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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第二课时导学案
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第二课时导学案，共20页。
第二课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
[明确学习目标] 1.借助NaCl、CsCl的晶胞模型认识离子晶体的结构特点。2.能说明离子键的形成，并运用离子键模型解释离子化合物的某些典型性质。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。
1．离子晶体
(1)定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
熔沸点
熔、沸点较高，难挥发
硬度
硬度较大，难以压缩
2．过渡晶体与混合型晶体
(1)过渡晶体
典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体；如离子晶体和共价晶体中微粒之间的作用既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键。当某晶体中的离子键成分大于共价键成分时，通常当作离子晶体来处理，当离子键成分小于共价键成分时，通常当共价晶体来处理，当离子键成分接近于共价键成分时我们称之为过渡晶体；四类晶体都有过渡型。
(2)混合型晶体——石墨
石墨的结构特点及晶体类型
石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)离子晶体中一定含金属阳离子。( )
(2)只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体。( )
(3)石墨为混合型晶体，层与层之间存在分子间作用力，故熔点低于金刚石。( )
(4)离子晶体中，只存在离子键，不可能存在其他化学键。( )
(5)离子晶体中肯定不含非极性共价键。( )
(6)某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
解析 (1)离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl。
(2)含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体。
(3)石墨和金刚石熔化时破坏的是共价键，石墨晶体中共价键的键能比金刚石中的要大，故石墨的熔点大于金刚石。
(4)离子晶体中，一定存在离子键，可能会含共价键，如氯化铵晶体中既有离子键又有共价键。
(5)离子晶体中可以含有非极性共价键，例如过氧化钠。
(6)某些分子晶体溶于水也可电离出自由移动的离子，如HCl，熔融状态能电离产生离子的化合物一定是离子晶体。
2．下列各类物质中，在固态时只能形成离子晶体的是( )
A．非金属氧化物 B．非金属单质
C．强酸 D．强碱
答案 D
解析 金属单质形成的晶体一定是金属晶体，离子化合物形成的晶体一定是离子晶体，非金属单质、共价化合物形成的晶体可能为分子晶体，也可能是共价晶体。非金属氧化物、强酸都属于共价化合物，强碱属于离子化合物。故选D。
3．下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是 ( )
A．1 mol氯化铯中有6.02×1023个CsCl分子
B．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋有6个
C．氯化铯晶体中，Cs＋和Cl－的配位数都是8
D．每个晶胞中平均含有1个Cs＋和1个Cl－
答案 A
解析 在氯化铯晶体中不存在CsCl分子，只存在Cs＋和Cl－，化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs＋和Cl－的个数比为1∶1。
4．金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质，下列叙述正确的是( )
A．金刚石和石墨中的碳原子的杂化类型均为sp3杂化
B．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C键<石墨中C—C键
C．晶体的熔点：金刚石<石墨
D．晶体中共价键的键角：金刚石>石墨
答案 C
解析 金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，碳原子的杂化类型为sp3杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，A错误。sp2杂化中，s轨道的成分比sp3杂化更多，而且石墨中存在大π键，所以石墨中碳原子间形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，B错误。金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构，键角为120°，D错误。
5．(1) 已知MgO的晶胞结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如右图所示，请改正图中的错误：___________________________________。
(2)Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点如下表所示：
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1266
1534
183
解释表中氟化物熔点差异的原因：_____________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案 (1)⑧应表示的为O2－的灰色球
(2)NaF与MgF2均为离子晶体，常温下为固体，SiF4常温下为气体，是分子晶体，所以NaF与MgF2的熔点远比SiF4的高，又Mg2＋的半径小于Na＋的半径，Mg2＋所带电荷数大于Na＋所带电荷数，所以MgF2的熔点高于NaF
解析 (1)因为氧化镁与氯化钠的晶胞结构相似，所以在晶体中每个Mg2＋周围应该有6个最邻近的O2－，每个O2－周围应该有6个最邻近的Mg2＋，根据此规律可得⑧应该改为表示O2－的灰色球。
(2)在离子晶体中，离子半径越小，所带电荷数越多，则离子晶体的熔、沸点越高。
知识点一 离子晶体的物理特性
1．熔、沸点高，难挥发
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化或沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体的熔、沸点较高且难挥发。
2．硬度大，易碎
离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。
3．溶于水或熔化时能导电
在离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当温度升高时，阴、阳离子获得足够的能量，克服了离子间的相互作用，成了自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(或水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。故离子晶体固态时不导电，熔融状态或溶于水后能导电。
4．易溶于水，不易溶于有机溶剂
大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服离子间的相互作用力而电离，变成在水中自由移动的离子。
[解析] 根据题表A、B、C晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为共价晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。
[答案] (1)NaCl C HCl
(2)离子晶体 共价晶体 分子晶体
(3)离子键 共价键 范德华力
[方法] 根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)来判断晶体类型
(1)熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般属于分子晶体。
(2)熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体。
(3)熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为共价晶体。
(4)金属单质(在熔融状态或固态时均能导电)属于金属晶体。
[练1] 下列描述符合离子晶体性质的是( )
A．熔点1070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
答案 A
解析 离子晶体在液态(即熔融态)时能导电，所以B项描述的不是离子晶体的性质；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律知，C项描述的应是非极性分子晶体的性质；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项描述的不是离子晶体的性质。
[练2] 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示，下列关于该晶体的说法正确的是( )
A．1个晶胞中所含离子总数为18
B．X2＋的配位数为8，Y2－的配位数为4
C．与每个X2＋距离最近且相等的X2＋共有12个
D．该化合物的化学式为CaS
答案 C
解析 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数为2＋8＋18＝28，且最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p4，则Y是S元素。由晶胞结构可知，1个晶胞中所含离子总数为8×＋6×＋4＝8，A错误；该化合物的化学式为ZnS，Y2－的配位数为4，X2＋的配位数也为4，B、D错误；由晶胞结构可知，与顶点上每个X2＋距离最近且相等的X2＋在其面心，则共有12个，C正确。
知识拓展
NaCl和CsCl的晶胞结构模型
(1)NaCl型
如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－是6个(上、下、左、右、前、后各1个，即配位数是6)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Na＋也是6个(即配位数是6)，构成正八面体。由此可推知该晶体的化学式为NaCl。
每个Na＋周围距离最近的Na＋是12个(上层4个，同层4个，下层4个)，每个Cl－周围距离最近的Cl－也是12个。
每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4，Cl－数是4。由此也可推知该晶体的化学式为NaCl。
(2)CsCl型
如下图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－是8个(即配位数是8)，构成正六面体；每个Cl－周围距离最近的Cs＋也是8个(即配位数是8)，构成正六面体。由此可推知该晶体的化学式为CsCl。
每个Cs＋周围距离最近的Cs＋是6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Cl－也是6个，构成正八面体。
每个晶胞中实际拥有的Cs＋数是1，Cl－数是1。由此也可推知该晶体的化学式为CsCl。
知识点二 混合型晶体——石墨晶体的结构与特性
1．石墨晶体的结构
石墨晶体具有层状结构(如右图所示)，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构；每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。正是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大π键具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。这些网络状的平面结构以范德华力结合形成层状结构，这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性。因此石墨晶体又称为混合型晶体。
在石墨晶体中，每个碳原子参与了3个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，每个碳原子被3个正六边形共用，故每个正六边形平均占有的碳原子数为6×＝2，碳原子个数与C—C键键数之比为1∶3×＝2∶3。
2．石墨晶体独特的性质
石墨特殊的结构决定了石墨具有某些独特的性质。它的熔点很高，有良好的导电性，而且质软，可用于制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。
[解析] 石墨晶体中同一层内的碳原子间形成的是共价键，层间是分子间作用力，A正确；石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，B错误；每一层内碳原子排列成正六边形，每个C原子连接3个六元环，则每个六边形平均含完整碳原子数为6×＝2，C正确；每一层内碳原子排列成正六边形，每个C原子形成3个C—C键，被3个六元环共用，D正确。
[答案] B
[练3] 金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是( )
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同
B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D．石墨与C60的晶体类型相同
答案 D
解析 金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C正确；C60是分子晶体，石墨是混合型晶体，D错误。
[练4] 碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
答案 (1)3 2 (2)4
解析 (1)由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。
本课归纳总结
1．离子晶体一般不具有的特征是( )
A．熔点较高，硬度较大
B．易溶于水而难溶于有机溶剂
C．固体时不能导电
D．离子间距离较大，其密度较小
答案 D
解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C三项；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积形式等。
2. 石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，右图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( )
A．14 B．18 C．24 D．10
答案 A
解析 每个六元环平均占有的碳原子数为6×＝2，7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。
3．如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是( )
A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8
D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同
答案 D
解析 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，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，故D错误。
4．MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是( )
A．MgO>CaO>BaO>Rb2O
B．MgO>Rb2O>BaO>CaO
C．CaO>BaO>MgO>Rb2O
D．CaO>BaO>Rb2O>MgO
答案 A
解析 四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷最少，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷一样多，半径Mg2＋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，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。
5．如图所示，在氯化钠晶体中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间结构为( )
A．十二面体 B．正八面体
C．正六面体 D．正四面体
答案 B
解析 首先要清楚离Na＋最近的Cl－在什么位置，处在中心位置上的Na＋被六个面上的Cl－所包围，这6个Cl－离中心Na＋最近，将六个面心的Cl－连成一个图形，即正八面体。
6．根据下图推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。
答案 6 12 a 8 a 8
解析 以图中大立方体中心的Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位；与其次近的Cs＋分别位于通过中心Cs＋的三个切面的大正方形的顶点，个数为4×3＝12；与其第三近的Cs＋分别位于大立方体的8个顶点上；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为8。
课时作业
一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)
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
答案 D
解析 四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
固态
不导电
不导电(晶体硅导电)
导电
不导电
熔融状态
不导电
不导电
导电
可导电
水溶液
有的可导电
—
—
可导电
2．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：
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杂化
B．石墨烯中平均每个六元碳环含有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
答案 D
解析 石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，故A错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，不破坏化学键，故C错误；石墨烯具有导电性，故D正确。
3．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是( )
A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱
B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大
C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电
D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
答案 C
解析 离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。
4．下列说法中正确的是( )
A．形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B．第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D．离子化合物中可能只含有非金属元素
答案 D
解析 形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引，也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥，A错误；氢是ⅠA族元素，与ⅦA族元素形成的化合物HX都是共价化合物，B错误；NaCl是离子化合物，SiO2是共价化合物，但前者的熔点较低，C错误；NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物，D正确。
5. 一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是( )
A．阳离子的配位数为8，化学式为AB
B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B
C．每个晶胞中含4个A
D．每个A周围有4个与它等距且最近的A
答案 C
解析 用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为8×＋6×＝4，阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B错误；每个A周围最近且等距离的A有12个(类似于干冰晶体)，D错误。
6．下表给出几种氯化物的熔点和沸点：
NaCl
AlCl3
SiCl4
熔点/℃
801
190
－70
沸点/℃
1413
180
57.57
有关表中所列三种氯化物的性质，以下叙述正确的是( )
①氯化铝在加热时能升华
②四氯化硅在晶态时属于分子晶体
③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合
④氯化铝晶体属于离子晶体
A．②③ B．③④
C．①② D．①②③④
答案 C
解析 由表格中的数据可知，AlCl3的沸点低于熔点，加热时能升华，故①正确；SiCl4的熔、沸点较低，在晶态时属于分子晶体，故②正确；NaCl的熔、沸点较高，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，故③错误；AlCl3的熔、沸点都较低，属于分子晶体，故④错误。
7. 氯化钠晶胞的结构示意图如图所示。已知氯化钠的密度为ρ g·cm－3，摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA mol－1，则在氯化钠晶胞中Na＋和Cl－的最小间距大约是( )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
答案 B
解析 1个氯化钠晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，每个晶胞的体积为×4 cm3，设氯化钠晶体里Na＋和Cl－的最小间距为x cm，所以可得(2x)3＝×4，解得x＝，即在氯化钠晶胞中Na＋和Cl－的最小间距大约是 cm。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
8．经X射线研究证明，PCl5在固体时，由空间结构分别是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固体是分子晶体
B．PCl5晶体由PCl和PCl构成，且离子数目之比为1∶1
C．PCl5晶体具有良好的导电性
D．PCl5晶体由PCl和PCl构成，且离子数目之比为1∶1
答案 D
解析 PCl5在固体时，由空间结构分别是正四面体和正八面体的两种离子构成，说明PCl5是离子晶体，A错误；正四面体为四配位、正八面体为六配位，B错误、D正确；固体中离子不能自由移动，没有导电性，C错误。
9．某些物质的熔点数据如下表，据此做出的下列判断中错误的是( )
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920 ℃
801 ℃
1291 ℃
190 ℃
BCl3
SO2
CO2
SiO2
－107 ℃
44.8 ℃
－57 ℃
1723 ℃
A．表中BCl3和CO2均是分子晶体
B．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
C．只要由金属元素和非金属元素形成的晶体就一定是离子晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
答案 C
解析 BCl3和CO2熔点较低，应属于分子晶体，A正确；C和Si属于同族元素，二者的氧化物分别属于分子晶体、共价晶体，B正确；AlCl3是由金属元素和非金属元素形成的分子晶体，C错误；C和S属于不同族元素，二者的氧化物均可形成分子晶体，D正确。
10．下列图像是从某些离子晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断下列图像属于NaCl晶体结构的是( )
答案 AD
解析 由于在氯化钠晶体中，每个钠离子周围同时吸引着最近的等距离的6个氯离子，同样每个氯离子周围同时吸引着最近的等距离的6个钠离子，图A符合条件，图D中选取其中一个离子，然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子，所以其配位数也是6，符合条件。
11．如图所示分别为四种物质对应的结构示意图，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．18 g冰中含O—H键数目为2NA
B．28 g晶体硅中含有Si—Si键数目为2NA
C．44 g干冰中含有NA个晶胞结构单元
D．石墨烯是碳原子单层片状新材料，12 g石墨烯中含C—C键数目为1.5NA
答案 C
解析 1个水分子中含有2个O—H键，18 g冰的物质的量为1 mol，含O—H键数目为2NA，故A正确；28 g硅晶体中含有1 mol硅原子，1个硅原子与另外4个硅原子形成4个Si—Si键，每个Si—Si键被2个Si原子共用，则每个硅原子占有的共价键数目为×4＝2，则1 mol单质硅含有2NA个Si—Si键，故B正确；1个干冰晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44 g干冰中含有晶胞结构单元个数为，故C错误；在石墨烯中，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子形成3个C—C键，每个C—C键被2个C原子共用，因此石墨烯中碳原子数与C—C键键数之比为2∶3，所以每个碳原子实际占有的化学键数目为1.5，12 g石墨烯所含C—C键数目为1.5NA，故D正确。
三、非选择题(本题共3小题)
12．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形式，它们互为__________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合型 (4)σ σ π
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。
(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。
(3)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，故形成的晶体为混合型晶体。
(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。
13. 如图所示为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：
(1)一个NaCl晶胞中有________个Na＋，有________个Cl－。
(2)一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为a cm，该温度下NaCl晶体的密度是______________。
(3)若NaCl晶体的密度为d g·cm－3，则NaCl晶体中Na＋与Na＋之间的最短距离是______________。
答案 (1)4 4 (2) g·cm－3
(3) cm
解析 (1)根据切割法可计算出每个氯化钠晶胞中含有4个Na＋、4个Cl－。
(2)根据密度计算公式可知ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
(3)当密度为d g·cm－3时，晶胞的边长为 cm，Na＋与Na＋之间的最短距离为晶胞面对角线长的，即 cm。
14．现有原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五种元素，其中X是原子半径最小的元素，Y原子在基态时其最外层电子数是其内层电子数的2倍，Q原子在基态时其2p能级上有2个未成对电子，W元素的原子中3d能级上有4个未成对电子。回答下列问题：
(1)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是________________________。
(2)元素W能形成多种配合物，如：W(CO)5等。
①基态W3＋的M层电子排布式为__________。
②W(CO)5在常温下呈液态，熔点为－20.5 ℃，沸点为103 ℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断W(CO)5晶体属于________(填晶体类型)晶体，该晶体中W的化合价为________。
(3)Q和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图所示，与一个阴离子距离最近且相等的所有阳离子为顶点构成的几何体为________。已知该晶胞的密度为
ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞边长为________cm。(用含ρ、NA的代数式表示)
答案 (1)NH3分子间存在氢键
(2)3s23p63d5 分子 0
(3)立方体
解析 原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五种元素，其中X是原子半径最小的元素，则X是H元素；Y原子在基态时其最外层电子数是其内层电子数的2倍，则Y是C元素；Q原子在基态时其2p能级上有2个未成对电子，原子序数大于碳，则Q为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；W元素的原子中3d能级上有4个未成对电子，价电子排布为3d64s2，则W为Fe元素。
(1)化合物ZX3是NH3，在氨分子之间除了存在范德华力外还存在氢键，使其沸点比分子间只有范德华力的化合物CH4高。
(2)①Fe原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能级上2个电子、3d能级上1个电子形成Fe3＋，基态Fe3＋的M层电子排布式为3s23p63d5。②W(CO)5在常温下呈液态，熔、沸点较低，易溶于非极性溶剂，所以据此可判断W(CO)5晶体属于分子晶体，在化合物中所有元素正负化合价的代数和为0。
(3)晶胞中白色球数目为8，灰色球数目为8×＋6×＝4，则白色球为钠离子、灰色球为氧离子，与一个氧离子距离最近且相等的钠离子有8个，形成立方体结构；根据均摊法可知，在一个晶胞中含Na＋的个数是8，含有O2－的个数是4，设晶胞边长为a cm，则＝ρ，整理可得a＝。
第二课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
[明确学习目标] 1.借助NaCl、CsCl的晶胞模型认识离子晶体的结构特点。2.能说明离子键的形成，并运用离子键模型解释离子化合物的某些典型性质。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。
1．离子晶体
(1)定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
熔沸点
熔、沸点较高，难挥发
硬度
硬度较大，难以压缩
2．过渡晶体与混合型晶体
(1)过渡晶体
典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体；如离子晶体和共价晶体中微粒之间的作用既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键。当某晶体中的离子键成分大于共价键成分时，通常当作离子晶体来处理，当离子键成分小于共价键成分时，通常当共价晶体来处理，当离子键成分接近于共价键成分时我们称之为过渡晶体；四类晶体都有过渡型。
(2)混合型晶体——石墨
石墨的结构特点及晶体类型
石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)离子晶体中一定含金属阳离子。( )
(2)只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体。( )
(3)石墨为混合型晶体，层与层之间存在分子间作用力，故熔点低于金刚石。( )
(4)离子晶体中，只存在离子键，不可能存在其他化学键。( )
(5)离子晶体中肯定不含非极性共价键。( )
(6)某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
解析 (1)离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl。
(2)含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体。
(3)石墨和金刚石熔化时破坏的是共价键，石墨晶体中共价键的键能比金刚石中的要大，故石墨的熔点大于金刚石。
(4)离子晶体中，一定存在离子键，可能会含共价键，如氯化铵晶体中既有离子键又有共价键。
(5)离子晶体中可以含有非极性共价键，例如过氧化钠。
(6)某些分子晶体溶于水也可电离出自由移动的离子，如HCl，熔融状态能电离产生离子的化合物一定是离子晶体。
2．下列各类物质中，在固态时只能形成离子晶体的是( )
A．非金属氧化物 B．非金属单质
C．强酸 D．强碱
答案 D
解析 金属单质形成的晶体一定是金属晶体，离子化合物形成的晶体一定是离子晶体，非金属单质、共价化合物形成的晶体可能为分子晶体，也可能是共价晶体。非金属氧化物、强酸都属于共价化合物，强碱属于离子化合物。故选D。
3．下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是 ( )
A．1 mol氯化铯中有6.02×1023个CsCl分子
B．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋有6个
C．氯化铯晶体中，Cs＋和Cl－的配位数都是8
D．每个晶胞中平均含有1个Cs＋和1个Cl－
答案 A
解析 在氯化铯晶体中不存在CsCl分子，只存在Cs＋和Cl－，化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs＋和Cl－的个数比为1∶1。
4．金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质，下列叙述正确的是( )
A．金刚石和石墨中的碳原子的杂化类型均为sp3杂化
B．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C键<石墨中C—C键
C．晶体的熔点：金刚石<石墨
D．晶体中共价键的键角：金刚石>石墨
答案 C
解析 金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，碳原子的杂化类型为sp3杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，A错误。sp2杂化中，s轨道的成分比sp3杂化更多，而且石墨中存在大π键，所以石墨中碳原子间形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，B错误。金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构，键角为120°，D错误。
5．(1) 已知MgO的晶胞结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如右图所示，请改正图中的错误：___________________________________。
(2)Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点如下表所示：
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1266
1534
183
解释表中氟化物熔点差异的原因：_____________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案 (1)⑧应表示的为O2－的灰色球
(2)NaF与MgF2均为离子晶体，常温下为固体，SiF4常温下为气体，是分子晶体，所以NaF与MgF2的熔点远比SiF4的高，又Mg2＋的半径小于Na＋的半径，Mg2＋所带电荷数大于Na＋所带电荷数，所以MgF2的熔点高于NaF
解析 (1)因为氧化镁与氯化钠的晶胞结构相似，所以在晶体中每个Mg2＋周围应该有6个最邻近的O2－，每个O2－周围应该有6个最邻近的Mg2＋，根据此规律可得⑧应该改为表示O2－的灰色球。
(2)在离子晶体中，离子半径越小，所带电荷数越多，则离子晶体的熔、沸点越高。
知识点一 离子晶体的物理特性
1．熔、沸点高，难挥发
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化或沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体的熔、沸点较高且难挥发。
2．硬度大，易碎
离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。
3．溶于水或熔化时能导电
在离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当温度升高时，阴、阳离子获得足够的能量，克服了离子间的相互作用，成了自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(或水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。故离子晶体固态时不导电，熔融状态或溶于水后能导电。
4．易溶于水，不易溶于有机溶剂
大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服离子间的相互作用力而电离，变成在水中自由移动的离子。
[解析] 根据题表A、B、C晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为共价晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。
[答案] (1)NaCl C HCl
(2)离子晶体 共价晶体 分子晶体
(3)离子键 共价键 范德华力
[方法] 根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)来判断晶体类型
(1)熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般属于分子晶体。
(2)熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体。
(3)熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为共价晶体。
(4)金属单质(在熔融状态或固态时均能导电)属于金属晶体。
[练1] 下列描述符合离子晶体性质的是( )
A．熔点1070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
答案 A
解析 离子晶体在液态(即熔融态)时能导电，所以B项描述的不是离子晶体的性质；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律知，C项描述的应是非极性分子晶体的性质；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项描述的不是离子晶体的性质。
[练2] 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示，下列关于该晶体的说法正确的是( )
A．1个晶胞中所含离子总数为18
B．X2＋的配位数为8，Y2－的配位数为4
C．与每个X2＋距离最近且相等的X2＋共有12个
D．该化合物的化学式为CaS
答案 C
解析 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数为2＋8＋18＝28，且最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p4，则Y是S元素。由晶胞结构可知，1个晶胞中所含离子总数为8×＋6×＋4＝8，A错误；该化合物的化学式为ZnS，Y2－的配位数为4，X2＋的配位数也为4，B、D错误；由晶胞结构可知，与顶点上每个X2＋距离最近且相等的X2＋在其面心，则共有12个，C正确。
知识拓展
NaCl和CsCl的晶胞结构模型
(1)NaCl型
如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－是6个(上、下、左、右、前、后各1个，即配位数是6)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Na＋也是6个(即配位数是6)，构成正八面体。由此可推知该晶体的化学式为NaCl。
每个Na＋周围距离最近的Na＋是12个(上层4个，同层4个，下层4个)，每个Cl－周围距离最近的Cl－也是12个。
每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4，Cl－数是4。由此也可推知该晶体的化学式为NaCl。
(2)CsCl型
如下图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－是8个(即配位数是8)，构成正六面体；每个Cl－周围距离最近的Cs＋也是8个(即配位数是8)，构成正六面体。由此可推知该晶体的化学式为CsCl。
每个Cs＋周围距离最近的Cs＋是6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Cl－也是6个，构成正八面体。
每个晶胞中实际拥有的Cs＋数是1，Cl－数是1。由此也可推知该晶体的化学式为CsCl。
知识点二 混合型晶体——石墨晶体的结构与特性
1．石墨晶体的结构
石墨晶体具有层状结构(如右图所示)，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构；每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。正是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大π键具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。这些网络状的平面结构以范德华力结合形成层状结构，这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性。因此石墨晶体又称为混合型晶体。
在石墨晶体中，每个碳原子参与了3个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，每个碳原子被3个正六边形共用，故每个正六边形平均占有的碳原子数为6×＝2，碳原子个数与C—C键键数之比为1∶3×＝2∶3。
2．石墨晶体独特的性质
石墨特殊的结构决定了石墨具有某些独特的性质。它的熔点很高，有良好的导电性，而且质软，可用于制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。
[解析] 石墨晶体中同一层内的碳原子间形成的是共价键，层间是分子间作用力，A正确；石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，B错误；每一层内碳原子排列成正六边形，每个C原子连接3个六元环，则每个六边形平均含完整碳原子数为6×＝2，C正确；每一层内碳原子排列成正六边形，每个C原子形成3个C—C键，被3个六元环共用，D正确。
[答案] B
[练3] 金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是( )
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同
B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D．石墨与C60的晶体类型相同
答案 D
解析 金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C正确；C60是分子晶体，石墨是混合型晶体，D错误。
[练4] 碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
答案 (1)3 2 (2)4
解析 (1)由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。
本课归纳总结
1．离子晶体一般不具有的特征是( )
A．熔点较高，硬度较大
B．易溶于水而难溶于有机溶剂
C．固体时不能导电
D．离子间距离较大，其密度较小
答案 D
解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C三项；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积形式等。
2. 石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，右图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( )
A．14 B．18 C．24 D．10
答案 A
解析 每个六元环平均占有的碳原子数为6×＝2，7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。
3．如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是( )
A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8
D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同
答案 D
解析 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，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，故D错误。
4．MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是( )
A．MgO>CaO>BaO>Rb2O
B．MgO>Rb2O>BaO>CaO
C．CaO>BaO>MgO>Rb2O
D．CaO>BaO>Rb2O>MgO
答案 A
解析 四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷最少，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷一样多，半径Mg2＋
5．如图所示，在氯化钠晶体中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间结构为( )
A．十二面体 B．正八面体
C．正六面体 D．正四面体
答案 B
解析 首先要清楚离Na＋最近的Cl－在什么位置，处在中心位置上的Na＋被六个面上的Cl－所包围，这6个Cl－离中心Na＋最近，将六个面心的Cl－连成一个图形，即正八面体。
6．根据下图推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。
答案 6 12 a 8 a 8
解析 以图中大立方体中心的Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位；与其次近的Cs＋分别位于通过中心Cs＋的三个切面的大正方形的顶点，个数为4×3＝12；与其第三近的Cs＋分别位于大立方体的8个顶点上；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为8。
课时作业
一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)
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
答案 D
解析 四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
固态
不导电
不导电(晶体硅导电)
导电
不导电
熔融状态
不导电
不导电
导电
可导电
水溶液
有的可导电
—
—
可导电
2．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：
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杂化
B．石墨烯中平均每个六元碳环含有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
答案 D
解析 石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，故A错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，不破坏化学键，故C错误；石墨烯具有导电性，故D正确。
3．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是( )
A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱
B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大
C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电
D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
答案 C
解析 离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。
4．下列说法中正确的是( )
A．形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B．第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D．离子化合物中可能只含有非金属元素
答案 D
解析 形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引，也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥，A错误；氢是ⅠA族元素，与ⅦA族元素形成的化合物HX都是共价化合物，B错误；NaCl是离子化合物，SiO2是共价化合物，但前者的熔点较低，C错误；NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物，D正确。
5. 一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是( )
A．阳离子的配位数为8，化学式为AB
B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B
C．每个晶胞中含4个A
D．每个A周围有4个与它等距且最近的A
答案 C
解析 用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为8×＋6×＝4，阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B错误；每个A周围最近且等距离的A有12个(类似于干冰晶体)，D错误。
6．下表给出几种氯化物的熔点和沸点：
NaCl
AlCl3
SiCl4
熔点/℃
801
190
－70
沸点/℃
1413
180
57.57
有关表中所列三种氯化物的性质，以下叙述正确的是( )
①氯化铝在加热时能升华
②四氯化硅在晶态时属于分子晶体
③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合
④氯化铝晶体属于离子晶体
A．②③ B．③④
C．①② D．①②③④
答案 C
解析 由表格中的数据可知，AlCl3的沸点低于熔点，加热时能升华，故①正确；SiCl4的熔、沸点较低，在晶态时属于分子晶体，故②正确；NaCl的熔、沸点较高，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，故③错误；AlCl3的熔、沸点都较低，属于分子晶体，故④错误。
7. 氯化钠晶胞的结构示意图如图所示。已知氯化钠的密度为ρ g·cm－3，摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA mol－1，则在氯化钠晶胞中Na＋和Cl－的最小间距大约是( )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
答案 B
解析 1个氯化钠晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，每个晶胞的体积为×4 cm3，设氯化钠晶体里Na＋和Cl－的最小间距为x cm，所以可得(2x)3＝×4，解得x＝，即在氯化钠晶胞中Na＋和Cl－的最小间距大约是 cm。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
8．经X射线研究证明，PCl5在固体时，由空间结构分别是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固体是分子晶体
B．PCl5晶体由PCl和PCl构成，且离子数目之比为1∶1
C．PCl5晶体具有良好的导电性
D．PCl5晶体由PCl和PCl构成，且离子数目之比为1∶1
答案 D
解析 PCl5在固体时，由空间结构分别是正四面体和正八面体的两种离子构成，说明PCl5是离子晶体，A错误；正四面体为四配位、正八面体为六配位，B错误、D正确；固体中离子不能自由移动，没有导电性，C错误。
9．某些物质的熔点数据如下表，据此做出的下列判断中错误的是( )
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920 ℃
801 ℃
1291 ℃
190 ℃
BCl3
SO2
CO2
SiO2
－107 ℃
44.8 ℃
－57 ℃
1723 ℃
A．表中BCl3和CO2均是分子晶体
B．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
C．只要由金属元素和非金属元素形成的晶体就一定是离子晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
答案 C
解析 BCl3和CO2熔点较低，应属于分子晶体，A正确；C和Si属于同族元素，二者的氧化物分别属于分子晶体、共价晶体，B正确；AlCl3是由金属元素和非金属元素形成的分子晶体，C错误；C和S属于不同族元素，二者的氧化物均可形成分子晶体，D正确。
10．下列图像是从某些离子晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断下列图像属于NaCl晶体结构的是( )
答案 AD
解析 由于在氯化钠晶体中，每个钠离子周围同时吸引着最近的等距离的6个氯离子，同样每个氯离子周围同时吸引着最近的等距离的6个钠离子，图A符合条件，图D中选取其中一个离子，然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子，所以其配位数也是6，符合条件。
11．如图所示分别为四种物质对应的结构示意图，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．18 g冰中含O—H键数目为2NA
B．28 g晶体硅中含有Si—Si键数目为2NA
C．44 g干冰中含有NA个晶胞结构单元
D．石墨烯是碳原子单层片状新材料，12 g石墨烯中含C—C键数目为1.5NA
答案 C
解析 1个水分子中含有2个O—H键，18 g冰的物质的量为1 mol，含O—H键数目为2NA，故A正确；28 g硅晶体中含有1 mol硅原子，1个硅原子与另外4个硅原子形成4个Si—Si键，每个Si—Si键被2个Si原子共用，则每个硅原子占有的共价键数目为×4＝2，则1 mol单质硅含有2NA个Si—Si键，故B正确；1个干冰晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44 g干冰中含有晶胞结构单元个数为，故C错误；在石墨烯中，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子形成3个C—C键，每个C—C键被2个C原子共用，因此石墨烯中碳原子数与C—C键键数之比为2∶3，所以每个碳原子实际占有的化学键数目为1.5，12 g石墨烯所含C—C键数目为1.5NA，故D正确。
三、非选择题(本题共3小题)
12．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形式，它们互为__________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合型 (4)σ σ π
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。
(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。
(3)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，故形成的晶体为混合型晶体。
(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。
13. 如图所示为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：
(1)一个NaCl晶胞中有________个Na＋，有________个Cl－。
(2)一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为a cm，该温度下NaCl晶体的密度是______________。
(3)若NaCl晶体的密度为d g·cm－3，则NaCl晶体中Na＋与Na＋之间的最短距离是______________。
答案 (1)4 4 (2) g·cm－3
(3) cm
解析 (1)根据切割法可计算出每个氯化钠晶胞中含有4个Na＋、4个Cl－。
(2)根据密度计算公式可知ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
(3)当密度为d g·cm－3时，晶胞的边长为 cm，Na＋与Na＋之间的最短距离为晶胞面对角线长的，即 cm。
14．现有原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五种元素，其中X是原子半径最小的元素，Y原子在基态时其最外层电子数是其内层电子数的2倍，Q原子在基态时其2p能级上有2个未成对电子，W元素的原子中3d能级上有4个未成对电子。回答下列问题：
(1)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是________________________。
(2)元素W能形成多种配合物，如：W(CO)5等。
①基态W3＋的M层电子排布式为__________。
②W(CO)5在常温下呈液态，熔点为－20.5 ℃，沸点为103 ℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断W(CO)5晶体属于________(填晶体类型)晶体，该晶体中W的化合价为________。
(3)Q和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图所示，与一个阴离子距离最近且相等的所有阳离子为顶点构成的几何体为________。已知该晶胞的密度为
ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞边长为________cm。(用含ρ、NA的代数式表示)
答案 (1)NH3分子间存在氢键
(2)3s23p63d5 分子 0
(3)立方体
解析 原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五种元素，其中X是原子半径最小的元素，则X是H元素；Y原子在基态时其最外层电子数是其内层电子数的2倍，则Y是C元素；Q原子在基态时其2p能级上有2个未成对电子，原子序数大于碳，则Q为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；W元素的原子中3d能级上有4个未成对电子，价电子排布为3d64s2，则W为Fe元素。
(1)化合物ZX3是NH3，在氨分子之间除了存在范德华力外还存在氢键，使其沸点比分子间只有范德华力的化合物CH4高。
(2)①Fe原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能级上2个电子、3d能级上1个电子形成Fe3＋，基态Fe3＋的M层电子排布式为3s23p63d5。②W(CO)5在常温下呈液态，熔、沸点较低，易溶于非极性溶剂，所以据此可判断W(CO)5晶体属于分子晶体，在化合物中所有元素正负化合价的代数和为0。
(3)晶胞中白色球数目为8，灰色球数目为8×＋6×＝4，则白色球为钠离子、灰色球为氧离子，与一个氧离子距离最近且相等的钠离子有8个，形成立方体结构；根据均摊法可知，在一个晶胞中含Na＋的个数是8，含有O2－的个数是4，设晶胞边长为a cm，则＝ρ，整理可得a＝。
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