第四十一讲 晶体结构与性质
1．理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
2.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
3.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解金属晶体常见的堆积方式。
4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。
一、晶体常识
1．晶体与非晶体
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒 排列
结构微粒 排列
性质
特征
自范性
熔点
异同表现
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的
科学方法
对固体进行 实验
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)概念：描述晶体结构的 。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有 。
②并置：所有晶胞 排列、 相同。
③形状：一般而言晶胞都是平行六面体。
4．晶格能
(1)定义：气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位： 。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数 ，晶格能 。
②离子的半径：离子的半径越 ，晶格能越 。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越 ，且熔点越 ，硬度越 。
二、四类晶体的组成和性质
1．金属键、金属晶体
(1)金属键： 与 之间的作用。
(2)本质——电子气理论
该理论认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”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
(3)金属晶体的物理性质及解释
在金属晶体中，金属离子以 相互结合。金属都具有优良的导电性、导热性和延展性。用电子气理论可解释如下：
2．四种类型晶体的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
粒子间的相
互作用力
硬度
有的很大，有的很小
熔、沸点
有的很高，有的很低
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性，个别为半导体
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
三、晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律： > > 。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种晶体类型熔、沸点的比较
(1)原子晶体
原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，熔、沸点越 。
如熔点：金刚石 碳化硅 硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越 ，其离子晶体的熔、沸点就越 ，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越 ，熔点越 ，硬度越 。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地 ，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越 ，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低。
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na
四、晶体类型的五种判断方法
1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断
(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。
(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。
2．依据物质的分类判断
(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。
(4)金属单质是金属晶体。
3．依据晶体的熔点判断
(1)离子晶体的熔点较高。
(2)原子晶体的熔点很高。
(3)分子晶体的熔点低。
(4)金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。
4．依据导电性判断
(1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
(2)原子晶体一般为非导体。
(3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。
(4)金属晶体是电的良导体。
5．依据硬度和机械性能判断
(1)离子晶体硬度较大、硬而脆。
(2)原子晶体硬度大。
(3)分子晶体硬度小且较脆。
(4)金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
五、几种常见的晶体
1．常见的晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金
刚
石
(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成 结构
(2)键角均为109°28′
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内
(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为
SiO2
(1)每个Si与 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”，n(Si):n(O)＝1:2
(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si
分子晶体
干冰
(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子
(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有
离子晶体
NaCl
(型)
(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有 。每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有
(2)每个晶胞中含 Na＋和 Cl－
CsCl
(型)
(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有 ，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有
(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－
金属晶体
简单立方堆积
典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%
面心立方最密
堆积
又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%
体心立方堆积
又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
六方最密堆积
又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
2.石墨晶体
石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以 形成正六边形平面网状结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 ，C原子采取的杂化方式是 。层与层之间以
结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。
3.晶胞中微粒的计算方法——均摊法
(1)原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是
(2)方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占；如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
1.具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如切割整齐的玻璃，晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。
2.晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，而不一定是最小的“平行六面体”。
3.常温下为气态或液态的物质，其晶体类型一般为分子晶体(Hg除外)。
4.原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。
5.含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。
6.原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710 ℃，MgO的熔点为2852 ℃。
7.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃；
合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。
8.石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
9.AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 ℃)。
10.判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目：
每个面上有4个，共计12个。
考向一 晶胞中微粒个数的计算
典例1：钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用，钛酸钡晶体的晶胞结构示意图如图所示，晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)( )
A．8; BaTi8O12 B．8; BaTi4O9
C．6; BaTiO3 D．3; BaTi2O3
变式训练1.高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是( )
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O
B．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个
考向二 晶体类型的判断
典例2：下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( )
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2
④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑥ D．①③⑤
变式训练2.据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的相对分子质量为1 200
考向三 晶体熔、沸点的比较
典例3：下列物质的熔沸点高低顺序中，正确的是( )
A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B．CI4>CBr4>CCl4>CH4
C．Cl2>MgO>N2>CH4
D．金刚石>生铁>纯铁>钠
变式训练3.根据表中给出的几种物质的熔、沸点数据，判断下列有关说法中错误的是( )
晶体
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
810
710
190
－68
2 300
沸点/℃
1 465
1 418
182.7
57
2 500
(注：AlCl3的熔点在2.02×105Pa条件下测定)
A．SiCl4和AlCl3都是分子晶体
B．单质B可能是原子晶体
C．NaCl和MgCl2在熔融状态和溶于水时均能导电
D．NaCl的键的强度比MgCl2的小
考向四 常见晶胞结构的相关计算
典例4：如图表示一些晶体中的某些结构：
(1)图甲为金刚石晶胞，金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率____________________(不要求计算结果)。
(2)图乙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示出的C60分子数为14个。实际上一
个C60晶胞中含有________个C60分子。
(3)如图丙直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置，这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
①请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。
②晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
③晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即________(填计算式)。
④设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为________cm。
(4)用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
变式训练4.如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题。
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－的个数为________。图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为________个。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________。
(3)金属铜具有很好的延展性、导电性、导热性，对此现象最简单的解释是用________理论。
(4)三种晶体中熔点最低的是________(填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________。
(5)已知两个距离最近的Ca2＋核间距为a×10－8 cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为_________________________________________________________________。
1.【2018新课标Ⅰ卷35】Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻，能量密度大等优良性能，得到广泛应用，回答下列问题:
（3）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为______。LiAlH4中，存在_____（填标号）。
A．离子键 B．σ键 C．π键 D．氢键
（4）Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born?Haber循环计算得到。
可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol?1，O=O键键能为______kJ·mol?1，Li2O晶格能为______kJ·mol?1。
（5）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 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.【2018新课标II卷35】硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：
H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
?85.5
115.2
>600（分解）
?75.5
16.8
10.3
沸点/℃
?60.3
444.6
?10.0
45.0
337.0
回答下列问题：
（5）FeS2晶体的晶胞如图（c）所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为___________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。
3.【2018新课标Ⅲ卷35】[化学——选修3：物质结构与性质]
锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
（3）ZnF2具有较高的熔点（872 ℃)，其化学键类型是_________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________。
（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_______________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________________g·cm－3（列出计算式）。
4.【2017海南卷】19-Ⅱ（14分）ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
（1）碳的一种单质的结构如图（a）所示。该单质的晶体类型为___________，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为__________________。
（3）四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图（b）所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性_______、共价性_________。（填“增强”“不变”或“减弱”）
（4）碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图（c）所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为_______________；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密度为_______g·cm-3。
5．【2017新课标Ⅰ卷】钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
（2）基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是_________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为___________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是___________________________。
（4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a=0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__________。
（5）在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于______位置，O处于______位置。
6．【2017新课标Ⅱ卷】我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（用R代表）。回答下列问题：
（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图（b）所示。
①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。（填标号）
A．中心原子的杂化轨道类型 B． 中心原子的价层电子对数
C．立体结构 D．共价键类型
②R中阴离子中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为），则中的大π键应表示为____________。
（4）R的晶体密度为d g·cm?3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为______________。
7．【2017新课标Ⅲ卷】研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：
（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_________________，原
因是______________________________。
（5）MgO具有NaCl型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得
MgO的晶胞参数为a=0.420 nm，则r(O2-)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为
a' =0.448 nm，则r(Mn2+)为________nm。
8.【2017江苏卷21】铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
（5）某FexNy的晶胞如题21图?1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x?n) CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如题21图?2 所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为___________。
9.【2016海南卷】M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：
（1）单质M的晶体类型为______，晶体中原子间通过_____作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为______。
（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为_______，已知晶胞参数a=0.542 nm，此晶体的密度为_______g·cm–3。（写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA）
②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是________。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_______。
10．【2016新课标Ⅰ卷】锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
?49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
（6）晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（，0，）；C为（，，0）。则D原子的坐标参数为______。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为______g·cm-3（列出计算式即可）。
11．【2016新课标Ⅱ卷】东晋《华阳国志?南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
（4）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dg/cm3，晶胞参数a=________nm。
12．【2016新课标Ⅲ卷】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。回答下列问题：
（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________。
（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________,Ga与As以_____键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______。
第四十一讲 晶体结构与性质
1．理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
2.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
3.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解金属晶体常见的堆积方式。
4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。
一、晶体常识
1．晶体与非晶体
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性有序排列
结构微粒无序排列
性质
特征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X-射线衍射实验
2.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)概念：描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
③形状：一般而言晶胞都是平行六面体。
4．晶格能
(1)定义：气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
二、四类晶体的组成和性质
1．金属键、金属晶体
(1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。
(2)本质——电子气理论
该理论认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”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
(3)金属晶体的物理性质及解释
在金属晶体中，金属离子以金属键相互结合。金属都具有优良的导电性、导热性和延展性。用电子气理论可解释如下：
2．四种类型晶体的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子、自由电子
阴、阳离子
粒子间的相
互作用力
范德华力
(某些含氢键)
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性，个别为半导体
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
三、晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种晶体类型熔、沸点的比较
(1)原子晶体
原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。
如熔点：金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低。
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na四、晶体类型的五种判断方法
1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断
(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。
(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。
2．依据物质的分类判断
(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。
(4)金属单质是金属晶体。
3．依据晶体的熔点判断
(1)离子晶体的熔点较高。
(2)原子晶体的熔点很高。
(3)分子晶体的熔点低。
(4)金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。
4．依据导电性判断
(1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
(2)原子晶体一般为非导体。
(3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。
(4)金属晶体是电的良导体。
5．依据硬度和机械性能判断
(1)离子晶体硬度较大、硬而脆。
(2)原子晶体硬度大。
(3)分子晶体硬度小且较脆。
(4)金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
五、几种常见的晶体
1．常见的晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金
刚
石
(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构
(2)键角均为109°28′
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内
(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1:2
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”，n(Si):n(O)＝1:2
(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si
分子晶体
干冰
(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子
(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个
离子晶体
NaCl
(型)
(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个。每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个
(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－
CsCl
(型)
(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个
(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－
金属晶体
简单立方堆积
典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%
面心立方最密
堆积
又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%
体心立方堆积
又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
六方最密堆积
又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
2.石墨晶体
石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面网状结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。
3.晶胞中微粒的计算方法——均摊法
(1)原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是
(2)方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占；如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
1.具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如切割整齐的玻璃，晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。
2.晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，而不一定是最小的“平行六面体”。
3.常温下为气态或液态的物质，其晶体类型一般为分子晶体(Hg除外)。
4.原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。
5.含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。
6.原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710 ℃，MgO的熔点为2852 ℃。
7.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃；
合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。
8.石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
9.AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 ℃)。
10.判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目：
每个面上有4个，共计12个。
考向一 晶胞中微粒个数的计算
典例1：钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用，钛酸钡晶体的晶胞结构示意图如图所示，晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)( )
A．8; BaTi8O12 B．8; BaTi4O9
C．6; BaTiO3 D．3; BaTi2O3
【答案】C
【解析】
由图可知，晶体中钛原子位于立方体的顶点，为8个晶胞所共用，每个晶胞中与钛原子紧邻的氧原子数为3，且每个氧原子位于晶胞的棱上，为4个晶胞所共用，故晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为3×8×＝6；再据均摊法可计算出晶体中每个晶胞中各元素原子的数目：“Ba”为1，“Ti”为8×＝1，“O”为12×＝3，故此晶体材料的化学式为BaTiO3。
变式训练1.高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是( )
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O
B．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个
【答案】A
【解析】
由题中的晶胞结构知：有8个K＋位于顶点，6个K＋位于面心，则晶胞中含有的K＋数为8×＋6×＝
4个；有12个O位于棱上，1个O处于中心，则晶胞中含有O数为12×＋1＝4个，所以超氧化钾的化学式为KO2；每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，与每个K＋距离最近的K＋有12个。
考向二 晶体类型的判断
典例2：下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( )
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2
④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑥ D．①③⑤
【答案】C
【解析】
①SiO2是原子晶体，只含共价键，SO3是分子晶体；
②晶体硼是含共价键的原子晶体，HCl是分子晶体；
③CO2和SO2都是分子晶体，含有共价键；
④晶体硅和金刚石都是只含共价键的原子晶体；
⑤晶体氖是分子晶体，不含化学键，晶体氮是含有共价键的分子晶体；
⑥硫黄和碘都是分子晶体，分子内含有共价键。
变式训练2.据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的相对分子质量为1 200
【答案】B
【解析】
由分子式及信息可知该物质为分子晶体，A错误，B正确；Si的原子半径大于C，所以Si60的体积大于C60的体积，C错误；相对分子质量为(12＋28)×60＝2 400，D错误。
考向三 晶体熔、沸点的比较
典例3：下列物质的熔沸点高低顺序中，正确的是( )
A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B．CI4>CBr4>CCl4>CH4
C．Cl2>MgO>N2>CH4
D．金刚石>生铁>纯铁>钠
【答案】B
【解析】
比较物质的熔沸点，首先要确定物质所属的晶体类型。一般情况下，熔沸点的关系为原子晶体>
离子晶体>分子晶体，金属晶体的熔沸点差别很大，应具体问题具体分析。对于原子晶体，可通过比较形成共价键的元素的非金属性进行判断，非金属性越强，形成共价键的键能越大，熔沸点越高。对于分子晶体，首先应考虑其分子间能否形成氢键，若能形成氢键，则熔沸点高；若不能形成氢键，则看物质的状态，相同条件下固态物质的熔沸点高于液态物质的熔沸点，液态物质的熔沸点高于气态物质的熔沸点；若状态相同，则看相对分子质量，相对分子质量越大，熔沸点越高。正确答案为B。
变式训练3.根据表中给出的几种物质的熔、沸点数据，判断下列有关说法中错误的是( )
晶体
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
810
710
190
－68
2 300
沸点/℃
1 465
1 418
182.7
57
2 500
(注：AlCl3的熔点在2.02×105Pa条件下测定)
A．SiCl4和AlCl3都是分子晶体
B．单质B可能是原子晶体
C．NaCl和MgCl2在熔融状态和溶于水时均能导电
D．NaCl的键的强度比MgCl2的小
【答案】D
【解析】
A.由表中所给熔、沸点数据可知，SiCl4和AlCl3都为分子晶体，A项正确；
B.单质B的熔、沸点很高，可能为原子晶体，B项正确；
C.NaCl和MgCl2都是离子晶体，在熔融状态和溶于水时均能导电，C项正确；
D.NaCl的熔、沸点高于MgCl2，表明Na＋与Cl－的键断裂比Mg2＋与Cl－的键断裂难，即NaCl的键的强度大于MgCl2，D项错误。
考向四 常见晶胞结构的相关计算
典例4：如图表示一些晶体中的某些结构：
(1)图甲为金刚石晶胞，金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率____________________(不要求计算结果)。
(2)图乙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示出的C60分子数为14个。实际上一
个C60晶胞中含有________个C60分子。
(3)如图丙直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置，这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
①请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。
②晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
③晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即________(填计算式)。
④设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为________cm。
(4)用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
【答案】
(1)8 ＝
(2)4
(3)①
②12 ③4 12×＋1＝4 4 8×＋6×＝4
④·
(4)12 × ＝1.27×10－8
【解析】
(1)金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据晶胞计算确定在晶体中碳原子数目，碳原子数目为n＝8×1/8＋6×1/2＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有·(a)＝2r，则r＝a；然后可以确定原子的空间占有率为/a3＝。
(2)晶胞中粒子个数的计算公式＝体内×1＋面上×1/2＋棱上×1/4＋顶点×1/8。C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶点上，6个在面上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为8×1/8＋6×1/2＝4。
(3)②与Na＋最接近的且距离相等的Na＋共有12个。
③根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是：
a．处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。
b.处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞。
c.处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞。
d.处于晶胞内部(体心)的离子，则完全属于该晶胞。由此可知，在NaCl晶胞中，含Cl－：12×＋1＝4个；含Na＋：8×＋6×＝4个。
④设Cl－与Na＋的最近距离为a cm，则两个最近的Na＋间的距离为a cm，又·NA＝Mr，即a＝，所以Na＋间的最近距离为·。
(4)设晶胞的边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×64，a＝，面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径r＝× ＝1.27×10－8 cm。
变式训练4.如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题。
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－的个数为________。图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为________个。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________。
(3)金属铜具有很好的延展性、导电性、导热性，对此现象最简单的解释是用________理论。
(4)三种晶体中熔点最低的是________(填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________。
(5)已知两个距离最近的Ca2＋核间距为a×10－8 cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为_________________________________________________________________。
【答案】
(1)8 12
(2)O 1∶6
(3)电子气
(4)H3BO3 分子间作用力
(5) g·cm－3
【解析】
(1)CaF2晶体中Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋和F－个数比为1∶2；铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层的1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。
(2)图Ⅱ中B原子最外层三个电子形成三条共价键，最外层共6个电子，H原子达到2电子稳定结构，只有氧原子形成两条共价键达到8电子稳定结构。H3BO3晶体是分子晶体，相互之间通过氢键相连，每个B原子形成三条B—O极性键，每个O原子形成一条O—H极性键，共六条极性键。
(3)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，可以用来解释金属键的本质，金属的延展性、导电性、导热性。
(4)H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，受热熔化时克服分子间作用力。
(5)一个CaF2晶胞中实际拥有的离子数：Ca2＋数为8×＋6×＝4，而F－数为8，从而确定1个晶胞实际拥有4个“CaF2”，则CaF2晶体密度为4×78 g·mol－1÷[(a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝ g·cm－3。
1.【2018新课标Ⅰ卷35】Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻，能量密度大等优良性能，得到广泛应用，回答下列问题:
（3）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为______。LiAlH4中，存在_____（填标号）。
A．离子键 B．σ键 C．π键 D．氢键
（4）Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born?Haber循环计算得到。
可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol?1，O=O键键能为______kJ·mol?1，Li2O晶格能为______kJ·mol?1。
（5）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 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）。
【答案】
（3） 正四面体 sp3 AB （4） 520 498 2908 （5）
【解析】
⑶根据价层电子对互斥理论分析；AlH4—的中心原子的孤对电子数为×(3+1—4)=0，价层电子对数为0+4 = 4，故空间构型为正四面体，杂化形式为sp3；根据物质的组成微粒判断化学键有：阴阳离子之间存在离子键，Al与H之间还存在共价键；
⑷由2Li→2Li+ △H=1040kJ/mol可知Li原子的第一电离能为520kJ/mol，由O2→O
△H=249kJ/mol，可知氧氧键的键能为498 kJ/mol。由2Li+(g)+O2—(g) →Li2O(晶体)，可知Li2O晶格能为2908kJ/mol。21-cnjy*com
⑸根据Li2O的晶胞示意图，利用均摊法，可计算出一个晶胞中含Li离子8个，
氧离子8×+ 6×= 4个，因此晶胞质量为，晶胞体积为（0.4665×10－7）3cm3，故Li2O的密度为：ρ= =
2.【2018新课标II卷35】硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：
H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
?85.5
115.2
>600（分解）
?75.5
16.8
10.3
沸点/℃
?60.3
444.6
?10.0
45.0
337.0
回答下列问题：
（5）FeS2晶体的晶胞如图（c）所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为___________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。
【答案】
(5).
【解析】
（5）根据晶胞结构可知含有铁原子的个数是12×1/4+1＝4，硫原子个数是8×1/8+6×1/2＝4，晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，则其晶体密度的计算表达式为；晶胞中Fe2+位于所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角线的一半，则为nm。
3.【2018新课标Ⅲ卷35】[化学——选修3：物质结构与性质]
锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
（3）ZnF2具有较高的熔点（872 ℃)，其化学键类型是_________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________。
（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_______________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________________g·cm－3（列出计算式）。
【答案】
（3）离子键 ZnF2为离子晶体，Cl、Br、I非金属性逐渐减弱，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为分子晶体，分子晶体通常易溶于有机溶剂
（5）六方最密堆积
【解析】
（3）ZnF2的熔点较高，其属于离子晶体，存在离子键；根据相似相溶推测ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为分子晶体，分子晶体通常易溶于有机溶剂。
（5）由图示，堆积方式为六方最紧密堆积。为了计算的方便，选取该六棱柱结构进行计算。六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的，面心是两个六棱柱共用，所以该六棱柱中的锌原子为12×+2×+3=6个，所以该结构的质量为6×65/NA g。该六棱柱的底面为正六边形，边长为a cm，底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为6× cm2，高为c cm，所以体积为6× cm3。所以密度为：g·cm-3。
4.【2017海南卷】19-Ⅱ（14分）ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
（1）碳的一种单质的结构如图（a）所示。该单质的晶体类型为___________，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为__________________。
（3）四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图（b）所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性_______、共价性_________。（填“增强”“不变”或“减弱”）
（4）碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图（c）所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为_______________；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密度为_______g·cm-3。
【答案】II.（1）混合型晶体，σ键、π键；sp2；
（3）①均为分子晶体，范德华力随分子相对质量增大而增大；②减弱，增强；
（4）K3C60，2.0。
【解析】
Ⅱ（1）图（a）所示单质的晶体是石墨，每一层碳原子之间是以共价键结合，而层与层之间是范德华力，故晶体类型是混合型晶体；层内碳原子之间形成σ键，层间的碳原子间形成的是π键；石墨中碳原子有3个σ键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2，故答案为：混合型晶体，σ键、π键；sp2；
（3）①SiX4属于分子晶体，不含分子间氢键，范德华力越大，熔沸点越高，范德华力随着相对质量的增大而增大，即熔沸点增高；
②同主族从上到下非金属性减弱，得电子能力减弱，因此PbX2中化学键的离子型减弱，共价型增强，故答案为：①均为分子晶体，范德华力随分子相对质量增大而增大；②减弱，增强；
（4）根据晶胞的结构，C60位于顶点和面心，个数为8×1/8＋6×1/2=4，K为与棱上和内部，个数为12×1/4＋9=12，因此化学式为K3C60，晶胞的质量为g，晶胞的体积为(1.4×10－7)3cm3，根据密度的定义，则晶胞的密度为2.0g/cm3。故答案为：K3C60，2.0。
5．【2017新课标Ⅰ卷】钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
（2）基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是_________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为___________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是___________________________。
（4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a=0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__________。
（5）在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于______位置，O处于______位置。
【答案】（2）N 球形 K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱
（4）0.315 12 （5）体心 棱心
【解析】
(2)K位于第四周期IA族，电子占据最高能层是第四层，即N层，最后一个电子填充在4 s能级上，电子云轮廓图为球形；K的原子半径大于Cr的半径，且价电子数较少，金属键较弱，因此K的熔点、沸点比Cr低；
(4)根据晶体结构，K与O间的最短距离是面对角线的一半，即为×0.446 nm＝0.315 nm，根据晶胞的结构，距离K最近的O的个数为12个；
(5)根据KIO3的化学式，以及晶胞结构，K处于体心，O处于棱心。
6．【2017新课标Ⅱ卷】我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（用R代表）。回答下列问题：
（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图（b）所示。
①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。（填标号）
A．中心原子的杂化轨道类型 B． 中心原子的价层电子对数
C．立体结构 D．共价键类型
②R中阴离子中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为），则中的大π键应表示为____________。
（4）R的晶体密度为d g·cm?3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为______________。
【答案】
（3）①ABD C ②5
（4）
【解析】
(3)①根据图(b)，阳离子是NH和H3O＋，NH中心原子N含有4个σ键，孤电子对数为＝0，价层电子对数为4，杂化类型为sp3，H3O＋中心原子是O，含有3个σ键，孤电子对数为＝1，空间构型为正四面体形，价层电子对数为4，杂化类型为sp3，空间构型为三角锥形，因此相同之处为ABD, 不同之处为C；
②根据图(b)N5中σ键总数为5NA个；根据信息，N5的大π键应表示为：П；
(4)根据密度的定义有d＝ g/cm3。
解得y＝。
7．【2017新课标Ⅲ卷】研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：
（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_________________，原
因是______________________________。
（5）MgO具有NaCl型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得
MgO的晶胞参数为a=0.420 nm，则r(O2-)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为
a' =0.448 nm，则r(Mn2+)为________nm。
【答案】
（3）H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2分子量较大、范德华力较大
（5）0.148 0.076
【解析】
（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为H2O>CH3OH>CO2>H2，原因 是
常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体，液体的沸点高于气体；H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多，所以水的沸点高于甲醇；CO2与H2均为非极性分子，CO2分子量较大、范德华力较大，所以CO2的沸点较高。
（5）因为O2－是面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即4r(O2－)=a，解得
r(O2－)= nm=0.148nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构，
晶胞参数=2 r(O2－)+2 r(Mn2+)，则r(Mn2+)=(0.448 nm-2×0.148 nm)/2=0.076nm。
8.【2017江苏卷21】铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
（5）某FexNy的晶胞如题21图?1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x?n) CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如题21图?2 所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为___________。
【答案】（5）Fe3CuN
【解析】
（5）a位置Fe：8×1/8=1，b位置Fe，6×1/2=3，N为1个，从题21图?2看出：Cu替代a位置Fe型产物的能量更低，将化学式由Fe3FeN用铜替换为Fe3CuN。
9.【2016海南卷】M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：
（1）单质M的晶体类型为______，晶体中原子间通过_____作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为______。
（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为_______，已知晶胞参数a=0.542 nm，此晶体的密度为_______g·cm–3。（写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA）
②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是________。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_______。
【答案】（1）金属晶体 金属键 12
（3）①CuCl
②Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子）[Cu(NH3)4]2+?
【解析】 根据题目所给信息推断M为铜元素，Y为氯元素。
（1）单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方密堆积，铜原子的配位数为12；
（3）①根据晶胞结构利用切割法分析，每个晶胞中含有铜原子个数为8×1/8+6×1/2=4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl；则1mol晶胞中含有4molCuCl，1mol晶胞的质量为4×99.5g，又晶胞参数a=0.542nm，此晶体的密度为g·cm-3。
②该化合物难溶于水，其原因是Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu(I)被氧化为Cu(Ⅱ)，故深蓝色溶液汇总阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]2+。
10．【2016新课标Ⅰ卷】锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
?49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
（6）晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（，0，）；C为（，，0）。则D原子的坐标参数为______。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为______g·cm-3（列出计算式即可）。
【答案】
（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强。
（6）①(，，)；②。
【解析】
（6） ①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，，)；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3。
11．【2016新课标Ⅱ卷】东晋《华阳国志?南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
（4）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dg/cm3，晶胞参数a=________nm。
【答案】
（4）①3:1 ②
【解析】
（4）①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×1/2=3，镍原子的个数为8×1/8=1，则铜和镍原子的数量比为3：1。
②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为dg/cm3，根据ρ=m÷V，则晶胞参数a=nm。
12．【2016新课标Ⅲ卷】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。回答下列问题：
（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________。
（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________,Ga与As以_____键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______。
【答案】（4）GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高；
（5）原子晶体；共价键
【解析】
（4）GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体；
（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为
原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝
。
