析：（1）①因为原子半径：C＜Si，故键能：C—N＞N—Si，键能越大，共价晶体的硬度就越大。②根据共价键饱和性原则，1个Si连接4个N，1个N连接3个Si，故化学式为Si3N4。（2）根据题给信息“晶体结构与晶体硅相似”，故1个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的4个N原子构成的空间结构为正四面体形，GaN晶体属于共价晶体。
14.共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。
（1）晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体（其晶胞如图甲所示），晶体硅的1个晶胞中含8个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个最小环独立含有个Si原子，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si的数目为2NA。
（2）金刚砂（SiC）也与金刚石具有相似的晶体结构（如图乙所示），在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题：
①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si＜SiC＜C（均用化学式表示）。
②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了4个碳原子，其中的键角是109°28'。
③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有1个C—Si。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为12；若金刚砂的密度为ρ g·cm－3，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为××1010pm（用代数式表示即可）。
解析：（1）根据金刚石的结构，晶体硅的1个晶胞中含Si原子数目为4＋8×＋6×＝8，最小环为6元环，每个硅原子被12个环共用，因此每个最小环独立含有Si原子的数目为6×＝，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si的数目为2NA。（2）①共价晶体中，共价键键长越短，键能越大，熔、沸点越高，因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si＜SiC＜C。②根据金刚砂的结构可知，一个硅原子结合了4个碳原子，形成正四面体结构，其键角是109°28'。③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，一个最小环里共有6个C—Si，1个C—Si被6个环共用，因此一个最小的环上独立含有C—Si的个数为6×＝1。④以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为12；1个金刚砂晶胞中含有4个碳原子、4个硅原子，若金刚砂的密度为ρ g·cm－3，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为晶胞体对角线长的四分之一，1个晶胞的体积为 cm3，因此最近的碳、硅原子之间的距离为××1010 pm。
1 / 2第2课时　离子晶体　过渡晶体与混合型晶体
学习目标
1.借助离子晶体模型认识离子晶体的结构特点，说明离子晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 2.能辨识常见的离子晶体，并能从微观角度分析离子晶体中各构成微粒之间的作用和对金属晶体物理性质的影响。 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。
知识点一　离子晶体
1.离子晶体的概念
由　阳离子　和　阴离子　相互作用而形成的晶体。
2.离子晶体的结构特点
（1）构成粒子：　阳离子　和　阴离子　。
（2）粒子间的作用力：　离子键　。
3.常见离子晶体的结构类型
晶体类型 NaCl CsCl
晶胞
结构 特点 ①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为　6　，Cl－的配位数为　6　； ②与Na＋（Cl－）等距离且最近的Na＋（Cl－）有　12　个； ③每个晶胞中有　4　个Na＋和　4　个Cl－； ④每个Cl－周围的Na＋构成正八面体形结构 ①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为　8　，Cl－的配位数为　8　； ②每个晶胞中有　1　个Cs＋和　1　个Cl－； ③每个Cs＋与　6　个Cs＋等距离且最近
4.离子晶体的性质
（1）一般熔、沸点较　高　，硬度较　大　；离子晶体中，离子键越强，熔、沸点越　高　，硬度越　大　。
（2）离子晶体固态时不导电，但熔融状态或溶于水后　能　导电。
（3）大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
【探究活动】　探究离子晶体的结构及物理性质
如图是NaCl、CsCl、MgO三种离子晶体的晶胞结构：
活动1：NaCl、CsCl、MgO表示的是分子式吗？
提示：不是，NaCl、CsCl和MgO都是离子晶体，只表示晶体中阴、阳离子个数比，是化学式。
活动2：NaCl晶体和CsCl晶体，哪一种晶体的熔点高？
提示：NaCl晶体。NaCl晶体和CsCl晶体均为离子晶体且离子所带电荷数相同，但Na＋半径小于Cs＋，随着离子半径的增大，离子键强度减弱，晶体熔点降低。
活动3：NaCl晶体和MgO晶体，哪一种晶体的熔点高？
提示：MgO晶体。由于Mg2＋所带正电荷数比Na＋多，离子半径比Na＋小，O2－所带负电荷数比Cl－多，离子半径比Cl－小，故MgO中离子键强于NaCl中的离子键，所以MgO晶体的熔点高于NaCl晶体。
归纳总结
（1）离子晶体微粒之间的作用力是离子键，离子键没有方向性和饱和性。
（2）在离子晶体中，阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）含有金属阳离子的一定是离子晶体。（　×　）
（2）离子晶体中不一定都含有金属元素。（　√　）
（3）离子晶体在固态和熔融情况下都能导电。（　×　）
（4）离子晶体受热熔化时破坏化学键，属于化学变化。（　×　）
2.MgO、Cs2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点由高到低的顺序是（　　）
A.MgO＞Cs2O＞BaO＞CaO
B.MgO＞CaO＞BaO＞Cs2O
C.CaO＞BaO＞MgO＞Cs2O
D.CaO＞BaO＞Cs2O＞MgO
解析：B　四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Cs＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Cs＋半径最大、所带电荷数最少，其与O2－形成的离子键最弱，故Cs2O的熔点最低；Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋所带电荷数一样多，半径：Mg2＋＜Ca2＋＜Ba2＋，与O2－形成的离子键由强到弱的顺序是MgO＞CaO＞BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO＞CaO＞BaO。综上所述，四种离子晶体熔点由高到低的顺序是MgO＞CaO＞BaO＞Cs2O。
3.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断不正确的是（　　）
A.该晶体属于离子晶体
B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目相等
C.阳离子的配位数为4
D.氧化锌的熔点小于硫化锌
解析：D　A项，该晶体含活泼金属元素Zn，则该晶体属于离子晶体；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等；C项，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4；D项，ZnO和ZnS中，r（O2－）小于 r（S2－），所带的电荷数相等，所以ZnO的熔点大于ZnS。
4.如图表示NaCl晶胞，交点处的圆圈为Na＋或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
（1）请将其中代表Cl－的圆圈涂黑（不必考虑离子半径大小），以完成NaCl晶胞示意图。
答案：
（2）晶体中，在每个Na＋的周围与它最近且距离相等的Na＋共有12个。
（3）一个NaCl晶胞中Cl－的个数等于4，即8×＋6×＝4（填计算式）；Na＋的个数等于4，即12×＋1＝4（填计算式）。
解析：（1）氯化钠晶体中，阳离子和阴离子是交替排列的，且氯离子和钠离子的配位数都是6。（2）在（1）中所示的NaCl晶胞中，氯离子所处的位置是顶点和面心，从体心处的Na＋看，与它最近且距离相等的Na＋共有12个。（3）根据均摊法，（1）中所示的NaCl晶胞中，钠离子所处的位置是体心和棱边的中点，所含Na＋的个数为12×＋1＝4，氯离子所处的位置是顶点和面心，则所含Cl－的个数为8×＋6×＝4。
知识点二　过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
（1）四类典型晶体是指　分子　晶体、　共价　晶体、　金属　晶体和　离子　晶体。
（2）概念：介于典型晶体之间的晶体。
（3）特点：（以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例）
①晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键。
②离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，通常作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，则作为共价晶体处理。
（4）存在：四类晶体都有过渡型。
【思考】　Na2O、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7六种氧化物中，从左到右离子键成分的百分数越来越小。其中作为离子晶体处理的是哪些？作为共价晶体处理的有哪些？作为分子晶体处理的有哪些？
提示：其中作为离子晶体处理的是Na2O；作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2；作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。
2.混合型晶体——石墨
（1）石墨晶体的结构模型
（2）石墨晶体的结构特点：①层内，碳原子采取　sp2　杂化，以　共价键　相结合形成　平面六元并环　结构。所有碳原子的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；②层与层之间以　范德华力　相结合。
（3）石墨的晶体类型：石墨中既存在　共价键　，又存在　分子间作用力　，同时具有类似金属晶体的导电性。像石墨这样的晶体，是一种混合型晶体。
（4）石墨的物理性质：熔点　高　、易　导电　、质软易滑动。
【思考】　
1.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。回答下列问题。
（1）熔点：石墨　　（填“＞”“＜”或“＝”）金刚石。
提示：＞
（2）石墨晶体中层内C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因？
提示：金刚石中只存在C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在大π键，电子云重叠程度大，所以C—C间的键长短。
2.石墨晶体中，每个C原子参与　　个C—C和　　个六元环的形成，而每个键被　　个C原子共用，故每一个六元环平均占有　　个C原子，C原子数与C—C数之比为　　。
提示：3　3　2　2　2∶3
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）Na2O晶体中离子键的百分数为100％。（　×　）
（2）SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理。（　√　）
（3）混合型晶体就是混合物。（　×　）
（4）四种晶体类型都有过渡型晶体。（　√　）
（5）石墨结构中层与层之间存在共价键。（　×　）
2.（2025·赣州高二联考）几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示：
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键成分的百分数/％ 62 50 41 33
根据表格信息，可推知：前四周期元素组成的离子晶体中，离子键成分的百分数最高的是（　　）
A.KF B.LiF
C.NaBr D.KCl
解析：A　根据表格信息，电负性差值越大的两种元素组成的化合物中离子键成分的百分数越大。前四周期元素中，钾元素的电负性最小，氟元素的电负性最大，A项符合题意。
3.石墨晶体是层状结构（如图）。以下有关石墨晶体的说法正确的有②③⑦（填序号）。
①石墨中的C为sp3杂化；②石墨是混合型晶体；③每个六元环完全占有的碳原子数是2个；④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C个数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同
解析：①石墨层内为平面结构，因此石墨中的C为sp2杂化，错误；④石墨的熔点比金刚石的高，错误；⑤石墨中每个碳原子形成3个共价键，因此石墨中碳原子数和C—C个数之比为2∶3，错误；⑥石墨质软，金刚石的硬度大，错误。
1.（教材改编题）下列物质中，含有极性共价键的离子晶体是（　　）
A.CaCl2 B.K2SO4
C.Na2O D.Na2O2
解析：B　CaCl2中只有离子键；K2SO4中，钾离子和硫酸根离子之间存在离子键，硫酸根离子中S和O之间为极性共价键；Na2O中只有离子键；Na2O2中含有离子键和非极性共价键。
2.（2025·湛江高二检测）泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI使Na＋和I－的核间距为1.0～1.5 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是（　　）
A.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B.离子晶体中可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D.共价键和离子键没有绝对的界限
解析：D　NaI是离子化合物，如改变离子的核间距，可能为共价化合物，但仍为纯净物，不是混合物，A错误；NaOH晶体中就有离子键和共价键，但不是泽维尔的研究成果，B错误；NaI晶体中当Na＋和I－的核间距为1.0～1.5 nm时，呈共价键，但不存在既有离子键又有共价键的情形，C错误。
3.下列关于氯化钠晶胞（如图）的说法正确的是（　　）
A.每个晶胞含有6个Na＋和6个Cl－
B.晶体中每个Na＋周围有8个Cl－，每个Cl－周围有8个Na＋
C.晶体中与每个Na＋最近的Na＋有8个
D.将晶胞沿体对角线AB作投影，C、D两原子的投影将相互重合
解析：D　利用均摊法计算，一个NaCl晶胞里含有4个Na＋和4个Cl－，Na＋、Cl－的配位数都为6，A、B错误；每个钠离子周围与它最近且等距离的钠离子有12个，C错误；将晶胞分成8个小正方体，CD为右上后方小正方体的体对角线，与AB平行，若将晶胞沿体对角线AB作投影，则C、D两原子的投影相互重合，D正确。
4.（2025·南允市高二月考）碳元素的单质有多种形式，如图所示依次是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，它们互为同素异形体。
（2）C60属于分子晶体，石墨属于混合型晶体。
（3）金刚石晶胞中含有8个碳原子。
解析：（1）由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体。（2）一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故石墨为混合型晶体。（3）金刚石晶胞中含有8×＋6×＋4＝8个碳原子。
题组一　离子晶体
1.（教材改编题）下列叙述错误的是（　　）
A.离子晶体中只含有离子键
B.含有离子键的晶体一定是离子晶体
C.离子晶体中可能含有共价键
D.有的离子晶体的阴离子或阳离子中存在电中性分子
解析：A　NaOH为离子晶体，含有离子键和共价键，A错误；含有离子键的化合物形成的晶体一定是离子晶体，B正确；NaOH为离子晶体，含有离子键和共价键，C正确；[Cu（NH3）4]SO4·H2O为离子晶体，阳离子[Cu（NH3）4]2＋中存在电中性分子NH3，D正确。
2.（2025·株洲高二月考改编）碱金属与C60可形成球碳盐K3C60，实验测得K3C60属于离子晶体，且有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构分析正确的是（　　）
A.该物质的分子式为K3C60
B.K3C60的摩尔质量是837
C.K3C60中的阴、阳离子通过静电引力相结合
D.K3C60中既有离子键，又有共价键，在熔融状态下能导电
解析：D　该物质属于离子晶体，K3C60为其化学式而非分子式，A错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，B错误；离子晶体中阴、阳离子通过静电作用相互结合，静电作用包括静电吸引力和静电排斥力，C错误；离子晶体中一定存在离子键，熔融状态下能导电，K3C60中的C原子间以共价键连接，D正确。
3.（苏教版习题）氟元素在自然界中常以CaF2的形式存在，下列表述正确的是（　　）
A.Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用
B.F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2
C.阴、阳离子数目比为2∶1的物质，均具有与CaF2相同的晶胞结构
D.CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电
解析：D　Ca2＋与F－间存在静电吸引作用，还存在静电斥力，A错误；离子半径：F－＜Cl－，所以CaF2的熔点高于CaCl2，B错误；晶体的结构与电荷比、半径比有关，阴、阳离子数目比为2∶1的物质，与CaF2晶体的电荷比相同，若半径比相差较大，则晶体结构不相同，C错误。
4.（2024·济宁高二检测）离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是（　　）
A.KCl＞NaCl＞BaO＞CaO
B.NaCl＞KCl＞CaO＞BaO
C.CaO＞BaO＞KCl＞NaCl
D.CaO＞BaO＞NaCl＞KCl
解析：D　一般在阴、阳离子的核间距离相当时首先看离子所带电荷数，CaO、BaO中阴、阳离子所带电荷数都大于KCl、NaCl，所以CaO、BaO的熔点大于KCl、NaCl；其次在电荷数相当时，看阴、阳离子的核间距离，r（Ba2＋）＞r（Ca2＋），熔点：CaO＞BaO，r（K＋）＞r（Na＋），熔点：NaCl＞KCl。
5.（2025·邯郸高二月考）钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
A.该晶体属于离子晶体
B.晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体晶胞结构与NaCl相似
D.与每个Ba2＋距离最近且相等的Ba2＋共有12个
解析：B　该晶体中的微粒为Ba2＋、，故该晶体属于离子晶体，A正确；根据Ba2＋和在晶胞中的位置，可知晶胞中含Ba2＋的个数为4，含的个数为4，该晶体的化学式为BaO2，B错误；由晶胞结构可知，各离子的配位数均为6，该晶体晶胞结构与NaCl相似，C正确；以位于顶点的Ba2＋为研究对象，与之距离相等且最近的Ba2＋位于面心上，共有12个，D正确。
题组二　过渡晶体与混合型晶体
6.（教材改编题）下列说法正确的是（　　）
A.第三周期主族元素从左到右，最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大
B.混合型晶体具有多种晶体的特点，不能归属于任何一种典型晶体
C.过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件，转化为另一种晶体
D.Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体
解析：B　第三周期主族元素从左到右，元素的电负性逐渐增大，最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小，A错误；过渡晶体是介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，C错误；Na2O、SiO2都不是纯粹的典型晶体，而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体，D错误。
7.（2025·天津和平区高二月考）已知几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表：
氧化物 Na2O Al2O3 SiO2
离子键的百分数/％ 62 41 33
下列说法错误的是（　　）
A.Al2O3通常当作共价晶体来处理
B.熔点：Al2O3＞Na2O
C.氧化物中两元素电负性差值越大，离子键成分的百分数越大
D.K2O的化学键中离子键成分的百分数小于62％
解析：D　氧化铝中离子键成分低于50％，通常可当作共价晶体来处理，A正确；Al2O3是共价晶体，Na2O是离子晶体，则氧化铝的熔点高于氧化钠，B正确；氧化物中两元素电负性差值越大，离子键成分的百分数越大，C正确；钾的金属性强于钠，则氧化钾的化学键中的离子键成分的百分数大于62％，D错误。
8.（2025·十堰高二月考）黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构（如图所示）。下列有关说法正确的是（　　）
A.磷原子为sp2杂化，故每层中的磷原子均共平面
B.石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
C.黑磷熔、沸点很高，与金刚石晶体类型相同
D.黑磷、红磷和白磷三种物质互为同系物，化学性质相似
解析：B　由黑磷的结构图可知，黑磷中的磷原子排列成立体结构，则磷原子杂化方式为sp3杂化，每一层中的磷原子不可能在同一平面上，A错误；黑磷晶体与石墨有类似的层状结构，则黑磷最可能是混合型晶体，C错误；黑磷、白磷和红磷都是单质，不属于同系物，D错误。
9.（2025·泉州高二月考）石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，其结构如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
A.石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3
B.石墨烯中每个六元碳环平均占有3个碳原子
C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
D.石墨烯具有导电性
解析：D　石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2，A错误；石墨烯中每个六元碳环平均占有2个碳原子，B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，C错误。
10.（2025·临沂高二检测）经研究证明，PCl5在固态时由空间结构分别为正四面体和正八面体的两种离子构成，下列关于PCl5的推断正确的是（　　）
A.PCl5固体为分子晶体
B.PCl5晶体由[PCl3]2＋和[PCl7]2－构成，且离子数之比为1∶1
C.PCl5晶体由[PCl4]＋和[PCl6]－构成，且离子数之比为1∶1
D.PCl5晶体具有良好的导电性
解析：C　由题意知，PCl5晶体由空间结构分别为正四面体和正八面体的两种离子构成，所以PCl5晶体由[PCl4]＋和[PCl6]－按个数比为1∶1构成，为离子化合物，A、B错误，C正确；离子晶体中虽含有离子，但不能自由移动，不能导电，只有在熔融状态下或水溶液中才能导电，D错误。
11.（2025·成都高二月考）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晶体的描述错误的是（　　）
A.CaC2晶体的熔点较高，硬度也较大
B.和Ca2＋距离相同且最近的构成的多面体是正八面体
C.和Ca2＋距离相同且最近的Ca2＋有4个
D.如图的结构中共含有4个Ca2＋和4个
解析：B　由题意可以判断CaC2为离子晶体，离子晶体熔点较高，硬度也较大，A正确；根据晶胞图示，Ca2＋填充在构成的八面体空隙中，但由于晶胞沿一个方向拉长，所以和Ca2＋距离相同且最近的有4个，不能构成正八面体，B错误；晶胞沿一个方向拉长，与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋应为4个，C正确；1个晶胞中含有Ca2＋的数目为12×＋1＝4，含有的数目为8×＋6×＝4，D正确。
12.（2023·山东高考5题）石墨与F2在450 ℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物（CF）x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是（　　）
A.与石墨相比，（CF）x导电性增强
B.与石墨相比，（CF）x抗氧化性增强
C.（CF）x中C—C的键长比C—F短
D.1 mol （CF）x中含有2x mol共价单键
解析：B　石墨导电的原因是石墨层间有自由移动的电子，石墨层间插入F得到层状结构化合物（CF）x后，碳原子的所有价层电子均参与成键，没有可自由移动的电子，导电性减弱，A错误；石墨层间插入F后形成的C—F极短，键能极大，分子结构稳定性增强，抗氧化性增强，B正确；随原子序数递增，同周期主族元素的原子半径逐渐减小，因此（CF）x中C—C的键长比C—F长，C错误；由题图知，（CF）x中每个碳原子形成3个C—C、1个C—F，其中每个C—C被2个碳原子共用，则1 mol（CF）x中含有2.5x mol共价单键，D错误。
13.已知物质熔点数据如表，回答问题：
物质 AlF3 AlCl3 AlBr3 Al2O3 MgCl2 MgO
熔点/℃ 1 260 181（升华） 263 2 045 707 2 852
（1）下列各组物质中，熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是A（填字母）。
A.NaCl和CCl4 B.Na2O和SiO2
C.金刚石和金属铝 D.碘和干冰
（2）MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是MgCl2是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力。
（3）工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，用电解Al2O3和冰晶石熔融混合物的方法生产铝。不用电解MgO的方法生产镁，也不用电解AlCl3的方法生产铝的原因是氧化镁晶体比氯化镁晶体熔点高，电解时消耗电能大。AlCl3不属于离子晶体，熔融时不导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。
（4）MgO的熔点比BaO的熔点高（填“高”或“低”）。
（5）设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是将两晶体加热到熔化状态，MgCl2能导电，AlCl3不能导电，证明AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体。
解析：（1）由表中数据可知，AlF3是离子晶体，熔化时需克服离子键，而AlBr3是分子晶体，熔化时需克服分子间作用力。（2）MgCl2是离子晶体，AlCl3为分子晶体，离子键作用力远大于范德华力，所以MgCl2的熔点远高于AlCl3的熔点。（3）因为MgO的熔点远高于MgCl2，故电解熔融MgO将需要更高的温度，消耗更多的能量，因而不用电解MgO的方法生产镁。AlCl3不属于离子晶体，熔融时不导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。（4）MgO和BaO都是离子晶体，Mg2＋的半径比Ba2＋小，所以MgO的熔点比BaO的熔点高。
14.CaF2俗称萤石，它的晶胞如图所示，晶胞参数为a nm。已知：阿伏加德罗常数的值用NA表示；Ca的相对原子质量为40，F的相对原子质量为19。
据此回答下面问题：
（1）一个CaF2的晶胞中有4个CaF2，与F－距离最近且相等的F－有6个，这些F－在空间围成的几何图形是八面体（填“正方体”或“八面体”或“长方体”）。
（2）已知金属钙三维空间采用面心立方最密堆积，钙晶体中钙的配位数是12。
（3）CaF2晶体中，C的配位数是8，钙离子与距离其最近的钙离子的核间距为anm，密度为g·cm－3（列式即可）。
解析：（1）根据晶胞的结构，Ca2＋位于顶角和面心，个数为8×＋6×＝4，F－在内部，有8个，所以一个CaF2的晶胞中有4个CaF2；与F－距离最近且相等的F－有6个，这些F－在空间围成的几何图形是八面体。（2）金属钙三维空间采用面心立方最密堆积，钙晶体中钙的配位数是12。（3）CaF2晶体中，Ca2＋的配位数是8，钙离子与距离其最近的钙离子的核间距为面对角线长的一半，为a nm，CaF2晶体的密度为ρ＝ g·cm－3。
1 / 2阶段重点练（四）　关于晶胞的相关计算
一、选择题
1.（2025·阜阳市高二月考）在普通陶瓷中添加氧化铝，在加压条件下烧至2 100 ℃左右，就可得到高致密氧化铝陶瓷，堪称“点石成金”之妙。某氧化铝陶瓷晶体中含有X、Y、Z三种元素，其晶胞如图所示，则三种元素的原子个数比为（　　）
A.1∶3∶1 B.2∶1∶6
C.4∶8∶1 D.8∶12∶1
解析：A　X位于顶点，个数为8×＝1，Y位于棱上，个数为12×＝3，Z位于晶胞内部，个数为1，因此X、Y、Z原子个数比为1∶3∶1，A正确。
2.金属铁因生产工艺和温度不同，会有不同的晶体结构。α-Fe和γ-Fe的晶体结构如图所示（设NA为阿伏加德罗常数的值）。下列说法正确的是（　　）
A.金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性
B.1个γ-Fe晶胞的质量约为（4×56）g
C.γ-Fe中铁原子的配位数为12
D.α-Fe加热转变为γ-Fe属于物理变化
解析：C　金属晶体因含有自由移动的电子而具有导电性，A错误；1个γ-Fe晶胞含有的铁原子个数为8×＋6×＝4，质量约为 g，B错误；根据γ-Fe的晶胞结构可得，铁原子的配位数为12，C正确；α-Fe加热转变为γ-Fe，晶胞结构改变，性质改变，属于化学变化，D错误。
3.（2025·郑州高二月考）KIO3晶体是一种性能良好的光学材料，晶胞为立方体，棱长为a nm，晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置，结构如图。下列叙述错误的是（　　）
A.基态I原子的价层电子排布式为5s25p5
B.中I原子的杂化类型为sp3
C.与K原子紧邻的I原子有12个
D.K原子与O原子间的最短距离为a nm
解析：C　基态I原子的价层电子排布式为5s25p5，A正确；中I原子的价层电子对数为4，I原子的杂化类型为sp3，B正确；与K原子紧邻的I原子有8个，C错误；K原子位于顶点、O位于面心，K原子与O原子间的最短距离为a nm，D正确。
4.如图为高温超导领域里的一种化合物（钙钛矿）结构中的最小重复单元。该化合物中，每个钛离子周围与它最近且距离相等的钛离子有a个，元素氧、钛、钙的原子个数比为b。则a、b是（　　）
A.6，3∶1∶1 B.24，10∶8∶1
C.12，5∶4∶1 D.3，3∶2∶1
解析：A　由晶胞结构可知，晶胞顶角上相邻的钛离子相距最近，则钛离子周围与它最近且距离相等的钛离子有6个，a＝6；晶胞中钛原子个数为8×＝1，氧原子个数为12×＝3，钙原子个数为1，则元素氧、钛、钙的原子个数比为3∶1∶1。
5.（2025·广西高二联考）一种贮氢的金属氢化物可通过MgH2和Ni球磨制成，其晶胞形状为如图立方体，边长为a nm，Ni原子占据晶胞的顶点和面心，Mg2＋处于八个小立方体的体心。下列说法正确的是（　　）
A.元素Ni位于第四周期第Ⅷ族，位于周期表ds区
B.该金属氢化物的化学式为Mg2NiH4
C.该晶体的密度为 g·cm－3
D.Mg2＋位于Ni原子形成的八面体空隙
解析：B　元素Ni为28号元素，位于第四周期第Ⅷ族，位于周期表d区，A错误；据均摊法，Ni原子占据晶胞的顶点和面心，晶胞中含8×＋6×＝4个Ni，Mg2＋处于八个小立方体的体心，数目为8个，则该金属氢化物的化学式为Mg2NiH4，B正确；结合B分析，晶胞中含4个Mg2NiH4，则晶体密度为×1021 g·cm－3＝ g·cm－3，C错误；Mg2＋位于Ni原子形成的四面体空隙，D错误。
6.（2025·潍坊高二检测）氮化镓的晶胞结构如图所示（晶胞参数为a pm）。下列说法错误的是（　　）
A.该物质中存在配位键
B.氮化镓的化学式GaN
C.该物质中Ga的杂化方式为sp3
D.该晶体的密度为×10－27 g·cm－3
解析：D　Ga原子最外层有3个电子，N原子最外层有5个电子，N原子提供孤电子对，Ga原子提供空轨道，有配位键存在，A正确；晶胞中有4个N原子，有8×＋6×＝4个Ga原子，化学式为GaN，B正确；Ga周围形成四个共价键，形成四面体结构，Ga原子的杂化方式为sp3杂化，C正确；晶体密度为×1030 g·cm－3＝×1030 g·cm－3，D错误。
7.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原子数之比为3∶1
C.与Au最近且等距的Cu原子数为12
D.Au和Cu之间的最短距离为a pm
解析：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原子数之比为1∶3，B错误；由题图可知，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。
8.（2025·凉山州高二期中）将锂原子嵌入石墨烯层间（如图所示）可获得某种电极材料，其晶体结构如图所示（其底面为平行四边形）。下列有关说法错误的是（　　）
A.石墨烯层与层之间的主要作用力是范德华力
B.这种电极材料可以用在以水溶液为电解质溶液的电池中
C.晶体的化学式为LiC6
D.石墨烯层中C和C间的最短距离为 nm
解析：B　石墨烯层与层之间的作用力为范德华力，A正确；Li能与水发生反应，不能用水溶液作电解质溶液，B错误；由晶体结构图可知，C位于面上和体内，个数为8×＋2＝6，Li位于顶点，个数为4×＋4×＝1，Li∶C＝1∶6，化学式为LiC6，C正确；由题图可知，平行四边形的边长等于3个C—C键长，C和C间的最短距离为 nm，D正确。
9.（2025·沧州高二期中）铁碳合金的结构如图所示。已知铁碳合金可以看成铁晶胞掺碳，掺入碳原子不改变铁原子间的距离，晶胞参数为a pm；在结构化学中，用自旋磁量子数表示电子自旋方向，同一轨道上2个电子，顺时针旋转的自旋磁量子数为＋，逆时针旋转的自旋磁量子数为－。下列叙述正确的是（　　）
A.两个Fe原子之间的最短距离为 pm
B.基态C原子核外自旋磁量子数之和等于0
C.在该铁碳合金中，铁和碳质量之比为1∶1
D.该铁的晶体中掺入碳原子后，可使其密度增大约21.4％
解析：D　由题图可知，两个Fe原子之间的最短距离为a pm，A错误；基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，2p轨道上有2个自旋方向相同的未成对电子，所以基态碳原子自旋磁量子数之和等于＋1或－1，B错误；1个晶胞含4个铁原子、4个碳原子，原子个数之比为1∶1，质量之比为56∶12＝14∶3，C错误；根据提示信息，碳掺入铁晶胞中晶胞体积不变，铁碳合金密度净增为×100％≈21.4％，D正确。
10.已知图甲为金属钠的晶胞，其晶胞截面如图乙所示，将原子位置的坐标表示为晶胞棱长的分数。图丙为Li2S晶胞的截面，已知Li2S属于立方晶体，假设其晶胞参数为d pm。设NA表示阿伏加德罗常数的值，下列关于Li2S晶胞的描述错误的是（　　）
A.图丙中“”代表S2－
B.Li2S晶体中Li的配位数为8
C.Li2S晶胞中与S2－紧邻的S2－有12个
D.Li2S晶体的密度为×1030g·cm－3
解析：B　对比图甲的截面，由Li2S的截面可知，Li＋位于晶胞体对角线的四等分位上（共8个），S2－位于晶胞的8个顶角和6个面心，则图丙中“”代表S2－，A正确；Li＋位于晶胞体内，与Li＋最近且等距的S2－有4个，B错误；S2－位于晶胞的8个顶角和6个面心，所以与S2－紧邻的S2－有12个，C正确；根据均摊法可知Li＋的个数为8，所以1个晶胞中含有4个Li2S，晶胞的质量为 g，所以晶胞的密度为×1030 g·cm－3，D正确。
11.（2024·吉林高考14题）某锂离子电池电极材料结构如图。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
解析：B　由均摊法知，结构1中含Co数目为×4＋4＝4.5，含S数目为×12＋1＝4，Co、S个数比为9∶8，则结构1钴硫化物的化学式为Co9S8，A正确；由晶胞2可知，S与S的最短距离为面对角线长度的，即a，B错误；晶胞2中Li与周围4个S形成正四面体结构，故晶胞2中距Li最近的S有4个，C正确；如图：，当2个晶胞2放在一起时，图中粗线框截取的部分就是晶胞3，晶胞2和晶胞3表示同一晶体，D正确。
二、非选择题
12.（1）据报道，只含镁、镍和碳三种元素的某晶体具有超导性。
①该晶体的晶胞结构如图所示，写出该晶体的化学式：MgNi3C。晶体中每个镁原子周围距离最近且相等的镍原子有12个。
②该晶体的晶胞结构的另一种表示中，碳原子位于各顶角位置，则Ni位于棱心（填“棱心”“面心”或“体心”）。
③若晶胞中Ni、Mg之间的最短距离为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度ρ＝ g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。
（2）金属铂立方晶胞的二维投影图如图所示（铂的相对原子质量为195）。若金属铂的密度为d g·cm－3，则晶胞参数a＝×1010pm（阿伏加德罗常数的值为NA，列出计算式即可）。
解析：（1）③每个晶胞共有1个MgNi3C，1个晶胞的质量是 g，晶胞的棱长为a pm，体积为（a×10－10）3cm3，所以密度是 g·cm－3。
13.（2025·成都高二期中）（1）如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示O原子（填元素符号），该化合物的化学式为Mg2GeO4。
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝g·cm－3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示）。
（2）理论计算预测，由汞（Hg）、锗（Ge）、锑（Sb）形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体（晶胞如图a所示）中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是图b中上、下两个面的面心原子在上、下平移过程中不能重合。
②图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近且相等的Sb的数目为4；该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb＝1∶1∶2。
③设X的最简式的式量为Mr，阿伏加德罗常数的值为NA，则X晶体的密度为g·cm－3（列出算式）。
解析：（1）①由晶胞示意图可知，1个晶胞中含有X的数目为8×＋4×＋6×＋3＝8，含有Y的数目为4；含有Z的数目为16。已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，则X为Mg，Y为Ge，Z为O，该化合物的化学式为Mg2GeO4。②1个晶胞的质量为 g＝ g，1个晶胞的体积为abc×10－21 cm3，则晶体的密度ρ＝＝ g·cm－3。（2）①题图b中上、下两个面的面心原子分别为Hg和Ge，晶胞结构不对称，不符合晶胞平移后重合的特性，因此不是晶胞单元。②由题图c可知，X的晶体中与Hg距离最近且相等的Sb的数目为4；该晶胞中Hg原子数为4×＋6×＝4，Ge原子数为8×＋4×＋1＝4，Sb原子全部位于晶胞内部，Sb原子数为8，故Hg、Ge、Sb粒子个数比为4∶4∶8＝1∶1∶2。③该晶胞的组成为Hg4Ge4Sb8，由于最简式的式量为Mr，则晶胞的质量为 g，晶胞的体积为x2y×10－21 cm3，则X晶体的密度为 g·cm－3＝ g·cm－3。
1 / 2章末整合提升　体系构建　素养提升
探究碳元素形成的不同晶体的结构与性质
　　　化学世界充满奥妙。碳元素可以形成多种晶体，如金刚石、石墨、富勒烯（C60）、碳纳米管（管状结构）及石墨烯（单层石墨），这些晶体的结构各不相同。
活动1：判断晶体的类别及其中原子的杂化方式
（1）金刚石属于　　晶体，C60属于　　晶体，石墨属于　　晶体。
提示：共价　分子　混合型。金刚石是熔点高、硬度大的共价晶体，C60是熔沸点低、硬度小的分子晶体，石墨是混合型晶体。
（2）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化方式分别为　　、　　。
提示：sp3　sp2。金刚石中每个碳原子都为sp3杂化，为饱和碳原子，石墨烯中碳原子都为sp2杂化。
（3）“梦幻材料”石墨炔（如图）是一种二维多孔薄膜材料，在能源电池领域具有重要的潜在应用。石墨炔晶体中碳原子的杂化方式为　　。
提示：sp、sp2。石墨炔是碳的同素异形体，根据结构中碳形成的价键可知，苯环上碳原子为sp2杂化，碳碳三键上碳原子为sp杂化，即碳原子的杂化方式为sp、sp2。
活动2：探究晶体的结构与性质
（1）下列有关石墨烯的说法正确的是　　（填字母）。
A.所有碳原子位于同一平面上
B.石墨烯具有良好的导电性
C.12 g石墨烯所含σ键数目为NA个
提示：AB。在石墨烯中，每个碳原子形成3个共价键，每个共价键由2个C原子形成，平均每个C原子形成1.5个共价键，12 g石墨烯为1 mol，含有NA个碳原子，则所含σ键数目为1.5NA个，C错误。
（2）碳有很多同素异形体，C60就是其中一种。C60可用作储氢材料，已知金刚石中C—C的键长为0.154 nm，C60中C—C键长为0.140～0.145 nm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确？请阐述理由。
提示：不正确；C60是分子晶体，C60分子之间以分子间作用力结合，而金刚石是共价晶体，C原子间以较强的共价键结合，所以C60晶体的熔点低于金刚石。
（3）石墨烯可转化为富勒烯（C60），如图是富勒烯（C60）的结构示意图，一个C60中有　　个共价键，富勒烯的熔点比石墨　　（填“高”或“低”）。
提示：90　低。富勒烯（C60）中每个碳原子形成3个共价键，所以一个C60中有60×3÷2＝90个共价键；富勒烯属于分子晶体，石墨为混合型晶体，所以富勒烯的熔点比石墨低。
活动3：探究关于晶胞的计算
（1）石墨烯可转化为富勒烯（C60），某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞结构（晶胞参数为x pm）如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部，则C60与M原子的个数比为　　。
提示：1∶3。M原子位于晶胞的棱上与内部，棱上有12个M，内部有9个M，其个数为12×＋9＝12，C60分子位于顶点和面心，C60分子的个数为8×＋6×＝4，C60与M原子的个数比为4∶12＝1∶3。
（2）将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代可形成碳的一种新型三维立方晶体结构T-碳。已知T-碳的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则T-碳的晶胞参数a＝　　pm（写出表达式即可）。
提示：×1010。一个金刚石晶胞中，含有C的数目为8×＋6×＋4＝8，将每个C原子换成由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则T-碳晶胞中含有碳原子数目为8×4＝32个，则T-碳晶胞质量m＝ g，1个晶胞的体积为V＝a3 pm3＝（a×10－10）3cm3，所以晶胞质量m＝ g＝（a×10－10）3 cm3×ρ g·cm－3，解得a＝×1010 pm。
1.（2025·亳州高二检测）在研究金刚石和石墨的基础上，我国科学家首次成功精准合成了C10和C14，其有望发展成为新型半导体材料。下列有关说法正确的是（　　）
A.金刚石和石墨互为同素异形体，C10和C14互为同位素
B.等质量C10和C14的混合物中含电子数为6NA
C.金刚石、C10和C14均为共价晶体
D.等物质的量的金刚石和石墨中，碳碳键数目之比为4∶3
解析：D　金刚石、石墨、C10和C14为碳元素的不同单质，互为同素异形体，A项错误；没有明确混合物具体的质量，无法确定电子总数，B项错误；金刚石为共价晶体，C10和C14为分子晶体，C项错误；等物质的量的金刚石和石墨中，碳碳键数目之比为4∶3，D项正确。
2.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，K原子填充在石墨各层碳原子围成的正六边形中（如图）。此石墨间隙化合物可用化学式CxK表示，其中x的数值为（　　）
A.3 B.6
C.8 D.10
解析：C　据图可得，3个K原子围成的等边三角形中，含有4个碳原子，分摊到3×＝个K，C原子与K原子的数目比为8∶1，所以化学式中x＝8。
3.如图是石墨晶体的结构及晶胞示意图，下列有关说法错误的是（　　）
A.石墨中存在共价键、范德华力等作用力，因此属于混合型晶体
B.C—C—C的夹角：石墨＜金刚石
C.石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
D.石墨晶体的密度为（单位：g·pm－3）ρ＝
解析：B　金刚石中碳原子采取sp3杂化，键角为109°28'，而石墨中碳原子采取sp2杂化，键角为120°，故碳碳键夹角大小：石墨＞金刚石，B错误；石墨晶体中片层中存在大π键，导电性较强，垂直片层方向的作用力为分子间作用力，导电性较弱，C正确；石墨晶胞中C原子个数＝1＋2×＋4×＋4×＋2×＋2×＝4，晶胞体积＝（a pm）2×sin 60°×2×（2b pm）＝a2b pm3，石墨晶体密度为ρ＝ g·pm－3，D正确。
4.（2025·长沙高二检测）石墨烯是一种由碳原子组成的六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料（如图甲），石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯（如图乙）。
（1）图乙中1号C与相邻C有无形成π键？无（填“有”或“无”）。
（2）图甲中1号C与相邻C形成的键之间的夹角＝（填“＞”“＜”或“＝”）120°。
（3）我国制墨工艺将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条件下所得到的分散系后者沸点更高，其原因是氧化石墨烯可与水分子形成分子间氢键。
解析：（1）图乙中，1号碳原子形成4个共价单键，与相邻C没有形成π键。（2）图甲是平面结构，碳原子采用sp2杂化，夹角为120°。（3）氧化石墨烯可与水分子形成氢键，而石墨烯不能。
一、晶体类型的判断
1.（2024·甘肃高考12题）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＜Cl
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
解析：D　同周期元素从左到右电负性逐渐增强，电负性：Mg＜Cl，A项正确；镁为金属元素，单质Mg为金属晶体，B项正确；由图甲可知，该晶体中存在层状结构，则层与层之间存在范德华力，C项正确；由图乙中结构可知，与Mg2＋距离最近且相等的Cl－有6个，故Mg2＋的配位数为6，D项错误。
2.（2024·贵州高考8题）我国科学家首次合成了化合物[K（2，2，2-crypt）]5[K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5－为全金属富勒烯（结构如图），具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是（　　）
A.富勒烯C60是分子晶体
B.图示中的K＋位于Au形成的二十面体笼内
C.全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
D.锑（Sb）位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价层电子排布式是5s25p3
解析：C　富勒烯C60由C60分子组成，为分子晶体，A正确；由题给结构图可知，该结构中Au形成如图所示二十面体，K＋位于该二十面体笼内，B正确；同素异形体是指由同种元素形成的性质不同的单质，由题给条件知，全金属富勒烯与富勒烯C60所含元素不同，且全金属富勒烯为阴离子，C错误；锑位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价层电子排布式为5s25p3，D正确。
二、晶胞的组成及晶体有关计算
3.（2024·湖南高考12题）Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物，其合成反应为2LiH＋C＋N2Li2CN2＋H2，晶胞如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.合成反应中，还原剂是LiH和C
B.晶胞中含有的Li＋个数为4
C.每个周围与它最近且距离相等的Li＋有8个
D.为V形结构
解析：D　在反应2LiH＋C＋N2Li2CN2＋H2中，H元素由－1价升高到0价，C元素由0价升高到＋4价，N元素由0价降低到－3价，由此可知还原剂是LiH和C，A正确；Li＋位于晶胞中的面上，则含有的Li＋个数为8×＝4，B正确；观察位于体心的可知，与它最近且距离相等的Li＋有8个，C正确；的中心原子C原子的价层电子对数为2＋×＝2，可知为直线形分子，D错误。
4.（2024·河北高考12题）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
解析：D　该晶胞中Bi的个数为12×＋1＝4，F的个数为8×＋6×＋8＝12，故该铋氟化物的化学式为BiF3，A正确；将晶胞均分为8个小立方体，则晶胞体内的8个氟离子位于8个小立方体的体心，以M为原点建立坐标系，设N的原子分数坐标为（0，0，1），则T的原子分数坐标为（ 1，，），S的原子分数坐标为（ ，，），则粒子S、T之间的距离为×a pm＝a pm，B正确；该晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3，C正确；以题给晶胞体心处铋离子为研究对象，距离其最近的氟离子为位于该晶胞体内的8个氟离子，D错误。
5.（2025·黑吉辽蒙卷高考9题）NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异，当0.44≤x≤0.95时，其立方晶胞结构如图。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是（　　）
A.与W最近且等距的O有6个
B.x增大时，W的平均价态升高
C.密度为 g·cm－3时，x＝0.5
D.空位数不同，吸收的可见光波长不同
解析：B　W位于立方体的顶角，以顶角W为例，在此晶胞内，离该顶角最近且距离相等的O原子位于该顶角所在3条棱的棱心，由于该顶角在8个晶胞里，而棱上的原子被4个晶胞共有，所以与W最近且距离相等的O原子有3×8×＝6，A正确；O元素化合价为－2价，负化合价总数为－6，设W元素的平均化合价为y，据正负化合价代数和为0可得：－6＋y＋x＝0，y＝6－x，x的值增大y减小，即W元素的平均化合价降低，B错误；0.44≤x≤0.95时，立方晶胞中W个数为8×＝1、O个数为12×＝3，若x＝0.5，晶胞质量为m＝ g，晶胞体积为V＝ cm3，则密度ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，所以密度为 g·cm－3时，x＝0.5，C正确；NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异，即空位数不同，吸收的可见光波长不同，D正确。
三、配合物与超分子
6.（2024·广西高考8题）某小组对Fe2（SO4）3和K3的性质进行探究：
Ⅰ.向少量蒸馏水里滴加2滴Fe2（SO4）3溶液，再滴加2滴KSCN溶液。
Ⅱ.向少量蒸馏水里滴加2滴K3[Fe（CN）6]溶液，再滴加2滴KSCN溶液。
下列说法正确的是（　　）
A.实验Ⅰ中继续加入少量K2SO4固体，溶液颜色变浅
B.实验Ⅱ中溶液呈红色
C.KSCN能区分Fe2（SO4）3和K3[Fe（CN）6]
D.焰色试验不能区分Fe2（SO4）3和K3[Fe（CN）6]
答案：C
7.（2024·湖北高考15题）科学家合成了一种如图所示的纳米“分子客车”，能装载多种稠环芳香烃。三种芳烃与“分子客车”的结合常数（值越大越稳定）见表。下列说法错误的是（　　）
芳烃 芘 并四苯 蒄
结构
结合常数 385 3 764 176 000
A.芳烃与“分子客车”可通过分子间相互作用形成超分子
B.并四苯直立装载与平躺装载的稳定性基本相同
C.从分子大小适配看“分子客车”可装载2个芘
D.芳烃π电子数越多越有利于和“分子客车”的结合
解析：B　纳米“分子客车”能装载多种稠环芳香烃，通过分子间相互作用结合成功能不同的分子聚集体，符合超分子的定义，A正确；从长的方向看，“分子客车”中有与并四苯相仿的结构，从高的方向看，无相仿结构，故并四苯平躺装载的稳定性大于直立装载的稳定性，B错误；芘与“分子客车”中间部分大小适配，故“分子客车”可装载2个芘，C正确；题目中所有芳烃中的C原子均为sp2杂化，则芳烃中的碳原子数等于π电子数，则芘、并四苯、蒄的π电子个数分别为16、18、24，结合表中数据可知，芳烃π电子数越多，结合常数越大，D正确。
1 / 2第四节　配合物与超分子
学习目标
1.知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征。 2.了解配位化合物的存在与应用。 3.了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义，能举例说明超分子的特征。
知识点一　配合物
　　
1.配位键
（1）概念：由一个原子单方面提供　孤电子对　，另一个原子提供　空轨道　而形成的共价键，即“电子对给予—接受”键，是一类特殊的共价键。
（2）实例：四水合铜离子可表示为　[Cu（H2O）4]2＋　。在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由　水分子　提供孤电子对给予　铜离子　，　铜离子　接受　水分子　的孤电子对形成的。
（3）表示方法：配位键常用A→B表示，其中A是　提供　孤电子对的原子，叫给予体，B是　接受　孤电子对的原子，叫接受体。
如：H3O＋中　H2O　提供孤电子对，　H＋　接受孤电子对，其结构式为　[]＋　；
N中　NH3　提供孤电子对，　H＋　接受孤电子对，其结构式为　[]＋　。
（4）配位键的形成条件
①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。
③配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等。
2.配合物
（1）概念：通常把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以　配位键　结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu（NH3）4]SO4、[Ag（NH3）2]OH等均为配合物。
（2）组成
配合物[Cu（NH3）4]SO4的组成如图所示：
①中心原子：　提供空轨道接受孤电子对　的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子（此时又叫中心离子），最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。
②配体：　提供孤电子对　的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中　直接同中心原子配位　的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。
③配位数：直接与中心原子形成的　配位键　的数目。如[Fe（CN）6中Fe2＋的配位数为　6　。
3.常见配合物的形成实验
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加氨水后，试管中首先出现　蓝色沉淀　，氨水过量后沉淀　溶解　，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 　Cu2＋＋2NH3·H2OCu（OH）2↓＋2N　、　Cu（OH）2＋4NH3[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－　、　[Cu（NH3）4]2＋＋S＋H2O[Cu（NH3）4]SO4·H2O↓　
实验操作 实验现象 有关离子方程式
溶液变为　红色 Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加AgNO3溶液后，试管中出现　白色沉淀　，再滴加氨水后沉淀　溶解　，溶液呈　无色　 　Ag＋＋Cl－AgCl↓　、　AgCl＋2NH3[Ag（NH3）2]＋＋Cl－　
4.配合物的应用
（1）配合物跟人类生活有密切的关系。例如，在人和动物体内起输送氧气作用的血红素是　Fe2＋　的配合物。
（2）配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。
【教材挖掘】
“配合物广泛存在于自然界中，跟人类生活有密切的关系。”人体内的血红素是Fe2＋的配合物。其中Fe2＋与O2结合形成配位键。而CO与血红素中Fe2＋也能形成配位键，根据生活常识，比较两种配位键的稳定性。
提示：CO能导致人体因缺氧而中毒，说明CO通过配位键与血红素中的Fe2＋结合能力强于O2，故Fe2＋与CO形成的配位键更稳定。
【探究活动】　探究配位键的形成条件及配合物的结构特点
配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。钛与氯离子和H2O形成配合物的结构为[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O，铜与H2O、NH3形成配合物的结构分别为[Cu（H2O）4]SO4、[Cu（NH3）4]SO4。
活动1：[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O中提供孤电子对的配体是什么？Ti3＋的配位数是多少？
提示：Cl－和H2O；6。
活动2：1 mol [TiCl（H2O）5]Cl2·H2O与足量AgNO3溶液反应，生成沉淀的物质的量是多少？其原因是什么？
提示：2 mol；原因是只有外界的Cl－能与AgNO3溶液反应，而内界的Cl－与AgNO3溶液不反应。
活动3：[Cu（NH3）4]2＋与[Cu（H2O）4]2＋相比，哪个配位离子更稳定？其原因是什么？
提示：[Cu（NH3）4]2＋更稳定；原因是N和O都有孤电子对，但O的电负性大，吸引孤电子对的能力强，故NH3提供孤电子对的能力比H2O强。
活动4：NH3可与Cu2＋形成配合物，但NF3很难与Cu2＋形成配合物，原因是什么？
提示：电负性：F＞H，使得NF3提供孤电子对的能力小于NH3。
归纳总结
1.配位键和配合物的稳定性
（1）配位键的稳定性
①电子对给予体形成配位键的能力：NH3＞H2O。
②接受体形成配位键的能力：H＋＞过渡金属＞主族金属。
③配位键越强，配合物越稳定。如稳定性：
Cu2＋—OH－＜Cu2＋—NH3＜H＋—NH3。
（2）配合物的稳定性
配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子（或离子）的金属原子（或离子）相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
2.配合物的结构特点
（1）配合物在水溶液中电离成内界和外界两部分，如[Co（NH3）5Cl]Cl2[Co（NH3）5Cl]2＋＋2Cl－，而内界粒子很难电离（电离程度很小），因此，配合物[Co（NH3）5Cl]Cl2内界中的Cl－不能被Ag＋沉淀，只有外界的Cl－才能与AgNO3溶液反应产生沉淀。
（2）有些配合物没有外界，如Ni（CO）4。
（3）配位数不一定等于中心离子（或原子）与配位原子形成的配位键数，如[Al（OH）4]－中配位键数为1，但配位数为4。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。（　√　）
（2）配位化合物中不一定存在配位键。（　×　）
（3）配位化合物中只有配位键。（　×　）
（4）配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。（　√　）
（5）Cu（OH）2既能溶于盐酸又能溶于氨水，是因为Cu（OH）2显两性。（　×　）
2.（2025·嘉兴高二月考）对于配合物
[Co（NH3）3（H2O）Cl2]Cl，下列说法错误的是（　　）
A.配位数为6
B.提供空轨道的为Co3＋
C.配体为N、O、Cl
D.若往1 mol该配合物中加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液，可得到1 mol AgCl沉淀
解析：C　配体为NH3、H2O、Cl－，配位数为6，A正确，C错误；Co为过渡元素，提供空轨道的为Co3＋，B正确；若往1 mol该配合物中加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液，外界Cl－可与Ag＋反应得到1 mol AgCl沉淀，内界Cl－不能与Ag＋反应，D正确。
3.（1）（苏教版习题）写出下列反应的化学方程式。
①氯化银溶解于氨水AgCl＋2NH3[Ag（NH3）2]Cl。
②在硫酸铜溶液中加入过量的氨水CuSO4＋4NH3·H2O[Cu（NH3）4]SO4＋4H2O。
③在氯化铁溶液中加入硫氰化钾溶液FeCl3＋3KSCNFe（SCN）3＋3KCl。
（2）（鲁科版习题）请用配位键理论解释下列事实。
①NH3和BF3可以反应生成NH3·BF3 NH3中氮原子提供孤电子对，BF3中硼原子提供空轨道，形成配位键。
②H3BO3是一元酸，和强碱反应的离子方程式为H3BO3＋OH－[B（OH）4]－OH－中氧原子提供孤电子对，H3BO3中硼原子提供空轨道，形成配位键。
知识点二　超分子
1.超分子
超分子是由　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。
2.超分子的应用
（1）分离C60和C70
将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶剂，甲苯将　C70　溶解，经过滤后分离出　C70　；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“　杯酚　”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。从而将C60和C70分离开来。
（2）冠醚识别碱金属离子
冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的　空穴　适配不同大小的碱金属离子，而形成冠醚—碱金属离子超分子。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）形成超分子的微粒都是分子。（　×　）
（2）利用超分子的分子识别特征可以分离C60和C70。（　√　）
（3）超分子是由两种或两种以上的分子通过化学键作用形成的分子聚集体。（　×　）
（4）超分子都是无限伸展的。（　×　）
2.（2025·聊城高二月考）冠醚能与阳离子作用，12-冠-4与Li＋作用而不与K＋作用；18-冠-6与K＋作用，但不与Li＋或Na＋作用。下列说法错误的是（　　）
A.冠醚与阳离子作用跟环的大小有关
B.超分子中O原子与K＋间存在离子键
C.12-冠-4中C和O的杂化方式相同
D.18-冠-6可将KMnO4带入甲苯中
解析：B　由题图可知，18-冠-6中O原子与相邻的2个C形成极性共价键，O带部分负电荷，与钾离子之间存在静电作用，但是冠醚分子不是离子，而且O原子也不是离子，故O原子与K＋间不存在离子键，B错误。
3.（1）利用分子间相互作用形成超分子进行“分子识别”，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚”对C60和C70进行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是A（填字母，下同）。
A.C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯
B.C60能与“杯酚”形成超分子
C.C70不能与“杯酚”形成超分子
D.“杯酚”能够循环使用
（2）已知冠醚15-冠-5空腔直径为170～220 pm，Li＋、Na＋、K＋、Rb＋离子直径分别为152 pm、204 pm、276 pm、304 pm，下列适合冠醚15-冠-5识别的是B。
A.Li＋ B.Na＋
C.K＋ D.Rb＋
解析：（1）由题图可知，C60能够与“杯酚”通过分子间相互作用形成超分子，而C70不能，C60与“杯酚”形成的超分子不能溶于甲苯，但不能证明C60是否能溶于甲苯，A错误，B、C正确；通过溶剂氯仿的作用，破坏“杯酚”与C60形成的超分子，可实现将C60与C70分离，且“杯酚”能够循环使用，D正确。
1.（教材改编题）下列不能形成配位键的组合是（　　）
A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋
C.Co3＋、CO D.Ag＋、H＋
解析：D　配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。
2.（2025·长春高二期末）下列关于配合物和超分子的说法正确的是（　　）
A.超分子是由两种或两种以上的分子形成的分子聚集体
B.向[Co（NH3）6]Cl2溶液中加入硝酸银溶液不能生成沉淀
C.利用超分子的自组装特征可以分离C60和C70
D.在[Fe（CN）5（NO）]2－中，中心离子为Fe3＋，配位数为5
解析：A　[Co（NH3）6]Cl2能电离出[Co（NH3）6]2＋和Cl－，加入硝酸银溶液能生成AgCl沉淀，B错误；分离C60和C70是利用超分子分子识别的特征，C错误；配离子[Fe（CN）5（NO）]2－的中心离子为Fe3＋，NO和CN－与Fe3＋形成配位键，配位数为6，D错误。
3.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的杯酚中进行分离的流程如图所示。
下列说法错误的是（　　）
A.该流程体现了超分子具有“分子识别”的特征
B.杯酚分子中存在大π键
C.杯酚与C60形成氢键
D.C60与金刚石晶体类型不同
解析：C　杯酚分子中含有苯环结构，存在大π键，B正确；杯酚与C60形成的不是氢键，C错误；金刚石是共价晶体，C60为分子晶体，二者晶体类型不同，D正确。
4.（教材改编题）铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。
（1）往硫酸铜溶液中加入氨水，先形成蓝色沉淀，继续加氨水，得到深蓝色透明溶液，再加入乙醇，得到的深蓝色晶体为[Cu（NH3）4]SO4·H2O。
（2）[Cu（H2O）4]2＋中存在的化学键类型有共价键（或极性键）、配位键。[Cu（NH3）4]2＋具有对称的空间结构，[Cu（NH3）4]2＋中的两个NH3被两个Cl－取代，能得到两种不同结构的产物，则[Cu（NH3）4]2＋的空间结构为平面正方形，其结构可用示意图表示为。
（3）科学家通过X射线衍射测得胆矾的结构可简单表示如图，图中虚线表示的作用力为配位键、氢键。
解析：（1）CuSO4与NH3·H2O反应生成蓝色Cu（OH）2沉淀，继续加入氨水，得到深蓝色透明溶液，即Cu（OH）2与NH3·H2O形成[Cu（NH3）4]2＋，加入乙醇得到深蓝色晶体，该晶体为[Cu（NH3）4]SO4·H2O。（2）Cu2＋和H2O之间存在配位键，H2O中存在极性共价键；[Cu（NH3）4]2＋具有对称的空间结构，如果是正四面体形，则两个Cl－取代两个NH3，只有一种结构，则[Cu（NH3）4]2＋的空间结构为平面正方形，其结构示意图为。（3）图中虚线，O和Cu2＋之间形成配位键，H和O之间形成氢键。
题组一　配合物
1.（苏教版习题）下列物质中，不属于配合物的是（　　）
A.[Cu（H2O）4]SO4·H2O B.[Ag（NH3）2]OH
C.CaSO4·2H2O D.Na3[AlF6]
解析：C　CaSO4·2H2O属于一般化合物，不含配体，所以CaSO4·2H2O不属于配合物；[Cu（H2O）4]SO4·H2O、[Ag（NH3）2]OH、Na3[AlF6]均属于配合物。
2.（教材改编题）向盛有少量CuCl2溶液的试管中滴入少量NaOH溶液，再滴入适量浓氨水，下列叙述错误的是（　　）
A.开始生成蓝色沉淀，加入过量氨水时，形成无色溶液
B.开始生成Cu（OH）2，它不溶于水，但溶于浓氨水，生成深蓝色溶液
C.开始生成蓝色沉淀，加入氨水后，沉淀溶解生成深蓝色溶液
D.开始生成Cu（OH）2，之后生成更稳定的配合物
解析：A　向CuCl2溶液中加入少量NaOH溶液，生成Cu（OH）2蓝色沉淀：Cu2＋＋2OH－Cu（OH）2↓；再加入浓氨水，沉淀溶解得到深蓝色的溶液：Cu（OH）2＋4NH3[Cu（NH3）4]（OH）2。
3.（2025·杭州高二月考）某实验小组设计的[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体的制备实验方案如下：
胆矾晶体蓝色溶液深蓝色溶液[Cu（NH3）4]SO4·H2O晶体。
下列说法错误的是（　　）
A.形成深蓝色溶液说明与Cu2＋的配位能力：NH3＞H2O
B.加入乙醇的目的是减小[Cu（NH3）4]SO4·H2O的溶解度
C.为促进晶体析出，可以用玻璃棒摩擦试管内壁
D.1 mol [Cu（NH3）4]2＋含有σ键的数目为12NA
解析：D　蓝色溶液中是[Cu（H2O）4]2＋，深蓝色溶液中是[Cu（NH3）4]2＋，说明与Cu2＋的配位能力：NH3＞H2O，A正确；加入乙醇的目的是降低溶剂极性，减小[Cu（NH3）4]SO4·H2O的溶解度，从而析出晶体，B正确；用玻璃棒摩擦试管内壁可以形成晶核，促进晶体析出，C正确；1个NH3分子中含有3个σ键，配位键也是σ键，1 mol [Cu（NH3）4]2＋含有σ键的数目为16NA，D错误。
4.某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液也不产生沉淀，用强碱处理并没有NH3放出，则下列关于此化合物的说法中正确的是（　　）
A.配合物中心离子的电荷数为6
B.该配合物可能是平面正方形结构
C.Cl－和NH3均与中心铂离子形成配位键
D.该配合物的配体只有NH3
解析：C　加入AgNO3不产生沉淀，用强碱处理没有NH3放出，说明不存在游离的氯离子和氨分子，所以该物质的化学式为PtCl4（NH3）2，则配体有Cl－和NH3，配合物中心离子的电荷数为4，配位数为6；Pt与6个配体成键，该配合物应是八面体结构。
5.（2025·扬州高二月考）配位化合物广泛应用于物质分离、定量测定、医药、催化等方面。利用氧化法可制备某些配位化合物，如：2CoCl2＋2NH4Cl＋8NH3＋H2O22[Co（NH3）5Cl]Cl2＋2H2O。下列说法正确的是（　　）
A.该配位化合物的配位数为5
B.提供孤电子对的是N和Cl
C.[Co（NH3）5Cl]2＋中存在配位键、共价键和离子键
D.氧化剂H2O2是非极性分子
解析：B　在配离子[Co（NH3）5Cl]2＋中，中心离子Co3＋提供空轨道，配体NH3中N原子和配体Cl－提供孤电子对，配位数为5＋1＝6，A、C错误，B正确；H2O2分子不是直线形分子，分子结构不对称，正、负电中心不重合，为极性分子，D错误。
题组二　超分子
6.下列关于超分子的叙述正确的是（　　）
A.超分子就是高分子
B.C70是超分子
C.形成超分子的微粒都是分子
D.超分子具有分子识别和自组装的特征
解析：D　有些超分子不是高分子，有些超分子是高分子，A项错误；形成超分子的微粒也包括离子，C项错误。
7.（2025·鄂东新领先协作体高二联考）冠醚是皇冠状的分子，18-冠-6与K＋形成的超分子结构如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.含该超分子的物质属于分子晶体
B.不同的冠醚可识别不同的碱金属离子
C.冠醚与碱金属离子形成的不同超分子中，碱金属离子的配位数不变
D.冠醚与碱金属离子之间形成离子键
解析：B　冠醚与碱金属离子形成的配合物中还含有阴离子，该物质是离子晶体，A错误；碱金属离子的配位数是随着空穴大小不同而改变的，所以冠醚与碱金属离子形成的不同超分子中，碱金属离子的配位数改变，C错误；冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键，D错误。
8.（2025·遵义高二期中）1987年诺贝尔化学奖授予三位化学家，表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，从此超分子化学也开始风靡全球，下列说法错误的是（　　）
A.利用超分子具有自组装和分子识别的特性，可以分离某些分子
B.18-冠-6可以适配任意碱金属离子，其形成的晶体为分子晶体
C.图2中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体
D.图1中18-冠-6与K＋形成的超分子中K＋的配位数为6
解析：B　超分子具有自组装和分子识别的特性，因此可以利用超分子分离某些分子，A正确；18-冠-6空穴只能适配大小与之匹配的碱金属离子，如K＋，其适配上K＋后形成的晶体为离子晶体，B错误；由题图2可知，该超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体，C正确；由题图1可知，该超分子中K＋与6个O原子之间形成配位键，D正确。
9.（2025·长治高二月考）超分子K＋@18-冠-6的合成过程如图所示。
已知：18-冠-6的空腔直径为260～320 pm，K＋的直径为276 pm。
下列说法错误的是（　　）
A.水中溶解性：化合物Ⅰ＞化合物Ⅱ
B.18-冠-6的空穴与钾离子尺寸适配，二者通过弱作用力形成超分子
C.18-冠-6亦可与Li＋、Na＋形成稳定的超分子
D.超分子可以是分子，也可以是离子
解析：C　化合物Ⅰ中存在羟基，在水溶液中能形成氢键，因此水中溶解性：化合物Ⅰ＞化合物Ⅱ，A正确；K＋的直径在18-冠-6空腔直径范围内，因此18-冠-6可以识别钾离子，K＋与氧原子之间通过弱相互作用形成超分子，B正确；Li＋、Na＋的半径均小于钾离子的半径，导致Li＋、Na＋的直径不在18-冠-6空腔直径范围内，因此18-冠-6不能与Li＋、Na＋形成稳定的超分子，C错误；超分子的定义是广义的，包括离子，D正确。
10.（2024·成都高二检测）下列叙述与形成配合物无关的是（　　）
A.Fe3＋与SCN－不能大量共存
B.向Cu与Cl2反应后的集气瓶中加少量水，溶液呈绿色，再加水，溶液呈蓝色
C.Cu与浓硝酸反应后，溶液呈绿色；Cu与稀硝酸反应后，溶液呈蓝色
D.向AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量，先出现白色沉淀，后沉淀消失
解析：C　A项，涉及Fe（SCN）3等配合物的形成；B项，涉及[CuCl4]2－与[Cu（H2O）4]2＋的转化；C项，Cu与浓硝酸反应后溶液显绿色，是因为反应后生成的NO2溶于Cu（NO3）2溶液中；D项，涉及[Al（OH）4]－的形成。
11.Co（NH3）5BrSO4可形成两种钴的配合物，P：[Co（NH3）5Br]SO4，Q：[Co（SO4）（NH3）5]Br，向P、Q的溶液中分别加入BaCl2溶液后，下列有关说法错误的是（　　）
A.Q溶液中会产生白色沉淀
B.P溶液中会产生白色沉淀
C.Q中S是配体
D.P、Q的配位数均是6
解析：A　由P、Q的分子式知，P的外界是S，Q的外界是Br－，在溶液中前者能电离出大量的S而后者不能，故Q溶液中不能产生白色沉淀。
12.（2025·惠州高二期中）配位化合物在生产生活中有重要应用，请根据要求回答下列问题：
（1）光谱证实单质铝与强碱性溶液反应有[Al（OH）4]－生成，则[Al（OH）4]－中存在acd（填字母）。
a.共价键 b.非极性键
c.配位键 d.σ键
e.π键
（2）已知[Co（NH3）6]3＋的立体结构如图，其中1～6处的小圆圈表示NH3分子，且各相邻的NH3分子间的距离相等（即图中实线长度相等）。Co3＋位于八面体的中心，若其中两个NH3被Cl－取代，所形成的[Co（NH3）4Cl2]＋的结构的数目为2。
解析：（1）[Al（OH）4]－中OH－和Al3＋之间存在配位键，属于共价键，也属于σ键，H和O之间形成共价键，属于极性键，也属于σ键，因此选acd。（2）Co3＋位于八面体的中心，若其中两个NH3被Cl－取代，所形成的[Co（NH3）4Cl2]＋的结构的数目为2种，分别为两个Cl－位于邻位、两个Cl－位于对位。
13.（2025·华中师大附中检测）冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并随着环的大小不同而与不同金属离子作用。
（1）Li＋的体积与X的空腔大小相近，恰好能进入X的环内，且Li＋与氧原子的孤电子对作用形成稳定结构W（如图）。
①基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为K。
②W中Li＋与孤电子对之间的作用属于B（填字母）。
A.离子键 B.配位键
C.氢键 D.以上都不是
（2）冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是Li＋半径比Y的空腔小很多，不易与空腔内O原子的孤电子对作用形成稳定结构。
（3）烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。
①水分子中键角＜（填“＞”“＜”或“＝”）109°28'。
②已知：冠醚Z与KMnO4可以发生如图所示的变化。
加入冠醚Z后，烯烃的氧化效果明显提升的原因是冠醚Z可溶于烯烃，加入冠醚Z中的K＋因静电作用将Mn带入烯烃中，增大了反应物间的接触面积，提高了氧化效果。
解析：（1）①基态锂离子核外只有1s能级上有电子，为K层上的电子，所以其电子层符号为K。②Li＋提供空轨道、O原子提供孤电子对，二者形成配位键。（2）冠醚Y空腔较大，Li＋半径较小，导致该离子不易与氧原子的孤电子对形成配位键，所以得不到稳定结构。（3）①水分子中氧原子的价层电子对数是4，根据价层电子对互斥模型判断水分子的VSEPR模型为四面体形。由于水分子中O原子含有2个孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力较强，导致水分子中键角小于109°28'。②根据相似相溶原理知，冠醚Z可溶于烯烃，加入冠醚Z中的K＋因静电作用将Mn带入烯烃中，增大了反应物间的接触面积，提高了氧化效果。
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