第3節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、選擇題1下列說(shuō)法中正確的是()A離子晶體中每個(gè)離子周圍均吸引著6個(gè)帶相反電荷的離子B金屬導(dǎo)電的原因是在外電場(chǎng)作用下金屬產(chǎn)生自由電子，電子定向運(yùn)動(dòng)C分子晶體的熔、沸點(diǎn)很低，常溫下都呈液態(tài)或氣態(tài)D原子晶體中的各相鄰原子都以共價(jià)鍵相結(jié)合解析：選D。A項(xiàng)，離子晶體中每個(gè)離子周圍不一定吸引6個(gè)帶相反電荷的離子，如CsCl晶體中每個(gè)Cs吸引8個(gè)Cl；B項(xiàng)，金屬晶體中的自由電子不是因?yàn)橥怆妶?chǎng)作用產(chǎn)生的；C項(xiàng)，分子晶體不一定是液態(tài)或氣態(tài)，可能為固態(tài)，如I2、S8等。2下列晶體分類中正確的一組是()選項(xiàng)離子晶體原子晶體分子晶體ANaOHArSO2BH2SO4石墨SCCH3COONa水晶DBa(OH)2金剛石玻璃解析：選C。A項(xiàng)中固態(tài)Ar為分子晶體；B項(xiàng)中H2SO4為分子晶體、石墨是混合型晶體；D項(xiàng)中玻璃是非晶體。3下面有關(guān)晶體的敘述中，不正確的是()A金剛石網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中，最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子B氯化鈉晶體中，每個(gè)Na周圍距離相等的Na共有6個(gè)C氯化銫晶體中，每個(gè)Cs周圍緊鄰8個(gè)ClD干冰晶體中，每個(gè)CO2分子周圍緊鄰12個(gè)CO2分子解析：選B。氯化鈉晶體中，每個(gè)Na周圍距離相等的Na共12個(gè)，每個(gè)Na周圍距離相等且最近的Cl共有6個(gè)。4氮氧化鋁(AlON)屬原子晶體，是一種超強(qiáng)透明材料，下列描述錯(cuò)誤的是()AAlON和石英的化學(xué)鍵類型相同 BAlON和石英晶體類型相同CAlON和Al2O3的化學(xué)鍵類型不同DAlON和Al2O3晶體類型相同解析：選D。AlON與石英(SiO2)均為原子晶體，所含化學(xué)鍵均為共價(jià)鍵，故A、B項(xiàng)正確；Al2O3是離子晶體，晶體中含離子鍵，不含共價(jià)鍵，故C項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤。5如圖為碘晶體晶胞結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是()A碘分子的排列有2種不同的取向，2種取向不同的碘分子以4配位數(shù)交替配位形成層結(jié)構(gòu)B用均攤法可知平均每個(gè)晶胞中有4個(gè)碘原子C碘晶體為無(wú)限延伸的空間結(jié)構(gòu)，是原子晶體D碘晶體中的碘原子間存在非極性鍵和范德華力解析：選A。在立方體的頂面上，有5個(gè)I2，4個(gè)方向相同，結(jié)合其他面考慮可知A選項(xiàng)正確；每個(gè)晶胞中有4個(gè)碘分子，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；此晶體是分子晶體，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；碘原子間只存在非極性共價(jià)鍵，范德華力存在于分子與分子之間，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。6下列數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)物質(zhì)的熔點(diǎn)()：BCl3Al2O3Na2ONaClAlF3AlCl3干冰SiO21072 0739208011 291190571 723據(jù)此做出的下列判斷中錯(cuò)誤的是()A鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B表中只有BCl3和干冰是分子晶體C同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體解析：選B。A項(xiàng)，氧化鋁的熔點(diǎn)高，屬于離子晶體，則鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體，正確；B項(xiàng)，表中只有BCl3、AlCl3和干冰是分子晶體，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體，如CO2是分子晶體，二氧化硅是原子晶體，正確。7有一種藍(lán)色晶體可表示為MxFey(CN)6，經(jīng)X射線研究發(fā)現(xiàn)，它的結(jié)構(gòu)特征是Fe3和Fe2互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn)，而CN位于立方體的棱上。其晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是()A該晶體的化學(xué)式為MFe2(CN)6B該晶體屬于離子晶體，M呈1價(jià)C該晶體屬于離子晶體，M呈2價(jià)D晶體中與每個(gè)Fe3距離最近且等距離的CN為6個(gè)解析：選C。由題圖可推出晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元中含F(xiàn)e2個(gè)數(shù)：4，同樣可推出含F(xiàn)e3個(gè)數(shù)也為，CN為123，因此陰離子為Fe2(CN)6，則該晶體的化學(xué)式只能為MFe2(CN)6，由陰、陽(yáng)離子形成的晶體為離子晶體，M的化合價(jià)為1價(jià)，故A、B兩項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。由圖可看出與每個(gè)Fe3距離最近且等距離的CN為6個(gè)，故D項(xiàng)正確。8下列關(guān)于CaF2的表述正確的是()ACa2與F間僅存在靜電吸引作用BF的離子半徑小于Cl，則CaF2的熔點(diǎn)低于CaCl2C陰、陽(yáng)離子數(shù)之比為21的物質(zhì)，均與CaF2晶體構(gòu)型相同DCaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電解析：選D。Ca2與F之間既有靜電吸引作用，也有靜電排斥作用，A錯(cuò)誤；離子所帶電荷相同，F(xiàn)的離子半徑小于Cl，所以CaF2晶體的晶格能大，熔點(diǎn)高，B錯(cuò)誤；晶體構(gòu)型還與離子的大小有關(guān)，所以陰、陽(yáng)離子數(shù)之比為21的物質(zhì)，不一定與CaF2晶體構(gòu)型相同，C錯(cuò)誤；CaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，在熔融狀態(tài)下發(fā)生電離，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，D正確。二、非選擇題9如圖為CaF2、H3BO3(層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)的H3BO3分子通過(guò)氫鍵結(jié)合)、金屬銅三種晶體的結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)圖所示的CaF2晶體中與Ca2最近且等距離的F的個(gè)數(shù)為 。圖中未標(biāo)號(hào)的銅原子形成晶體后周圍最緊鄰的銅原子數(shù)為 。(2)圖所示的物質(zhì)結(jié)構(gòu)中最外層已達(dá)8電子結(jié)構(gòu)的原子是 ，H3BO3晶體中B原子個(gè)數(shù)與極性鍵個(gè)數(shù)比為 。(3)三種晶體中熔點(diǎn)最低的是 (填化學(xué)式)，其晶體受熱熔化時(shí)，克服的微粒之間的相互作用為 。(4)已知兩個(gè)距離最近的Ca2核間距離為a108 cm，結(jié)合CaF2晶體的晶胞示意圖，CaF2晶體的密度為 。解析：(1)CaF2晶體中Ca2的配位數(shù)為8，F(xiàn)的配位數(shù)為4，Ca2和F個(gè)數(shù)比為12；銅晶體中未標(biāo)號(hào)的銅原子周圍最緊鄰的銅原子為上層的1、2、3，同層的4、5、6、7、8、9，下層的10、11、12，共12個(gè)。(2)圖中B原子最外層三個(gè)電子形成三條共價(jià)鍵，最外層共6個(gè)電子，H原子達(dá)到2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，只有O原子形成兩條共價(jià)鍵達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。H3BO3晶體是分子晶體，相互之間通過(guò)氫鍵相連，每個(gè)B原子形成三條BO極性鍵，每個(gè)O原子形成一條OH極性鍵，共六條極性鍵。(3)H3BO3晶體是分子晶體，熔點(diǎn)最低，受熱熔化時(shí)克服的是分子間作用力。(4)一個(gè)CaF2晶胞中實(shí)際擁有的離子數(shù)：陽(yáng)離子數(shù)為81/861/24，而陰離子為8個(gè)，1個(gè)晶胞實(shí)際擁有4個(gè)“CaF2”，則CaF2晶體的密度為478 gmol1(a108 cm)36.021023 mol1 gcm3。答案：(1)812(2)O16(3)H3BO3分子間作用力(4) gcm310(1)鈉、鉀、鉻、鉬、鎢等金屬晶體的晶胞屬于體心立方，則該晶胞中屬于1個(gè)體心立方晶胞的金屬原子數(shù)目是 。氯化銫晶體的晶胞如圖1，則Cs位于該晶胞的 ，而Cl位于該晶胞的 ，Cs的配位數(shù)是 。(2)銅的氫化物的晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，寫出此氫化物在氯氣中燃燒的化學(xué)方程式： 。(3)圖3為F與Mg2、K形成的某種離子晶體的晶胞，其中“”表示的離子是 (填離子符號(hào))。(4)實(shí)驗(yàn)證明：KCl、MgO、CaO、TiN這4種晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似(如圖4所示)，已知3種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)如下表：離子晶體NaClKClCaO晶格能/kJmol17867153 401則這4種離子晶體(不包括NaCl)熔點(diǎn)從高到低的順序是 。其中MgO晶體中一個(gè)Mg2周圍和它最鄰近且等距離的Mg2有 個(gè)。解析：(1)體心立方晶胞中，1個(gè)原子位于體心，8個(gè)原子位于立方體的頂點(diǎn)，故1個(gè)晶胞中金屬原子數(shù)為812；氯化銫晶胞中，Cs位于體心，Cl位于頂點(diǎn)，Cs的配位數(shù)為8。(2)由晶胞可知，粒子個(gè)數(shù)比為11，化學(xué)式為CuH，1價(jià)的銅與1價(jià)的氫均具有較強(qiáng)的還原性，氯氣具有強(qiáng)氧化性，產(chǎn)物為CuCl2和HCl。(3)由晶胞結(jié)構(gòu)可知，黑球有1個(gè)，灰球有1個(gè)，白球有3個(gè)，由電荷守恒可知n(Mg2)n(K)n(F)113，故白球?yàn)镕。(4)從3種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)知道，離子所帶電荷越多、離子半徑越小，離子晶體的晶格能越大，離子所帶電荷數(shù)：Ti3>Mg2，離子半徑：Mg2Ca2，所以熔點(diǎn)：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶體中一個(gè)Mg2周圍和它最鄰近且等距離的Mg2有12個(gè)。答案：(1)2體心頂點(diǎn)8(2)2CuH3Cl22CuCl22HCl(3)F(4)TiN>MgO>CaO>KCl1211碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖依次是C60、石墨和金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)圖：回答下列問(wèn)題：(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為 。(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為 、 。(3)C60屬于 晶體。(4)石墨晶體中，層內(nèi)CC鍵的鍵長(zhǎng)為142 pm，而金剛石中CC鍵的鍵長(zhǎng)為154 pm，其原因是金剛石中只存在碳碳間的 共價(jià)鍵(填鍵的類型，下同)，而石墨層內(nèi)的碳碳間不僅存在 共價(jià)鍵，還有 鍵。(5)金剛石晶胞含有 個(gè)碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長(zhǎng)為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率： (不要求計(jì)算結(jié)果)。解析：C60為分子晶體，金剛石為原子晶體，石墨為混合型晶體，它們均屬于碳元素的不同單質(zhì)，因此互稱同素異形體；金剛石為空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰碳原子形成共價(jià)鍵，因此碳原子雜化方式為sp3雜化，化學(xué)鍵只有鍵；而石墨層內(nèi)為平面正六邊形，層間為分子間作用力，所以石墨烯中碳原子的雜化方式為sp2雜化，即石墨層內(nèi)不僅存在鍵還存在鍵；金剛石晶胞中各個(gè)頂點(diǎn)、面上和體內(nèi)的原子數(shù)目依次為8、6、4，然后依據(jù)均攤法計(jì)算確定在晶胞中的碳原子數(shù)目，碳原子數(shù)目為81/861/248；根據(jù)硬球接觸模型可以確定，體對(duì)角線四分之一處的原子與頂點(diǎn)上的原子緊貼，因此有(a)2r，則ra；然后可以確定碳原子的空間占有率為(8r3)/a3。答案：(1)同素異形體(2)sp3sp2(3)分子(4)(或大或pp )(5)812(2015高考全國(guó)卷)A、B、C、D為原子序數(shù)依次增大的四種元素，A2和B具有相同的電子構(gòu)型；C、D為同周期元素，C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍；D元素最外層有一個(gè)未成對(duì)電子?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)四種元素中電負(fù)性最大的是 (填元素符號(hào))，其中C原子的核外電子排布式為 。(2)單質(zhì)A有兩種同素異形體，其中沸點(diǎn)高的是 (填分子式)，原因是 ；A和B的氫化物所屬的晶體類型分別為 和 。(3)C和D反應(yīng)可生成組成比為13的化合物E，E的立體構(gòu)型為 ，中心原子的雜化軌道類型為 。(4)化合物D2A的立體構(gòu)型為 ，中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為 ，單質(zhì)D與濕潤(rùn)的Na2CO3反應(yīng)可制備D2A，其化學(xué)方程式為 。(5)A和B能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a0.566 nm，F(xiàn)的化學(xué)式為 ；晶胞中A原子的配位數(shù)為 ；列式計(jì)算晶體F的密度(gcm3)： 。解析：C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍，則C為P元素。A、B的原子序數(shù)小于C，且A2和B具有相同的電子構(gòu)型，則A為O元素，B為Na元素。C、D為同周期元素，且D元素最外層有一個(gè)未成對(duì)電子，則D為Cl元素。(1)O、Na、P和Cl四種元素中，O元素的電負(fù)性最大。P原子核外有15個(gè)電子，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p3或Ne3s23p3。(2)O元素形成O2 和O3 兩種同素異形體，固態(tài)時(shí)均形成分子晶體，而分子晶體中，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的沸點(diǎn)越高，故O3 的沸點(diǎn)高于O2。O元素形成的氫化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶體。Na元素形成的氫化物為NaH，屬于離子晶體。(3)P和Cl元素形成的組成比為13 的化合物E為PCl3，中心原子P形成3個(gè)鍵且含有1對(duì)未成鍵的孤電子對(duì)，故P原子采取sp3雜化，分子構(gòu)型為三角錐形。(4)化合物D2A為Cl2O，其中O原子形成2個(gè)鍵且含有2對(duì)未成鍵的孤電子對(duì)，則O原子采取sp3雜化，故Cl2O為V形結(jié)構(gòu)，中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4。Cl2與濕潤(rùn)的Na2CO3 反應(yīng)可生成Cl2O，據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律可知，還生成還原產(chǎn)物NaCl，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cl22Na2CO3H2O=2NaClCl2O2NaHCO3或2Cl2Na2CO3=Cl2OCO22NaCl。(5)O2半徑大于Na半徑，由F的晶胞結(jié)構(gòu)可知，大球代表O2，小球代表Na，每個(gè)晶胞中含有O2個(gè)數(shù)為81/861/24，含有Na個(gè)數(shù)為8，故O2、Na個(gè)數(shù)之比為4812，從而推知F的化學(xué)式為Na2O。由晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)O原子周圍有8個(gè)Na原子，故O原子的配位數(shù)為8。晶胞參數(shù)a0.566 nm0.566107 cm，則晶胞的體積為(0.566107 cm)3，從而可知晶體F的密度為2.27 gcm3。答案：(1)O1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(2)O3O3相對(duì)分子質(zhì)量較大，范德華力大分子晶體離子晶體(3)三角錐形sp3(4)V形42Cl22Na2CO3H2O=Cl2O2NaHCO32NaCl(或2Cl2Na2CO3=Cl2OCO22NaCl)(5)Na2O82.27 gcm313(2017高考海南卷)A族元素及其化合物在材料等方面有重要用途?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)碳的一種單質(zhì)的結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。該單質(zhì)的晶體類型為 ，原子間存在的共價(jià)鍵類型有 ，碳原子的雜化軌道類型為 。(2)SiCl4分子的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為 ，分子的立體構(gòu)型為 ，屬于 分子(填“極性”或“非極性”)。(3)四鹵化硅SiX4的沸點(diǎn)和二鹵化鉛PbX2的熔點(diǎn)如圖(b)所示。SiX4的沸點(diǎn)依F、Cl、Br、I次序升高的原因是 。結(jié)合SiX4的沸點(diǎn)和PbX2的熔點(diǎn)的變化規(guī)律，可推斷：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化學(xué)鍵的離子性 、共價(jià)性 。(填“增強(qiáng)”“不變”或“減弱”)(4)碳的另一種單質(zhì)C60可以與鉀形成低溫超導(dǎo)化合物，晶體結(jié)構(gòu)如圖(c)所示。K位于立方體的棱上和立方體的內(nèi)部，此化合物的化學(xué)式為 ；其晶胞參數(shù)為1.4 nm，晶體密度為 gcm3。解析：(1)該單質(zhì)為石墨，石墨屬于混合型晶體，層內(nèi)碳原子之間形成鍵和鍵；石墨中碳原子形成3個(gè)鍵，無(wú)孤電子對(duì)，因此雜化類型為sp2。(2)SiCl4中心原子是Si，有4個(gè)鍵，孤電子對(duì)數(shù)為(441)/20，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，立體構(gòu)型為正四面體；屬于非極性分子。(3)SiX4屬于分子晶體，不含分子間氫鍵，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高，范德華力隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大，即熔、沸點(diǎn)升高；根據(jù)題圖中PbX2熔點(diǎn)變化規(guī)律可知，PbX2中化學(xué)鍵的離子性減弱，共價(jià)性增強(qiáng)。(4)根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，C60位于頂點(diǎn)和面心，個(gè)數(shù)為864，K位于棱上和內(nèi)部，個(gè)數(shù)為12912，因此化學(xué)式為K3C60，晶胞的質(zhì)量為g，晶胞的體積為(1.4107)3 cm3，根據(jù)密度的定義，則晶胞的密度為2.0 gcm3。答案：(1)混合型晶體鍵、鍵sp2(2)4正四面體非極性(3)均為分子晶體，范德華力隨分子相對(duì)質(zhì)量增大而增大減弱增強(qiáng)(4)K3C602.0