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2021年高考化学一轮复习讲义 第12章 第38讲 晶体结构与性质
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第38讲 晶体结构与性质
考纲要求 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性有序排列
结构微粒无序排列
性
质
特
征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
(2)得到晶体的途径
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
③溶质从溶液中析出。
(3)晶胞
①概念：描述晶体结构的基本单元。
②晶体中晶胞的排列——无隙并置
无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
2．晶胞组成的计算——均摊法
(1)原则
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
(2)方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。
理解应用
(1)如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。
答案 2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×)＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×)＝1∶1；丙中N(c)＝12×＋1＝4，N(d)＝8×＋6×＝4。
(2)下图为离子晶体立体构型示意图：(●阳离子，○阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：
A________、B________、C________。
答案 MN MN3 MN2
解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，M∶N＝∶＝1∶3；在C中含M：×4＝(个)，含N为1个。
(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
(4)固体SiO2一定是晶体( )
(5)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( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
(7)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( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
1．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。
答案 ＋3价
解析 R：8×＋1＝2
G：8×＋8×＋4×＋2＝8
Q：8×＋2＝4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。
由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。
2.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是 ( )
A．3∶9∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
答案 B
解析 A粒子数为6×＝；
B粒子数为6×＋3×＝2；
C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。
3．(2019·苏州高三月考)已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。
答案 5
解析 La：2×＋12×＝3
Ni：12×＋6×＋6＝15
所以n＝5。
4．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。
答案 CuH
解析 根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H(○)：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。
5．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
答案 (1)MgB2 (2)BO
解析 (1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。
6．已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单链结合，试根据下图确定该晶体的化学式为________________。
答案 B3A4
1．常见晶体结构模型
(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。
②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。
(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 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“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)石墨晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。
理解应用
按要求回答问题
①在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子；每个C原子被________个最小碳环共用。
②在干冰中粒子间作用力有____________________________________________________。
③含1 mol H2O的冰中形成氢键的数目为________。
④在NaCl晶体中，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Na＋，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Cl－，其立体构型为____________。
⑤在CaF2晶体中，每个Ca2＋周围距离最近且等距离的F－有________个；每个F－周围距离最近且等距离的Ca2＋有________个。
答案 ①6 12 ②共价键、范德华力 ③2NA
④12 6 正八面体形 ⑤8 4
(5)金属晶体的四种堆积模型分析
堆积模型
简单立
方堆积
体心立
方堆积
六方最
密堆积
面心立方
最密堆积
晶胞
配位数
6
8
12
12
原子半径(r)
和晶胞边长
(a)的关系
2r＝a
2r＝
2r＝
一个晶胞内
原子数目
1
2
2
4
常见金属
Po
Na、K、Fe
Mg、Zn、Ti
Cu、Ag、Au
理解应用
金属晶胞中原子空间利用率的计算：
空间利用率＝×100%，球体积为金属原子的总体积。
(1)简单立方堆积
如图所示，设原子半径为r，则立方体的棱长为________，V球＝________，V晶胞＝________，空间利用率＝______________。
答案 2r πr3 8r3 52%
(2)体心立方堆积
如图所示，设原子半径为r，则体对角线c为________，面对角线b为________(用a表示)，a＝________(用r表示)，空间利用率为________。
答案 4r a r 68%
解析 由(4r)2＝a2＋b2，得a＝r,1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%≈68%。
(3)六方最密堆积
如图所示，设原子半径为r，则棱长为________(用r表示，下同)，底面面积S＝________，h＝________，V晶胞＝________，空间利用率＝________。
答案 2r 2r2 8r3 74%
解析 底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈74%。
(4)面心立方最密堆积
如图所示，设原子半径为r，则面对角线为________(用r表示)，a＝________(用r表示)，V晶胞＝________(用r表示)，空间利用率＝__________。
答案 4r 2r 16r3 74%
解析 原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈74%。
2．四种晶体类型的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子
和自由电子
阴、阳离子
粒子间的
相互作用力
分子间
作用力
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，
有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，
有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任
何溶剂
常见溶
剂难溶
大多易溶
于水等极
性溶剂
导电、
传热性
一般不导
电，溶于水
后有的导电
一般不具
有导电性
电和热的
良导体
晶体不导电，
水溶液或熔
融态导电
3.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
理解应用
(1)在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
①其中只含有离子键的离子晶体是__________________________________________。
②其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________。
③其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________。
④其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。
⑤其中含有极性共价键的非极性分子是____________________________________________。
⑥其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________。
⑦其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________________。
⑧其中含有极性共价键的原子晶体是_______________________________________。
⑨不含共价键的分子晶体是__________，只含非极性共价键的原子晶体是____________。
答案 ①NaCl、Na2S ②NaOH、(NH4)2S
③(NH4)2S ④Na2S2 ⑤CO2、CCl4、C2H2
⑥C2H2 ⑦H2O2 ⑧SiO2、SiC ⑨晶体氩 晶体硅、金刚石
(2)比较下列晶格能大小：
①NaCl________KCl；
②CaF2________MgO；
③Na2S________Na2O；
④CaO________KCl。
答案 ①＞ ②＜ ③＜ ④＞
(1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(√)
(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个(×)
(3)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(√)
(4)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(×)
(5)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(×)
(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(×)
(7)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(√)
题组一 常见晶体的分析
1．已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是( )
A．晶胞中一个CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm－3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的立体构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化
答案 B
解析 晶胞中一个CO2分子的配位数为12，故A错误；该晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为a pm，则晶胞棱长＝a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积＝(a×10－10 cm)3，该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×＋6×＝4，晶胞密度＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，故B正确，C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化类型为sp，故D错误。
2．石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构(可以看作是晶体硅中的每个Si—Si键中插入一个O)，其中硅、氧原子数比是m∶n，有关叙述正确的是( )
A．m∶n＝2∶1
B．6 g该晶体中含有0.1NA个分子
C．原硅酸根(SiO)的结构为，则二聚硅酸根离子Si2O中的x＝7
D．石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si、O原子个数和为8
答案 C
解析 每个Si原子占有O原子个数＝4×＝2；该晶体是原子晶体，不存在分子；原硅酸(H4SiO4)的结构可表示为，两个原硅酸分子可发生分子间脱水生成二聚原硅酸：，二聚原硅酸电离出6个H＋后，形成带6个负电荷的二聚原硅酸根离子；在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有12个原子。
3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
答案 B
解析 氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
题组二 晶体类型的判断
4．NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有__________________________(填序号)。
a．离子晶体 b．分子晶体
c．原子晶体 d．金属晶体
答案 abd
5．(1)用“>”或“<”填空：
第一电离能
离子半径
熔点
酸性
Si____S
O2－____Na＋
NaCl____Si
H2SO4____HClO4
(2)MgCl2在工业上应用广泛，可由MgO制备。
①MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
②SiO2的晶体类型为________________。
(3)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是________(填字母)。
A．SiX4难水解
B．SiX4是共价化合物
C．NaX都易水解
D．NaX的熔点一般高于SiX4
答案 (1)< > < <
(2)①高 ②原子晶体
(3)BD
解析 (1)同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势，但s、p、d等轨道处于全空、半充满、全充满的稳定状态时，则出现反常现象。Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4，其中3p轨道均处于不稳定状态，因此Si的第一电离能小于S。O2－与Na＋的核外电子排布相同，其电子排布式均为1s22s22p6，离子核外电子排布相同时，原子序数越大，离子半径越小，因此O2－的离子半径大于Na＋。NaCl为离子晶体，Si为原子晶体，因此Si的熔点高于NaCl。一般来说，元素的非金属性越强，该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强，Cl元素的非金属性强于S元素，则HClO4的酸性强于H2SO4。
(2)①Mg、Ba同主族，Mg2＋的半径小于Ba2＋，MgO的晶格能比BaO大，故MgO的熔点比BaO高。
②SiO2为空间立体网状结构，其熔、沸点很高，属于原子晶体。
(3)A项，硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl、SiF4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HF，错误；B项，硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成，属于共价化合物，正确；C项，钠的卤化物(NaX)除NaF外均属于强酸强碱盐，不发生水解，错误；D项，钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，正确。
6．(2019·重庆模拟)现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550 ℃
Li：181 ℃
HF：－83 ℃
NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃
Na：98 ℃
HCl：－115 ℃
KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃
K：64 ℃
HBr：－89 ℃
RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃
Rb：39 ℃
HI：－51 ℃
CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于_______________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)原子 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④
(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
解析 (1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
题组三 晶体的性质及应用
7．下列性质适合于分子晶体的是( )
A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
D．熔点为97.82 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
答案 C
解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。
8．(2019·河南六市第一次联考)ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。
(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单质碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是________(填字母)。
A．石墨烯是一种强度很高的材料
B．石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C．石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D．石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________。
(4)SiO2比CO2熔点高的原因是____________________________________________。
(5)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性________、共价性________。(填“增强”“不变”或“减弱”)
答案 (1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)C (3)增大 三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高 (4)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 (5)①均为分子晶体，范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强
解析 (2)石墨烯单层原子间以共价键相结合，强度很高，A正确；石墨烯层与层之间有自由移动的电子，是电的良导体，而石墨烷中没有自由移动的电子，为绝缘体，B正确；石墨烯只含一种碳元素，为碳的单质，C错误；石墨烯与H2间的反应属于加成反应，D项正确。
(5)①四卤化硅为分子晶体，F、Cl、Br、I的相对分子质量逐渐增大，沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，沸点越高。②PbX2的熔点先降低后升高，其中PbF2为离子晶体，PbBr2、PbI2为分子晶体，可知依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。
题组一 2019全国卷高考试题集训
1．[2019·全国卷Ⅰ，35(3)(4)](3)一些氧化物的熔点如表所示：
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
－75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。
答案 (3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能：MgO>Li2O。分子间作用力(分子量)：P4O6>SO2
(4)a a
解析 (3)氧化锂、氧化镁是离子晶体，六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体，离子键比分子间作用力强。(4)观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有(4x)2＝2a2，x＝a。镁原子堆积方式类似金刚石，有y＝a。已知1 cm＝1010 pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，代入密度公式计算即可。
2．[2019·全国卷Ⅱ，35(4)]一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝________g·cm－3。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1中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为________、________。
答案 SmFeAsO1－xFx
解析 由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中Sm个数为4×＝2，Fe个数为1＋4×＝2，As个数为4×＝2，O或F个数为8×＋2×＝2，即该晶胞中O和F的个数之和为2，F－的比例为x，O2－的比例为1－x，故该化合物的化学式为SmFeAsO1－xFx。1个晶胞的质量为g＝g，1个晶胞的体积为a2c pm3＝a2c×10－30cm3，故密度ρ＝g·cm－3。原子2位于底面面心，其坐标为；原子3位于棱上，其坐标为。
题组二 往年高考试题分类汇编
3．晶体类型的判断
(1)[2015·全国卷Ⅰ，37(4)]CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。
(2)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为____________和____________。
答案 (1)分子 (2)分子晶体 离子晶体
4．晶体微粒间作用力
(1)[2018·全国卷Ⅲ，35(3)节选]ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是__________。
(2)[2017·全国卷Ⅲ，35(4)节选]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________。
(3)[2016·全国卷Ⅰ，37(5)改编]Ge单晶具有金刚石型结构，其微粒之间存在的作用力是___。
(4)[2016·全国卷Ⅱ，37(3)节选]单质铜及镍都是由________键形成的晶体。
答案 (1)离子键 (2)离子键和π键(Π键) (3)共价键 (4)金属
5．晶体熔、沸点高低的比较
(1)[2017·全国卷Ⅰ，35(2)节选]K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是___________________________________。
(2)[2017·全国卷Ⅲ，35(3)改编]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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2016·全国卷Ⅲ，37(4)]GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]单质氧有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱
(2)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，水中氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 (3)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
(4)O3 O3相对分子质量较大且是极性分子，范德华力较大
6．晶胞中微粒数目的计算
(1)[2018·全国卷Ⅲ，35(5)]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为____________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为__________________ g·cm－3(列出计算式)。
(2)[2017·全国卷Ⅰ，35(4)(5)]KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________ nm，与K紧邻的O个数为________。
在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。
(3)[2017·全国卷Ⅲ，35]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为__________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________nm。
答案 (1)六方最密堆积(A3型)
(2)0.315(或×0.446) 12 体心 棱心
(3)0.148 0.076
解析 (2)根据晶胞结构可知，K与O间的最短距离为面对角线的一半，即nm≈0.315 nm。K、O构成面心立方，配位数为12(同层4个，上、下层各4 个)。
(3)由题意知在MgO中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以a＝2r(O2－)，r(O2－)≈0.148 nm；MnO的晶胞参数比MgO更大，说明阴离子之间不再接触，阴、阳离子沿坐标轴方向接触，故2[r(Mn2＋)＋r(O2－)]＝a'，r(Mn2＋)＝0.076 nm。
1．MnO2是碱锰电池材料中最普通的正极材料之一，在活性材料MnO2中加入CoTiO3纳米粉体，可以提高其利用率，优化碱锰电池的性能。
(1)写出基态Mn原子的核外电子排布式________。
(2)CoTiO3晶体结构模型如图1所示。在CoTiO3晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。
(3)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理。O2在其催化作用下，可将CN－氧化成CNO－，进而得到N2。与CNO－ 互为等电子体的分子、离子化学式分别为________、________(各写一种)。
(4)三聚氰胺是一种含氮化合物，其结构简式如图2所示。
三聚氰胺分子中氮原子轨道杂化类型是________，1 mol三聚氰胺分子中 σ键的数目为________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
(2)6 12 (3)CO2(或N2O、CS2、BeCl2等合理均可) N (4)sp2、sp3 15NA
解析 (2)采用沿x、y、z三轴切割的方法确定个数，所以分别是6和12。
(4)根据价层电子对数判断杂化类型，环上的N原子含有2个σ 键，氨基含有3个σ 键和一个孤电子对，所以分别为sp2、sp3杂化；一个分子中含有15个σ 键，所以1 mol三聚氰胺中含有σ键的数目为15NA。
2．有A、B、C、D、E、F六种元素，A是周期表中原子半径最小的元素，B是电负性最大的元素，C的2p轨道中有三个未成对的单电子，F原子核外电子数是B与C核外电子数之和，D是主族元素且与E同周期，E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物，D与B可形成离子化合物，其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题。
(1)E元素原子基态时的电子排布式为__________。
(2)A2F分子中F原子的杂化类型是________，F的氧化物FO3分子立体构型为________。
(3)CA3极易溶于水，其原因主要是_________________________________________________，
试判断CA3溶于水后，形成CA3·H2O的合理结构：________(填字母代号)，推理依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)从图中可以看出，D跟B形成的离子化合物的化学式为________；该离子化合物晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积是________________________________(写出表达式即可)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)sp3 平面正三角形
(3)与水分子间形成氢键 (b) 一水合氨电离产生铵根离子和氢氧根离子
(4)CaF2
解析 由题意可知A、B、C分别为H、F、N，故推出F是S，由题意推出E是Cu，由晶胞的结构用均摊法计算出一个晶胞中含有8个F－，同时含有4个D离子，故可判断D是第四周期＋2价的金属元素，故D是钙元素。NH3极易溶于水的原因是能与水分子间形成氢键，根据氢键的表示方法可知(b)是合理的；根据密度＝进行计算，应注意一个晶胞中含有4个CaF2。
3．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
(5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合
(4)σ σ π(或大π或ppπ)
(5)8
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。(5)晶胞中顶点微粒数为：8×＝1，面心微粒数为：6×＝3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即a＝8r，r＝a；碳原子的体积为：8××π×r3，晶胞体积为：a3，碳原子的空间利用率为：＝＝＝。
4．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：
(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。
(2)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为_________________________
_______________________________________________。
可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。
(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化为乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是__________________。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。
(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度为________________________________g·cm－3(不必计算出结果)。
答案 (1)X射线衍射 (2)4 1s22s22p63s23p63d5
红色 (3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16
(4)12
解析 (3)由乙醛的结构式()知，—CH3、—CHO上的碳原子分别为sp3、sp2杂化。由于1个乙醛分子中含有4个C—H键、1个C—C键、1个C==O键，共有6个σ键，故1 mol乙醛分子中含有6NA个σ键。乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子数为4＋6×＋8×＝8(个)，再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。(4)面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×＋6×＝4(个)，一个晶胞的质量为×27 g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1 nm＝10－7 cm。
5．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____________。
②Fe的一种晶胞结构如图所示，测得晶胞边长为a pm，则Fe原子半径为____________。
③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。
①测知镧镍合金晶胞体积为9.0×10－23cm3，则镧镍合金的晶体密度为________________
________________________________________________________(不必计算结果) 。
②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π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π。下列微粒中存在“离域π键”的是________。
a．O3 b．SO c．H2S d．NO
答案 (1)①第四周期Ⅷ族 ②pm
③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)①g·cm－3 ②LaNi5H3 (4)ad
解析 (1)①铁是26号元素，位于第四周期Ⅷ族。
②根据晶胞结构知，面对角线为铁原子半径的4倍，面对角线长度＝a pm，则Fe原子半径＝pm。③FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离最近且等距离的亚铁离子为六个面的面心上的离子，与O2－等距离且最近的Fe2＋围成的立体构型为正八面体。 (2)根据结构图，[Pt(NH3)2Cl4]的配体为NH3和Cl－；橙黄色物质在水中的溶解度较大，水为极性分子，根据相似相溶，橙黄色物质也为极性分子，A为对称结构，属于非极性分子，B为非对称结构，属于极性分子，则橙黄色的配合物为B；亮黄色的为A。 (3)①根据晶胞结构图，La的个数为8×＝1，Ni的个数为8×＋1＝5，晶胞的质量为g，密度＝＝g·cm－3＝g·cm－3。
②根据晶胞结构图，La的个数为8×＝1，Ni的个数为8×＋1＝5，氢原子占据晶胞中上下底面的棱和面心，则H的个数为8×＋2×＝3，其化学式为LaNi5H3。(4)形成离域π键的形成条件是“原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道”，O3为V形结构，有相互平行的p轨道，可以形成离域π键；硫酸根离子是正四面体结构，原子不处于同一平面内，不能形成离域π键；硫化氢中H原子和S原子没有平行的p轨道，不能形成离域π键；NO为平面三角形，有相互平行的p轨道，可以形成离域π键。
6．前四周期元素X、Y、Z、M、N、O、P原子序数逐渐增大，其中X、Y、Z、M、N为短周期元素，而X、Y、Z、M处于同周期的p区，且未成对电子数之比为1∶2∶3∶2；N与Z同族。O、P分别位于周期表第2、4列，P的单质被称为“未来金属”，具有质量轻、强度大、耐腐蚀性好的优点。
(1)Y、Z、M三种元素的电负性由大到小的顺序：______(用元素符号表示)。
(2)M的常见氢化物的氢键的键能小于HF的氢键的键能，但M的常见氢化物常温下为液态而HF常温下为气态的原因是：__________________________________________________。
(3)XN一种耐磨涂料，可用于金属表面保护层，该化合物可由X的三溴化物和N的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成。
①写出合成XN的化学方程式：__________________________。(各物质用化学式表示)
②XN的晶体的晶胞如图所示：
其中实心球为N，在一个晶胞中N原子空间堆积方式为________，N原子的配位数为________；该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是________(写元素符号)。
(4)O和硫形成的某种晶体的晶胞如图a所示：该晶胞原子的坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)。则C原子的坐标参数为________。
(5)图b为P的一种面心立方晶胞结构，若晶胞的边长为a nm，则P的密度为________g·cm－3(用含a和NA的代数式表示)。
答案 (1)O＞N＞C (2)平均每个H2O分子间的氢键数目比HF分子间的多
(3)①BBr3＋PBr3＋3H2BP＋6HBr ② 面心立方最密堆积 4 B
(4)(，，)
(5)
解析 由信息可知：X为B元素、Y为C元素、Z为N元素、M为O元素、N为P元素、O为Ca元素、P为Ti元素。
(2)M为O元素，M的常见氢化物为H2O，每个分子能形成两个氢键，而每个HF分子只能形成一个氢键，所以虽然H2O氢键的键能小于HF氢键的键能，但水常温下为液态而HF常温下为气态。(3)②BP晶体结构中，实心球为P原子，根据晶胞结构分析，P做面心立方最密堆积；P位于顶点和面心，故1 mol晶胞中含有P原子的数目为8×＋6×＝4，B位于晶胞内，故含有B原子的数目为4个，所以P原子的配位数为4，没有孤电子对的原子提供空轨道，B原子没有孤电子对，所以提供空轨道，P原子提供孤电子对。
(5)图b为Ti的一种面心立方晶胞结构，Ti原子的个数为：8×＋6×＝4，若晶胞的边长为a nm，体积为(a×10－7)3cm3，NA表示阿伏加德罗常数，则晶体Ti的密度为ρ＝＝＝g·cm－3。
7．砷化镓是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料。回答下列问题：
(1)Ga基态原子核外电子排布式为________________，As基态原子核外有________个未成对电子。
(2)Ga、As、Se的第一电离能由大到小的顺序是______，Ga、As、Se的电负性由大到小的顺序是________。
(3)比较下列镓的卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：____________________。
镓的卤化物
GaCl3
GaBr3
GaI3
熔点/℃
77.75
122.3
211.5
沸点/℃
201.2
279
346
GaF3的熔点超过1 000 ℃可能的原因是________________________________________。
(4)二水合草酸镓的结构如图1所示，其中镓原子的配位数为________，草酸根离子中碳原子的杂化轨道类型为________。
(5)砷化镓的立方晶胞结构如图2所示，晶胞参数为a＝0.565 nm，砷化镓晶体的密度为________ g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。
答案 (1)[Ar]3d104s24p1 3
(2)As>Se>Ga Se>As>Ga
(3)GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高，原因是它们均为分子晶体，相对分子质量依次增大 GaF3是离子晶体 (4)4 sp2
(5)
解析 (1)Ga是第31号元素，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1。As是第33号元素，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，所以其4p能级上有3个未成对电子。(2)同周期由左向右元素的第一电离能逐渐增大，但是As的p能级是半充满稳定结构，故第一电离能反常高，故第一电离能的顺序为As>Se>Ga。同周期元素由左向右电负性增大，所以电负性顺序为Se>As>Ga。(3)由表格中数据可知三种化合物的熔、沸点较低，可判断三种化合物均为分子晶体，对结构相似的分子晶体而言，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。GaF3的熔点超过1 000 ℃，与GaI3、GaBr3、GaCl3的熔点差异比较显著，故GaF3不可能是分子晶体，而是离子晶体。(4)由图1知，每个镓与4个氧相连，所以配位数为4。草酸根离子中的碳原子，形成了一个碳氧双键，所以是sp2杂化。(5)晶胞中Ga原子位于8个顶点和6个面心，所以Ga有8×＋6×＝4个，As都在晶胞内也有4个，所以晶胞质量为 g。晶胞边长为0.565 nm＝0.565×10－7 cm，晶胞体积为边长的立方，晶胞质量除以晶胞体积得到晶胞密度，所以晶体的密度为 g·cm－3。
考纲要求 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性有序排列
结构微粒无序排列
性
质
特
征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
(2)得到晶体的途径
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
③溶质从溶液中析出。
(3)晶胞
①概念：描述晶体结构的基本单元。
②晶体中晶胞的排列——无隙并置
无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
2．晶胞组成的计算——均摊法
(1)原则
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
(2)方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。
理解应用
(1)如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。
答案 2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×)＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×)＝1∶1；丙中N(c)＝12×＋1＝4，N(d)＝8×＋6×＝4。
(2)下图为离子晶体立体构型示意图：(●阳离子，○阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：
A________、B________、C________。
答案 MN MN3 MN2
解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，M∶N＝∶＝1∶3；在C中含M：×4＝(个)，含N为1个。
(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
(4)固体SiO2一定是晶体( )
(5)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( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
(7)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( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
1．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。
答案 ＋3价
解析 R：8×＋1＝2
G：8×＋8×＋4×＋2＝8
Q：8×＋2＝4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。
由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。
2.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是 ( )
A．3∶9∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
答案 B
解析 A粒子数为6×＝；
B粒子数为6×＋3×＝2；
C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。
3．(2019·苏州高三月考)已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。
答案 5
解析 La：2×＋12×＝3
Ni：12×＋6×＋6＝15
所以n＝5。
4．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。
答案 CuH
解析 根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H(○)：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。
5．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
答案 (1)MgB2 (2)BO
解析 (1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。
6．已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单链结合，试根据下图确定该晶体的化学式为________________。
答案 B3A4
1．常见晶体结构模型
(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。
②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。
(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 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“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)石墨晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。
理解应用
按要求回答问题
①在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子；每个C原子被________个最小碳环共用。
②在干冰中粒子间作用力有____________________________________________________。
③含1 mol H2O的冰中形成氢键的数目为________。
④在NaCl晶体中，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Na＋，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Cl－，其立体构型为____________。
⑤在CaF2晶体中，每个Ca2＋周围距离最近且等距离的F－有________个；每个F－周围距离最近且等距离的Ca2＋有________个。
答案 ①6 12 ②共价键、范德华力 ③2NA
④12 6 正八面体形 ⑤8 4
(5)金属晶体的四种堆积模型分析
堆积模型
简单立
方堆积
体心立
方堆积
六方最
密堆积
面心立方
最密堆积
晶胞
配位数
6
8
12
12
原子半径(r)
和晶胞边长
(a)的关系
2r＝a
2r＝
2r＝
一个晶胞内
原子数目
1
2
2
4
常见金属
Po
Na、K、Fe
Mg、Zn、Ti
Cu、Ag、Au
理解应用
金属晶胞中原子空间利用率的计算：
空间利用率＝×100%，球体积为金属原子的总体积。
(1)简单立方堆积
如图所示，设原子半径为r，则立方体的棱长为________，V球＝________，V晶胞＝________，空间利用率＝______________。
答案 2r πr3 8r3 52%
(2)体心立方堆积
如图所示，设原子半径为r，则体对角线c为________，面对角线b为________(用a表示)，a＝________(用r表示)，空间利用率为________。
答案 4r a r 68%
解析 由(4r)2＝a2＋b2，得a＝r,1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%≈68%。
(3)六方最密堆积
如图所示，设原子半径为r，则棱长为________(用r表示，下同)，底面面积S＝________，h＝________，V晶胞＝________，空间利用率＝________。
答案 2r 2r2 8r3 74%
解析 底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈74%。
(4)面心立方最密堆积
如图所示，设原子半径为r，则面对角线为________(用r表示)，a＝________(用r表示)，V晶胞＝________(用r表示)，空间利用率＝__________。
答案 4r 2r 16r3 74%
解析 原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈74%。
2．四种晶体类型的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子
和自由电子
阴、阳离子
粒子间的
相互作用力
分子间
作用力
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，
有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，
有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任
何溶剂
常见溶
剂难溶
大多易溶
于水等极
性溶剂
导电、
传热性
一般不导
电，溶于水
后有的导电
一般不具
有导电性
电和热的
良导体
晶体不导电，
水溶液或熔
融态导电
3.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
理解应用
(1)在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
①其中只含有离子键的离子晶体是__________________________________________。
②其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________。
③其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________。
④其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。
⑤其中含有极性共价键的非极性分子是____________________________________________。
⑥其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________。
⑦其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________________。
⑧其中含有极性共价键的原子晶体是_______________________________________。
⑨不含共价键的分子晶体是__________，只含非极性共价键的原子晶体是____________。
答案 ①NaCl、Na2S ②NaOH、(NH4)2S
③(NH4)2S ④Na2S2 ⑤CO2、CCl4、C2H2
⑥C2H2 ⑦H2O2 ⑧SiO2、SiC ⑨晶体氩 晶体硅、金刚石
(2)比较下列晶格能大小：
①NaCl________KCl；
②CaF2________MgO；
③Na2S________Na2O；
④CaO________KCl。
答案 ①＞ ②＜ ③＜ ④＞
(1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(√)
(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个(×)
(3)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(√)
(4)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(×)
(5)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(×)
(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(×)
(7)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(√)
题组一 常见晶体的分析
1．已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是( )
A．晶胞中一个CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm－3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的立体构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化
答案 B
解析 晶胞中一个CO2分子的配位数为12，故A错误；该晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为a pm，则晶胞棱长＝a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积＝(a×10－10 cm)3，该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×＋6×＝4，晶胞密度＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，故B正确，C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化类型为sp，故D错误。
2．石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构(可以看作是晶体硅中的每个Si—Si键中插入一个O)，其中硅、氧原子数比是m∶n，有关叙述正确的是( )
A．m∶n＝2∶1
B．6 g该晶体中含有0.1NA个分子
C．原硅酸根(SiO)的结构为，则二聚硅酸根离子Si2O中的x＝7
D．石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si、O原子个数和为8
答案 C
解析 每个Si原子占有O原子个数＝4×＝2；该晶体是原子晶体，不存在分子；原硅酸(H4SiO4)的结构可表示为，两个原硅酸分子可发生分子间脱水生成二聚原硅酸：，二聚原硅酸电离出6个H＋后，形成带6个负电荷的二聚原硅酸根离子；在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有12个原子。
3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
答案 B
解析 氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
题组二 晶体类型的判断
4．NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有__________________________(填序号)。
a．离子晶体 b．分子晶体
c．原子晶体 d．金属晶体
答案 abd
5．(1)用“>”或“<”填空：
第一电离能
离子半径
熔点
酸性
Si____S
O2－____Na＋
NaCl____Si
H2SO4____HClO4
(2)MgCl2在工业上应用广泛，可由MgO制备。
①MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
②SiO2的晶体类型为________________。
(3)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是________(填字母)。
A．SiX4难水解
B．SiX4是共价化合物
C．NaX都易水解
D．NaX的熔点一般高于SiX4
答案 (1)< > < <
(2)①高 ②原子晶体
(3)BD
解析 (1)同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势，但s、p、d等轨道处于全空、半充满、全充满的稳定状态时，则出现反常现象。Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4，其中3p轨道均处于不稳定状态，因此Si的第一电离能小于S。O2－与Na＋的核外电子排布相同，其电子排布式均为1s22s22p6，离子核外电子排布相同时，原子序数越大，离子半径越小，因此O2－的离子半径大于Na＋。NaCl为离子晶体，Si为原子晶体，因此Si的熔点高于NaCl。一般来说，元素的非金属性越强，该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强，Cl元素的非金属性强于S元素，则HClO4的酸性强于H2SO4。
(2)①Mg、Ba同主族，Mg2＋的半径小于Ba2＋，MgO的晶格能比BaO大，故MgO的熔点比BaO高。
②SiO2为空间立体网状结构，其熔、沸点很高，属于原子晶体。
(3)A项，硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl、SiF4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HF，错误；B项，硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成，属于共价化合物，正确；C项，钠的卤化物(NaX)除NaF外均属于强酸强碱盐，不发生水解，错误；D项，钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，正确。
6．(2019·重庆模拟)现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550 ℃
Li：181 ℃
HF：－83 ℃
NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃
Na：98 ℃
HCl：－115 ℃
KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃
K：64 ℃
HBr：－89 ℃
RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃
Rb：39 ℃
HI：－51 ℃
CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于_______________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)原子 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④
(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
解析 (1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
题组三 晶体的性质及应用
7．下列性质适合于分子晶体的是( )
A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
D．熔点为97.82 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
答案 C
解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。
8．(2019·河南六市第一次联考)ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。
(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单质碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是________(填字母)。
A．石墨烯是一种强度很高的材料
B．石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C．石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D．石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________。
(4)SiO2比CO2熔点高的原因是____________________________________________。
(5)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性________、共价性________。(填“增强”“不变”或“减弱”)
答案 (1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)C (3)增大 三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高 (4)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 (5)①均为分子晶体，范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强
解析 (2)石墨烯单层原子间以共价键相结合，强度很高，A正确；石墨烯层与层之间有自由移动的电子，是电的良导体，而石墨烷中没有自由移动的电子，为绝缘体，B正确；石墨烯只含一种碳元素，为碳的单质，C错误；石墨烯与H2间的反应属于加成反应，D项正确。
(5)①四卤化硅为分子晶体，F、Cl、Br、I的相对分子质量逐渐增大，沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，沸点越高。②PbX2的熔点先降低后升高，其中PbF2为离子晶体，PbBr2、PbI2为分子晶体，可知依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。
题组一 2019全国卷高考试题集训
1．[2019·全国卷Ⅰ，35(3)(4)](3)一些氧化物的熔点如表所示：
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
－75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。
答案 (3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能：MgO>Li2O。分子间作用力(分子量)：P4O6>SO2
(4)a a
解析 (3)氧化锂、氧化镁是离子晶体，六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体，离子键比分子间作用力强。(4)观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有(4x)2＝2a2，x＝a。镁原子堆积方式类似金刚石，有y＝a。已知1 cm＝1010 pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，代入密度公式计算即可。
2．[2019·全国卷Ⅱ，35(4)]一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝________g·cm－3。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1中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为________、________。
答案 SmFeAsO1－xFx
解析 由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中Sm个数为4×＝2，Fe个数为1＋4×＝2，As个数为4×＝2，O或F个数为8×＋2×＝2，即该晶胞中O和F的个数之和为2，F－的比例为x，O2－的比例为1－x，故该化合物的化学式为SmFeAsO1－xFx。1个晶胞的质量为g＝g，1个晶胞的体积为a2c pm3＝a2c×10－30cm3，故密度ρ＝g·cm－3。原子2位于底面面心，其坐标为；原子3位于棱上，其坐标为。
题组二 往年高考试题分类汇编
3．晶体类型的判断
(1)[2015·全国卷Ⅰ，37(4)]CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。
(2)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为____________和____________。
答案 (1)分子 (2)分子晶体 离子晶体
4．晶体微粒间作用力
(1)[2018·全国卷Ⅲ，35(3)节选]ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是__________。
(2)[2017·全国卷Ⅲ，35(4)节选]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________。
(3)[2016·全国卷Ⅰ，37(5)改编]Ge单晶具有金刚石型结构，其微粒之间存在的作用力是___。
(4)[2016·全国卷Ⅱ，37(3)节选]单质铜及镍都是由________键形成的晶体。
答案 (1)离子键 (2)离子键和π键(Π键) (3)共价键 (4)金属
5．晶体熔、沸点高低的比较
(1)[2017·全国卷Ⅰ，35(2)节选]K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是___________________________________。
(2)[2017·全国卷Ⅲ，35(3)改编]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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2016·全国卷Ⅲ，37(4)]GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]单质氧有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱
(2)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，水中氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 (3)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
(4)O3 O3相对分子质量较大且是极性分子，范德华力较大
6．晶胞中微粒数目的计算
(1)[2018·全国卷Ⅲ，35(5)]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为____________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为__________________ g·cm－3(列出计算式)。
(2)[2017·全国卷Ⅰ，35(4)(5)]KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________ nm，与K紧邻的O个数为________。
在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。
(3)[2017·全国卷Ⅲ，35]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为__________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________nm。
答案 (1)六方最密堆积(A3型)
(2)0.315(或×0.446) 12 体心 棱心
(3)0.148 0.076
解析 (2)根据晶胞结构可知，K与O间的最短距离为面对角线的一半，即nm≈0.315 nm。K、O构成面心立方，配位数为12(同层4个，上、下层各4 个)。
(3)由题意知在MgO中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以a＝2r(O2－)，r(O2－)≈0.148 nm；MnO的晶胞参数比MgO更大，说明阴离子之间不再接触，阴、阳离子沿坐标轴方向接触，故2[r(Mn2＋)＋r(O2－)]＝a'，r(Mn2＋)＝0.076 nm。
1．MnO2是碱锰电池材料中最普通的正极材料之一，在活性材料MnO2中加入CoTiO3纳米粉体，可以提高其利用率，优化碱锰电池的性能。
(1)写出基态Mn原子的核外电子排布式________。
(2)CoTiO3晶体结构模型如图1所示。在CoTiO3晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。
(3)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理。O2在其催化作用下，可将CN－氧化成CNO－，进而得到N2。与CNO－ 互为等电子体的分子、离子化学式分别为________、________(各写一种)。
(4)三聚氰胺是一种含氮化合物，其结构简式如图2所示。
三聚氰胺分子中氮原子轨道杂化类型是________，1 mol三聚氰胺分子中 σ键的数目为________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
(2)6 12 (3)CO2(或N2O、CS2、BeCl2等合理均可) N (4)sp2、sp3 15NA
解析 (2)采用沿x、y、z三轴切割的方法确定个数，所以分别是6和12。
(4)根据价层电子对数判断杂化类型，环上的N原子含有2个σ 键，氨基含有3个σ 键和一个孤电子对，所以分别为sp2、sp3杂化；一个分子中含有15个σ 键，所以1 mol三聚氰胺中含有σ键的数目为15NA。
2．有A、B、C、D、E、F六种元素，A是周期表中原子半径最小的元素，B是电负性最大的元素，C的2p轨道中有三个未成对的单电子，F原子核外电子数是B与C核外电子数之和，D是主族元素且与E同周期，E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物，D与B可形成离子化合物，其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题。
(1)E元素原子基态时的电子排布式为__________。
(2)A2F分子中F原子的杂化类型是________，F的氧化物FO3分子立体构型为________。
(3)CA3极易溶于水，其原因主要是_________________________________________________，
试判断CA3溶于水后，形成CA3·H2O的合理结构：________(填字母代号)，推理依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)从图中可以看出，D跟B形成的离子化合物的化学式为________；该离子化合物晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积是________________________________(写出表达式即可)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)sp3 平面正三角形
(3)与水分子间形成氢键 (b) 一水合氨电离产生铵根离子和氢氧根离子
(4)CaF2
解析 由题意可知A、B、C分别为H、F、N，故推出F是S，由题意推出E是Cu，由晶胞的结构用均摊法计算出一个晶胞中含有8个F－，同时含有4个D离子，故可判断D是第四周期＋2价的金属元素，故D是钙元素。NH3极易溶于水的原因是能与水分子间形成氢键，根据氢键的表示方法可知(b)是合理的；根据密度＝进行计算，应注意一个晶胞中含有4个CaF2。
3．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
(5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合
(4)σ σ π(或大π或ppπ)
(5)8
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。(5)晶胞中顶点微粒数为：8×＝1，面心微粒数为：6×＝3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即a＝8r，r＝a；碳原子的体积为：8××π×r3，晶胞体积为：a3，碳原子的空间利用率为：＝＝＝。
4．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：
(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。
(2)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为_________________________
_______________________________________________。
可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。
(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化为乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是__________________。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。
(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度为________________________________g·cm－3(不必计算出结果)。
答案 (1)X射线衍射 (2)4 1s22s22p63s23p63d5
红色 (3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16
(4)12
解析 (3)由乙醛的结构式()知，—CH3、—CHO上的碳原子分别为sp3、sp2杂化。由于1个乙醛分子中含有4个C—H键、1个C—C键、1个C==O键，共有6个σ键，故1 mol乙醛分子中含有6NA个σ键。乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子数为4＋6×＋8×＝8(个)，再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。(4)面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×＋6×＝4(个)，一个晶胞的质量为×27 g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1 nm＝10－7 cm。
5．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____________。
②Fe的一种晶胞结构如图所示，测得晶胞边长为a pm，则Fe原子半径为____________。
③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。
①测知镧镍合金晶胞体积为9.0×10－23cm3，则镧镍合金的晶体密度为________________
________________________________________________________(不必计算结果) 。
②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π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π。下列微粒中存在“离域π键”的是________。
a．O3 b．SO c．H2S d．NO
答案 (1)①第四周期Ⅷ族 ②pm
③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)①g·cm－3 ②LaNi5H3 (4)ad
解析 (1)①铁是26号元素，位于第四周期Ⅷ族。
②根据晶胞结构知，面对角线为铁原子半径的4倍，面对角线长度＝a pm，则Fe原子半径＝pm。③FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离最近且等距离的亚铁离子为六个面的面心上的离子，与O2－等距离且最近的Fe2＋围成的立体构型为正八面体。 (2)根据结构图，[Pt(NH3)2Cl4]的配体为NH3和Cl－；橙黄色物质在水中的溶解度较大，水为极性分子，根据相似相溶，橙黄色物质也为极性分子，A为对称结构，属于非极性分子，B为非对称结构，属于极性分子，则橙黄色的配合物为B；亮黄色的为A。 (3)①根据晶胞结构图，La的个数为8×＝1，Ni的个数为8×＋1＝5，晶胞的质量为g，密度＝＝g·cm－3＝g·cm－3。
②根据晶胞结构图，La的个数为8×＝1，Ni的个数为8×＋1＝5，氢原子占据晶胞中上下底面的棱和面心，则H的个数为8×＋2×＝3，其化学式为LaNi5H3。(4)形成离域π键的形成条件是“原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道”，O3为V形结构，有相互平行的p轨道，可以形成离域π键；硫酸根离子是正四面体结构，原子不处于同一平面内，不能形成离域π键；硫化氢中H原子和S原子没有平行的p轨道，不能形成离域π键；NO为平面三角形，有相互平行的p轨道，可以形成离域π键。
6．前四周期元素X、Y、Z、M、N、O、P原子序数逐渐增大，其中X、Y、Z、M、N为短周期元素，而X、Y、Z、M处于同周期的p区，且未成对电子数之比为1∶2∶3∶2；N与Z同族。O、P分别位于周期表第2、4列，P的单质被称为“未来金属”，具有质量轻、强度大、耐腐蚀性好的优点。
(1)Y、Z、M三种元素的电负性由大到小的顺序：______(用元素符号表示)。
(2)M的常见氢化物的氢键的键能小于HF的氢键的键能，但M的常见氢化物常温下为液态而HF常温下为气态的原因是：__________________________________________________。
(3)XN一种耐磨涂料，可用于金属表面保护层，该化合物可由X的三溴化物和N的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成。
①写出合成XN的化学方程式：__________________________。(各物质用化学式表示)
②XN的晶体的晶胞如图所示：
其中实心球为N，在一个晶胞中N原子空间堆积方式为________，N原子的配位数为________；该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是________(写元素符号)。
(4)O和硫形成的某种晶体的晶胞如图a所示：该晶胞原子的坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)。则C原子的坐标参数为________。
(5)图b为P的一种面心立方晶胞结构，若晶胞的边长为a nm，则P的密度为________g·cm－3(用含a和NA的代数式表示)。
答案 (1)O＞N＞C (2)平均每个H2O分子间的氢键数目比HF分子间的多
(3)①BBr3＋PBr3＋3H2BP＋6HBr ② 面心立方最密堆积 4 B
(4)(，，)
(5)
解析 由信息可知：X为B元素、Y为C元素、Z为N元素、M为O元素、N为P元素、O为Ca元素、P为Ti元素。
(2)M为O元素，M的常见氢化物为H2O，每个分子能形成两个氢键，而每个HF分子只能形成一个氢键，所以虽然H2O氢键的键能小于HF氢键的键能，但水常温下为液态而HF常温下为气态。(3)②BP晶体结构中，实心球为P原子，根据晶胞结构分析，P做面心立方最密堆积；P位于顶点和面心，故1 mol晶胞中含有P原子的数目为8×＋6×＝4，B位于晶胞内，故含有B原子的数目为4个，所以P原子的配位数为4，没有孤电子对的原子提供空轨道，B原子没有孤电子对，所以提供空轨道，P原子提供孤电子对。
(5)图b为Ti的一种面心立方晶胞结构，Ti原子的个数为：8×＋6×＝4，若晶胞的边长为a nm，体积为(a×10－7)3cm3，NA表示阿伏加德罗常数，则晶体Ti的密度为ρ＝＝＝g·cm－3。
7．砷化镓是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料。回答下列问题：
(1)Ga基态原子核外电子排布式为________________，As基态原子核外有________个未成对电子。
(2)Ga、As、Se的第一电离能由大到小的顺序是______，Ga、As、Se的电负性由大到小的顺序是________。
(3)比较下列镓的卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：____________________。
镓的卤化物
GaCl3
GaBr3
GaI3
熔点/℃
77.75
122.3
211.5
沸点/℃
201.2
279
346
GaF3的熔点超过1 000 ℃可能的原因是________________________________________。
(4)二水合草酸镓的结构如图1所示，其中镓原子的配位数为________，草酸根离子中碳原子的杂化轨道类型为________。
(5)砷化镓的立方晶胞结构如图2所示，晶胞参数为a＝0.565 nm，砷化镓晶体的密度为________ g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。
答案 (1)[Ar]3d104s24p1 3
(2)As>Se>Ga Se>As>Ga
(3)GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高，原因是它们均为分子晶体，相对分子质量依次增大 GaF3是离子晶体 (4)4 sp2
(5)
解析 (1)Ga是第31号元素，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1。As是第33号元素，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，所以其4p能级上有3个未成对电子。(2)同周期由左向右元素的第一电离能逐渐增大，但是As的p能级是半充满稳定结构，故第一电离能反常高，故第一电离能的顺序为As>Se>Ga。同周期元素由左向右电负性增大，所以电负性顺序为Se>As>Ga。(3)由表格中数据可知三种化合物的熔、沸点较低，可判断三种化合物均为分子晶体，对结构相似的分子晶体而言，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。GaF3的熔点超过1 000 ℃，与GaI3、GaBr3、GaCl3的熔点差异比较显著，故GaF3不可能是分子晶体，而是离子晶体。(4)由图1知，每个镓与4个氧相连，所以配位数为4。草酸根离子中的碳原子，形成了一个碳氧双键，所以是sp2杂化。(5)晶胞中Ga原子位于8个顶点和6个面心，所以Ga有8×＋6×＝4个，As都在晶胞内也有4个，所以晶胞质量为 g。晶胞边长为0.565 nm＝0.565×10－7 cm，晶胞体积为边长的立方，晶胞质量除以晶胞体积得到晶胞密度，所以晶体的密度为 g·cm－3。
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