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11.3晶体结构与性质
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这是一份11.3晶体结构与性质，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，真题演练·素养通关，周期性有序，不固定，各向异性，各向同性，X射线衍射，凝固凝华，基本单元等内容，欢迎下载使用。
考纲要求1.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。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。5.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。6.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。
考点一 晶体和晶体类型
基础梳理·自我排查1.晶体(1)晶体与非晶体
(2)得到晶体的三条途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接__________。③溶质从溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶体结构的________。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有________。②并置：所有晶胞____排列、____相同。
3．晶格能(1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：________。(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____。②离子的半径：离子的半径越____，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____，且熔点越____，硬度越____。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高( )(2)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( )(3)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体( )(4)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”( )(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列( )(6)在分子晶体中一定有范德华力和化学键( )(7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )(8)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
微点拨1.晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。2．常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。3．原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。4．原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。
考点专练·层级突破练点一 晶胞与晶体类型判断1．下图为碘晶体晶胞结构。有关说法中正确的是( )A.碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构B．用切割法可知平均每个晶胞中有4个碘原子C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力
解析：碘分子的排列有2种不同的取向，在顶点和面心不同，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构，A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；C项，此晶体是分子晶体，错误；D项，碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，错误。
2．下列数据是对应物质的熔点(℃)：据此做出的下列判断中错误的是( )A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
解析：A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，例如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。
练后归纳晶体类型与物质类别
练点二 晶体的类型与性质3．北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析中正确的是( )A．K3C60晶体中既有离子键又有极性键B．K3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低C．该晶体熔化时能导电D．C60分子中碳原子是采用sp3杂化的
解析：该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，C项正确；C60内部为非极性键，A项错误；离子晶体K3C60比分子晶体C60的熔点高，B项错误；C60中每个碳形成四条键，其中有一个为双键，故应为sp2杂化，D项错误。
4．现有几组物质的熔点(℃)数据：
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___________________________________________________________________________________________________。
HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多
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，离子半径越小晶格能越大熔点越高。
5．(1)碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅；②硝酸钾；③金刚石；④碳化硅；⑤干冰；⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是_____________(填序号)。(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60>N60>C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断裂时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60。
解析：(1)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si碳化硅>晶体硅。(2)熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
方法总结晶体熔、沸点高低的比较方法(1)首先看物质的状态，一般情况下固体>液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔、沸点比较思路为：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
考点二 晶体结构的分析与计算
基础梳理·自我排查1.典型晶体结构模型分析
(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________。
(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＝________。
(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＝________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个( )(3)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个( )(4)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用( )(5)石墨晶体中每个正六边形结构中平均占有碳原子数为2( )
考点专练·层级突破练点一 晶体结构中微粒数分析1．下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)B．干冰(含________个CO2)C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)D．金刚石(含________个C) E．体心立方(含________个原子)F．面心立方(含________个原子)
2．(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时，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________。
解析：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)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________。
练点三 晶胞结构中常见物理量的计算6．(1) 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)。
(3)O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为_______；晶胞中O原子的配位数为_____；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)___________。
2.27 g·cm－3
7．(1)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝______________nm。
方法总结立方晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 ml晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1 ml晶胞的质量。
1.[2021·全国甲卷，35][化学——选修3：物质结构与性质]我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光“计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。
解析：本题以“液态阳光”计划为素材考查物质结构性质，具体考查原子结构与性质、分子结构与性质、化学键数、晶胞结构及晶体密度的计算等，意在考查考生分析问题和解决问题的能力。(1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子晶体。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。
(2)CO2分子中存在________个σ键和________个π键。(3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6 ℃)之间，其原因是____________________________________________________。(4) 我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如右图所示。Zr4＋在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为______________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多
2．[2021·全国乙卷，35][化学——选修3：物质结构与性质]过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar] 3d54s1B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________，中心离子的配位数为____。
解析：(1)Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，3d和4s轨道均处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。(2)形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3、H2O、Cl－中提供孤电子对形成配位键的原子是N、O、Cl，[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中中心离子的配位数为3＋2＋1＝6。
(3) [Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是________， NH3的沸点比PH3的________，原因是_________________。H2O的键角小于NH3的，分析原因_______________________________________________________________________________。
NH3存在分子间氢键
NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子。H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大
解析：(3)PH3中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3杂化；NH3的沸点比PH3高，是因为NH3分子间存在氢键，PH3分子间只有范德华力；由于NH3中N原子含有1个孤电子对，而H2O中O原子含有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O中的键角小于NH3中的键角。
(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________________%(列出计算表达式)。
3．[2020·全国卷Ⅰ，35]Gdenugh等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：(1)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na), 原因是_________________________________________。I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。
Na与Li同族，Na电子层数多，原子半径大，易失电子
Li、Be、B同周期，核电荷数依次增加。Be为
1s22s2全满稳定结构，第一电离能最大。与Li相比，B核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大
(3)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)，其熔点比NH3BH3________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在__________________，也称“双氢键”。
Hδ＋与Hδ－的静电引力
解析：电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与N原子相连的H呈正电性，与B原子相连的H呈负电性，故电负性N>H>B。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。带相反电荷的微粒能形成静电引力，NH3BH3分子间存在Hδ＋与Hδ－的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”能改变物质的熔沸点，而CH3CH3分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。
5．[2019·全国卷组合，35](全国卷Ⅰ)：(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)。
(全国卷Ⅱ)：(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。
SmFeAsO1－xFx
(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_____________(用n代表P原子数)。
(PnO3n＋1)(n＋2)－
6．[全国卷组合，35](全国卷Ⅰ)：(4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BrnHaber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为______kJ·ml－1，O＝O键键能为________kJ·ml－1，Li2O晶格能为_______kJ·ml－1。
(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。
(全国卷Ⅲ)：(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)。
六方最密堆积(A3型)
[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
考纲要求1.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。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。5.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。6.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。
考点一 晶体和晶体类型
基础梳理·自我排查1.晶体(1)晶体与非晶体
(2)得到晶体的三条途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接__________。③溶质从溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶体结构的________。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有________。②并置：所有晶胞____排列、____相同。
3．晶格能(1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：________。(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____。②离子的半径：离子的半径越____，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____，且熔点越____，硬度越____。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高( )(2)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( )(3)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体( )(4)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”( )(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列( )(6)在分子晶体中一定有范德华力和化学键( )(7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )(8)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
微点拨1.晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。2．常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。3．原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。4．原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。
考点专练·层级突破练点一 晶胞与晶体类型判断1．下图为碘晶体晶胞结构。有关说法中正确的是( )A.碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构B．用切割法可知平均每个晶胞中有4个碘原子C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力
解析：碘分子的排列有2种不同的取向，在顶点和面心不同，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构，A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；C项，此晶体是分子晶体，错误；D项，碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，错误。
2．下列数据是对应物质的熔点(℃)：据此做出的下列判断中错误的是( )A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
解析：A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，例如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。
练后归纳晶体类型与物质类别
练点二 晶体的类型与性质3．北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析中正确的是( )A．K3C60晶体中既有离子键又有极性键B．K3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低C．该晶体熔化时能导电D．C60分子中碳原子是采用sp3杂化的
解析：该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，C项正确；C60内部为非极性键，A项错误；离子晶体K3C60比分子晶体C60的熔点高，B项错误；C60中每个碳形成四条键，其中有一个为双键，故应为sp2杂化，D项错误。
4．现有几组物质的熔点(℃)数据：
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___________________________________________________________________________________________________。
HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多
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，离子半径越小晶格能越大熔点越高。
5．(1)碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅；②硝酸钾；③金刚石；④碳化硅；⑤干冰；⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是_____________(填序号)。(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60>N60>C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断裂时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60。
解析：(1)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si
方法总结晶体熔、沸点高低的比较方法(1)首先看物质的状态，一般情况下固体>液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔、沸点比较思路为：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
考点二 晶体结构的分析与计算
基础梳理·自我排查1.典型晶体结构模型分析
(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________。
(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＝________。
(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＝________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个( )(3)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个( )(4)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用( )(5)石墨晶体中每个正六边形结构中平均占有碳原子数为2( )
考点专练·层级突破练点一 晶体结构中微粒数分析1．下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)B．干冰(含________个CO2)C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)D．金刚石(含________个C) E．体心立方(含________个原子)F．面心立方(含________个原子)
2．(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时，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________。
解析：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)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________。
练点三 晶胞结构中常见物理量的计算6．(1) 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)。
(3)O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为_______；晶胞中O原子的配位数为_____；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)___________。
2.27 g·cm－3
7．(1)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝______________nm。
方法总结立方晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 ml晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1 ml晶胞的质量。
1.[2021·全国甲卷，35][化学——选修3：物质结构与性质]我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光“计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。
解析：本题以“液态阳光”计划为素材考查物质结构性质，具体考查原子结构与性质、分子结构与性质、化学键数、晶胞结构及晶体密度的计算等，意在考查考生分析问题和解决问题的能力。(1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子晶体。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。
(2)CO2分子中存在________个σ键和________个π键。(3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6 ℃)之间，其原因是____________________________________________________。(4) 我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如右图所示。Zr4＋在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为______________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多
2．[2021·全国乙卷，35][化学——选修3：物质结构与性质]过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar] 3d54s1B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________，中心离子的配位数为____。
解析：(1)Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，3d和4s轨道均处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。(2)形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3、H2O、Cl－中提供孤电子对形成配位键的原子是N、O、Cl，[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中中心离子的配位数为3＋2＋1＝6。
(3) [Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是________， NH3的沸点比PH3的________，原因是_________________。H2O的键角小于NH3的，分析原因_______________________________________________________________________________。
NH3存在分子间氢键
NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子。H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大
解析：(3)PH3中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3杂化；NH3的沸点比PH3高，是因为NH3分子间存在氢键，PH3分子间只有范德华力；由于NH3中N原子含有1个孤电子对，而H2O中O原子含有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O中的键角小于NH3中的键角。
(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________________%(列出计算表达式)。
3．[2020·全国卷Ⅰ，35]Gdenugh等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：(1)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na), 原因是_________________________________________。I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。
Na与Li同族，Na电子层数多，原子半径大，易失电子
Li、Be、B同周期，核电荷数依次增加。Be为
1s22s2全满稳定结构，第一电离能最大。与Li相比，B核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大
(3)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)，其熔点比NH3BH3________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在__________________，也称“双氢键”。
Hδ＋与Hδ－的静电引力
解析：电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与N原子相连的H呈正电性，与B原子相连的H呈负电性，故电负性N>H>B。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。带相反电荷的微粒能形成静电引力，NH3BH3分子间存在Hδ＋与Hδ－的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”能改变物质的熔沸点，而CH3CH3分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。
5．[2019·全国卷组合，35](全国卷Ⅰ)：(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)。
(全国卷Ⅱ)：(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。
SmFeAsO1－xFx
(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_____________(用n代表P原子数)。
(PnO3n＋1)(n＋2)－
6．[全国卷组合，35](全国卷Ⅰ)：(4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BrnHaber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为______kJ·ml－1，O＝O键键能为________kJ·ml－1，Li2O晶格能为_______kJ·ml－1。
(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。
(全国卷Ⅲ)：(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)。
六方最密堆积(A3型)
[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
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