全国版高考化学一轮复习学案物质结构与性质第3节晶体结构与性质

第3节晶体结构与性质考试说明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。命题规律本节是选修3的重要组成部分，在高考中占有极其重要的地位。高考主要考查晶体类型的判断；晶体熔、沸点高低的比较；晶胞组成的计算；有关晶体密度的计算，而晶体密度的计算具有一定难度。考点1晶体和晶胞1．晶体与非晶体2．获得晶体的三条途径(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)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。(3)晶胞中粒子数目的计算——均摊法：如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有eq\f(1,n)属于这个晶胞。(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。(3)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”。(4)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X­射线衍射实验。(5)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(6)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1/3。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(×)(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列。(√)(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔、沸点。(×)(4)通过X­射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。(√)(5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用。(×)(6)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的晶体。(√)题组一晶体与非晶体的区别1．如图是物质的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔点D．二者的X­射线衍射图谱是相同的答案B解析由微观结构示意图可知Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体，晶体具有规则的几何外形，具有各向异性和固定的熔点，用X­射线衍射实验测定时，晶体内部的微粒在空间呈现有规则的重复排列，非晶体则没有这些性质。2．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是()①a是晶体②a是非晶体③b是晶体④b是非晶体A．①④ B．②④C．①③ D．②③答案A解析晶体有固定的熔点，由图a来分析，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，这段就代表a晶体在熔化；由b曲线可知，温度一直在升高，所以找不出固定的熔点，b为非晶体。题组二晶胞中微粒个数的计算3．某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为()A．1∶3∶1 B．2∶3∶1C．2∶2∶1 D．1∶3∶3答案A解析利用均摊法计算。据图知，该正方体中A原子个数＝8×eq\f(1,8)＝1，B原子个数＝6×eq\f(1,2)＝3，C原子个数＝1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶3∶1。4．(1)Ti的氧化物和CaO相互作用形成钛酸盐，其晶胞结构如图所示。该晶胞中Ca2＋的配位数是________，该晶胞的化学式为________。(2)M原子的外围电子排布式为3s23p5，与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子)，该晶体的化学式为________。答案(1)12CaTiO3(2)CuCl解析(1)根据晶胞图可知，距离Ca2＋最近且距离相等的O2－有12个，故Ca2＋的配位数为12，该晶胞中Ca2＋数目＝1，Ti4＋数目＝8×eq\f(1,8)＝1，O2－数目＝12×eq\f(1,4)＝3，故化学式为CaTiO3。(2)根据M的外围电子排布式为3s23p5，确定M为Cl元素，该晶胞中Cl原子数目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Cu原子数目＝4，故化学式为CuCl。考点2四类晶体的组成和性质1．四种类型晶体的比较续表2．离子晶体的晶格能(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：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。(1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710℃，MgO的熔点为2852℃。(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97℃，尿素的熔点为132.7℃。(5)由原子形成的晶体不一定是原子晶体，如由稀有气体形成的晶体是分子晶体。(6)依据导电性判断晶体类型①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。②原子晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。④金属晶体是电的良导体。(7)同种晶体熔点高低的比较①原子晶体eq\x(原子半径越小)→eq\x(键长越短)→eq\x(键能越大)→eq\x(熔点越高)如熔点：金刚石>碳化硅>硅。②离子晶体a．一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔点就越高，如熔点：Al2O3>MgO>NaCl>CsCl。b．晶格能越大，离子晶体熔点越高。③分子晶体a．具有氢键的分子晶体熔点反常地高。如熔点：H2O>H2Te>H2Se>H2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：SnH4>GeH4>SiH4>CH4。b．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔点越高，如熔点：CO>N2。c．对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：④金属晶体金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：Na<Mg<Al。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。(×)(2)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(√)(3)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(×)(4)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(×)(5)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(×)(6)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其熔点由高到低的顺序为：C60>金刚石>石墨。(×)题组一晶体类型的判断1．NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2eq\o(=,\s\up17(Cu))NF3＋3NH4F。上述化学方程式中的5种物质没有涉及的晶体类型为()A．离子晶体 B．分子晶体C．原子晶体 D．金属晶体答案C解析NH3、F2、NF3属于分子晶体，Cu属于金属晶体，NH4F2．现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：－83NaCl硅晶体：1410Na：98HCl：－115KCl硼晶体：2300K：64HBr：－89RbCl二氧化硅：1723Rb：39HI：－51MgO：2800℃据此回答下列问题：(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。②二氧化硅的熔点高于硅，是由于_______________________。③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：________。(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用________理论解释。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组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为______________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①原子共价键②O的原子半径小于Si的原子半径，Si—O的键长小于Si—Si的键长，Si—O的键能大于Si—Si的键能③硼晶体大于硅晶体(2)金属键①②③④电子气(3)HF分子间能形成氢键(4)②④(5)NaCl>KCl>RbClMgO晶体为离子晶体，离子晶体中离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高解析(1)A组由非金属元素组成，熔点很高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点高，硬度大。(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用电子气理论解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成了氢键。(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。题组二晶体熔点的比较3．下面的排序不正确的是()A．熔点由高到低：Na>Mg>AlB．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅C．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4D．晶格能由大到小：NaF>NaCl>NaBr>NaI答案A解析A项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na，错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C<C—Si<Si—Si，则硬度由大到小为金刚石>碳化硅>晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4<CCl4<CBr4<CI4，正确；D项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径由小到大，则晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI，正确。4．下列各组物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是()①Hg>I2>O2②SiO2>KCl>CO③Rb>K>Na④Al>Mg>Na⑤金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅⑥CI4>CBr4>CCl4>CF4>CH4⑦生铁>纯铁>钠>冰⑧KCl>NaCl>BaO>CaOA．①②④ B．②④⑥C．②⑥⑦ D．④⑥⑦答案B解析①常温下，Hg为液态，I2为固态，O2为气态，故熔点：I2>Hg>O2，错误；②SiO2为原子晶体，KCl为离子晶体，CO为分子晶体，故熔点：SiO2>KCl>CO，正确；③金属键强度：Na>K>Rb，故熔点：Na>K>Rb，错误；④金属键强度：Al>Mg>Na，故熔点：Al>Mg>Na，正确；⑤共价键强度：C—C>Si—O>Si—C>Si—Si，故熔点：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅，错误；⑥CI4、CBr4、CCl4、CF4、CH4均属于分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，正确；⑦合金的熔点低于其成分金属，故熔点生铁<纯铁，错误；⑧离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小，离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大，熔点越高。离子半径：Ba2＋>Cl－>K＋>Ca2＋>O2－>Na＋，故熔点CaO>BaO>NaCl>KCl，错误。考点3典型晶体模型1．四种典型晶体模型续表续表2．晶体结构的相关计算(1)晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×eq\f(M,NA)。(2)空间利用率＝eq\f(晶胞占有的微粒体积,晶胞体积)。(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)①面对角线长＝eq\r(2)a。②体对角线长＝eq\r(3)a。③体心立方堆积4r＝eq\r(3)a(r为原子半径)。④面心立方堆积4r＝eq\r(2)a(r为原子半径)。(1)判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“”表示)：每个面上有4个，共计12个。(2)简单立方堆积属非密堆积方式；体心立方堆积属密堆积方式；面心立方堆积和六方堆积属最密堆积方式。(3)石墨晶体模型石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面结构，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。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)1mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA。(×)(2)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。(√)(3)氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个。(×)(4)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。(√)(5)金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子。(×)题组一根据晶胞结构判断晶体类型1．碳元素的单质有多种形式，如图依次是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142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。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。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)σσπ(或大π)解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键，C原子采取sp3杂化方式；石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在C—C之间的σ键；石墨层内的C—C之间不仅存在σ键，还存在π键。2．有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：熔点/℃硬度水溶性导电性水溶液与Ag＋反应A811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀B3500很大不溶不导电不反应C－114.2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为A__________、B__________、C________。(2)晶体的类型分别是A________、B________、C________。(3)晶体中微粒间作用力分别是A________、B________、C________。答案(1)NaClCHCl(2)离子晶体原子晶体分子晶体(3)离子键共价键范德华力解析根据所述A、B、C晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键，B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。题组二常见晶胞结构的相关计算3．(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，已知CuH晶体结构单元如右图所示。该化合物的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距离为________cm(用含ρ和NA的式子表示)。(2)CuFeS2的晶胞如图所示，晶胞参数a＝0.524nm，b＝0.524nm，c＝1.032nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与__________个S原子相连，列式计算晶体密度ρ＝______________。(3)NaH具有NaCl型晶体结构，已知NaH晶体的晶胞参数a＝488pm，Na＋半径为102pm，H－的半径为________，NaH的理论密度是______g·cm－3。答案(1)eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4×65,ρNA))(2)4eq\f(4×184g·mol－1,0.524×10－7cm2×1.032×10－7cm×6.02×1023mol－1)≈4.31g·cm－3(3)142pm1.37解析(1)CuH晶胞中有Cu原子数目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有H原子数目＝4，则晶胞的边长＝eq\r(3,\f(4×65,NA·ρ))cm，则Cu原子与H原子之间的最短距离＝eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4×65,ρNA))cm。(2)根据晶胞图可知，每个Cu原子与4个S原子相连，该晶胞中含有Cu原子数目＝8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4，含有Fe原子数目＝4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有S原子数目＝8个，故化学式为CuFeS2，该晶体密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×64＋56＋32×2g·mol－1,0.524×10－7cm2×1.032×10－7cm×6.02×1023mol－1)≈4.31g·cm－3。(3)由NaCl晶胞可知，NaH晶胞中Na＋位于棱上和体心，H－位于顶点和面心，故NaH晶胞的边长相当于H－的直径和Na＋的直径之和，故H－的半径为eq\f(488pm－102pm×2,2)＝142pm。NaH晶胞中含有4个Na＋和4个H－，则该晶体的密度为eq\f(24×4,6.02×1023)g÷(488×10－10cm)3≈1.37g·cm－3。晶胞各物理量的计算对于立方晶胞，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1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示晶体的摩尔质量。(1)计算晶体密度的方法(2)计算晶体中微粒间距离的方法1．[2017·高考题组](1)[全国卷Ⅰ]钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：①K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_________________________________________________________________________________。②KIO3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＝0.446nm，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________。③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。(2)[全国卷Ⅱ]我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题：R的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为_________________________________________________。(3)[全国卷Ⅲ]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2=CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：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＝0.420nm，则r(O2－)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r(Mn2＋)为________nm。答案(1)①K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱②0.31512③体心棱心(2)eq\f(602a3d,M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(a3dNA,M)×10－21))(3)0.1480.076解析(1)①Cr的原子半径小于K且其价电子数较多，则Cr的金属键强于K，故Cr的熔、沸点较高。②K与O间的最短距离为eq\f(\r(2),2)a＝eq\f(\r(2),2)×0.446nm≈0.315nm；由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与K紧邻的O原子为12个。③根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如图，可看出K处于体心，O处于棱心。(2)晶胞的质量为dg/cm3×(a×10－7cm)3＝a3d×10－21g，NA个该单元的质量为Mg，则eq\f(a3d×10－21g,y)＝eq\f(M,NA)，故y＝eq\f(602a3d,M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(a3dNA,M)×10－21))。(3)因为O2－采用面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即4r(O2－)＝eq\r(2)a，解得r(O2－)≈0.148nm；根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝0.448nm，所以r(Mn2＋)＝0.076nm。2．[2016·高考题组](1)[全国卷Ⅰ改编]下图为Ge单晶的晶胞。已知a＝565.76pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。(2)[全国卷Ⅱ]某镍白铜合金的立方晶胞结构如下图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝________nm。(3)[全国卷Ⅲ]GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如下图所示。该晶体的类型为____________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为__________。答案(1)eq\f(8×73,6.02×565.763)×107(2)①3∶1②eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(251,6.02×1023×d)))eq\f(1,3)×107(3)原子晶体共价eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ga)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%解析(1)1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝eq\f(8×73,6.02×565.763)×107g·cm－3。(2)①Cu原子位于面心，个数为6×eq\f(1,2)＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×eq\f(1,8)＝1，铜原子与镍原子的数量比为3∶1。②以该晶胞为研究对象，则eq\f(64×3＋59,NA)g＝dg·cm－3×(a×10－7cm)3，解得a＝eq\r(3,\f(251,6.02×1023×d))×107。(3)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×eq\b\lc\(\rc\(\a\vs4\al\co1())eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,As)＋eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Ga)eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1())cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4MAs,NA)＋\f(4MGa,NA)))g，所以1个晶胞的体积V2＝eq\f(4,ρNA)(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得结果。3．[2015·高考题组](1)[全国卷Ⅱ]A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如下图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度________________________________________________________________________________________。(2)[四川高考]X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素；Z和U位于第ⅦA族；X和Z可形成化合物XZ4；Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等；T的一种单质在空气中能够自燃。X所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是____________(填化学式)；Z和U的氢化物中沸点较高的是____________(填化学式)；Q、R、U的单质形成的晶体，熔点由高到低的排列顺序是____________(填化学式)。答案(1)Na2O8eq\f(4×62g·mol－1,0.566×10－7cm3×6.02×1023mol－1)≈2.27g·cm－3(2)HNO3HFSi、Mg、Cl2解析(1)C的核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序数依次增大，且B存在离子形式，所以C应为P，D的最外层只有一个未成对电子，且C、D同周期，所以D为Cl。A2－和B＋的电子层结构相同，则A为O，B为Na。由晶胞图知，小球有8个，大球有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，所以化学式为Na2O。小球为Na，大球为O。A为O，由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个Na，在相邻的另一个晶胞中，O也连有4个Na，故O的配位数为8。1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有：ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×62g·mol－1,NA·a3)＝eq\f(4×62g·mol－1,6.02×1023mol－1×0.566×10－7cm3)≈2.27g·cm－3。(2)根据题目信息可推知X、Z、Q、R、T、U分别为C、F、Mg、Si、P、Cl。X位于第二周期，该周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是HNO3；HF分子间存在氢键，所以HF的沸点高于HCl的；Mg为金属晶体，Si单质为原子晶体，Cl2为分子晶体，故熔点Si>Mg>Cl2。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题6分，共54分)1．关于晶体的叙述中，正确的是()A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高B．分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定C．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高D．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体答案A解析B项，分子的稳定性取决于分子内部共价键的强弱，与分子间作用力无关；C项，分子晶体熔、沸点的高低，取决于分子间作用力的大小；D项，也可能是分子晶体，如HCl。2．[2017·宜昌模拟]下列说法正确的是()A．钛和钾都采取图1的堆积方式B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积C．图3是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为acm，则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果答案D解析图1表示的堆积方式为六方最密堆积，K采用体心立方堆积，A错误；B在二维空间里的非密置层放置，在三维空间得到体心立方堆积，B错误；干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为12，即每个CO2周围距离相等的CO2分子有12个，C错误；该晶胞类型为面心立方，金属原子在三维空间里密置层采取ABCABC堆积，D正确。3．下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A．熔点：NaF>MgF2>AlF3B．晶格能：NaF>NaCl>NaBrC．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2D．硬度：MgO>CaO>BaO答案A解析由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小。在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小，硬度依次减小。4．某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子，在正方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为()A．B2A B．BA2C．B7A4 D．B4答案B解析A在正方体内，晶胞中的8个A离子完全被这1个晶胞占有，B分别在顶点和面心，顶点上的离子被1个晶胞占有eq\f(1,8)，面心上的离子被1个晶胞占有eq\f(1,2)，所以1个晶胞实际占有的B离子为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则该晶体的化学式为BA2。5．高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是()A．与K＋最近且距离相等的K＋有6个B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个Oeq\o\al(－,2)C．晶体中与每个K＋距离最近的Oeq\o\al(－,2)有6个D．晶体中，所有原子之间都以离子键相结合答案C解析根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶体，超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为Oeq\o\al(－,2)、K＋，晶体中K＋与Oeq\o\al(－,2)间形成离子键，Oeq\o\al(－,2)中O—O键为共价键。作为面心立方晶体，每个晶胞中含有K＋：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(个)，Oeq\o\al(－,2)：1＋12×eq\f(1,4)＝4(个)，晶胞中与每个K＋最近且距离相等的Oeq\o\al(－,2)有6个，最近且距离相等的K＋有12个。6．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∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶4答案B解析A粒子数为6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)；B粒子数为6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2；C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。7．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()①SiO2与SO3②C3N4(硬度大，熔点高)与SiC③CO2与SO2④晶体氖与晶体氮⑤NaCl与AlCl3⑥NH4Cl与NaOH⑦MgCl2与SiCl4A．①③⑥ B．②③⑥C．②④⑥ D．⑤⑥⑦答案B解析①SiO2为原子晶体，SO3为分子晶体，错误；②C3N4与SiC均是含有共价键的原子晶体，正确；③CO2与SO2分子中都只含极性共价键，都属于分子晶体，正确；④晶体氖与晶体氮都是分子晶体，但晶体氖中不含化学键，晶体氮的分子中含有共价键，错误；⑤NaCl为离子晶体，AlCl3为分子晶体，错误；⑥NH4Cl与NaOH均为离子晶体，均含有离子键和共价键，正确；⑦MgCl2属于离子晶体，SiCl4属于分子晶体，错误。8．下列有关说法不正确的是()A．水合铜离子的模型如图1所示，1个水合铜离子中有4个配位键B．CaF2晶体的晶胞如图2所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋C．H原子的电子云图如图3所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动D．金属铜中Cu原子堆积模型如图4，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12答案C解析从图1可以看出水合铜离子中有1个铜离子和4个配位键，A正确；按均摊法，每个晶胞中有Ca2＋：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B正确；H原子只有1个电子，电子云中点的疏密程度表示电子出现的机率密度，C错误；从图4中可以看出中心的铜原子的配位数为12，D正确。9．以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是()A．18g冰(图1)中含O—H键数目为2NAB．28g晶体硅(图2)中含有Si—Si键数目为2NAC．44g干冰(图3)中含有NA个晶胞结构单元D．石墨烯(图4)是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含C—C键数目为1.5NA答案C解析1个水分子中含有2个O—H键，18g冰的物质的量为1mol，含O—H键数目为2NA，A项正确；28g晶体硅中含有1molSi原子，每个硅原子与其他4个Si形成4个Si—Si键，每个硅原子形成的共价键为eq\f(1,2)×4＝2，则1mol单质硅含有2molSi—Si键，B项正确；1个晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44g干冰中含有晶胞结构单元个数小于NA个，C项错误；在石墨烯中，每个碳原子形成3个共价键，所以每个碳原子实际占化学键为1.5个，12g石墨烯即1mol所含碳碳键数目为1.5NA，D项正确。二、非选择题(共46分)10．(16分)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar]________。(2)根据元素周期律，元素的电负性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一电离能B________Ga；BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因是________。(3)杀虫剂Na3AsO4中阴离子的空间构型为________，As原子采取________杂化。(4)组成相似的GaF3和GaCl3晶体，前者属于离子晶体，后者属于分子晶体，从F－和Cl－结构的不同分析其原因是_____________。(5)原子晶体GaAs的晶胞参数a＝xpm，它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为________；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为________(用x表示)pm；该晶体的密度为________g·cm－3。(阿伏加德罗常数的值用NA表示)答案(1)3d104s24p1(2)小于大于NH3中的N具有孤对电子，BF3中的B核外具有空轨道(3)正四面体sp3(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大(5)160.25xeq\f(5.8×1032,x3·NA)解析(3)AsOeq\o\al(3－,4)中As原子的杂化轨道数为eq\f(5＋3,2)＝4，所以AsOeq\o\al(3－,4)的空间构型为正四面体。As原子采取sp3杂化。(5)由晶胞结构图可知每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键，4个Ga原子共形成16个共价键；Ga原子距离As原子所在六面体的侧面的最短距离为0.25xpm。1个晶胞中含有4个GaAs，故该晶体的密度为eq\f(70＋75×4,NA)g÷(x×10－10cm)3＝eq\f(5.8×1032,x3·NA)g·cm－3。11．(15分)确定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题。(1)A、B、C、D为四种晶体，性质如下：A．固态时能导电，能溶于盐酸B．能溶于CS2，不溶于水C．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水D．固态、液态时均不导电，熔点为3500℃