第3節(jié)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、選擇題1(2018屆河北石家莊辛集中學(xué)期中)有關(guān)晶體的下列說法中正確的是()。A晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B原子晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高C冰融化時(shí)水分子中共價(jià)鍵發(fā)生斷裂D氯化鈉熔化時(shí)離子鍵未被破壞2下列說法正確的是()。 圖1 圖2 圖3 圖4A鈦和鉀都采取圖1的堆積方式B圖2為金屬原子在二維空間里的非密置層放置，此方式在三維空間里堆積，僅得簡(jiǎn)單立方堆積C圖3是干冰晶體的晶胞，晶胞棱長(zhǎng)為a cm，則在每個(gè)CO2周圍最近且等距離的CO2有8個(gè)D圖4是一種金屬晶體的晶胞，它是金屬原子在三維空間以密置層采取ABCABC堆積的結(jié)果3(2018屆云南曲靖一中月考)已知C3N4晶體可能具有比金剛石還大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合，下列說法正確的是()。AC3N4晶體中CN共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)比金剛石中的CC共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)要長(zhǎng)BC3N4晶體與SiO2晶體類型一致，二者都有較高的熔沸點(diǎn)CC3N4晶體中每個(gè)C原子連接3個(gè)N原子，每個(gè)N原子連接4個(gè)C原子DC3N4晶體中除了有共價(jià)鍵外還有范徳華力4(2018年浙江聯(lián)考)下列說法正確的是()。A二氧化硅與二氧化碳都是共價(jià)化合物，且晶體類型相同B氧氣生成臭氧的過程中有化學(xué)鍵的斷裂和生成C因?yàn)榈獨(dú)獾逆I能比氧氣的鍵能大，所以氮?dú)獾姆悬c(diǎn)比氧氣的高D硫與氖晶體均是由單原子構(gòu)成的分子晶體5有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說法正確的是()。A為簡(jiǎn)單立方堆積，為六方最密堆積，為體心立方堆積，為面心立方最密堆積B每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為1個(gè)，2個(gè)，2個(gè)，4個(gè)C晶胞中原子的配位數(shù)分別為6，8，8，12D空間利用率的大小關(guān)系為<<<6下圖所示晶體結(jié)構(gòu)是一種具有優(yōu)良的壓電、光電等功能的晶體材料的最小結(jié)構(gòu)單元(晶胞)。晶體內(nèi)與每個(gè)“Ti”緊鄰的氧原子數(shù)和這種晶體材料的化學(xué)式分別是(各元素所帶電荷均已略去)()。A8BaTi8O12 B8BaTi4O9C6BaTiO3 D3BaTi2O37下圖分別代表NaCl、金剛石、干冰、石墨結(jié)構(gòu)的一部分。下列說法正確的是()。 ANaCl晶體只有在熔融狀態(tài)下離子鍵被完全破壞，才能形成自由移動(dòng)的離子B金剛石中存在的化學(xué)鍵只有共價(jià)鍵，不能導(dǎo)電C干冰中的化學(xué)鍵只需吸收很少的熱量就可以破壞，所以干冰容易升華D石墨中碳原子的最外層電子都參與了共價(jià)鍵的形成，故熔點(diǎn)很高、硬度很大二、非選擇題8(2018屆重慶一中月考)人類在使用金屬的歷史進(jìn)程中，經(jīng)歷了銅、鐵、鋁之后，第四種將被廣泛應(yīng)用的金屬被科學(xué)家預(yù)測(cè)是鈦(Ti)，它被譽(yù)為“未來世紀(jì)的金屬”。試回答下列問題： 圖1 圖2 圖3(1)Ti元素原子序數(shù)為22，它在元素周期表中的位置是第_周期第_族；其基態(tài)原子的電子排布式為_。(2)在Ti的化合物中，可以呈現(xiàn)2、3、4三種化合價(jià)，其中以4價(jià)的Ti最為穩(wěn)定。偏鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴(kuò)音器中都有應(yīng)用。偏鈦酸鋇晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，它的化學(xué)式是_，其中Ti4的氧配位數(shù)為_，Ba2的氧配位數(shù)為_。(3)常溫下的TiCl4是有刺激性臭味的無色透明液體，熔點(diǎn)23.2 ，沸點(diǎn)136.2 ，所以TiCl4應(yīng)是_化合物，其固體是_晶體。TiCl4在潮濕空氣中易揮發(fā)，水解而冒白煙，這是因?yàn)樗夂笥衉生成。(4)已知Ti3可形成配位數(shù)為6的配合物，其空間構(gòu)型為正八面體，如圖2所示，我們通?？梢杂脠D3所示的方法來表示其空間構(gòu)型(其中A表示配體，M表示中心原子)。配位化合物Co(NH3)4Cl2的空間構(gòu)型也為八面體型，它有_種同分異構(gòu)體，請(qǐng)將其結(jié)構(gòu)畫出_。9(2018屆湖南郴州質(zhì)檢)A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，其中非金屬元素A的基態(tài)原子中成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)的兩倍，C元素在地殼中含量最高，D的單質(zhì)是短周期中熔點(diǎn)最低的金屬，E的合金是我國(guó)使用最早的合金。(1)E元素的基態(tài)原子電子排布式為_。(2)A的某種氫化物A2H2分子中含有_個(gè)鍵和_個(gè)鍵。(3)A的含氧酸根離子AO的空間構(gòu)型是_。(4)B的最簡(jiǎn)單氫化物的沸點(diǎn)比A的最簡(jiǎn)單氫化物的沸點(diǎn)高得多，其原因是_。(5)E的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物溶解于氨水中生成的復(fù)雜化合物的化學(xué)式是_。(6)下圖是D單質(zhì)的晶體堆積方式，這種堆積方式的晶胞中原子的配位數(shù)為_，若該原子的半徑為r pm，此晶體的密度_gcm3(用含r的代數(shù)式表示，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示)。10(2018屆湖北荊州中學(xué)質(zhì)檢)原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素，其中X是形成化合物種類最多的元素之一，Y原子基態(tài)時(shí)最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的2倍，Z原子基態(tài)時(shí)2p原子軌道上有3個(gè)未成對(duì)的電子，W的原子序數(shù)為29。回答下列問題：(1)W的電子排布式為_，Y2X2分子中鍵與鍵數(shù)之比為_。(2)化合物ZX3比YX4易液化，主要原因是_。(3)元素Y的一種氧化物與元素Z的一種氧化物互為等電子體，元素Z的這種氧化物分子的結(jié)構(gòu)式是_。(4)元素W的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該氯化物的化學(xué)式是_；如果該晶體的密度為d gcm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個(gè)距離最近的氯離子中心間的距離為_cm。(3) ZX3的VSEPR構(gòu)型為_，ZF3分子的空間構(gòu)型為_；ZX3容易與W2形成配離子，但ZF3不易與W2形成配離子，其原因是_。11砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽(yáng)能電池的材料等?；卮鹣铝袉栴}：(1)寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式：_。(2)根據(jù)元素周期律，原子半徑Ga_As，第一電離能Ga_As(填“大于”或“小于”)。(3)AsCl3分子的立體構(gòu)型為_，其中As的雜化軌道類型為_。(4)GaF3的熔點(diǎn)高于1000 ，GaCl3的熔點(diǎn)為77.9 ，其原因是_。(5)GaAs的熔點(diǎn)為1238 ，密度為 gcm3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體的類型為_，Ga與As以_鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGa gmol1和MAs gmol1，原子半徑分別為rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_。第3節(jié)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1B解析：分子的穩(wěn)定性與分子中的化學(xué)鍵有關(guān)，與分子間作用力無關(guān)，故A錯(cuò)誤；原子晶體中物質(zhì)的熔點(diǎn)與化學(xué)鍵強(qiáng)弱有關(guān)，原子晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，故B正確；冰融化時(shí)，發(fā)生變化的是水分子之間的距離，而水分子內(nèi)部的OH共價(jià)鍵沒有發(fā)生斷裂，故C錯(cuò)誤；氯化鈉熔化時(shí)，離子鍵被破壞，故D錯(cuò)誤。2D解析：圖1表示的堆積方式為六方最密堆積，K采用體心立方堆積，A錯(cuò)誤；非密置層在三維空間堆積可得到簡(jiǎn)單立方堆積和體心立方堆積，B錯(cuò)誤；干冰晶體的晶胞屬于面心立方晶胞，配位數(shù)為12，即每個(gè)CO2周圍距離相等的CO2分子有12個(gè)，C錯(cuò)誤；圖4的晶胞為面心立方堆積，金屬原子在三維空間里密置層采取ABCABC堆積，D正確。3B解析：因N的原子半徑比C的原子半徑小，則C3N4晶體中CN鍵的鍵長(zhǎng)比金剛石中CC鍵的鍵長(zhǎng)要短，A錯(cuò)誤；由信息可知，C3N4晶體很可能具有比金剛石還大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合，所以C3N4為原子晶體，與二氧化硅的晶體類型相同，B正確；原子間均以單鍵結(jié)合，則C3N4晶體中每個(gè)C原子連接4個(gè)N原子，而每個(gè)N原子連接3個(gè)C原子，C錯(cuò)誤；C3N4晶體是原子晶體，不存在范德華力，D錯(cuò)誤。4B解析：SiO2中Si與O形成共價(jià)鍵，CO2中C與O形成共價(jià)鍵，所以二者都是共價(jià)化合物，但是SiO2形成的是原子晶體，CO2形成的是分子晶體，A錯(cuò)誤；所有化學(xué)反應(yīng)過程都是反應(yīng)物中化學(xué)鍵斷裂后，重新組合新化學(xué)鍵生成產(chǎn)物，B正確；N2與O2的晶體都是分子晶體，二者沸點(diǎn)的高低取決于分子間作用力的相對(duì)大小，與分子中共價(jià)鍵的鍵能無關(guān)，C錯(cuò)誤；硫原子最外層沒有達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以晶體中必然是通過某種形式構(gòu)成穩(wěn)定的分子，再通過分子間作用力形成晶體，D錯(cuò)誤。5B解析：為簡(jiǎn)單立方堆積，為體心立方堆積，為六方最密堆積，為面心立方最密堆積，與判斷有誤，A錯(cuò)誤；每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為81，812，812，864，B正確；晶胞中原子的配位數(shù)應(yīng)為12，其他判斷正確，C錯(cuò)誤；四種晶體的空間利用率分別為52%、68%、74%、74%，D錯(cuò)誤。6C解析：由圖可知，晶體中鈦原子位于立方體的頂點(diǎn)，為8個(gè)晶胞所共用，每個(gè)晶胞中與鈦原子緊鄰的氧原子數(shù)為3，且每個(gè)氧原子位于晶胞的棱上，為4個(gè)晶胞所共用，故晶體內(nèi)與每個(gè)“Ti”緊鄰的氧原子數(shù)為386；再根據(jù)均攤法可計(jì)算出晶體中每個(gè)晶胞中各元素原子的數(shù)目：“Ba”為1，“Ti”為81，“O”為123，故此晶體材料的化學(xué)式為BaTiO3。7B解析：NaCl是離子化合物，在溶于水或熔融狀態(tài)下離子鍵均能被完全破壞，故A錯(cuò)誤；金剛石為原子晶體，化學(xué)鍵只有共價(jià)鍵，不能導(dǎo)電，故B正確；干冰屬于分子晶體，干冰升華是物理變化，破壞的是分子間作用力，化學(xué)鍵不變，故C錯(cuò)誤；石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個(gè)碳原子還有一個(gè)2p軌道，其中有一個(gè)2p電子，這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大鍵，因而這些電子可以在整個(gè)碳原子平面上活動(dòng)，類似金屬鍵的性質(zhì)，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過范德華力連接，所以石墨的熔點(diǎn)很高，但硬度較小，故D錯(cuò)誤。8(1)四BAr3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2(2)BaTiO3612(3)共價(jià)分子HCl(4)2解析：(2)在每個(gè)晶胞中均有1個(gè)Ba原子，8個(gè)Ti原子均被8個(gè)晶胞共用，每個(gè)晶胞中只有一個(gè)Ti原子，12個(gè)O原子均被4個(gè)晶胞共用，每個(gè)晶胞中含有3個(gè)O原子，故化學(xué)式為BaTiO3，Ti4的氧配位數(shù)為6，Ba2的氧配位數(shù)為12。(3)常溫下的TiCl4是有刺激性臭味的無色透明液體，熔點(diǎn)23.2 ，沸點(diǎn)136.2 ，熔沸點(diǎn)較低，屬于分子晶體，分子由共價(jià)鍵形成，TiCl4在潮濕空氣中易揮發(fā)，水解而冒白煙，有HCl生成。(4)Co3位于正八面體的中心，NH3和Cl位于正八面體頂點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)Cl相鄰時(shí)為一種結(jié)構(gòu)，兩個(gè)Cl不相鄰時(shí)為另一種結(jié)構(gòu)，共有兩種結(jié)構(gòu)。9(1)1s22s22p63s23p63d104s1(2)32(3)正三角形(4)氨分子間可以形成氫鍵而甲烷分子間不能(5)Cu(NH3)4(OH)2(6)81030解析：A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，C元素在地殼中含量最高，C是氧元素；非金屬元素A的基態(tài)原子中成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)的兩倍，其原子序數(shù)小于氧元素，則A是碳元素，所以B是氮元素；D的單質(zhì)是短周期中熔點(diǎn)最低的金屬，則D是鈉元素；E的合金是我國(guó)使用最早的合金，則E是銅元素。(1)銅的原子序數(shù)是29，銅元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。(2)A的某種氫化物A2H2分子是乙炔，乙炔的結(jié)構(gòu)式為HCCH，則分子中含有3個(gè)鍵和2個(gè)鍵。(3)A 的含氧酸根離子CO中碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)33，所以碳酸根的空間構(gòu)型是平面正三角形。(4)氨分子間可以形成氫鍵而甲烷分子間不能，所以氨的沸點(diǎn)比甲烷高。(5)銅的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物氫氧化銅溶解于氨水中生成的復(fù)雜化合物的化學(xué)式是Cu(NH3)4(OH)2。(6)由圖可知這種堆積方式是體心立方堆積，晶胞中原子的配位數(shù)為8。若該原子的半徑為r pm，則晶胞體心的對(duì)角線是4r pm，所以晶胞的邊長(zhǎng)是 pm。該晶胞的體積是1030 cm3。晶胞中含有2個(gè)鈉原子，則此晶體的密度 gcm31030 gcm3。10(1)Ar3d10或1s22s22p63s23p63d1032(2)NH3分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)高(3)(4)CuCl(5)四面體形三角錐形F的電負(fù)性比N大，NF成鍵電子對(duì)向F偏移，導(dǎo)致NF3中N原子核對(duì)其孤對(duì)電子的吸引能力增強(qiáng)，難以形成配位鍵，故NF3不易與Cu2形成配位鍵解析：原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素，其中X是形成化合物種類最多的元素之一，X是C或H；Y原子基態(tài)時(shí)最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的2倍，Y是C，則X是H；Z原子基態(tài)時(shí)2p原子軌道上有3個(gè)未成對(duì)的電子，Z是N；W的原子序數(shù)為29，W是Cu。(1)銅的原子序數(shù)是29，則Cu的電子排布式為Ar3d10，C2H2分子中含有2個(gè)碳?xì)鋯捂I和有1個(gè)碳碳三鍵，則分子中鍵與鍵數(shù)之比為32。(2)NH3分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)高，因此比甲烷易液化。(3)元素Y的一種氧化物與元素Z的一種氧化物互為等電子體，這兩種物質(zhì)分別是CO2和N2O，根據(jù)CO2的結(jié)構(gòu)式可知N2O的結(jié)構(gòu)式是。(4)根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知含有的原子個(gè)數(shù)分別是864,1214，則化學(xué)式為CuCl；設(shè)晶胞的邊長(zhǎng)是a cm，則晶體中兩個(gè)距離最近的氯離子中心間的距離為a cm。由于da3，所以晶體中兩個(gè)距離最近的氯離子中心間的距離為 cm。(5)NH3分子中氮元素的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，所以其VSEPR構(gòu)型為四面體形，NF3分子中氮元素的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，但由于含有一對(duì)孤對(duì)電子，因此其分子的空間構(gòu)型為三角錐形。11(1)Ar3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3(2)大于小于(3)三角錐形sp3(4)GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體(5)原子晶體共價(jià)100%解析：(2)同周期自左向右原子半徑逐漸減小，則原子半徑Ga大于As，由于As的4p軌道電子處于半充滿狀態(tài)，穩(wěn)定性強(qiáng)，所以第一電離能Ga小于As。(3)AsCl3分子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)34，即含有一對(duì)孤對(duì)電子，所以立體構(gòu)型為三角錐形，其中As的雜化軌道類型為sp3。(4)由于GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體，所以離子晶體GaF3的熔沸點(diǎn)高。(5)GaAs的熔點(diǎn)為1238 ，密度為 gcm3，熔點(diǎn)很高，所以晶體的類型為原子晶體，其中Ga與As以共價(jià)鍵鍵合。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Ca和As的個(gè)數(shù)均是4個(gè)，所以晶胞的體積是。二者的原子半徑分別為rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為100%100%。