第3讲 晶体结构与性质\n考点一考点二真题演练·素养通关\n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。\n考点一 晶体和晶体类型\n基础梳理·自我排查1.晶体(1)晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒__________排列结构微粒______排列性质特征自范性________________熔点________________异同表现________________二者区别方法间接方法看是否有固定的________科学方法对固体进行__________实验周期性有序无序有无固定不固定各向异性各向同性熔点X射线衍射\n(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。凝固(凝华)\n2．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。基本单元任何间隙平行取向\n3．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____。kJ·mol－1大小稳定高大\n4．四种常见晶体类型类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子________金属阳离子、自由电子________粒子间的相互作用力________(某些含氢键)__________________硬度________有的____，有的________熔、沸点________有的____，有的________分子原子阴、阳离子范德华力共价键金属键离子键较小很大很大很小较大较低很高很高很低较高\n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，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电\n[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()×√√×√×××\n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。\n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答案：A\n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。\n2．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BCl3Al2O3Na2ONaClAlF3AlCl3干冰SiO2－10720739208011291190－571723答案：B\n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。\n练后归纳晶体类型与物质类别原子晶体金属晶体离子晶体分子晶体物质类别及举例部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)\n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杂化的答案：C\n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。\n4．现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶体：1410℃Na：98℃HCl：－115℃KCl：776℃硼晶体：2300℃K：64℃HBr：－89℃RbCl：718℃二氧化硅：1723℃Rb：39℃HI：－51℃CsCl：645℃\n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___________________________________________________________________________________________________。原子共价键①②③④HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多②④D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\n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。\n5．(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___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③④①②⑥⑤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。\n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<Si—C<C—C，故它们的熔点：金刚石>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。\n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。\n考点二 晶体结构的分析与计算\n基础梳理·自我排查1.典型晶体结构模型分析晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻____个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为______(3)最小碳环由____个C组成且六原子不在同一平面内(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为______4109°28′61∶2\n原子晶体SiO2(1)每个Si与____个O以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝______(3)最小环上有____个原子，即6个O，6个Si41∶212\n分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有____个12\n离子晶体NaCl(型)(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个。每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有____个(2)每个晶胞中含____个Na＋和____个Cl－CsCl(型)(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有____个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有____个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－124486\n金属晶体简单立方堆积典型代表Po，配位数为____，空间利用率52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为____，空间利用率74%612\n金属晶体体心立方堆积又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为____，空间利用率68%六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为____，空间利用率74%812\n2.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＝________。2rπr38r352%\n(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________。4rar68%\n(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＝________。2r2r28r374%\n(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＝________。4r2r16r374%\n3．晶胞中微粒的计算方法——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\n\n(3)图示\n[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()√√√×√\n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)44448824\n2．(1)硼化镁晶体在39K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________。MgB2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。\n(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________。解析：(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。\n3．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。图2转化过程的能量变化Fe3CuN\n解析：能量低的晶胞稳定性强，即Cu替代a位置Fe型晶胞更稳定。每个晶胞均摊Fe原子数：6×＝3，Cu原子数：8×＝1，N原子数是1，则Cu替代a位置Fe型产物的化学式为Fe3CuN。\n练点二晶胞结构中原子坐标参数的分析4．钙钛矿晶体的晶胞结构如图所示，则该晶体的化学式为________。晶胞中的原子可用x、y、z组成的三数组来表示它在晶胞中的位置，称为原子坐标。已知原子坐标为A(0，0，0)，B；则Ca的原子坐标为____________。CaTiO3\n5．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。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为；C。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__________________(列出计算式即可)。×107\n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)。8\n解析：(1)由金刚石形成的晶胞可知结构，C原子位于8个顶点、6个面心、体内还有4个碳原子，所以晶胞中平均含有的碳原子数为8×＋6×＋4＝8个，由晶胞示意图可知：8r＝a，即r＝a；晶胞中碳原子的占有率为＝。\n(2)Cu与F形成的化合物的晶胞结构如右图所示，若晶体密度为，则Cu与F最近距离为________________pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；其中○为Cu，为F)·×1010pm\n解析：(2)设晶胞的棱长为xcm，在晶胞中，Cu：8×＋6×＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝。最短距离为小立方体对角线的一半，小立方体的对角线为＝x。所以最短距离为x·＝·×1010pm。\n(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＝0.566nm，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)___________。Na2O82.27g·cm－3\n解析：(3)由晶胞结构可知，一个晶胞中小球个数为8，大球个数为4，小球代表离子半径较小的Na＋，大球代表离子半径较大的O2－，故F的化学式为Na2O；晶胞中与每个氧原子距离最近且相等的钠原子有8个；晶胞的质量为×4，晶胞的体积为(0.566×10－7)3cm3，晶体密度为＝2.27g·cm－3。\n7．(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dg·cm－3，晶胞参数a＝______________nm。3∶1×107\n解析：(1)①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×＝3，镍原子的个数为8×＝1，则铜原子和镍原子的数量比为3∶1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为dg·cm－3，根据ρ＝，则晶胞参数a＝×107nm。\n(2)一种Fe、Si金属间化合物的晶胞结构如下图所示：晶胞中含铁原子为_____个，已知晶胞参数为0.564nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Fe、Si金属间化合物的密度为__________________(列出计算式)。12\n解析：(2)由晶胞的结构可知，Fe原子的个数为8×＋6×＋12×＋5＝12，Si原子个数为4，则晶胞的化学式为Fe3Si，由晶胞的质量可得：mol×196g·mol－1＝(0.564×10－7cm)3×d，则d＝g·cm－3。\n(3)铜与氧元素形成的晶胞如下图所示：晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部，a、b的坐标参数依次为(0，0，0)、，则d的坐标参数为___________，已知该晶体的密度为，NA是阿伏加德罗常数值，则晶胞参数为________cm(列出计算式即可)。\n解析：(3)由晶胞示意图可知，位于顶点的a和体心的b的坐标参数依次为(0，0，0)、，d位于体对角线的处，则d的坐标参数为；晶胞中Cu原子的个数为4，O原子的个数为8×＋1＝2，则化学式为Cu2O，Cu2O的摩尔质量为144g·mol－1，设晶胞的参数为a，晶胞的质量为a3ρ＝×144，则a＝cm。\n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1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。\n真题演练·素养通关\n1.[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)。3s23p2原子晶体sp3②\n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。\n(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apm、apm、cpm，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)。22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82－x\n解析：(2)CO2分子的结构为O===C===O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(3)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。(4)以ZrO2晶胞结构的上面面心的Zr4＋为研究对象，将晶体结构向上由1个晶胞延长为2个晶胞，可观察到与该Zr4＋距离最近的有8个，则Zr4＋的配位数为8。该晶胞中含8个，Zr4＋个数为8×＋6×＝4(个)，则1个晶胞的质量为g，1个晶胞的体积为a2c×10－30cm3，则该晶体的密度为g·cm－3。该晶体中，Zr为＋4价，Zn为＋2价，O为－2价，由化合物中各元素化合价代数和为0可得，2x＋4x(1－x)－2y＝0，解得y＝2－x。\n2．[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____。ACN、O、Cl6\n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。\n(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_______________________________________________________________________________。sp3高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\n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。\n(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)。Al×100\n解析：(4)由结构图可知，根据均摊法，该晶胞含有4个白球和2个黑球，则黑球代表Al原子，白球代表Cr原子，金属原子的总体积是)，晶胞体积是a2c，故原子空间利用率是×100%。\n3．[2020·全国卷Ⅰ，35]Goodenough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________________________________________________________________________________________________________________________。I1/(kJ·mol－1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578Na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\n解析：(1)根据构造原理可知基态Fe2＋和Fe3＋的价层电子排布式分别为3d6和3d5，其未成对电子数分别为4和5，即未成对电子数之比为。(2)Li和Na均为第ⅠA族元素，由于Na电子层数多，原子半径大，故Na比Li容易失去最外层电子，即I1(Li)>I1(Na)。Li、Be、B均为第二周期元素，随原子序数递增，第一电离能有增大的趋势，而Be的2s能级处于全充满状态，较难失去电子，故第一电离能Be比B大。\n(3)磷酸根离子的空间构型为________，其中P的价层电子对数为________、杂化轨道类型为________。(4)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有________个。电池充电时，LiFePO4脱出部分Li＋，形成，结构示意图如(b)所示，则x＝________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。正四面体4sp3413∶3\n解析：的中心原子P的价层电子对数为4，孤电子对数为0，中心原子P为sp3杂化，故的空间构型为正四面体。(4)由题图可知，小白球表示锂原子，由图(a)知，每个晶胞中的锂原子数为8×＋4×＋4×＝4，故一个晶胞中有4个LiFePO4单元。由图(b)知，Li1－xFePO4结构中，一个晶胞含有个锂原子，此时锂原子、铁原子的个数比为13∶16，进而推出x＝。设Li13Fe16(PO4)16中二价铁离子的个数为a，三价铁离子的个数为b，由2a＋3b＋13＝48，a＋b＝16，得到a∶b＝13∶3，即n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝13∶3。\n4．[2020·全国卷Ⅲ，35]氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题：(1)H、B、N中，原子半径最大的是______。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素________的相似。(2)NH3BH3分子中，N—B化学键称为________键，其电子对由________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：＋9H2的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。BSi(硅)配位Nsp3sp2\n解析：(1)根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小，可知H、B、N中原子半径最大的是B。元素周期表中B与Si(硅)处于对角线上，二者化学性质相似。(2)NH3BH3中N有孤对电子，B有空轨道，N和B形成配位键，电子对由N提供。NH3BH3中B形成四个σ键，为sp3杂化中B形成3个σ键，为sp2杂化。\n(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”。N>H>BCH3CH3低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。\n(4)研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝________________(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。\n解析：(4)氨硼烷的相对分子质量为31，一个氨硼烷的2×2×2超晶胞中含有16个氨硼烷，该超晶胞的质量为g，体积为2a×10－10cm×2b×10－10cm×2c×10－10cm＝8abc×10－30cm3，则氨硼烷晶体的密度为g·cm－3。\n5．[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)。aa\n解析：(全国卷Ⅰ)：(4)由图(b)可知，x等于立方体面对角线长度的，即4x＝a，则x＝a；根图(a)、(b)分析可知，y等于立方体体对角线长度的，即4y＝a，则y＝a；据图(a)可知，该晶胞占用Cu原子数目为4×4＝16，据MgCu2可知，Mg原子数目为8，一个晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，质量为g，则MgCu2的密度为g·cm－3。\n(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。\n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___________、___________。SmFeAsO1－xFx\n解析：(全国卷Ⅱ)：(4)根据原子在长方体晶胞中位置可知，晶胞中As、Fe、Sm各有两个原子，F和O的原子数之和为2，则该化合物的化学式为SmFeAsO1－xFx。每个晶胞中有“两个分子”，每个晶胞质量为g；该晶胞为长方体，其体积为a2·c×10－30cm3，则ρ＝g·cm－3。根据坐标系和原子1的坐标可知，底面左后方的O或F原子为坐标系原点，其坐标是(0，0，0)，则原子2的坐标为，原子3的坐标为。\n(全国卷Ⅲ)：(3)苯胺)的晶体类型是________。苯胺与甲苯)的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0℃)、沸点(110.6℃)，原因是____________________。分子晶体苯胺分子之间存在氢键解析：(全国卷Ⅲ)：中只含有共价键，根据其熔、沸点数据可知，苯胺的晶体类型为分子晶体。苯胺分子间存在氢键，导致其熔、沸点高于甲苯。\n(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)－\n解析：磷酸根离子为，焦磷酸根离子为，三磷酸根离子为。结合图示可知，每增加1个P原子，O原子数增加3，离子所带负电荷数增加1，故可推出离子通式为(PnO3n＋1)(n＋2)－。\n6．[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BornHaber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为______kJ·mol－1，O＝O键键能为________kJ·mol－1，Li2O晶格能为_______kJ·mol－1。5204982908\n解析：(全国卷Ⅰ)：(4)锂原子的第一电离能是指1mol气态锂原子失去1mol电子变成1mol气态锂离子所吸收的能量，即为＝520kJ·mol－1。O===O键键能是指1mol氧气分子断裂生成气态氧原子所吸收的能量，即为×2＝498kJ·mol－1。晶格能是指气态离子结合生成1mol晶体所释放的能量或1mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为。\n(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665nm，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)。\n解析：(5)1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝4，含Li的个数为8，1cm＝107nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为g·cm－3。\n(全国卷Ⅱ)：(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为anm，FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________；晶胞中Fe2＋位于所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______nm。×1021a\n解析：(全国卷Ⅱ)：(5)该晶胞中Fe2＋位于棱上和体心，个数为12×＋1＝位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，故晶体密度为×4g÷(a×10－7cm)3＝。根据晶胞结构，所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的，故该正八面体的边长为anm。\n(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acm，高为ccm，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)\n解析：(全国卷Ⅲ)：(5)题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积＝6×a2cm2，六棱柱的体积＝，该晶胞中Zn原子个数为12×＋2×＋3＝6，已知Zn的相对原子质量为65，阿伏加德罗常数的值为NA，则Zn的密度ρ＝＝g·cm－3。\n7．[2019·江苏卷，21]Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu2O。(1)Cu2＋基态核外电子排布式为______________________。的空间构型为________(用文字描述)；Cu2＋与OH－反应能生成[Cu(OH)4]2－，[Cu(OH)4]2－中的配位原子为________(填元素符号)。(3)抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为________；推测抗坏血酸在水中的溶解性：________(填“难溶于水”或“易溶于水”)。(4)一个Cu2O晶胞(如图2)中，Cu原子的数目为________。[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9正四面体Osp3、sp2易溶于水4\n解析：(1)铜为29号元素，Cu2＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9；的中心原子为S，σ键数为4，孤电子对数＝(6＋2－2×4)＝0，价层电子对数为4＋0＝4，依据VSEPR理论知的空间构型为正四面体形；在[Cu(OH)4]2－中，OH－为配体，配位原子为O；(3)观察抗坏血酸分子结构简式知，抗坏血酸分子中碳原子的杂化类型为sp3和sp2杂化；1个抗坏血酸分子中含有多个羟基，羟基是亲水基团，故抗坏血酸易溶于水；(4)观察Cu2O晶胞结构图，依据均摊法知，1个晶胞中“○”的数目为8×＋1＝2，“”的数目为4，结合Cu2O的化学式知，“”为Cu原子，则1个Cu2O晶胞中，Cu原子数目为4。
