江蘇高考化學(xué)復(fù)習(xí)選考物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3第三單元晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案

第三單元晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。2.了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。3.了解晶格能的概念，了解晶格能對(duì)離子晶體性質(zhì)的影響。4.了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。5.了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。6.理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。了解金屬晶體常見(jiàn)的堆積方式。7.了解晶胞的概念，能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。晶體的組成與性質(zhì)[知識(shí)梳理]一、晶體1．晶體與非晶體晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒無(wú)序排列性質(zhì)特征自范性有無(wú)熔點(diǎn)固定不固定異同表現(xiàn)各向異性各向同性區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點(diǎn)科學(xué)方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)2.得到晶體的途徑(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固。(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)溶質(zhì)從溶液中析出。3．晶胞(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。(2)晶體中晶胞的排列——無(wú)隙并置①無(wú)隙：相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。4．晶格能(1)定義：拆開(kāi)1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽(yáng)離子所吸收的能量，通常取正值，單位：kJ·mol－1。(2)影響因素①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。②離子的半徑：離子半徑越小，晶格能越大。二、四種類型晶體的比較類型比較分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成微粒分子原子金屬陽(yáng)離子、自由電子陰、陽(yáng)離子微粒間的相互作用力分子間作用力共價(jià)鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很大，有的很小較大熔、沸點(diǎn)較低很高有的很高，有的很低較高溶解性相似相溶難溶于任何常見(jiàn)溶劑難溶(有的能發(fā)生反應(yīng))大多易溶于水等極性溶劑導(dǎo)電、導(dǎo)熱性固態(tài)、熔融態(tài)一般不導(dǎo)電，溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性電和熱的良導(dǎo)體晶體不導(dǎo)電，水溶液或熔融狀態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)類別及舉例大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、酸、非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數(shù)有機(jī)物(有機(jī)鹽除外)部分非金屬單質(zhì)(如金剛石、硅、晶體硼)、部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)與合金(如Na、Al、Fe、青銅)金屬氧化物(如K2O、Na2O)、強(qiáng)堿(如KOH、NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl)三、晶體熔、沸點(diǎn)的比較1．不同類型晶體熔、沸點(diǎn)的比較(1)不同類型晶體的熔、沸點(diǎn)高低的一般規(guī)律：原子晶體＞離子晶體＞分子晶體。(2)金屬晶體的熔、沸點(diǎn)差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點(diǎn)很高，汞、銫等熔、沸點(diǎn)很低。2．同種類型晶體熔、沸點(diǎn)的比較(1)原子晶體eq\x(\a\al(原子半,徑越小))→eq\x(鍵長(zhǎng)越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點(diǎn)越高)如熔點(diǎn)：金剛石＞碳化硅＞硅。(2)離子晶體①一般來(lái)說(shuō)，陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用力就越強(qiáng)，其離子晶體的熔、沸點(diǎn)就越高，如熔點(diǎn)：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。②衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高，硬度越大。(3)分子晶體①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點(diǎn)反常地高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對(duì)分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點(diǎn)越高，如CO＞N2、CH3OH＞CH3CH3。④同分異構(gòu)體物質(zhì)中支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低。例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞(4)金屬晶體金屬離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔、沸點(diǎn)就越高，如熔、沸點(diǎn)：Na＜Mg＜Al。[自我檢測(cè)]判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)準(zhǔn)晶是一種無(wú)平移周期序，但有嚴(yán)格準(zhǔn)周期位置序的獨(dú)特晶體，可通過(guò)X射線衍射方法區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體。()(2)在晶體中只要有陰離子就一定有陽(yáng)離子。()(3)在晶體中只要有陽(yáng)離子就一定有陰離子。()(4)原子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高。()(5)離子晶體一定都含有金屬元素。()(6)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體。()(7)固態(tài)物質(zhì)一定是晶體。()(8)冰和固體碘晶體中相互作用力相同。()(9)晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律周期性的排列。()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×(8)×(9)√(1)離子晶體中不一定都含有金屬元素，如NH4Cl是離子晶體；金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體；含有金屬離子的晶體不一定是離子晶體，如金屬晶體中含有金屬離子。(2)含陰離子的晶體中一定含有陽(yáng)離子，但含陽(yáng)離子的晶體中不一定含有陰離子，如金屬晶體。(3)金屬晶體的熔點(diǎn)不一定比分子晶體的熔點(diǎn)高，如Na的熔點(diǎn)為98℃，尿素的熔點(diǎn)為132.7℃。(1)[2015·高考全國(guó)卷Ⅱ，37(2)]O和Na的氫化物所屬的晶體類型分別為_(kāi)_______和________。(2)[2015·高考全國(guó)卷Ⅰ，37(4)]CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，其固體屬于________晶體。(3)(2015·高考四川卷)Mg、Si、Cl的單質(zhì)形成的晶體，熔點(diǎn)由高到低的排列順序是____________________(填化學(xué)式)。[解析](1)H2O、H2O2均屬于分子晶體而NaH屬于離子晶體。(2)Fe(CO)5的熔、沸點(diǎn)低，為分子晶體。(3)硅屬于原子晶體、Mg屬于金屬晶體、Cl2為分子晶體，因此熔點(diǎn)由高到低的排列順序是Si、Mg、Cl2。[答案](1)分子晶體離子晶體(2)分子(3)Si、Mg、Cl2下列物質(zhì)：①水晶②冰醋酸③氧化鈣④白磷⑤晶體氬⑥氫氧化鈉⑦鋁⑧金剛石⑨過(guò)氧化鈉⑩碳化鈣?碳化硅?干冰?過(guò)氧化氫(1)屬于原子晶體的化合物：________。(2)直接由原子構(gòu)成的晶體：________。(3)直接由原子構(gòu)成的分子晶體：________。(4)由極性分子構(gòu)成的晶體是________，含有非極性鍵的離子晶體是________，屬于分子晶體的單質(zhì)是________。答案：(1)①?(2)①⑤⑧?(3)⑤(4)②?⑨⑩④⑤對(duì)于物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的判斷，首先看物質(zhì)的狀態(tài)，一般情況下固體＞液體＞氣體；二是看物質(zhì)所屬類型，一般是原子晶體＞離子晶體＞分子晶體(注意不是絕對(duì)的，如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅)，結(jié)構(gòu)類型相同再根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行判斷。同類型晶體熔、沸點(diǎn)比較思路為原子晶體：共價(jià)鍵鍵能→鍵長(zhǎng)→原子半徑；分子晶體：分子間作用力→相對(duì)分子質(zhì)量；離子晶體：離子鍵強(qiáng)弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑。eq\a\vs4\al()晶體類型的判斷1．下列數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)，據(jù)此作出的下列判斷中錯(cuò)誤的是()Na2ONaClAlF3AlCl39208011291190BCl3Al2O3CO2SiO2－1072073－571723A．鋁的化合物形成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。從表中各物質(zhì)的熔點(diǎn)可以看出，AlCl3、BCl3、CO2形成的晶體均是分子晶體。2．現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)數(shù)據(jù)：A組B組C組D組金剛石：3550Li：181HF：－83NaCl：801硅晶體：1410Na：98HCl：－115KCl：776硼晶體：2300K：64HBr：－89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：－51CsCl：645據(jù)此回答下列問(wèn)題：(1)A組屬于__________晶體，其熔化時(shí)克服的微粒間的作用力是__________。(2)B組晶體共同的物理性質(zhì)是__________(填序號(hào))。①有金屬光澤 ②導(dǎo)電性③導(dǎo)熱性 ④延展性(3)C組中HF熔點(diǎn)反常是由于________________________________________。(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是__________(填序號(hào))。①硬度小 ②水溶液能導(dǎo)電③固體能導(dǎo)電 ④熔融狀態(tài)能導(dǎo)電(5)D組晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镹aCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因?yàn)開(kāi)______________________________________________________。解析：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)知A組熔點(diǎn)很高，屬原子晶體，是由原子通過(guò)共價(jià)鍵形成的；(2)B組為金屬晶體，具有①②③④四條共性；(3)HF中存在分子間氫鍵，故其熔點(diǎn)反常；(4)D組屬于離子晶體，具有②④兩條性質(zhì)；(5)D組屬于離子晶體，其熔點(diǎn)與晶格能有關(guān)。答案：(1)原子共價(jià)鍵 (2)①②③④(3)HF分子間能形成氫鍵，其熔化時(shí)需要消耗更多能量(只要答出HF分子間能形成氫鍵即可)(4)②④(5)D組晶體都為離子晶體，r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)，在離子所帶電荷數(shù)相同的情況下，離子半徑越小，晶格能越大，熔點(diǎn)就越高晶體熔、沸點(diǎn)的比較3．(2018·保定高三檢測(cè))下列各物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由高到低的順序排列正確的是()A．CH4>SiH4>GeH4>SnH4B．KCl>NaCl>MgCl2>MgOC．MgBr2＜SiCl4＜BND．金剛石>晶體硅>鈉解析：選D。A項(xiàng)物質(zhì)均為結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，其熔點(diǎn)取決于分子間作用力的大小，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力也越大，故A項(xiàng)各物質(zhì)熔點(diǎn)應(yīng)為逐漸升高的順序；B項(xiàng)物質(zhì)均為離子晶體，離子晶體熔點(diǎn)高低取決于離子鍵鍵能的大小，一般來(lái)說(shuō)，離子的半徑越小，電荷越多，離子鍵的鍵能就越大，故B項(xiàng)各物質(zhì)熔點(diǎn)也應(yīng)為升高順序；C項(xiàng)SiCl4為分子晶體，MgBr2為離子晶體，BN為原子晶體，故SiCl4的熔點(diǎn)最低；D項(xiàng)，原子晶體的熔點(diǎn)取決于共價(jià)鍵的鍵能，鍵能與鍵長(zhǎng)成反比，金剛石C—C鍵的鍵長(zhǎng)更短些，所以金剛石的熔點(diǎn)比晶體硅高，原子晶體的熔點(diǎn)一般比金屬晶體的熔點(diǎn)高，則金剛石和晶體硅的熔點(diǎn)比鈉的高。4．(1)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，Ni2＋和Fe2＋的離子半徑分別為69pm和78pm，則熔點(diǎn)NiO________FeO(填“＜”或“＞”)。(2)硅烷(SinH2n＋2)的沸點(diǎn)與其相對(duì)分子質(zhì)量的變化關(guān)系如圖所示，呈現(xiàn)這種變化關(guān)系的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)NiO、FeO都為離子晶體，離子晶體熔點(diǎn)高低取決于晶格能，離子半徑越大，晶格能越小，熔點(diǎn)越低。(2)硅烷是分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強(qiáng)，沸點(diǎn)越高。答案：(1)＞(2)硅烷的相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強(qiáng)，沸點(diǎn)越高(1)判斷晶體類型的五個(gè)依據(jù)①構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用力。②物質(zhì)的類別。③晶體的熔點(diǎn)。④物質(zhì)的導(dǎo)電性。⑤硬度和機(jī)械性能。(2)判斷晶體類型的注意事項(xiàng)①常溫下為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，其晶體應(yīng)屬于分子晶體(Hg除外)。②石墨屬于混合型晶體，但因每層內(nèi)原子之間碳碳共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)為1.42×10－10m，比金剛石中碳碳共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)(鍵長(zhǎng)為1.54×10－10m)短，所以熔、沸點(diǎn)高于金剛石。③AlCl3晶體中雖含有金屬元素，但屬于分子晶體，其熔、沸點(diǎn)低(熔點(diǎn)190℃)。④合金的硬度比各成分金屬大，但熔、沸點(diǎn)比各成分金屬低。eq\a\vs4\al()典型晶體模型及晶胞計(jì)算[知識(shí)梳理]1．典型晶體模型晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解原子晶體金剛石(1)每個(gè)碳與相鄰4個(gè)碳以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)鍵角均為109.5°(3)最小碳環(huán)由6個(gè)C原子組成且6個(gè)原子不在同一平面內(nèi)(4)每個(gè)C參與4個(gè)C—C鍵的形成，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2SiO2(1)每個(gè)Si與4個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)每個(gè)正四面體占有1個(gè)Si，4個(gè)“eq\f(1,2)O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2(3)最小環(huán)上有12個(gè)原子，即6個(gè)O，6個(gè)Si分子晶體干冰(1)每8個(gè)CO2分子構(gòu)成立方體且在6個(gè)面心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子(2)每個(gè)CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有12個(gè)離子晶體NaCl型(1)每個(gè)Na＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cl－(Na＋)有6個(gè)，每個(gè)Na＋周圍等距且緊鄰的Na＋有12個(gè)(2)每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na＋和4個(gè)Cl－CsCl型(1)每個(gè)Cs＋周圍等距且緊鄰的Cl－有8個(gè)，每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cs＋(Cl－)有6個(gè)(2)如圖為8個(gè)晶胞，每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs＋、1個(gè)Cl－金屬晶體簡(jiǎn)單立方堆積典型代表Po，配位數(shù)為6，空間利用率52%面心立方最密堆積典型代表Cu、Ag、Au，配位數(shù)為12，空間利用率74%體心立方堆積典型代表Na、K、Fe，配位數(shù)為8，空間利用率68%六方最密堆積典型代表Mg、Zn、Ti，配位數(shù)為12，空間利用率74%2.晶胞中微粒的計(jì)算方法——均攤法eq\a\vs4\al(均,攤,法)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原則：晶胞任意位置上的一個(gè)原子如果是被n個(gè)晶胞所共,有，那么，每個(gè)晶胞對(duì)這個(gè)原子分得的份額就是\f(1,n),\a\vs4\al(方,法)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(（1）長(zhǎng)方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒,子數(shù)的計(jì)算,\x(粒子)\x(位于頂角)\x(同為8個(gè)晶胞所共有，,\f(1,8)粒子屬于該晶胞)\x(位于棱上)\x(同為4個(gè)晶胞所共有，,\f(1,4)粒子屬于該晶胞)\x(位于面上)\x(同為2個(gè)晶胞所共有，,\f(1,2)粒子屬于該晶胞)\x(位于內(nèi)部)\x(整個(gè)粒子都屬于該晶胞),圖示：,（2）非長(zhǎng)方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶,胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂角（1個(gè)碳,原子）被三個(gè)六邊形共有，每個(gè)六邊形占\f(1,3)))))[自我檢測(cè)]下圖為三種離子晶體晶胞示意圖(?陽(yáng)離子，eq\a\vs4\al()陰離子)，以M代表陽(yáng)離子，以N表示陰離子，寫出各離子晶體的組成表達(dá)式：A________、B________、C________。解析：在A中，含M、N的個(gè)數(shù)相等，故組成表達(dá)式為MN；在B中，含M：eq\f(1,8)×4＋1＝eq\f(3,2)(個(gè))，含N：eq\f(1,2)×4＋2＋4×eq\f(1,8)＝eq\f(9,2)(個(gè))，N(M)∶N(N)＝eq\f(3,2)∶eq\f(9,2)＝1∶3，故組成表達(dá)式為MN3；在C中，含M：eq\f(1,8)×4＝eq\f(1,2)(個(gè))，含N為1個(gè)，故組成表達(dá)式為MN2。答案：MNMN3MN2(1)在晶胞中微粒個(gè)數(shù)的計(jì)算過(guò)程中，不要形成思維定勢(shì)，不能對(duì)任何形狀的晶胞都使用上述計(jì)算方法。不同形狀的晶胞，應(yīng)先分析任意位置上的一個(gè)粒子是被幾個(gè)晶胞共用，如六棱柱晶胞中，頂點(diǎn)、側(cè)棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2個(gè)晶胞共用。(2)判斷某種粒子周圍等距且緊鄰的粒子數(shù)目時(shí)，要注意運(yùn)用三維想象法。例如：NaCl晶體中，Na＋周圍等距且緊鄰的Na＋數(shù)目(Na＋用“。”表示)：每個(gè)面上都有4個(gè)，共計(jì)12個(gè)。(1)[2017·高考全國(guó)卷Ⅰ，35(4)(5)]①KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料，具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu)，邊長(zhǎng)為a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與O間的最短距離為_(kāi)___________nm，與K緊鄰的O個(gè)數(shù)為_(kāi)___________。②在KIO3晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于______________位置，O處于____________位置。(2)[2016·高考全國(guó)卷Ⅰ，37(6)]晶胞有兩個(gè)基本要素：①原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。如圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標(biāo)參數(shù)A為(0，0，0)；B為(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))；C為(eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，0)。則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為_(kāi)_____________。②晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a＝565.76pm，其密度為_(kāi)____________________________________g·cm－3(列出計(jì)算式即可)。(3)[2015·高考全國(guó)卷Ⅱ，37(5)]O和Na能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a＝0.566nm,F的化學(xué)式為_(kāi)_________；晶胞中O原子的配位數(shù)為_(kāi)_____；列式計(jì)算晶體F的密度(g·cm－3)__________________________________。(4)[2015·高考全國(guó)卷Ⅰ，37(5)]碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：石墨烯晶體金剛石晶體①在石墨烯晶體中，每個(gè)C原子連接________個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有________個(gè)C原子。②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個(gè)C原子連接________個(gè)六元環(huán)，六元環(huán)中最多有________個(gè)C原子在同一平面。[解析](1)①二者間的最短距離為晶胞面對(duì)角線長(zhǎng)的一半，即eq\f(\r(2),2)×0.446nm≈0.315nm。與鉀緊鄰的氧原子有12個(gè)。②想象4個(gè)晶胞緊密堆積，則I處于頂角，O處于棱心，K處于體心。(2)①對(duì)照晶胞圖示、坐標(biāo)系以及A、B、C點(diǎn)坐標(biāo)，選A點(diǎn)為參照點(diǎn)，觀察D點(diǎn)在晶胞中位置(體對(duì)角線eq\f(1,4)處)，由B、C點(diǎn)坐標(biāo)可以推知D點(diǎn)坐標(biāo)。②類似金剛石晶胞，1個(gè)晶胞含有8個(gè)鍺原子，ρ＝eq\f(8×73,6.02×565.763)×107g·cm－3。(3)該晶胞中含有8個(gè)Na＋、4個(gè)O2－，故化學(xué)式為Na2O，O原子的配位數(shù)為8；一個(gè)晶胞的質(zhì)量為eq\f(4,NA)×62g，故密度為eq\f(4×62,NA×（0.566×10－7）3)g·cm－3＝2.27g·cm－3。(4)①由圖中石墨烯的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)碳被3個(gè)六元環(huán)所共有，每個(gè)六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6×eq\f(1,3)＝2。②金剛石晶體中每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)所共有。六元環(huán)中C原子采取sp3雜化，為空間六邊形結(jié)構(gòu)，最多有4個(gè)C原子共平面。[答案](1)①0.31512②體心棱心(2)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))②eq\f(8×73,6.02×565.763)×107(3)Na2O8eq\f(4×62,NA×（0.566×10－7）3)g·cm－3＝2.27g·cm－3(4)①32②124金剛石晶胞(如圖)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)。答案：8eq\f(\r(3),8)eq\f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq\f(\r(3)π,16)晶體的密度及微粒間的距離的計(jì)算若1個(gè)晶胞中含有x個(gè)微粒，則1mol晶胞中含有xmol微粒，其質(zhì)量為xMg(M為微粒的相對(duì)“分子”質(zhì)量)；又1個(gè)晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3g(a3為晶胞的體積)，則1mol晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3NAg，因此有xM＝ρa(bǔ)3NA，即ρ＝eq\f(xM,a3NA)。eq\a\vs4\al()晶胞的結(jié)構(gòu)1．(1)石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(C60)，某金屬M(fèi)與C60可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個(gè)數(shù)為_(kāi)_______，該材料的化學(xué)式為_(kāi)_______。(2)Mg與某元素形成的化合物的晶胞如圖所示，晶胞中陰離子與陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比是________。(3)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。銅晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，銅晶體中每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目為_(kāi)_______。解析：(1)一個(gè)晶胞中M原子的個(gè)數(shù)為12×eq\f(1,4)＋9＝12；一個(gè)晶胞中C60的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，M與C60的個(gè)數(shù)比為3∶1，故該材料的化學(xué)式為M3C60。(3)根據(jù)晶胞可知，銅晶體是面心立方結(jié)構(gòu)，頂點(diǎn)離面心的銅原子距離最近，一個(gè)晶胞中，一個(gè)頂點(diǎn)離它最近的面心銅原子有3個(gè)，經(jīng)過(guò)一個(gè)頂點(diǎn)的晶胞有8個(gè)，共24個(gè)面心銅原子，1個(gè)面心銅原子由2個(gè)晶胞共有，故每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子有12個(gè)。答案：(1)12M3C60(2)2∶1(3)122．(1)單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以________相結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)________個(gè)原子。(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷，如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，則每個(gè)晶胞中含有B原子的個(gè)數(shù)為_(kāi)_______，該功能陶瓷的化學(xué)式為_(kāi)_______。(3)元素X位于第4周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個(gè)電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。①在1個(gè)晶胞中，X離子的數(shù)目為_(kāi)_______。②該化合物的化學(xué)式為_(kāi)_______。解析：(1)單質(zhì)硅與金剛石都屬于原子晶體，其中原子與原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)6×eq\f(1,2)＝3個(gè)原子。(2)B原子半徑大于N原子半徑，所以白球是B原子，黑球是N原子。其中B原子的個(gè)數(shù)是1＋8×eq\f(1,8)＝2，N原子的個(gè)數(shù)是1＋4×eq\f(1,4)＝2。所以該物質(zhì)的化學(xué)式是BN。(3)X的核外電子排布式為[Ar]3d104s2，則X為鋅，Y的核外電子排布式為[Ne]3s23p4，則Y為硫。1個(gè)晶胞中X離子數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Y的離子數(shù)目為4，X與Y的離子數(shù)目比為1∶1，則該化合物的化學(xué)式為ZnS。答案：(1)共價(jià)鍵3(2)2BN(3)①4②ZnS晶胞的計(jì)算3．(1)①Cu2O為半導(dǎo)體材料，在其立方晶胞內(nèi)部有4個(gè)氧原子，其余氧原子位于面心和頂點(diǎn)，則該晶胞中有________個(gè)銅原子。②Al單質(zhì)為面心立方晶體，其晶胞參數(shù)a＝0.405nm，晶胞中鋁原子的配位數(shù)為_(kāi)_______。列式表示Al單質(zhì)的密度________________________________g·cm－3(不必計(jì)算出結(jié)果)。(2)前四周期原子序數(shù)依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的價(jià)電子層中未成對(duì)電子均只有1個(gè)，并且A－和B＋的電子數(shù)相差為8；與B位于同一周期的C和D，它們價(jià)電子層中的未成對(duì)電子數(shù)分別為4和2，且原子序數(shù)相差為2。A、B和D三種元素組成的一個(gè)化合物的晶胞如圖所示。①該化合物的化學(xué)式為_(kāi)_________；D的配位數(shù)為_(kāi)___________；②列式計(jì)算該晶體的密度：________________g·cm－3。(3)立方ZnS晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，其晶胞邊長(zhǎng)為540.0pm，密度為_(kāi)_______________g·cm－3(列式并計(jì)算)，a位置S2－與b位置Zn2＋之間的距離為_(kāi)_________pm(列式表示)。解析：(1)②面心立方晶體中，鋁原子的配位數(shù)為12；該晶胞中含有Al原子數(shù)目為eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4，根據(jù)(0.405×10－7)3×ρ＝27×eq\f(4,NA)，解得ρ＝eq\f(4×27,6.02×1023×（0.405×10－7）3)(g·cm－3)。(2)由題意可知：A為F元素，B為K元素，C為Fe元素，D為Ni元素。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知：F原子個(gè)數(shù)為16×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＋2＝8，K原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,4)＋2＝4，Ni原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋1＝2，則化學(xué)式為K2NiF4。由圖示可看出在每個(gè)Ni原子的周圍有6個(gè)F原子，故Ni的配位數(shù)為6。該晶體的密度為eq\f(39×4＋59×2＋19×8,6.02×1023×4002×1308×10－30)＝3.4(g·cm－3)。(3)用均攤法算出每個(gè)晶胞中含4個(gè)Zn2＋和4個(gè)S2－，其質(zhì)量為4×eq\f(65＋32,6.02×1023)g，其體積是(540.0×10－10cm)3，所以其密度為eq\f(4×\f(65＋32,6.02×1023),（540.0×10－10）3)＝4.1(g·cm－3)。若把該晶胞均分為8個(gè)小立方，則b(Zn2＋)處于小立方體的正中心，它與頂點(diǎn)a(S2－)的距離為晶胞體對(duì)角線的eq\f(1,4)，即(540.0pm×eq\r(3))/4＝135eq\r(3)pm。答案：(1)①16②12eq\f(4×27,6.02×1023×（0.405×10－7）3)(2)①K2NiF46②eq\f(39×4＋59×2＋19×8,6.02×1023×4002×1308×10－30)＝3.4(3)eq\f(\f(4×（65＋32）,6.02×1023),（540.0×10－10）3)＝4.1135eq\r(3)晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算(1)晶胞質(zhì)量＝晶胞含有的微粒的質(zhì)量＝晶胞含有的微粒數(shù)×eq\f(M,NA)。(2)空間利用率＝eq\f(晶胞含有的微粒體積,晶胞體積)×100%。(3)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設(shè)棱長(zhǎng)為a)①面對(duì)角線長(zhǎng)＝eq\r(2)a；②體對(duì)角線長(zhǎng)＝eq\r(3)a；③體心立方堆積4r＝eq\r(3)a(r為原子半徑)；④面心立方堆積4r＝eq\r(2)a(r為原子半徑)。eq\a\vs4\al()[課后達(dá)標(biāo)檢測(cè)]一、選擇題1．(2015·高考上海卷)某晶體中含有極性鍵，關(guān)于該晶體的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．不可能有很高的熔沸點(diǎn)B．不可能是單質(zhì)C．可能是有機(jī)物D．可能是離子晶體解析：選A。A.在SiO2晶體中含有極性共價(jià)鍵Si—O鍵，由于該晶體是原子晶體，原子之間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合，斷裂需要吸收很高的能量，因此該物質(zhì)的熔沸點(diǎn)很高，錯(cuò)誤。B.同種元素的原子形成的共價(jià)鍵是非極性共價(jià)鍵，不同種元素的原子形成的共價(jià)鍵是極性共價(jià)鍵，因此含有極性鍵的物質(zhì)不可能是單質(zhì)，正確。C.若該極性鍵存在于含有C元素的化合物中，如CH4、CH3CH2OH等，則相應(yīng)的物質(zhì)是有機(jī)物，正確。D.離子化合物中一定含有離子鍵，可能含有極性共價(jià)鍵，如NaOH，也可能含有非極性共價(jià)鍵，如Na2O2，因此含有極性鍵的化合物可能是離子晶體，正確。2．下列性質(zhì)適合于某種原子晶體的是()A．熔點(diǎn)1070℃，易溶于水，水溶液導(dǎo)電B．熔點(diǎn)10.32℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電C．能溶于CS2，熔點(diǎn)112℃，沸點(diǎn)444.6℃D．熔點(diǎn)3550℃，很硬，不溶于水，不導(dǎo)電解析：選D。由原子晶體所具有的一般特點(diǎn)：熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水等性質(zhì)，可以推斷D項(xiàng)描述的晶體是原子晶體。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＋周圍距離相等且緊鄰的Na＋共有6個(gè)C．氯化銫晶體中，每個(gè)Cs＋周圍等距且緊鄰8個(gè)Cl－D．干冰晶體中，每個(gè)CO2分子周圍等距且緊鄰12個(gè)CO2分子解析：選B。氯化鈉晶體中，每個(gè)Na＋周圍距離相等且緊鄰的Na＋共有12個(gè)，距離相等且緊鄰的Cl－共有6個(gè)。4．下列說(shuō)法正確的是()A．原子晶體中只存在非極性共價(jià)鍵B．因?yàn)镠Cl的相對(duì)分子質(zhì)量大于HF，所以HCl的沸點(diǎn)高于HFC．液氮汽化時(shí)，分子內(nèi)共價(jià)鍵不會(huì)發(fā)生斷裂D．凡有規(guī)則外形的固體一定是晶體解析：選C。A項(xiàng)SiO2中存在極性鍵；B項(xiàng)HF分子間存在氫鍵，故HF的沸點(diǎn)高。5．下列有關(guān)化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)的說(shuō)法正確的是()A．兩種元素組成的分子中一定只有極性鍵B．離子化合物的熔點(diǎn)一定比共價(jià)化合物的高C．非金屬元素組成的化合物一定是共價(jià)化合物D．只要含有離子鍵就是離子晶體解析：選D。本題可用舉例法判斷，選項(xiàng)A中如H2O2和C2H6分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵，A錯(cuò)。有的共價(jià)化合物在固態(tài)時(shí)形成分子晶體，熔點(diǎn)較低，有的共價(jià)化合物在固態(tài)時(shí)形成原子晶體，熔點(diǎn)很高，B錯(cuò)。對(duì)于選項(xiàng)C可考慮銨鹽，常見(jiàn)的銨鹽如NH4NO3只有非金屬元素組成，但屬于離子化合物，C錯(cuò)。6．下面的排序不正確的是()A．晶體熔點(diǎn)由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4B．硬度由大到?。航饎偸?gt;碳化硅>晶體硅C．熔點(diǎn)由高到低：Na>Mg>AlD．晶格能由大到小：NaF>NaCl>NaBr>NaI解析：選C。選項(xiàng)A中晶體熔點(diǎn)與分子間作用力有關(guān)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，選項(xiàng)A正確；選項(xiàng)B中硬度與共價(jià)鍵的鍵能有關(guān)，由于Si—Si鍵的鍵長(zhǎng)>C—Si鍵的鍵長(zhǎng)>C—C鍵的鍵長(zhǎng)，鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小，選項(xiàng)B正確；選項(xiàng)C中熔點(diǎn)與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬性越強(qiáng)，金屬鍵越弱，因此正確的順序?yàn)锳l>Mg>Na，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D中晶格能的大小與離子半徑和離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，選項(xiàng)D正確。7．如圖為冰晶體的結(jié)構(gòu)模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．冰晶體中每個(gè)水分子與另外四個(gè)水分子形成四面體B．冰晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是原子晶體C．水分子間通過(guò)H—O鍵形成冰晶體D．冰晶體熔化時(shí)，水分子之間的空隙增大解析：選A。冰是水分子之間通過(guò)氫鍵結(jié)合而成的分子晶體，B、C錯(cuò)誤；水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，D錯(cuò)誤。8．下列關(guān)于晶體的說(shuō)法一定正確的是()A．分子晶體中都存在共價(jià)鍵B．CaTiO3晶體中每個(gè)Ti4＋與12個(gè)O2－相鄰C．SiO2晶體中每個(gè)硅原子與兩個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合D．金屬晶體的熔點(diǎn)都比分子晶體的熔點(diǎn)高解析：選B。有些單原子的分子晶體中不存在共價(jià)鍵，如稀有氣體構(gòu)成的晶體，A錯(cuò)；因在晶體中Ti4＋位于頂點(diǎn)而O2－位于面心，所以CaTiO3晶體中每個(gè)Ti4＋與12個(gè)O2－相鄰，B正確；SiO2晶體中每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子以共價(jià)鍵結(jié)合，C錯(cuò)；有些金屬晶體比分子晶體的熔點(diǎn)低，如汞在常溫下為液體，D錯(cuò)。9．高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu)，晶體中氧的化合價(jià)部分為0價(jià)，部分為－2價(jià)。如圖所示為超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞，則下列說(shuō)法正確的是()A．超氧化鉀的化學(xué)式為KO2，每個(gè)晶胞含有4個(gè)K＋和4個(gè)Oeq\o\al(－,2)B．晶體中每個(gè)K＋周圍有8個(gè)Oeq\o\al(－,2)，每個(gè)Oeq\o\al(－,2)周圍有8個(gè)K＋C．晶體中與每個(gè)K＋距離最近的K＋有8個(gè)D．晶體中與每個(gè)K＋距離最近的K＋有6個(gè)解析：選A。由題中的晶胞結(jié)構(gòu)知：有8個(gè)K＋位于頂點(diǎn)，6個(gè)K＋位于面心，則晶胞中含有的K＋數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個(gè)；有12個(gè)Oeq\o\al(－,2)位于棱上，1個(gè)Oeq\o\al(－,2)處于中心，則晶胞中含有Oeq\o\al(－,2)數(shù)為12×eq\f(1,4)＋1＝4個(gè)，所以超氧化鉀的化學(xué)式為KO2；每個(gè)K＋周圍有6個(gè)Oeq\o\al(－,2)，每個(gè)Oeq\o\al(－,2)周圍有6個(gè)K＋，與每個(gè)K＋距離最近的K＋有12個(gè)。二、非選擇題10．下圖為幾種晶體或晶胞的示意圖：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)上述晶體中，粒子之間以共價(jià)鍵結(jié)合形成的晶體是________。(2)冰、金剛石、MgO、CaCl2、干冰5種晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開(kāi)_______________________。(3)NaCl晶胞與MgO晶胞相同，NaCl晶體的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶體，原因是________________________________________________。(4)每個(gè)Cu晶胞中實(shí)際占有________個(gè)Cu原子，CaCl2晶體中Ca2＋的配位數(shù)為_(kāi)_______。(5)冰的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于干冰，除H2O是極性分子、CO2是非極性分子外，還有一個(gè)重要的原因是______________________________________________________________。答案：(1)金剛石晶體(2)金剛石、MgO、CaCl2、冰、干冰(3)小于MgO晶體中離子所帶的電荷數(shù)大于NaCl晶體中離子所帶的電荷數(shù)；且r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－)(4)48(5)H2O分子之間能形成氫鍵11．氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)基態(tài)硼原子的電子排布式為_(kāi)___________________________________。(2)關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法，正確的是________(填序號(hào))。a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟c．兩種晶體中的B—N鍵均為共價(jià)鍵d．兩種晶體均為分子晶體(3)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為_(kāi)_______，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。(4)立方相氮化硼晶體中，硼原子的雜化軌道類型為_(kāi)_______。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實(shí)，推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是____________________________________________。(5)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。1molNH4BF4含有________mol配位鍵。解析：(1)B的原子序數(shù)為5，故其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p1。(2)立方相氮化硼晶體的硬度大小與是否含有σ鍵和π鍵無(wú)關(guān)，與晶體的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即立方相氮化硼晶體為原子晶體，硬度較大，a錯(cuò)誤；六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，根據(jù)石墨晶體可知其層和層之間是靠范德華力結(jié)合的，故其作用力小，質(zhì)地較軟，b正確；B和N都是非金屬元素，兩種晶體中的B—N鍵都是共價(jià)鍵，c正確；六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，屬于混合型晶體，立方相氮化硼晶體為原子晶體，d錯(cuò)誤。(3)六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，同一層上的原子在同一平面內(nèi)，根據(jù)六方相氮化硼晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知，1個(gè)B原子與3個(gè)N原子相連，故為平面三角形結(jié)構(gòu)；由于B最外層有3個(gè)電子都參與了成鍵，層與層之間沒(méi)有自由移動(dòng)的電子，故不導(dǎo)電。(4)立方相氮化硼晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，故B原子為sp3雜化；該晶體存在地下約300km的古地殼中，因此制備需要的條件是高溫、高壓。(5)NHeq\o\al(＋,4)中有1個(gè)配位鍵，BFeq\o\al(－,4)中有1個(gè)配位鍵，故1molNH4BF4含有2mol配位鍵。答案：(1)1s22s22p1(2)bc(3)平面三角形層狀結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自由移動(dòng)的電子(4)sp3高溫、高壓(5)212．(2016·高考四川卷)M、R、X、Y為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，Z是一種過(guò)渡元素。M基態(tài)原子L層中p軌道電子數(shù)是s軌道電子數(shù)的2倍，R是同周期元素中最活潑的金屬元素，X和M形成的一種化合物是引起酸雨的主要大氣污染物，Z的基態(tài)原子4s和3d軌道半充滿。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)X的氫化物的沸點(diǎn)低于與其組成相似的M的氫化物，其原因是_______________________________________________________________________________________。(2)M和R所形成的一種離子化合物R2M晶體的晶胞如圖所示，則圖中黑球代表的離子是________(填離子符號(hào))。(3)在稀硫酸中，Z的最高價(jià)含氧酸的鉀鹽(橙色)氧化M的一種氫化物，Z被還原為＋3價(jià)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________。解析：由M基態(tài)原子L層中p軌道電子數(shù)是s軌道電子數(shù)的2倍，可知M為氧元素；R是同周期元素中最活潑的短周期金屬元素，且原子序數(shù)大于氧元素，故R為鈉元素；X和M形成的一種化合物是引起酸雨的主要大氣污染物，故X為硫元素，Y為氯元素；Z的基態(tài)原子4s和3d軌道半充滿，故其電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，故Z為鉻元素。(1)S的氫化物為H2S，與H2S組成相似的O的氫化物為H2O，由