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第三节 金属晶体与
离子晶体
1.通过学习金属键和金属晶体,能借助金属晶体的模型说明金属晶体的结构特点及其构成粒子间的相互作用,能利用金属键、电子气理论解释金属的一些物理性质。2.通过认识离子晶体及离子晶体中粒子间的相互作用,能辨识常见的离子晶体,明确粒子间的相互作用,能解释、说明离子晶体性质的差异。3.通过认识普遍存在的过渡晶体及混合型晶体,明确粒子间的相互作用,能辨识常见的过渡晶体、混合型晶体(石墨),能解释石墨晶体性质,能根据过渡晶体及混合型晶体的结构特点预测其性质。
认识金属键与金属晶体
学习任务1
1.金属键
(1)概念:“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“ ”,被所有原子所共用,从而把所有的金属原子维系在一起。
(2)成键粒子: 和 。
(3)特点。
金属键的强度差别很大,如金属钠的熔点 、硬度 ,熔点最高的金属是 ,硬度最大的金属是 。
价电子
电子气
金属阳离子
自由电子
较低
较小
钨
铬
2.金属晶体
(1)概念:通过金属阳离子与 之间的较强作用形成(金属键)的晶体,叫做金属晶体。
金属晶体中,除了纯金属,还有大量的合金。
(2)结构:好像很多硬球一层一层很紧密地堆积,每一个金属原子的周围有较多相同的原子围绕着。
自由电子
(3)用“电子气理论”解释金属的物理性质。
相对滑动
排列方式
电子气
金属键是化学键的一种,主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电作用组合而成。金属键有金属的很多特性。例如:一般金属的熔、沸点随金属键的强度增大而升高。
金属 Na Mg Al
晶体结构示意图
1个原子紧邻原子的个数(配位数)
熔点/℃ 97.72 648.8 660
沸点/℃ 883 1 090 2 327
密度/(g/cm3) 0.97 1.74 2.7
硬度 Na
探究 金属键对金属的物理性质的影响
问题1:根据材料中晶体结构示意图,将钠、镁、铝晶体中1个原子紧邻原子的个数(配位数)填入上表。
提示:8 12 12
问题2:根据以上信息推测金属键强弱的影响因素有哪些。
提示:由于金属键是产生在自由电子(带负电)和金属阳离子(带正电)之间的电性作用,所以金属阳离子的电荷越多、半径越小,则金属键越强。由于堆积方式影响空间利用率,所以它也是金属键强弱的影响因素之一。
问题3:根据以上分析,试解释Na、Mg、Al的熔点依次升高、硬度依次增大的原因。
提示:Na+、Mg2+、Al3+的电荷数依次增大,半径依次减小,金属键依次增强。
问题4:根据规律推测Li、Na、K、Rb、Cs的熔点高低。
提示:Li>Na>K>Rb>Cs。同类型的金属晶体,它们的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定,阳离子半径越小、所带电荷越多,相互作用力就越大,熔点就越高。
问题5: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。
1.金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子,而几乎是均匀地分布在整块晶体中,因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用,这就是金属键,因此金属键没有方向性和饱和性。
归纳拓展
归纳拓展
2.金属键强弱的比较
一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱;原子半径越小,价电子数越多,金属键越强。
3.金属键对物质性质的影响
金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。如钨是熔点最高的金属,铬是硬度最大的金属。
归纳拓展
[拓展] 金属晶体熔点差别较大,一般熔、沸点较高,但有部分熔点较低,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之间的作用力强度不同。
1.如图是金属晶体的“电子气理论”示意图,“电子气理论”可以用来解释金属的性质。
下列说法正确的是( )
[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,金属阳离子各层间会出现相对滑动,但自由电子可以起到润滑的作用,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的强,硬度比纯金属的小
C
【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,A错误;金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞,从而发生热的传导,B错误;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的弱,硬度比纯金属的大,D错误。
2.下列关于金属键或金属的性质说法正确的是( )
①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的 ②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 ③Na、Mg、Al的熔点依次升高 ④金属键没有方向性和饱和性,金属中的电子在整个三维空间运动,属于整个金属 ⑤金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失 ⑥钙的熔、沸点低于钾的 ⑦温度越
高,金属的导电性越好 ⑧金属镁的硬度大于金属钙的
[A] ①③⑥ [B] ②④⑤⑦⑧ [C] ③④⑤⑧ [D] ①②③④⑥⑧
C
【解析】 ①金属的导电性是在外加电场的作用下,自由电子发生定向移动实现的,而金属阳离子并没有移动,错误;②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用,并非仅存在静电吸引作用,错误;③一般情况下,金属阳离子所带电荷数越多、半径越小,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,硬度越大,Na+、Mg2+、Al3+三种离子的半径依次减小,离子所带电荷数依次增多,金属键越来越强,Na、Mg、Al的熔点依次升高,正确;⑤金属有延展性,金属键不因形变而消失,正确;⑥ r(Ca)K,所以金属键Ca>K,故熔、沸点Ca>K,错误;⑦金属的导电性随温度升高而降低,错误;⑧因镁离子的半径比钙离子的小而所带电荷数相同,金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大,正确。
3.(2024·河北保定月考)铜镍合金的立方晶胞结构如图所示,下列说法错误的是( )
[A] 该合金的分子式为NiCu
[B] Cu属于ds区的元素
[C] Ni晶体中有阳离子,没有阴离子
[D] Cu的电导率随温度的升高而减小
A
归纳拓展
金属晶体导电与电解质溶液导电的比较
项目 运动的
粒子 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
探究离子晶体
学习任务2
1.离子晶体
(1)概念:由 和 相互作用而形成的晶体。
(2)结构特点。
①构成粒子: 和 。
②粒子间的作用力: 。
阳离子
阴离子
阳离子
阴离子
离子键
2.常见的离子晶体
(1)两种典型离子晶体及其性质。
4
化学式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中
离子数目 Na+:
Cl-: Cs+:
Cl-:
4
1
1
阳离子的配位数
阴离子的配位数
熔点/℃ 801 645
沸点/℃ 1 413 1 290
6
8
6
8
注:离子晶体的配位数指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
(2)大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子。如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、 Cu(NH3)4SO4·H2O等。
以下是八种物质的熔点:
序号 物质 熔点/℃
① NaF 995
② NaCl 801
③ NaBr 775
④ NaI 651
⑤ MgO 2 852
⑥ CaO 2 613
⑦ SrO 2 430
⑧ BaO 1 918
探究 离子晶体的结构与性质关系
问题1:用手揉捏食盐,烧烤或爆炒时加入食盐未见其熔化,请说明氯化钠具有怎样的性质并解释其原因。
提示:氯化钠具有硬度大、难以压缩、熔点高的性质;离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键),要克服离子间的相互作用使物质熔化,就需要较多的能量。
问题2:①～④、⑤～⑧中物质的熔点为什么会逐渐降低
提示:①～④均为离子晶体且离子所带电荷数相同,从F-→I-随着离子半径的增大,离子键强度减弱,熔点逐渐降低。⑤～⑧均为离子晶体且离子所带电荷数相同,从Mg2+→Ba2+随着离子半径的增大,离子键强度减弱,熔点逐渐
降低。
问题3:⑤～⑧中物质的熔点远高于①～④中物质的原因是什么
提示:⑤～⑧中物质的离子所带电荷数高于①～④中的物质的离子所带的电荷数,离子所带电荷越多,离子键越强,熔点越高。
问题4:离子晶体的熔点是否都很高 通过上述分析,你能得出影响离子晶体熔点高低的因素有哪些吗 其影响规律是什么
提示:不一定,离子晶体熔点多数较高。影响离子晶体熔点高低的因素主要有晶体的结构类型、离子所带电荷数及离子半径(离子间的距离)等。类型相似的离子晶体其规律是离子所带电荷越多、离子半径越小,离子晶体的熔点越高。
1.离子晶体的组成、结构特点
(1)离子晶体中一定含有阴、阳离子,可能含有小分子,晶体的化学式只表示物质的构成粒子个数比,不是分子式。
(2)离子晶体中一定含有离子键,也可能含有共价键、氢键等其他作用力。
(3)离子晶体中离子键没有方向性和饱和性,但每个阴(阳)离子周围排列的最邻近的带相反电荷的离子数目都是固定的(配位数一定)。
归纳拓展
归纳拓展
2.离子晶体的性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键,要使它由固态变成液态或气态,需消耗较多的能量,所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下,同种类型的离子晶体,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎
归纳拓展
导电性 不导电,但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中,离子键较强,阴、阳离子不能自由移动,即晶体中无自由移动的离子,因此离子晶体不导电。当升高温度时,阴、阳离子获得足够的能量,克服了离子间的相互作用力,成为自由移动的离子,在外加电场的作用下,离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时,阴、阳离子受到水分子的作用成为自由移动的离子(或水合离子),在外加电场的作用下,阴、阳离子定向移动而导电
归纳拓展
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中,难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时,水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体,变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果发生滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定,所以离子晶体无延展性
题点一 离子晶体结构的分析
1.下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是( )
[A] 1 mol氯化铯中有6.02×1023个CsCl
[B] 氯化铯晶体中,每个Cs+周围与它最近且等距离的Cs+有6个
[C] 氯化铯晶体的硬度较大是由于Cs+和Cl-之间存在着较强的离子键
[D] 每个晶胞中平均含有1个Cs+和1个Cl-
A
【解析】 在氯化铯晶体中不存在CsCl,只存在Cs+和Cl-,化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs+和Cl-的个数比为1∶1。
2.(2024·湖北孝感重点高中教科研协作体期中)两种常见离子晶体的晶胞如图所示。下列说法正确的是( )
[A] 熔点:NaCl[B] 在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距的Na+数目为6
[C] 若NaCl晶胞的边长为a pm,则Na+与Cl-之间的最短距离为0.5a pm
[D] CsCl晶胞中Cl-的配位数为6
C
【解析】 NaCl和CsCl都是离子晶体,Na+的半径小于Cs+的半径,半径越小,离子间的离子键越强,熔点越高,因此熔点:NaCl>CsCl,故A错误;根据NaCl的晶胞结构可知,与钠离子距离最近且等距的钠离子数为12,故B错误;根据NaCl的晶胞结构可知,Na+与Cl-之间的最短距离为晶胞边长的一半,为
0.5a pm,故C正确;氯化铯晶体中氯离子的配位数为8,故D错误。
题点二 离子晶体的性质辨析
3.下列关于离子晶体性质的叙述正确的是( )
[A] 熔、沸点都较低,易挥发
[B] 硬度很小,容易变形
[C] 都能溶于有机溶剂而难溶于水
[D] 熔融态都能导电
D
【解析】 离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起,离子键的键能较大,且极性很强,除了有些在极性溶剂中容易断裂外,其他的必须在高温条件下才能断裂,所以其熔、沸点都较高,不易挥发,硬度很大,不易变形,难溶于有机溶剂。
4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
[A] 离子键:NaF>NaCl>NaBr
[B] 硬度:MgO>CaO>BaO
[C] 熔点:NaF>MgF2>AlF3
[D] 1个阴离子周围等距离且最近的阳离子数:CsCl>NaCl
C
晶体类型—离子晶体
作用力—离子键—
物理性质——熔、沸点高,硬度大
思维建模
离子晶体性质比较问题的思维流程
离子所带电荷越多,离子半径越小,离子键越强
题点三 离子晶体的判断
5.下列说法不正确的是( )
[A] 离子晶体可能全部由非金属元素组成
[B] 离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键
[C] 金属元素与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体
[D] 熔化后能导电的晶体一定是离子晶体
D
【解析】 离子晶体中不一定含有金属离子,如氯化铵晶体,A正确;离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键,如NaOH、Na2O2等离子晶体中存在离子键和共价键,B正确;金属元素与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3为分子晶体,C正确;熔融状态下能导电的晶体可能是金属晶体或离子晶体,D不正确。
6.下表给出了四种氯化物的熔点和沸点。
C
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4
熔点/℃ 801 708 190 -23
沸点/℃ 1 413 1 418 180 77
关于表中四种氯化物有下列说法:
①AlCl3在加热时可升华 ②CCl4属于分子晶体 ③MgCl2的晶体属于离子晶体 ④AlCl3是典型的离子晶体
其中正确的是( )
[A] ①② [B] 只有③ [C] ①②③ [D] 全部
【解析】 根据各物质的熔、沸点判断,NaCl和MgCl2是离子晶体,AlCl3和CCl4为分子晶体;AlCl3的沸点低于熔点,所以易升华。
(1)根据物质的分类。
金属离子分别和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)根据元素的性质和种类。
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质、金属元素(特别是活泼的金属元素,第ⅠA族、第ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,第ⅥA族、第ⅦA族元素)组成的化合物。
规律方法
(3)根据物质的性质。
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电;大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
规律方法
认识过渡晶体与混合型晶体
学习任务3
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体: 晶体、 晶体、 晶体和 晶体。
(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。
分子
共价
金属
离子
[示例] 离子晶体和共价晶体之间的过渡。
几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示。
过渡晶体
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
说明:a.表中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,这些晶体只是离子晶体与共价晶体之间的 。
b.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,如表中的 等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如表中的 、 等。
Na2O
Al2O3
SiO2
2.混合型晶体——石墨
(1)结构特点——层状结构。
同层内碳原子采取 杂化,以共价键(σ键)结合,形成平面六元并环结构。所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
(2)层与层之间以 相结合。
(3)晶体类型。
石墨晶体中有 和范德华力,有类似金属晶体的导电性,属于混合型晶体。
sp2
范德华力
共价键
石墨晶体中的碳原子形成平面六元并环结构(如图甲所示)。因此,石墨晶体是层状结构,层内的碳原子的核间距为142 pm,层间距离为335 pm,说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的(如图乙所示)。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(如图丙所示)。
探究 石墨的结构与性质
问题1:碳元素形成的单质种类繁多,如金刚石、C60、C70、C76、石墨等,根据学过的知识,思考它们分别属于哪种晶体类型。
提示:金刚石属于共价晶体,C60、C70、C76属于分子晶体,石墨属于混合型
晶体。
问题2:石墨具有质软的性质,可以制作铅笔芯,如何解释
提示:石墨是层状结构,层与层之间相隔较远,只存在范德华力,作用力相对较弱,所以表现为质软、易滑动。
问题3:同样是由碳原子构成,石墨的熔点为什么比金刚石的还高
提示:石墨中,同层内碳原子之间以共价键结合,每一个碳原子与周围3个碳原子形成3个共价键,并且在层内形成大π键,使原子之间离得更近,键长变短,键能增大,所以熔点较金刚石高。
问题4:为什么石墨晶体能导电 为什么石墨是混合型晶体
提示:石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化,每个碳原子都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(如题图丙所示),这些电子在整个碳原子平面上运动,相当于金属晶体中的自由电子,故石墨晶体能导电。石墨晶体中层内碳原子间以共价键形成平面结构,类似共价晶体,石墨晶体中所有p轨道相互平行且相互重叠,使p轨道上的电子可以在整个碳原子平面上运动,因此石墨有类似金属晶体的导电性,石墨晶体中层与层之间以范德华力相结合,类似分子晶体,因此石墨属于混合型晶体。
石墨与金刚石的比较
归纳拓展
物质 金刚石 石墨
晶体类型 共价晶体 混合型晶体
晶体形状 正四面体
空间网状 正六边形
平面层状
粒子间作用力 共价键 共价键、范德华力
最小环形状和
碳原子共面情况 六元环,6个碳
原子不共面 六元环,6个碳
原子共平面
归纳拓展
题点一 过渡晶体及其判断
1.(2024·湖北武汉常青联合体期中)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示:
C
由表格信息,可推知:前四周期元素组成的离子晶体中,离子键成分的百分数最大的是( )
[A] LiCl [B] Na2S [C] KF [D] CaCl2
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
【解析】 根据表格信息可知,电负性差值越大的两种元素组成的化合物中离子键百分数越大。前四周期元素中,钾的电负性最小,氟的电负性最大,C项符合题意。
2.下列说法不正确的是( )
[A] MgO中离子键的百分数为50%,则MgO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
C
【解析】 Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,
C项不正确。
题点二 混合型晶体——石墨的结构与性质
3.下列有关石墨晶体的说法正确的是( )
①石墨层内作用力为共价键,层间作用力为范德华力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C为sp2杂化 ④石墨的熔、沸点都比金刚石的低 ⑤石墨中碳原子个数和C—C个数之比为1∶3 ⑥石墨和金刚石的硬度相同 ⑦石墨的导电性只能沿石墨平面的方向
[A] 全部 [B] ①②③⑦
[C] 仅②③⑦ [D] ①④⑤
B
【解析】 石墨是混合型晶体,石墨层中碳原子靠共价键连接,层与层之间靠范德华力维系,①②正确;石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合,形成平面正六边形结构,碳原子的杂化类型为sp2杂化,③正确;石墨中的共价键键长比金刚石中的共价键键长短,具有的能量更多,所以石墨的熔点比金刚石的高,④错误;石墨中,一个碳原子上有3个单键,每个单键被2个碳原子共用,所以平均每个碳原子对应1.5个单键,故石墨中碳原子个数和C—C个数之比为2∶3,⑤错误;石墨质软,金刚石的硬度大,⑥错误;石墨的导电性只能沿石墨平面的方向,⑦正确。综上所述,正确的有①②③⑦,B项符合题意。
4.(2024·陕西汉中期中联考)石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时,Li+嵌入石墨层间,当嵌入最大量Li+时,晶体部分结构的俯视示意图如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 石墨属于混合型晶体
[B] 1 mol石墨中含有1.5 mol共价键
[C] 石墨晶体中,层间存在化学键和范德华力
[D] 图中C与Li+的个数之比是6∶1
C
【解析】 石墨晶体内同时存在着共价键、分子间作用力等多种作用力,是具有分子晶体和共价晶体的结构和性质的混合型晶体,A正确;在石墨晶体中,每个碳原子与其他3个碳原子形成3个共价键,而每个共价键被2个碳原子所共用,则每个碳原子形成1.5个共价键,所以1 mol石墨中含有1.5 mol共价
键,B正确;石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,不存在化学键,C错误;从题图可以看出,每个Li+都位于1个平面正六边形的中心,即平均每6个C对应1个Li+,所以此时C与Li+的个数之比是6∶1,D正确。
知识整合
氟元素可形成多种有工业价值和科研价值的化合物,如OF2、(CF)x、XeF2、HF、NH4BF4、CaF2等。
(1)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2,OF2的空间结构为 。
V形
(2)AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的熔点(192 ℃),其原因是
。
AlF3是离子
【解析】 (2)比较不同晶体类型的熔、沸点时,存在规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,由于AlF3是离子晶体,而AlCl3为分子晶体,故AlF3的熔点远高于AlCl3的。
晶体,而AlCl3为分子晶体
(3)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成,则如图乙所
示,图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。石墨与F2在450 ℃的条件下反应,石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x,该物质仍具有润滑性,其单层局部结构如图丙所示。回答下列问题。
①与石墨相比,(CF)x的导电性 (填“增强”或“减弱”);(CF)x中C—C的键长比石墨中C—C的 (填“长”或“短”)。
减弱
长
【解析】 (3)①石墨晶体中每个碳原子上未参与杂化的1个2p轨道中的电子在层内离域运动,故石墨晶体能导电,而(CF)x中没有未参与杂化的2p轨道的电子,与石墨相比,(CF)x导电性减弱;石墨中碳原子采用sp2杂化,(CF)x中碳原子采用sp3杂化,故(CF)x中C—C的键长比石墨中C—C的长。
②1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为 。
6
③设阿伏加德罗常数的值为NA,则六方石墨晶体的密度为 g·cm-3
(写出计算表达式,要求化简)。
命题解密与解题指导
情境解读:以陌生的氟化物为载体,考查晶体类型判断、晶体结构与性质的关系、晶胞的计算等。
素养立意:通过晶体结构与性质关系的辨析与推导,发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知素养。
思考点拨:
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)金属键与金属晶体
1.下列关于金属及金属键的说法不正确的是( )
[A] 金属键不具有方向性和饱和性
[B] 金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
[C] 金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
[D] 金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用,因而具有延展性
(时间:30分钟 满分:47分)
C
【解析】 金属中存在金属阳离子和自由电子,当给金属通电时,自由电子定向移动而导电,C错误。
2.下列关于金属性质和原因的描述正确的是( )
[A] 金属一般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有关系
[B] 金属具有良好的导电性,是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子,形成了“电子气”,在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流,所以金属易导电
[C] 金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后,增大了运动速率,电子与电子间传递了能量,与金属阳离子无关
[D] 金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子层可以滑动且破坏了金属键
B
【解析】 金属一般具有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后,发生跃迁,成为激发态,然后又回到基态,把多余的能量以可见光的形式释放出来的缘故,所以金属一般具有银白色金属光泽与金属键有关系,故A错误;金属内部有自由电子,在外加电场的作用下电子定向移动,故B正确;金属中自由电子受热后运动速率增大,与金属原子碰撞频率增大,传递了能量,故金属有良好的导热性,故C错误;当金属晶体受到外力作用时,金属晶体中的原子层发生相对滑动但不破坏金属键,所以表现出良好的延展性,故D错误。
3.(2025·四川部分学校联考)金是一种贵金属,其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a nm,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述错误的是( )
B
(二)离子晶体
4.(2024·江苏盐城响水中学期中)下列说法正确的是( )
[A] 在单质晶体中不存在共价键
[B] NaCl晶体中,一个Na+周围有4个紧邻的Cl-
[C] 某物质晶胞如图所示,其化学式为KCaF3
[D] 晶体硅和锗都属于共价晶体,熔点:Ge>Si
C
5.如图为NaCl和CsCl的晶胞结构。下列说法不正确的是( )
[A] NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体
[B] NaCl和CsCl的离子键强度不同
[C] NaCl和CsCl晶胞中所含阳离子数分别为4和1
[D] NaCl和CsCl晶体中每个Cl-周围距离最近且相等的Cl-数目均为6
D
6.(2024·江苏泰兴期末联考)离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由离子组成的物质,具有难挥发、良好的导电性等许多优异的性能。某种离子液体的结构如图
所示。
下列有关说法正确的是( )
D
(三)过渡晶体与混合型晶体
7.(2024·安徽合肥期中)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,破坏平面结构转化为如图所示的氧化石墨烯。下列说法正确的是( )
[A] 石墨烯是一种新型化合物
[B] 石墨烯中,碳原子与σ键数目之比为1∶3
[C] 键角大小:α>β
[D] 在水中的溶解度:石墨烯>氧化石墨烯
C
【解析】 石墨烯是一种由单层碳原子构成的单质,不是化合物,A错误;石墨烯是碳原子单层片状新材料,其中每个C周围形成3个C—C,每个C—C被 2个 C共用,所以碳原子与σ键数目之比为2∶3,B错误;石墨烯中的碳原子与相邻碳原子的键角为120°,氧化石墨烯中β的键角接近109°28′,所以键角大小:
α>β,C正确;氧化石墨烯中的氧原子与水中的氢原子、氧化石墨烯中的氢原子与水中的氧原子都可以形成氢键,所以在水中的溶解度:石墨烯<氧化石墨烯,D错误。
8.(2024·河北正定中学期末)我国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
A
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )
[A] 三种物质中均有碳碳原子间的σ键
[B] 三种物质中的碳原子都是sp3杂化
[C] 三种物质的晶体类型相同
[D] 三种物质均能导电
【解析】 原子间优先形成σ键,三种物质中均存在 σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合型晶体,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。
9.(2024·江苏常州一中期中)下列关于粒子间的作用力说法正确的个数为( )
①所有金属与所有非金属之间都能形成离子键
②金属的导电性、延展性均与金属键有关
③金属晶体的熔、沸点一定高于分子晶体的
④晶体的熔、沸点:金刚石>SiC>Si
⑤分子晶体中共价键的键能越大,晶体的熔点和沸点越高
⑥离子键的强弱:NaF>NaCl>NaBr>NaI
[A] 4 [B] 5 [C] 6 [D] 7
A
综合应用
10.(2024·河南部分学校阶段考)第三周期四种元素对应的氧化物中离子键的百分数、熔点如图所示。
下列有关说法错误的是( )
[A] 金属性:T>W>P>Q
[B] 上述Q对应的氧化物为共价晶体
[C] 上述W的氧化物的熔点高于T的氧化物的,是因为其摩尔质量较大
[D] 熔化上述T、W对应的氧化物时克服离子键
C
【解析】 金属性越强,形成的氧化物中离子键的百分数越大,由离子键百分数可知,A项正确;Q的氧化物中以共价键为主,由熔点可知,它是共价晶体,B项正确;W、T都是离子晶体,W对应的氧化物的熔点高于T对应的氧化物的,是因为离子所带电荷较多、离子半径较小,故离子键较强,与摩尔质量无关,C项错误;T、W的氧化物含离子键百分数超过或接近50%,它们是离子晶体,熔化时克服离子键,D项正确。
11.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:NaCl[B] 在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距的Na+数目为6
D
12.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,图甲为该合金的晶胞结构图,图乙表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )
[A] 该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
[B] K和Sb的原子数之比为3∶1
[C] 与Sb最邻近的钾原子数为4
B
13.(11分)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)可用于冶炼Cu2O,主要物质转化过程
如下:
(1)如图,表示Cu2O晶胞的是图 (填“甲”或“乙”)。
甲
(2)(3分)Cu2O与Cu2S都可视为离子晶体,且结构相似,但Cu2O的熔点比Cu2S的高约100 ℃,原因是 。
S2-半径比O2-半径大,导致Cu2O的离子键强度大于Cu2S的
(3)CuFeS2的晶胞如图丙所示。
①(3分)图丁所示结构单元不能作为CuFeS2晶胞的原因是
。
图丁所示结构单元
并不能“无隙并置”地在三维空间中重复出现
【解析】(3)①比较题干图丙和图丁可知,图丁所示结构单元并不能“无隙并置”地在三维空间中重复出现,故不能作为CuFeS2晶胞。
②(3分)从图丙可以看出,每个CuFeS2晶胞中含有的铜原子个数为 。
4第三节 金属晶体与离子晶体
[学习目标] 1.通过学习金属键和金属晶体,能借助金属晶体的模型说明金属晶体的结构特点及其构成粒子间的相互作用,能利用金属键、电子气理论解释金属的一些物理性质。2.通过认识离子晶体及离子晶体中粒子间的相互作用,能辨识常见的离子晶体,明确粒子间的相互作用,能解释、说明离子晶体性质的差异。3.通过认识普遍存在的过渡晶体及混合型晶体,明确粒子间的相互作用,能辨识常见的过渡晶体、混合型晶体(石墨),能解释石墨晶体性质,能根据过渡晶体及混合型晶体的结构特点预测其性质。
学习任务1 认识金属键与金属晶体
1.金属键
(1)概念:“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)成键粒子:金属阳离子和自由电子。
(3)特点。
金属键的强度差别很大,如金属钠的熔点较低、硬度较小,熔点最高的金属是钨,硬度最大的金属是铬。
2.金属晶体
(1)概念:通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成(金属键)的晶体,叫做金属晶体。
金属晶体中,除了纯金属,还有大量的合金。
(2)结构:好像很多硬球一层一层很紧密地堆积,每一个金属原子的周围有较多相同的原子围绕着。
(3)用“电子气理论”解释金属的物理性质。
金属键是化学键的一种,主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电作用组合而成。金属键有金属的很多特性。例如:一般金属的熔、沸点随金属键的强度增大而升高。
金属 Na Mg Al
晶体结构示意图
1个原子紧邻原子的个数(配位数)
熔点/℃ 97.72 648.8 660
沸点/℃ 883 1 090 2 327
密度/(g/cm3) 0.97 1.74 2.7
硬度 Na探究 金属键对金属的物理性质的影响
问题1:根据材料中晶体结构示意图,将钠、镁、铝晶体中1个原子紧邻原子的个数(配位数)填入上表。
提示:8 12 12
问题2:根据以上信息推测金属键强弱的影响因素有哪些。
提示:由于金属键是产生在自由电子(带负电)和金属阳离子(带正电)之间的电性作用,所以金属阳离子的电荷越多、半径越小,则金属键越强。由于堆积方式影响空间利用率,所以它也是金属键强弱的影响因素之一。
问题3:根据以上分析,试解释Na、Mg、Al的熔点依次升高、硬度依次增大的原因。
提示:Na+、Mg2+、Al3+的电荷数依次增大,半径依次减小,金属键依次增强。
问题4:根据规律推测Li、Na、K、Rb、Cs的熔点高低。
提示:Li>Na>K>Rb>Cs。同类型的金属晶体,它们的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定,阳离子半径越小、所带电荷越多,相互作用力就越大,熔点就越高。
问题5: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。
1.金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子,而几乎是均匀地分布在整块晶体中,因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用,这就是金属键,因此金属键没有方向性和饱和性。
2.金属键强弱的比较
一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱;原子半径越小,价电子数越多,金属键越强。
3.金属键对物质性质的影响
金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。如钨是熔点最高的金属,铬是硬度最大的
金属。
[拓展] 金属晶体熔点差别较大,一般熔、沸点较高,但有部分熔点较低,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之间的作用力强度不同。
1.如图是金属晶体的“电子气理论”示意图,“电子气理论”可以用来解释金属的性质。
下列说法正确的是( )
[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,金属阳离子各层间会出现相对滑动,但自由电子可以起到润滑的作用,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的强,硬度比纯金属的小
【答案】 C
【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,A错误;金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞,从而发生热的传导,B错误;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的弱,硬度比纯金属的大,D错误。
2.下列关于金属键或金属的性质说法正确的是( )
①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的 ②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 ③Na、Mg、Al的熔点依次升高 ④金属键没有方向性和饱和性,金属中的电子在整个三维空间运动,属于整个金属 ⑤金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失 ⑥钙的熔、沸点低于钾的 ⑦温度越高,金属的导电性越好 ⑧金属镁的硬度大于金属钙的
[A] ①③⑥ [B] ②④⑤⑦⑧
[C] ③④⑤⑧ [D] ①②③④⑥⑧
【答案】 C
【解析】 ①金属的导电性是在外加电场的作用下,自由电子发生定向移动实现的,而金属阳离子并没有移动,错误;②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用,并非仅存在静电吸引作用,错误;③一般情况下,金属阳离子所带电荷数越多、半径越小,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,硬度越大,Na+、Mg2+、Al3+三种离子的半径依次减小,离子所带电荷数依次增多,金属键越来越强,Na、Mg、Al的熔点依次升高,正确;⑤金属有延展性,金属键不因形变而消失,正确;⑥ r(Ca)K,所以金属键Ca>K,故熔、沸点Ca>K,错误;⑦金属的导电性随温度升高而降低,错误;⑧因镁离子的半径比钙离子的小而所带电荷数相同,金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大,正确。
3.(2024·河北保定月考)铜镍合金的立方晶胞结构如图所示,下列说法错误的是( )
[A] 该合金的分子式为NiCu
[B] Cu属于ds区的元素
[C] Ni晶体中有阳离子,没有阴离子
[D] Cu的电导率随温度的升高而减小
【答案】 A
【解析】 根据“均摊法”,镍原子个数为8×=1、铜原子个数为6×=3,所以其化学式为NiCu3,故A错误;Cu的价层电子排布式为3d104s1,属于ds区的元素,故B正确;铜镍合金为金属晶体,含有阳离子和电子,没有阴离子,故C正确;温度升高,自由电子的能量增大,无规则运动加剧,自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞,影响了自由电子的定向移动,导电能力减弱,即Cu的电导率随温度升高而减小,故D正确。
金属晶体导电与电解质溶液导电的比较
项目 运动的 粒子 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
学习任务2 探究离子晶体
1.离子晶体
(1)概念:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)结构特点。
①构成粒子:阳离子和阴离子。
②粒子间的作用力:离子键。
2.常见的离子晶体
(1)两种典型离子晶体及其性质。
化学式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中 离子数目 Na+:4 Cl-:4 Cs+:1 Cl-:1
阳离子的 配位数 6 8
阴离子的 配位数 6 8
熔点/℃ 801 645
沸点/℃ 1 413 1 290
注:离子晶体的配位数指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
(2)大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子。如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、 Cu(NH3)4SO4·H2O等。
以下是八种物质的熔点:
序号 物质 熔点/℃
① NaF 995
② NaCl 801
③ NaBr 775
④ NaI 651
⑤ MgO 2 852
⑥ CaO 2 613
⑦ SrO 2 430
⑧ BaO 1 918
探究 离子晶体的结构与性质关系
问题1:用手揉捏食盐,烧烤或爆炒时加入食盐未见其熔化,请说明氯化钠具有怎样的性质并解释其原因。
提示:氯化钠具有硬度大、难以压缩、熔点高的性质;离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键),要克服离子间的相互作用使物质熔化,就需要较多的能量。
问题2:①～④、⑤～⑧中物质的熔点为什么会逐渐降低
提示:①～④均为离子晶体且离子所带电荷数相同,从F-→I-随着离子半径的增大,离子键强度减弱,熔点逐渐降低。⑤～⑧均为离子晶体且离子所带电荷数相同,从Mg2+→Ba2+随着离子半径的增大,离子键强度减弱,熔点逐渐降低。
问题3:⑤～⑧中物质的熔点远高于①～④中物质的原因是什么
提示:⑤～⑧中物质的离子所带电荷数高于①～④中的物质的离子所带的电荷数,离子所带电荷越多,离子键越强,熔点越高。
问题4:离子晶体的熔点是否都很高 通过上述分析,你能得出影响离子晶体熔点高低的因素有哪些吗 其影响规律是什么
提示:不一定,离子晶体熔点多数较高。影响离子晶体熔点高低的因素主要有晶体的结构类型、离子所带电荷数及离子半径(离子间的距离)等。类型相似的离子晶体其规律是离子所带电荷越多、离子半径越小,离子晶体的熔点越高。
1.离子晶体的组成、结构特点
(1)离子晶体中一定含有阴、阳离子,可能含有小分子,晶体的化学式只表示物质的构成粒子个数比,不是分子式。
(2)离子晶体中一定含有离子键,也可能含有共价键、氢键等其他作用力。
(3)离子晶体中离子键没有方向性和饱和性,但每个阴(阳)离子周围排列的最邻近的带相反电荷的离子数目都是固定的(配位数一定)。
2.离子晶体的性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键,要使它由固态变成液态或气态,需消耗较多的能量,所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下,同种类型的离子晶体,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎
导电性 不导电,但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中,离子键较强,阴、阳离子不能自由移动,即晶体中无自由移动的离子,因此离子晶体不导电。当升高温度时,阴、阳离子获得足够的能量,克服了离子间的相互作用力,成为自由移动的离子,在外加电场的作用下,离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时,阴、阳离子受到水分子的作用成为自由移动的离子(或水合离子),在外加电场的作用下,阴、阳离子定向移动而导电
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中,难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时,水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体,变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果发生滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定,所以离子晶体无延展性
题点一 离子晶体结构的分析
1.下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是( )
[A] 1 mol氯化铯中有6.02×1023个CsCl
[B] 氯化铯晶体中,每个Cs+周围与它最近且等距离的Cs+有6个
[C] 氯化铯晶体的硬度较大是由于Cs+和Cl-之间存在着较强的离子键
[D] 每个晶胞中平均含有1个Cs+和1个Cl-
【答案】 A
【解析】 在氯化铯晶体中不存在CsCl,只存在Cs+和Cl-,化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs+和Cl-的个数比为1∶1。
2.(2024·湖北孝感重点高中教科研协作体期中)两种常见离子晶体的晶胞如图所示。下列说法正确的是( )
[A] 熔点:NaCl[B] 在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距的Na+数目为6
[C] 若NaCl晶胞的边长为a pm,则Na+与Cl-之间的最短距离为0.5a pm
[D] CsCl晶胞中Cl-的配位数为6
【答案】 C
【解析】 NaCl和CsCl都是离子晶体,Na+的半径小于Cs+的半径,半径越小,离子间的离子键越强,熔点越高,因此熔点:NaCl>CsCl,故A错误;根据NaCl的晶胞结构可知,与钠离子距离最近且等距的钠离子数为12,故B错误;根据NaCl的晶胞结构可知,Na+与Cl-之间的最短距离为晶胞边长的一半,为0.5a pm,故C正确;氯化铯晶体中氯离子的配位数为8,故D错误。
题点二 离子晶体的性质辨析
3.下列关于离子晶体性质的叙述正确的是( )
[A] 熔、沸点都较低,易挥发
[B] 硬度很小,容易变形
[C] 都能溶于有机溶剂而难溶于水
[D] 熔融态都能导电
【答案】 D
【解析】 离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起,离子键的键能较大,且极性很强,除了有些在极性溶剂中容易断裂外,其他的必须在高温条件下才能断裂,所以其熔、沸点都较高,不易挥发,硬度很大,不易变形,难溶于有机溶剂。
4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
[A] 离子键:NaF>NaCl>NaBr
[B] 硬度:MgO>CaO>BaO
[C] 熔点:NaF>MgF2>AlF3
[D] 1个阴离子周围等距离且最近的阳离子数:CsCl>NaCl
【答案】 C
【解析】 离子半径Br->Cl->F-,离子半径越小、所带电荷越多,离子键越强,故A正确;离子半径B>C>M,离子半径越大,离子键越弱,硬度越小,故B正确;离子半径Na+>
M>A,离子半径越小、所带电荷越多,则熔点越高,故C错误。
离子晶体性质比较问题的思维流程
晶体类型—离子晶体
作用力—离子键—离子所带电荷越多,离子半径越小,离子键越强
物理性质——熔、沸点高,硬度大
题点三 离子晶体的判断
5.下列说法不正确的是( )
[A] 离子晶体可能全部由非金属元素组成
[B] 离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键
[C] 金属元素与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体
[D] 熔化后能导电的晶体一定是离子晶体
【答案】 D
【解析】 离子晶体中不一定含有金属离子,如氯化铵晶体,A正确;离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键,如NaOH、Na2O2等离子晶体中存在离子键和共价键,B正确;金属元素与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3为分子晶体,C正确;熔融状态下能导电的晶体可能是金属晶体或离子晶体,D不正确。
6.下表给出了四种氯化物的熔点和沸点。
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4
熔点/℃ 801 708 190 -23
沸点/℃ 1 413 1 418 180 77
关于表中四种氯化物有下列说法:
①AlCl3在加热时可升华 ②CCl4属于分子晶体 ③MgCl2的晶体属于离子晶体 ④AlCl3是典型的离子晶体
其中正确的是( )
[A] ①② [B] 只有③
[C] ①②③ [D] 全部
【答案】 C
【解析】 根据各物质的熔、沸点判断,NaCl和MgCl2是离子晶体,AlCl3和CCl4为分子晶体;AlCl3的沸点低于熔点,所以易升华。
离子晶体的判断
(1)根据物质的分类。
金属离子分别和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)根据元素的性质和种类。
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质、金属元素(特别是活泼的金属元素,第ⅠA族、第ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,第ⅥA族、第ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)根据物质的性质。
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电;大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
学习任务3 认识过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体: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。
[示例] 离子晶体和共价晶体之间的过渡。
几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
说明:a.表中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,这些晶体只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
b.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,如表中的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,如表中的Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶体——石墨
(1)结构特点——层状结构。
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。所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
(2)层与层之间以范德华力相结合。
(3)晶体类型。
石墨晶体中有共价键和范德华力,有类似金属晶体的导电性,属于混合型晶体。
石墨晶体中的碳原子形成平面六元并环结构(如图甲所示)。因此,石墨晶体是层状结构,层内的碳原子的核间距为142 pm,层间距离为335 pm,说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的(如图乙所示)。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(如图丙所示)。
探究 石墨的结构与性质
问题1:碳元素形成的单质种类繁多,如金刚石、C60、C70、C76、石墨等,根据学过的知识,思考它们分别属于哪种晶体类型。
提示:金刚石属于共价晶体,C60、C70、C76属于分子晶体,石墨属于混合型晶体。
问题2:石墨具有质软的性质,可以制作铅笔芯,如何解释
提示:石墨是层状结构,层与层之间相隔较远,只存在范德华力,作用力相对较弱,所以表现为质软、易滑动。
问题3:同样是由碳原子构成,石墨的熔点为什么比金刚石的还高
提示:石墨中,同层内碳原子之间以共价键结合,每一个碳原子与周围3个碳原子形成3个共价键,并且在层内形成大π键,使原子之间离得更近,键长变短,键能增大,所以熔点较金刚石高。
问题4:为什么石墨晶体能导电 为什么石墨是混合型晶体
提示:石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化,每个碳原子都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(如题图丙所示),这些电子在整个碳原子平面上运动,相当于金属晶体中的自由电子,故石墨晶体能导电。石墨晶体中层内碳原子间以共价键形成平面结构,类似共价晶体,石墨晶体中所有p轨道相互平行且相互重叠,使p轨道上的电子可以在整个碳原子平面上运动,因此石墨有类似金属晶体的导电性,石墨晶体中层与层之间以范德华力相结合,类似分子晶体,因此石墨属于混合型晶体。
石墨与金刚石的比较
物质 金刚石 石墨
晶体类型 共价晶体 混合型晶体
晶体形状 正四面体 空间网状 正六边形 平面层状
粒子间作用力 共价键 共价键、 范德华力
最小环形状和 碳原子共面情况 六元环,6个碳 原子不共面 六元环,6个碳 原子共平面
碳原子杂化轨 道类型及每个 碳原子形成的 共价键数 sp3,4 sp2,3
键角 109°28′ 120°
每个环上共 价键数 6×=1 6×=3
每个环上 碳原子数 6×= 6×=2
两者关系 同素异形体
题点一 过渡晶体及其判断
1.(2024·湖北武汉常青联合体期中)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数如表所示:
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键 的百分数/% 62 50 41 33
由表格信息,可推知:前四周期元素组成的离子晶体中,离子键成分的百分数最大的是( )
[A] LiCl [B] Na2S
[C] KF [D] CaCl2
【答案】 C
【解析】 根据表格信息可知,电负性差值越大的两种元素组成的化合物中离子键百分数越大。前四周期元素中,钾的电负性最小,氟的电负性最大,C项符合题意。
2.下列说法不正确的是( )
[A] MgO中离子键的百分数为50%,则MgO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
【答案】 C
【解析】 Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,C项不正确。
题点二 混合型晶体——石墨的结构与性质
3.下列有关石墨晶体的说法正确的是( )
①石墨层内作用力为共价键,层间作用力为范德华力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C为sp2杂化 ④石墨的熔、沸点都比金刚石的低 ⑤石墨中碳原子个数和C—C个数之比为1∶3 ⑥石墨和金刚石的硬度相同 ⑦石墨的导电性只能沿石墨平面的方向
[A] 全部 [B] ①②③⑦
[C] 仅②③⑦ [D] ①④⑤
【答案】 B
【解析】 石墨是混合型晶体,石墨层中碳原子靠共价键连接,层与层之间靠范德华力维系,①②正确;石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合,形成平面正六边形结构,碳原子的杂化类型为sp2杂化,③正确;石墨中的共价键键长比金刚石中的共价键键长短,具有的能量更多,所以石墨的熔点比金刚石的高,④错误;石墨中,一个碳原子上有3个单键,每个单键被2个碳原子共用,所以平均每个碳原子对应1.5个单键,故石墨中碳原子个数和C—C个数之比为2∶3,⑤错误;石墨质软,金刚石的硬度大,⑥错误;石墨的导电性只能沿石墨平面的方向,⑦正确。综上所述,正确的有①②③⑦,B项符合题意。
4.(2024·陕西汉中期中联考)石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时,Li+嵌入石墨层间,当嵌入最大量Li+时,晶体部分结构的俯视示意图如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 石墨属于混合型晶体
[B] 1 mol石墨中含有1.5 mol共价键
[C] 石墨晶体中,层间存在化学键和范德华力
[D] 图中C与Li+的个数之比是6∶1
【答案】 C
【解析】 石墨晶体内同时存在着共价键、分子间作用力等多种作用力,是具有分子晶体和共价晶体的结构和性质的混合型晶体,A正确;在石墨晶体中,每个碳原子与其他3个碳原子形成3个共价键,而每个共价键被2个碳原子所共用,则每个碳原子形成1.5个共价键,所以1 mol石墨中含有1.5 mol共价键,B正确;石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,不存在化学键,C错误;从题图可以看出,每个Li+都位于1个平面正六边形的中心,即平均每6个C对应1个Li+,所以此时C与Li+的个数之比是6∶1,D正确。
[footnoteRef:0]氟元素可形成多种有工业价值和科研价值的化合物,如OF2、(CF)x、XeF2、HF、NH4BF4、CaF2等。 [0:
命题解密与解题指导
情境解读:以陌生的氟化物为载体,考查晶体类型判断、晶体结构与性质的关系、晶胞的计算等。
素养立意:通过晶体结构与性质关系的辨析与推导,发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知素养。
思考点拨:
]
(1)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2,OF2的空间结构为 。
(2)AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的熔点(192 ℃),其原因是 。
(3)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成,则如图乙所示,图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。石墨与F2在450 ℃的条件下反应,石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x,该物质仍具有润滑性,其单层局部结构如图丙所示。回答下列问题。
①与石墨相比,(CF)x的导电性 (填“增强”或“减弱”);(CF)x中C—C的键长比石墨中C—C的 (填“长”或“短”)。
②1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为 。
③设阿伏加德罗常数的值为NA,则六方石墨晶体的密度为 g·cm-3(写出计算表达式,要求化简)。
【答案】 (1)V形 (2)AlF3是离子晶体,而AlCl3为分子晶体
(3)①减弱 长 ②6 ③
【解析】 (1)OF2中成键电子对数为2,孤电子对数为×(6-2×1)=2,所以O的价层电子对数为2+2=4,采用sp3杂化,由于O上存在2个孤电子对,故分子的空间结构为V形。
(2)比较不同晶体类型的熔、沸点时,存在规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,由于AlF3是离子晶体,而AlCl3为分子晶体,故AlF3的熔点远高于AlCl3的。
(3)①石墨晶体中每个碳原子上未参与杂化的1个2p轨道中的电子在层内离域运动,故石墨晶体能导电,而(CF)x中没有未参与杂化的2p轨道的电子,与石墨相比,(CF)x导电性减弱;石墨中碳原子采用sp2杂化,(CF)x中碳原子采用sp3杂化,故(CF)x中C—C的键长比石墨中C—C的长。②根据“均摊法”,1个三方石墨晶胞中碳原子个数为(4×+4×)+(2×+2×)+2×
+2+1=6。③根据“均摊法”,1个六方石墨晶胞中含有4个碳原子,C—C的键长为0.142 0 nm,则底面积为×(0.142 0×10-7)2 cm2,则六方石墨晶胞的体积为×(0.142 0×10-7)2×
0.670 8×10-7 cm3,则六方石墨晶体的密度为 g·cm-3=
g·cm-3。
(时间:30分钟 满分:47分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)金属键与金属晶体
1.下列关于金属及金属键的说法不正确的是( )
[A] 金属键不具有方向性和饱和性
[B] 金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
[C] 金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
[D] 金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用,因而具有延
展性
【答案】 C
【解析】 金属中存在金属阳离子和自由电子,当给金属通电时,自由电子定向移动而导电,C错误。
2.下列关于金属性质和原因的描述正确的是( )
[A] 金属一般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有关系
[B] 金属具有良好的导电性,是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子,形成了“电子气”,在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流,所以金属易导电
[C] 金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后,增大了运动速率,电子与电子间传递了能量,与金属阳离子无关
[D] 金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子层可以滑动且破坏了金属键
【答案】 B
【解析】 金属一般具有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后,发生跃迁,成为激发态,然后又回到基态,把多余的能量以可见光的形式释放出来的缘故,所以金属一般具有银白色金属光泽与金属键有关系,故A错误;金属内部有自由电子,在外加电场的作用下电子定向移动,故B正确;金属中自由电子受热后运动速率增大,与金属原子碰撞频率增大,传递了能量,故金属有良好的导热性,故C错误;当金属晶体受到外力作用时,金属晶体中的原子层发生相对滑动但不破坏金属键,所以表现出良好的延展性,故D错误。
3.(2025·四川部分学校联考)金是一种贵金属,其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a nm,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述错误的是( )
[A] 1个晶胞含4个金原子
[B] 两个金原子最近距离为 a nm
[C] 1个金原子周围有12个最近且等距离的金原子
[D] 晶体密度ρ= g·cm-3
【答案】 B
【解析】 8个金原子位于顶点,6个金原子位于面心,1个晶胞中含金原子的个数为8×+
6×=4,A项正确;处于同一面上顶点和面心的原子距离最近,2个金原子最近距离为面对角线长的一半,即 a nm,B项错误;以顶点金原子为参照,晶胞内与此原子共面处于面心的原子与之最近且距离相等,顶点原子被8个晶胞共用,面心原子被两个晶胞共用,1个金原子周围有 =12(个)最近且等距离的金原子,C项正确;根据密度公式ρ= 及单位换算
a nm=a×10-7 cm,可知ρ= g·cm-3,D项正确。
(二)离子晶体
4.(2024·江苏盐城响水中学期中)下列说法正确的是( )
[A] 在单质晶体中不存在共价键
[B] NaCl晶体中,一个Na+周围有4个紧邻的Cl-
[C] 某物质晶胞如图所示,其化学式为KCaF3
[D] 晶体硅和锗都属于共价晶体,熔点:Ge>Si
【答案】 C
【解析】 大多数单质晶体中都存在共价键,如氧气分子、金刚石、晶体硅等,A错误;NaCl晶体中,一个Na+周围有6个紧邻的Cl-,B错误;由晶胞结构可知Ca位于体心,个数为1,F位于面心,F的个数为6×=3,K位于顶点,个数为8×=1,则该晶体的化学式为KCaF3,C正确;Si的原子半径小于Ge的,Si—Si比Ge—Ge键长短,键能大,则熔点:Ge5.如图为NaCl和CsCl的晶胞结构。下列说法不正确的是( )
[A] NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体
[B] NaCl和CsCl的离子键强度不同
[C] NaCl和CsCl晶胞中所含阳离子数分别为4和1
[D] NaCl和CsCl晶体中每个Cl-周围距离最近且相等的Cl-数目均为6
【答案】 D
【解析】 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体,阴、阳离子个数之比为1∶1,则都属于AB型的离子晶体,故A正确;阳离子不同,阴离子相同的离子晶体,阳离子半径越小,离子键强度越大,则NaCl的离子键强度大于CsCl的,故B正确;NaCl晶胞中Na+数目为 1+12×=4,CsCl晶胞中Cs+数目为1,则所含阳离子数分别为4和1,故C正确;由晶胞结构可知,NaCl晶体中每个Cl-周围距离最近且相等的Cl-数目为12,CsCl晶体中每个Cl-周围距离最近且相等的Cl-数目为6,故D错误。
6.(2024·江苏泰兴期末联考)离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由离子组成的物质,具有难挥发、良好的导电性等许多优异的性能。某种离子液体的结构如图
所示。
下列有关说法正确的是( )
[A] 中的元素都在周期表的p区
[B] P中所有原子最外层都为8电子稳定结构
[C] 中碳原子有3种杂化方式
[D] 与NaPF6相比,P的离子体积大,具有较低的熔点
【答案】 D
【解析】 中的元素为H、C、N,其中C、N在周期表的p区,而H位于s区,A错误;P的结构式为,则F最外层为8电子稳定结构,而P不满足8电子稳定结构,B错误;中碳原子有sp2、sp3两种杂化方式,C错误;NaPF6和 均为离子晶体,由于与NaPF6相比, 的阳离子体积大,则NaPF6的离子键比 的更强,故 具有较低的熔点,D正确。
(三)过渡晶体与混合型晶体
7.(2024·安徽合肥期中)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,破坏平面结构转化为如图所示的氧化石墨烯。下列说法正确的是( )
[A] 石墨烯是一种新型化合物
[B] 石墨烯中,碳原子与σ键数目之比为1∶3
[C] 键角大小:α>β
[D] 在水中的溶解度:石墨烯>氧化石墨烯
【答案】 C
【解析】 石墨烯是一种由单层碳原子构成的单质,不是化合物,A错误;石墨烯是碳原子单层片状新材料,其中每个C周围形成3个C—C,每个C—C被 2个 C共用,所以碳原子与σ键数目之比为2∶3,B错误;石墨烯中的碳原子与相邻碳原子的键角为120°,氧化石墨烯中β的键角接近109°28′,所以键角大小:α>β,C正确;氧化石墨烯中的氧原子与水中的氢原子、氧化石墨烯中的氢原子与水中的氧原子都可以形成氢键,所以在水中的溶解度:石墨
烯<氧化石墨烯,D错误。
8.(2024·河北正定中学期末)我国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )
[A] 三种物质中均有碳碳原子间的σ键
[B] 三种物质中的碳原子都是sp3杂化
[C] 三种物质的晶体类型相同
[D] 三种物质均能导电
【答案】 A
【解析】 原子间优先形成σ键,三种物质中均存在 σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合型晶体,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。
综合应用
9.(2024·江苏常州一中期中)下列关于粒子间的作用力说法正确的个数为( )
①所有金属与所有非金属之间都能形成离子键
②金属的导电性、延展性均与金属键有关
③金属晶体的熔、沸点一定高于分子晶体的
④晶体的熔、沸点:金刚石>SiC>Si
⑤分子晶体中共价键的键能越大,晶体的熔点和沸点越高
⑥离子键的强弱:NaF>NaCl>NaBr>NaI
⑦比熔、沸点高
[A] 4 [B] 5 [C] 6 [D] 7
【答案】 A
【解析】 金属与非金属之间可形成共价键,如:AlCl3,①错误;金属键是由金属阳离子与自由电子形成的作用力,金属具有良好的导电性、延展性,均与金属键有关,②正确;金属晶体的熔、沸点不一定高于分子晶体的,如:汞在常温下为液体,而蔗糖为固体,③错误;金刚石、SiC、Si均为共价晶体,由于键长:Si—Si>Si—C>C—C,键长越大键能越小,因此晶体的熔、沸点:金刚石>SiC>Si,④正确;分子晶体中共价键的键能与晶体的熔点和沸点无关,⑤错误;一般来说相应离子半径越小,带电量越大,离子键越强,因此离子键的强弱:NaF>NaCl>
NaBr>NaI,⑥正确;中存在分子内氢键,中存在分子间氢键,因此熔、沸点更高,⑦正确。
10.(2024·河南部分学校阶段考)第三周期四种元素对应的氧化物中离子键的百分数、熔点如图所示。
下列有关说法错误的是( )
[A] 金属性:T>W>P>Q
[B] 上述Q对应的氧化物为共价晶体
[C] 上述W的氧化物的熔点高于T的氧化物的,是因为其摩尔质量较大
[D] 熔化上述T、W对应的氧化物时克服离子键
【答案】 C
【解析】 金属性越强,形成的氧化物中离子键的百分数越大,由离子键百分数可知,A项正确;Q的氧化物中以共价键为主,由熔点可知,它是共价晶体,B项正确;W、T都是离子晶体,W对应的氧化物的熔点高于T对应的氧化物的,是因为离子所带电荷较多、离子半径较小,故离子键较强,与摩尔质量无关,C项错误;T、W的氧化物含离子键百分数超过或接近50%,它们是离子晶体,熔化时克服离子键,D项正确。
11.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:NaCl[B] 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ZnS【答案】 D
【解析】 NaCl和CsCl都是离子晶体,Na+的半径小于Cs+的半径,半径越小,离子间的离子键越强,熔、沸点越高,因此熔、沸点NaCl>CsCl,A错误;由题图可知,在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距的Na+数目为12,B错误;若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的 ,因此为 a pm,C错误;ZnS中阳离子配位数为4,NaCl中阳离子配位数为6,CsCl中阳离子配位数为8,因此阳离子的配位数大小关系为ZnS12.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,图甲为该合金的晶胞结构图,图乙表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )
[A] 该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
[B] K和Sb的原子数之比为3∶1
[C] 与Sb最邻近的钾原子数为4
[D] K和Sb之间的最短距离为 a pm
【答案】 B
【解析】 该晶胞的边长为a×10-10 cm,故晶胞的体积为(a×10-10 cm)3=a3×10-30 cm3,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的原子数之比为3∶1,B正确;以面心处Sb为研究对象,与Sb最邻近的钾原子数为8,C错误;K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的 ,即 a pm,D错误。
13.(11分)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)可用于冶炼Cu2O,主要物质转化过程如下:
(1)如图,表示Cu2O晶胞的是图 (填“甲”或“乙”)。
(2)(3分)Cu2O与Cu2S都可视为离子晶体,且结构相似,但Cu2O的熔点比Cu2S的高约100 ℃,原因是 。
(3)CuFeS2的晶胞如图丙所示。
①(3分)图丁所示结构单元不能作为CuFeS2晶胞的原因是 。
②(3分)从图丙可以看出,每个CuFeS2晶胞中含有的铜原子个数为 。
【答案】 (1)甲
(2)S2-半径比O2-半径大,导致Cu2O的离子键强度大于Cu2S的
(3)①图丁所示结构单元并不能“无隙并置”地在三维空间中重复出现 ②4
【解析】 (1)根据“均摊法”可知,图甲所示晶胞中含有Cu的个数为4,O的个数为8×+1=2,故其化学式为Cu2O;图乙所示晶胞中含有Cu的个数为8×+6×=4,O的个数为12×+1=4,故其化学式为CuO。
(3)①比较题干图丙和图丁可知,图丁所示结构单元并不能“无隙并置”地在三维空间中重复出现,故不能作为CuFeS2晶胞。②从图丙可以看出,每个CuFeS2晶胞中含有的铜原子个数为6×+4×=4。
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