盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（07）-专题二第三讲 晶体结构与性质

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【复习目标】
1．能运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。
2．能说出晶体与非晶体的区别；能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律ce借助于分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等的微粒及其微粒间的相互作用力。
3．能从微粒的空间排布及其相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的简单安全进行分析，举例说明物质结构研究的应用价值。
【重点突破】
1．常见晶体的性质与结构的分析。
【真题再现】
例1．（1）（2023·江苏卷）钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构，其结构式可表示为 。
（2）（2022·江苏卷）FeS2具有良好半导体性能。FeS2的一种晶体与NaCl晶体的结构相似，该晶体的一个晶胞中Seq \\al(2-,2)的数目为_______，在FeS2晶体中，每个S原子与三个Fe2+紧邻，且Fe—S间距相等，如图给出了FeS2晶胞中的Fe2+和位于晶胞体心的Seq \\al(2-,2) （Seq \\al(2-,2)中的S—S键位于晶胞体对角线上，晶胞中的其他Seq \\al(2-,2)已省略)。如图中用“—”将其中一个S原子与紧邻的Fe2+连接起来_______。
（3）（2019·江苏卷）某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
eq \a\vs4\al(图1 FexNy晶胞结构示意图) eq \a\vs4\al(图2 转化过程的能量变化)
解析：（1）因为H4V4O12具有八元环结构，只能是V和O形成八元环，V连有五根共价键，故结构式为：；（2）因为FeS2的晶体与NaCl晶体的结构相似，由NaCl晶体结构可知，一个NaCl晶胞含有4个Na+和4个Cl-，则该FeS2晶体的一个晶胞中Seq \\al(2-,2)的数目也为4；FeS2晶体中，每个S原子与三个Fe2+紧邻，且Fe—S间距相等，根据FeS2晶胞中的Fe2+和Seq \\al(2-,2)的位置（Seq \\al(2-,2)中的S—S键位于晶胞体对角线上）可知，每个S原子与S—S键所在体对角线上距离最近的顶点相邻的三个面的三个面心位置的Fe2+紧邻且间距相等，其中一个S原子与紧邻的Fe2+连接图如下：。（3）能量越低越稳定，Cu代替a位置的Fe(顶点上的Fe)，晶胞中Cu个数为8×eq \f(1,8)＝1，Fe个数为6×eq \f(1,2)＝3，N位于体心，个数为1，化学式为Fe3CuN。
答案：（1） （2） （3）Fe3CuN
例2．（1）（2023·湖南卷）科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如下图所示，该立方晶胞参数（边长）为appm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是
A．晶体最简化学式为KCaB6C6
B．晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C．晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D．晶体的密度为
（2）（2022·湖南卷）钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图：
①该超导材料的最简化学式为_______；
②Fe原子的配位数为_______；
解析：（1）A项，根据晶胞结构可知，其中K个数：8×=1，其中Ca个数：1，其中B个数：12×=6，其中C个数：12×=6，故其最简化学式为KCaB6C6，正确；B项，根据晶胞结构可知，K+位于晶胞顶点，Ca2+位于体心，每个K+为8个晶胞共用，则晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个，正确；C项，根据晶胞结构可知，晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，错误；D项，根据选项A分析可知，该晶胞最简化学式为KCaB6C6，则1个晶胞质量为：，晶胞体积为a3×10-30cm3，则其密度为，正确。
（2）①由平面投影图可知，晶胞中位于顶点和体心的钾原子个数为8×+1=2，铁原子位于面心，原子个数为8×=4，位于棱上和体心的硒原子的个数为8×+2=4，则超导材料最简化学式为KFe2Se2；②由平面投影图可知，位于棱上的铁原子与位于面上的硒原子的距离最近，所以铁原子的配位数为4。
答案：（1）C
（2）① KFe2Se2 ② 4
【知能整合】
1．明确晶体类型的两种判断方法
（1）据各类晶体的概念判断，即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断。如由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
（2）据各类晶体的特征性质判断。如低熔、沸点的晶体属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体；熔、沸点很高、不导电、不溶于一般溶剂的晶体属于原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体属于金属晶体。
2．突破晶体熔、沸点高低的比较
3．晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法
熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目
A．NaCl(含4个Na＋，4个Cl－) B．干冰(含4个CO2)
C．CaF2(含4个Ca2＋，8个F－) D．金刚石(含8个C)
E．体心立方(含2个原子) F．面心立方(含4个原子)
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．（2023·南京一中期中）1771年化学家舍勒用曲颈瓶加热萤石和浓硫酸的混合物，发现玻璃瓶内壁被腐蚀，首次制得了氢氟酸，该反应的化学方程式为CaF2＋H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CaSO4＋2HF↑。下列说法正确的是
A．HF分子间可形成氢键，沸点高于HCl
B．CaF2的电子式是
C．CaSO4晶体是离子晶体，仅含离子键
D．H2SO4晶体属于共价晶体
2．（2023·辽宁卷）某种镁盐具有良好的电化学性能，其阴离子结构如下图所示。W、X、Y、Z、Q是核电荷数依次增大的短周期元素，W、Y原子序数之和等于Z，Y原子价电子数是Q原子价电子数的2倍。下列说法错误的是
A．W与X的化合物为极性分子B．第一电离能
C．Q的氧化物是两性氧化物D．该阴离子中含有配位键
3．（2023·通州模拟）海水中资源的综合利用有着重要意义。下列说法正确的是
A．基态溴原子(35Br)电子排布式为[Ar]4s24p5
B．NaCl晶胞(如图所示)中含有14个Na＋
C．在空气中灼烧MgCl2·6H2O可得到无水氯化镁
D．电解熔融氯化镁时，金属镁在阴极析出
4．（2023·山东卷）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．1ml(CF)x中含有2xml共价单键
5．（2023·苏锡常镇四市一调）硫及其化合物有着广泛的作用。硫元素具有多种化合价，在一定条件下能发生相互转化。不同温度下硫单质的状态和分子结构不同，S8环状分子的结构为。合理应用和处理含硫的化合物，在生产、生活中有重要意义。下列有关说法正确的是( )
A．SOeq \\al(2－,4)的空间结构为正四面体形
B．S8是共价晶体
C．SO2和SO3中的键角相等
D．H2S的沸点高于H2O
拓展训练
6．（2023·苏北七市一模）金红石型TiO2的晶胞结构如下图所示。在下图中用“○”圈出所有位于晶胞体内的原子。
7．（2023·盐城三模）氧化锌晶体的一种晶胞是如图3所示的立方晶胞，其中与Zn原子距离最近的Zn原子的数目为________，请在图4中画出该晶胞沿z轴方向的平面投影图。
8．（2023·浙江卷）氮的化合物种类繁多，应用广泛。
请回答：
（1）基态N原子的价层电子排布式是___________。
（2）与碳氢化合物类似，N、H两元素之间也可以形成氮烷、氮烯。
①下列说法不正确的是___________。
A．能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1
B．化学键中离子键成分的百分数：Mg3N2＞Ca3N2
C．最简单的氮烯分子式：N2H2
D．氮烷中N原子的杂化方式都是sp3
②氮和氢形成的无环氮多烯，设分子中氮原子数为n，双键数为m，其分子式通式为______。
③给出H+的能力：NH3 _______[CuNH3]2+（填“＞”或“＜”），理由是___________。
（3）某含氮化合物晶胞如图，其化学式为___________，每个阴离子团的配位数（紧邻的阳离子数）为___________。
9．金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(CO)5是锰的一种简单羰基配位化合物，其结构示意图如下。
回答问题：
（1）基态锰原子的核外电子排布式为 。
（2）配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(CO)5中锰原子的配位数为 ，配位原子是 。
（3）CO32–中碳原子的杂化轨道类型是 ，写出一种与具有相同空间结构的–1价无机酸根离子的化学式 。
（4）MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，如图所示。
MnS晶胞中与一个S2-相紧邻的Mn2+有 个，与S2-最近的且等距的S2-
有 个。
【随堂反馈】答案：
1．A 2．A 3．D 4．B 5．A
6．
7．12 A
8．（1）2s22p3
（2）①A
②NnHn+2−2m(m≤n/2，m为正整数)
③＜ [CuNH3]2+形成配位键后，由于Cu对电子的吸引，使得电子云向铜偏移，进一步使氮氢键的极性变大，故其更易断裂
（3）CaCN2 6
9．（1）[Ar]3d54s2
（2） 6 C、O
（3）sp2 NO3-
（4）6 12
【课后作业】
1．（2023·辽宁卷）在光照下，螺呲喃发生开、闭环转换而变色，过程如下。下列关于开、闭环螺呲喃说法正确的是
A．均有手性B．互为同分异构体
C．N原子杂化方式相同D．闭环螺吡喃亲水性更好
2．下列有关SO2、SO3、SOeq \\al(2－,3)和SOeq \\al(2－,4)的说法正确的是
A．SOeq \\al(2－,3)中S原子的杂化方式为sp3
B．SOeq \\al(2－,4)的空间构型为平面正方形
C．SO2晶体熔点高、硬度大
D．SO3分子是极性分子
3．关于用辉铜矿制备粗铜反应（）的相关说法正确的是
A．Cu+转化为基态Cu，得到的电子填充在3d轨道上
B．O2和SO2都是非极性分子
C．Cu2S晶胞中S2-位置如图：，则一个晶胞中含有8个Cu+
D．标准状况下，每有22.4L O2参与反应，转移电子4ml
4．用NaBH4进行“化学镀”镍，可以得到坚硬、耐腐蚀的保护层(3Ni3B+Ni)，反应的离子方程式为：20Ni2++16BH4-+34OH-+6H2O===2(3 Ni3B+ Ni)+10B(OH)4-+35H2↑，下列说法不正确的是
A．1ml B(OH)4-含有σ键的数目为4NA
B．BH4—的立体构型是正四面体形
C．B原子核外电子的运动状态和能量均相同
D．Ni的晶胞结构如图所示：，镍原子的配位数为12
5．（1）把粉碎的软锰矿粉与BaS溶液反应生成一种锰的氧化物，其晶胞结构如图1所示，该氧化物化学式为________。
（2）2LiFePO4的晶胞结构如下图所示，其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，其余为Li＋。每个晶胞中含有Li＋的数目为________。

6．铬铁合金作为钢的添加料生产多种具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能的特种钢，这类特种钢中含有碳、硅、氧、氮、磷等元素。
（1）基态Fe原子的价层电子排布式为____________。
（2）第二周期中第一电离能介于B与N之间的元素有________种。
（3）CNO－的空间结构为__________，C的杂化方式为____________。
（4）NH3分子在独立存在时H—N—H键角为107°。下图是[Zn(NH3)6]2＋的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成如图配合物后H—N—H键角变大的原因：__________________。
（5）有机铁肥[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3中不存在的化学键有________(填字母)。
A．离子键 B．金属键 C．配位键D．σ键 E．氢键
（6）和两种物质中，沸点更高的是______________。
（7）向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成红色，该反应中有时用Fe(SCN)3表示形成的配合物，经研究表明Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还能以其他个数比配合。
①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供__________，SCN－提供___________，二者通过配位键结合。
②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数之比1∶1配合，所得离子显红色，含该离子的配合物化学式是__________________。
7．金属元素Fe、Ni、Pt均为周期表中同族元素，该族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。
（1）Fe是常见的金属，生活中用途广泛。请回答下列问题：
①Fe在元素周期表中的位置为____________。
②已知：FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离最近且等距离的亚铁离子围成的立体构型为________。
（2）铂可与不同的配体形成多种配合物，分子式为[Pt(NH3)2Cl4]的配合物的配体是________；该配合物有两种不同的颜色，其中橙黄色比较不稳定，在水中的溶解度大；呈亮黄色的物质在水中的溶解度小，如下图所示的结构示意图中呈亮黄色的是______(填“A”或“B”)，理由是_____________________________________。
（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图。
储氢原理为：镧镍合金吸附H2，H2解离为原子，H原子储存在其中形成化合物。若储氢后，氢原子占据晶胞中上下底面的棱和面心，则形成的储氢化合物的化学式为____ ___。
（4）已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”(或大π键)。大π键可用πeq \\al(m,n)表示，其中m、n分别代表参与形成大π键的电子数和原子个数，如苯分子中大π键表示为πeq \\al(6,6)。下列微粒中存在“离域π键”的是________。
a．O3 b．SOeq \\al(2－,4) c．H2S d．NOeq \\al(－,3)
8．Ni、C均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液（含Ni2+、C2+、Al3+、Mg2+）中，利用氨浸工艺可提取Ni、C，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）活性MgO可与水反应，化学方程式为___________。
（2）(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al (OH)2CO3的明锐衍射峰。
①NH4Al (OH)2CO3属于___________（填“晶体”或“非晶体”）。
②(NH4)2CO3提高了Ni、C的浸取速率，其原因是___________。
（3）①“析晶”过程中通入的酸性气体A为___________。
②由CCl2可制备AlxCOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于C与O最小间距，x、y为整数，则C在晶胞中的位置为___________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为___________。
【课后作业】答案：
1．B 2．A 3．C 4．C
5．（1）MnO （2） 4
6．（1）3d64s2
（2）3
（3）直线形 sp
（4）NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2＋的空轨道形成配位键后，原孤电子对与成键电子对间的作用变为成键电子对间的排斥，排斥作用减弱
（5）B
（6）
（7）①空轨道 孤电子对 ②[Fe(SCN)]Cl2
7．（1）①第四周期Ⅷ族 ②正八面体形
（2）NH3、Cl－ A B和水均为极性分子，相似相溶，A为非极性分子在水中的溶解度小
（3）LaNi5H3
（4）ad
8．（1）MgO+H2O===Mg(OH)2
（2）①晶体
②减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
（3）①HCl ②体心 12