第3节晶体结构与性质

第第页第3节晶体结构与性质明考纲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。3．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。4．了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒、微粒间作用力的区别。5．能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6．了解晶格能的概念及其离子晶体的性质。析考情本节是选修3的重要组成部分，在高考中占有极其重要的地位。高考在本节中的考点是：①晶体常识；②分子晶体与原子晶体；③金属晶体；④离子晶体。它是原子结构和化学键知识的延伸提高，其中对四大晶体做了阐述，结合数学立体几何的知识，充分认识和挖掘典型晶胞的结构，形象、直观地认识四种晶体，每年高考必考。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。易错警示(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。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的排列。(√)(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立方体块。(√)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、沸点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。题组二晶胞中微粒个数的计算2.(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＝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。3．(1)C元素的某种晶体为层状结构，可与熔融金属钾作用。钾原子填充在各层之间，形成间隙化合物，其常见结构的平面投影如图所示，则其化学式可表示为________。(2)Al的单质为面心立方最密堆积(如图)，则一个晶胞中Al原子数目为________。答案(1)KC8(2)4解析(1)由图可知，1个K原子周围直接相邻的C原子有6个，不直接相邻的有6个，并且被3个K原子共用，所以1个K原子对应8个C原子，化学式为KC8。(2)Al原子位于晶胞的顶点和面心处，依据均摊法，一个晶胞中Al原子数＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)))＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,2)))＝4个。总结提升晶胞计算的思维方法1．原则晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是eq\f(1,n)。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1/3。注意：(1)在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有。如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。(2)在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。题组三晶体的密度及微粒间距离的计算4．(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。总结提升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考点2四类晶体的组成和性质1．四种类型晶体的比较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。易错警示(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℃。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)离子晶体中一定存在金属元素。(×)(7)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。(×)(8)SiO2的相对分子质量大于CO2，故熔点：SiO2>CO2。(×)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，NH4F属于离子晶体。2．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、沸点高，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。总结提升晶体类型的几种判断方法1．依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高。(2)原子晶体熔点很高。(3)分子晶体熔点低。(4)金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。2．依据导电性判断(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。3．依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大且脆。(2)原子晶体硬度大。(3)分子晶体硬度小且较脆。(4)金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。题组二晶体熔、沸点的比较3．[2016·上海高考]下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能相关的是()A．CaO与CO2 B．NaCl与HClC．SiC与SiO2 D．Cl2与I2答案C解析CaO与NaCl为离子晶体，熔点与离子键的晶格能有关；CO2、HCl、Cl2、I2均为分子晶体，熔点与范德华力有关；SiC与SiO2均为原子晶体，熔点与共价键的键能有关，C项正确。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．①②④B．②④⑥C．②⑥⑦D．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。总结提升同种晶体熔、沸点高低的比较(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、沸点越高)如熔点：金刚石>碳化硅>硅。(2)离子晶体①一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：Al2O3>MgO>NaCl>CsCl。②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。(3)分子晶体①具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如熔、沸点：H2O>H2Te>H2Se>H2S。②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如熔、沸点：SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③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、沸点越高，如熔、沸点：CO>N2。④对于有机物的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如熔、沸点：CH2—CH2—CH3—CH2—CH3>(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、沸点越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al。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．下图为几种晶体或晶胞的示意图：请回答下列问题：(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，则离子晶体熔点越高。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．[2014·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：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。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．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晶体结构如图所示，该晶体的密度为ρg·cm－3。若ZnS的摩尔质量为Mg·mol－1，阿伏加德罗常数为NAmol－1，则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，则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，则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)[2016·全国卷Ⅰ]晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。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))。则D原子的坐标参数为________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知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)[2015·山东高考]氟在自然界中常以CaF2的形式存在。①下列有关CaF2的表述正确的是________。a．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用b．F－的离子半径小于Cl－，则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)。已知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，故反应的离子方程式可表示为3CaF2＋Al3＋=3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)。2．[2015·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：(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反应可生成组成比为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反应可制备D2A，其化学方程式为________________________。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，则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，则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发生歧化反应生成Cl2O和NaCl。3．[2014·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。它们的晶体结构如图所示。(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．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。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．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是()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．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；电子云中点的多少表示电子出现的机会多少，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．下列说法正确的是()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原子对每个单键的贡献只有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，则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．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。8．下面的排序不正确的是()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．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．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℃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)，已知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则该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)，则δ晶胞原子堆积名称为______________。若α－Fe晶胞边长为a，γ－Fe晶胞边长为b，则两种晶体密度比为________。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∶4a3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，则X＋为Cu＋；采用X、Y、Z三轴