第3讲 晶体结构与性质[考纲要求] 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。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。考点一 晶体常识1．晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验2.得到晶体的途径(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)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。4．晶格能(1)定义25\n气态离子形成1摩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。深度思考1．判断下列叙述是否正确：(1)固态物质一定是晶体( )(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同( )(3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )(4)凡有规则外形的固体一定是晶体( )答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×2．(1)立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？答案 立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被8、4、2个晶胞共用。(2)六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用？答案 六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞共用。题组一 晶胞中原子个数的计算1．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。答案 2∶1 1∶1 4 4解析 甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×)＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×25\n)＝1∶1；丙中N(c)＝12×＋1＝4，N(d)＝8×＋6×＝4。2．下图为离子晶体空间构型示意图：(●阳离子，○阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、C________。答案 MN MN3 MN2解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，M∶N＝∶＝1∶3；在C中含M：×4＝(个)，含N为1个。题组二 晶体的密度及微粒间距离的计算3．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X()位于立方体的顶点，Y(○)位于立方体的中心。试分析：(1)晶体中每个Y同时吸引________个X。(2)该晶体的化学式为__________。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol－1，晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。答案 (1)4 (2)XY2或Y2X (3)解析 (1)从晶胞结构图中可直接看出，每个Y同时吸引4个X。(2)在晶胞中，平均包含X：4×＝，平均包含Y：1，所以在晶体中X和Y的个数之比为1∶2，晶体的化学式为XY2或Y2X。(3)摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量，数值上等于该物质的相对分子(或原子)质量。由题意知，该晶胞中含有1/2个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝M，a＝，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为cm。4.镧镍合金、铜钙合金及铈钴合金都具有相同类型的晶胞结构XYn，它们有很强的储氢能力，其中铜钙合金的晶胞结构如右图。试回答下25\n列问题：(1)在周期表中Ca处于周期表__________区。(2)铜原子的基态原子核外电子排布式为____________________________________。(3)已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9.0×10－23cm3，储氢后形成LaNinH4.5的合金(氢进入晶胞空隙，体积不变)，则LaNin中，n＝__________(填数值)；氢在合金中的密度为______________。答案 (1)s (2)[Ar]3d104s1 (3)5 0.083g·cm－3解析 (1)Ca位于第四周期第ⅡA族，处于s区。(2)Cu的外围电子构型是3d104s1，而不是3d94s2。(3)铜、钙合金中，n(Cu)＝12×＋6×＋6＝15。n(Ca)＝12×＋2×＝3，＝＝，所以n＝5，即LaNi5H4.5。ρ·9.0×10－23cm3·NA＝M，其中氢在合金中的密度为≈0.083g·cm－3 晶胞计算的思维方法(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。(2)“均摊法”原理特别提醒 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。(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg(M25\n为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积)，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。25\n考点二 四种晶体性质比较类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力分子间作用力共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多数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物质类别及举例所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素X2)、部分非金属氧化物(如CO2、SO2)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)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)深度思考1．判断下列说法是否正确：(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子( )(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( )(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )答案 (1)√ (2)× (3)× (4)×2．CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似，你知道原因吗？25\n答案 决定二者物理性质的因素：晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而C—O与Si—O键都是极性键。特别提醒 (1)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℃。(2)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℃。3．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。(1)其中只含有离子键的离子晶体是_____________________________________；(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是_______________________；(3)其中既含有离子键，又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________；(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________；(5)其中含有极性共价键的非极性分子是__________________________________；(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________；(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_____________________。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是___________________________________。答案 (1)NaCl、Na2S (2)NaOH、(NH4)2S (3)(NH4)2S (4)Na2S2 (5)CO2、CCl4、C2H2 (6)C2H2 (7)H2O2 (8)SiO2、SiC题组一 晶体类型的判断1．有下列八种晶体：A.水晶 B．冰醋酸 C．氧化镁 D．白磷 E．晶体氩 F．铝 G．氯化铵 H．金刚石。用序号回答下列问题：(1)直接由原子构成的晶体是________，属于原子晶体的化合物是__________。(2)由极性分子构成的晶体是__________，含有共价键的离子晶体是__________，属于分子晶体的单质是________。(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是____________________________，受热熔化后化学键不发生变化的是__________，需克服共价键的是__________。答案 (1)AEH A (2)B G DE (3)F F AH2．现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组25\n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℃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________________________________________________________________________。解题指导 通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。答案 (1)原子 共价键 (2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④ (5)D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，熔点就越高解析 (1)根据A组熔点很高，属原子晶体，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。3．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：序号熔点/℃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_______________________________、25\nC____________。(3)晶体中微粒间作用力分别是A________、B_____________________________、C________。答案 (1)NaCl C HCl(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A、B、C所述晶体的性质可知，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。 晶体类型的5种判断方法1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。2．依据物质的分类判断(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质是金属晶体。3．依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高。(2)原子晶体熔点高。(3)分子晶体熔点低。(4)金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。4．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。25\n(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。5．依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。注意 (1)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)。(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190℃)。(4)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。题组二 晶体熔、沸点的比较4．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是( )A．Cl2>I2B．SiCl4<CCl4C．NH3>PH3D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3答案 C解析 A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。5．NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：物质①NaF②NaI③MgO离子电荷数112键长(10－10m)2.313.182.10试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是( )A．①>②>③B．③>①>②C．③>②>①D．②>①>③答案 B解析 NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。25\n6．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、AlA．①③B．①④C．②③D．②④答案 D解析 ①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。 分类比较晶体的熔、沸点1．不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，如汞、镓、铯等沸点很低，金属晶体一般不参与比较。2．原子晶体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。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>硅。3．离子晶体一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。4．分子晶体(1)分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如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SnH4>GeH4>SiH4>CH4，F2<Cl2<Br2<I2。(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CO>N2，CH3OH>CH3CH3。(4)同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>>。25\n(5)同分异构体的芳香烃，其熔、沸点高低顺序是邻>间>对位化合物。5．金属晶体金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs。特别提醒 (1)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体Na晶体的熔点(98℃)小于分子晶体AlCl3晶体的熔点(190℃)。(3)并非存在氢键的分子晶体的熔、沸点就高，分子内形成氢键，一般会使分子晶体的熔、沸点降低。例如邻羟基苯甲醛()由于形成分子内氢键，比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低。考点三 几种常见的晶体模型1．原子晶体(金刚石和二氧化硅)(1)金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。(2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。2．分子晶体(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。25\n(2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol“氢键”。3．离子晶体(1)NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。(2)CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。4．石墨晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，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。5．常见金属晶体的原子堆积模型结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积A1Cu、Ag、Au12体心立方堆积A2Na、K、Fe8六方最密堆积A3Mg、Zn、Ti12特别提醒 (1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，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)：25\n每个面上有4个，共计12个。(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。深度思考1．在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？答案 不一样，金刚石中表示的是C—C共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力，分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的C===O键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。2．下列排列方式中，A.ABCABCABC B．ABABABABAB C．ABBAABBA D．ABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是____________；属于铜型堆积方式的是__________。答案 B A题组一 依据晶胞判断晶体类型1．下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞示意图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型相同的是__________(请用相应的编号填写)。答案 BC解析 冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；B为干冰晶胞，C为碘晶胞。题组二 对晶胞结构的考查2．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )25\nA．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B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子答案 B解析 氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。3．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是______，平均每个晶胞所占有的原子数目是__________。(3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第________周期第________族，元素符号是________，最外电子层的电子排布式是________。答案 (1)非密置 4 密置 6(2)6 1 (3)六 ⅥA Po 6s26p4题组三 教材习题回扣4．(选修3P82－2)下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是( )A．O2和SiO2B．NaI和I2C．CO2和H2OD．CCl4和NaCl答案 C5．(选修3P84－1)在单质的晶体中，一定不存在( )A．离子键B．分子间作用力C．共价键D．金属离子与自由电子间的作用答案 A6．(选修3P84－7)X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少25\n6个。下列说法中不正确的是( )A．X的单质固态时为分子晶体B．Y的单质为原子晶体C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体D．X与碳形成的化合物为分子晶体答案 C7．(选修3P84－8)下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是( )A．Na2O和SiO2熔化B．Mg和S熔化C．氯化钠和蔗糖熔化D．碘和干冰升华答案 D8．(选修3P85－13改编)下表列出了钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点：NaXNaFNaClNaBrNaI熔点/℃995801775651SiX4SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/℃－90.2－70.45.2120.5(1)从表中可以看出，钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，原因是________________________________________________________________________。(2)钠的卤化物熔点按F、Cl、Br、I的顺序依次降低，而硅的卤化物的熔点依次升高的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)钠的卤化物均为离子晶体，具有较高的熔点，而硅的卤化物均为分子晶体，熔点较低(2)钠的卤化物均为离子晶体，F－、Cl－、Br－、I－的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr、NaI的晶格能依次减小，因而熔点依次降低。硅的卤化物都是分子晶体，且结构相似，由于SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，因而熔点依次升高规范答题 审要求、按规范、正确解答物质结构题考场原题25\n(15分)五种元素A、B、C、D、E，其中A元素形成的原子核内只有一个质子；B的基态原子s能级的总电子数比p能级的总电子数多1；C元素的原子最外层电子数是次外层的3倍；D在B的下一周期，在同周期元素中，D形成的简单离子半径最小；E是形成化合物种类最多的元素。(1)A、E形成的化合物E2A2分子中σ键和π键数目之比为________；B、C、D三元素的第一电离能由大到小的顺序为________(填元素符号，下同)；A、B、C电负性由大到小的顺序为____________。(2)与PH3相比，BA3易液化的主要原因是__________________________________；BA3分子中键角________(填“>”、“<”或“＝”)109°28′，原因是____________。(3)BC的立体构型为__________。BC中B原子轨道的杂化类型为__________。(4)化合物DB是人工合成的半导体材料，它的晶胞结构与金刚石(右图为金刚石晶胞的结构模型)相似，DB晶胞的边长为acm。该晶体的密度为________g·cm－3(NA表示阿伏加德罗常数，DB的摩尔质量为bg·mol－1)。学生答案失分原因(1)没有看准σ键与π键的数目之比，忽略了第ⅤA族第一电离能的特殊性，均扣2分(2)必须强调NH3分子间存在氢键方可得分，扣2分，没按要求书写扣1分(3)sp2书写不规范扣1分标准答案 (1)3∶2(2分) N>O>Al(2分)O>N>H(2分)(2)NH325\n存在分子间氢键，熔、沸点高，所以易液化(2分) <(1分) 孤电子对和σ键的排斥力>σ键和σ键的排斥力(2分)(3)平面三角形(1分) sp2(1分)(4)(2分)得失点评(1)判断第一电离能大小顺序时，要注意第ⅡA族、第ⅤA族的特殊性。(2)必须严格区分分子内氢键和分子间氢键，不要说分子中氢键。(3)注意符号的规范书写。(4)审清题意，看准要求，规范解答。1．[2022·山东理综，32(1)]下列关于金属及金属键的说法正确的是________。a．金属键具有方向性与饱和性b．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用c．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子d．金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光答案 b解析 金属键没有方向性和饱和性，a错；b对；金属内部本身就存在自由电子，金属导电是由于在外加电场的作用下电子发生了定向移动，c错；金属具有光泽是因为电子吸收并放出可见光，d错。2．[2022·新课标全国卷，37(6)]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晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0pm，密度为________g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为________pm(列式表示)。答案 (6)＝4.1 或或135解析 ZnS晶胞的体积为(540.0×10－10cm)3。S2－位于晶胞的顶点和面心，Zn2＋位于晶胞的内部，一个ZnS晶胞中含有S2－：8×＋6×＝4个，含有4个Zn2＋25\n，即一个ZnS晶胞含有4个S2－和4个Zn2＋，则晶胞的密度为＝4.1g·cm－3。ZnS晶胞中，面对角线上两个相邻S2－的距离为540pm×＝270pm。每个Zn2＋与周围4个S2－形成正四面体结构，两个S2－与Zn2＋之间连线的夹角为109°28′，两个相邻S2－与Zn2＋形成等腰三角形(如图所示)，则ab之间的距离为pm。1．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．①④B．②④C．①③D．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，没有一个温度是停留的，所以找不出固定的熔点，b为非晶体。2．最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为( )A．Ti14C13B．TiCC．Ti4C4D．Ti4C3答案 A解析 由题意知该物质是气态团簇分子，题图所示应是该物质的一个完整的分子，由14个钛原子和13个碳原子构成，A项正确；此题目极易因审题不严密，误认为是晶体而视钛与碳原子的个数比为(×8＋×6)∶(25\n×12＋1)＝1∶1，错选B项或C项。3.测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为acm，该晶体密度为dg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为( )A.B.C.D.答案 C解析 一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为V＝×(2acm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5，可得NA＝。4．下列说法中，正确的是( )A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定答案 B解析 A项，冰为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，故A项错误；B项，原子晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，故B项正确；C项，分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，所以C项错误，D项也错误。5．关于SiO2晶体的叙述中，正确的是( )A．通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数)B．60gSiO2晶体中，含有2NA个Si—O键C．晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点D．SiO2晶体中含有1个硅原子，2个氧原子答案 C解析 60gSiO2晶体即1molSiO2，晶体中含有Si—O键数目为4mol(每个硅原子、氧原子分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si—O共价键)，含4NA个Si—O键；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅氧原子个数比为1∶2。在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氧原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中心，而4个氧原子处于该正四面体的4个顶点上。25\n6．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和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥D．①③⑤答案 C解析 本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子间不存在化学键。7．下列关于金属键的叙述中，不正确的是( )A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动答案 B解析 从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性，自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。8．下列关于金属晶体和离子晶体的说法中错误的是( )A．都可采取“紧密堆积”的结构B．都含离子C．一般具有较高的熔点和沸点D．都能导电答案 D解析 金属晶体和离子晶体都可采取紧密堆积，离子晶体的熔、沸点较高，金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异，但是大多数的熔、沸点还是比较高的。所以，A、C两选项的叙述是正确的；金属晶体由金属阳离子和自由电子组成，离子晶体由阳离子和阴离子组成，所以二者都含有离子，因此，B选项也是正确的；金属晶体中有自由电子，可以在外加电场的作用下定向移动，而离子晶体的阴、阳离子不能自由移动，因此不具有导电性，所以应该选择D选项。25\n9．如下图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是( )A．γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个B．αFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个C．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同D．三种同素异形体的性质相同答案 B解析 A项，γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子为12个；C项，冷却到不同的温度，得到的晶体类型不同；D项，同素异形体的性质不同。10．根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中，错误的是( )物质NaClMgCl2AlCl3SiCl4单质B熔点/℃810710190－682300沸点/℃14651418182.7572500注：AlCl3熔点在2.02×105Pa条件下测定。A．SiCl4是分子晶体B．单质B是原子晶体C．AlCl3加热能升华D．MgCl2所含离子键的强度比NaCl大答案 D解析 三类不同的晶体由于形成晶体的粒子和粒子间的作用力不同，因而表现出不同的性质。原子晶体具有高的熔沸点，硬度大、不能导电。而离子晶体也具有较高的熔、沸点，较大的硬度，在溶液中或熔融状态下能导电。分子晶体熔、沸点低，硬度小，不导电，熔化时无化学键断裂，据这些性质可确定晶体类型。根据上述性质特点及表中数据进行分析，NaCl的熔、沸点均比MgCl2高，所以NaCl晶体中的离子键应比MgCl2的强，故D不正确。11．下列7种物质：①白磷(P4) ②水晶 ③氯化铵 ④氢氧化钙 ⑤氟化钠 ⑥过氧化钠 ⑦石墨，固态下都为晶体，回答下列问题(填写序号)：(1)不含金属离子的离子晶体是______，只含离子键的离子晶体是______，既有离子键又有非极性键的离子晶体是______，既有离子键又有极性键的离子晶体是______。25\n(2)既含范德华力又有非极性键的晶体是________，熔化时既要克服范德华力又要破坏化学键的是______，熔化时只破坏共价键的是________。答案 (1)③ ⑤ ⑥ ③和④ (2)①⑦ ⑦ ②解析 (1)属于离子晶体的有③④⑤⑥，其中③只含非金属元素，NaF中只含离子键，Na2O2中有离子键和非极性共价键，NH4Cl和Ca(OH)2有离子键和极性共价键。(2)分子晶体中含范德华力，只有白磷、石墨晶体中既有范德华力又有共价键，水晶中只含共价键。12．纯铜在工业上主要用来制造导线、电器元件等，铜能形成＋1和＋2价的化合物。回答下列问题：(1)写出基态Cu＋的核外电子排布式：____________；C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是___________________________________________________。(2)如图是铜的某种氧化物的晶胞示意图，该氧化物的化学式为__________。(3)向硫酸铜溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，在滴加氨水至沉淀刚好全部溶解时可得到蓝色溶液，继续向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。该深蓝色沉淀中的NH3通过________键与中心离子Cu2＋结合；NH3分子中N原子的杂化方式是______________________________；与NH3分子互为等电子体的一种微粒是____________(任写一种)。(4)CuO的熔点比CuCl的熔点________(填“高”或“低”)。(5)CuO在高温下易转化为Cu2O，其原因是________________________________。答案 (1)1s22s22p63s23p63d10 N、O、C(2)CuO(3)配位 sp3 H3O＋(或其他合理答案)(4)高(5)Cu2O中Cu的d轨道为全充满状态，较稳定解析 (1)铜等过渡金属原子失电子时，先失最外层电子，故基态Cu＋的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N、O、C。(2)从晶胞示意图分析，含A、B两种原子的数目之比为1∶1，故该铜的氧化物的化学式为CuO。(3)[Cu(NH3)4]SO4·H2O中NH3通过配位键与中心离子Cu2＋结合；NH3分子中N原子的杂化方式是sp3；与NH3分子互为等电子体的微粒有H3O＋等。25\n(4)氧元素的电负性比氯元素的大，与铜形成的化学键中离子键强度较大，故CuO的熔点比CuCl的熔点高。(5)CuO高温易转化为Cu2O的原因是Cu2O中Cu的d轨道为全充满状态，较稳定。13．如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置，这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。(1)请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。(3)晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即(填计算式)__________；Na＋的个数等于________，即(填计算式)____________。(4)设NaCl的摩尔质量为Mrg·mol－1，食盐晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为______cm。答案 (1)(2)12 (3)4 12×＋1＝4 4 8×＋6×＝4 (4)·解析 (1)如答案所示。(2)与Na＋最接近的且距离相等的Na＋共有12个。(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是：①处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。②处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞。③处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞。④处于晶胞内部(体心)的离子，则完全属于该晶胞。由此可知，在NaCl晶胞中，含Cl－：12×＋1＝4个；含Na＋：8×＋6×＝4个。(4)设Cl－与Na＋的最近距离为acm，则两个最近的Na＋间的距离为acm，又：·NA＝Mr即：a＝，所以Na＋间的最近距离为·。14．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)Ni原子的核外电子排布式为______________________________________；(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和25\nFe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”)；(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为________、________；(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示。该合金的化学式为________；(5)丁二酮肟常用于检验Ni2＋：在稀氨水介质中，丁二酮肟与Ni2＋反应可生成鲜红色沉淀，其结构如下图所示。①该结构中，碳碳之间的共价键类型是σ键，碳氮之间的共价键类型是__________，氮镍之间形成的化学键是__________；②该结构中，氧氢之间除共价键外还可存在________；③该结构中，碳原子的杂化轨道类型有______________。答案 (1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2(2)> (3)6 6 (4)LaNi5 (5)①σ键、π键 配位键 ②氢键 ③sp2杂化、sp3杂化解析 (1)Ni是28号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(2)因为两者都是离子晶体，故离子半径越小，离子键越强，物质的熔、沸点越高，故熔点NiO>FeO。(3)由于NiO的晶体结构类型与氯化钠的相同，故Ni和O的配位数均为6。(4)由图示可以看出，La原子均在晶体的8个顶点上，而Ni原子有1个在中心，另外的8个在面上，故La原子个数＝8×＝1，Ni原子个数＝1＋8×＝5，故化学式为LaNi5。(5)①由于碳氮之间是双键，故既有σ键，又有π键。氮镍之间形成的化学键是配位键。②由于氧的电负性很大，故氧氢之间除共价键外还可能存在氢键。③由结构中碳原子的成键特点可以看出，类似于乙烯分子中的碳原子，故发生的是sp2杂化，同时分子中含有甲基，故这部分碳原子发生的是sp3杂化。25
