第三章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
核心素养发展目标
1．认识物质的聚集状态。
2．能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体和非晶体。
3．能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的思维模型，利用思维模型、根据晶胞结构确定微粒个数和化学式。
4．了解晶体结构的测定方法。
一、物质的聚集状态
1．人们对物质组成的认识历程
(1)20世纪前，人们认为：分子是保持物质化学性质的_最小__粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是_分子间__距离发生了变化。
(2)20世纪初，人们对物质的组成有了更明确的认识。
①通过_X射线衍射__等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
②气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由_电子__、_阳离子__和_电中性粒子__(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由_离子__组成的液体物质。
2．人们对物质聚集状态的认识历程
(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有_晶态__、_非晶态__，以及介乎_晶态__和_非晶态__之间的_塑晶态__、液晶态等。
(2)液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。
①分类：热致液晶和溶致液晶。
②性质：既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。
③应用：液晶在制造液晶显示器、合成高强度液晶纤维等领域被广泛应用。
正误判断
1.物质的聚集状态只有固、液、气三种状态。( × )
2．等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性。( √ )
3．液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶。( √ )
4．三星堆考古中用X射线分析青铜器的微观晶体结构。( √ )
深度思考
热致液晶与固体、液体的温度范围关系怎样？
提示：
应用体验
1.科学研究表示，物质有多种聚集状态。下列描述错误的是( C )
A．冠醚可以作为高锰酸钾氧化烯烃的催化剂
B．液晶显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关
C．X射线衍射实验不能测定晶体的原子坐标
D．纳米材料之一石墨烯可作为新型电源的电极材料
解析：冠醚是分子中含有多个—OCH2CH2—结构单元的大环多醚，与高锰酸钾不反应，可作为高锰酸钾氧化烯烃的催化剂，A正确；液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，液晶显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关，B正确；晶体X射线衍射实验可以用于键长、键角和晶体结构的测定，能测定晶体的原子坐标，C错误；石墨烯是由碳元素形成的单质，具有良好的导电性，可作为新型电源的电极材料，D正确。故选C。
2．下列关于物质聚集状态的叙述中，错误的是( A )
A．等离子体的基本构成微粒只有带电的离子和电子
B．气态是高度无序的体系存在状态
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．固态中的原子或者分子结合得较紧凑，相对运动较弱
解析：等离子体是呈准电中性的，其基本构成微粒可以是带电的粒子也可以是中性粒子，A项错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B项正确；液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，C项正确；据物质固态时微粒间距离较小可判断，固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱，D项正确。故选A。
3．下列关于物质聚集状态的叙述中，错误的是( C )
A．在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列
B．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性
C．等离子体是指由电子、阳离子组成的带有一定电荷的物质聚集体
D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固气两态之间，表现出明显的流动性
解析：施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，在有电场的情况下分子按照电场方向排列，A项正确；液晶既具有流动性，也具有类似于晶体的各向异性，是介于液体和晶体之间的一种特殊的聚集状态，B项正确；等离子体是由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的整体上呈电中性的物质，C项错误；液态物质分子相距比较近，分子间作用力也较强，微粒间距离和作用力的强弱介于固气两态之间，液态物质分子的转动明显活跃，平动也有所增加，使之表现出明显的流动性，D项正确。故选C。
二、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的本质差异
固体 自范性 微观结构
晶体 _有__ 原子在三维空间里呈_周期性有序__排列
非晶体 _无__ 原子排列相对_无序__
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．晶体的特性
(1)自范性：晶体能自发地呈现_多面体__外形的性质。
(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的_物理性质__。
(3)固定的熔点。
4．晶体与非晶体的测定方法
测定方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
可靠方法 对固体进行_X射线衍射__实验
正误判断
1.晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性。( × )
2．熔融态物质快速冷却即得到晶体。( × )
3．粉末状的固体也有可能是晶体。( √ )
4．晶体一定比非晶体的熔点高。( × )
5．有规则几何外形的固体一定是晶体。( × )
深度思考
1.要用硫黄粉末获得硫晶体，应如何操作？
提示：把硫黄粉末用研钵研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶即可得到硫晶体。
2．参考课本实验，获取碘晶体和硫晶体的途径是否相同？
提示：不同。获取硫晶体是熔融态物质凝固，获取碘晶体是凝华。
3．把硫酸铜溶液蒸干，得不到硫酸铜晶体。获取硫酸铜晶体应怎样操作？
提示：把硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶，可得到硫酸铜晶体。
4．如图是某同学找到的一张玻璃结构的示意图，根据这张图判断玻璃是不是晶体？为什么？
提示：不是晶体。晶体与非晶体的根本区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察玻璃结构的示意图可知，构成玻璃的粒子的排列是无序的，所以玻璃是非晶体。
应用体验
1.下列关于晶体的说法中正确的是( D )
A．自然形成的水晶柱是晶体，从水晶柱上切削下来的粉末不是晶体
B．晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞
C．玻璃制成的弹珠具有规则的几何外形，所以玻璃弹珠是晶体
D．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块，体现了晶体的自范性
解析：晶体形成后，其结构是有序性和可复制性，所以即使是粉末，其微观结构也是晶体的有序结构，描述错误，A不符合题意；晶胞的顶点、棱上、面上的离子均为多个晶胞共用，描述错误，B不符合题意；玻璃属于混合物，不是晶体，描述错误，C不符合题意；晶体的自范性能使结构有缺损的晶体结构在适当的环境中恢复晶体完整，描述正确，D符合题意。故选D。
2．下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( B )
A．SO2和SiO2 B．CO2和H2O
C．NaCl和HCl D．CCl4和KCl
解析：SO2和SiO2分别是由共价键形成的分子和原子晶体，所以化学键类型相同，而晶体类型不同，故A不符合题意；CO2和H2O都是只含共价键的分子晶体，所以化学键类型、晶体类型都相同，故B符合题意；NaCl和HCl分别是由离子键、共价键形成的离子晶体和分子晶体，所以化学键类型、晶体类型都不相同，故C不符合题意；CCl4和KCl分别是由共价键、离子键形成的分子晶体和离子晶体，所以化学键类型、晶体类型都不相同，故D不符合题意。故选B。
3．下列关于晶体和非晶体的说法不正确的是( C )
A．破损的NaCl晶体能在饱和NaCl溶液中自动变成规则的立方体
B．晶体某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性
C．导电性可用于区别晶体和玻璃体
D．固体SiO2可能是晶体，也可能是非晶体
解析：破损的晶体能在溶液中得到修复，所以破损的NaCl晶体能在饱和NaCl溶液中自动变成规则的立方体，故A正确；晶体的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性，故B正确；根据晶体的定义，不能通过导电性来区别晶体和玻璃体，某些晶体和玻璃体可均导电或不导电，故C错误；固体SiO2可能是晶体，也可能是非晶体，如水晶为晶体，玻璃为非晶体，故D正确。故选C。
4．下列关于晶体的说法正确的是( C )
A．凡有规则几何外形的固体均为晶体
B．晶体在不同方向上的硬度、导热性、导电性均相同
C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点
D．将饱和硫酸铜溶液冷却降温，析出的固体不是晶体
解析：具有规则几何外形的固体不一定是晶体，故A错误；由于晶体内部质点排列的高度有序性，使得晶体在强度、导热性、光学性质等物理性质上常常表现为各向异性，故B错误；水晶是晶体，有固定的熔点，普通玻璃是混合物无固定的熔点，故C正确；得到晶体一般有三条途径：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，所以将饱和硫酸铜溶液冷却降温，析出的固体是晶体，故D错误。故选C。
关于晶体与非晶体的认识误区
(1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。
(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观。
(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。
(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
三、晶胞
1．概念
描述晶体结构的_基本单元__。
2．晶胞与晶体的关系
一般来说，晶胞都是_平行六面__体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。
(1)“无隙”是指相邻晶胞之间_无任何间隙__。
(2)“并置”是指所有晶胞都是_平行__排列的，取向_相同__。
(3)所有晶胞的_形状__及其内部的原子_种类__、_个数__及几何排列是完全相同的。
3．晶胞中粒子数目的计算
(1)晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。
(2)均摊法确定晶胞中粒子的个数
若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。
长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为 8×＋6×＝4 。
(3)几种晶胞中原子数目的确定。
结合图示，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为 2 、 2 、 8 、 8 。
钠、锌、碘、金刚石晶胞图
正误判断
1.晶胞都是平行六面体。( × )
2．晶胞是晶体的最小重复单元。( √ )
3．不同晶体中晶胞的大小和形状都相同。( × )
4．晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。( × )
5．已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成。( × )
6．铜晶体中平均每个晶胞中含有14个铜原子。( × )
深度思考
1.由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示构成该晶体实际的粒子数目？
提示：否，只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比。
2．判断下列六面体是否是晶胞。
提示： A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
应用体验
1.晶体内微粒总是按周期性规律重复排列，反映其结构特点的基本重复单元为晶胞，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构，可作为晶胞的是( B )
解析：按照题意，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成，是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所有晶胞平行排列，取向相同。由此可知，平移后，重合位置的原子相同。不管是左右或上下平移时，大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合，但不是同一种原子，因此该结构不能作为晶胞，A错误；不管是上下平移还是左右平移，各原子都可以与相同的原子重叠，可平移无隙并置得到晶体，因此该结构可以作为晶胞，B正确；上下平移时，位于面心的两个不同的原子位置会重合，因此该结构不能作为晶胞，C错误；该结构平移时会存在空隙，因此不能作为晶胞，D错误。故选B。
2．现有四种晶体，其构成粒子(均为单原子核粒子)排列方式如图所示，其化学式正确的是( C )
解析：B处于顶点位置，晶胞中B原子数目＝8×＝1，A处于体心，晶胞中A原子数目＝1，故化学式为AB，A错误；E、F均处于顶点位置，晶胞中E、F原子数目＝4×＝，故化学式为EF，B错误；Z处于顶点，Z原子数目＝8×＝1，Y处于面心，Y原子数目＝6×＝3，X处于体心，晶胞中X原子数目＝1，故化学式为XY3Z，C正确；A处于顶点、面心，晶胞中A原子数目＝8×＋6×＝4，B处于体心、棱中心，晶胞中B原子数目＝1＋12×＝4，故化学式为AB，D错误。
3．根据图中相关信息，判断下列说法不正确的是( D )
A．在NaCl晶体中，距离Na＋最近的Cl－形成正八面体
B．该气态团簇分子的分子式为E4F4或F4E4
C．1个Zn的晶胞中含有2个Zn原子
D．KO2晶体中每个K＋周围有6个紧邻的K＋，每个O周围有6个紧邻的O
解析：在氯化钠晶体中，Na＋和Cl－的配位数都是6，则距离Na＋最近的六个Cl－形成正八面体，选项A正确；分子晶体的构成微粒是分子，每个分子为一个整体，所以该分子的化学式为E4F4或F4E4，选项B正确；根据晶胞的结构可知，1个Zn的晶胞中含有9个Zn原子，而均摊占有8×＋1＝2个Zn原子，选项C正确；KO2晶体中每个K＋周围有6个紧邻的O，每个O周围有6个紧邻的K＋，选项D不正确。故选D。
四、晶体结构的测定
1．常用仪器：_X射线衍射仪__。
2．测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的_电子__相互作用，会在记录仪上产生_分立的斑点__或者_明锐的衍射峰__。
3．作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。
深度思考
1.通过X射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？
提示：从衍射图形获得晶体结构的信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。
2．因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是_2__、_4__。
3．根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。
提示：利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性，可用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石。(1)可观察宝石的形状，具有多面体的外形；测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体；(2)可利用宝石的折光率鉴别；(3)可进行X射线衍射实验鉴别。
应用体验
1.下列叙述不正确的是( B )
A．可以通过X射线衍射实验鉴别晶体与非晶体
B．混合晶体是混合物
C．等离子体是一种呈电中性的物质聚集体，其中含有带电粒子且能自由运动
D．纳米晶体具有不同于大块晶体特性的原因是晶体的表面积增大
解析：构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来，因此，可以通过X射线衍射实验鉴别晶体与非晶体，故A正确；石墨是混合晶体，石墨属于纯净物，故B错误；等离子体是一种呈电中性的物质聚集体，其中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有导电性，故C正确；纳米晶体的特殊性质
原因之一是它具有很大的比表面积，故D正确。故选B。
2．对物质的研究可改善我们的生活。下列描述错误的是( B )
A．纳米晶体会有不同于大块晶体的特性，主要原因是晶体的表面积增大
B．用X射线衍射摄取石英玻璃和水晶的粉末得到的图谱是相同的
C．超分子具有分子识别与自组装的特征
D．等离子体和离子液体都具有良好的导电性
解析：纳米晶体的表面积更大，因此有不同于大块晶体的特性，A正确；石英玻璃为非晶态SiO2，水晶为晶态SiO2，二者研成粉末摄取的X射线衍射图谱不相同，B错误；分子识别与自组装是超分子的特征，C正确；等离子体和离子液体都具有良好的导电性，D正确。故选B。
1．下列关于物质聚集状态结构的叙述错误的是( D )
A．非晶体内部的微粒无周期性重复排列
B．超分子内部的分子之间通过非共价键结合
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分都是有序排列
解析：晶体中原子呈周期性有序排列，且有自范性，非晶体中原子排列相对无序，无自范性，可以用衍射方法鉴别晶体和非晶体，选项A正确；超分子内部分子之间可以通过非共价键结合，如氢键、静电作用等，选项B正确；液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，选项C正确；纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构，选项D错误。故选D。
2．下列有关等离子体的叙述，不正确的是( D )
A．等离子体是物质的另一种聚集状态
B．等离子体是很好的导体
C．水可能形成等离子体状态
D．等离子体中的微粒不带电荷
解析：等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，是物质的另一种聚集状态，故A正确；等离子体具有良好的导电性，是很好的导体，故B正确；通过强热、电磁辐射等方式也能由水形成等离子体，故C正确；等离子体中的微粒带有电荷，而且能自由移动，所以等离子体具有良好的导电性，故D错误。故选D。
3．晶体与非晶体的本质区别是( B )
A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形
B．晶体内部粒子呈周期性有序排列，而非晶体内部粒子排列相对无序
C．晶体有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点
D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小
解析：晶体有单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何外形，且非晶体可能有规则的几何外形，比如钻石形状的玻璃制品，A错误；晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，B正确；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，但这不是二者的本质区别，C错误；某些合金为非晶体，但具有很大的硬度，D错误。故选B。
4．下列结构属于晶胞且对应的化学式不正确的是(图中：●—X，○—Y)( B )
A.XY B.XY2 C.XY3 D.X2Y
解析：X个数为8×＝1，Y个数为1，则化学式为XY，故A正确；X个数为1，Y个数为4×＝，则化学式为X2Y，故B错误；X个数为4×＝，Y个数为4×＋1＝，则化学式为XY3，故C正确；X个数为8×＝1，Y个数为2×＝，则化学式为X2Y，故D正确。故选B。
5．科学研究表明，物质含有许多种聚集状态，下列关于物质聚集状态的描述错误的是( C )
A．等离子体的外观为气态
B．液晶和液态是物质的两种聚集状态
C．等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子
D．离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质
解析：等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质，故A正确；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，所以液晶和液态是不同的聚集状态，故B正确；等离子体由电子、阳离子和电中性的微粒构成，故C错误；离子液体是一种只由离子组成的液体，其熔点较低，以液态稳定存在，故D正确。故选C。
6．(1)一种Pt、Co金属间化合物可作为质子交换膜燃料电池的催化剂，其晶胞结构如图1所示，该金属间化合物中Pt与Co的个数比为 3?1 。
(2)室温下，[Cu(NH3)4](NO3)2，与液氨混合并加入Cu可制得一种黑绿色晶体。黑绿色晶体的晶胞如图2所示，写出该晶体的化学式 Cu3N 。
(3)如图3所示的是金红石的晶胞，则每个晶胞拥有 2 个Ti4＋、 4 个O2－。
解析：(1)根据均摊原则，1个晶胞中Pt原子数是6×＝3、Co原子数是8×＝1，Pt与Co的个数比为3?1。
(2)根据均摊原则，1个晶胞中Cu原子数是12×＝3、N原子数是8×＝1，该晶体的化学式为Cu3N。
(3)根据均摊原则，则每个晶胞拥有8×＋1＝2个Ti4＋、4×＋2＝4个O2第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
核心素养发展目标
1．能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。
2．能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能用均摊法对晶胞进行分析。
一、分子晶体的概念和性质
1．分子晶体的概念
只含_分子__的晶体称为分子晶体，在分子晶体中，相邻分子靠_分子间作用力__相互吸引。
2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
3．常见分子晶体及物质类别
物质种类 实例
所有 非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
部分 非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分 非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的 酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数 有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶体的物理性质
(1)物理特性
①分子晶体的熔、沸点 较低 ，密度 较小 ，硬度较小，较易熔化和挥发。
②一般是绝缘体，熔融状态不导电。
③溶解性符合“相似相溶”规律。
(2)分子晶体熔、沸点高低的比较规律
①分子晶体中分子间作用力 越大 ，物质熔、沸点 越高 ，反之 越低 。
②具有氢键的分子晶体，熔、沸点 反常高 。
正误判断
1.组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力。( × )
2．分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。( √ )
3．分子晶体熔化或溶于水均不导电。( × )
4．分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。( × )
深度思考
1.分子晶体熔点较低的原因是什么？
提示：分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体一般熔沸点都较低。
2．分子晶体及其熔融态时能否导电？为什么？
提示：不能。因为分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由电子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。
3．影响分子晶体溶解度的因素有哪些？
提示：“相似相溶”规律、氢键、化学反应等。
应用体验
1.下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( B )
A．NH3、HD、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2
解析：该组物质均属于分子晶体，NH3、C10H8属于化合物，HD属于单质，A不符合题意；该组物质均是属于分子晶体的化合物，B符合题意；SO2、P2O5是属于分子晶体的化合物，SiO2是属于共价晶体的化合物，C不符合题意；CCl4、H2O2是属于分子晶体的化合物，Na2S是属于离子晶体的化合物，D不符合题意。故选B。
2．下列叙述与范德华力无关的是( B )
A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固
B．白磷易自燃
C．干冰易升华
D．S8的熔、沸点较低
解析：气体物质加压或降温时能凝结或凝固，克服了分子间的范德华力，A不符合题意；白磷易自燃，是其着火点较低，与范德华力无关，B符合题意；干冰易升华，是二氧化碳分子间的范德华力较弱，C不符合题意；S8是分子晶体，其熔、沸点较低，是由于其分子间的范德华力较弱，D不符合题意。故选B。
3．单质碘的熔、沸点较低，其原因是( C )
A．碘的非金属性较弱
B．碘分子中键能较小
C．固态碘单质中碘分子间以范德华力结合
D．I—I共价键的键长较长
解析：碘单质是分子晶体，碘分子间以范德华力结合，影响分子晶体熔沸点的是范德华力，范德华力较弱，故单质碘的熔、沸点较低，C符合题意。故选C。
4．下列有关分子晶体的说法中一定正确的是( B )
A．分子内均存在共价键
B．分子间一定存在范德华力
C．分子间一定存在氢键
D．其结构一定为分子密堆积
解析：稀有气体元素组成的分子晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以分子内不存在任何化学键，A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，B项正确，C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D项错误。
(1)分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
③依据物质的性质判断
分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
(2)分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH>CH3CH3。
③含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
④对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> 。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。
二、典型的分子晶体的结构和性质
1．分子晶体的结构特征
分子密堆积 分子非密堆积
微粒间作用力 _范德华力__ _范德华力和氢键__
空间特点 通常每个分子周围有12个紧邻的分子 每个分子周围紧邻的分子小于12个，空间利用率不高
举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰
2.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)干冰
①每个晶胞中有_4__个CO2分子，_12__个原子。
②每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子数为_12__。
(2)冰
①水分子之间主要的作用力是_氢键__，当然也有_范德华力__。
②由于_氢键__的方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的_4__个相邻水分子相互吸引。
正误判断
1.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体。( × )
2．干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华。( √ )
3．干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻分子。( √ )
4．冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的分子，1 mol冰中含有1 mol氢键。( × )
深度思考
1.常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
(1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？
提示：共价键、氢键、范德华力。
(2)冰融化成水时破坏的作用力是什么？
提示：氢键和范德华力。
(3)为什么液态水的密度大于冰的密度？
提示：由于在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小。
2．硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？
提示：硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。
应用体验
1.北京2022年冬奥会采用CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是( A )
A．冰、干冰晶体类型不同
B．“水立方”变为“冰立方”，密度减小
C．用干冰制冷比用氟利昂制冷环保
D．1个干冰晶胞的质量约为 g
解析：冰、干冰都属于分子晶体，A项错误；在冰晶体中，每个水分子周围只有四个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力为氢键，而氢键具有饱和性和方向性，所以氢键的存在使四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个紧邻水分子相互作用，这一排列使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，使得冰的密度比液态水的小，故“水立方”变为“冰立方”，密度减小，B项正确；氟利昂排放到大气中会破坏O3层，干冰不能破坏O3层，氟利昂的温室效应是二氧化碳的3 400～15 000倍，故用干冰制冷比用氟利昂制冷环保，C项正确；由干冰的晶胞可知，1个晶胞中含CO2的个数为8×＋6×＝4，则1个干冰晶胞的质量约为g＝ g，D项正确。故选A。
2．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( A )
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰中存在氢键，每个水分子周围有4个紧邻的水分子
C．干冰比冰的熔点低，常压下易升华
D．干冰中只存在范德华力不存在氢键
解析：干冰是分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采取非紧密堆积的方式，不都是分子密堆积形成的晶体，A错误；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确；干冰熔化只需克服范德华力，冰熔化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华，C正确；干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，不存在氢键也不能形成氢键，D正确。故选A。
1．下列有关分子晶体的说法中，正确的是( D )
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．分子晶体中，共价键越强，键能越大，熔点越高
C．冰融化时水分子间的共价键发生断裂
D．在冰的晶体结构中由于氢键的存在，其熔点较高
解析：分子间作用力的大小决定分子的物理性质，而分子的稳定性则取决于化学键的强弱，故A项错误；共价键是化学键，共价键的强弱与物质的熔点无关，故B项错误；冰融化时克服范德华力和氢键，水分子内的共价键没有断裂，故C项错误；在冰的晶体结构中存在分子间氢键，使其熔点较高，故D项正确。故选D。
2．下列有关分子晶体的叙述正确的是( D )
A．分子内均存在共价键
B．分子晶体的熔点较高
C．分子晶体中一定存在氢键
D．分子晶体熔化时一定破坏了范德华力
解析：稀有气体分子内无化学键，A项错误；分子晶体有低熔点的特性，B项错误；分子晶体中不一定存在氢键，如CO2晶体，C项错误；分子晶体中分子间一定存在范德华力，可能存在氢键，所以分子晶体熔化时一定破坏了范德华力，D项正确。故选D。
3．干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较正确的是( B )
A．晶体的熔点：干冰>冰
B．晶体中的空间利用率：干冰>冰
C．晶体中分子间相互作用力相同
D．晶体中键的极性和分子的极性相同
解析：冰在0 ℃时是固体，而干冰则变为气体，A项错误；冰的结构中，由于H2O分子间存在氢键及氢键具有方向性，故晶胞中存在空隙，利用率降低，B项正确；冰中的分子间既有氢键又有范德华力，而干冰中的分子间只有范德华力，C项错误；CO2和H2O中均存在极性键，由于分子空间结构不同，CO2是非极性分子，H2O是极性分子，D项错误。故选B。
4．下列说法正确的是( D )
A．范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合
B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的
C．冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1?4
D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大
解析：液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，2个水分子间只能形成1个氢键，所以冰中H2O分子与氢键数目之比为1?2，C错误；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时，水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。
5．如图所示为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，那么该冰中的每个水分子含有氢键的个数为( C )
A．12 B．3
C．2 D．8
解析：由图可知，中心水分子与周围四个水分子形成四个氢键，每个氢键为两个水分子共有，则每个水分子含有氢键的个数为4×＝2，故选C。
6．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题：
(1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属于 分子 晶体。
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有 4 个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为 1?1 。
(3)①碘晶体属于 分子 晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为_分子间作用力__。
③假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm，碘的摩尔质量为127 g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为 g·cm－3。
解析：(1)C60有固定的组成，不属于空间网状结构，熔点较低，应为分子晶体。
(2)二氧化碳的晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳的分子数为8×＋6×＝4，二氧化碳分子的结构为O===C===O，每个分子中含有的2个σ键和2个π键，所以σ键与π键的个数比为1?1。
(3)观察碘晶胞不难发现，一个晶胞中含有的碘分子数为8×＋6×＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为abc cm3，其质量为 g，则碘晶体的密度为 g·cm－3。第2课时 共价晶体
核心素养发展目标
1．能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。
2．能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。
一、共价晶体的概念及性质
1．共价晶体的结构特点及物理性质
(1)概念
相邻原子间以_共价键__相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。
(2)构成微粒及微粒间作用力
(3)物理性质
①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点_很高__，硬度_很大__，_难__溶于常见溶剂，一般_不__导电。
②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长_越短__，键能越大，晶体的熔点越高。
2．常见共价晶体及物质类别
(1)某些单质：如_硼(B)__、_硅(Si)__、锗(Ge)、
_金刚石__等。
(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)极少数金属氧化物：如刚玉(Al2O3)等。
正误判断
1.由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。( × )
2．共价晶体在固态或熔化时均不导电。( × )
3．共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应。( × )
4．二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型。( √ )
深度思考
1.“具有共价键的晶体叫做共价晶体”。这种说法对吗？为什么？
提示：此说法不对。“具有共价键”并不是判定共价晶体的唯一条件，大部分分子晶体中也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2中存在共价键。对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
2．碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？
提示：CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合，每个CO2分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的。SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。
3．金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。
晶体 键长/pm 键能/(kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 154 348 >3 500 10
碳化硅 184 301 2 700 9.5
晶体硅 234 226 1 410 6.5
(1)使共价晶体熔化，需要破坏的粒子间作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？
提示：使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。
(2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？
提示：结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。
(3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。
提示：能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：CC—Si>Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。
应用体验
1.下列物质中，属于共价晶体的化合物是( A )
A．无色水晶 B．晶体硅
C．金刚石 D．干冰
解析：A项，无色水晶是共价晶体，属于化合物，符合题意；B项，晶体硅是单质，不符合题意；C项，金刚石是单质，不符合题意；D项，干冰属于化合物，但它是分子晶体，不符合题意。
2．下列晶体性质的比较中不正确的是( C )
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：K>Na>Li
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
解析：三种物质都是共价晶体，因为C的原子半径小于Si的，所以键长：C—C键C—Si键>Si—Si键，键能越大，共价晶体的熔点越高，A正确；NH3和PH3都是分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3的沸点较高，B正确；Li、Na、K位于同一主族，从上到下核电荷数递增、原子半径与离子半径递增，金属键的强度递减，则硬度：Li>Na>K，C错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，D正确。故选C。
晶体熔、沸点和硬度的比较方法
(1)先判断晶体类型。主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点高于分子晶体，共价晶体的硬度大于分子晶体。
(2)对于同一类型的晶体
①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高。
②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。
二、常见共价晶体结构分析
1．金刚石晶体
(1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为_109°28′__，即金刚石中的碳采取_sp3__杂化轨道形成共价键三维骨架结构。
(2)晶体中最小的碳环由_6__个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有_4__个碳原子在同一平面。
(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有_2__个C，即C原子与C—C之比为_1?2__。
(4)每个C原子被_12__个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为_0.5__个。
2．晶体硅
把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构，不同的是 Si—Si键长_>__C—C键长。
3．二氧化硅
(1)二氧化硅晶体
①1个Si原子和_4__个O原子形成4个_共价键__，每个O原子和_2__个Si原子相结合。
②1 mol SiO2中含_4__ mol Si—O。
③最小环由_6__个Si原子和_6__个O原子组成。
④每个Si原子被_12__个12元环共用，每个O原子被_6__个12元环共用。
(2)低温石英
低温石英的结构中，顶角相连的_硅氧四面体__形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有_手性__。
正误判断
1.金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内。( × )
2．金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用。( √ )
3．1 mol金刚石晶体中含有4 mol碳碳键。( × )
4．1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol硅氧键。( √ )
深度思考
1.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有 8×＋6×＋4＝8 个碳原子。
(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为 g·cm－3。
(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为 a pm 。
(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
提示：2r＝a pm，即r＝a pm。
2．依据金刚石的结构判断12 g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？
提示：依据均摊法可知，金刚石中每个碳原子形成4条共价键，其中碳原子数与C—C共价键数之比是1?2，故12 g金刚石中含有的C—C数目是2NA。
3．二氧化硅晶体中硅原子与和硅原子直接相连的氧原子构成的空间结构是什么？
提示：二氧化硅晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。
4．二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键数目之比是多少？60 g SiO2晶体中含Si—O键的数目是多少？
提示：SiO2晶体中Si原子与Si—O键数目之比为1?4；60 g SiO2晶体中含Si—O键的数目为4NA。
应用体验
1.在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是( A )
A．共价键具有饱和性和方向性
B．共价键键能大
C．二氧化硅是化合物
D．二氧化硅是由非金属元素原子构成的
解析：由于共价键具有方向性和饱和性导致SiO2中Si和O必须按照一定的方向和一定的数目比例进行结合，故导致在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，且不是所有化合物、所有非金属元素原子构成的物质都是原子未排列成紧密堆积结构。故选A。
2．下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( C )
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1 mol SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1 mol金刚石中含有4NA个C—C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
解析：SiO2的晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，A错误；SiO2属于共价晶体，不存在SiO2分子，B错误；金刚石的网状结构中，每个碳原子与周围的4个成键碳原子共同组成正四面体结构，每个碳原子都是sp3杂化，键角109°28′，由共价键形成的最小环上有6个碳原子，C正确；金刚石中每个C原子与另外四个C原子形成4个C—C键，每个C—C键为两个C原子共享，因此属于每个C原子的成键数目是4×＝2,1 mol金刚石中含有NA个C原子，故含有2NA个C—C键，D错误。故选C。
3．碳有多种同分异构体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是( B )
A．在石墨烯晶体中，每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为3?2
B．石墨烯中含碳碳双键
C．金刚石晶体中，碳原子采用sp3杂化
D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
解析：在石墨烯晶体中，最小的环为六元环，每个碳原子连接3个C—C化学键，每个六元环占有的碳原子数为6×＝2个，个数比为3?2，A正确；石墨烯晶体中，单层上的碳原子除形成单键外，还形成大π键，不存在碳碳双键，B错误；金刚石晶体中，每个碳原子形成4个σ键，采用sp3杂化，C正确；由金刚石晶体结构模型可知，最小的环为6元环，D正确。故选B。
1．下列关于金刚石的说法中，错误的是( D )
A．晶体中不存在独立的分子
B．碳原子间以共价键相结合
C．是天然存在的硬度最大的物质
D．化学性质稳定，在高温下也不与氧气发生反应
解析：金刚石属于共价晶体，共价晶体由原子组成，故A正确；金刚石中碳原子以共价键的形式结合，故B正确；在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大，故C正确；在高温下金刚石可以与氧气反应生成二氧化碳，故D错误。故选D。
2．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是( A )
A．金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子
B．分子晶体中一定存在共价键
C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
D．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
解析：金刚石属于共价晶体，其中的碳采取sp3杂化轨道与周围的4个碳原子形成正四面体结构，以共价键形成空间网状结构，晶体中最小环上有6个碳原子，A项正确；分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体形成的晶体为分子晶体，稀有气体是单原子分子，原子间没有共价键，B项错误；HF分子间存在氢键，HI分子间不存在氢键，故HI的沸点低于HF，C项错误；SiO2属于共价晶体，在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D项错误。故选A。
3．下列关于晶体的说法正确的组合是( B )
①所有分子晶体中都存在共价键
②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低
④离子晶体中只有离子键
⑤SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合
⑥晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
⑦氯化钠熔化时离子键被破坏
⑧含有共价键的晶体熔沸点都比较高，因为熔化时需要破坏共价键
A．①②⑤ B．③⑤⑦
C．⑤⑥⑧ D．④⑦⑧
解析：稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键，①不正确；金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，②不正确；金刚石、SiC形成共价晶体，NaF、NaCl形成离子晶体，H2O、H2S形成分子晶体，金刚石的熔点比SiC高，NaF的熔点比NaCl高，H2O分子间能形成氢键，熔点比H2S高，所以晶体的熔点依次降低，③正确；离子晶体中一定有离子键，可能有共价键，④不正确；Si的最外层电子数为4，能形成4个共价键，所以SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合，⑤正确；晶体中分子间作用力越大，熔沸点越高，但不影响分子的稳定性，⑥不正确；氯化钠熔化时，离子键被破坏，转化为自由移动的Na＋、Cl－，⑦正确；分子晶体熔化时不需要破坏共价键，所以含有共价键的晶体熔沸点不一定高，⑧不正确。故选B。
4．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是( D )
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同
B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D．石墨与C60的晶体类型相同
解析：金刚石中每个碳原子形成4个C—C σ键，金刚石中碳原子采取sp3杂化，石墨烯中每个碳原子形成3个碳碳σ键，碳原子上没有孤电子对，石墨烯中碳原子采取sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同单质，四种物质完全燃烧后的产物都是CO2，C项正确；石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，石墨和C60的晶体类型不同，D项错误。故选D。
5．据报道，用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜，该碳氮化合物比金刚石更坚硬，则下列分析正确的是( B )
A．该碳氮化合物呈片层状结构
B．该碳氮化合物呈空间网状结构
C．该碳氮化合物中C—N键长比金刚石中C—C键长长
D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小
解析：由题意知，碳氮化合物的硬度比金刚石的大，说明该碳氮化合物为共价晶体，因此是空间网状结构，与金刚石相比，C原子半径大于N原子半径，所以C—N键长小于C—C键长，故选B。第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属晶体 离子晶体
核心素养发展目标
1．能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中构成微粒及微粒间作用，并解释金属的物理性质。
2．能辨识常见的离子晶体，能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响，能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。
3．通过对离子晶体模型的认识，理解离子晶体的结构特点，预测其性质。
一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)本质：“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的_价电子__形成遍布整块晶体的“_电子气__”，被所有原子所共用，从而把所有的_金属原子__维系在一起。
(2)金属键的强弱和对金属性质的影响
①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。
②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是_钨__，硬度最大的金属是_铬__。
2．金属晶体
(1)在金属晶体中，原子间以_金属键__相结合。
(2)金属晶体的性质：优良的_导电性__、_导热性__和_延展性__。
(3)金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。合金的组成和结构非常复杂多样。大多数合金以一种金属为主要组成。
正误判断
1.金属在常温下都是晶体。( × )
2．金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏。( × )
3．共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。( × )
4．有机高分子一定不能导电。( × )
5．金属的电导率随温度的升高而降低。( √ )
深度思考
1.试用“电子气理论”解释为什么金属具有良好的①延展性、②导电性、③导热性。
提示：①当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但原来的排列方式不变，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，并且电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性；
②金属晶体中的自由电子在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性；
③电子气中的自由电子在热的作用下运动时频繁与金属原子碰撞，从而引起能量传递，呈现良好的导热性。
2．试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。
提示：Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。
3．金属键可以看成是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用，和共价键类似。金属键有饱和性和方向性吗？
提示：没有。金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，故金属键没有方向性和饱和性。
4．金属晶体与金属粉末的光泽为何不同？
提示：在金属晶体中，金属离子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，当光线投射到它的表面时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就是绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽的原因。而金显黄色、铜显紫红色，是由于它们能吸收某些频率的光。在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末大多为暗灰色或黑色(铝粉为银白色，俗称“银粉”)。因而整块金属具有金属光泽而金属粉末常呈暗灰色或黑色。
应用体验
1.下列关于金属晶体的叙述正确的是( B )
A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释
B．固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体
C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高
D．温度越高，金属的导电性越好
解析：用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误；金属的导电性随温度的升高而降低，温度越高，其导电性越差，D错误。故选B。
2．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是( C )
A．金属镁的熔点大于金属铝
B．碱金属的熔点从Li到Cs是逐渐增大的
C．金属铝的硬度大于金属钠
D．金属钙的硬度小于金属钡
解析：镁离子的半径比铝离子大且所带电荷数少，所以金属镁的金属键比金属铝弱，熔点和硬度都小，A错误；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔点和硬度都逐渐减小，B错误；因离子的半径小而所带电荷数多，故金属铝的金属键比金属钠强，所以金属铝的熔点和硬度比金属钠都大，C正确；钙离子的半径比钡离子小而所带电荷数相同，则金属钙的金属键比金属钡强，所以金属钙的熔点和硬度比金属钡都大，D错误。故选C。
3．下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是( C )
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑剂的作用，使金属不会断裂
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小
解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，故A错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，从而发生热的传导，故B错误；金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子起到润滑剂的作用，使得金属不会断裂，故C正确；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，故D错误。故选C。
4．下列关于金属性质的说法不正确的是( A )
A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与电子气理论没有关系
B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流
C．金属具有良好的导热性，是因为金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量
D．金属晶体具有良好的延展性，是因为当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不改变原来的排列方式，也不破坏金属键
解析：金属一般具有银白色光泽，与电子气理论密切相关。由于大多数金属原子以最紧密堆积方式排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面时，自由电子可以吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽，A错误；金属具有良好的导电性原因是金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流，B正确；金属具有良好的导热性的原因是金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量，C正确；金属晶体具有良好的延展性原因是当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不改变原来的排列方式，也不破坏金属键，D正确。故选A。
1．金属晶体熔点的变化规律
金属晶体熔点差别较大，一般熔、沸点较高，但有少部分熔点较低，如Cs、Hg等。汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而钨的熔点高达3 000 ℃以上。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属离子与自由电子的作用力强度不同。
2．金属晶体导电与电解质溶液导电的比较
运动的微粒 过程中发生的变化 温度的影响
金属晶体导电 自由电子 物理变化 升温，导电性减弱
电解质溶液导电 阴、阳离子 化学变化 升温，导电性增强
3.金属晶体的常见堆积方式
(1)金属原子在二维空间中排列的两种方式
金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间)，可有两种排列方式——a：非密置层，b：密置层(如图所示)。
特别提醒：密置层排列时，平面的利用率比非密置层的高。
(2)金属晶体的原子在三维空间里的4种常见堆积方式：
堆积类型 简单立方 体心立方(K型) 六方最密(Mg型) 面心最密(Cu型)
代表物质 Po(钋) K Na Fe Mg Zn Ti Cu Ag Au
层类型 非密置层 非密置层 密置层 密置层
晶胞
相对原子 棱上2球 体对角线3球 三棱柱的中心 面对角线3球
配位数 6 8 12 12
空间利用率 52% 68% 74% 74%
二、离子晶体
1．离子键及其影响因素
(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
离子键没有方向性和饱和性。
2．离子晶体及其物理性质
(1)概念：由_阳离子__和_阴离子__相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较_高__，硬度较_大__。
②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
3．常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有_6__个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有_6__个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为_NaCl__。回答下列问题：
①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是_12__个。
②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是_4__个，Cl－数是_4__个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有_8__个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有_8__个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为_CsCl__。回答下列问题：
①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有_6__个，构成_正八面体__。
②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有_1__个，Cl－有_1__个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。
正误判断
1.离子晶体中一定含有金属元素。( × )
2．由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。( × )
3．有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键。( √ )
4．离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点。( × )
5．离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化。( × )
6．某些离子晶体受热失去结晶水，属于物理变化。( × )
深度思考
1.含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？
提示：不一定。也可能是金属晶体。
2．含有阴离子的晶体一定含有金属离子吗？
提示：含有阴离子的晶体，一定含有阳离子，但不一定是金属阳离子，如铵盐。
3．NaCl、CsCl表示的是分子式吗？
提示：不是，NaCl、CsCl是离子晶体，只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式。
4．NaCl的熔点为801 ℃，CsCl的熔点为645 ℃，试解释其原因。
提示：Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键，所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。
应用体验
1.下列叙述正确的是( C )
A．离子键只有饱和性没有方向性
B．离子化合物中只含有离子键
C．离子键的强弱可用离子半径和所带的电荷来衡量
D．离子键就是离子间的吸引作用
解析：离子键是带相反电荷的离子之间的相互作用，它是一种静电作用，没有方向性和饱和性，A错误；离子化合物也可含有共价键，如氢氧化钠中含H—O共价键，B错误；离子键的强弱可以用离子半径以及所带的电荷来衡量，离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，C正确；离子键不仅仅是吸引作用也有排斥作用，D错误。故选C。
2．下列有关离子晶体的说法正确的是( B )
A．离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B．离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C．离子晶体中不可能含有共价键
D．离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
解析：离子晶体中不一定含有金属元素，含有金属元素的化合物不一定是离子晶体，A错误；含有离子键的化合物一定是离子晶体，离子晶体中一定含有离子键，B正确；离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错误；离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，不属于化学变化，如氯化钠晶体熔化，D错误。故选B。
3．离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用，静电作用大则熔点高，静电作用小则熔点低。试根据学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( C )
A．KCl>NaCl>BaO>CaO B．NaCl>KCl>CaO>BaO
C．CaO>BaO>NaCl>KCl D．CaO>BaO>KCl>NaCl
解析：离子晶体中，离子键越强，熔、沸点越高，而离子所带电荷数越多，半径越小，离子键越强。Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷，Na＋、Cl－、K＋都带1个电荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl，故选C。
1．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是( A )
A．硬度：Mg＞Al B．熔、沸点：Mg＞Ca
C．硬度：Mg＞K D．熔、沸点：Ca＞K
解析：Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数Al＞Mg，离子半径A13＋＜Mg2＋，所以金属键Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A错误；Mg、Ca价电子数相同，Ca的电子层数多，离子半径Ca2＋＞Mg2＋，所以金属键Mg＞Ca，故熔点Mg＞Ca，B正确；离子半径Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金属键Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正确；Ca、K位于同一周期，价电子数Ca＞K，离子半径K＋＞Ca2＋，金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K，D正确。故选A。
2．下列叙述错误的是( C )
A．构成金属的粒子是金属阳离子和自由电子
B．金属晶体内部都有自由电子
C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子
D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体
解析：金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，A正确；金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，则金属晶体内部都有自由电子，B正确；自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子，C错误；由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，D正确。故选C。
3．有关离子晶体的下列说法不正确的是( C )
A．离子晶体在熔融状态时都能导电
B．离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度
C．离子晶体中阴、阳离子个数比为1?1
D．氯化钠溶于水时离子键被破坏
解析：离子晶体在熔融状态时含有自由离子，能导电，故A正确；由正、负离子或正、负离子基团按一定比例通过离子键结合形成的晶体称作离子晶体，离子晶体一般硬而脆，具有较高的熔沸点，故B正确；离子晶体如Na2O2晶体中阳离子为Na＋、阴离子为过氧根离子，所以Na2O2晶体中阴阳离子个数之比为1?2，故C错误；NaCl溶于水时，NaCl在水分子作用下发生电离生成钠离子、氯离子，所以离子键被破坏，故D正确。故选C。
4．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g/cm3，下列说法中正确的是( D )
A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4
C．该晶胞可能是CsCl的晶胞
D．该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为×cm
解析：据均摊法可知，在这个晶胞中阳离子位于棱上和体心，数目＝12×＋1＝4，阴离子位于顶点、面心，数目＝8×＋6×＝4，A项错误；晶体中，由体心的阳离子看出周围有6个阴离子，每个阴离子周围有6个阳离子，所以晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，B项错误；根据均摊法可知，在这个晶胞中阴、阳离子的个数都为4，阴、阳离子的配位数都为6，符合NaCl的晶胞特点，C项错误；因为晶胞中阴、阳离子的个数都为4，则晶胞的体积为 cm3，晶胞的边长为 cm，因为两个距离最近的同种离子的核间距为晶胞面对角线长度的一半，所以晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为×cm，D项正确。故选D。
5．铁有δ、γ、α三种同素异形体，如下图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是( A )
δ－Fe γ－Fe α－Fe
A．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同
B．α－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个
C．若δ－Fe晶胞边长为a cm，α－Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3?a3
D．δ－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
解析：将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，温度不同，得到的晶体类型不相同，故A错误；α－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子是相邻顶点上铁原子，铁原子个数＝2×3＝6，故B正确；若δ－Fe晶胞边长为a cm，α－Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体中铁原子个数之比为?＝2?1，密度比为?＝2b3?a3，故C正确；δ－Fe晶体中，以体心铁原子为例，与之距离相等且最近的铁原子位于晶胞的8个顶点上，故D正确。
6．金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ，钨的相对原子质量为M，假定钨原子为等直径的刚性球，请回答下列问题：
(1)每一个晶胞分摊到_2__个钨原子。
(2)晶胞的边长a为 。
(3)钨的原子半径r为 × (只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。
解析：(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心的钨原子完全为该晶胞所有，故每一个晶胞分摊到2个钨原子。
(2)每个晶胞中含有2个钨原子，则每个晶胞的质量m＝，又因每个晶胞的体积V＝a3，所以晶胞密度ρ＝＝，a＝。
(3)钨晶胞的体对角线上堆积着3个钨原子，则体对角线的长度为钨原子半径的4倍，即4r＝a，r＝＝×。第2课时 过渡晶体与混合型晶体 晶体类型的比较
核心素养发展目标
1．从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。
2．从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。
3．了解晶体类型的比较与判断方法。
一、过渡晶体与混合型晶体
1．过渡晶体
(1)四类典型的晶体是指 分子 晶体、 共价 晶体、 金属 晶体和 离子 晶体。
(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。
①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
从上表可知，表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如_Na2O__等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如 Al2O3 、 SiO2 等。
2．混合型晶体
(1)晶体模型
石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)结构特点——层状结构
①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成 平面六元并环结构 。
②层与层之间靠 范德华力 维系。
③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于 混合晶体 。
(4)性质：熔点 很高 、质软、 易 导电等。
正误判断
1.纯粹的典型晶体是没有的。( × )
2．在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中。( √ )
3．四类晶体都有过渡型。( √ )
4．石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3。( √ )
5．石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行。( √ )
6．石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高。( × )
深度思考
1.石墨晶体中，层内C—C的键长为142 pm，而金刚石中C—C的键长为154 pm，回答下列问题。
(1)熔点：石墨_>__(填“>”“<”或“＝”)金刚石。
(2)石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因：_金刚石中只存在C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键，电子层重叠程度大，所以C—C间的键长短__。
2．石墨晶体中，每个C原子参与_3__个C—C和_3__个六元环的形成，而每个键被_2__个C原子共用，故每一个六元环平均占有_2__个C原子，C原子数与C—C数之比为_2?3__。
3．石墨为什么具有良好的导电性？
提示：由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有导电性。
应用体验
1.下列关于过渡晶体的说法正确的是( B )
A．石墨属于过渡晶体
B．SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理
C．绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D．Na2O晶体中离子键的百分数为100%
解析：石墨为混合晶体，只含一种物质，不属于过渡晶体，故A错误；SiO2属于过渡晶体，但性质上更偏向共价晶体，故当作共价晶体来处理，故B正确；大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体，而是过渡晶体，故C错误；金属性越强，氧化物中离子键的百分数越大，电负性相差越大，离子键百分数越大，与电负性有关，Na2O晶体中离子键的百分数是62%，故D错误。故选B。
2．下列说法错误的是( A )
A．气态和液态物质都是由分子构成的
B．超分子的重要特征是分子识别和自组装
C．大多数晶体都是四种典型晶体之间的过渡晶体
D．石墨晶体中既有共价键和范德华力又有类似金属的导电性属于混合型晶体
解析：常温下汞为液态，由汞原子构成，A错误；超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，超分子的重要特征是分子识别和自组装，B正确；四类典型晶体分别是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等，但纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体，C正确；石墨为层状结构，层内C原子间以共价键结合成六边形，层与层之间为范德华力，是一种混合型的晶体，D正确。故选A。
3．下列说法不正确的是( C )
A．Na2O中离子键的百分数为62%，则Na2O不是纯粹的离子晶体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
B．Na2O通常当作离子晶体来处理，因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体，在许多性质上与纯粹的离子晶体接近
C．Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体，当作离子晶体来处理；SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理
D．分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型
解析：Na2O中离子键的百分数为62%，说明还存在共价键，则Na2O不是纯粹的离子晶体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体，故A正确；离子键与共价键的区别在于形成化学键的两元素电负性差值，差值大为离子键，差值小为共价键，Na2O通常当作离子晶体来处理，因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体，在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，故B正确；Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理，故C错误；根据微粒间存在的作用力分析，分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型，故D正确。故选C。
二、晶体类型的比较
1．四种晶体的比较
晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体
构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子
微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键
性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高
硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大
溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶
机械加工性能 不良 不良 良好 不良
导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电
作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断
分子间通过_分子间作用力__形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属的_氧化物__(如_Na2O__、MgO等)、_强碱__[如KOH、 Ba(OH)2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、晶体硼、晶体硅等外)、_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常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④_金属__单质(除汞外)与_合金__均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度；共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度；分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下或很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电；共价晶体一般为非导体，但晶体硅能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电；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略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。
应用体验
1.下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是( C )
A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B．MgO>H2O>O2>Br2
C．对羟基苯甲酸>邻羟基苯甲酸
D．金刚石>生铁>纯铁>钠
解析：原子半径Si>C>O，共价晶体组成元素的原子半径越小，共价键键能越大，熔、沸点越高，则熔、沸点从高到低的顺序为金刚石>碳化硅>二氧化硅>晶体硅，故A错误；离子晶体的熔、沸点大于分子晶体，水中含有氢键，其熔、沸点比氧气、溴的大，溴常温下为液体，其溶、沸点高于氧气，则熔、沸点从高到低的顺序为MgO>H2O>Br2>O2，故B错误；对羟基苯甲酸能形成分子间氢键，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，所以熔、沸点：对羟基苯甲酸>邻羟基苯甲酸，故C正确；共价晶体的熔、沸点一般大于金属晶体，合金的熔、沸点比纯金属的低，则熔、沸点从高到低的顺序为金刚石>纯铁>生铁>钠，故D错误。
2．下列判断正确的是( A )
A．因为共价键有饱和性和方向性，所以共价晶体不遵循“紧密堆积”原理
B．稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱，根本原因是分子间作用力逐渐减小
C．晶体中一定存在化学键，金属晶体熔点一定很高
D．固体SiO2一定是晶体
解析：密堆积原理适用于没有方向性的金属键、离子键和分子间作用力相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体，而不适合于具有方向性和饱和性的共价键所形成的共价晶体，以及由氢键所形成的分子晶体，故A正确；根据F、Cl、Br、I的非金属性递减，可推出HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，与分子间作用力无关，故B错误；晶体中可能不含化学键，如稀有气体形成的晶体，金属晶体熔点有的很高，如钨，有的很低，如常温下呈液态的汞，故C错误；SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类，所以SiO2也有非晶态的，故D错误。故选A。
3．下列叙述正确的是( C )
A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键
B．共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键
C．离子晶体中可能含有共价键
D．金属晶体的熔点和沸点都很高
解析：由单原子形成的分子晶体不含共价键，如稀有气体，故A错误；共价晶体指原子晶体，其相邻原子间也可能是极性共价键，如SiC，故B错误；离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，故C正确；金属晶体的熔沸点不一定都很高，如K、Na等，故D错误。故选C。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：共价晶体→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；金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
1．下列关于晶体的叙述正确的是( B )
A．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高
B．石墨为混合型晶体，层内碳原子以共价键相连，熔点高
C．大多数晶体都是纯粹的晶体，如氧化铝就是典型的共价晶体
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
解析：分子晶体中，共价键的键能越大，该物质的稳定性越强，而分子间的作用力越大，熔、沸点越高，所以不能根据键能的大小判断分子晶体的熔、沸点高低，A项错误；石墨层内碳原子通过共价键连接，熔化时需破坏共价键，导致熔点高，B项正确；纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体，氧化铝是偏向共价晶体的过渡晶体，C项错误；某些共价化合物溶于水后也可电离出自由移动的离子，如HCl等，D项错误。故选B。
2．下列数据对应物质的熔点，据此作出的下列判断中错误的是( B )
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 292 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ －107 2 073 －57 1 723
A.Al2O3晶体可能属于共价晶体
B．表中只有AlCl3和BCl3可能是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．AlF3晶体可能属于离子晶体
解析：由表中数据可知：AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物且可能均是分子晶体；SiO2是共价晶体；Al2O3的熔点较高，可能属于共价晶体；AlF3的熔点在离子晶体的范畴，可能属于离子晶体。
3．石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是( C )
①石墨中存在两种作用力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C为sp2杂化 ④石墨中碳原子数和C—C数目之比为1?2 ⑤石墨和金刚石的硬度相同 ⑥石墨层内导电性和层间导电性不同
A．①②③④⑤⑥ B．①②③⑤
C．②③⑥ D．①②③④
解析：①不正确，石墨中存在三种作用力，分别是范德华力、共价键、类似金属键的作用力；②③正确；④不正确，石墨中碳原子数和C—C数目之比为2?3；⑤不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑥正确。
4．下列各组物质的晶体类型相同的是( B )
A．SO2、晶态SiO2、P2O5
B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SiC、H2O、NH3
D．HF、CO2、Si
解析：晶态SiO2、SiC、Si均为共价晶体，其他均为分子晶体。
5．在硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( C )
A．sp，范德华力 B．sp2，范德华力
C．sp2，氢键 D．sp3，氢键
解析：石墨晶体中C原子为sp2杂化，层与层之间以范德华力结合，硼酸[B(OH)3]分子中，B原子也为sp2杂化，但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连，羟基间能形成氢键，故同层分子间的主要作用力为氢键。第四节 配合物与超分子
核心素养发展目标
1．能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法，能判断常见的配合物。
2．能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。
3．了解超分子的结构特点与性质。
一、配位键
1．概念
由一个原子单方面提供_孤电子对__，而另一个原子提供_空轨道__而形成的化学键，即“电子对给予一接受”键。
2．实例
在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由_水分子__提供孤电子对给予_铜离子__，_铜离子__接受_水分子__的孤电子对形成的。
3．表示方法
配位键可以用A→B来表示，其中A是_提供__孤电子对的分子或离子，B是_接受__孤电子对的原子或金属离子。例如：
①NH中的配位键表示为 。
②[Cu(NH3)4]2＋中的配位键表示为 。
③[Cu(H2O)4]2＋中的配位键表示为 。
4．配位键的形成条件
(1)成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
(2)成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。
(3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等。
深度思考
1.共价键有饱和性，但NH3为什么仍能与H＋结合生成NH呢？
提示：NH3有孤电子对，H＋有空轨道，NH3中的孤电子对进入H＋的空轨道，两者共用形成化学键。
2．H2O与H3O＋相比，回答下列问题：
(1)中心原子的杂化方式是否相同？
提示：相同，都为sp3杂化。
(2)微粒的空间结构是否相同？
提示：不同。H2O呈V形，H3O＋呈三角锥形。
(3)微粒中的键角是否相同？若不同，哪一个键角大一些？
提示：不同。H3O＋中键角大。因为H2O中中心氧原子有2个孤电子对，而H3O＋中中心氧原子有1个孤电子对，孤电子对对成键电子对的作用力大。
3．配位键与普通的共价键有什么不同？
提示：①配位键实质上是一种特殊的共价键。
②配位键与普通的共价键只是在形成过程上有所不同。配位键的共用电子对由成键原子单方面提供，普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供，但它们的实质是相同的，都是由成键原子双方共用，如NH的结构式可表示为，习惯上也可表示为，在NH中4个N—H的键长、键能和键角都是完全相等的。
应用体验
1.下列物质：①H3O＋ ②[Cu(NH3)4]2＋ ③CH3COO－ ④NH3 ⑤CH4中存在配位键的是( A )
A．①② B．①③
C．④⑤ D．②④
解析：①H3O＋中O提供孤电子对，H＋提供空轨道，二者形成配位键，H3O＋含有配位键；②Cu2＋有空轨道，NH3中的氮原子上的孤电子对，可以形成配位键，[Cu(NH3)4]2＋含有配位键；③CH3COO－中碳和氧最外层有8个电子达到稳定结构，氢满足2电子稳定结构，无空轨道，无孤电子对，电子式为：，不含配位键；④NH3为共价化合物，氮原子中最外层有8个电子达到稳定结构，分子中存在两个H—N键，氢满足2电子稳定结构，无空轨道；⑤甲烷中碳原子满足8电子稳定结构，氢原子满足2电子稳定结构，电子式为，无空轨道，无孤电子对，CH4不含配位键。故选A。
2．下列各种说法中错误的是( B )
A．形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对
B．共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子
C．配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子
D．配位键是一种特殊的共价键
解析：微粒间形成配位键的条件是：一方是能够提供孤电子对的原子或离子，另一方是能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子，故A正确；形成共价键的成键原子不一定有未成对电子，如配位键中就是一方提供电子对，双方共用，故B错误；配位化合物中，配体可以是H2O、NH3、CO等含有孤电子对的分子，也可以是F－、Cl－、CN－等含有孤电子对的阴离子，故C正确；配位键又称配位共价键，是一方提供孤电子对，一方提供空轨道形成的，是一种特殊的共价键，故D正确。故选B。
3．下列物质中都存在离子键、极性键和配位键的是( B )
A．过氧化钠、硫酸四氨合铜、氢化钠
B．硝酸铵、氢氧化二氨合银、硫酸铵
C．硫酸、氮化钙、氢氧化钡
D．氯化铵、氢氧化钠、双氧水
解析：Na2O2中存在离子键和非极性键，NaH中只存在离子键，均不存在极性键和配位键，A不符合题意；NH4NO3、[Ag(NH3)2]OH、(NH4)2SO4中均存在离子键、极性键和配位键，B符合题意；H2SO4中不存在离子键，Ca3N2中只存在离子键，Ba(OH)2中不存在配位键，C不符合题意；NaOH中不存在配位键，H2O2中只有共价键，D不符合题意。故选B。
二、配合物
1．概念
通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以_配位键__结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
2．组成
配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图所示：
(1)中心原子：提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。
(2)配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N，H2O中的O等。
(3)配位数：直接与中心原子形成的_配位键__的数目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为_6__。
3．常见配合物的形成实验
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加氨水后，试管中首先出现_蓝色沉淀__，氨水过量后沉淀逐渐_溶解__，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－、[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液变为_红色__ Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3
滴加AgNO3溶液后，试管中出现_白色沉淀__，再滴加氨水后沉淀_溶解__，溶液呈_无色__ Ag＋＋Cl－===AgCl↓、AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－
4.配合物的形成对性质的影响
(1)颜色改变，如Fe(SCN)3的形成。
(2)溶解度改变，如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]＋。
5．配合物的应用
(1)配合物跟人类生活有密切的关系。例如，在人和动物体内起输送氧气作用的血红素是Fe2＋的配合物。
(2)配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。
正误判断
1.配位键实质上是一种特殊的共价键。( √ )
2．提供孤电子对的微粒既可以是分子，也可以是离子。( √ )
3．有配位键的化合物就是配位化合物。( × )
4．配位化合物都很稳定。( × )
5．在配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl－均可与AgNO3反应生成AgCl沉淀。( × )
6．Ni(CO)4是配合物，它是由中心原子与配体构成的。( √ )
深度思考
1.回答下列关于配合物[TiCl(H2O)5]Cl2· H2O的问题。
(1)[TiCl(H2O)5]Cl2· H2O中提供孤电子对的是什么？
提示：Cl－、H2O。
(2)[TiCl(H2O)5]Cl2· H2O在溶液中电离出什么离子？
提示：[TiCl(H2O)5]2＋、Cl－。
(3)1 mol [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O与足量AgNO3溶液反应，产生沉淀的物质的量是多少？
提示：2 mol。
2．(1)人体内血红蛋白是Fe2＋卟啉配合物，Fe2＋与O2结合形成配合物，而CO与血红蛋白中Fe2＋也能形成配合物。根据生活常识，比较说明其配合物的稳定性。
提示：血红蛋白中Fe2＋与CO形成的配合物更稳定。
(2)[Cu(NH3)4]2＋与[Cu(H2O)4]2＋哪个配位离子更稳定？原因是什么？
提示：[Cu(NH3)4]2＋更稳定。因为N和O都有孤电子对，但O电负性大，吸引孤电子对的能力强，故NH3提供孤电子对的能力比H2O大。
(3)NH3可与Cu2＋形成配合物，但NF3很难与Cu2＋形成配合物，原因是什么？
提示：电负性：F>H，使得NF3提供孤电子对的能力小于NH3。
应用体验
1.下列关于配合物的说法中正确的是( D )
A．化学式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物中配体是Cl－和H2O，配位数是9
B．含有配位键的物质一定是配位化合物
C．配合物[Ag(NH3)2]Cl中存在离子键、配位键、极性键和非极性键
D．向硫酸铜溶液中滴加过量的氨水，溶液呈深蓝色是因为存在[Cu(NH3)4]2＋配离子
解析：该配合物中：中心原子为Ti，配体是氯离子和水，配位数为6，A错误；氯化铵中氮原子和氢原子之间存在一个配位键，但氯化铵不是配位化合物，B错误；配合物中内界和外界之间为离子键，中心原子和配位原子之间为配位键，配体中氮原子和氢原子之间为极性共价键，不存在非极性键，C错误；硫酸铜中加过量氨水形成四氨合铜配离子，为深蓝色，D正确。故选D。
2．下列分子或离子中不能作为配合物的配体的是( A )
A．NH B．SCN－
C．H2O D．NO
解析：NH中，N原子的最外层电子全部用于形成化学键，不存在孤对电子，不能作为配体，A符合题意；SCN－中，S原子的最外层有两对孤对电子，可作为配合物的配体，B不符合题意；H2O中，O原子的最外层有两对孤对电子，可作为配合物的配体，C不符合题意；NO中，N原子的最外层有一对孤对电子，可作为配合物的配体，D不符合题意。故选A。
3．下列说法正确的是( D )
A．配合物[Zn(NH3)4]Cl2配位数为6
B．配合物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位体为NH3和Cl－，[Zn(NH3)4]2＋为内界
C．配合物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以离子键结合
D．在NH和Fe(CO)5中都存在配位键
解析：配合物[Zn(NH3)4]Cl2，内界有4个氨分子作为配位体，所以配位数为4，故A错误；配合物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位体为NH3，[Zn(NH3)4]2＋为内界，故B错误；配合物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以配位键结合，故C错误；在NH中，氮原子提供孤电子对，氢离子有空轨道，它们之间形成配位键，Fe(CO)5中也存在配位键，故D正确。故选D。
4．配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验，下列说法不正确的是( B )
A．此配合物中存在离子键、配位键、极性键
B．配离子为[Fe(CN)6]3－，中心离子为Fe3＋，配位原子为N
C．1 mol配合物中含有12 mol σ键
D．该配合物为离子化合物，易电离，1 mol配合物电离得到阴阳离子共4 mol
解析：Na＋与[Fe(CN)6]3－之间存在离子键，CN－与Fe3＋之间存在配位键，CN－中碳原子与氮原子之间存在极性键，A项正确；配合物Na3[Fe(CN)6]中，配离子为[Fe(CN)6]3－，中心离子为Fe3＋，配位原子为C，B项错误；CN－中碳原子与氮原子之间存在1个σ键，CN－与Fe3＋之间的配位键属于σ键，则1 mol配合物Na3[Fe(CN)6]中σ键为(6＋6) mol＝12 mol，C项正确；该配合物为离子化合物，易电离，其电离方程式为Na3[Fe(CN)6]===3Na＋＋[Fe(CN)6]3－，1 mol该配合物电离得到阴、阳离子共4 mol，D项正确。故选B。
(1)配合物的稳定性
配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子(或离子)的金属原子(或离子)相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
(2)配位键的稳定性
①电子对给予体形成配位键的能力：NH3>H2O。
②接受体形成配位键的能力：H＋>过渡金属>主族金属。
③配位键越强，配合物越稳定。如稳定性：Cu2＋—OH－三、超分子
1．定义：超分子是由_两种或两种以上__的分子通过_分子间相互作用__形成的分子聚集体。
(1)超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
(2)超分子这种分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
2．超分子的两个重要特征是_分子识别__和_自组装__。
3．实例
(1)“杯酚”分离C60和C70：将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，再加入甲苯溶剂，溶解未装入“杯酚”的C70，过滤后分离C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。
(2)冠醚识别碱金属离子：冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子。
(3)细胞和细胞器的双分子膜。
(4)DNA分子。
深度思考
1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
提示：共价键。
2．冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子？这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？
提示：阴离子，离子晶体。
应用体验
1.下列关于超分子和配合物的叙述不正确的是( C )
A．细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质
B．利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70
C．配位化合物中配位键强度都很大，因而配合物都很稳定
D．配离子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心离子为Fe3＋，配位数为6，配位原子为C和N
解析：细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质，生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成，A正确；C60和C70的分子直径不同，利用超分子的“分子识别”特性可以将C60和C70分离开来，B正确；含有孤电子对和含有空轨道的原子之间形成配位键，配位键属于共价键，有的配合物很稳定，有的很不稳定，C错误；配离子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心离子为Fe3＋，提供空轨道，NO和CN－与Fe3＋形成配位键，配位数为6，C和N有孤对电子，作为配位原子，D正确。故选C。
2．利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的杯酚中进行分离的流程如图所示。
下列说法错误的是( C )
A．该流程体现了超分子具有“分子识别”的特征
B．杯酚分子中存在大π键
C．杯酚与C60形成氢键
D．C60与金刚石晶体类型不同
解析：利用杯酚分离C60和C70体现了超分子具有“分子识别”的特征，A项正确；杯酚分子中含有苯环结构，存在大π键，B项正确；杯酚与C60形成的不是氢键，C项错误；金刚石是共价晶体，C60为分子晶体，二者晶体类型不同，D项正确。故选C。
1．下列有关配合物Br·2H2O的说法正确的是( B )
A．该配合物的配体只有水分子
B．该配合物中Cr3＋提供空轨道
C．1 mol该配合物与足量AgNO3溶液反应可生成3 mol AgBr沉淀
D．中心离子的配位数为5
解析：该配合物的配体是水分子和溴离子，故A错误；该配合物的中心微粒是Cr3＋，中心微粒在形成配位键时提供空轨道，故B正确；配合物溶于水，只能电离出外界离子，1 mol该配合物与足量AgNO3溶液反应可生成1 mol AgBr沉淀，故C错误；该配合物中心离子的配体是水分子和溴离子，配位数为6，故D错误。故选B。
2．某超分子的结构如图所示。下列说法不正确的是( C )
A．此超分子中含有酰胺基
B．的分子式为C14H10，其一氯代物有3种
C．此超分子属于高分子
D．此超分子完全燃烧后会生成CO2，干冰晶胞中CO2的配位数为12
解析：从此超分子的结构图中可以看出，分子中含有多个酰胺基，A正确；分子中有14个碳原子，不饱和度为10，则分子式为C14H10，该分子中有3种氢原子(带*号位置)，则其一氯代物有3种，B正确；此超分子的相对分子质量小于10 000，则不属于高分子，C不正确；此超分子中含有碳元素，完全燃烧后会生成CO2，干冰晶胞中CO2分子位于顶点和面心，配位数为×8＝12，D正确。故选C。
3．＋3价Co的八面体配合物CoClm·nNH3，中心原子的配位数为6，若1 mol配合物与AgNO3作用生成1 mol AgCl沉淀，则m和n的值是( C )
A．m＝1、n＝5 B．m＝3、n＝3
C．m＝3、n＝4 D．m＝3、n＝5
解析：＋3价Co的八面体配合物CoClm·nNH3，根据电荷守恒，m＝3；中心原子的配位数为6，若1 mol配合物与AgNO3作用生成1 mol AgCl沉淀，说明外界有1个氯离子，则配体为2个氯离子、4个NH3，n＝4，故选C。
4．“杯酚”(图b)分离C60和C70的过程(图a)示意如下：
下列分析不正确的是( D )
A．“杯酚”分子内能形成氢键
B．图b所示的“杯酚”可由、HCHO合成
C．图a反映了超分子具有“分子识别”的特性
D．图a利用了C60不溶于甲苯，C70易溶于CHCl3的性质
解析：杯酚中的羟基之间可以形成氢建，A正确；根据苯酚与甲醛的反应可知：由、HCHO可以合成杯酚，B正确；由图a可知，杯酚与C60形成超分子，而杯酚与C70不能形成超分子，反映了超分子具有“分子识别”的特性，C正确；由图a可知，杯酚与C60形成的超分子不溶于甲苯，而不是C60不溶于甲苯，而C70易溶于甲苯，过滤分离；C60不溶于CHCl3的性质，而杯酚溶于CHCl3，再过滤分离，实现C60和C70的分离，D错误。故选D。
5．人们熟知的化学主要是研究以共价键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。有的学者所倡导的超分子化学已成为今后化学发展的另一个全新的领域。
超分子通常是指由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。
目前已报道的超分子大环主体有冠醚、环糊精、杯芳烃、杯吡咯、杯咔唑、瓜环葫芦脲、柱芳烃等。
(1)若冠醚与碱金属离子之间的作用为配位键，则该配位键属于 B (填字母，下同)。
A．离子键 B．共价键
C．氢键 D．分子间作用力
(2)冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有的粒子种类是 阴离子 ，这类晶体是 离子 晶体。
(3)冠醚识别碱金属离子、“杯酚”识别C60，有关的分子的性质有 AD 。
A．识别分子的空腔直径大小
B．分子的极性
C．分子的活泼性
D．被识别分子或离子的直径大小实验活动 简单配合物的形成
实验目的
1.加深对配合物的认识。
2．了解配合物的组成。
实验用品
试管、胶头滴管。
硫酸铜溶液、氨水、硝酸银溶液、氯化钠溶液、氯化铁溶液、硫氰化钾溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、蒸馏水、乙醇。
实验原理
配合物是由_中心原子或离子__与一定数目的_中性分子__或_阴离子__以_配位键__结合而形成的一类化合物。中心离子形成配合物后性质不同于原来的金属离子，具有新的化学特性。
实验步骤
1.简单配合物的形成
(1)
实验步骤
实验现象 生成蓝色絮状沉淀 难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液 析出深蓝色的晶体
解释 Cu2＋＋2NH3·H2O=== Cu(OH)2↓＋2NH Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4](OH)2 乙醇的极性较小，配合物的溶解度变小而从溶液中析出
(2)
实验步骤
实验现象 生成白色沉淀 白色沉淀溶解，溶液变澄清
解释 Ag＋＋Cl－===AgCl↓ AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－
2.简单离子与配离子的区别
实验步骤
实验现象 生成红色溶液
解释 Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3
实验步骤
实验现象 无明显变化
解释 因为CN－的配位能力强于SCN－，所以配体交换不能发生
问题和讨论
1.画出[Cu(NH3)4]2＋的结构式。
提示：
2．K3[Fe(CN)6]在水中可电离出配离子[Fe(CN)6]3－，该配离子的中心离子、配体各是什么？配位数是多少？[Fe(CN)6]3－和Fe3＋的性质一样吗？
提示：[Fe(CN)6]3－的中心离子：Fe3＋；配体：CN－；配位数：6；[Fe(CN)6]3－与Fe3＋的性质不一样。
跟踪训练
1.向盛有硝酸银溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到无色透明溶液，下列对此现象的说法正确的是( A )
A．配离子[Ag(NH3)2]＋中，Ag＋提供空轨道，NH3提供孤电子对
B．沉淀溶解后，生成物难电离
C．配离子[Ag(NH3)2]＋中存在离子键和共价键
D．反应前后Ag＋的浓度不变
解析：配离子[Ag(NH3)2]＋中，Ag＋提供空轨道，NH3给出孤对电子，形成配位键，A正确；沉淀溶解，生成物[Ag(NH3)2]OH为强电解质，完全电离，B错误；配离子[Ag(NH3)2]＋中存在配位键和共价键，内外界之间才存在离子键，C错误；反应后形成[Ag(NH3)2]＋离子，Ag＋浓度减小，D错误。
2．(1)将白色CuSO4粉末溶于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配离子，请写出生成此配离子的离子方程式： Cu2＋＋4H2O===[Cu(H2O)4]2＋ ，蓝色溶液中的阳离子内存在的化学键类型有_极性共价键、配位键__。
(2)CuSO4·5H2O(胆矾)中含有水合铜离子因而呈蓝色，写出胆矾晶体中水合铜离子的结构简式(将配位键表示出来)： 。
(3)向CuSO4溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，再滴加氨水至沉淀刚好全部溶解可得到深蓝色溶液，继续向其中加入乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列说法不正确的是_af__(填字母)。
a．[Cu(NH3)4]SO4组成元素中电负性最大的是N元素
b．CuSO4晶体及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S的杂化方式均为sp3
c．[Cu(NH3)4]SO4所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键
d．对于NH3、H2O来说，键角：H—N—H>H—O—H
e．[Cu(NH3)4]2＋中，N提供孤电子对
f．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化
(4)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心离子是_Cu2＋__，配体是_NH3、H2O__，配位数是_4__，其含有微粒间的作用力类型有_配位键、极性共价键__。
解析：(2)H2O中的O提供孤电子对，Cu2＋提供空轨道，所以水合铜离子表示为。(3)电负性：O>N，a不正确；S原子与4个O原子形成共价键，所以S采取sp3杂化，b正确；[Cu(NH3)4]SO4中SO与[Cu(NH3)4]2＋以离子键结合，NH3、SO中含有极性共价键，[Cu(NH3)4]2＋中含有配位键，c正确；NH3分子内N有1个孤电子对，H2O分子中O有2个孤电子对，H2O分子中孤电子对对共用电子对排斥作用大，所以键角：H—N—H>H—O—H，d正确；[Cu(NH3)4]2＋中N提供孤电子对，e正确；NH3分子中N的价层电子对数为4，轨道杂化方式为sp3，f不正确。(4)由书写形式可以看出其中心离子是Cu2＋，配体是H2O、NH3，配位数为4，[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋含有的微粒间作用力有配位键以及极性共价键。
3．工业盐酸(俗称粗盐酸)呈亮黄色，已证明是配合物[FeCl4]－的颜色。请用实验定性证明这种配合物只有在高浓度Cl－的条件下才是稳定的。
答案：此题为开放性较大的习题，可用多种实验方法来定性证明。例如：①取4 mL工业盐酸于试管中，滴加几滴硝酸银饱和溶液，待沉淀后，观察溶液颜色变化，若亮黄色褪去(或变很浅的黄色)，则证明[FeCl4]－只有在高浓度Cl－的条件下才是稳定的。因为硝酸银的溶解度很大，能有效地降低Cl－的浓度，且几滴对总体积的影响较小，[FeCl4]－分解得到Fe3＋，浓度小，颜色浅。②取一小粒硝酸铁晶体溶于稀硝酸，滴加工业盐酸，观察颜色变化；再将上述溶液滴入蒸馏水中，观察颜色变化。③在工业盐酸中加入金属铁，观察溶液颜色变化；再向工业盐酸中滴入蒸馏水，观察颜色变化。(答案合理即可)微专题4 关于晶体结构的三个常考点
1.原子分数坐标参数
(1)概念
原子分数坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。
(2)原子分数坐标的确定方法
①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。
②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。
③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。
(3)原子分数坐标的意义
通过原子分数坐标既能确定晶胞中原子的相对位置，又可以计算各原子间的距离，进而可以计算晶胞的体积及晶体的密度。
(4)原子分数坐标确定的步骤：①由已知坐标确定晶胞参数值和坐标原点；②由原子在晶胞中的相对位置确定原子与坐标原点的距离；③确定原子在晶胞中的坐标。
典例1 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，如图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为 、 。
2．俯视图有关的晶体分析
从晶体正上方向下看可得晶胞的俯视图
如：(1)的俯视图为。
(2)的俯视图为。
典例2
BaFe2As2的晶胞结构如图1所示。图2是该晶胞的俯视图，将图补充完整。
答案：
3．晶体密度的相关计算
计算公式：ρ＝。
式中N与晶胞的组成有关，M为晶体的摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数，V为晶胞的体积，其单位为cm3，ρ为晶体的密度，其单位为g·cm－3。
典例3 Cs＋核间距为a cm，氯化铯的相对分子质量为Mr，NA为阿伏加德罗常数的值，则氯化铯晶体的密度是( C )
A. g·cm－3 B． g·cm－3
C. g·cm－3 D． g·cm－3
解析：处于顶角的离子同时为8个晶胞所共用，每个离子有属于该晶胞，处于晶胞内的离子完全属于该晶胞，可知1个氯化铯晶胞中有1个Cs＋和1个Cl－。则1 mol氯化铯的体积为NAa3 cm3，故氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。
跟踪训练
1.在C60的晶体空隙中插入金属离子可获得超导体。一种超导体的面心立方晶胞如图1所示，已知：晶胞参数为a pm，各点的原子分数坐标分别为A(0,0,0)，B。下列说法错误的是( D )
A．通过A原子的对角面结构如图2所示
B．相邻两个K＋的最短距离为a pm
C．晶胞中C点原子分数坐标为
D．该晶体的密度表达式为g·cm－3
解析：通过A原子的对角面，则4个顶点C60位于长方形顶点，面心的C60位于长边的中点，棱中心的K＋位于短边的中点，体心、体内的K＋位于长方形内部，结构如图2所示，A正确；由图1可知，相邻两个K＋的最短距离为体对角线长度的四分之一，则为a pm，B正确；晶胞中C点原子在xyz轴上的投影坐标分别为、、，则其分数坐标为，C正确；根据“均摊法”，晶胞中含8×＋6×＝4个C60、12×＋1＋8＝12个K＋，则晶体密度为×1030g·cm－3＝×1030g·cm－3，D错误。故选D。
2．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，图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为 、 。
解析：图中原子1的坐标为，则坐标系是，从晶胞内的2、3点分别向x、y、z轴上作垂线，即可得出2、3两点的原子分数坐标分别为、。
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。LiCl·3H2O属于正交晶系(长方体形)。晶胞参数为0.75 nm、1.0 nm、0.56 nm。如图为沿z轴投影的晶胞中所有氯原子的分布图和原子分数坐标。
(1)据此推断该晶胞中氯原子数目为 4 。LiCl·3H2O的摩尔质量为M g·mol－1，晶胞密度为d g·cm－3，则阿伏加德罗常数的值NA为 (列出计算表达式，后同)。
(2)图中A、B两原子的核间距为
nm。
解析：(1)根据晶胞沿z轴的投影图可知，该晶胞中氯原子的位置为(图中黑球代表氯原子)，yz面上有2个氯原子，与yz平行的面上有2个氯原子，体内有2个氯原子，所以1个晶胞中氯原子的数目为4×＋2＝4。由d g·mol－1＝g·mol－1知，NA＝。
(2)观察图中A、B原子坐标参数，它们在x轴的坐标参数都是0.5，则A、B原子在平行于yz的面上。可以建立直角三角形，A、B两原子的核间距是这个三角形的斜边长，则A、B两原子的核间距为 nm。
4．碳元素不仅可以形成大量的有机物，也可以形成无机物，例如金刚石。氮化硼晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替，顶点和面心的碳原子被B原子代替。根据所学知识回答以下问题。
(1)BN晶体其晶胞参数为a pm，与同一个B原子相连的N原子构成的空间结构为 正四面体 ，相邻的N与B之间的最近距离为 a pm。BN的摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，则BN晶体的密度为 g·cm－3。
(2)晶体中距离同一个B原子最近的其他B原子个数为 12 。
(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。若沿y轴投影的晶胞中所有原子的分布图如图，1原子的分数坐标为，则4原子的分数坐标是 。
解析：(1)与同一个B原子相邻的N原子，与4个顶点的距离相等，构成的空间构型为正四面体结构，故与B原子相邻的N原子之间的最近距离为a pm；在晶胞中，B原子为：8×＋6×＝4，N原子为晶胞内部，个数为4，所以1个晶胞中有4个BN，晶胞参数为a pm，根据ρ＝＝ g·cm－3。
(2)晶体中B原子在顶点和面心，与顶点处的B原子最近的B原子有12个。
(3)根据坐标图，1原子的分数坐标为，则4原子的分数坐标为。
5．一种由Cu、In、Te组成的晶体属四方晶系，晶胞参数和晶胞中各原子的投影位置如图所示，晶胞棱边夹角均为90°。
该晶体的化学式为 CuInTe2 ；A点、B点原子的分数坐标分别为(0,0,0)、，则C点原子的分数坐标为 ；晶胞中A、D原子间距离d＝ ×10－10 cm。
解析：晶胞中位于顶点、体心、面心的Cu原子个数＝8×＋1×1＋4×＝4，位于面心、棱上的In原子个数＝6×＋4×＝4，位于体内的Te原子个数＝8×1＝8，Cu、In、Te的原子个数比＝4?4?8＝1?1?2，因此晶体化学式为CuInTe2；C点位于面对角线的、、体对角线的处，因此C点原子的分数坐标为；D原子在底面的投影点与A、D构成直角三角形，斜边AD的长d＝＝＝＝×10－10(cm)。
6．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，称作原子的分数坐标，例如图1中原子1的坐标为，则原子2的坐标为 。晶体中距离Fe最近的S有 4 个。
解析：根据原子的分数坐标，如图1中原子1的坐标为，则原子2的坐标为，根据图中顶点Fe与硫的关系得到晶体中距离Fe最近的S有4个。
7．砷化镓是新型半导体材料，其晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被As原子代替，顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。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。图为沿y轴投影的砷化镓晶胞中所有原子的分布图。
晶胞中离Ga原子距离最近且相等的Ga原子有 12 个。若原子1的原子分数坐标为(0.25,0.75，0.75)，原子1、4之间的距离为m pm，则原子4的原子分数坐标为 (0.75,0.75,0.25) ，晶胞参数为 m pm。
解析：根据图示，晶胞中离Ga原子距离最近且相等的Ga原子有12个。若原子1的原子分数坐标为(0.25,0.75,0.75)，原子1、4在体对角线上，则原子4的原子分数坐标为(0.75,0.75,0.25)；原子1、4之间的距离为m pm，则晶胞的体对角线为2m pm，晶胞参数为m pm。
8．Cu2O晶体结构与CsCl(图1)相似，只是利用Cu4O占据CsCl晶体中Cl的位置，而Cs位置由O原子占据，如图2所示，每个Cu2O晶胞中有 2 个“Cu2O”；Cu2O晶胞中Cu的配位数是 2 ；若①处Cu原子坐标为，则Cu2O晶胞中Cu4O四面体中O原子坐标为 。
解析：由晶胞结构可知，晶胞中位于体心的Cu4O个数为1，位于顶点的氧原子个数为8×，则晶胞中氧化亚铜的个数为2；由Cu4O为四面体结构可知，晶胞中1个氧原子与4个铜原子的距离最近，配位数为4，由氧化亚铜的化学式可知，铜原子的配位数为2；若①处位于四面体顶点的铜原子坐标为，则氧化亚铜晶胞中Cu4O四面体中位于四面体中心的氧原子坐标为。
9．Co、Al、Si形成的一种合金的晶胞结构如图所示(若不看，该晶胞具有萤石结构)，1号原子、2号原子、Al原子的分数坐标分别为(0,1,0)、、，则3号原子的分数坐标为 ；若晶胞参数为a nm，则该合金的密度为 g·cm－3(NA表示阿伏加德罗常数的值，只需列出式子)。
解析：结合萤石结构和晶胞图，根据所给的三个原子的分数坐标，可知3号原子的分数坐标为。根据均摊法可知，该晶胞中含有8×＋6×＝4个Co原子、8个Si原子、1个Al原子，其密度ρ＝＝g·cm－3。
10．某四方晶系的晶胞如图所示，晶胞参数a＝b＝x pm、c＝2x pm，晶胞棱边夹角均为90°。
(1)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，称作原子的分数坐标。如该晶胞中2号Cu原子，3号In原子，4号Se原子。则1号Se原子的坐标为 。
(2)该晶体的化学式为 CuInSe2 (按照Cu、In、Se顺序写)。
(3)2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为 x pm(用x表示)。
解析：(1)2号Cu原子，3号In原子，4号Se原子。则1号Se原子的坐标为。
(2)8个Se在体内，一个晶胞中含有Cu的个数为：4×＋6×＋1＝4；In原子个数为8×＋4×＋1＝4，Se原子个数为8，Cu－In－Se原子个数比：4?4?8＝1?1?2，故化学式为CuInSe2。
(3)由晶胞结构可知，Se原子与Cu原子相切，晶胞参数a＝b＝x pm、c＝2x pm，晶胞棱边夹角均为90°，故2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为x。
11．Li2O具有反萤石结构，为立方晶系晶体，其晶胞参数为a pm。该晶胞中离子的分数坐标为：
氧离子：(0,0,0)；；；；…
锂离子：；；；；…
(1)在图中画出氧化锂晶胞沿x轴投影的俯视图。
答案：
(2)锂离子的配位数为 4 。
(3)设NA为阿伏加德罗常数的值，氧化锂晶体的密度为 g·cm－3(列出计算表达式)。
解析：(1)由题干得，Li2O的晶胞中O2－位于8个顶点和6个面心，1个晶胞中含8×＋6×＝4个O2－，Li＋位于O2－构成的八个四面体空隙，1个晶胞中含8个Li＋，则氧化锂晶胞沿x轴投影的俯视图为。
(2)Li2O的晶胞中O2－位于8个顶点和6个面心，Li＋位于O2－构成的八个四面体空隙，则锂离子的配位数为4。
(3)1个晶胞的质量为g；晶胞参数为a pm,1个晶胞的体积为3＝a3×10－30cm3；则氧化锂晶体的密度为＝g·cm－3。
12．(2023·南宁高二检测)(1)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，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)。
(2)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞棱长为a nm、FeS2的摩尔质量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为 ×1021 g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的棱长为 a nm。
解析：(1)1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝4，含Li的个数为8,1 cm＝107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为g·cm－3。
(2)该晶胞中Fe2＋位于棱上和体心，个数为12×＋1＝4，S位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，故晶体密度＝＝＝＝×1021g·cm－3；根据晶胞结构，S所形成的正八面体的棱长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞棱长的，故该正八面体的棱长为a nm。
13．分析下列晶体结构。
(1)已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。
若铜、氧的原子半径分别为rCu pm、rO pm，Cu2O晶体的密度为ρ g·cm－3，NA是阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中原子空间占有率为 ×100%。
(2)一种Ag2HgI4固体导电材料为四方晶系，其晶胞参数为a pm、a pm和2a pm，晶胞沿x、y、z的方向投影(如图所示)，A、B、C表示三种不同原子的投影，标记为n的原子分数坐标为，则m的原子分数坐标为 ，距离Hg最近的Ag有 8 个。设NA为阿伏加德罗常数的值，Ag2HgI4的摩尔质量为M g·mol－1，该晶体的密度为 ×1030 g·cm－3(用代数式表示)。
(3)金属硼氢化物可用作储氢材料。如图是一种金属硼氢化物氨合物的晶体结构示意图。图中八面体的中心代表金属M原子，顶点代表氨分子；四面体的中心代表硼原子，顶点代表氢原子。该晶体属立方晶系，晶胞棱边夹角均为90°，棱长为a pm，密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。
①该晶体的化学式为 M(NH3)6B2H8 。
②金属M原子与硼原子间最短距离为 a pm。
③金属M的相对原子质量为 －132 (列出表达式)。
(4)GaN的一种六方晶胞如图所示，晶胞参数为a nm、c nm。晶体中N原子的配位数为 4 ；晶体密度ρ＝ g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用a、c、NA的代数式表示)。
(5)一种金属间化合物的晶胞结构如图所示：
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，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为(0,0,0)，B点原子的分数坐标为，则C点原子在z轴方向上的分数坐标z＝ (用含c、s的代数式表示)；设Mg、Cu和Al原子半径分别为rMg pm、rCu pm、rAl pm，则金属原子的空间占有率为 ×100% (列出计算表达式)。
(6)磷化硼晶胞的示意图如图甲所示，其中实心球表示P原子，空心球表示B原子，晶胞中P原子空间堆积方式为 面心立方最密堆积 ；设阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞参数为a cm，磷化硼晶体的密度为 g·cm－3(列出计算式)；若磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影)，请在图乙中用实心圆点画出B原子的投影位置 或 。
解析：(1)空间利用率是晶胞中微粒的体积与晶胞体积的比值，晶胞中微粒的体积为×10－30cm3，晶胞的体积为cm3，因此空间利用率为×100%。
(2)根据n的原子分数坐标为，则m原子在x轴的坐标为、y轴的坐标为、z轴的坐标为，所以m原子的分数坐标为；A原子在晶胞内，1个晶胞含有A原子数为8个；B原子在顶点和晶胞中心，B原子数为8×＋1＝2；C原子在棱上、面上，C原子数为4×＋6×＝4；A是I、B是Hg、C是Ag，距离Hg最近的Ag有8个。设NA为阿伏加德罗常数的值，Ag2HgI4的摩尔质量为M g·mol－1，该晶体的密度为 g·cm－3＝×1030 g·cm－3。
(3)①八面体位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，即M原子数为4，NH3为4×6＝24，四面体位于晶胞内部，有8个，B原子个数为8，H原子个数为8×4＝32，因此化学式为M6B2H8。②M与B原子之间最短距离是体对角线的，即a pm。③晶胞的质量为×(M＋6×17＋2×11＋8)g，晶胞的体积为3cm3，则ρ＝，解得M＝－132。
(4)1个N周围有4个与之等距且最近的Ga原子，所以N的配位数是4；已知晶胞参数为a nm、c nm，该晶胞的体积为6××c×10－21cm3，一个晶胞中N的个数为6×＋4＝6，Ga的个数为12×＋2×＋3＝6，一个晶胞中有6个GaN，则密度ρ＝＝＝ g·cm－3。
(5)C点原子离坐标原点在z轴方向上的距离为 pm，故C点在z轴方向上的分数坐标z＝＝；由题干图示晶胞可知，一个晶胞中含有Al原子个数为8×＝4，含有Mg原子个数为8×＋2×＝2，含有Cu原子个数为4×＋1＝2，则金属原子的空间占有率为×100%。
(6)磷化硼晶胞中，P原子分布在面心和顶点，由此可确定空间堆积方式为面心立方最密堆积；在磷化硼晶胞中，含有P原子的个数为×8＋×6＝4，含有B原子的个数为4，由此可求出1个晶胞的质量，再由晶胞参数为a cm，可求出晶胞的体积，由此求出磷化硼晶体的密度ρ＝＝g·cm－3；若磷化硼沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影)，则B原子与面心中的P原子间隔重叠，则在图乙中用实心圆点画出B原子的投影为或。微专题5 常见晶体结构的比较与分析
晶体结构的计算
一、常见晶体结构的比较与分析
1．常见共价晶体结构的分析
晶体 晶胞结构 结构分析
金刚石 (1)每个C与相邻_4__个C以共价键结合，形成正四面体结构。每个晶胞中含_8__个C原子(2)键角均为_109°_28′__(3)最小碳环由_6__个C组成且6个C不在同一平面内，每个C原子被12个六元环共用(4)每个C参与_4__个C—C的形成，C原子数与C—C数之比为_1?2__(5)ρ＝ g·cm－3 键长＝a(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)
SiO2 (1)每个Si与_4__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”，因此二氧化硅晶体中Si与O的个数比为_1?2__(3)最小环上有_12__个原子，即_6__个O，_6__个Si(4)ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)
SiC、BP、AlN (1)每个原子与另外_4__个不同种类的原子形成_正四面体__结构(2)密度：ρ(SiC)＝ g·cm－3；ρ(BP)＝ g·cm－3；ρ(AlN)＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)
2.常见分子晶体结构的分析
晶体 晶胞结构 结构分析
干冰 (1)_8__个CO2分子占据立方体顶角且在_6__个面的面心又各有1个CO2分子(2)每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有_12__个(3)ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)
白磷 ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)
3.常见离子晶体结构的分析
晶体 晶胞结构 结构分析(a为晶胞边长)
NaCl (1)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)在每个Cl－周围最近且等距离的Cl－有_12__个，在每个Cl－周围最近且等距离的Na＋有_6__个(3)ρ＝ g·cm－3
CsCl (1)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__。每个晶胞含_1__个Cs＋和_1__个Cl－(2)在每个Cs＋周围最近且等距离的Cl－有_8__个，在每个Cl－周围最近且等距离(a)的Cl－有_6__个(3)ρ＝ g·cm－3
ZnS (1)Zn2＋、S2－的配位数均为_4__。每个晶胞含_4__个Zn2＋、_4__个S2－(2)与Zn2＋紧邻的_4__个S2－构成一个正四面体(3)Zn2＋与S2－之间最短的距离为晶胞体对角线长的(4)ρ＝ g·cm－3
CaF2 (1)Ca2＋的配位数为_8__，F－的配位数为_4__，每个晶胞含_4__个Ca2＋、_8__个F－(2)与F－紧邻的_4__个Ca2＋构成一个正四面体(3)F－与Ca2＋之间最短的距离为晶胞体对角线长的 (4)ρ＝ g·cm－3
二、晶体结构的计算
1．均摊法计算晶胞中微粒个数
(1)计算原则
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，每个晶胞分得该粒子的份额是。
(2)常考实例
正方体或长方体晶胞示意图
微粒位置 顶点 面上 棱上 内部
侧棱 上下棱
共用该微粒的晶胞数 8 2 4 4 1
每个晶胞分摊的微粒数 1
正六棱柱晶胞示意图
微粒位置 顶点 面上 棱上 内部
侧棱 上下棱
共用该微粒的晶胞数 6 2 3 4 1
每个晶胞分摊的微粒数 1
(3)审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”，若是分子结构，其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定，原子个数比不约简。
(4)计算晶胞中微粒的数目，进而求化学式根据均摊法计算出一个晶胞中所含微粒数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。
2．原子分数坐标的确定方法
(1)依据已知原子的坐标确定坐标系取向。
(2)一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。
(3)从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。
如位于晶胞原点(顶点)的原子的分数坐标为(0,0,0)；位于晶胞体心的原子的分数坐标为；位于xOz面心的原子的分数坐标为等(如图所示)。
3．晶体密度的计算
(1)晶体密度
ρ＝＝
(2)1个微粒的质量
m＝(M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数)
(3)晶胞的体积
V＝a3(立方体)＝abc(长方体)
4．金属晶体中原子间距离和晶胞参数
(1)思维流程
根据密度求晶胞中原子之间的距离时，可首先由密度计算出晶胞体积(晶胞质量由晶胞含有的微粒数计算)，再根据晶胞结构判断微粒间距与棱长的关系。
(2)立方晶胞参数a计算公式
a＝
5．金属晶体中原子空间利用率
(1)思维流程
空间利用率是指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比，首先分析晶胞中原子个数和原子半径，计算出晶胞中所有原子的体积，其次根据立体几何知识计算出晶胞的棱长，计算出晶胞的体积，即可顺利解答此类问题。
(2)计算公式
空间利用率＝×100%。
跟踪训练
1.有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( D )
A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个
B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋
C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1?2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
解析：在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个，所以钠离子的配位数是6，故A正确；在CaF2晶体中，Ca2＋位于晶胞的顶点和面心，晶胞中含有Ca2＋的个数为8×＋6×＝4，故B正确；在金刚石晶体中，每个碳原子形成4个共价键，每两个碳原子形成一个共价键，则每个碳原子形成的共价键平均为4×＝2，所以在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键数之比为1?2，故C正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子，4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误。
2．Ga和As均位于元素周期表第四周期，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，其晶胞结构如图所示，其中原子1的坐标为(0,0,0)，原子2的坐标为(1,1,1)。下列有关说法中错误的是( A )
A．原子3的坐标为
B．根据元素周期律，原子半径Ga>As
C．GaAs的熔点为1 238 ℃，硬度大，晶体类型为共价晶体
D．若晶胞边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则GaAs晶体的密度为g·cm－3
解析：由题图可知，原子3在x、y、z轴上的投影分别为、、，坐标为，A错误；电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；原子半径Ga>As，B正确；GaAs的熔点为1 238 ℃，硬度大，熔点高硬度大，故晶体类型为共价晶体，C正确；据“均摊法”，晶胞中含8×＋6×＝4个As、4个Ga,1个晶胞中含有4个GaAs，则晶体密度为＝×1030g·cm－3＝g·cm－3，D正确。故选A。
3．甲胺铅碘[(CH3NH3)PbI3]是新型太阳能电池的敏化剂，已知[(CH3NH3)PbI3]的摩尔质量为M g·mol－1，其晶胞结构如图所示。下列有关说法不正确的是( C )
A．若B代表Pb2＋，则C代表I－
B．该晶胞沿体对角线方向的投影图为
C．距离A最近且等距离的C有8个
D．NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为 g·cm－3
解析：根据题图中信息B的个数为1，C位于面心，共3个，因此若B代表Pb2＋，则C代表I－，故A正确；该晶胞沿体对角线方向投影，体对角线方向的2个顶点和体心投到1个点，其余6个A投影在外围形成大的正六边形，另外6个原子在六边形内部形成1个小六边形，因此该晶胞沿体对角线方向的投影图为，故B正确；距离A最近且等距离的C有12个，等距离的每个面有4个，有3个面，故C错误；NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为ρ＝＝＝×1030g·cm－3，故D正确。故选C。
4．有关晶体的结构如图所示，下列说法错误的是( D )
A．在NaCl晶胞中，距Na＋最近的Cl－有6个
B．在CaF2晶胞中，每个晶胞平均有4个Ca2＋
C．钛酸钙的化学式为CaTiO3
D．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数之比为1?4
解析：从氯化钠晶胞图可以看出，在氯化钠晶胞中，距离钠离子最近的氯离子有6个，A项正确；在氟化钙晶胞中，钙离子位于晶胞的顶点和面心，每个晶胞平均有8×＋6×＝4个钙离子，B项正确；钛酸钙晶胞中，Ca位于顶点，每个晶胞中有8×＝1个Ca，Ti位于体心，每个晶胞有6×＝3个O，则钛酸钙的化学式为CaTiO3，C项正确；在金刚石晶体中，每个碳原子都和4个碳原子形成4个碳碳键，每个碳碳键被2个碳原子共用，所以每个碳原子平均连有2个碳碳键，则碳原子与碳碳键个数比为1?2，D项错误。故选D。
5．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长，下列有关说法正确的是( A )
A．一个晶胞中含有4个Ca2＋，4个C
B．1个Ca2＋周围距离最近的C有6个
C．6.4 gCaC2晶体中含阴离子0.2 mol
D．该晶体中只含离子键
解析：Ca2＋位于晶胞内部和棱上，一个晶胞中数目为1＋12×＝4；晶胞中C位于顶点和面心，一个晶胞中数目为8×＋6×＝4。由分析可知，一个晶胞中含有4个Ca2＋，4个C，故A正确；以底面前侧的钙离子为例，在xyz轴方向各有2个C，但是晶胞沿一个方向拉长，导致1个Ca2＋周围距离最近的C有4个，故B错误；6.4 gCaC2晶体的物质的量为0.1 mol，含阴离子C为0.1 mol，故C错误；C中存在碳碳共价键，故D错误。故选A。
6．汞钡铜氧晶体是新型超导材料，其晶胞结构如图所示，其中部分原子分数坐标为X(0,0,0)、Y、Z。下列有关说法中错误的是( D )
A．晶胞的体积为a2c×10－30cm3
B．Hg和Ba原子数之比为1?2
C．另一个钡离子的分数坐标为
D．Hg原子周围最近的Ba原子有4个
解析：根据晶胞图可知，该晶胞是长方体，晶胞的体积为a2c×10－30cm3，A正确；根据均摊原则，晶胞中Hg有8×＝1个、Ba有2个、Cu有4×＝1个、O有8×＋4×＝4个，B正确；根据Y的分数坐标，可知W与上表面的距离为x，所以W分数坐标为，C正确；由题图可知，每个Hg原子被8个晶胞共用，所以Hg原子周围最近的Ba原子有8个，D错误。故选D。
7.元素A、B组成的晶体的晶胞结构如图所示(设MA、MB分别为A、B元素的相对原子质量，NA为阿伏加德罗常数的值)，有关该晶体的叙述错误的是( D )
A．该晶体的化学式为AB2
B．该晶体的密度为 g/cm3
C．该晶胞在底面的投影图为(部分被遮盖原子未表示)
D．区分该晶体与玻璃最可靠的科学方法是测定两固体是否有固定的熔点
解析：根据均摊法，A球的个数为8×＋1＝2，B球的个数为8×＋2＝4，该晶体的化学式为AB2，A正确；该晶体的密度为ρ＝g/cm3＝g/cm3，B正确；该晶胞中顶点和棱上的所有原子投影在正方形的顶点，内部的A和B投影到底面的位置重合，故C图示正确，C正确；区分该晶体与玻璃最可靠的科学方法是X射线衍射实验，D错误。故选D。
8．认真观察下列示意图，有关叙述不正确的是( B )
A．图1表示由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构，该化合物化学式可表示为LiAlSi
B．图2表示某蓝色晶体[MxFey(CN)6]的阴离子的最小结构单元，该晶体的化学式为MFe2(CN)6，M呈＋2价
C．图3表示金属镍与镧(La)形成的合金晶胞结构，该合金的化学式为LaNi5
D．图4表示某种铁化合物的晶胞如图所示(硫原子均在晶胞内)，该物质化学式为CuFeS2
解析：该晶胞中Li的个数为12×＋1＝4，Al的个数为8×＋6×＝4，Si的个数为4，原子个数比为1?1?1，则该化合物化学式可表示为LiAlSi，A正确；由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数为：4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－的个数为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，B错误；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，C正确；晶胞中：Cu个数为8×＋4×＋1＝4；Fe个数为6×＋4×＝4，S原子个数为8个，Fe、Cu、S个数比为4?4?8＝1?1?2，故化学式为CuFeS2，D正确。故选B。
9．我国科学家在新型二维半导体芯片材料——硒氧化铋的研究中取得突破性进展。硒氧化铋的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞参数为a pm，a pm，b pm。
(1)该晶胞沿z轴方向的投影图为 B (填标号)。
(2)该晶体中，每个O2－周围紧邻的Bi3＋共有 4 个。
(3)该晶体的密度为 g·cm－3(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
解析：(1)由晶胞结构可知，该晶胞沿z轴方向的投影图为，故选B。
(2)由晶胞结构可知，该晶体中，每个O2－周围紧邻的Bi3＋共有4个。
(3)由晶胞结构可知，该晶胞中Bi3＋的个数为8×＋2＝4，Se2－的个数为8×＋1＝2，O2－的个数为8×＝4，该晶体的密度为 g·cm－3。
10．Hg、Ge、Sb形成的物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X晶胞可视为Y晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。X的最简式的相对分子质量为Mr，阿伏加德罗常数的数值为NA，则X晶体的密度为 ×1021g·cm－3 (列出计算式)。
解析：根据“均摊法”，晶胞X中含8×＋4×＋1＝4个Ge、4×＋6×＝4个Hg、8个Sb,1个晶胞中含有4个GeHgSb2，则晶体密度为×1021g·cm－3＝×1021g·cm－3。研究与实践 明矾晶体的制备
研究目的
在日常生活中，常见到色彩和外形都很漂亮的晶体。我们可以通过化学实验的方法制备晶体，学习用饱和溶液制备大晶体的方法。
研究任务
1.晶体生长过程的阶段
晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大，一般认为晶体在液相或气相中的生长有三个阶段：(1)介质达到过饱和，过冷却阶段；(2)成核阶段；(3)生成阶段。
2．晶种：在结晶过程中加入的预先自成的晶核(晶体微粒)，可以使从晶核成长的晶体达到均匀一致，从而提高产品的质量。
3．制备明矾晶体的实验步骤
(1)在玻璃杯中放入比室温高10～20 ℃的水，并加入明矾晶体[KAl(SO4)2·12H2O]，用筷子搅拌，直到有少量晶体不能再溶解。此时得到的溶液为饱和溶液。
(2)待溶液自然冷却到比室温略高3～5 ℃时，把溶液倒入洁净的碗中，用硬纸片盖好，静置一夜。
(3)从碗中选取2～3粒形状完整的小晶体作为晶核。将所选的晶核用细线轻轻系好。
(4)把明矾溶液倒入玻璃杯中，向溶液中补充适量明矾，使其成为比室温高10～15 ℃的饱和溶液。待其自然冷却到比室温略高3～5 ℃时，把小晶体悬挂在玻璃杯中央(如下图左)，注意不要使晶核接触杯壁。用硬纸片盖好玻璃杯，静置过夜。
(5)每天把已形成的小晶体轻轻取出，重复第(4)项操作，直到晶体长到一定大小。
(6)将所得明矾晶体放进铬钾矾的饱和溶液中，使铬钾矾晶体[KCr(SO4)2· 12H2O]在明矾晶体表面上生长，长到一定厚度后，再将所得晶体放到明矾饱和溶液中去，使铬钾矾晶体表面再覆盖一层明矾晶体。
制取明矾晶体的结晶装置及完美的明矾晶体的照片
结果与讨论
1.明矾晶体的颜色和外形。
提示：明矾是无色透明的晶体，呈八面体形状。
2．在上述实验中为什么所用仪器都要用蒸馏水洗净？用硬纸片盖好玻璃杯的目的是什么？
提示：若仪器不干净或尘埃落入，都会干扰结晶。
3．为什么晶种一定要悬挂在溶液的中央位置？
提示：晶种若离烧杯底部太近，由于有沉底晶体生成，会与晶体长在一起。同样，若离溶液表面太近或靠近烧杯壁，都会产生同样的结果，使得晶体形状不规则。
4．试讨论快速制备明矾晶体的条件。
提示：①溶液一定要用饱和溶液，若溶液不饱和，则结晶速度很慢。
②溶剂应用蒸馏水，不能用自来水。因自来水里含其他金属离子及杂质，会影响晶体的生长速度和形状。
③冷却热饱和溶液时，应自然冷却。快速冷却虽能够得到晶体，但属于沉底、细小晶体，得不到大晶体。温度下降越快，晶体越小。
④溶液一定要纯净。里面若含有杂质，就在溶液中形成多个晶核，这样不利于大晶体的生长。
应用体验
1.某兴趣小组制备明矾大晶体流程如图：
步骤Ⅲ，选出在制备规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序_⑥⑤④__(填序号)。
①迅速降至室温 ②用玻璃棒摩擦器壁 ③配制90 ℃的明矾饱和溶液 ④自然冷却至室温 ⑤选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央 ⑥配制高于室温10～15 ℃的明矾饱和溶液
解析：步骤Ⅲ中在制备规则明矾大晶体过程中，需要配制高于室温10～15 ℃的明矾饱和溶液，选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央，自然冷却至室温，让明矾小晶体逐渐长大。
2．由AlCl3溶液制备AlCl3·6H2O晶体的流程如图：
有关装置如图，回答下列问题：
(1)通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和_增加c(Cl－)，有利于AlCl3·_6H2O结晶__。
(2)步骤Ⅰ中抽滤时，用玻璃纤维替代滤纸的理由是_溶液有强酸性，会腐蚀滤纸__，洗涤时，合适的洗涤剂是_饱和氯化铝溶液__。
(3)步骤Ⅱ，为得到纯净的AlCl3 · 6H2O，宜采用的干燥方式是_减压干燥(或低温干燥)__。
解析：(1)通入HCl可以抑制AlCl3水解，增大了溶液中氯离子浓度，可以降低AlCl3溶解度，使其以AlCl3·6H2O晶体形式析出。(2)步骤Ⅰ，抽滤时，由于溶液显强酸性，会腐蚀滤纸，因此需要用玻璃纤维替代滤纸；洗涤时，为了减少AlCl3 · 6H2O晶体的损失，根据AlCl3 · 6H2O易溶于水、乙醇及乙醚，应该选择饱和氯化铝溶液进行洗涤。(3)AlCl3·6H2O晶体受热容易分解，为得到纯净的AlCl3·6H2O，可以采用的干燥方式是低温干燥或减压干燥。
3．将一定浓度的硝酸钾和氯化钠混合溶液加热至沸腾，有晶体A析出，趁热过滤，分离出晶体A。将上述滤液冷却至室温，又有晶体B析出。
(1)晶体A的主要成分是_NaCl__，含有的少量杂质是_KNO3__，要除去晶体A中的少量杂质的方法是_蒸发结晶__。
(2)晶体B的主要成分是_KNO3__，含有的少量杂质是_NaCl__，要除去晶体B中的少量杂质的方法是_重结晶__。
(3)用少量热水淋洗晶体也是一种除去晶体中少量杂质的方法，这种方法适用于晶体_A__(填“A”或“B”)。
