2023届高考化学大一轮复习第3节考点3几种常见的晶体教师用书新人教版选修3

考点3几种常见的晶体1．常见的晶体模型续表2．石墨晶体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网状结构，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。易错警示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。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．以下图为几种晶体或晶胞的示意图：请答复以下问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为____________________________。(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________(填“大于〞或“小于〞)MgO晶体，原因是_________________________________________________________________________________。(4)每个Cu晶胞中实际占有________个铜原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。答案(1)金刚石晶体(2)金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰(3)小于MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)(4)48解析(1)冰晶体、干冰晶体均为分子晶体，粒子间通过分子间作用力结合成晶体，Cu晶体中微粒间通过金属键结合形成晶体，MgO和CaCl2晶体中微粒之间通过离子键结合形成晶体。(2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷有关，离子半径越小，离子所带电荷越大，那么离子晶体熔点越高。金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。(4)铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；氯化钙晶体中Ca2＋的配位数为8，Cl－配位数为4。2．[2023·海南高考]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：答复以下问题：(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。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合题组二常见晶胞结构的相关计算3．[2023·湖北八校联考]ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图，该晶体的密度为ρg·cm－3。假设ZnS的摩尔质量为Mg·mol－1，阿伏加德罗常数为NAmol－1，那么a、b之间的距离为________cm。答案eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4M,ρNA))解析ZnS晶胞中白球的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，黑球的个数为4个(在晶胞内部)，即每个晶胞含有4个Zn2＋和4个S2－，设晶胞的边长为xcm，那么ρ＝eq\f(\f(4M,NA),x3)，解得x＝eq\r(3,\f(4M,ρNA))。ZnS晶胞中，a、b之间的距离为体对角线的eq\f(1,4)，体对角线长度为eq\r(3)×eq\r(3,\f(4M,ρNA))cm，那么a、b之间的距离为eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(4M,ρNA))cm。总结提升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．[高考集萃](1)[2023·全国卷Ⅰ]晶胞有两个根本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。以下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))；C为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))。那么D原子的坐标参数为________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为________g·cm－3(Ge的相对原子质量为73，列出计算式即可)。(2)[2023·山东高考]氟在自然界中常以CaF2的形式存在。①以下有关CaF2的表述正确的选项是________。a．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用b．F－的离子半径小于Cl－，那么CaF2的熔点高于CaCl2c．阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同d．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电②CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是__________________(用离子方程式表示)。AlFeq\o\al(3－,6)在溶液中可稳定存在。答案(1)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(2)①bd②3CaF2＋Al3＋=3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)解析(1)①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(体对角线\f(1,4)处))，由B、C点坐标可以推知D点坐标。②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝eq\f(8×73,6.02×565.763)×107g·cm－3。(2)①CaF2为离子化合物，熔融状态下能导电，Ca2＋与F－间既有静电吸引作用，又有静电排斥作用，a错，d对；离子半径越小，离子键越强，故CaF2的熔点高于CaCl2熔点，b对；阴阳离子比为2∶1的物质，其晶体构型与阴阳离子的半径的相对大小有关，c错。②由题中信息可知Al3＋与F－结合生成更稳定的AlFeq\o\al(3－,6)，导致溶解平衡CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)右移而使CaF2溶解，故反响的离子方程式可表示为3CaF2＋Al3＋=3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)。2．[2023·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。答复以下问题：(1)四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为________。(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是________________________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。(3)C和D反响可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。(4)化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反响可制备D2答案(1)O1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)(2)O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体(3)三角锥形sp3(4)V形42Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3=Cl2O＋CO2＋2NaCl)解析C的核外电子总数是最外层电子数的3倍，那么C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序数依次增大，所以C应为P，D的最外层只有一个未成对电子，所以D为Cl。A2－和B＋的电子层结构相同，那么A为O，B为Na。(1)四种元素中电负性最大，即非金属性最强的为O。P为15号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(2)氧的两种同素异形体分别为O2和O3，均为分子晶体，分子晶体中相对分子质量越大，沸点越高。H2O为分子晶体，NaH为离子晶体。(3)PCl3中P有一对孤对电子，价层电子对数为1＋3＝4，所以P为sp3杂化，PCl3的空间构型为三角锥形。(4)Cl2O中O有两对孤对电子，价层电子对数为2＋2＝4，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间构型为V形。Cl2O中Cl为＋1价，Cl2发生歧化反响生成Cl2O和NaCl。3．[2023·福建高考]氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如下图。(1)基态硼原子的电子排布式为____________。(2)关于这两种晶体的说法，正确的选项是________(填序号)。a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c．两种晶体中的B—N键均为共价键d．两种晶体均为分子晶体(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为________，其结构与石墨相似却不导电，原因是________________________________________________________。(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成的事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是______________________________________。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1molNH4BF4含有________mol配位键。答案(1)1s22s22p1(2)bc(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3高温、高压(5)2解析(2)立方相氮化硼只含有σ键，a错误；六方相氮化硼质地软，是由于其层间作用力为范德华力，作用力小，b正确；B、N均为非金属元素，两者形成的化学键为共价键，c正确；六方相氮化硼属于分子晶体，立方相氮化硼属于原子晶体，d错误。(3)观察六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形。其结构虽与石墨相似，但由于N的电负性较大，共价键上的电子被N原子强烈吸引，不能自由移动，所以不导电。(4)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子形成4个共价单键，所以为sp3杂化；地下约300km的环境应为高温、高压。(5)NHeq\o\al(＋,4)中存在一个由氮原子提供孤电子对、H＋提供空轨道而形成的配位键；在BFeq\o\al(－,4)中，存在一个由F－提供孤电子对、B提供空轨道而形成的配位键，所以1mol氟硼酸铵中含有2mol配位键。时间：45分钟总分值：100分一、选择题(每题6分，共54分)1．[2023·石家庄质检]关于晶体的表达中，正确的选项是()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、沸点的上下，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．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)。那么以下有关说法正确的选项是()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。3．[2023·长沙一中质检]以下有关离子晶体的数据大小比拟不正确的选项是()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．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如下图，有关说法正确的选项是()A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③2个，④4个C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④答案B解析①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×eq\f(1,8)＝1，②8×eq\f(1,8)＋1＝2，③8×eq\f(1,8)＋1＝2，④8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，D项错误。5．以下有关说法不正确的选项是()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；电子云中点的多少表示电子出现的时机多少，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。6．[2023·安徽五校期中联考]以下说法正确的选项是()A．区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X­射线衍射B．1mol金刚石中的C—C键数是2NA,1molSiO2晶体中的Si—O键数也是2NAC．水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂D．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定答案A解析A项，晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列，X­射线衍射可以看到微观结构；B项，金刚石中1个C原子与另外4个C原子形成C—C单键，这个C原子对每个单键的奉献只有eq\f(1,2)，所以1molC原子形成的C—C键为4×eq\f(1,2)＝2mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O单键，那么1molSiO2晶体中Si—O键为4mol；C项，水晶是原子晶体，熔化时共价键断裂，而分子晶体干冰熔化时，分子间作用力被削弱而共价键不断裂；D项，分子的稳定性取决于化学键的强弱。7．[2023·湖北姜堰期中]以NA表示阿伏加德罗常数的值，以下说法错误的选项是()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，那么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。8．下面的排序不正确的选项是()A．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅C．熔点由高到低：Na>Mg>AlD．晶格能由大到小：NaF>NaCl>NaBr>NaI答案C解析选项A中晶体熔点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越大，选项A正确；选项B中硬度与共价键的键能有关，由于Si—Si键的键长大于C—Si键的键长大于C—C键的键长，键长越长，键能越小，选项B正确；选项C中熔点与金属键的强弱有关，金属性强，金属键弱，因此正确的顺序为Al>Mg>Na；选项D中晶格能的大小与离子半径和离子所带电荷数有关，选项D正确。9．[2023·金版原创]以下各组晶体物质中，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．①③⑥B．②③⑥C．②④⑥D．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。二、非选择题(共46分)10．(16分)确定物质性质的重要因素是物质结构。请答复以下问题。(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℃试推断它们的晶体类型：A．________；B.________；C.________；D.________。(2)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图1所示，其中TiN中N呈－3价)，3种离子晶体的晶格能数据如下表：离子晶体KClMgOCaO晶格能/kJ·mol－171537913401那么该4种离子晶体的熔点从高到低的顺序是________。(3)某离子X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的结构如图2所示。X的元素符号是________，与同一个N3－相连的X＋有________个。(4)铁有δ、γ、α三种同素异形体(如图3)，那么δ晶胞原子堆积名称为______________。假设α－Fe晶胞边长为a，γ－Fe晶胞边长为b，那么两种晶体密度比为________。答案(1)金属晶体分子晶体离子晶体原子晶体(2)TiN>MgO>CaO>KCl(3)Cu6(4)体心立方堆积b3∶4a解析(2)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大、熔点越高。(3)某离子X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，该离子含有28个电子，那么X＋为Cu＋；采用X、Y、Z三轴切割的方法知与N3－相连的Cu＋个数是6。(4)δ晶胞原子堆积名称为体心立方堆积。根据晶胞结构可知，α－Fe晶胞、γ－Fe晶胞中含有的铁原子分别为1个和4个，所以有：ρ(α－Fe)＝eq\f(56,NA·a3)，ρ(γ－Fe)＝eq\f(4×56,NA·b3)，α－Fe和γ－Fe两种晶体的密度比为b3：4a3。11．[2023·湖北鄂州模拟](15分)1967年舒尔滋提出金属互化物的概念，其定义为固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。答复以下问题：(1)某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于________(填“晶体〞或“非晶体〞)。(2)基态铜原子有________个未成对电子，二价铜离子的电子排布式为____________________________，在CuSO4溶液中滴入过量氨水，形成深蓝色溶液的溶质的化学式为________________。答案(1)晶体(2)11s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)[Cu(NH3)4]SO4解析(1)晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列，有自范性，而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，故该金属互化物属于晶体。12．[2023·湖北襄阳调研](15分)图1是Na、Cu、Si、H、C、N等元素单质的熔点上下的顺序，其中c、d均是热和电的良导体。答复以下问题(需要用到元素符号或分子式的，请用相应元素的元素符号或分子式作答)：图1(1)a与b对应的元素可形成10电子中性分子