专题06 晶体结构与性质（一）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习

这是一份专题06 晶体结构与性质（一）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习，共18页。
1. 晶体与非晶体有什么区别？
晶体是指具有规则几何外形的固体。其结构特征是其内的原子或分子在主维空间的排布具有特定的周期性，即隔一定距离重复出现，重复的单位可以是单个原子或分子，也可以是多个分子或原子团，重复的单位必须具备3个条件，化学组成相同，空间结构(包括化学键)相同，化学环境和空间环境相同。晶体具有自范性（晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质）、各向异性（同一晶体构造中,在不同方向上质点的排列一般是不一样的,因此,晶体的性质也随方向的不同而有所差异）、对称性（晶体的外形和内部结构都具有特定的对称性。在外形上,常有相同的对称性。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复,这就是对称性）、均一性（晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的）、有固定的熔点、能使X-射线产生衍射等特点。
2.如何计算晶胞中的原子个数？晶体中A、B、C三种微粒的个数比是多少？
（1）通常可以用形状切割法来计算一个晶胞中实际拥有的微粒数,即将晶胞所在的平行六面体以顶点原子的中心为顶点,切割出平行六面体,计算切割到平行六面体中的原子个数。若晶胞三条边互相垂直,则顶点、棱、面心、体心原子分别有18、14、12、1属于晶胞;若晶胞三条边不互相垂直,则依据切割到晶胞中的部分计算,如二面角为60°的棱上原子有16属于晶胞,二面角为120°的棱上原子有13属于晶胞。
（2）晶体中A在立方体的顶角，A占有：8×eq \f(1,8)＝1个，B位于面心，B占有：6×eq \f(1,2)＝3个，C位于立方体的体心，C占有1个，由此推出A∶B∶C(个数比)＝1∶3∶1。
3.如何确定晶体的化学式？铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图，该氯化物的化学式是什么？
（1）晶体化学式的确定流程为：观察确认微粒种类→确定各微粒在晶体中的位置→用均摊法求各微粒数目→求各微粒数目的最简比→确定化学式。
（2）晶胞中灰球代表的微粒4个，白球代表的微粒6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4个，所以化学式为CuCl。
4.如何计算有关立方晶胞的密度？钙钛矿的晶体结构如图，若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm＝10－9m)，则该晶体的密度为多少？
(1)明确立方晶胞的棱长a与面对角线、体对角线的关系：面对角线＝eq \r(2)a、体对角线＝eq \r(3)a，掌握立方晶胞的密度ρ与晶胞内微粒数x之间的关系： a3·ρ＝eq \f(x,NA)·M。（2）该晶胞中含氧离子个数为12×eq \f(1,4)＝3，钙离子个数为1，钛离子个数为8×eq \f(1,8)＝1，故其个数比为3∶1∶1，则它的化学式可表示为CaTiO3。1 ml晶体的质量等于(a＋b＋3c)g，1 ml晶体的体积为d3×10－21×6.02×1023cm3，则其密度为ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(a＋b＋3cg,6.02×1023×d3×10－21cm3)＝eq \f(a＋b＋3c,602d3)g·cm－3。
5.如何判断分子晶体？
分子晶体是分子在分子间作用力的作用下形成的晶体，熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。从构成判断:构成微粒为分子(单原子分子、双原子分子、多原子分子)；从微粒间作用力判断:微粒间作用力为氢键或范德华力；从类别判断:共价化合物大多形成分子晶体,离子化合物不形成分子晶体；从性质判断:具有较低的熔、沸点,硬度,且液态时不导电。
6.冰晶体的结构如图,每个水分子周围有多少个水分子相连？干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有多少个CO2分子？
冰晶体中的每个水分子通过氢键与周围4个水分子相连,平均每个水分子形成2个氢键。干冰晶体中，8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子，每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。
7.如何比较分子晶体的熔、沸点大小？
少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点较高; 结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态；相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高；组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
8.如何判断原子晶体？
原子晶体是原子间以共价键相互结合形成的具有空间网状结构的晶体。原子晶体种类较少,记住常见的原子晶体即可,常见原子晶体:金刚石、晶体硅、碳化硅、晶体二氧化硅、氮化硅、单质硼等,其他原子晶体很少,可依据结构、性质判断。
9.含有共价键的晶体都是原子晶体吗？原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？
（1）原子晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是原子晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。（2）原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键有2 ml；SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 ml SiO2中含有4 ml Si—O键。
10.原子晶体与分子晶体有什么不同？
原子晶体与分子晶体构成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有小分子；相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。
11.如何比较原子晶体的熔、沸点大小？
原子晶体熔、沸点和硬度较高,分子晶体熔、沸点一般较低,原子晶体熔、沸点一般高于分子晶体,硬度大于分子晶体。对于结构相似的原子晶体,熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能，键长越短,键能越大,共价键越稳定,物质的熔、沸点越高。如熔、沸点:金刚石>碳化硅>晶体硅。
12. 如何判断原子晶体和分子晶体？
(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断：构成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，常在1 000℃以上；而分子晶体的熔点低，常在数百度以下甚至温度更低。
(3)依据晶体的导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。原子晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。
(4)依据晶体的硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。
13.金属键的强弱和对金属性质有什么影响？
金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合，金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键，这种键既没有方向性也没有饱和性。金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；反之金属键越强。金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。
14.如何用金属键解释金属晶体的性质？
金属不透明,具有金属光泽。固态金属中有“自由电子”,当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率的光并很快放出,使得金属不透明并具有金属光泽；金属有导电性。当把金属导线分别接到电源的正、负极时,有了电势差,“自由电子”就能沿着导线由负极向正极流动而形成电流,使金属表现出导电性；金属有导热性。当金属中有温度差时,不停运动着的“自由电子”通过它们与金属阳离子间的碰撞,把能量由高温处传向低温处,使金属表现出导热性；金属有延展性。大多数金属具有较好的延展性,这与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力时,晶体中的各离子层就会发生相对滑动,由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性,受到外力后相互作用没有被破坏,金属虽然发生了形变,但不会导致金属键断裂；金属导电的带电微粒是电子,离子晶体熔融或溶于水后导电的微粒是阳离子和阴离子;金属导电过程不生成新物质,属物理变化,而电解质溶液导电的同时要在阴、阳两极生成新物质,属于化学变化,故二者导电的本质是不同的。
15.纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大变化？
金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和硬度。
16．为什么金属晶体绝大多数采用密堆积方式？
组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
17.金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里),可有多少排列方式？哪一种空间利用率高?
金属原子在二维空间里有两种排列方式,一种是密置层排列（）,一种是非密置层排列（）。密置层排列的空间利用率高,原子的配位数为6,非密置层的配位数较密置层小,为4。
18. 金属晶体在三维空间里有几种基本堆积方式？
密置层一层一层地在三维空间堆积,会得到两种金属的最密堆积堆积方式，六方最密堆积（原子数为2，配位数为12，空间利用率74%）和面心立方最密堆积（原子数为4，配位数为6，空间利用率74%）；将非密置层一层一层地在三维空间里堆积有两种方式,简单立方（原子数为1，配位数为6，空间利用率52%）与体心立方（原子数为2，配位数为8，空间利用率68%）是两种最简单的堆积模型。简单立方、体心立方、六方、面心立方晶胞是原子堆积的基本模型,其他晶体(如离子晶体、分子晶体等)中的原子或离子也常采取这些堆积模型。
19.体心立方中哪些原子相互接触? 体心立方中为什么顶角原子不相互接触? 面心立方晶胞中哪些原子紧密接触?
体心原子与顶角原子相互接触；顶角原子间距(4r3)大于两原子半径之和(2r)；面心原子与顶角原子。
20.金属钠晶体为体心立方晶体(),实验测得钠的密度为ρ(g·cm-3),已知钠的相对原子质量为a,阿伏加德罗常数为NA(ml-1),假定金属钠原子为等径的刚性球且处于立方体对角线上的三个球相切,则钠原子的半径r(cm)为多少？
因为金属钠晶体为钾型,所以晶胞中含有的钠原子数为1+8×18=2,设晶胞边长为x,根据ρ=mV得,ρ=2aNAx3,所以x=32aNAρ,所以晶胞的体对角线长度为332aNAρ,则钠的原子半径r=34×32aNAρ。
21.铝单质晶体中原子之间相互位置关系的平面图如图（），若已知铝的原子半径为d,NA表示阿伏加德罗常数,铝的相对原子质量为M,该晶体的密度为多少？
由图甲可知每个晶胞中含有的铝原子数为8×18+6×12=4。由图丙可知晶胞的棱长为4d2=22d,若该晶胞的密度为ρ,则ρ×(22d)3=4NA×M,ρ=2M8d3NA。
22．石墨晶体（）不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？石墨晶体为什么具有导电性？
石墨晶体每一层由无数个正六边形构成，则平均每个正六边形所占有的碳原子数为2个，石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，C—C键的键长比金刚石中C—C键的键长短，键能大，所以石墨的熔、沸点高。石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个碳原子平面上运动，因此沿石墨平面的方向导电性强。
23.离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？
不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。
24.在NaCl和CsCl两种晶体中,阴、阳离子的个数比都是1∶1,都属于AB型离子晶体,为什么二者的配位数不同? CaF2晶体中,正、负离子的配位数相同吗？
在NaCl晶体中,正、负离子的半径比r+r-=0.525,在CsCl晶体中,r+r-=0.934,由于r+r-值的不同,结果使晶体中离子的配位数不同,其晶体结构不同。NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都是6,CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都是8，r+r-数值越大,离子的配位数越高。CaF2晶体中,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4,离子所带电荷越多,配位数越多。
25.晶格能与离子晶体的性质有什么关系？
因为晶格能的大小标志着离子晶体裂解成气态阴、阳离子的难易程度，反映着离子晶体中离子键的强弱，故它与离子晶体的性质有着密切联系。离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大；晶格能的大小影响岩浆晶析出的次序，晶格能越大，形成的晶体越稳定，岩浆中的矿物越容易结晶析出。
26. 如何判断晶体的类型？
（1）依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断：离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为范德华力或氢键‘金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键；
(2)依据物质的类别判断：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等；金属单质、合金是金属晶体；
（3）依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高；原子晶体熔点高；分子晶体熔点低；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的；
（4）依据导电性判断：离子晶体溶于水及熔融状态时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电；金属晶体是电的良导体；
（5）依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
27.如何判断物质的熔沸点高低？
（1）不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。
（2）同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。①离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO熔点高于 NaCl；②分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高；③原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低；④金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如ⅢA的Al， ⅡA的Mg，IA的Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。
【难点训练】
1．下列晶体分类中正确的一组是 ( )
2．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－形成正八面体
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，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
3．下列数据是对应物质的熔点表，有关的判断正确的是 ( )
A.只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体
B．在共价化合物分子中各原子都形成8电子结构
C．同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体
D．金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
4．下列各组物质的沸点，按由低到高顺序排列的是 ( )
A．NH3、CH4、NaCl、Na B．H2O、H2S、MgSO4、SO2
C．CH4、H2O、NaCl、SiO2 D．Li、Na、K、Rb、Cs
5．下面有关晶体的叙述中，不正确的是 ( )
A．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻且距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
6.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为( )
A．2∶3 B．2∶1 C．1∶3 D．3∶2
7.有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是( )
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
8.在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是( )
A．熔点比较：C60＜C70＜C90
B．C60、C70、管状碳和洋葱状碳之间的转化属于化学变化
C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个
D．C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与O2发生反应
9．已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为d g/cm3。下列说法中正确的是( )
A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1 B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4
C．该晶胞可能是NaCl的晶胞 D．该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为eq \r(3,\f(4M,NA·d))cm
10．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，则三种原子的原子个数比为( )
A．1∶3∶1 B．2∶1∶6 C．4∶8∶1 D．8∶12∶1
11．下列关于晶体的说法正确的组合是( )
①分子晶体中都存在共价键 ②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ④离子晶体中只有离子键没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键 ⑤CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4＋和12个O2－相紧邻
⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑦晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 ⑧氯化钠熔化时离子键被破坏
A．①②③⑥ B．①②④ C．③⑤⑦ D．③⑤⑧
12．硼化镁在39 K时呈超导性，成为人类对超导认识的里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼的相间排列，Ⅰ图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿Z轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据图示确定硼化镁的化学式为( )
A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．MgB6
13．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是 ( )
δ­Feeq \(,\s\up7(1 394 ℃))γ­Feeq \(,\s\up7(912 ℃))α­Fe
A．δ­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B．α­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个
C．若δ­Fe晶胞边长为a cm，α­Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3
D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同
14．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价，右图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列说法正确的是( )
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有14个K＋和13个Oeq \\al(－,2)
B．晶体中每个K＋周围有8个Oeq \\al(－,2)，每个Oeq \\al(－,2)周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个
D．晶体中，所有原子之间都是离子键
15.纳米材料的表面微粒数占总微粒数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面微粒数与总微粒数的比值为( )
A．7∶8 B．13∶14 C．25∶26 D．26∶27
16．回答下列问题：
(1)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为________，每个Ba2＋与________个O2－配位。
(2)X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶点，Z处于体心位置，则该晶体的组成为X∶Y∶Z＝________。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如I所示。该合金的化学式为________。
(4)葡萄糖与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅱ所示)，所包含的Cu原子数目为________；每个氧原子与________个铜原子配位。
(5)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅲ所示。每个晶胞中包含________个Rb2Se单元，其中Se2－周围与它距离最近且相等的Rb＋的离子数目为________。
(6)MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞结构如图Ⅳ所示，已知该晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积为________cm3(用a、NA表示，其中NA表示阿伏加德罗常数)。
17.目前市售LED铝片，材质基本以GaAs(砷化镓)、AlGaInP(磷化铝镓铟)、InGaN(氮化铟镓)为主。已知镓是铝同族下一周期的元素。砷化镓的晶胞结构如图。试回答：
(1)镓的基态原子的电子排布式是_____________________________________。
(2)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为________，与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为________。
(3)N、P、As处于同一主族，其氢化物沸点由高到低的顺序是________。(用氢化物分子式表示)
(4)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700 ℃时制得。(CH3)3Ga中镓原子的杂化方式为________。
(5)比较二者的第一电离能：As________Ga(填“”或“＝”)。
(6)下列说法正确的是________。
A．砷化镓晶胞结构与NaCl相同 B．GaP与GaAs互为等电子体
C．电负性：As>Ga D．砷化镓晶体中含有配位键
18. 利用工业废铁粉(主要成分为Fe3O4、Fe)与硫酸反应可制备硫酸盐。
(1) Fe2+基态核外电子排布式为 。
(2) FeSO4隔绝空气受热分解生成SO2、SO3、Fe2O3。SO2分子的空间构型为 ，其中S原子的杂化类型为 ，与SO3互为等电子体的离子与分子分别为 、 (填化学式)。
(3) 苯酚可以与Fe3+发生显色反应。1 ml苯酚中含有σ键的数目为 。
(4) Fe(CO)5与NH3在一定条件下可合成一种具有磁性的氮化铁。NH3分子中氮原子杂化轨道类型为 ；1 ml Fe(CO)5分子中含有σ键的数目为 。
（5）Fe3O4具有反尖晶石结构。某化合物MgxAlyOz与反尖晶石结构相仿，其结构如下图所示，它由下列A、B方块组成。该化合物的化学式为 。
19.C60、金刚石、石墨、二氧化碳和氯化铯的结构模型如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构):
(1)C60、金刚石和石墨三者互为 。
A.同分异构体 B.同素异形体 C.同系物 D.同位素
(2)固态时,C60属于 (填“原子”或“分子”)晶体,C60分子中含有碳碳双键的数目是 。
(3)晶体硅的结构跟金刚石相似,1 ml晶体硅中含有硅硅单键的数目约是 NA。
(4)石墨层状结构中,平均每个正六边形占有的碳原子数是 。
(5)观察CO2分子晶体结构的一部分,试说明每个CO2分子周围有 个与之紧邻且等距的CO2分子;该结构单元平均占有 个CO2分子。
(6)观察图形推测,CsCl晶体中离Cs+最近且距离相等的Cs+数目为 ,每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为 。
20.太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其材料除单晶硅,还有铜铟镓硒等化合物。
(1)镓的基态原子的电子排布式是 。
(2)硒为第4周期元素,相邻的元素有砷和溴,则三种元素的第一电离能从大到小的顺序为 (用元素符号表示)。
(3)气态SeO3分子的立体构型为 。
(4)硅烷(SinH2n+2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示,呈现这种变化关系的原因是 。
(5)与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性,其化合物往往具有加合性,因而硼酸(H3BO3)在水溶液中能与水反应生成[B(OH)4]-而体现一元弱酸的性质,则[B(OH)4]-中B原子的杂化类型为 。
(6) 金属Cu单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应,但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应生成铜氨配离子的溶液,则该反应的离子方程式为 。
(7) 一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积的结构。在晶胞中,Au原子位于顶点,Cu原子位于面心,则该合金中Au原子与Cu原子的个数之比为 ,若该晶胞的边长为a pm,则合金的密度为 g·cm-3(只要求列算式,不必计算出结果,设阿伏加德罗常数的值为NA)。
参考答案
1.C【解析】从构成晶体的粒子和微粒间的相互作用力去判断晶体的类型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是阴、阳离子间通过离子键相互结合成的离子晶体，纯H2SO4中无H＋，是分子晶体。Ar分子间以范德华力相互结合为分子晶体，石墨是混合晶体，水晶(SiO2)与金刚石是典型的原子晶体。硫的化学式用S表示，实际上是S8，气体时为S2，是以范德华力结合成的分子晶体。玻璃没有固定的熔点，加热时逐渐软化，为非晶体。
2.D【解析】CaF2晶体中，Ca2＋占据8个顶角，6个面心，故Ca2＋共8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个；金刚石晶体中，每个C原子与4个C原子相连，而碳碳键为2个碳原子共用，C原子与C—C键个数比为1∶2；由于是气态团簇分子，其分子式应为E4F4或F4E4。
3.D【解析】金属晶体中含有金属阳离子，但不属于离子晶体，A错；在含有H原子的共价分子中，H原子形成2个电子的稳定结构，B错；CO2和SiO2分别属于分子晶体和原子晶体，C错误；Na的熔点低于AlCl3，D正确。
4. C【解析】C项中SiO2是原子晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。选项D中的五种碱金属晶体，由于其金属键渐弱(金属阳离子电荷数相等，但半径增大)等原因，熔点依次降低。
5.解析：金刚石中由共价键构成的最小环状结构中有6个碳原子；NaCl晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－，每个Na＋周围紧邻12个Na＋；氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－，每个Cs＋周围紧邻6个Cs＋；干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子。答案：B
6.A【解析】每个碳原子被3个六边形共用，每条共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6×\f(1,3)))∶eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6×\f(1,2)))＝2∶3。
7. D【解析】本题的突破口在Y上，短周期元素形成的单质中，熔点高、硬度大的半导体材料是硅，由此可推知X、Z、W、M分别是Na、S、Cl和O元素。A项钠元素和氧元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物，不正确；B项因H2O分子间存在氢键，其相对分子质量最小，沸点却最高，不正确；C项，硅单质是原子晶体，硫单质和氯气是分子晶体，不正确；D项，氯气和臭氧都可以用作水处理中的消毒剂，正确。
8. D【解析】C60、C70、C90都属于分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，A正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于不同物质，它们之间的转化属于化学变化，B正确；在每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子与之相距eq \f(\r(2),2)a(其中a为立方体棱长)，就是每个面心上的C60分子，在X、Y、Z三个方向各有4个，所以为12个，C正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于碳单质，在点燃条件下都能在O2中燃烧，D错误。
9. C【解析】A项用均摊法分析，晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4；B项中阴、阳离子的配位数都是6；C项该晶胞为面心立方晶胞，符合NaCl晶胞的特征，根据氯化钠的晶胞结构图进行计算：设晶胞边长为a cm，则两个距离最近的阳离子的核间距离为eq \f(\r(2),2)a cm,4×M＝NA·a3cm3·d g/cm3，可求出a，进而求得核间距，D项错误。
10.A【解析】由于晶胞是最小的重复单元，晶胞向三维空间延伸就形成宏观的晶体，晶胞不是单独的晶体，因此在计算时常用“切割法”进行。在图中所示的晶胞中，X原子个数为8×eq \f(1,8)＝1，Y原子个数为12×eq \f(1,4)＝3，Z原子的个数为1，所以X、Y、Z三种原子的个数比为1∶3∶1。
11. D【解析】稀有气体的晶体内不含化学键；金属晶体中含阳离子和自由电子，无阴离子；离子晶体内可能有共价键；SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合；分子的稳定性由共价键的键能决定，与分子间作用力无关。
12.B【解析】由图Ⅰ中的平面结构可以找出最小的重复单元(如图Ⅱ所示)，有两种结构，在三角形结构中，每个镁原子为6个小三角形共用，故Mg∶B＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3×\f(1,6)))∶1＝1∶2；在六边形结构中，每个B原子为三个小六边形共用，故Mg∶B＝1∶eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6×\f(1,3)))＝1∶2，故化学式为MgB2。13.D【解析】由题图知，δ­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；α­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B项正确；一个δ­Fe晶胞占有2个铁原子，一个α­Fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为eq \f(2×56,a3)：eq \f(1×56,b3)＝2b3∶a3，C项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，D项错误。
14.D【解析】超氧化钾是离子化合物，阴、阳离子分别是Oeq \\al(－,2)和K＋，两者之间是离子键，而Oeq \\al(－,2)中O—O键为非极性共价键，D错误；每个晶胞中含有K＋的个数＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个，而Oeq \\al(－,2)的个数＝1＋12×eq \f(1,4)＝4个，A错误；从晶胞的结构可知，每个K＋的周围有6个Oeq \\al(－,2)，当然每个Oeq \\al(－,2)周围也有6个K＋，晶体中与每个K＋最近的K＋有12个，因此B错误，C正确。
15.D【解析】表面微粒数＝8＋6＋12＝26。总微粒数＝表面微粒数＋中心粒子数＝26＋1＝27。
16. (1)PbBaO3 12 (2)3∶1∶1 (3)LaNi5 (4)4 4 (5)4 8 (6)eq \f(52,aNA)
【解析】(1)每个晶胞含有Pb4＋：8×eq \f(1,8)＝1个，Ba2＋：1个，O2－：12×eq \f(1,4)＝3个，故化学式为PbBaO3。Ba2＋处于晶胞中心，只有1个，O2－处于晶胞棱边中心，共12个，故每个Ba2＋与12个O2－配位。(2)在晶胞中12条棱上有12个X，每个X被四个晶胞共用，平均分在每个晶胞中的X有3个。每个晶胞的8个顶角上有8个Y，每个Y被8个晶胞共用，平均分在每个晶胞中的Y只有1个，Z完全属于其中的一个晶胞，故该晶体的组成X∶Y∶Z＝3∶1∶1。(3)每个晶胞中含有La为8×eq \f(1,8)＝1个，Ni为1＋8×eq \f(1,2)＝5个，该合金的化学式为LaNi5。(4)图Ⅱ中每个晶胞中含有黑球代表的微粒为4个，白球代表的微粒为1＋8×eq \f(1,8)＝2个，由组成Cu2O知黑球代表Cu原子，白球代表氧原子，每个氧原子(白球)周围有4个Cu原子(黑球)。(5)每个晶胞中含有Rb＋8个，即白球8个，每个晶胞中含有Se2－：6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4(个)，即黑球4个，所以每个晶胞中含有4个Rb2Se单元，Se2－周围与它距离最近且相等的Rb＋的离子数目为8个。(6)先计算出晶胞的质量，再根据密度即可求出晶胞的体积。晶胞中含有MgH2微粒数为2个，晶胞的质量m＝eq \f(26,NA)×2＝eq \f(52,NA)(g)，由m＝ρV得V＝eq \f(m,ρ)＝eq \f(52,NAa)(cm3)。
17. (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1) (2)4 正四面体(3)NH3>AsH3>PH3(4)sp2 (5)> (6)BCD
【解析】(1)镓位于元素周期表中第四周期第ⅢA族，故其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1。根据“均摊法”：白色球个数为(6/2)＋(8/8)＝4。由晶胞图可知与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为正四面体。(3)由于NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点最高，由于AsH3的相对分子质量大于PH3，故AsH3的沸点高于PH3。(4)由于Ga原子周围只有3对成键电子对，故其杂化方式为sp2。(5)As和Ga处于同一周期，而处于ⅤA族的As外围电子处于半满的较稳定结构，故As的第一电离能大于Ga。(6)由题中晶胞图可知A显然是错误的。根据等电子体的概念可知选项B正确。根据电负性的概念可知选项C正确。由于Ga原子最外层只有3个电子，而每个Ga原子与4个As原子成键，因此其中一个共价键必为配位键，D正确。
18. (1) 1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)(2) V形 sp2杂化 N O3— (或C O32—) BF3(或COCl2)(3) 13 ml（4）sp3 10 ml (5) MgAl2O4
【解析】(1) Fe是26号元素，故Fe2+含有24个电子。(2) SO2分子中的S原子采用sp2杂化，S原子有一对孤对电子，分子成V形结构；SO3含有4个原子和24个价电子，故其等电子体有NO3—、C O32—等离子以及BF3、COCl2等分子。(3) 苯酚分子中的苯环中有6个碳碳σ键，苯环上的5个H原子分别与5个C原子形成5个碳氢σ键，与苯环相连的羟基O原子与C原子之间有1个碳氧σ键，羟基中含有1个氧氢σ键。（4）NH3分子中氮原子含有3个共价键和一个孤电子对，N原子轨道的杂化类型是sp3；Fe(CO)5分子中含5个配位键，配体CO内含有1个碳氧三键，所以1 ml Fe(CO)5分子中含有σ键的数目为10 ml。(5) A方块中Mg有1个位于中心、4个位于顶点，而O原子全部位于体内，故1个A中含有个Mg和4个O；B中Mg原子位于顶点，O原子和Al原子全部位于体内，故1个B中含有个Mg、4个O和4个Al，由化合物的结构可看出含有4个A和4个B，故该结构中含有Mg：×4=8个，含有O：(4+4)×4=32个，含有Al：4×4=16个，故化学式为MgAl2O4。
19. (1)B(2)分子;30(3)2(4)2(5)12;4(6)6;8
【解析】(1)所给三种物质均为只由碳元素组成的单质,故它们互为同素异形体。(2)C60中只含碳元素,且不具有向空间无限伸展的网状结构,所以为分子晶体;C60的分子中的总的价电子数为60×4=240,由图示可知已成键的价电子数为60×3,所以可形成的双键数为30。(3)由金刚石的结构模型可知,每个碳原子都与相邻的碳原子形成一个单键,故每个碳原子相当于形成(12×4)个单键,则1 ml硅中可形成2 ml硅硅单键。(4)石墨层状结构中每个碳原子为三个正六边形共有,即对每个六边形贡献13个碳原子,所以每个正六边形占有13×6=2(个)碳原子。(5)题给出CO2分子晶体的一部分。取任一顶角的CO2分子,则与之距离最近且等距的是共用该顶角的三个面面心上的CO2分子,共3个;而该顶角被8个同样晶胞共用,而面心上的分子被2个晶胞共用,这样符合题意的CO2分子有:3×82=12个;在此结构中,8个CO2分子处于顶角,为8个同样结构共用,6个CO2分子处于面心,为2个同样结构共用。所以,该结构单元平均占有的CO2分子数为8×18+6×12=4。(6)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、右的六个方位;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为8。
20. (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1{或[Ar]3d104s24p1}(2)Br>As>Se(3)平面三角形(4)硅烷的相对分子质量越大,分子间范德华力越强(或其他合理答案)(5)sp3
(6)Cu+H2O2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O (7)1∶3;197+64×3×1030a3NA
【解析】(1)镓是第四周期ⅢA族元素,其基态电子排布式为1s22s2p63s23p63d104s24p1。(2)同周期元素的第一电离能由左向右呈增大的趋势,根据洪特规则特例知,当某能级的电子排布处于全充满、半充满或全空时为稳定结构,ⅤA族元素的p能级处于半充满状态,其第一电离能比同周期的相邻元素高,因此第一电离能:Br>As>Se。(3)SeO3中Se为中心原子,O为配位原子,分子的价电子对数N=(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m)×12=(6+0)×12=3,因此中心原子采取的是sp2杂化,分子构型是平面三角形。(4)组成与结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。(5)根据价层电子对互斥理论判断,[B(OH)4]-的中心原子价层电子数为3+1+1×4=8,价电子对数为4,则B采取的是sp3杂化。(6)铜在过氧化氢溶液中被过氧化氢氧化为Cu2+,然后与氨水反应生成氢氧化铜,再与氨水反应形成铜氨络合离子,离子方程式为Cu+H2O2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。(7)Au原子位于顶点,其个数为8×18=1,Cu原子位于面心,其个数为6×12=3,即Au原子与Cu原子的个数比是1∶3,故1个晶胞含有1个AuCu3,晶胞质量=197+64×3NA g,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3,则密度ρ=mV=197+64×3×1030a3NA g·cm-3。固体
外观
微观结构
自范性
各向异性
熔点
晶体
具有规则的几何外形
原子在三维空间呈周期性有序排列
有
各向异性
固定
非晶体
不具有规则的几何外形
原子排列相对无序
没有
各向同性
不固定
本质区别
微观原子在三维空间是否呈现周期性有序排列
晶体类型
原子晶体
分子晶体
含义
相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体
只含分子的晶体
构成粒子
原子
分子
粒子间作用力
共价键
分子间作用力
熔点
很高
较低
硬度
很大
较小
溶解性
一般不溶于各种溶剂
部分溶于水
导电性
不导电，个别为半导体
不导电，部分水溶液导电
熔化时破坏的作用力
破坏共价键
破坏分子间作用力
举例
金刚石、二氧化硅等
冰、干冰等
离子晶体
原子晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
Na2O
Na
AlF3
AlCl3
Al2O3
BCl3
CO2
SiO2
920℃
97.8℃
1 291℃
190℃
2 073℃
－107℃
－57℃
1 723℃