2023版 创新设计 高考总复习 化学 鲁科版第12章　物质结构与性质(选考)

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一、晶体的基本知识1.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
(2)得到晶体的途径①________物质凝固。②______物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中______。
2.晶体结构的最小重复单元——晶胞
(1)概念：描述晶体结构的__________。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置无隙：相邻晶胞之间没有__________。并置：所有晶胞______排列、______相同。
3.晶胞组成的计算——均摊法
(2)方法①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
【判一判】 判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)凡有规则外形的固体一定是晶体(　　)(2)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”(　　)(3)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(　　)(4)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同(　　)(5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用(　　)答案　 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
二、常见晶体类型和性质1.四种晶体类型的比较
2.典型晶体的结构模型
(1)共价晶体——金刚石和二氧化硅
①金刚石晶体中，每个C与另外相邻____个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是____元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键有____ ml。
②SiO2晶体中，每个Si原子与____个O原子成键，每个O原子与____个硅原子成键，最小的环是______元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是______原子，1 ml SiO2中含有____ ml Si—O键。
(2)分子晶体——干冰和冰①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有______个。
②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的____个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成____ ml“氢键”。
(3)离子晶体——NaCl型和CsCl型
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引____个Cl－，每个Cl－同时吸引____个Na＋，配位数为6。每个晶胞含____个Na＋和____个Cl－。②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引____个Cs＋，每个Cs＋吸引____个Cl－，配位数为____。
③晶格能a.定义：将1 ml离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的热量，单位_____________，通常取____值。b.大小及与其他量的关系ⅰ.晶格能是最能反映离子晶体________的数据。ⅱ.在离子晶体中，离子半径越____，离子所带电荷数越____，则晶格能越大。ⅲ.晶格能越大，形成的离子晶体就越______，而且熔点越____，硬度越____。
(4)金属晶体①金属晶体的物理性质及解释
石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是______________，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是____，C原子采取的杂化方式是________。
(1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(　　)(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个(　　)(3)面心立方晶胞的原子的配位数是12(　　)(4)在NaCl晶体中每个Na＋同时吸引8个Cl－(　　)答案　 (1)√　(2)×　(3)√　(4)×
三、几种其他聚集状态的物质1.液晶
(1)定义：某些物质在加热熔化或被溶剂溶解后，具有了液体的可流动性，并在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的__________，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的______态，即液态晶体，简称液晶。
(2)性质①在一定温度范围内具有液体的可流动性。②液晶内部分子的排列沿分子______方向呈现有序排列，因此在分子长轴的______方向和______方向表现出不同的性质，即在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性。③液晶的旋光性能随外加电场变化而变化：在没有外加电场时，液晶分子靠近前一电极呈______排列，靠近后一电极呈______排列；在施加电压时，分子变成沿电场方向有序排列；移去电场后，又恢复到原来的状态。(液晶材料制造显示器的原理)。(3)应用：合成液晶材料，制造液晶显示器等。
(1)纳米纳米是一种______单位，1 nm＝10－9 m。(2)纳米材料三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有__________的材料。(3)纳米材料的组成和特点纳米材料由______和______两部分组成。纳米颗粒内部具有______结构，界面为______结构。
(1)定义：由大量带电微粒(______、电子)和中性微粒(原子或分子)所组成的物质________。(2)形成：随着温度的升高，构成物质或分子的________加剧，分子或原子间碰撞不仅可能使分子分解为______或________，甚至会把它们中的电子撞击出来，使物质含有大量带电微粒。(3)特点：①等离子体中正、负电荷数大致相等总体呈准________，外观为____态。②等离子体中的微粒带有______，而且能自由运动，所以等离子体具有良好的________。
(1)液晶的宏观性质表现出光向异性(　　)(2)液晶内部在分子长轴平行方向和垂直方向表现出不同的性质(　　)(3)纳米材料在三维空间尺寸都必须处于纳米尺度(　　)(4)纳米材料类原子排列成的纳米数量级原子团(　　)(5)纳米材料具有既不同于微观粒子也不同于宏观物质的独特性质(　　)答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
考点二　晶体类型的微观结构与相关计算
考点一　晶体组成的计算和常见晶体的比较与判断
考点三　几类其他聚集状态的物质
【典例1】 氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如图所示。则这种合金的化学式为(　　)
A.LaNi3 B.LaNi4 C.LaNi5 D.LaNi6
特殊结构所含粒子数的计算❶三棱柱结构
题组一　晶体组成的计算1.根据相关条件，完成下列填空：
(1)Cu元素与H元素的红色化合物结构单元如图1所示。则该化合物的化学式为________。(2)如图2是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________价。(3)在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，图3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________。(4)已知如图4所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单键结合，则根据图确定该晶体的化学式为___________。
题组二　常见晶体类型的比较与判断2.下面有关晶体的叙述中，错误的是(　　)
A.白磷晶体中，分子之间通过共价键结合B.金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子C.在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或Na＋)D.离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，化学键不被破坏
解析　白磷晶体为分子晶体，分子之间通过范德华力结合，A项错误；金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，B项正确；在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或Na＋)，C项正确；离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，分子间作用力被破坏，化学键不被破坏，D项正确。
3.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型、物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用也相同的是(　　)
A.SO3和HCl B.KCl和MgC.NaCl和H2O D.CCl4和SiO2
解析　SO3和HCl都是分子晶体，都有极性共价键，物质发生状态变化都克服分子间作用力，A符合题意；KCl为离子晶体，Mg为金属晶体，晶体类型不同，化学键类型不同，物质发生状态变化时，克服的相互作用不同，B不符合题意；NaCl为离子晶体，H2O为分子晶体，晶体类型不同，化学键类型不同，物质发生状态变化时，克服的相互作用不同，C不符合题意；CCl4是分子晶体，SiO2是原子晶体，都有极性共价键，物质发生状态变化克服的相互作用不同，晶体类型不同，D不符合题意。
题组三　晶体的性质4.下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)
A.O2、I2、Hg B.CO、KCl、SiO2C.Na、K、Rb D.Na、Al、Mg解析　A中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故A错；B中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故B正确；C中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故C错；D中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故D错误。
5.下列性质适合于分子晶体的是(　　)
A.熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电B.熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃D.熔点为97.82 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3解析　A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。
晶体熔、沸点高低的比较❶不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。❷相同类型晶体①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高。②离子晶体：a.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。b.阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。③原子晶体：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。
【典例2】 (2021·山东泰安一模)常见的铜的硫化物有CuS和Cu2S两种。已知：晶胞中S2－的位置如图1所示，铜离子位于硫离子所构成的四面体中心，它们的晶胞具有相同的侧视图如图2所示。Cu2S的晶胞参数a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系
题组一　常见晶体的结构1.(2021·四川成都模拟)有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是(　　)
A.在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个B.在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋C.在金刚石晶体中，最小的环上有6个C原子D.该气态团簇分子的分子式为EF或FE
2.(2021·山东威海模拟)已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是(　　)
题组二　晶胞中原子半径及空间利用率的计算3.用晶体的X－射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如下图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________________________cm (阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
4.GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为____________，Ga与As以____________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·ml－1和MAs g·ml－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
题组训练1.下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是(　　)
A.等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子B.非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序C.液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性D.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是长程有序
解析　纳米材料由直径为几个或几十个纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构，界面则是无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
2.液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是(　　)
A.MBBA属于有机高分子化合物B.MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成C.MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1D.MBBA中含有一氧化氮分子
解析　有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚合而成的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。
3.下列有关等离子体的说法不正确的是(　　)
A.等离子体内部全部是带电荷的微粒B.等离子体中正、负电荷大致相等C.等离子体具有很好的导电性D.等离子体的用途之一是制造等离子体显示器解析　等离子体中有带电微粒，也有中性微粒，A错误；等离子体总体来看正、负电荷数大致相等，呈准电中性，B正确；等离子体中的微粒带有电荷且能自由运动，使等离子体有很好的导电性，C正确；等离子体显示器就是运用等离子体显示技术制造的，D正确。
微专题34　原子坐标参数、晶胞投影图的分析与应用
【知识进阶】 一、原子分数坐标1.含义：原子分数坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。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)一般以坐标轴所在正方体的棱长为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。
二、晶胞投影投影指的是用一组光线将物体的形状投射到一个平面上，在该平面上得到的图像也称为“投影”。目前我们遇到的题目中涉及到的投影问题，投射线的中心线都垂直于投影的平面。
1.立方晶胞中不同位置的原子沿z轴投影的规律
(1)顶点投在正方形的顶点；(2)与z轴垂直面的面心投在正方形的中心；与z轴平行面的面心投在正方形的棱心；(3)正四面体空隙上的点投在面对角线的1/4或3/4处；(4)与z轴平行棱上的棱心投在正方形的顶点；与z轴垂直棱上的棱心投在正方形的棱心；(5)体心投在正方形或长方形的中心。
2.面心立方晶胞沿体对角线投影规律
大正六边形的顶点和中心处为晶胞中顶点原子的投影，小正六边形的顶点为晶胞中面心原子的投影。
3.体心立方晶胞沿体对角线投影规律
对角线的两个顶点原子及体心原子投在正六边形的中心， 其余的顶点原子投在正六边形的六个顶点。
2.(2021·江西赣州一模)镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂。
NiO的晶体结构如图甲所示，其中离子坐标参数A为(0，0，0)，B为(1，1，0)，则C离子坐标参数为____________。
3.碳的第三种同素异形体——金刚石，其晶胞如图所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示，则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图________(从A～D图中选填)。
4.LiFeAs可组成一种新型材料，其立方晶胞结构如图所示。若晶胞参数为a nm，A、B处的两个As原子之间距离为________ nm，请在z轴方向投影图中画出铁原子的位置，用“·”表示________。
1.(2021·辽宁卷)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H3SC.S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体
2.(2021·湖北卷)某立方晶系的锑钾(Sb－K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是(　　)
3.(2021·全国乙卷)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。
4.(2021·全国甲卷)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为____________ g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
1.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2OC.NaCl和HCl D.CCl4和KCl解析　SO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，A不符合题意；CO2和H2O均是分子晶体，均含极性共价键，B符合题意；NaCl是离子晶体，HCl是分子晶体，C不符合题意；CCl4是分子晶体，KCl是离子晶体，D不符合题意。
2.(2021·青岛部分学校联考)下图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(　　)
A.图①和图③ B.图②和图③C.图①和图④ D.只有图④解析　在NaCl的晶体结构中，每个Na＋周围最近的等距离的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后)，故①正确；从NaCl晶体中分割1/8可得图④的结构。
3.根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是(　　)
A.SiCl4是分子晶体B.晶体硼是原子晶体C.AlCl3是分子晶体，加热能升华D.金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱
解析　SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在低于熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知，金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强。
4.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，晶胞a、b、c内金属原子个数比为(　　)
A.11∶8∶4 B.3∶2∶1C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
5.下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是(　　)
A.CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4B.KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgOC.Rb＞K＞Na＞LiD.金刚石＞Si＞钠
解析　晶体熔点的高低取决于构成该晶体的结构粒子间作用力的大小。A项，物质均为结构相似的分子晶体，其熔点取决于分子间作用力的大小，一般来说，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大者分子间作用力也越大，熔点也逐渐升高；B项，物质均为离子晶体，一般来说，离子的半径越小，所带电荷数越多，离子晶体熔点也越高；C项，物质均为同主族的金属晶体，其熔点高低取决于金属键的强弱，而金属键强弱与金属原子半径成反比，与价电子数成正比，碱金属原子半径依Li～Cs的顺序增大，价电子数相同，故熔点应是Li最高，Cs最低；D项，原子晶体的熔点取决于共价键的键能，键能则与键长成反比，金刚石中C—C键的键长更短些，所以金刚石的熔点比硅高，原子晶体的熔点一般比金属晶体的熔点高。
6.(2021·沈阳质检)已知金属钠和氦可形成化合物，该化合物晶胞如图所示(He未画出)，其结构中Na＋按简单立方分布，形成Na8立方体空隙，电子对(2e－)和氦原子交替分布填充在小立方体的中心。下列说法错误的是(　　)
A.该晶胞中的Na＋数为8B.该化合物的化学式为[Na＋]2He[e2]2－C.若将氦原子放在晶胞顶点，则所有电子对(2e－)在晶胞的体心D.该晶胞中与Na＋最近的He原子数目为4
7.下列含铜物质说法正确的是(　　)
A.甲图是CuO的晶胞示意图，乙图是Cu2O的晶胞示意图B.已知Cu2O和Cu2S晶体结构相似，则Cu2O比Cu2S的熔点低C.晶体铜原子的堆积方式如图丙所示，为面心立方最密堆积，配位数为12D.铜在氧气中加热生成CuO, CuO热稳定性比Cu2O强
8.(2021·山东潍坊模拟)Cu2ZnSnS4是太阳能薄膜电池的重要成分，其晶胞结构(棱边夹角均为90°)如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.第一电离能：Cu＜ZnB.1个晶胞中含有Cu2ZnSnS4单元数为2个C.距离每个Zn原子最近的S原子数为2个D.四种元素基态原子中，核外电子空间运动状态最多的为Sn原子
10.(2021·辽宁沈阳质监)萤石(CaF2)晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm，Ca2＋和F－半径大小分别为r1和r2。下列说法正确的是(　　)
11.现有几组物质的熔点(℃)数据：
据此回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是____________(填序号)。①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_______________________________________________________________________________________________。(4)D组晶体可能具有的性质是________(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(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为______________________________________________________________________________________________________________________________。
HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
解析　(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF分子间含有氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
12.(1)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
①比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：______________________________________________________________________________________________________________________________。
GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增大。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
b.晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为________________________ g·cm－3(列出计算式即可)。
(2)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
a.晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。b.若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝_________________________ nm。
13.(2021·湖北黄冈模拟)硼可形成多种具有特殊性能的晶体。图甲为具有超导性能的硼化镁晶体的部分原子沿z轴方向的投影，晶体中一层镁一层硼分层相间排列；图乙为具有超硬耐磨性能的磷化硼立方晶胞，晶胞参数为a nm。下列关于两种晶体的说法错误的是(　　)
14.(2021·山东青岛一模)近日，科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是(　　)
15.(2021·陕西宝鸡一模)锰(Mn)、钛(Ti)等过渡金属元素化合物的应用研究是目前前沿科学之一，回答下列问题：
(1)Mn的价电子排布式为____________。金属锰可导电、导热，有金属光泽和延展性，这些性质都可以用_______________________理论解释。(2)已知金属锰有多种晶型，γ型锰的面心立方晶胞俯视图符合下列________(选填字母)，每个Mn原子周围紧邻的原子数为________。
(3)熔融态的MnO和MnS均能导电。推测：熔点MnO________MnS (选填“>”、“＝”或“