还剩52页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套新教材(广西专版)高考化学一轮复习课时教学课件
成套系列资料，整套一键下载
新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第5讲晶体结构与性质课件
展开
这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第5讲晶体结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，课程标准，①金刚石，②二氧化硅，三棱柱，六棱柱等内容，欢迎下载使用。
1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。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。4.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。5.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能获得特殊的材料。
一、物质的聚集状态与晶体的常识1.物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化 物理变化、分子间距离发生变化
(2)等离子体和离子液体 气态和液体物质不一定都由分子构成等离子体是由 电子 、阳离子和 电中性 粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。离子液体是熔点不高的仅由 离子 组成的液体物质。
2.晶体与非晶体(1)得到晶体的三条途径
(2)晶体与非晶体的比较
(3)晶胞①定义:描述晶体结构的 基本单元 。 ②晶体中晶胞的排列——“无隙并置”
应用提升 列表比较等离子体、液晶和离子液体
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)冰和碘固体都是晶体,内部存在的相互作用力完全相同。( × )(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。( √ )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块,说明晶体具有自范性。( √ )(4)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。( √ )
二、晶体类型与微粒间作用力1.四种晶体类型的比较
2.金属键的本质——“电子气理论”
3.典型晶体的结构及分析(1)共价晶体
金刚石晶体中,每个C与另外 4 个C形成共价键,C—C之间的夹角是109°28',最小的环是 六 元环。含有1 ml碳的金刚石中,形成的共价键为 2 ml。
a.Si原子采取sp3杂化,正四面体内O—Si—O键角为109°28'。b.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,晶体中Si原子与O原子个数比为 1:2 。
c.最小环上有 12 个原子,包括 6 个O原子和 6 个Si原子。 d.设NA为阿伏加德罗常数的值,则1 ml SiO2晶体中含Si—O数目为 4NA 。 e.SiO2晶胞中有 8 个Si原子位于立方晶胞的顶点,有 6 个Si原子位于立方晶胞的面心,还有 4 个Si原子与 16 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 8 个Si原子和 16 个O原子。
(2)分子晶体①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 12 个。 ②冰的结构模型中,每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接,含1 ml H2O的冰中,最多可形成 2NA ml氢键。
(3)离子晶体①NaCl型:在晶体中,每个Na+同时吸引 6 个Cl-,每个Cl-同时吸引 6 个Na+,配位数为 6 。每个晶胞含 4 个Na+和 4 个Cl-。 ②CsCl型:在晶体中,每个Cl-吸引 8 个Cs+,每个Cs+吸引 8 个Cl-,配位数为 8 。
(4)混合型晶体—石墨晶体
石墨晶体结构石墨层状晶体中,每个碳原子的配位数为 3 ,有1个未参与杂化的2p轨道,该轨道垂直于碳原子平面,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 2 ;石墨的导电性只能沿着 石墨平面 的方向。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。( × )(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。( × )(3)共价晶体的熔点不一定比离子晶体的高,如MgO的熔点高于SiO2。( √ )(4)CO2由分子晶体转变为共价晶体,碳原子的杂化方式发生变化。( √ )(5)NaCl晶体和CsCl晶体的结构相似,配位数均为6。( × )(6)金刚石晶体中,最小环上有6个原子。( √ )
(7)熔点:金刚石>碳化硅>硅,其原因是键能和键长:C—C>C—Si>Si—Si。( × )(8)金刚石受较大外力作用会发生原子错位而破碎,与共价键的方向性有关。( √ )(9)高温、高压、催化剂条件下,石墨转化为金刚石,碳原子的杂化方式由sp2转变为sp3。( √ )
应用提升 共价晶体的硬度和熔点及影响因素(1)共价晶体的硬度、熔点都与共价键的强弱有关,一般来说,共价键的键长越短、键能越大,共价晶体的硬度越大,熔点越高。(2)分析思路:原子半径越小→键长越短→键能越大→共价键越强→共价晶体的熔点越高、硬度越大。
考向1.晶体类型的判断典例突破下列各组物质的晶体类型相同的是( ) A.SiO2和SO3B.I2和NaClC.Cu和AgD.SiC和MgO
答案 C解析 SiO2的晶体类型为共价晶体,SO3的晶体类型为分子晶体,晶体类型不同,A错误;I2的晶体类型为分子晶体,NaCl的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,B错误;Cu和Ag的晶体类型都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC的晶体类型为共价晶体,MgO的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,D错误。
针对训练1.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型。(1)碳化铝,黄色晶体,熔点2 200 ℃,熔融态不导电: 。 (2)溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,熔融态不导电: 。 (3)五氟化矾,无色晶体,熔点19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等: 。(4)溴化钾,无色晶体,熔融状态或溶于水中都能导电: 。 (5)SiI4,熔点120.5 ℃,沸点287.4 ℃,易水解: 。 (6)硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大: 。 (7)硒,熔点217 ℃,沸点685 ℃,溶于氯仿: 。 (8)锑,熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,导电: 。
答案 (1)共价晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体 (4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)共价晶体 (7)分子晶体 (8)金属晶体解析 共价晶体和离子晶体的熔点一般较高,两者最大的差异是熔融态的导电性不同。共价晶体熔融态不导电,离子晶体熔融时或其水溶液能导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般共价晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于某些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。通常金属晶体都能导电。
2.(1)(2023全国甲卷,节选)图中所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于共价晶体的是 ,C60间的作用力是 。
(2)(2023山东卷,节选)-40 ℃时,F2与冰反应生成HOF利HF。常温常压下,HOF为无色气体,固态HOF的晶体类型为 ,HOF水解反应的产物为 (填化学式)。
答案 (1)同素异形体 金刚石 范德华力 (2)分子晶体 HF、H2O2解析 (1)金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是由碳元素形成的单质,它们互称为同素异形体。金刚石中每个C原子处于其他4个C原子构成的正四面体的中心,向周围无限延伸,形成空间立体网状结构,为共价晶体。C60为分子晶体,微粒间作用力为范德华力。(2)依据HOF在常温常压下为无色气体,可判断固态HOF为分子晶体。因为F2+H2O(冰) HOF+HF,可知产物中氧元素为0价,氟元素均为-1价,则HOF水解反应为HOF+H2O === HF+H2O2,故水解产物为HF和H2O2。
归纳总结判断晶体类型的“两种”常用方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体;由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体;由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,铯等熔点很低。
考向2.晶体的熔、沸点比较及原因分析典例突破(1) OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是 。 (2) 硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域,晶体硅和碳化硅熔点较高的是 (填化学式)。 (3) H2Se、CH4、H2O的沸点由高到低的顺序为 。
答案 (1)低于 OF2相对分子质量小,分子间作用力小 (2)SiC (3)H2O>H2Se>CH4解析 (1)OF2和Cl2O的晶体都是分子晶体,范德华力影响其熔、沸点,而相对分子质量越大,范德华力越强,其熔、沸点越高。(2)晶体硅和碳化硅都是共价晶体,硅原子半径大于碳原子的,则键长:Si—Si>Si—C,键能:Si—SiH2Se>CH4。
针对训练1. 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1对成对电子。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.该晶体属于共价晶体B.X2+的配位数为8,Y2-的配位数为4C.与每个X2+距离最近且相等的X2+共有12个D.该晶体的熔点比氧化锌高
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=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1对成对电子,说明3p轨道上有4个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,则Y是S元素,则晶体的化学式为ZnS。ZnS含有Zn2+和S2-,属于离子晶体,A错误;晶体的化学式为ZnS,Y2-的配位数为4,则X2+的配位数也为4,B错误;由晶胞可知,与每个X2+距离最近的X2+有12个,C正确;离子晶体ZnO的离子键比ZnS的离子键强,则ZnO的熔点比ZnS高,D错误。
2.(1) Fe、C、Ni是三种重要的金属元素。三种元素二价氧化物的晶体类型相同,其熔点由高到低的顺序为 。 (2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是 。
(4)NaF的熔点 (填“>”“=”或“<”) 的熔点,其原因是 。
(3)①K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔、沸点等都比金属Cr低,原因是 。 ②在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 ══ CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
答案 (1)NiO>CO>FeO(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高(3)①K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱②H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键数目比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,分子间作用力较大(4)> NaF中Na+、F-的电荷数与 中阳、阴离子的电荷数相同,但Na+、F-的半径小,因此NaF的离子键强,熔点高
解析 (1)三种元素二价氧化物的晶体类型相同,离子半径Fe2+>C2+>Ni2+,离子键按FeO、CO、NiO的顺序依次增强,而离子键越强,离子晶体的熔点越高,故其熔点由高到低的顺序为NiO>CO>FeO。(2)根据题表数据,可以得出TiF4的熔点最高,其晶体类型应该为离子晶体,其他三种卤化物晶体类型应该为分子晶体,根据影响晶体熔点的因素,离子键强度大于分子间作用力,所以TiF4熔点最高,其他三种卤化物随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高。
归纳总结不同晶体熔点高低的比较(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔点比较思路(逆向思维)
考向1.计算晶胞中粒子数及晶体的密度典例突破
理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种物质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 。
(2)图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb= 。
(3)设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为 g·cm-3(列出算式)。
答案 (1)图b不具有“无隙并置”的特点(2)4 1∶1∶2 (3) ×1021解析 (1)对比图b和图c可知,图b不符合晶胞是晶体的最小重复单元的要求。(2)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为对象,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,同时右侧晶胞中有2个Sb与该Hg距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb原子均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶点、面上、体心,则1个晶胞中含有Ge的个数为 ;Hg原子位于棱心、面上,则1个晶胞中含有Hg的个数为 ,则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。
针对训练1.一种钛硅碳新型材料可用作高铁车体与供电网的连接材料。该材料的晶胞属于六方晶系(x、y方向的夹角为120°,z方向垂直于x、y方向,底面棱长均为a nm,侧面棱长为c nm),其晶胞结构如图甲所示;晶胞中碳原子的投影位置如图乙所示。
(1)该钛硅碳新型材料的化学式为 。 (2)已知该材料的摩尔质量为M g·ml-1,密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则c= (用含a、d、NA、M的计算式表示)。
2.下图是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 原子(填元素符号),该化合物的化学式为 。 (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)。
3.(2023全国甲卷,节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图a所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为______ 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图b所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
图a Al2Cl6的分子结构
图b AlF3的晶体结构
解析 Al2Cl6中Al形成4条σ键(其中一条由Cl提供孤电子对形成配位键),Al为sp3杂化。AlF3的熔点高,应为离子晶体,铝氟之间的化学键为离子键。Al3+与F-具有相同的电子层结构,F-的半径大于Al3+的半径,故F-处于晶胞的棱心,则F-的配位数是2。根据均摊法,每个AlF3晶胞中含有Al3+的个数为
归纳总结 利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算:
(2)“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算:
(3)确定晶体的化学式
(4)计算晶体的密度
考向2.晶胞参数的有关计算典例突破(2023湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法错误的是( )
A.LaH2晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼
答案 C解析 LaH2中顶点La和面心La的配位数都是8,A正确;LaH2的晶胞边长大于LaHx,且LaHx中的每个H结合4个H形成类似甲烷的结构,导致氢原子密度大,距离近,故晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHx,B正确;LaHx中共有40个氢原子,其中一部分H在形成的闭合多面体笼的内部,因此H形成的闭合多面体笼的顶点数小于40,C错误;每个LaHx晶胞中有40个氢原子,晶胞体积为(4.84×10-8)3 cm3,故LaHx单位体积中含氢质量为
针对训练1.(2023浙江卷,节选)氮的化合物种类繁多,应用广泛。
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 。
答案 CaCN2 6解析 Ca2+个数为 ,则其化学式为CaCN2;以夹角为60°的侧棱上的CN2-为例,该CN2-周围紧邻的有6个晶胞,其中的3个晶胞中各有1个Ca2+位于该CN2-的上面,另3个晶胞中各有1个Ca2+位于该CN2-的下面,与该CN2-距离最近的Ca2+有6个,即每个阴离子团的配位数为6。
2.As与C形成的某种化合物的晶胞如图a所示,其中部分晶胞中As的位置如图b所示。
(1)该化合物的化学式为 。 (2)若化合物的摩尔质量为M g·ml-1,密度为ρ g·cm-3。C和As的原子半径分别为r1 pm和r2 pm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 (列出表达式即可)。
归纳总结计算原子的空间利用率
坐标参数、晶胞投影图的分析与应用
考向1确定原子的分数坐标例1.(1) XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 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 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
(2) 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位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。
解析 (2)坐标原点是黑球Cd(0,0,0),又知晶体的化学式为CdSnAs2,结合晶胞结构推知,Sn是白球,As是灰球。有4个Sn位于棱上(折合为1个),另外有6个Sn位于面上(折合为3个),共4个Sn。距离Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,分数坐标分别为(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)。观察图中白球和灰球的关系,可知与单个Sn结合的As有4个。(2)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
突破方法“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标
以金刚石晶胞为例,晶胞内部有4个原子。(1)明确晶胞内部四个原子的相对位置关系
(2)明确“左”“右”“前”“后”“上”“下”的含义
(3)写出各原子的坐标参数①图中O为坐标原点,坐标参数为O(0,0,0)。
针对训练1.(2023广西百色模拟)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位置,称作原子分数坐标,例如图中原子1的坐标为 ,则原子2和3的坐标分别为 、 。
2.(1)ZnGeP2晶胞结构如图所示。①Ge的配位数为 ,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于 。 ②原子的分数坐标,即将晶胞参数a、b、c均看作“1”所得出的三维空间坐标,则晶胞图中“2”位置的P原子的分数坐标为 。
(2)硒化锌晶胞结构如图所示,其晶胞参数为a pm。
①相邻的Se2-与Zn2+之间的距离为 pm。 ②已知原子的坐标:A点为(0,0,0),B点为(1,1,1),则C原子的坐标为 。
考向2晶胞投影图的分析及应用例2.分别用 、 表示 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 、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:
(1)若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。
(2)晶胞在x轴方向的投影图为 (填字母)。
突破方法分析晶胞投影图的方法分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向、体对角线方向的投影图,确定晶胞中各粒子的具体位置。(1)金刚石晶胞模型投影图
x、y平面上的投影图:
(2)沿体对角线投影(以体心立方和面心立方为例)①体心立方堆积
针对训练3.(1)(2022湖南卷,节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为 ; ②Fe原子的配位数为 ; ③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3 (列出计算式)。
(2)(2022广东卷,节选)我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图1,沿x、y、z轴方向的投影均为图2。
①X的化学式为 。 ②设X的最简式的相对分子质量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。
1.(2023北京卷)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
答案 A解析 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。
2.(2023湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,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KCaB6C6B.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
解析 根据“均摊法”,Ca2+位于晶胞体心,有1×1=1个,K+位于晶胞的8个顶点,有8× =1个,C、B均位于晶胞的面上,每个面上有2个C、2个B、故C、B原子个数均为12× =6个,该晶体最简化学式为KCaB6C6,A项正确;K+位于立方晶胞的顶点,与之距离最近的Ca2+位于晶胞的体心,共有8个,B项正确;晶胞中由2个B和2个C构成的四边形位于面上,共有6个,由3个B和3个C构成的六边形共有8个,共14个面,C项错误;晶体摩尔质量为(39+40+6×11+6×12) g·ml-1=217 g·ml-1,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3 =a3×10-30 cm3,故晶体密度为 g·cm-3,D项正确。
3.(2023广东卷,节选)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 。
答案 体心 12解析 x、y为整数,根据题图信息可知,C、Al都只有一个原子,而氧原子有3个,Al与O最小间距大于C与O最小间距,则Al在顶点,因此C在晶胞中的位置为体心;以顶点Al分析,面心的氧原子一个横截面有4个,三个横截面共12个,因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。
4.(2023全国乙卷,节选)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于立方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如图所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 ,B—B最近距离为 。
5.(2023山东卷,节选)一定条件下,CuCl2、K与F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2价。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。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。4.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。5.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能获得特殊的材料。
一、物质的聚集状态与晶体的常识1.物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化 物理变化、分子间距离发生变化
(2)等离子体和离子液体 气态和液体物质不一定都由分子构成等离子体是由 电子 、阳离子和 电中性 粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。离子液体是熔点不高的仅由 离子 组成的液体物质。
2.晶体与非晶体(1)得到晶体的三条途径
(2)晶体与非晶体的比较
(3)晶胞①定义:描述晶体结构的 基本单元 。 ②晶体中晶胞的排列——“无隙并置”
应用提升 列表比较等离子体、液晶和离子液体
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)冰和碘固体都是晶体,内部存在的相互作用力完全相同。( × )(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。( √ )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块,说明晶体具有自范性。( √ )(4)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。( √ )
二、晶体类型与微粒间作用力1.四种晶体类型的比较
2.金属键的本质——“电子气理论”
3.典型晶体的结构及分析(1)共价晶体
金刚石晶体中,每个C与另外 4 个C形成共价键,C—C之间的夹角是109°28',最小的环是 六 元环。含有1 ml碳的金刚石中,形成的共价键为 2 ml。
a.Si原子采取sp3杂化,正四面体内O—Si—O键角为109°28'。b.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,晶体中Si原子与O原子个数比为 1:2 。
c.最小环上有 12 个原子,包括 6 个O原子和 6 个Si原子。 d.设NA为阿伏加德罗常数的值,则1 ml SiO2晶体中含Si—O数目为 4NA 。 e.SiO2晶胞中有 8 个Si原子位于立方晶胞的顶点,有 6 个Si原子位于立方晶胞的面心,还有 4 个Si原子与 16 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 8 个Si原子和 16 个O原子。
(2)分子晶体①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 12 个。 ②冰的结构模型中,每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接,含1 ml H2O的冰中,最多可形成 2NA ml氢键。
(3)离子晶体①NaCl型:在晶体中,每个Na+同时吸引 6 个Cl-,每个Cl-同时吸引 6 个Na+,配位数为 6 。每个晶胞含 4 个Na+和 4 个Cl-。 ②CsCl型:在晶体中,每个Cl-吸引 8 个Cs+,每个Cs+吸引 8 个Cl-,配位数为 8 。
(4)混合型晶体—石墨晶体
石墨晶体结构石墨层状晶体中,每个碳原子的配位数为 3 ,有1个未参与杂化的2p轨道,该轨道垂直于碳原子平面,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 2 ;石墨的导电性只能沿着 石墨平面 的方向。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。( × )(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。( × )(3)共价晶体的熔点不一定比离子晶体的高,如MgO的熔点高于SiO2。( √ )(4)CO2由分子晶体转变为共价晶体,碳原子的杂化方式发生变化。( √ )(5)NaCl晶体和CsCl晶体的结构相似,配位数均为6。( × )(6)金刚石晶体中,最小环上有6个原子。( √ )
(7)熔点:金刚石>碳化硅>硅,其原因是键能和键长:C—C>C—Si>Si—Si。( × )(8)金刚石受较大外力作用会发生原子错位而破碎,与共价键的方向性有关。( √ )(9)高温、高压、催化剂条件下,石墨转化为金刚石,碳原子的杂化方式由sp2转变为sp3。( √ )
应用提升 共价晶体的硬度和熔点及影响因素(1)共价晶体的硬度、熔点都与共价键的强弱有关,一般来说,共价键的键长越短、键能越大,共价晶体的硬度越大,熔点越高。(2)分析思路:原子半径越小→键长越短→键能越大→共价键越强→共价晶体的熔点越高、硬度越大。
考向1.晶体类型的判断典例突破下列各组物质的晶体类型相同的是( ) A.SiO2和SO3B.I2和NaClC.Cu和AgD.SiC和MgO
答案 C解析 SiO2的晶体类型为共价晶体,SO3的晶体类型为分子晶体,晶体类型不同,A错误;I2的晶体类型为分子晶体,NaCl的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,B错误;Cu和Ag的晶体类型都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC的晶体类型为共价晶体,MgO的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,D错误。
针对训练1.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型。(1)碳化铝,黄色晶体,熔点2 200 ℃,熔融态不导电: 。 (2)溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,熔融态不导电: 。 (3)五氟化矾,无色晶体,熔点19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等: 。(4)溴化钾,无色晶体,熔融状态或溶于水中都能导电: 。 (5)SiI4,熔点120.5 ℃,沸点287.4 ℃,易水解: 。 (6)硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大: 。 (7)硒,熔点217 ℃,沸点685 ℃,溶于氯仿: 。 (8)锑,熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,导电: 。
答案 (1)共价晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体 (4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)共价晶体 (7)分子晶体 (8)金属晶体解析 共价晶体和离子晶体的熔点一般较高,两者最大的差异是熔融态的导电性不同。共价晶体熔融态不导电,离子晶体熔融时或其水溶液能导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般共价晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于某些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。通常金属晶体都能导电。
2.(1)(2023全国甲卷,节选)图中所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于共价晶体的是 ,C60间的作用力是 。
(2)(2023山东卷,节选)-40 ℃时,F2与冰反应生成HOF利HF。常温常压下,HOF为无色气体,固态HOF的晶体类型为 ,HOF水解反应的产物为 (填化学式)。
答案 (1)同素异形体 金刚石 范德华力 (2)分子晶体 HF、H2O2解析 (1)金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是由碳元素形成的单质,它们互称为同素异形体。金刚石中每个C原子处于其他4个C原子构成的正四面体的中心,向周围无限延伸,形成空间立体网状结构,为共价晶体。C60为分子晶体,微粒间作用力为范德华力。(2)依据HOF在常温常压下为无色气体,可判断固态HOF为分子晶体。因为F2+H2O(冰) HOF+HF,可知产物中氧元素为0价,氟元素均为-1价,则HOF水解反应为HOF+H2O === HF+H2O2,故水解产物为HF和H2O2。
归纳总结判断晶体类型的“两种”常用方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体;由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体;由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,铯等熔点很低。
考向2.晶体的熔、沸点比较及原因分析典例突破(1) OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是 。 (2) 硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域,晶体硅和碳化硅熔点较高的是 (填化学式)。 (3) H2Se、CH4、H2O的沸点由高到低的顺序为 。
答案 (1)低于 OF2相对分子质量小,分子间作用力小 (2)SiC (3)H2O>H2Se>CH4解析 (1)OF2和Cl2O的晶体都是分子晶体,范德华力影响其熔、沸点,而相对分子质量越大,范德华力越强,其熔、沸点越高。(2)晶体硅和碳化硅都是共价晶体,硅原子半径大于碳原子的,则键长:Si—Si>Si—C,键能:Si—Si
针对训练1. 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1对成对电子。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.该晶体属于共价晶体B.X2+的配位数为8,Y2-的配位数为4C.与每个X2+距离最近且相等的X2+共有12个D.该晶体的熔点比氧化锌高
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=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1对成对电子,说明3p轨道上有4个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,则Y是S元素,则晶体的化学式为ZnS。ZnS含有Zn2+和S2-,属于离子晶体,A错误;晶体的化学式为ZnS,Y2-的配位数为4,则X2+的配位数也为4,B错误;由晶胞可知,与每个X2+距离最近的X2+有12个,C正确;离子晶体ZnO的离子键比ZnS的离子键强,则ZnO的熔点比ZnS高,D错误。
2.(1) Fe、C、Ni是三种重要的金属元素。三种元素二价氧化物的晶体类型相同,其熔点由高到低的顺序为 。 (2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是 。
(4)NaF的熔点 (填“>”“=”或“<”) 的熔点,其原因是 。
(3)①K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔、沸点等都比金属Cr低,原因是 。 ②在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 ══ CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
答案 (1)NiO>CO>FeO(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高(3)①K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱②H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键数目比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,分子间作用力较大(4)> NaF中Na+、F-的电荷数与 中阳、阴离子的电荷数相同,但Na+、F-的半径小,因此NaF的离子键强,熔点高
解析 (1)三种元素二价氧化物的晶体类型相同,离子半径Fe2+>C2+>Ni2+,离子键按FeO、CO、NiO的顺序依次增强,而离子键越强,离子晶体的熔点越高,故其熔点由高到低的顺序为NiO>CO>FeO。(2)根据题表数据,可以得出TiF4的熔点最高,其晶体类型应该为离子晶体,其他三种卤化物晶体类型应该为分子晶体,根据影响晶体熔点的因素,离子键强度大于分子间作用力,所以TiF4熔点最高,其他三种卤化物随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高。
归纳总结不同晶体熔点高低的比较(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔点比较思路(逆向思维)
考向1.计算晶胞中粒子数及晶体的密度典例突破
理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种物质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 。
(2)图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb= 。
(3)设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为 g·cm-3(列出算式)。
答案 (1)图b不具有“无隙并置”的特点(2)4 1∶1∶2 (3) ×1021解析 (1)对比图b和图c可知,图b不符合晶胞是晶体的最小重复单元的要求。(2)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为对象,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,同时右侧晶胞中有2个Sb与该Hg距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb原子均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶点、面上、体心,则1个晶胞中含有Ge的个数为 ;Hg原子位于棱心、面上,则1个晶胞中含有Hg的个数为 ,则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。
针对训练1.一种钛硅碳新型材料可用作高铁车体与供电网的连接材料。该材料的晶胞属于六方晶系(x、y方向的夹角为120°,z方向垂直于x、y方向,底面棱长均为a nm,侧面棱长为c nm),其晶胞结构如图甲所示;晶胞中碳原子的投影位置如图乙所示。
(1)该钛硅碳新型材料的化学式为 。 (2)已知该材料的摩尔质量为M g·ml-1,密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则c= (用含a、d、NA、M的计算式表示)。
2.下图是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 原子(填元素符号),该化合物的化学式为 。 (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)。
3.(2023全国甲卷,节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图a所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为______ 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图b所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
图a Al2Cl6的分子结构
图b AlF3的晶体结构
解析 Al2Cl6中Al形成4条σ键(其中一条由Cl提供孤电子对形成配位键),Al为sp3杂化。AlF3的熔点高,应为离子晶体,铝氟之间的化学键为离子键。Al3+与F-具有相同的电子层结构,F-的半径大于Al3+的半径,故F-处于晶胞的棱心,则F-的配位数是2。根据均摊法,每个AlF3晶胞中含有Al3+的个数为
归纳总结 利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算:
(2)“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算:
(3)确定晶体的化学式
(4)计算晶体的密度
考向2.晶胞参数的有关计算典例突破(2023湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法错误的是( )
A.LaH2晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼
答案 C解析 LaH2中顶点La和面心La的配位数都是8,A正确;LaH2的晶胞边长大于LaHx,且LaHx中的每个H结合4个H形成类似甲烷的结构,导致氢原子密度大,距离近,故晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHx,B正确;LaHx中共有40个氢原子,其中一部分H在形成的闭合多面体笼的内部,因此H形成的闭合多面体笼的顶点数小于40,C错误;每个LaHx晶胞中有40个氢原子,晶胞体积为(4.84×10-8)3 cm3,故LaHx单位体积中含氢质量为
针对训练1.(2023浙江卷,节选)氮的化合物种类繁多,应用广泛。
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 。
答案 CaCN2 6解析 Ca2+个数为 ,则其化学式为CaCN2;以夹角为60°的侧棱上的CN2-为例,该CN2-周围紧邻的有6个晶胞,其中的3个晶胞中各有1个Ca2+位于该CN2-的上面,另3个晶胞中各有1个Ca2+位于该CN2-的下面,与该CN2-距离最近的Ca2+有6个,即每个阴离子团的配位数为6。
2.As与C形成的某种化合物的晶胞如图a所示,其中部分晶胞中As的位置如图b所示。
(1)该化合物的化学式为 。 (2)若化合物的摩尔质量为M g·ml-1,密度为ρ g·cm-3。C和As的原子半径分别为r1 pm和r2 pm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 (列出表达式即可)。
归纳总结计算原子的空间利用率
坐标参数、晶胞投影图的分析与应用
考向1确定原子的分数坐标例1.(1) XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 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 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
(2) 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位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。
解析 (2)坐标原点是黑球Cd(0,0,0),又知晶体的化学式为CdSnAs2,结合晶胞结构推知,Sn是白球,As是灰球。有4个Sn位于棱上(折合为1个),另外有6个Sn位于面上(折合为3个),共4个Sn。距离Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,分数坐标分别为(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)。观察图中白球和灰球的关系,可知与单个Sn结合的As有4个。(2)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
突破方法“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标
以金刚石晶胞为例,晶胞内部有4个原子。(1)明确晶胞内部四个原子的相对位置关系
(2)明确“左”“右”“前”“后”“上”“下”的含义
(3)写出各原子的坐标参数①图中O为坐标原点,坐标参数为O(0,0,0)。
针对训练1.(2023广西百色模拟)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位置,称作原子分数坐标,例如图中原子1的坐标为 ,则原子2和3的坐标分别为 、 。
2.(1)ZnGeP2晶胞结构如图所示。①Ge的配位数为 ,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于 。 ②原子的分数坐标,即将晶胞参数a、b、c均看作“1”所得出的三维空间坐标,则晶胞图中“2”位置的P原子的分数坐标为 。
(2)硒化锌晶胞结构如图所示,其晶胞参数为a pm。
①相邻的Se2-与Zn2+之间的距离为 pm。 ②已知原子的坐标:A点为(0,0,0),B点为(1,1,1),则C原子的坐标为 。
考向2晶胞投影图的分析及应用例2.分别用 、 表示 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 、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:
(1)若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。
(2)晶胞在x轴方向的投影图为 (填字母)。
突破方法分析晶胞投影图的方法分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向、体对角线方向的投影图,确定晶胞中各粒子的具体位置。(1)金刚石晶胞模型投影图
x、y平面上的投影图:
(2)沿体对角线投影(以体心立方和面心立方为例)①体心立方堆积
针对训练3.(1)(2022湖南卷,节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为 ; ②Fe原子的配位数为 ; ③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3 (列出计算式)。
(2)(2022广东卷,节选)我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图1,沿x、y、z轴方向的投影均为图2。
①X的化学式为 。 ②设X的最简式的相对分子质量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。
1.(2023北京卷)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
答案 A解析 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。
2.(2023湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,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KCaB6C6B.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
解析 根据“均摊法”,Ca2+位于晶胞体心,有1×1=1个,K+位于晶胞的8个顶点,有8× =1个,C、B均位于晶胞的面上,每个面上有2个C、2个B、故C、B原子个数均为12× =6个,该晶体最简化学式为KCaB6C6,A项正确;K+位于立方晶胞的顶点,与之距离最近的Ca2+位于晶胞的体心,共有8个,B项正确;晶胞中由2个B和2个C构成的四边形位于面上,共有6个,由3个B和3个C构成的六边形共有8个,共14个面,C项错误;晶体摩尔质量为(39+40+6×11+6×12) g·ml-1=217 g·ml-1,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3 =a3×10-30 cm3,故晶体密度为 g·cm-3,D项正确。
3.(2023广东卷,节选)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 。
答案 体心 12解析 x、y为整数,根据题图信息可知,C、Al都只有一个原子,而氧原子有3个,Al与O最小间距大于C与O最小间距,则Al在顶点,因此C在晶胞中的位置为体心;以顶点Al分析,面心的氧原子一个横截面有4个,三个横截面共12个,因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。
4.(2023全国乙卷,节选)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于立方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如图所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 ,B—B最近距离为 。
5.(2023山东卷,节选)一定条件下,CuCl2、K与F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2价。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
相关课件
新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第2讲元素周期表元素周期律课件： 这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第2讲元素周期表元素周期律课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，课程标准，原子半径，电负性，答案C，归纳总结等内容，欢迎下载使用。
新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第1讲原子结构原子核外电子排布课件： 这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第1讲原子结构原子核外电子排布课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，本章体系构建，课程标准，典例突破，答案B，思路指导等内容，欢迎下载使用。
2025版高考化学一轮总复习第5章物质结构与性质元素周期律第19讲晶体结构与性质课件： 这是一份2025版高考化学一轮总复习第5章物质结构与性质元素周期律第19讲晶体结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了电中性，塑晶体，液晶体，周期性有序，不固定，各向异性，无各向异性，周期性有序排列，X－射线衍射，熔融态等内容，欢迎下载使用。
