2026届高考化学一轮复习 第13章 晶体结构与性质 课件（98张PPT）

(共98张PPT)
晶体结构与性质
第13章
课标要求
1.了解晶体中粒子的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
2.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。知道物质的聚集状态会影响物质的性质,通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。
备考指导
1.对于本部分知识在考题中选择题部分主要是要求判断物质的晶体类型、熔沸点高低等性质,借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的粒子及其粒子间的相互作用。
2.非选择题中则经常给出晶胞的结构,要求判断晶体的构成粒子之间的数量关系,能正确求算晶体密度,判断晶体中各原子的分数坐标等,难度较大。
内容索引
01
02
03
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
04
实验探源
第一环节　必备知识落实
知识点1
物质的聚集状态及晶体的常识
知识筛查
1.物质的聚集状态
(1)物质的三态变化。
(2)物质的其他聚集状态。
①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。
②离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
③物质的聚集状态还有晶态、非晶态,以及介乎它们两者之间的塑晶态、液晶态等。
2.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较。
(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)定义: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”:所有晶胞都是平行排列的,取向相同。
(3)形状:常规的晶胞都是平行六面体。
晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。
(4)晶胞(平行六面体晶胞)组成的确定——均摊法。
4.晶体结构的测定
测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。
知识巩固
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)晶体内部的粒子按一定规律周期性有序排列。(　　)
(2)凡有规则外形的固体一定是晶体。(　　)
(3)固体SiO2一定是晶体。(　　)
(4)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。(　　)
(5)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。(　　)
√
×
×
√
√
2.(双选)下列叙述正确的是(　　)。
A.食盐粉末为非晶体
B.液体与晶体的混合物叫液晶
C.等离子体的外观为气态
D.液晶具有液体的流动性,晶体的各向异性
CD
解析:食盐粉末仍由细小食盐晶体组成,保持食盐晶体的结构和性质特点,故A项不正确。液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,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,如导热性等,表现出类似晶体的各向异性,故B项不正确,D项正确。等离子体是指由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体,是一种特殊的气体,故C项正确。
3.已知某晶体由X、Y、Z三种元素组成,其晶胞如图所示,则X、Y、Z三种元素的原子个数之比正确的是(　　)。
A.1∶3∶1 B.2∶6∶1
C.4∶8∶1 D.8∶1∶1
A
知识点2
分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体
知识筛查
1.几种典型晶体结构的分析
2.四种类型晶体的性质比较
类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
溶解性 “相似相溶”规律 — — 大多易溶于水等极性溶剂
导电、 导热性 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 部分非金属单质、稀有气体、所有非金属氢化物、几乎所有的酸、非金属氧化物(SiO2等除外)、绝大多数有机化合物(有机盐除外) 某些单质(如硼、硅、金刚石、锗),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)
特别提醒(1)常温下为气态或液态的物质,其晶体不一定属于分子晶体。
(2)共价晶体中一定含有共价键,有共价键的晶体不一定是共价晶体。分子晶体中不一定有共价键,如稀有气体的晶体。
(3)共价晶体熔化时,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。
(4)由于形成金属键的自由电子是分布于整个晶体中,在整个晶体中的金属阳离子间自由运动,所以当金属晶体发生变形时,金属键不被破坏,使金属晶体具有延展性。合金的硬度比成分金属的大,但熔点比成分金属的低。
(5)离子晶体中一定含有离子键,可能含有共价键,离子晶体熔化或溶于水时,会破坏离子键。
(6)判断晶体类型的五个依据:①构成晶体的粒子和粒子间的作用力;②物质的类别;③晶体的熔点;④物质的导电性;⑤硬度和机械性能。
知识巩固
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(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)共价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。(　　)
(5)离子晶体一定都含有金属元素。(　　)
(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。(　　)
√
×
×
×
×
√
2.下列晶体分类中正确的一组是(　　)。
C
解析:NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2是离子晶体;H2SO4、Ar、S、I2、SO2是分子晶体;石墨是混合型晶体;SiO2与金刚石是共价晶体;玻璃是非晶体。
3.将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧,可得到氮化硅(Si3N4)固体,氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料,在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　)。
A.SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B.Si3N4晶体具有共价键三维骨架结构
C.共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低
D.SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
B
解析:SiCl4是分子晶体,在熔化过程中克服的是分子间作用力,化学键不断裂。Si3N4是共价晶体,具有共价键三维骨架结构。根据C、Si的原子半径推知C—N的键能比Si—N的键能大,故C3N4的熔点比Si3N4的高。故选B。
4.下列有关离子晶体的说法正确的是(　　)。
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
B
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项错误。含有离子键的化合物一定是离子晶体,离子晶体中可能含有共价键,B项正确,C项错误。离子晶体熔化时,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项错误。
5.现有几组物质的熔点(℃)数据:
据此回答下列问题:
(1)A组属于　　　晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是　　　　　。
(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
A组 B组 C组 D组
金刚石:3 550 Li:181 HF:-83 NaCl:801
硅晶体:1 410 Na:98 HCl:-115 KCl:776
硼晶体:2 300 K:64 HBr:-89 RbCl:718
二氧化硅:1 713 Rb:39 HI:-51 CsCl:645
(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 　。
答案:(1) 共价　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
(4)②④
(5)D组晶体都为离子晶体,r(Na+)解析:(1)A组晶体熔点很高,应属共价晶体,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分子间能形成氢键,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,其熔点与离子键强弱有关。
知识点3
过渡晶体、混合型晶体、超分子
知识筛查
1.过渡晶体
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。
很多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,可用离子键的百分数表示化学键中的离子键成分。离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的,差值越大,离子键的百分数越大。
偏向离子晶体的过渡晶体通常当作离子晶体来处理,如Na2O等;偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体处理,如Al2O3、SiO2等。
P2O5、SO3、Cl2O7等都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小,而且共价键不再贯穿整个晶体,而是局限于晶体微观空间的一个个分子中了。
四种类型的晶体都有过渡型。
2.混合型晶体
石墨属于混合型晶体,它的碳原子为sp2杂化,
形成平面六元并环结构,层内原子之间碳碳共
价键的键长为142 pm,比金刚石中碳碳共价键
的键长(键长为154 pm)短;层间距离为335 pm,
层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的。
石墨的二维结构中,每个碳原子的配位数是3,
有一个未参与杂化的2p电子,原子轨道垂直于碳原子平面,这些p轨道相互平行且相互重叠,形成大π键,p轨道的电子可在整个碳原子平面内运动,因此石墨有类似金属晶体的导电性。
3.超分子
(1)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。超分子定义中的分子是广义的,包括离子。
(2)超分子的特性:分子识别、自组装。
知识巩固
1.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每一个碳原子都与其他3个碳原子相结合。据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(　　)。
A.2∶3 B.2∶1
C.1∶3 D.3∶2
A
2.下列关于过渡晶体的说法正确的是(　　)。
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.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%
B
解析:石墨属于混合型晶体,A项错误。SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确。含有离子键的晶体不一定是典型的离子晶体,还可能是过渡晶体,C项错误。Na2O晶体中离子键的百分数小于100%,D项错误。
3.下列关于超分子的叙述中正确的是(　　)。
A.超分子就是高分子
B.超分子都是无限伸展的
C.形成超分子的粒子都是分子
D.超分子具有分子识别和自组装的特征
D
解析:有些超分子不是高分子,有些超分子是高分子,A项错误。超分子这种分子聚集体有的是有限的,有的是无限伸展的,B项错误。形成超分子的粒子也包括离子,C项错误。超分子的特征是分子识别和自组装,D项正确。
4.冠醚能与阳离子,尤其是与碱金属离子作用,并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用;18-冠-6与钾离子作用(如图),还可与重氮盐作用,但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是(　　)。
A.18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同
B.18-冠-6与钾离子作用,不与锂离子或钠离
子作用,这反映了超分子的“分子识别”的特征
C.18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的
自组装的特征
D.冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关
C
解析:18-冠-6中C和O都是sp3杂化,A项正确。18-冠-6与钾离子作用,不与锂离子或钠离子作用,反映了超分子的“分子识别”的特征,故B项正确,C项错误。由于冠醚是皇冠状分子,可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,把无机物带入有机化合物中,它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理,D项正确。
第二环节　关键能力形成
能力点1
根据题给信息判断晶体类型的能力
整合建构
问题引领
判断晶体类型时,常用的方法有哪些
点拨(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断。
①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子,粒子间的作用是离子键。
②共价晶体的构成粒子是原子,粒子间的作用是共价键。
③分子晶体的构成粒子是分子,粒子间的作用为分子间作用力。
④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子,粒子间的作用属于金属键。
(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)、稀有气体、非金属氢化物、非金属氧化物(SiO2等除外)、几乎所有的酸、绝大多数有机化合物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质属于金属晶体。
(3)依据晶体的性质判断。
①依据晶体的熔点判断。
a.离子晶体的熔点较高。
b.共价晶体的熔点很高。
c.分子晶体的熔点较低。
d.金属晶体有的熔点较高,也有的熔点较低。
②依据导电性判断。
a.离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
b.共价晶体一般为非导体。
c.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。
d.金属晶体是电的良导体。
③依据硬度和机械性能判断。
a.离子晶体硬度较大,硬而脆。
b.共价晶体硬度大。
c.分子晶体硬度小且较脆。
d.金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
训练突破
1.萤石(主要成分为CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2是离子晶体的是(　　)。
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
C
解析:固体不导电,但熔融状态下可以导电,熔融状态下一定有自由移动的离子,说明CaF2是离子晶体,故C项符合题意。
2.根据下列晶体的相关性质,判断可能属于金属晶体的是(　　)。
B
解析:A项,由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体,错误。B项,金属晶体中有自由移动的电子,能导电,绝大多数金属在常温下为固体,熔点较高,所以固态或熔融态时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体,正确。C项,具有共价键三维骨架结构的晶体属于共价晶体,错误。D项,固体不导电,说明晶体中无自由移动的带电粒子,则不可能为金属晶体,错误。
3.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(　　)。
A.熔点2 700 ℃,导电性好,延展性强
B.无色晶体,熔点3 500 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800 ℃,熔化时能导电
D.熔点-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
B
解析:无色晶体,熔点3 500 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,符合共价晶体的性质特点,故B项符合题意。
4.下列7种晶体物质: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。回答下列问题:
(1)不含金属离子的离子晶体是　　　　　(填序号,下同),只含离子键的离子晶体是　　　　　,既含离子键又含非极性共价键的离子晶体是　　　　　,既含离子键又含极性共价键的离子晶体是　　　　　。
(2)既含范德华力,又含共价键的晶体是　　　　　,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)①和⑦　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中含离子键和非极性共价键,NH4Cl和Ca(OH)2中含离子键和极性共价键。
(2)白磷为分子晶体,含范德华力和共价键;石墨晶体中既有范德华力又有共价键;水晶中只含有共价键。
能力点2
晶体熔点高低的比较能力
整合建构
问题引领
如何比较晶体熔点的高低
点拨(1)不同类型晶体熔点的比较。
①不同类型晶体熔点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。
②金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,汞、铯等熔点很低。
(2)同种晶体类型熔点的比较。
①共价晶体:(比较共价键强弱)
原子半径越小→键长越短→键能越大→熔点越高,如熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅。
②离子晶体:(比较离子键强弱)
一般来说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越强,其离子晶体的熔点就越高,如熔点:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
③分子晶体:(比较分子间作用力大小)
a.分子间作用力越大,物质的熔点越高;具有氢键的分子晶体熔点反常地高,如熔点:H2O>H2Te>H2Se>H2S。
b.组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,如熔点:SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
c.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,其熔点越高,如熔点:CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
d.同分异构体,支链越多,熔点越低,如熔点:
④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,金属熔点就越高,如熔点:Na训练突破
1.(1)熔点的高低:KCl　　　　(填“>”或“<”)MgO。
(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为0.069 nm和0.078 nm,则熔点NiO　　　　(填“>”或“<”)FeO。
(3)硅烷(SinH2n+2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示,呈现这种变化关系的原因是 　。
答案:(1)<
(2)>
(3)硅烷的相对分子质量越大,分子间范德华力越强
解析:(1)离子所带电荷数为K+Mg2+、Cl->O2-,所以KCl的熔点低于MgO的熔点。(3)硅烷是分子晶体,结构相似,相对分子质量越大,分子间的范德华力越大,沸点越高。
2.(1) K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子排布相同,但金属K的熔点比金属Cr的熔点低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2══CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　　　　　　　　,原因是　 　。
(3)GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)单质氧有两种同素异形体,其中沸点高的是　　　　(填分子式),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)K的原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(2)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,水中氢键比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力较大
(3)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体
(4)O3　O3相对分子质量较大且是极性分子,范德华力较大
能力点3
培养晶胞相关计算的能力
整合建构
问题引领
(1)“均摊法”计算晶胞组成的根据是什么
(2)如何根据晶胞参数计算晶体的密度
(3)如何表示晶胞中各原子的相对位置
点拨(1)均摊法计算晶胞组成的原则:
晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么该粒子有 属于这个晶胞。
计算规律:
①平行六面体形晶胞。
②非平行六面体形晶胞(如六棱柱晶胞)中粒子数目的计算。
如图所示为MgB2的晶胞:
(2)
(3)可以用原子坐标参数(原子分数坐标)表示晶胞内部各原子的相对位置。
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。
训练突破
1.某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子,在正方体内;B为阳离子,分别在顶角和面心,则该晶体的化学式为(　　)。
A.B2A B.BA2
C.B7A4 D.B4A7
B
2.(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d g·cm-3,晶胞参数a=　　　　　　　　　 nm。
(2)碳化硅的结构与金刚石类似,其硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能。碳化硅晶胞结构(如右图)中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有　　　　　个,与碳原子距离最近且相等的碳原子有　　　　　个。已知碳化硅晶胞边长为a pm,则碳化硅的密度为　　　　　　　 g·cm-3。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
3.(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原子的最外层电子排布式为3s23p5,与铜形成化合物的晶胞如图所示,该晶体的化学式为　　　　。
答案:(1)12　CaTiO3　(2)CuCl
第三环节　核心素养提升
【高考真题剖析】
【例题】 (2023湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是(　　)。
A.晶体最简化学式为KCaB6C6
B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
C
【核心素养考查点剖析】高考题往往以最新科技成果为情景进行考查,对于晶体结构与性质部分主要考查了考生运用晶体结构的知识解释物质性质和进行晶胞结构计算的能力,反映了高考题对“宏观辨识与微观探析”素养的考查。解决本类习题要求考生能熟练掌握各类晶体的性质,能正确判断晶体类型、熔点、沸点高低等,并能用“均摊法”分析晶胞中原子个数,利用晶胞参数以及原子分数坐标判断原子在晶胞中的位置,计算晶体密度等。
(2)由某个Cd原子的分数坐标为(0,0,0),可知8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面上,1个Cd在晶胞的体心;某个Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5),可知4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面上;某个As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125),可知8个As在晶胞的体内,所以1个晶胞中Sn的个数为
;距离Cd(0,0,0)最近的Sn是(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0);由晶胞结构图可知,CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有4个。
【典题训练】
1.(2022山东卷)(双选)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。
下列说法正确的是(　　)。
A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y) mol电子,产生(1-x) mol Cu原子
BD
解析由Cu2-xSe晶胞结构可知,位于顶点和面心的硒离子个数为 =4,则位于体内的铜离子和亚铜离子的个数之和为4×(2-x),设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b,则a+b=4×(2-x),由化合价代数和为0可得2a+b=4×2,解得a=4x,A项错误;由题意可知,Na2Se转化为Cu2-xSe的电极反应式为Na2Se+(2-x)Cu-2e-══Cu2-xSe+2Na+,由Na2Se晶胞结构可知,每个晶胞中含有4个Na2Se,因此每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8,B项正确;由题意可知,Cu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为Cu2-xSe+ e-+Na+══NaCuSe+(1-x)Cu,由NaCuSe晶胞结构可知,位于顶点和面心的硒离子个数为 =4,则每个晶胞中含有4个NaCuSe,因此晶胞中0价铜原子的个数为(4-4x),C项错误;由题意可知,NayCu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为NayCu2-xSe+(1-y)e-+(1-y)Na+══NaCuSe+(1-x)Cu,所以每转移(1-y) mol电子,产生(1-x) mol Cu原子,D项正确。
2.(2024安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如下图所示。已知该氧化物中Ti为+4价、La为+3价。下列说法错误的是(　　)。
A.导电时,Ti和La的价态不变
B.若x=,Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时,空位移动方向与电流方向相反
B
解析:该晶体导电的基本原理是Li+的定向迁移,Ti和La的化合价不发生变化,A正确。根据LixLayTiO3的化学式,结合其立方晶胞中La或Li或空位位于体心,可知若x=,则Li+带的正电荷为+,由电荷守恒可知La3+带的正电荷应为(+2)-(+)=+,La3+的个数为,则空位的个数应为1-,所以Li+与空位的数目不相等,B错误。与体心最邻近的O原子为棱上的O原子,共12个,C正确。导电时,空位移动方向与Li+移动方向相反,Li+带正电,其移动方向与电流方向相同,故空位移动方向与电流方向相反,D正确。
3.(1)(2021全国甲节选)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晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是　　　　　　,晶胞参数为a pm、a pm、c pm,该晶体的密度为　　 　　g·cm-3(写出表达式,用NA表示阿伏加德罗常数的值)。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表示)。
(2)铁的多种化合物均为磁性材料,氮化铁是其中一种,某氮化铁的晶胞结构如图所示,则氮化铁的化学式为　　　　　　;设晶胞边长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为　　　　　　　　　 g·cm-3。(用含a和NA的式子表示)
解析:(1)以晶胞中右侧面心的Zr4+为例,同一晶胞中与Zr4+连接最近且等距的O2-数为4,同理可知右侧晶胞中有4个O2-与Zr4+相连,因此Zr4+离子在晶胞中的配位数是4+4=8;1个晶胞中含有4个ZrO2粒子,1个晶胞的质量
在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,其中Zn元素为+2价,Zr元素为+4价,O元素为-2价,根据总化合价代数和为0可知2x+4×(1-x)=2y,解得y=2-x。
【新情境模拟训练】
认真阅读下列材料,然后回答下列问题。
超分子化学是化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的边缘科学。其研究分为两个方向,超分子化学和超分子有序组装体化学。
超分子化学并非高不可攀,有许多超分子结构似乎在我们的日常生活中都可见到。例如,可以把轮烷比为东方的算盘;索烃比作舞池中的一对舞伴;C60类似于圆拱建筑;环糊精和激光唱盘有同样的简称(CD)和信息存放功能;DNA双螺旋则与家喻户晓的麻花多少有点相似。以分子间作用力结合起来的复杂有序且有特定功能的分子聚合体——“超分子”是共价键分子化学的一次升华,被称为“超越分子概念的化学”,它不仅在材料科学、信息科学,而且在生命科学中均具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
为了鼓励和推进超分子化学的深入研究,1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家,他们在获奖演说时曾为超分子化学作了如下解释:超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间作用力相互缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。
由Mo将2个C60分子、2个甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示:
(1)Mo位于第五周期第ⅥB族,价电子排布与Cr相似,它的基态原子的价电子排布式是　　　　　　;核外未成对电子数是　　　　。
(2)该超分子中存在的化学键类型有　　　　。
A.σ键 B.π键
C.离子键 D.氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是　　　　(填元素符号),甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有　　　　　　　　。
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因: 　。
(5)C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因: 　。
(6)已知:某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示。
答案:(1)4d55s1　6　(2)AB　(3)C　sp2和sp3　(4)F的电负性大,对电子的吸引能力强,使共用电子对偏向F,进而使O—H极性增强,更易断裂,故CF3COOH的酸性强于CH3COOH
(5)C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所消耗的能量　
解析:(1)Cr的基态价电子排布为3d54s1,而Mo与Cr同主族,但位于Cr的下一周期,因而其基态价电子排布为4d55s1,其轨道表示式为 ,因而核外未成对电子数为6。
(2)该超分子结构中有双键,说明有σ键和π键,根据信息可知Mo与配体分子形成配位键,所以分子中不存在离子键,氢键不是化学键,因而答案选AB。
(3)由该超分子结构图可知,CO做配体时是C做配位原子;甲酸丁酯吡啶中形成双键的碳原子的杂化方式为sp2,丁基中的C原子形成四个单键,为sp3杂化。
(4)F的电负性大,对电子的吸引能力强,使共用电子对偏向F,进而使O—H极性增强,更易断裂,导致CF3COOH酸性强于CH3COOH。
(5)根据不同类型晶体的性质来解释。C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所消耗的能量。
实验探源
【必备知识归纳】
简单配合物的形成
【实验目的】
加深对配合物的认识;了解配合物的形成。
【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、硫氰化钾溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、蒸馏水、乙醇。
1.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。
2.在硫酸铜溶液中逐滴滴加氨水,首先可以看到有蓝色沉淀生成,原因是Cu2+与氨水电离产生的OH-结合生成难溶物Cu(OH)2,继续滴加氨水,难溶物溶解,得到深蓝色透明溶液,再加入乙醇后,析出深蓝色晶体。此时得到的晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O。在[Cu(NH3)4]2+的配体NH3中的N提供孤电子对,与Cu2+形成配位键。
【易错细节筛查】
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)含有配位键的化合物就是配合物。(　　)
(2)配位键在形成时,由成键双方各提供一个电子形成共用电子对。(　　)
(3)许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力,因而只有过渡金属才能形成配合物。(　　)
(4)配位数为4的配合物均为正四面体结构。(　　)
×
×
×
×
【实验能力形成】
1.向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液,再加入氨水,下列关于实验现象的叙述不正确的是(　　)。
A.先生成白色沉淀,加入足量氨水后沉淀消失
B.生成的沉淀为AgCl,它难溶于水,但溶于氨水,重新电离成Ag+和Cl-
C.生成的沉淀是AgCl,加入氨水后生成了可溶性的配合物[Ag(NH3)2]Cl
D.若向AgNO3溶液中直接滴加氨水,产生的现象也是先出现白色沉淀后沉淀消失
B
解析:Ag+与NH3能发生反应:Ag++2NH3══[Ag(NH3)2]+。而AgCl存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) Ag++Cl-,向其中加入氨水后会使平衡向右移动,最终因生成可溶性的[Ag(NH3)2]Cl而使AgCl沉淀溶解。
2.配位化合物简称配合物,它的数量巨大,组成和结构形形色色,丰富多彩。配合物[Zn(NH3)6]Cl2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数分别为(　　)。
A.Zn2+、NH3、+2、6
B.Zn2+、NH3、+1、6
C.Zn2+、Cl-、+2、2
D.Zn2+、NH3、+2、2
A
3.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是(　　)。
A.配体是Cl-和H2O,配位数是9
B.中心离子是Ti4+
C.该配合物中不含有π键
D.H2O的中心原子是sp2杂化
C
解析:由化学式知,配体是Cl-和H2O,配位数是6,A项错误。由化学式知:中心离子是Ti3+,B项错误。H2O中孤电子对数为 =2 ,价层电子对数为2+2=4,故中心原子是sp3杂化,分子空间结构为V形,D项错误。
4.过渡金属配合物的一些特有性质的研究正受到许多研究人员的关注,因为这方面的研究无论是理论上还是工业应用上都有重要意义。氯化铁溶液用于检验食用香精乙酰乙酸乙酯时,会生成紫色配合物,其配离子结构如图所示。有关该配离子的说法正确的是(　　)。
A.1 mol配离子中含有的π键的个数是6×6.02×1023
B.该配离子中碳原子的杂化类型均为sp2杂化
C.该配离子含有的非金属元素中电负性最大的是碳
D.该配离子中含有的化学键有离子键、共价键、
配位键
A
解析:根据配离子结构示意图可知,1 mol配离子中含有的π键的物质的量是6 mol,即6×6.02×1023个,故A项正确。该配离子中碳原子的杂化类型有sp2、sp3杂化,故B项错误。该配离子含有的非金属元素有C、O、H,其中电负性最大的是O,故C项错误。该配离子中不含离子键,故D项错误。