(共38张PPT)
必备知识 清单破
知识点 1 金属晶体
第2节 几种简单的晶体结构模型
1.定义:金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
2.常见金属晶体的结构
常见金属 结构示意图
Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt
Li、Na、K、 Ba、W、Fe
Mg、Zn、Ti
3.金属的物理通性及原因
(1)通性:金属具有良好的延性、展性和可塑性。
(2)原因:金属键在整个晶体的范围内起作用。在锻压或锤打时,密堆积层的金属原子之间比
较容易产生滑动,这种滑动不会破坏密堆积的排列方式,而且在滑动过程中“自由电子”能
够维系整个金属键的存在,因此金属晶体虽然发生形变但不致断裂。
知识拓展 金属晶体熔点的判断
金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体,熔点很低,而铁等金属熔点很高。
金属晶体的熔点高低和金属键的强弱有关。金属离子所带电荷越多,半径越小,金属离子与
自由电子间的作用力就越强,晶体的熔点就越高,反之越低。
例如:元素周期表中碱金属元素从上到下,原子的价电子数相同,原子半径逐渐增大,其单质的
熔点逐渐降低。
1.定义:阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。
2.常见的离子晶体结构及晶体的性质【具体内容见定点1】
3.晶格能
(1)概念:将1 mol 离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。
(2)意义:晶格能越大,表示离子间作用力越强,离子晶体越稳定。
(3)影响因素(阴、阳离子均由一个原子构成)
知识点 2 离子晶体
1.定义:相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
2.结构特点:空间立体网状结构。
3.常见共价晶体的结构与性质【具体内容见定点2】
知识点 3 共价晶体
1.定义:分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。
2.分子晶体中粒子的相互作用
知识点 4 分子晶体
分子间 作用力 堆积方式
范德 华力 每个分子周围最多可以有12个紧邻的分子,
这一特征称为分子密堆积,如C60、干冰、I
2、O2
范德华 力、氢键 如冰晶体中,由于氢键的存在,每个水分子周
围只有4个紧邻的水分子
3.粒子堆积方式
4.几种常见的分子晶体
(1)碘晶体
碘晶体的晶胞是一个长方体,除了长方体的每个顶点处有一个碘分子外,每个面上还有一个
碘分子。
(2)干冰
干冰晶胞呈立方体形,每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个。
(3)冰晶体
①冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的。
②由于氢键具有一定的方向性,每个水分子都与周围四个水分子结合,四个水分子也按照同
样的规律再与其他水分子结合。
③每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子,氧原子与其中的两个氢原子通过共价键
结合,而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。
④冰的这种排列类似于蜂巢结构,因此液态水变成固态水时,密度变小。
(4)苯甲酸
苯甲酸分子排列形成层状结构,同一平面内分子之间通过氢键相互作用连接,平面之间的分
子依靠范德华力维系。
物质类型 举例(固体)
所有非金属氢化物 如H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质 如卤素单质(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等
部分非金属氧化物 如CO2、P4O10、SO2等
几乎所有的酸 如HNO3、H2SO4、H3PO4等
绝大多数有机物 如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
5.属于分子晶体的物质类型
6.分子晶体的物理性质
(1)分子晶体熔化时,只需克服分子间作用力。
(2)分子晶体一般具有较低的熔点和沸点,较小的硬度。
(3)分子晶体在固态和熔融状态时一般都不导电,但某些分子晶体溶于水能导电,如HCl。
(4)不同的分子晶体的溶解度差别很大,并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有很大
的差别,如碘易溶于CCl4等有机溶剂,但难溶于水。分子晶体的溶解性一般符合“相似相
溶”。
1.石墨晶体
知识点 5 晶体结构的复杂性
晶体模型 石墨晶体的层状结构
石墨晶体中的二维平面结构
结构特点 (1)石墨晶体具有层状结构,同一层中每个碳原子用sp2杂化
轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边
形平面网状结构,共价键的键长为142 pm、键角为120°;
(2)每个C原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨
道,并含有1个未成对电子,能够形成遍及整个平面的大π键;
(3)网状的平面结构之间以范德华力结合形成层状结构;
(4)石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形,其顶点碳原子被
三个六边形共有,每个六边形占有的碳原子数为6× =2
晶体类型 石墨晶体中既存在共价键又存在范德华力,
同时还存在类似金属键的作用力,石墨晶体
属于混合型晶体
2.Na2SiO3晶体
(1)在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单Si ,Si通过共价键与4个O原子相连,形成硅氧四面
体。
(2)硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{Si }∞单元(如图所示),带负
电的链状硅酸盐{Si }∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。
3.晶体的复杂性
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如,BaTiO3
含有一种阴离子和多种阳离子,Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子。
(2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型,但是,原子之间形成的化学
键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡,即使组成简单的
晶体,也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态,形成过渡
晶体。
知识辨析
1.金属在发生变形时,金属键也断裂,这种说法正确吗
2.金属晶体导电和电解质溶液导电的实质是一样的,这种说法正确吗
3.“SiO2”是二氧化硅的分子式,这种说法正确吗
4.稀有气体由单原子构成,它的晶体属于共价晶体,这种说法正确吗
5.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,这种说法正确吗
6.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,这种说法正确吗
7.金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环共用,每个C—C键被6个六元环共用,这种说法正
确吗
一语破的
1.不正确。金属在发生变形时,金属阳离子和自由电子之间相互作用仍存在,金属键没有断
裂。
2.不正确。金属晶体导电是自由电子的定向移动,电解质溶液的导电是阴、阳离子的定向移
动。
3.不正确。SiO2晶体是共价晶体,不存在单个的分子,SiO2表示二氧化硅晶体中硅原子和氧原
子的个数比为1∶2。
4.不正确。稀有气体的晶体是由单原子分子构成的分子晶体。
5.不正确。分子晶体中,分子间作用力(有氢键还要考虑氢键的作用力)越大,熔、沸点越高。
6.不正确。部分分子晶体溶于水也可电离出自由移动的离子,如HCl。
7.正确。每个C原子形成4个C—C键,其中任意两个C—C键参加了2个六元环的形成,故每个C
原子被6×2=12个六元环共用,每个C—C键被3×2=6个六元环共用。
1.常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
①Na+、Cl-的配位数(某离子周围距离该离子最近的带异性电荷的离子的个数)均为6。
②每个Na+(Cl-)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl-(Na+)构成正八面体。
③每个Na+(Cl-)周围紧邻的Na+(Cl-)有12个。
关键能力 定点破
定点 1 离子晶体的结构与性质
④Li、Na、K、Rb的卤化物以及AgF、MgO等的晶胞构型相同。
(2)CsCl晶胞
①Cs+、Cl-的配位数均为8。
②每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cl-(Cs+)构成正六面体。
③每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cs+(Cl-)有6个。
④CsBr、CsI、NH4Cl等与CsCl的晶胞构型相同。
(3)CaF2晶胞
①Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4。
②每个F-周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体,每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成立方体。
③Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 。
④BaF2、PbF2、CeO2等与CaF2的晶胞构型相同。
知识拓展 ZnS晶胞结构
(1)Zn2+、S2-的配位数均为4。
(2)每个Zn2+(S2-)周围紧邻的S2-(Zn2+)构成正四面体。
(3)每个晶胞中有4个S2-、4个Zn2+。
(4)Zn2+与S2-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 。
(5)BeO、BeS等与ZnS的晶胞构型相同。
2.离子晶体熔、沸点
(1)晶体熔化时破坏离子键。
(2)阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高,如
熔、沸点:NaCl>CsCl等。
1.几种典型的共价晶体
(1)金刚石
①金刚石晶体结构可以看作碳原子之间以sp3杂化轨道形成共价键结合在一起的空间网状结构。
②金刚石晶体中最小碳环由6个碳原子组成,且不在同一平面内,形成立体的六元环状结构。
③金刚石晶体的熔点很高、硬度很大,性质十分稳定。
定点 2 共价晶体的结构与性质
(2)晶体硅
若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子,便可得到晶体硅的结构;晶体硅中的硅原子也
采取sp3杂化,与其他硅原子以共价键结合。
(3)二氧化硅(SiO2)
若向晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子,便可得到以硅氧四面体为骨架的
二氧化硅晶体的结构。每个Si原子与4个O原子形成4个共价键,每个O原子与2个Si原子形成2个共价键。在二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶2,晶体中不存在单个的SiO2分子。二氧化硅晶体中最小的环是由12个原子(6个O原子、6个Si原子)构成的。
2.常见共价晶体的晶胞及其中化学键数目
金刚石 碳化硅
晶胞
晶胞中微粒数目 8个C C:4个
Si:4个
1 mol物质中化学键的 物质的量 2 mol C—C 4 mol C—Si
3.性质
晶体 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)347 大于3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 830 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7
(1)比较
键能:C—C>C—Si>Si—Si;熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅;硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅。
(2)规律
共价晶体都具有较高的熔点和较大的硬度。对于结构相似的共价晶体来说,原子半径越小,
键长越短,键能越大,晶体的熔点就越高、硬度就越大。
典例 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,如图为其晶胞结构,其中的每个原子均满足8电子稳定
结构。下列有关说法正确的是 ( )
A.磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键
B.磷化硼晶体的化学式为BP,属于离子晶体
C.磷化硼晶体的熔点很低
D.磷化硼晶体结构中微粒的空间堆积方式与氯化钠晶体相同
A
思路点拨 根据题意可判断磷化硼属于共价晶体,从而得出磷化硼晶体的熔点很高,且只含
共价键。
解析 根据磷化硼晶胞结构可知,晶体中每个原子均形成4个共价键,A正确;蓝球位于立方晶
胞内,有4个,绿球位于晶胞顶点和面心,1个晶胞中绿球个数为8× +6× =4,所以磷化硼晶体
的化学式为BP,由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料知其属于共价晶体,熔点很高,B、C错误;
磷化硼晶胞与氯化钠晶胞不同,D错误。
1.依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断
(1)离子晶体的构成粒子是阴、阳离子,粒子间的作用力是离子键。
(2)共价晶体的构成粒子是原子,粒子间的作用力是共价键。
(3)分子晶体的构成粒子是分子,粒子间的作用力为分子间作用力。
(4)金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子,粒子间的作用力是金属键。
2.依据物质的类别判断
(1)活泼金属氧化物(K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。
(2)部分非金属单质、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
是分子晶体。
(3)常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。
定点 3 晶体类型的判断方法
(4)常温下金属单质(除汞外)是金属晶体。
3.依据物质的导电性判断
(1)离子晶体:固态不导电,在熔融状态下或水溶液中能导电。
(2)金属晶体:固态或熔融态均导电。
(3)共价晶体:一般不导电。
(4)分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是含氧酸和强极性非金属氢化物)溶于
水,分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。
4.依据晶体的熔点判断
(1)离子晶体的熔点较高,通常为数百至一千摄氏度。
(2)共价晶体的熔点很高,常在一千至几千摄氏度。
(3)分子晶体的熔点低,常在数百摄氏度以下。
(4)金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点很低。
5.依据硬度和机械性能判断
共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;离子晶体硬度较大且较脆;金属晶体多数硬度大,但
也有较小的,且具有延展性。
典例 多晶硅是单质硅的一种形态,是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原
料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.Y、Z的化学键类型相同,晶体类型也相同
B.制取粗硅过程中石英晶体中的硅氧键断裂
C.石英晶体的熔点、硬度均大于晶体硅
D.SiHCl3和SiCl4形成的晶体均为共价晶体
D
思路点拨 先判断物质的晶体类型,然后根据晶体类型分析对应的性质。
解析 电解饱和食盐水得到氢气、氯气和氢氧化钠,而Y具有还原性,故Y、Z分别为H2、Cl2,
二者都只含非极性共价键,通过分子间作用力形成分子晶体,A正确;制取粗硅的过程中焦炭
与石英发生反应,石英晶体中的硅氧键断裂,B正确;原子半径O的键能,石英晶体的熔点、硬度均大于晶体硅,C正确;SiHCl3和SiCl4均属于分子晶体,D错误。第2课时 共价晶体、分子晶体和晶体结构的复杂性
基础过关练
题组一 共价晶体
1.分析下列各物质的性质,判断其固态属于共价晶体的是( )
A.固态时或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右
B.黄色晶体,熔点为2 200 ℃,熔融态不导电
C.选择性良好的氟化试剂,在室温下易升华
D.无色晶体,沸点为2 980 ℃,固态不导电,熔融态能导电
2.在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高聚氮中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构,其中N—N键的键能为160 kJ·mol-1(N2中键的键能为942 kJ·mol-1)。下列说法错误的是( )
A.高聚氮比氮气稳定
B.高聚氮为共价晶体
C.高聚氮与N2互为同素异形体
D.N原子之间的化学键为非极性键
3.如图所示是金刚石的晶胞结构,除顶点和面心上有碳原子外,体内还有4个碳原子。回答下列问题:
(1)图1中原子A、C的分数坐标分别为(0,0,0)、(,1,),则原子B的分数坐标为 。若金刚石的晶胞参数为a pm,则碳原子的半径为 pm(用含a的代数式表示)。
(2)立方氮化硼结构和硬度都与金刚石相似,但熔点比金刚石低,原因是 ;图2是立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图,请在图2中圆球上涂“”和画“×”分别标明B与N的相对位置;硼原子周围等距且最近的硼原子数为 ;B原子的杂化方式为 。设NA为阿伏加德罗常数的值,若立方氮化硼的晶体密度为d g·cm-3,则晶胞参数a= nm。
题组二 分子晶体
4.(经典题)下列各项描述中,符合分子晶体特点的是( )
A.熔点为1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电
B.无色晶体,熔点为19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等
C.黄色晶体,熔点为2 200 ℃,熔融态不导电
D.熔点为630.74 ℃,沸点为1 750 ℃,熔融态能导电
5.甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B.晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C.甲烷晶体熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
6.观察下列模型并结合有关信息,判断有关说法不正确的是( )
B12结构单元 SF6分子 S8分子 HCN
结构 示意图
备注 熔点1 873 K — 易溶于CS2 —
A.B12结构单元中含有30个B—B键,含20个正三角形
B.HCN为直线形
C.SF6是由极性键构成的非极性分子
D.S8中S原子为sp2杂化
题组三 晶体类型的判断
7.下列各物质的晶体中,晶体类型相同的是( )
A.SO2和H2O B.HCl和NaCl
C.CO2和SiO2 D.Cu和Ne
8.近年来,科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物Al2H6的球棍模型如图所示,它的熔点为150 ℃,燃烧热值极高。下列说法错误的是( )
A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水
C.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
D.氢铝化合物(AlH3)n在熔融状态下能导电
9.(经典题)分子晶体的熔点通常都在200 ℃以下。下列数据是某些物质的熔点:
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 291 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
据此做出的下列判断中正确的是( )
A.NaCl晶体熔化时,吸收的热量用于破坏离子键
B.表中只有BCl3和CO2是分子晶体
C.碳和硅处于同一主族,故CO2和 SiO2的晶体类型相同
D.两种含钠化合物是离子晶体,三种含铝化合物也是离子晶体
题组四 过渡晶体与混合型晶体
10.几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如下表所示:
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键成分 的百分数/% 62 50 41 33
根据表格信息,推知下列离子晶体中离子键成分的百分数最高的是( )
A.KF B.LiF C.NaBr D.KCl
11.磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似,也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率,科学家研发了黑磷—石墨复合负极材料,其单层结构俯视图如图2所示。
根据图1和图2的信息,下列说法错误的是( )
A.黑磷区中P—P键的键能不完全相同
B.黑磷与石墨晶体类型相同
C.石墨区中C原子的杂化方式为sp2
D.石墨与黑磷的结合区中,P原子与C原子不共平面
能力提升练
题组一 晶体性质的比较
1.下列物质按熔点由低到高排列的顺序正确的是( )
A.NaCl、SiO2、CO2 B.NaCl、CO2、SiO2
C.CO2、NaCl、SiO2 D.SiO2、NaCl、CO2
2.在解释下列物质性质的变化规律时,与化学键无关的是( )
A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B.金刚石的硬度大于晶体硅,其熔、沸点也高于晶体硅
C.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
D.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
3.(经典题)下列排序不正确的是( )
A.晶体熔点由低到高:H2OB.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.熔点由高到低:Al>Mg>Na
D.晶格能由大到小:NaF>NaCl>NaBr>NaI
4.下列说法正确的是( )
A.沸点:PH3B.熔点:NaClC.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔点:SiI4题组二 晶体结构与性质的综合考查
5.单质硫和氢气在低温高压下可形成新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是( )
A.S位于元素周期表的p区
B.该物质的化学式为H3S
C.S位于H构成的四面体空隙中
D.该晶体不属于分子晶体
6.β-氮化碳的二维晶体结构如图所示,其硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关β-氮化碳的说法正确的是( )
A.β-氮化碳属于分子晶体
B.β-氮化碳中碳元素显-4价,氮元素显+3价
C.β-氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与两个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连
7.(不定项)下图a、b、c、d依次代表常见的NaCl、CO2、金刚石、冰的晶胞或结构,下列表述中正确的是( )
A.MgO的晶胞结构与NaCl类似,MgO的晶格能小于NaCl
B.干冰晶体中距离CO2分子最近且等距离的CO2分子有12个
C.若金刚石晶胞中1的原子坐标为(0,0,0),则2的原子坐标为(,,)
D.冰晶体中存在氢键,18 g冰含有4 mol氢键
8.硅在自然界大部分以二氧化硅及硅酸盐的形式存在,它们的基本结构单位是硅氧四面体[SiO4](图1)。石英晶体中的硅氧四面体相连构成螺旋链(图2)。天然硅酸盐组成复杂,硅、氧原子通过共用氧原子形成各种不同的硅酸根阴离子,一种硅酸根阴离子结构如图3。下列说法不正确的是( )
A.基态Si原子的核外电子有8种空间运动状态
B.二氧化硅中硅原子的配位数是4
C.图2中Si原子的杂化轨道类型是sp3
D.图3硅酸根阴离子结构中硅和氧的原子个数比为1∶3
9.用高压釜施加高温高压并加入金属镍等催化剂,可实现如图所示的石墨转化为物质B的过程,下列有关说法错误的是( )
A.石墨比物质B更稳定
B.在该条件下,石墨转化为物质B的变化是化学变化
C.物质B的硬度比石墨的大,属于共价晶体
D.石墨和物质B中的C均采取sp2杂化,键角均为120°
10.请回答下列问题:
Ⅰ.如图所示为钙钛矿晶胞结构,该结构是具有代表性的最小重复单位。
(1)该晶胞结构中,O2-、Ti4+、Ca2+的个数比是 ,该物质的化学式可表示为 。
(2)若钙、钛、氧三种元素原子的相对原子质量分别为a、b、c,晶胞结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm=10-9 m),阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol-1,则该晶体的密度为 g·cm-3。
Ⅱ.氮化碳的结构如图所示。已知氮化碳晶体和氮化硅晶体的结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是
。
(4)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式 。
(5)ⅢA族、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为 ,GaN属于 晶体。
答案与分层梯度式解析
第2课时 共价晶体、分子晶体和
晶体结构的复杂性
基础过关练
1.B 固态时或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右,应该为金属晶体,故A不选;黄色晶体,熔点为2 200 ℃,熔融态不导电,应为共价晶体,故B选;在室温下易升华,应为分子晶体,故C不选;固态不导电,熔融态能导电,应为离子晶体,故D不选。
2.A 高聚氮中的N—N键的键能(160 kJ·mol-1)小于N2中键的键能(942 kJ·mol-1),所以氮气比高聚氮稳定,故A错误;高聚氮中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构,则高聚氮为共价晶体,故B正确;高聚氮和N2都是由N元素形成的单质,二者互为同素异形体,故C正确;N原子之间的化学键为非极性键,故D正确。
3.答案 (1)(,,) a
(2)B—N键键能小于C—C键 (或B与N的位置互换) 12 sp3 ×107
解析 (1)由题图1可知,原子B在x、y、z轴上的坐标分别为、、,故分数坐标为(,,)。若金刚石的晶胞参数为a pm,其体对角线长度为碳原子半径的8倍,则碳原子的半径为a pm。
(2)立方氮化硼与金刚石均为共价晶体,碳碳键键长小于硼氮键,使得B—N键键能小于C—C键,故立方氮化硼熔点比金刚石低;将图2中正方形均分成四个小正方形,B投影在四个小正方形的中心,N投影在图2中正方形的顶点、中心和边的中心,故为,B与N的位置可互换;硼原子周围等距且最近的硼原子有12个;B原子形成4个B—N键,杂化方式为sp3;根据“切割法”,金刚石晶胞中含8×+6×+4=8个C,则立方氮化硼晶胞中含有4个BN,设晶胞边长为x nm,则晶体密度为×1021 g·cm-3=d g·cm-3,x=×107。
4.B 分子晶体具有熔点低、硬度小、熔融状态下不导电等特点。A项,熔点为1 070 ℃,熔点较高,不符合分子晶体的性质特点;B项,熔点为19.5 ℃,熔点较低,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等,符合分子晶体的性质特点,属于分子晶体;C项,熔点为2 200 ℃,熔点高,不符合分子晶体的性质特点;D项,该晶体熔融状态下能导电,不符合分子晶体的性质特点。
5.B 甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子,所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子,故A错误;晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为12,故B正确;甲烷晶体为分子晶体,熔化时需要克服分子间作用力,故C
错误;1个CH4晶胞中CH4分子个数为8×+6×=4,故D错误。
6.D 由图可知,每个硼原子平均形成×5个共价键,12个硼原子形成12××5=30个共价键,形成正三角形的数目为=20,故A正确;HCN的结构式为,空间结构为直线形,故B正确;由图可知,SF6分子为空间结构对称的正八面体形,正、负电荷重心重合,属于非极性分子,故C正确;S8中硫原子的价电子对数为4,孤电子对数为2,则硫原子为sp3杂化,故D错误。
7.A SO2和H2O都属于分子晶体,故A符合题意;HCl属于分子晶体,NaCl属于离子晶体,故B不符合题意;CO2属于分子晶体,SiO2属于共价晶体,故C不符合题意;Cu属于金属晶体,Ne属于分子晶体,故D不符合题意。
8.D 根据Al2H6的熔点为150 ℃以及Al2H6的球棍模型知,Al2H6为分子晶体,A正确;Al2H6的燃烧热值极高,在空气中完全燃烧的产物为氧化铝和水,B正确;因氢铝化合物的燃烧热值极高,可能成为未来的储氢材料和火箭燃料,C正确;氢铝化合物(AlH3)n属于分子晶体,在熔融状态下不导电,D错误。
9.A NaCl晶体属于离子晶体,其熔化时离子键断裂,吸收的热量用于破坏离子键,A正确;题表中AlCl3、BCl3和CO2均属于分子晶体,B错误;碳和硅处于同一主族,但CO2是分子晶体,SiO2是共价晶体,C错误;氯化铝是分子晶体,D错误。
10.A 根据表格信息,电负性差值越大的两种元素组成的化合物中离子键成分的百分数越大。题给物质所含的元素中,钾电负性最小,氟电负性最大,则KF晶体中离子键成分的百分数最高,A项符合题意。
11.D 由图1可知,P—P键的键长不完全相同,则黑磷区中P—P键的键能不完全相同,A正确;黑磷与石墨类似,也具有层状结构,二者均为混合型晶体,B正确;每个碳原子与周围3个碳原子形成σ键,C原子的杂化方式为sp2,C正确;石墨六元环中的碳原子共面,石墨与黑磷的结合区中碳原子杂化方式不变,则石墨与黑磷的结合区中,磷原子与碳原子共平面,D错误。
能力提升练
1.C NaCl属于离子晶体,SiO2属于共价晶体,CO2属于分子晶体,一般情况下,不同类型晶体的熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体,则熔点:CO22.D A项,HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小,热稳定性依次减弱,与化学键有关;B项,金刚石中碳碳键的键能大于晶体硅中硅硅键的键能,金刚石的硬度大于晶体硅,熔、沸点也高于晶体硅,与化学键有关;C项,NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低是因为它们的晶格能随离子半径增大而逐渐减小,与化学键有关;D项,F2、Cl2、Br2、I2均为分子晶体,熔、沸点逐渐升高是由于分子间作用力逐渐增大,与化学键无关。
3.A H2O分子间存在氢键,其熔点较高,则晶体熔点由低到高的顺序
为H2S碳化硅>晶体硅,B项正确;金属阳离子所带电荷数越多、离子半径越小,金属单质的熔点越高,则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na,C项正确;离子半径越小,离子所带电荷数越多,晶格能越大,F-、Cl-、Br-、I-的半径依次增大,则晶格能由大到小的顺序为NaF>NaCl>NaBr>NaI,D项正确。
4.A NH3、H2O分子之间存在氢键,使物质的熔、沸点升高,常温下水为液体,因此沸点PH3SiBr4>SiCl4,D错误。
5.C S的价电子排布式为3s23p4,故S位于元素周期表的p区,A正确;1个晶胞中,S个数为8×+1=2,H个数为12×+6×=6,H、S原子个数比为3∶1,故该物质的化学式为H3S,B正确;S位于H构成的八面体空隙中,如图所示,C错误;该晶体是一种新型超导材料,而分子晶体不能导电,故该晶体不属于分子晶体,D正确。
6.C β-氮化碳的硬度超过金刚石晶体,又C和N都属于非金属元素,β-氮化碳属于共价晶体,故A错误;N的电负性强于C,所以N元素显-3价,C元素显+4价,故B错误;由β-氮化碳的结构可知,1个C原子与4个N原子相连,1个N原子与3个C原子相连,则化学式为
C3N4,故C正确,D错误。
7.BC 晶格能与离子间距(核间距)成反比,与离子所带电荷数成正比,Mg2+、O2-所带电荷数多于Na+、Cl-,且r(Mg2+)r(Cl-),所以MgO的晶格能比NaCl的大,A错误;干冰晶体中,1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻,B正确;1的原子坐标为(0,0,0),则2的原子坐标为(,,),C正确;根据冰的结构示意图可知,每个水分子通过氢键和4个水分子结合,平均每个水分子含有氢键数目为4×=2,则18 g(1 mol)冰含有2 mol氢键,D错误。
8.D 核外电子占据的原子轨道数等于电子的空间运动状态数目,基态Si原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+2=8种,A正确;由题图1可知,二氧化硅中硅原子的配位数为4,B正确;题图2中,硅氧四面体相连构成螺旋链,Si原子的杂化轨道类型是sp3,C正确;由题图3可知,每个硅氧四面体分别以三个顶角位置的氧原子和相邻的三个硅氧四面体共用,根据“切割法”,每个硅氧四面体含有的氧原子数为3×+1=2.5,含有的硅原子数为1,则硅和氧的原子个数比为1∶2.5=2∶5,D错误。
9.D 由题给结构可知,高温高压并有催化剂存在时,石墨转化得到的物质B为金刚石。键长:金刚石>石墨,则键能:金刚石<石墨,键能越大,键越牢固,物质越稳定,石墨更稳定,A项正确;石墨和金刚石互为同素异形体,石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成,是化学变化,B项正确;金刚石属于共价晶体,其硬度比石墨的大,C项正确;石墨中的C采取sp2杂化,键角是120°,金刚石中的C采取sp3杂化,键角是109°28',D项错误。
10.答案 (1)3∶1∶1 CaTiO3
(2)
(3)小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳键键长比氮硅键键长短,故氮碳键的键能大于氮硅键
(4)Si3N4
(5)正四面体形 共价
解析 (1)根据晶胞的结构利用“切割法”可知,每个晶胞中Ti4+的个数为8×=1,O2-的个数为12×=3,Ca2+的个数为1,所以O2-、Ti4+、Ca2+的个数比是3∶1∶1,化学式可表示为CaTiO3。
(2)ρ== g·cm-3= g·cm-3。
(3)氮化碳晶体和氮化硅晶体的结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,说明二者都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳键的键长比氮硅键键长短,氮碳键的键能大于氮硅键,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度。
(4)N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。
(5)GaN的晶体结构与晶体硅相似,所以GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间
构型为正四面体形。
2第2节 几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体与离子晶体
基础过关练
题组一 金属晶体的通性
1.(教材习题改编)下列说法中,正确的是( )
A.金属在常温下都是晶体
B.晶体中存在阴离子,就一定存在阳离子
C.金属晶体所有性质均与金属键有关
D.金属阳离子与“自由电子”之间的相互作用,在一定外力作用下,会因形变而消失
2.下列有关说法正确的是( )
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是“自由电子”
B.金属导电的实质是金属阳离子在外加电场作用下的定向移动
C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强
D.金属晶体的堆积方式会影响金属的性质
3.“乌铜走银”是云南特有的中国传统铜制工艺品。它以铜为胎,在胎上雕刻各种花纹图案,然后将熔化的银(或金)水填入花纹图案中,完成制作后需经常用汗湿的手摩擦器物,使铜胎变为乌黑,透出银(或金)纹图案。下列有关该工艺的说法错误的是( )
A.用铜和少量的贵金属熔炼成的铜胎仍具有金属性能
B.熔化银(或金)时需破坏金属键
C.铜胎变乌黑的原因是汗液中存在氧化性物质使铜变成了氧化铜
D.“自由电子”的存在使金、银等金属具有金属光泽
题组二 金属晶体的结构和性质
4.(教材深研拓展)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式:六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积,如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图,则图示结构内金属原子个数比为( )
A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
5.(易错题)云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,也可用于制造仿银饰品。镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.晶胞中铜原子与镍原子的个数比为3∶1
B.铜镍合金是含有金属键的化合物
C.Cu的电导率随温度的升高而减小
D.镍白铜晶体具有较大的硬度
6.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也不同。两种铁晶胞(均为立方体,边长分别为a nm和1.22a nm)的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是( )
图1 图2
A.用X射线衍射可测定铁晶体的结构
B.图2代表的铁单质中,一个铁原子周围最多有4个紧邻的铁原子
C.图1与图2代表的铁单质中,原子之间以金属键相互结合
D.图1与图2代表的铁单质的密度不同
7.镁铝合金具有优异的性能,其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.镁铝合金的化学式为MgAl2
B.镁铝合金的硬度高于其组成金属镁
C.晶体中存在的化学键类型为金属键
D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
题组三 离子晶体的结构和性质
(经典题)下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于NaCl晶体结
构的图像是( )
A.图(2)和图(3) B.图(1)和图(4)
C.只有图(1) D.图(1)和图(3)
9.CaF2晶体的晶胞结构如图所示,其中Ca2+以表示,F-以○表示。下列关于该离子晶体的说法中正确的是 ( )
A.CaF2与BaF2的晶体类型相同,CaF2的熔点比BaF2的大
B.该晶体中含有离子键和共价键
C.每个晶胞中含6个Ca2+
D.每个Ca2+周围有4个与它等距且最近的Ca2+
10.(经典题)北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属K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.该晶体熔融状态时能导电
D.C60分子中碳原子采取sp3杂化
11.下列关于离子晶体的描述不正确的是( )
A.离子晶体是阳离子和阴离子通过静电吸引力结合而成的晶体
B.稳定性:Na2O>Na2S>Na2Se
C.硬度:MgCl2>CaCl2>BaCl2
D.在氯化钠晶体中,Na+和Cl-的配位数均为6
题组四 晶格能
12.下列关于晶体的描述正确的是( )
A.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近且相等的Cs+有12个
B.晶格能通常取正值,但是有时也取负值
C.离子晶体的晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高
D.晶格能越大,物质的硬度反而越小
13.已知钠与两种卤族元素形成的化合物Q、P,它们的晶格能分别为923 kJ·mol-1、786 kJ·mol-1,下列有关说法中不正确的是( )
A.Q的熔点比P的高
B.若P是NaCl,则Q一定是NaF
C.Q中成键离子核间距较小
D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr
能力提升练
题组一 金属晶体的结构及相关计算
1.(经典题)如图为某金属的面心立方晶胞,则该金属的一个晶胞中实际拥有的原子数为( )
A.3 B.4 C.7 D.9
2.某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,其晶胞如图1所示(图2为晶胞中的一部分),已知NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.该晶体是离子晶体
B.该合金的组成可表示为K2Sb
C.与每个Sb原子距离最近且相等的Sb原子有6个
D.该晶体的密度为×1021 g·cm-3
3.用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞,其中一种晶胞的结构如图所示,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A.离子半径:Fe3+B.a原子的坐标参数为(0,,)
C.若晶体的密度为b g·cm-3,则1个晶胞的体积为 cm3
D.该晶胞的俯视投影图为
4.(教材深研拓展)金属原子在二维空间里放置的非密置层如图1,非密置层在三维空间里堆积可得体心立方堆积如图2,金属钨晶体晶胞的结构模型与图2相同。实验测得金属钨的密度为19.30 g·cm-3,已知钨的相对原子质量为183.8,NA为阿伏加德罗常数的值,回答下列问题:
(1)在钨晶体中每个晶胞占有的钨原子数为 个。
(2)钨晶体晶胞的边长a= cm。
(3)钨原子的半径为 cm。
题组二 离子晶体的结构及相关计算
5.乙炔可以用CaC2与水反应制取,CaC2晶体的晶胞结构如图所示,CaC2晶体中由于的存在,使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的描述错误的是( )
A.CaC2晶体中存在离子键、共价键
B.和Ca2+距离相等且最近的构成的多面体是正六面体
C.和Ca2+距离相等且最近的Ca2+有4个
D.如图所示的结构中共含有4个Ca2+和4个
6.几种离子晶体的晶胞如图所示,则下列说法正确的是( )
A.熔、沸点:NaClB.在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距的Na+数目为6
C.若ZnS的晶胞边长为a pm,则Zn2+与S2-之间最近的距离为a pm
D.上述三种晶胞中,其阳离子的配位数大小关系为ZnS7.(不定项)我国科学家合成了太阳能电池材料(CH3NH3)PbI3,其晶体结构如图所示,属于立方晶系,晶胞质量为m g,其中大球代表(CH3NH3)+,原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,,)。下列说法错误的是( )
A.B代表Pb2+
B.每个晶胞中含有I-的数目为6
C.C的原子坐标参数为(,,0)
D.(CH3NH3)PbI3的摩尔质量为 g·mol-1
8.(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(列出计算式即可)。
FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为a nm,FeS2的摩尔质量为M g·mol-1,设阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度为 g·cm-3;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。
9.(1)锂电池负极材料晶体为Li+嵌入两层石墨层中导致石墨堆积方式发生改变形成的,上、下层一样,晶胞结构如图1所示。晶胞中锂离子和碳原子的个数之比为 。
(2)Li2NH为反萤石结构,其晶胞结构如图2所示。若Li+的半径为
a pm,NH2-的半径为b pm,Li2NH的摩尔质量为M g·mol-1,设NA表示阿伏加德罗常数的值,则Li2NH的密度为 g·cm-3(用含a、b、M、NA的代数式表示,列出计算式即可)。
答案与分层梯度式解析
第2节 几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体与离子晶体
基础过关练
1.B Hg在常温下是液体,A项错误;晶体中存在阴离子,就一定存在阳离子,B项正确;金属键主要影响金属的物理性质,C项错误;金属键在一定外力作用下,不会因形变而断裂,D错误。
2.D 金属原子的核外电子在金属晶体中不都是“自由电子”,A项错误;金属导电的实质是在外加电场作用下自由电子定向移动产生电流,B项错误;金属原子在化学变化中失去电子越容易,其还原性越强,C项错误;金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质,如延展性,D项正确。
3.C 合金具有金属性能,用铜和少量的贵金属熔炼成的铜胎仍具有金属性能,A正确;银、金为金属晶体,熔化时需破坏金属键,B正确;汗液能提供电解质溶液,与铜和银(或金)构成原电池,铜为负极,更容易被空气中的O2氧化,C错误;金属中的“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放,因而金属具有金属光泽,D正确。
4.A a中金属原子个数=12×+2×+3=6,b中金属原子个数=8×
+6×=4,c中金属原子个数=1+8×=2,所以a、b、c中金属原子个数比是6∶4∶2=3∶2∶1,故选A。
5.B 晶胞中Cu原子数目=6×=3、Ni原子数目=8×=1,则晶胞中Cu与Ni原子数目之比为3∶1,A正确;铜镍合金属于金属固溶体,不是化合物,B错误;Cu的电导率随温度升高而减小,C正确;合金的硬度一般比组分金属大,镍白铜晶体具有较大的硬度,可用于造币以及制造仿银饰品,D正确。
6.B 用X射线衍射可测定铁晶体的结构,故A正确;图2代表的铁单质中,以底面中心的铁原子为研究对象,上层、同层、下层各有4个紧邻的铁原子,所以一个铁原子周围最多有12个紧邻的铁原子,故B不正确;铁为金属晶体,铁单质中原子之间以金属键相互结合,故C正确;根据“切割法”,图1的晶胞中含有Fe的个数为8×+1=2,所以晶体的密度为×1021 g·cm-3,同理,图2代表的晶体的密度为×1021 g·cm-3,所以图1与图2代表的铁单质的密度不同,故D正确。
7.B 晶胞中Mg:8×+6×=4个,Al原子共有8个,化学式为MgAl2,A正确;合金的硬度一般高于其组成金属,B错误;合金属于金属晶体,存在金属键,C正确;一个晶胞中含有4个“Mg Al2”,其质量为 g= g,D正确。
8.B 在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引着距离最近且等距离的6个Cl-,同样每个Cl-周围同时吸引着距离最近且等距离的6个Na+,图(1)中体心位置的离子的配位数为6,图(4)中任一离子的配位数都是6,则图(1)(4)符合条件;故选B。
9.A CaF2与BaF2均属于离子晶体,Ca2+和Ba2+所带电荷数相等,且离子半径:Ca2+BaF2,A正确;CaF2晶体中只含离子键,B错误;每个晶胞中所含Ca2+的个数为8×+6×=4,C错误;根据题图,Ca2+位于晶胞的顶点和面心,每个Ca2+周围有12个与它等距且最近的Ca2+,D错误。
10.C K3C60晶体中的共价键均是非极性键,A错误;K3C60晶体为离子晶体,而C60是分子晶体,离子晶体的熔点通常比分子晶体的熔点高,B错误;K3C60晶体中有K+和,该晶体熔化时能电离出自由移动的离子,所以能导电,C正确;C60分子中碳原子采取sp2杂化,D错误。
11.A 离子晶体是阳离子和阴离子通过静电作用结合而成,静电作用包括静电斥力和静电吸引力,A错误;Na2O、Na2S、Na2Se中离子所带电荷数相同,r(O2-)Na2S>Na2Se,B正确;MgCl2、CaCl2、BaCl2中离子所带电荷数相同,r(Mg2+)CaCl2>BaCl2,C正确;在氯化钠晶体中,Na+(或Cl-)周围距离最近且相等的Cl-(或Na+)数目为6,D正确。
12.C 在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cs+有6个,A错误;晶格能取正值,而不取负值,B错误;离子晶体的晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大,C正确、D错误。
13.D Q的晶格能大于P的晶格能,Q的熔点比P的熔点高,A正确;因F-的半径比Cl-的小,NaF的晶格能大于NaCl的晶格能,B正确;离子晶体中成键离子核间距越小,离子所带电荷数越多,晶格能越大,因Q、P中成键离子所带电荷数相同,所以Q中成键离子核间距较小,C正确;因Br-的半径比Cl-的大,NaBr的晶格能小于NaCl的晶格能,D错误。
能力提升练
1.B 面心立方晶胞中有8个原子位于顶点,6个原子位于面心,根据“切割法”可知,该晶胞中含有的原子个数为8×+6×=4。
2.D 该晶体是合金,属于金属晶体,A错误;该晶胞中K的个数为12×+9=12,Sb的个数为8×+6×=4,故K和Sb原子数之比为3∶1,该合金的组成可表示为K3Sb,B错误;根据晶胞的结构可知,与每个Sb原子距离最近且相等的Sb原子有12个,C错误;一个晶胞中含有4个“K3Sb”,晶胞质量为 g,晶体的密度为×1021 g·cm-3,D正确。
3.C Fe2+、Fe3+是Fe元素形成的不同阳离子,核外电子数越多,半径越大,则离子半径Fe2+>Fe3+,故A正确;观察晶胞结构图可知,a在x轴的截距为0,y轴的截距为,z轴的截距为,则a原子的坐标参数为(0,,),故B正确;根据“切割法”可知1个晶胞中铁原子个数为8×+6×=4,设1个晶胞的体积为V cm3,则晶体的密度为 g·
cm-3=b g·cm-3,可知1个晶胞的体积为 cm3,故C错误;由晶胞的结构可知,Fe在顶点和面心,该晶胞的俯视投影图为,故D正确。
4.答案 (1)2 (2)3.16×10-8 (3)1.37×10-8
解析 (1)晶胞中钨位于顶点和体心,1个晶胞中含有8×+1=2个钨原子。
设晶胞的边长为x cm,则晶胞的体积为x3 cm3,晶胞的质量为 g,则有 g·cm-3=19.30 g·cm-3,解得x=
≈3.16×10-8。
(3)设钨原子的半径为r cm,钨原子的半径等于晶胞体对角线长度的,则r=×3.16×10-8≈1.37×10-8。
5.B CaC2中含离子键,属于离子晶体,其中中含非极性共价键,A正确;由于晶胞沿一个方向拉长,故和Ca2+距离相等且最近的只有4个,且在同一平面上(与拉长方向垂直的面),构成的是正方形,B错误;和Ca2+距离相等且最近的Ca2+只有4个,且在同一平面上(与拉长方向垂直的面),C正确;晶胞中Ca2+的个数为12×+1=4,的个数为8×+6×=4,D正确。
6.D NaCl和CsCl都是离子晶体,Na+半径小于Cs+半径,NaCl中的离子键较强,熔、沸点较高,故A项错误;由NaCl的晶胞结构可知,距离Na+最近且等距的Na+数目为12,故B错误;ZnS的晶胞边长为a pm,
Zn2+与S2-之间的最近距离为体对角线长度的,所以Zn2+与S2-之间最近的距离为a pm,故C错误;ZnS中阳离子的配位数为4,NaCl中阳离子的配位数为6,CsCl中阳离子的配位数为8,则三种晶胞中阳离子的配位数大小关系为ZnS7.BD 题图表示2个晶胞,其中(CH3NH3)+位于晶胞的顶点,个数为8×=1,B代表的离子位于晶胞内部,个数为1,C代表的离子位于晶胞面上,个数为6×=3,由化学式(CH3NH3)PbI3可知B代表Pb2+,C代表I-。由分析可知,B代表Pb2+,A项正确;图示晶体结构中含有2个晶胞,每个晶胞中含有I-的数目为3,B项错误;由原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,,)可知,C的原子坐标参数为(,,0),C项正确;由上述分析可知,每个晶胞中含有1个(CH3NH3)PbI3,设其摩尔质量为M,则=m g,解得M=m×6.02×1023 g·mol-1,D项错误。
8.答案 (1)
(2)×1021 a
解析 (1)1个Li2O晶胞中含O的个数为8×+6×=4,含Li的个数为8,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,位于顶点和面心,个数为8×+6×=4,故晶体密度为×1021 g·cm-3。根据晶胞结构,所形成的正八面体的边长等于面对角线长度的一半,故该正八面体的边长为a nm。
9.答案 (1)1∶6
(2)×1030
解析 (1)由图1知2个碳原子处于体内,其他碳原子都在面上,一个晶胞中碳原子个数为2+8×=6,而Li+处于晶胞的顶点,一个晶胞中Li+个数为8×=1,因此晶胞中锂离子和碳原子的个数之比为1∶6。
根据Li2NH晶胞结构图可知,一个晶胞中Li+个数为8,NH2-个数为8×+6×=4,设晶胞的边长为c pm,由题图分析可知,晶胞的体对角线长为4(a+b) pm,故c=4(a+b),c=(a+b),ρ==×1030 g·
cm-3=×1030 g·cm-3。
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