第二节 分子晶体与原子晶体
[课标要求]
1．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。
2．知道分子晶体与原子晶体的结构微粒、微粒间作用力以及与其他晶体的区别。
1．在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。
2．在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。
3．干冰、冰、金刚石的晶体结构图示。
1．分子晶体的概念及粒子间的相互作用力
(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。
(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。
[特别提醒]
分子晶体熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。
2．常见的分子晶体及其物理性质
(1)常见的分子晶体
①所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。
②部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。
③部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。
④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
⑤绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
(2)物理性质：分子晶体熔、沸点较低，硬度较小。
3．分子晶体的结构特征
(1)分子间作用力只有范德华力
晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如干冰的晶胞结构如图：
①每个晶胞中有4个分子。
②每个晶胞中有12个原子。
③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。
(2)分子间有其他作用力
水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。如冰的晶体结构如右图。
4．分子晶体熔沸点的比较
(1)结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态。
(2)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。
(3)组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
[特别提醒]
少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点较高。
1．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是( )
A．H2O、O3、CCl4 B．CCl4、(NH4)2S、H2O2
C．SO2、SiO2、CS2 D．P2O5、CO2、H3PO4
解析：选D A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为原子晶体。
2．下列有关分子晶体的说法中正确的是( )
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．其结构一定不能由原子直接构成
解析：选B 稀有气体元素组成的晶体中，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，所以不存在任何化学键，且分子为单原子分子，故A、D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间或者分子内，所以B项正确，C项错误。
1．原子晶体的结构特点及物理性质
(1)构成微粒及其相互作用
(2)物理性质
①原子晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高，硬度大。
②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
[特别提醒]
一般来说，原子晶体的熔点要比分子晶体的熔点高。
2．常见的原子晶体
(1)物质类别
(2)金刚石的结构特点：
①在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。
②晶体中C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。
③最小环上有6个碳原子。
④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为
1∶＝1∶2。
1．CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于什么晶体？
提示：分子晶体。
2．某碳氮化合物具有立体网状结构，硬度比金刚石还硬，不溶于水，也不导电，你认为其属于什么晶体？
提示：原子晶体。
判断原子晶体和分子晶体类型的方法
(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
构成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断
原子晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至温度更低。
(3)依据晶体的导电性判断
分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。原子晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。
(4)依据晶体的硬度和机械性能判断
原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。
1．下列晶体中属于原子晶体的是( )
A．晶体碘 B．食盐
C．胆矾 D．晶体硅
解析：选D 常见的原子晶体中属于非金属单质的有金刚石、晶体硅、晶体硼等，属于非金属化合物的有二氧化硅、碳化硅、氮化硅等。
2．下列有关分子晶体熔点的高低叙述中正确的是( )
A．Cl2＞I2
B．SiCl4＞CCl4
C．N2＞O2
D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3
解析：选B A、B、C、D选项中均无氢键，且都为分子晶体，物质结构相似则相对分子质量大的熔点高，故A、C错误，B正确；D中相对分子质量相同的同分异构体，支链越多，熔点越低，故D错误。
[三级训练·节节过关]
1．下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是( )
A．原子晶体硬度通常比分子晶体大
B．原子晶体的熔、沸点较高
C．分子晶体都不溶于水
D．金刚石、水晶属于原子晶体
解析：选C 分子晶体有的能溶于水，如H2SO4等。
2．金刚石是典型的原子晶体。下列关于金刚石的说法中，错误的是( )
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．是硬度最大的物质之一
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
解析：选D 金刚石是典型原子晶体，原子之间以共价键结合，构成空间网状结构，不存在独立的分子，金刚石的硬度大，性质稳定，但在高温下可与氧气反应，生成CO2气体。
3．下列性质适合于某种原子晶体的是( )
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
B．熔点10.32 ℃，液态不导电，水溶液导电
C．能溶于CS2，熔点112 ℃，沸点444.6 ℃
D．熔点3 550 ℃，很硬，不溶于水，不导电
解析：选D 由原子晶体所具有的一般特点，熔、沸点高，硬度大，不溶于水等性质，可以推断D应该是原子晶体。
4．有下列几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。
(1)属于分子晶体的是________(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。
(2)属于原子晶体的化合物是________。
(3)直接由原子构成的晶体是________。
(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
解析：根据构成晶体的粒子不同，分子晶体仅由分子组成，原子晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子构成的晶体；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
答案：(1)BCEF E (2)A (3)ADE (4)BCF AD
1．下列物质固态时一定是分子晶体的是( )
A．酸性氧化物 B．碱性氧化物
C．含氧酸 D．非金属单质
解析：选C 利用举特例法解题。A项，SiO2为酸性氧化物，属于原子晶体；B项，Na2O、CaO等碱性氧化物属于离子晶体；D项，金刚石、晶体硅等非金属单质属于原子晶体。
2．下列说法中错误的是( )
A．干冰与二氧化硅晶体熔化时，所克服的微粒间相互作用不相同
B．C2H5OH与C2H5Br相比，前者的相对分子质量远小于后者，而沸点却远高于后者，其原因是前者的分子间存在氢键
C．非金属单质只能形成分子晶体
D．金刚石熔化时断裂共价键
解析：选C 干冰熔化时破坏范德华力，二氧化硅、金刚石等原子晶体熔化时破坏共价键，A、D项正确；乙醇的分子间易形成氢键，故其沸点高于C2H5Br，B项正确；C、Si、O是非金属元素，但金刚石、晶体硅、二氧化硅都是原子晶体，C项不正确。
3．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，该碳氮化合物的硬度比金刚石更坚硬，则下列分析正确的是( )
A．该碳氮化合物呈片层状结构
B．该碳氮化合物呈立体网状结构
C．该碳氮化合物中C—N键长比金刚石的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：选B 由题意知，碳氮化合物的硬度比金刚石还大，说明该碳氮化合物为原子晶体，因此是立体网状结构，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。
4．如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键( )
A．2 B．4
C．8 D．12
解析：选A 每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，因此每个水分子具有的氢键个数为4×＝2。
5．下列说法正确的是( )
A．冰熔化时，分子中H—O键发生断裂
B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子晶体的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定
解析：选B A项，冰熔化时，破坏分子间作用力(主要是氢键)，分子内的H—O键不发生断裂；C项，分子晶体中，分子间作用力越强，分子晶体的熔、沸点越高，与分子内共价键的键能大小无关；D项，分子晶体中，分子内共价键的键能越大，该分子越稳定。
6．下列性质符合分子晶体的是( )
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点10.31 ℃，液体不导电，水溶液能导电
C．熔点97.81 ℃，质软，能导电，密度是0.97 g·cm－3
D．熔点63.65 ℃，熔化时能导电，水溶液也能导电
解析：选B A项中的熔点太高，C项中能导电的说法不符合题意，D项中熔化时能导电的说法也不符合题意。
7．在下列三种晶体：①金刚石，②晶体硅，③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是( )
A．①③② B．②③①
C．③①② D．②①③
解析：选A 由于碳的原子半径小于硅的原子半径，因此，共价键键长：C—C键＜C—Si键＜Si—Si键，而共价的键长越短，键能越大，所以题中三种物质的熔点从高到低的顺序是金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
8．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是( )
A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元
B．1 mol Si形成2 mol Si—O键
C．图示结构单元中实际占有18个硅原子
D．方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为90°
解析：选A 由方英石结构示意图，知方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项正确；1 mol Si形成4 mol Si—O键，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项错误；方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，说明Si—O键之间的夹角为109°28′，D项错误。
9．(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________。
A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂
B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
E．每摩尔原子晶体干冰中含有4 mol C—O键
解析：(1)题给CO2分子晶体的一部分，取任一顶点的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶点的三个面心上的CO2分子，共3个；而该顶点被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有：3×8/2＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶点，6个CO2分子处于面心。所以，该结构单元平均占有的CO2分子数为：8×＋6×＝4；(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。
答案：(1)12 4 (2)BDE
10．碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有__________个C原子在同一平面。
解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。
(2)由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。
答案：(1)3 2 (2)12 4
1．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金刚石和白磷 ③CO2和SO2
④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘
A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑥ D．①③⑤
解析：选C 属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘，属于原子晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体单原子分子组成，晶体中不存在化学键。
2．下列晶体性质的比较中，正确的是( )
A．熔点：单质硫>磷>晶体硅
B．沸点：NH3>H2O>HF
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
解析：选D 硫与磷是分子晶体，晶体硅是原子晶体，其中晶体硅的熔点远高于硫与磷的熔点，A项错误；氟化氢、冰、氨都是分子晶体，三种物质之中都存在氢键，水在常温下是液体，氟化氢、氨常温下是气体，则水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；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，熔点越高，D项正确。
3．干冰和二氧化硅晶体同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是( )
A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量
B．C===O键键能比Si—O键键能小
C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体
D．干冰易升华，二氧化硅不能
解析：选C 干冰和二氧化硅晶体尽管同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为原子晶体。原子晶体微粒间以较强的共价键结合，其熔、沸点较高，而分子晶体以较弱的分子间作用力结合，熔、沸点较低。
4．SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温、常压下SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4
解析：选B 由于SiCl4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力较大，熔、沸点应该比CCl4高。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。
5．下列叙述中，结论(事实)和对应的解释(事实)均不正确的是( )
A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C键的键能大于Si—Si键的键能
B．二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，因为它含有硅氧四面体的空间网状结构
C．稀有气体的晶体属于原子晶体，因为其组成微粒是原子，不存在分子间作用力
D．立体构型为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28′，有可能为60°
解析：选C 稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项符合题意。
6．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( )
A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶点
B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
解析：选D 二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶点，A项错误；在SiO2晶体中，每6个Si原子和6个O原子形成一个12元环(最小环)，D正确，B、C错误。
7．下列说法中正确的是( )
①金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
②金刚石晶体中的碳原子是sp3杂化的
③1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
④金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选A 在金刚石晶体中的最小环为六元环，为空间六边形，由六个碳原子构成，①正确；金刚石晶体中每个碳原子形成4个共价键，是sp3杂化，②正确；在SiO2晶体中1个硅原子与四个氧原子形成4个共价键，所以1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，③错误；金刚石的化学性质很稳定，但在高温下可以和氧气反应生成CO2，④错误。
8．干冰晶体是一种面心立方结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个 B．8个
C．12个 D．6个
解析：选C 在每个CO2周围距离为a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×＝12个。
9．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。
(1)基态硅原子的核外电子排布式为________________。
(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为____________。
(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。
(4)下表列有三种物质(晶体)的熔点：
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1 710 －70.5 －90.2
简要解释熔点产生差异的原因：
①SiO2和SiCl4：________________________________________________________；
②SiCl4和 SiF4：_______________________________________________________。
解析：(2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中插入一个氧原子，所以只要在每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。(4)晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。
答案：(1)1s22s22p63s23p2 (2)109°28′
(3)如图所示：
(4)①SiO2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4 ②SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4
10．(1)BN是一种新型的无机材料，由于碳单质与BN属于等电子体，其结构和性质具有极大的相似性，故可推知，在BN的晶体中，一种是类似于__________的空间网状结构的晶体，可用作耐磨材料。
(2)单质硼有无定形体和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K >3 550 1 410 2 573
沸点/K 4 827 2 628 2 823
摩氏硬度 10 6.5 9.5
①晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是_____________________。
②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如右图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，此基本结构单元由________个硼原子构成，其中B—B键的键角为__________。
(3)假设将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，余下部分的结构与C60相同，则C60由____________个正五边形__________个正六边形构成。
解析：(1)根据等电子体物质的结构与性质相似的原理，可推知BN的结构，一种类似于金刚石，硬度大、耐磨。(2)因为晶体硼有很高的熔沸点和很大的硬度，可推知其为原子晶体。晶体硼的基本结构单元为正二十面体，每个面均为正三角形，键角为60°，一个三角形有三个顶点，每个顶点为五个三角形共用，每个三角形拥有硼原子数为3×1/5,20个三角形拥有硼原子数为20×3×1/5＝12，即此结构单元由12个B原子构成。(3)若将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，则削去的顶点变为五边形，原来的正三角形变为正六边形，故余下的结构共有12个正五边形(即原来的12个顶点，)20个正六边形(即原来的20个面)。
答案：(1)金刚石 (2)①原子 晶体硼有很高的熔沸点和很大的硬度 ②12 60° (3)12 20
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第三节 金属晶体
[课标要求]
1．知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
2．能列举金属晶体的基本堆积模型。
3．知道金属晶体的结构微粒、微粒间作用力以及与其他晶体的区别。
,
1．金属键是指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．金属晶体中，原子之间以金属键相结合，金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。
3．金属原子在二维空间里有两种放置方式：密置层和非密置层。
4．金属原子在三维空间里有四种堆积方式：①简单立方堆积，②体心立方堆积，③六方最密堆积，④面心立方最密堆积。
1．金属键
(1)概念：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，从而把所有金属原子维系在一起。
(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。
(3)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，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；反之，金属键越弱。
②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。
[特别提醒]
(1)同周期从左到右金属单质(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族从上到下金属单质(如碱金属)熔、沸点降低。
(2)合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。
(3)金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁等金属熔点很高(1 535 ℃)。
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)用电子气理论解释金属的性质：
[特别提醒] 温度越高，金属的导电能力越弱。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在( )
(2)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( )
(3)钙的熔、沸点低于钾( )
(4)温度越高，金属的导电性越好( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)×
2．金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是( )
A．良好的导电性
B．反应中易失电子
C．良好的延展性
D．良好的导热性
解析：选B 金属的物理性质是由金属晶体所决定的，A、C、D三项都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。
1．二维空间模型
堆积方式 非密置层 密置层
图示
配位数 4 6
2．三维空间模型
(1)简单立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，其空间利用率52%，配位数为6，晶胞构成：一个立方体，每个晶胞含有1个原子，如Po。
(2)体心立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，配位数为8，空间利用率为68%。晶胞构成：体心立方，每个晶胞含有2个原子，如碱金属。
(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积：六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照密置层 (填“密置层”或“非密置层”)的堆积方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均为74%。
六方最密堆积 面心立方最密堆积
按ABABABAB……的方式堆积 按ABCABCABC……的方式堆积
1．连线题。
金属 晶胞类型
A．铜 ①简单立方
B．钋 ②体心立方
C．钾 ③六方
D．镁 ④面心立方
解析：简单立方的是钋，体心立方的有Na、K、Fe等，六方最密堆积的有Mg、Zn等，面心立方最密堆积的有Cu、Ag、Au。
答案：A－④ B－① C－② D－③
2．金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法中正确的是( )
A．图(a)为非密置层，配位数为6
B．图(b)为密置层，配位数为4
C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积
D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积
解析：选C 金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，另一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，原子的配位数为4。由此可知，图中(a)为密置层，(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心立方两种堆积模型。所以，只有C选项正确。
1．石墨的结构特点
(1)同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p电子可在整个平面中运动。
(2)层与层之间以范德华力相结合。
2．石墨的晶体类型
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。
1．下列有关石墨晶体的说法正确的是( )
A．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
B．由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体
C．由于石墨质软，所以它是分子晶体
D．石墨晶体是一种混合晶体
解析：选D 石墨晶体中既有共价键，又有金属键，还有范德华力，因此它是一种混合晶体。
2．石墨的片层结构如图所示，试回答：
(1)片层中平均每个正六边形含有________个碳原子。
(2)在片层结构中，碳原子数、C—C键、六元环数之比为__________。
(3)n g碳原子可构成__________个正六边形。
解析：在石墨的片层结构中，以一个六元环为研究对象，由于每个碳原子被3个六元环共用，即组成每个六元环需碳原子数为6×＝2；另外每个碳碳键被2个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×＝3。n g碳原子可构成正六边形的个数为×NA mol－1×＝。
答案：(1)2 (2)2∶3∶1 (3)
[三级训练·节节过关]
1．金属键的实质是( )
A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用
B．金属原子与金属原子间的相互作用
C．金属阳离子与阴离子的吸引力
D．自由电子与金属原子之间的相互作用
解析：选A 金属键就是金属中金属阳离子与自由电子间的相互作用，其本质上是一种电性作用。
2．下列有关金属晶体的说法中不正确的是( )
A．金属晶体是一种“巨分子”
B．“电子气”为所有原子所共用
C．简单立方堆积的空间利用率最低
D．体心立方堆积的空间利用率最高
解析：选D 根据金属晶体的电子气理论判断，A、B项都是正确的；金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是：简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为74%，因此简单立方堆积的空间利用率最低， 六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高。
3．下列晶体中，金属阳离子与自由电子间的作用最强的是( )
A．Na B．Mg
C．Al D．K
解析：选C 金属原子的半径越小，价电子数目越多，金属键就越强，即金属阳离子与自由电子间的作用越强。Na、Mg、Al均位于第三周期，原子半径逐渐减小，价电子数目逐渐增多，所以金属键逐渐增强，其中铝的金属键最强，钠的金属键最弱，而钾和钠位于同一主族，且钾的半径比钠大，钾的金属键比钠弱。
4．关于右图不正确的说法是( )
A．此种最密堆积为面心立方最密堆积
B．铜晶体采用该种堆积方式
C．该种堆积方式可用符号ABCABC……表示
D．镁晶体采用该种堆积方式
解析：选D 从图示可看出，该堆积方式的第一层和第四层重合，这种堆积方式可用符号“……ABCABC……”表示，属面心立方最密堆积，金属铜采用这种堆积方式而镁属于六方堆积，所以选项D不正确。
5．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图甲所示的等径圆球排列中，A属于______层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。
(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图乙所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积。在这种晶体中，金属原子的配位数是__________，平均每个晶胞所分摊的原子数目是________。
(3)已知下列金属晶体：Ti、Po、K、Fe、Ag、Mg、Zn、Au其堆积方式为：
①简单立方堆积的是________________；
②体心立方堆积的是________________；
③六方最密堆积的是________________；
④面心立方最密堆积的是________________。
解析：(1)在晶体微粒堆积的空间里，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为配位数。密置层配位数是6。(2)图乙所示的金属晶体的简单立方晶胞的8个顶点各有一个原子，平均每个晶胞所分摊的原子数目是8×＝1；在这种晶体中，每个金属原子的上、下、左、右、前、后各有一个相邻的原子，故配位数为6。(3)只有金属Po采取简单立方堆积方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABABABAB……的方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积，六方最密堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见金属为Cu、Ag、Au。
答案：(1)非密置 4 密置 6 (2)6 1 (3)①Po
②K、Fe ③Mg、Zn、Ti ④Ag、Au
1．下列有关金属键的叙述中，错误的是( )
A．金属键没有饱和性和方向性
B．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
C．金属键中的电子属于整块金属
D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
解析：选B 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，故金属键无饱和性和方向性；金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括静电吸引作用，也存在静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。
2．金属能导电的原因是( )
A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
解析：选B 根据电子气理论，电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下发生了定向移动从而导电，B项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，A项错误；金属导电是靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动，C项错误；金属导电是物理变化，而不是失去电子的化学变化，D项错误。
3．关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是( )
A．是密置层的一种堆积方式
B．晶胞是六棱柱
C．每个晶胞内含2个原子
D．每个晶胞内含6个原子
解析：选C 体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×＋1＝2。
4．金属键的强弱与金属价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是( )
A．Li Na K B．Na Mg Al
C．Li Be Mg D．Li Na Mg
解析：选B 金属熔点的高低与金属阳离子半径大小及金属价电子数有关，价电子数越多，阳离子半径越小，金属键越强。B项中三种金属在同一周期，价电子数分别为1、2、3，且半径由大到小，故熔点由高到低的顺序是Al>Mg>Na。
5.对图中某晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是( )
A．该种堆积方式为六方最密堆积
B．该种堆积方式称为体心立方堆积
C．该种堆积方式称为面心立方堆积
D．金属Mg就属于此种最密堆积方式
解析：选C 由图示知该堆积方式为面心立方堆积，A、B错误，C正确；Mg是六方堆积，D错误。
6．下列金属的密堆积方式与对应晶胞正确的是( )
A．Na 面心立方 B．Mg 六方
C．Cu 六方 D．Au 体心立方
解析：选B Na是体心立方堆积，Cu、Au属于面心立方最密堆积，Mg是六方最密堆积。
7．物质结构理论指出：金属晶体中金属阳离子与“自由电子”之间存在的强的相互作用，叫金属键。金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，一般来说金属阳离子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是( )
A．镁的硬度大于铝 B．镁的熔点高于钙
C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔点高于钾
解析：选A 根据题目所给条件：镁和铝的电子层数相同，价电子数Al>Mg，离子半径Al3＋Mg2＋，金属键Mg强于Ca；用以上比较方法可推出：价电子数Mg>K，离子半径Mg2＋K，硬度Mg>K；钙和钾位于同一周期，价电子数Ca>K，离子半径K＋>Ca2＋，金属键Ca>K，熔点Ca>K。
8．下列各组物质熔化或汽化时所克服的粒子间的作用力属同种类型的是( )
A．石英和干冰的熔化 B．晶体硅和晶体硫的熔化
C．钠和铁的熔化 D．碘和氯化铵的汽化
解析：选C 石英的成分为SiO2，属于原子晶体，熔化时需克服共价键，干冰为固体CO2，属于分子晶体，熔化时需克服分子间作用力；晶体硅熔化时克服共价键，晶体硫熔化时克服分子间作用力；钠与铁均为金属晶体，熔化时克服的都是金属键；碘汽化时克服分子间作用力，NH4Cl汽化时需克服离子键与共价键。
9．(1)如图所示的是二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是________。
(2)如图为一个金属银的晶胞，请完成以下各题。
①该晶胞“实际”拥有的银原子数是________个。
②该晶胞称为________(填字母)。
A．六方晶胞
B．体心立方晶胞
C．面心立方晶胞
D．简单立方晶胞
③此晶胞立方体的边长为a cm，Ag的相对原子质量为108 g·mol－1，金属银的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。
解析：(1)由图中直接相邻的原子数可以求得a、b的原子数之比分别为1∶2和1∶3，相应化学式分别为AX2、AX3，故答案为b。
(2)①根据“均摊法”可计算晶胞中的原子个数：8×＋6×＝4。
②该晶胞为面心立方晶胞。
③根据公式ρa3＝M可得：
NA＝M，将N＝4和M＝108代入该式，可得NA＝。
答案：(1)b (2)①4 ②C ③
10.金属金以面心立方晶格构型形成晶体(如图)，立方晶胞的边长a＝407.0 pm。
(1)在金属金的晶胞中最近的两原子之间的距离是________。
(2)在一个金原子周围与之距离为题(1)中计算的值的金原子有________个。
(3)金的密度为________。
(4)金晶胞的填充因子(即立方体中所有金原子本身所占据的体积分数)为________。
解析：由晶胞结构可知最近的两个金原子之间的距离为a。面心立方最密堆积时原子的配位数为12，即与一个金原子等距且最近的金原子为12个。折算之后每个晶胞中包含的金原子数目为4个，即可知晶胞的密度为ρ＝(M为金的摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数)。金晶胞的填充因子即该晶胞的空间利用率为74%。
答案：(1)287.8 pm (2)12 (3)19.4 g·cm－3 (4)74%
1．对于面心立方最密堆积的描述错误的是( )
A．铜、银、金采用这种堆积方式
B．面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个金属原子
C．平均每个面心立方晶胞中有14个金属原子
D．平均每个面心立方晶胞中有4个金属原子
解析：选C 应用分割法计算，平均每个晶胞含有金属原子：8×＋6×＝4。
2．关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是( )
A．晶胞是六棱柱
B．钠、钾、铁采用此种堆积方式
C．每个晶胞中含4个原子
D．每个晶胞中含5个原子
解析：选B 体心立方的堆积方式为立方体的顶点和体心均有一个原子，每个晶胞中含有8×＋1＝2个原子。
3．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键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( )
A．金属镁的熔点高于金属铝
B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的
C．金属铝的硬度大于金属钠
D．金属镁的硬度小于金属钙
解析：选C 镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点低，硬度小，A错；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，硬度逐渐减小，B错；因铝离子比钠离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔、沸点高，硬度大，C正确；因镁离子比钙离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点高，硬度大，D错误。
4．几种晶体的晶胞如图所示：
晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是( )
A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠
C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石
解析：选C 第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子构成正四面体结构，为金刚石。
5．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( )
A．a为简单立方堆积，b为六方最密堆积，c为体心立方堆积，d为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为a：1个，b：2个，c：2个，d：4个
C．晶胞中原子的配位数分别为a：6，b：8，c：8，d：12
D．空间利用率的大小关系为a解析：选B a为简单立方堆积，b为体心立方堆积，c为六方最密堆积，d为面心立方最密堆积，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为a：8×＝1个，b：8×＋1＝2个，c：8×＋1＝2个，d：8×＋6×＝4个，B项正确；晶胞c和晶胞d中原子的配位数应为12，C项不正确；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，D项不正确，应为d＝c>b>a。
6．如图是金属晶体的面心立方最密堆积形成的晶胞示意图，在密堆积中处于同一密置层上的原子组合是( )
A．④⑤⑥⑩?? B．②③④⑤⑥⑦
C．①④⑤⑥⑧ D．①②??⑧⑤
解析：选B 面心立方晶胞的体对角线是垂直于密置层面的直线，所以要找处于同一层上的原子，必须找出垂直于体对角线的面。
7．如下图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是( )
δ?Fe1 394 ℃,γ?Feα?Fe
A．γ?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为14
B．α?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为1
C．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
D．三种同素异形体的性质相同
解析：选B γ?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＋6×＝4，A错；α?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＝1，B正确；将铁冷却到不同的温度，得到的晶体类型不同，C错；同素异形体的性质不同，D错。
8.金属钠晶体为体心立方堆积(晶胞如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为( )
A. B.·
C.· D.·
解析：选C 根据“均摊法”可计算晶胞中原子个数：8×＋1＝2，设晶胞的棱长为d，则d＝，晶胞体积为3，根据公式ρd3＝，可得r＝·。
9.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________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)。
(4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为________。
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＝＝× 。
(4)每个晶胞含有2个钨原子，2个钨原子的体积V′＝2×πr3＝，则该体心立方结构的空间利用率＝＝×100%＝×100%＝×100%＝68%。
答案：(1)2 (2) (3)× (4)68%
10．金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。
(1)金晶体每个晶胞中含有________个金原子。
(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定______________________________。
(3)一个晶胞的体积是________。
(4)金晶体的密度是________。
解析：利用均摊法解题，8个顶点上金原子有属于该晶胞，每个面上金原子有属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中金原子个数＝8×＋6×＝4。假设金原子间相接触，则
有 ，正方形的对角线为2d。正方形边长为d。所以V晶＝(d)3＝2d3,1
个晶胞质量为m晶＝，所以ρ＝＝。
答案：(1)4 (2)面对角线金属原子间相接触，即相切
(3)2d3 (4)
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1
类型
项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体
的粒子 阴、阳
离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子
粒子间
的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 金属键
类型
项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
确定作用
力强弱的
一般判断
方法 离子电荷、半径 键长(原子半径) 组成结构相似时，比较相对分子质量大小 离子半径、价电子数
熔、沸点 较高 高 低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃)
硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大
类型
项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体(个别为半导体) 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
类型 A B C D
原子晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石
分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰
离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝
金属晶体 铜 汞 铝 铁
选项 离子晶体 原子晶体 分子晶体
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶 I2
D Ba(OH)2 金刚石 玻璃
第四节 离子晶体
[课标要求]
1．能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
2．了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。
3．知道离子晶体的构成粒子、粒子间作用力以及与其他晶体的区别。
1．离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体。决定离子晶体结构的重要因素有：几何因素(正负离子的半径比)，电荷因素(正负离子的电荷比)，键性因素(离子键的纯粹程度)。
2．离子晶体硬度较大，难于压缩，具有较高的熔点和沸点，固体不导电，溶于水或在熔融状态下可以导电。
3．常见的三种离子晶体的晶胞：
4．离子晶体的晶格能是指气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
1．离子晶体的结构特点
(1)构成粒子：阴离子和阳离子。
(2)作用力：离子键。
(3)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
[特别提醒]
(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4NO3晶体；由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3晶体是分子晶体。
(2)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如CH3COONH4中除含离子键外，还含有共价键、配位键。
(3)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体。
2．离子晶体结构的决定因素
(1)几何因素：晶体中正负离子的半径比。
(2)电荷因素：晶体中正负离子的电荷比。
(3)键性因素：离子键的纯粹程度。
3．离子晶体的性质
熔、沸点 熔、沸点较高，难挥发
硬度 硬度较大，难以压缩
溶解性 一般在水中易溶，在非极性溶剂中难溶
导电性 固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电
[特别提醒] 离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO的熔点(2 852 ℃)高于SiO2的熔点(1 600 ℃)。
4．常见的离子晶体
晶体类型 NaCl CsCl CaF2
晶胞
阳离子的配位数 6 8 8
阴离子的配位数 6 8 4
5．晶格能
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量( )
(2)晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量( )
(3)晶格能指1 mol离子化合物中的阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时所放出的能量( )
(4)晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)×
2．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( )
A．具有较高的熔点
B．固态不导电，水溶液能导电
C．可溶于水
D．固态不导电，熔融状态能导电
解析：选D A项，SiO2晶体熔点也较高，但不是离子晶体；B项，HCl晶体的水溶液也能导电，也不是离子晶体；C项，有些晶体如固体氨溶于水，不属于离子晶体；D项，离子晶体固态时不能导电，在熔融时可导电。
3．下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶格能的是( )
A．Na＋(g)＋Cl－(g)―→NaCl(s) ΔH1
B．Na(s)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH2
C．2Na＋(g)＋2Cl－(g)―→2NaCl(s) ΔH3
D．Na(g)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH4
解析：选A 气态离子形成1摩离子晶体释放的能量称为晶格能。
4．连线题。
答案：A—(2)—③ B—(3)—② C—(1)—①
1．四种晶体类型的比较
类型项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体 的粒子 阴、阳 离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子
粒子间 的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 金属键
确定作用 力强弱的 一般判断 方法 离子电荷、半径 键长(原子半径) 组成结构相似时，比较相对分子质量大小 离子半径、价电子数
熔、沸点 较高 高 低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃)
硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大
导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体(个别为半导体) 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械
加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
2．判断晶体类型的常用方法
(1)根据晶体的概念判断
依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断。
如由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由分子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原子晶体；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)根据物质的类别判断
按照物质所属的类别也可进行判断。一般来说，金属氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2等外)、酸和大多数有机物(除有机盐外)属于分子晶体；金属单质属于金属晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、SiO2等。
(3)根据晶体的特征性质判断
根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)的不同和相应规律来判断。如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为原子晶体；金属单质(在熔融状态和固态时均能导电)形成金属晶体。
1．下列有关晶体的说法正确的是( )
A．晶体分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．氯化钠熔化时离子键未被破坏
解析：选B 分子的稳定性与化学键的键能有关，与分子间作用力无关，A错误；冰融化时破坏的是水分子间的分子间作用力，C错误；氯化钠熔化时离子键被破坏，D错误。
2．下列物质所属晶体类型分类正确的是( )
类型 A B C D
原子晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石
分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰
离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝
金属晶体 铜 汞 铝 铁
解析：选D A选项中石墨为混合型晶体，B选项中生石灰为离子晶体，C选项中氯化铯为离子晶体。
1．不同晶体类型的熔、沸点高低规律
一般为原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨)，有的很低(如汞)。
2．同属于原子晶体
一般组成晶体的原子半径越小，熔、沸点越高。如熔点：金刚石(C—C)>二氧化硅(Si—O)>碳化硅(Si—C)>晶体硅(Si—Si)。
3．同属于离子晶体
离子所带电荷越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高。如熔点：MgO>NaCl>CsCl。
4．同属于金属晶体
金属原子的价电子数越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。如熔点：Al>Mg>Na。
5．同属于分子晶体
分子间作用力越强，熔、沸点越高。
(1)组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如熔点：I2>Br2>Cl2>F2。
(2)相对分子质量相同或相近的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。如沸点：CO>N2。
(3)同分异构体之间：
①一般是支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
②结构越对称，熔、沸点越低。如沸点：邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
(4)若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如沸点：HF>HI>HBr>HCl。
(5)状态不同的物质在相同条件下，熔、沸点：固体>液体>气体。例如：S>Hg>O2。
1．下列物质的熔点高低顺序，正确的是( )
A．金刚石＞晶体硅＞碳化硅
B．K＞Na＞Li
C．NaF＜NaCl＜NaBr
D．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4
解析：选D A项，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，故熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅；B项，金属键：Li＞Na＞K，故熔点：Li＞Na＞K；C项，晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr，故熔点：NaF＞NaCl＞NaBr；D项，相对分子质量：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4，故熔点：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4。
2．根据你学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是( )
A．KCl>NaCl>BaO>CaO
B．NaCl>KCl>CaO>BaO
C．CaO>BaO>NaCl>KCl
D．CaO>BaO>KCl>NaCl
解析：选C 离子晶体中，离子键越强，晶体熔、沸点越高，而离子所带电荷越高，半径越小，离子键越强。Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷；Na＋、Cl－、K＋只带1个电荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl。
[三级训练·节节过关]
1．下列叙述正确的是( )
A．离子晶体中一定含有活泼金属阳离子
B．离子晶体都是化合物
C．固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体
D．离子晶体一般具有较低的熔点
解析：选B 离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl；固体不导电、溶于水能导电的可能是分子晶体，如AlCl3。
2．下列大小关系正确的是( )
A．晶格能：NaClCaO
C．熔点：NaI>NaBr D．熔、沸点：CO2>NaCl
解析：选B 离子半径Cl－NaBr，A项错误；MgO、CaO均为离子晶体，离子半径Mg2＋3．下列变化规律正确的是( )
A．KCl、MgCl2、MgO的熔点由低到高
B．H2O、H2S、H2Se的分解温度及沸点都由高到低
C．O2、I2、Hg、NaCl、SiO2的熔点由低到高
D．碳化硅、晶体硅、金刚石、石墨的熔点由低到高
解析：选A B项中沸点H2Se>H2S，C项中很明显熔点I2>Hg，D项中熔点晶体硅<碳化硅。
4．下列晶体分类中正确的一组是( )
选项 离子晶体 原子晶体 分子晶体
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶 I2
D Ba(OH)2 金刚石 玻璃
解析：选C NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通过离子键相互结合的离子晶体；纯H2SO4中无H＋，是分子晶体；Ar是气体，分子间以范德华力相互结合，为分子晶体；石墨是混合型晶体；水晶(SiO2)与金刚石是典型的原子晶体。硫的化学式用S表示，实际上是S8以范德华力结合的分子晶体；玻璃没有固定的熔点，加热时逐渐软化，为非晶体。
5．根据右图推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为______，距离为__________，每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为____________。
解析：以图中大立方体中心的Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位；与其次近的Cs＋分别位于通过中心Cs＋的三个切面的大正方形的顶点，个数为4×3＝12；与其第三近的Cs＋分别位于大立方体的8个顶点上；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为8。
答案：6 12 a 8 a 8
1．下列有关晶体的叙述错误的是( )
A．离子晶体中，一定存在离子键
B．原子晶体中，只存在共价键
C．金属晶体的熔、沸点均很高
D．稀有气体的原子能形成分子晶体
解析：选C 原子晶体中一定不存在离子键。只要晶体中存在离子键，就一定是离子晶体，但在离子晶体内部可能含有共价键。在常见的晶体类型中，只有金属晶体的熔、沸点差别最大，有熔、沸点很高的钨，也有常温下为液态的汞。
2．氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，下列有关它们熔点差别较大的原因的叙述中不正确的是( )
A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多
B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大
C．氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同
D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定
解析：选C CaO晶体和NaCl晶体都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。CaO和NaCl的离子间距离和晶体结构都类似，故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。
3．分析下列各物质的物理性质，判断其固态属于离子晶体的是( )
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氧化二钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
解析：选D A项中熔点很高且熔融态不导电，为原子晶体；D项中熔融时或溶于水中都能导电，为离子晶体；B、C项为分子晶体。
4．下列图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A．①和③ B．②和③
C．①和④ D．只有④
解析：选C 根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。①中由灰球可知，其配位数为6，④图应为简单立方体结构。故①④应为NaCl，②中由灰球知配位数为8，③图为体心立方结构，故②③应为CsCl。
5．下列关于晶体的说法中，正确的是( )
A．分子晶体的熔点一定比金属晶体的熔点低
B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的熔点高
D．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
解析：选D A项，有的分子晶体(如I2)比金属晶体(如汞)熔点高；B项，金属晶体中有阳离子，但没有阴离子；C项，有的金属晶体比原子晶体熔点高，如钨的熔点(3 430 ℃)高于石英(1 710 ℃)和晶体硅(1 410 ℃)。
6．下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是( )
A．SiO2 CsCl CBr4 CF4
B．SiO2 CsCl CF4 CBr4
C．CsCl SiO2 CBr4 CF4
D．CF4 CBr4 CsCl SiO2
解析：选A SiO2为原子晶体，CsCl为离子晶体，CBr4、CF4为分子晶体，几类晶体的熔点高低一般为：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，在结构相似的分子晶体中，分子的相对分子质量越大，熔、沸点越高：CBr4＞CF4。
7．下列有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻且距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
解析：选B 金刚石中由共价键构成的最小环状结构中有6个碳原子；NaCl晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－，每个Na＋周围紧邻12个Na＋；氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8上Cl－，每个Cs＋周围紧邻6个Cs＋；干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子。
8．已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为d g·cm－3。
下列说法中正确的是( )
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NaCl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：选C A项用均摊法分析，晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4；B项中阴、阳离子的配位数都是6；C项该晶胞为面心立方晶胞，符合NaCl晶胞的特征，根据氯化钠的晶胞结构图进行计算：设晶胞边长为a cm，则两个距离最近的阳离子的核间距离为a cm,4×M＝NA·a3 cm3·d g·cm－3，可求出a＝ cm，核间距为 cm，D项错误。
9．NaCl晶体模型如下图所示：
(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋；在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有______个。
(2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。
A．它是六方紧密堆积
B．相邻的正负离子核间距等于正负离子半径之和
C．与氯化铯晶体结构相同
D．每个Na＋与6个Cl－最为邻近
解析：(1)在氯化钠晶体中，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个，一个Na＋位于晶胞的中心，因此一个晶胞中共含有4个Na＋，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个，所以一个晶胞中共含有4个Cl－ 。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。
(2)氯化钠晶体是面心立方堆积，A错误；氯化铯晶体结构呈体心立体堆积，C不正确；氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－邻近，D正确；相邻的正负离子核间距不等于正负离子半径之和，B错误。
答案：(1)6 6 4 4 12 (2)D
10．离子晶体溴化钠、氯化钠和氧化镁的核间距和晶格能(部分)如下表所示。
NaBr NaCl MgO
离子的核间距/pm 290 276 205
晶格能/(kJ·mol－1) 787 3 890
(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能________(填“大”或“小”)，主要原因是________________________________________________________________________。
(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是______________。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)离子半径越小，晶格能越大，核间距NaBr>NaCl，故晶格能NaCl>NaBr。(2)离子所带电荷 越多，晶格能越大，MgO中阴、阳离子所带电荷多，且r(O2－)NaCl。(3)晶格能大的离子晶体，熔点高，硬度大，三种离子晶体中硬度最大的为MgO；MgO的熔点高，电解时要消耗大量的电能。
答案：(1)小 NaBr比NaCl中离子的核间距大
(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小 (3)氧化镁 氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大
1．有关晶体的下列说法中正确的是( )
A．分子晶体中共价键越强，熔点越高
B．原子晶体中分子间作用力越强，熔点越高
C．氯化钠晶体熔化时离子键发生断裂
D．金属晶体熔化时金属键未发生断裂
解析：选C 分子晶体的熔点与分子间作用力有关；原子晶体的熔点与共价键的强弱有关，金属晶体熔化时破坏了金属键。
2．AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是( )
AB CD EF
离子电荷数 1 1 2
键长(10－10 m) 2.31 3.18 2.10
A．CD>AB>EF B．AB>EF>CD
C．AB>CD>EF D．EF>AB>CD
解析：选D 离子所带电荷数越多，键长越短，则晶格能越大，晶体的熔点越高，EF化合物的键长短，电荷多。
3．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其结构如图所示，有关说法正确的是( )
A．该晶体属于离子晶体
B．晶体的化学式为Ba2O2
C．该晶体结构与CsCl相似
D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有8个
解析：选A 晶体中含阴、阳离子，应属于离子晶体，由晶胞知该晶体结构与NaCl相似，化学式应为BaO2，类比NaCl晶胞知与Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋有12个。
4．食盐晶体的结构示意图如图所示。已知食盐的密度为ρ g·cm－3，摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA，则在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是( )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
解析：选B 食盐晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，每个晶胞的体积为×4 cm3，设食盐晶体里Na＋和Cl－的间距为x cm，所以可得(2x)3＝×4，解得x＝，即在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是 cm。
5．下表给出几种氯化物的熔点和沸点。
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4
熔点/℃ 801 712 190 －68
沸点/℃ 1 465 1 418 183 57
关于表中4种氯化物有下列说法：
①AlCl3在加热时可升华
②CCl4属于分子晶体
③1 500 ℃时NaCl的分子组成可用NaCl表示
④AlCl3是典型的离子晶体
其中与表中数据一致的是( )
A．只有①和② B．只有③
C．只有①②③ D．全部一致
解析：选C 根据各物质的熔、沸点判断，AlCl3和CCl4为分子晶体；AlCl3的沸点低于熔点，所以易升华；NaCl为离子晶体，1 500 ℃高于其沸点，故以分子NaCl形式存在。
6．下列有关晶体的叙述中，错误的是( )
A．在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子形成共价键
B．在NaCl晶体中，与每个Na＋或Cl－周围紧邻的有6个Cl－或Na＋
C．在CsCl晶体中，与每个Cs＋周围紧邻的有8个Cl－，而与每个Cs＋等距离紧邻的有6个Cs＋
D．在面心立方密堆积的金属晶体中，每个金属原子周围紧邻的有4个金属原子
解析：选D 在面心立方密堆积的金属晶体中，每个金属原子周围紧邻的金属原子数为12，D项错误。
7．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。下面说法错误的是( )
晶格能/(kJ·mol－1) 离子半径/pm
① LiF LiCl LiBr LiI 1 031 845 807 752 Li＋ Na＋ K＋ 60 95 133
② NaF NaCl NaBr NaI 915 777 740 693 F－ Cl－ Br－ I－ 136 181 195 216
③ KF KCl KBr KI 812 708 676 641
①晶格能的大小与离子半径成正比 ②阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小 ③阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大 ④金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D 由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，①错误；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定②说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定③说法正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性F－＜Cl－＜Br－＜I－，可知④错误。
8．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是( )
①该晶体的化学式为MFe2(CN)6 ②该晶体属于离子晶体，M呈＋1价 ③该晶体属于离子晶体，M呈＋2价
④晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为3个
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
解析：选A 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×＝，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)6，①正确；由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，②正确，③错误；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个。
9．现有几组物质的熔点(℃)数据：
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：1 723 Rb：39 HI：－51 CsCl：645
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是______________。
(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
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：通过读取表格中数据先判断晶体的类型及晶体的性质，A、B、C、D组分别代表原子晶体、金属晶体、分子晶体、离子晶体。(2)中的性质都属于金属晶体的物理性质。应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高原因。
答案：(1)原子 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(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)②④ (5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)10．如图所示是钾、氧两元素形成的一种晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。晶体中氧的化合价可看作是部分为0价，部分为－2价。
(1)该结构与________的结构相似(填选项字母，下同)。
A．NaCl B．CsCl
C．干冰 D．SiO2
(2)钾、氧两元素所形成化合物的化学式是________。
A．K2O B．K2O2
C．K2O3 D．KO2
(3)下列对此晶体结构的描述正确的是________。
A．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
B．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O周围有8个K＋
C．每个O周围最近且等距离的K＋所围成的立体构型为正八面体
D．晶体中，0价氧原子与－2价氧原子的数目比为3∶1
解析：(1)该结构与NaCl晶体的结构相似，相当于Na＋被K＋代替，Cl－被O代替。(2)晶体中平均每个晶胞有K＋：8×＋6×＝4个；有O：1＋12×＝4个，故其化学式为KO2。
(3)由图可看出，晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，晶体中每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，每个O周围最近且等距离的K＋所围成的立体构型为正八面体，如图所示。设1 mol KO2中含有x mol 0价的氧原子，y mol －2价的氧原子，则有x＋y＝2,2y＝1，解得x＝，y＝，所以晶体中，0价氧原子与－2价氧原子的数目比为3∶1。
答案：(1)A (2)D (3)CD
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自范性 微观结构
晶体 ___ 原子在三维空间呈__________排列
非晶体 ___ 原子排列相对_____
第一节 晶体的常识
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[课标要求]
1．了解晶体的初步知识，知道晶体与非晶体的本质差异。
2．学会识别晶体与非晶体的结构示意图。
3．掌握晶胞的概念以及晶胞中粒子个数的计算方法。
1．晶体具有自范性、各向异性和固定的熔点。
2．习惯采用的晶胞都是平行六面体，相邻晶胞之间没有空隙，
所有晶胞平行排列，取向相同。
3．立方晶胞顶点上的粒子为8个晶胞共有，棱上的粒子为4个
晶胞共有，面上的粒子为2个晶胞共有。
1．晶体与非晶体的本质差异
自范性 微观结构
晶体 有 原子在三维空间呈周期性有序排列
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。
(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
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)晶体有自范性但其微粒排列无序( )
(2)晶体具有各向同性，非晶体具有各向异性( )
(3)晶体有固定的熔点( )
(4)熔融态物质快速冷却即可得到晶体( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)×
2．下列叙述中，不正确的是( )
A．从硫酸铜饱和溶液中可以析出硫酸铜晶体
B．具有规则几何外形的固体不一定是晶体
C．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
D．具有各向异性的固体一定是晶体
解析：选C 晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间中是否按一定规律做周期性重复排列。溶质从溶液中析出是得晶体的一条途径，A项正确；晶体所具有的规则几何外形、各向异性和固定的熔点是其内部粒子规律性排列的外部反映，因此D项正确，C项错误。有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，B正确。
1．晶胞的结构
(1)概念：描述晶体结构的基本单元。
(2)结构：晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞“无隙并置”而成。
①“无隙”：相邻晶胞之间无任何间隙。
②“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
(3)一种晶体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。
2．晶胞中原子个数的计算(以铜晶胞为例)
(1)晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。
(2)金属铜的一个晶胞中铜的原子个数为8×＋6×＝4。
1．常见的晶胞有几种类型？
提示：长方体(正方体)晶胞和非长方体(非正方体)晶胞。
2．计算晶胞中微粒数目为什么采用均摊法？
提示：晶体中的晶胞无隙并置，位于晶胞顶点上、棱上、面上的微粒，不完全归该晶胞所有，只占其中的1/n，故采用均摊法。
3．晶体的质量和密度是什么关系？
提示：质量＝体积×密度。
1．晶胞中微粒的计算方法——均摊法
均摊是指每个晶胞中平均拥有的微粒数目。若每个微粒为n个晶胞所共有，则该微粒就有个微粒属于该晶胞。
(1)长方体(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算。
(2)非长方体(非正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为。
2．晶胞密度的有关计算
(1)假设某晶体的晶胞如下：
以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下：
该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3
用摩尔质量表示：m＝M
则有：ρ·a3＝M，ρ＝M
(2)常用关系及计算方法
①立方晶胞的面对角线与边长a的关系：面对角线等于a；晶胞的体对角线与边长的关系：体对角线等于a。
②晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值，可把晶胞扩大阿伏加德罗常数(NA)倍，再进行计算。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元( )
(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同( )
(3)晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞( )
(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√
2．某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为( )
A．1∶8 B．1∶4
C．1∶2 D．1∶1
解析：选D 阴离子位于晶胞的8个顶点，个数为8×＝1，阳离子位于晶胞的中心，个数为1。
3.某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。
(1)晶体中每个Y同时吸引着________个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式为________。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有________个。
(3)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX为________(填角的度数)。
解析：晶胞中的粒子分为4种：①体心上的粒子完全属于该晶胞；②面心上的粒子属于该晶胞；③棱上的粒子属于该晶胞；④顶点上的粒子属于该晶胞。本题粒子Y位于体心，粒子X位于顶点，所以该晶体的化学式为Y2X(或XY2)。观察图，4个X和1个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。
答案：(1)4 8 Y2X或XY2 (2)12 (3)109°28′
[三级训练·节节过关]
1．下列叙述不属于晶体特性的是( )
A．有规则的几何外形 B．具有各向异性
C．有对称性 D．没有固定熔点
解析：选D 晶体具有规则的几何外形、各向异性、对称性三大特性，而且晶体有固定的熔点。
2．下列关于晶体的叙述不正确的是( )
A．晶体有自范性
B．晶体内部粒子的排列高度有序
C．晶体的某些物理性质常会表现出各向异性
D．粉末状固体一定不是晶体
解析：选D 晶体的特点有：内部粒子排列得高度有序性、有自范性和各向异性。当晶体的晶粒较小时，即为粉末状，故D不正确。
3.某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如右图所示，则该晶体的化学式可表示为( )
A．A2B B．AB
C．AB2 D．A3B
解析：选B 由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A原子周围有2个B原子，每一个B原子周围有2个A原子。故该晶体的化学式可表示为AB。
4.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示，晶胞中A、B、C的原子个数比为( )
A．1∶3∶1 B．2∶3∶1
C．1∶2∶1 D．1∶3∶3
解析：选C 该晶体结构单元中含A为8×＝1，含B为4×＝2，含C为1，因此N(A)∶N(B)∶N(C)＝1∶2∶1，故C正确。
5．如图所示的甲、乙、丙三种晶体：
试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)为________，乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________，丙晶体中每个D周围结合E的个数是________个。
解析：甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体的顶点，实际有×4＝个，N(X)∶N(Y)＝1∶＝2∶1，故甲的化学式为X2Y；乙中A有 ×8＝1个，B有 ×6＝3个，C在体心，有1个，故N(A)∶N(B)∶N(C)＝1∶3∶1；丙中D点被8个同样的晶胞共用，故结合E的个数是8个。
答案：X2Y 1∶3∶1 8
1．下列哪些性质不能区别晶体与玻璃体( )
A．各向异性 B．X?射线衍射
C．导电性 D．有无固定的熔点
解析：选C 玻璃体是非晶体。根据晶体的特点和性质可知，晶体具有规则的几何外形，具有各向异性，X?射线衍射时能看到明显的谱线。而晶体中除金属晶体外，一般不易导电。
2．下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是( )
A．具有规则几何外形的固体均为晶体
B．晶体具有自范性，非晶体没有自范性
C．晶体研碎后即变为非晶体
D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体
解析：选B 晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，A、D项错误；晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，组成晶体的粒子在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，C项错误；自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。
3．下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是( )
A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形
B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
解析：选B 晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性，而对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，B项的说法错误。
4．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是( )
①a是晶体 ②b是晶体 ③a是非晶体 ④b是非晶体
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D 由题可知a有固定熔点，属于晶体，b没有固定熔点，属于非晶体。
5．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。钛酸钡晶体结构示意图如图所示，它的化学式是( )
A．BaTi8O12 B．BaTi4O5
C．BaTi2O4 D．BaTiO3
解析：选D 观察钛酸钡晶体结构示意图可知，Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti有属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每个O有属于该晶胞。即晶体中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶∶＝1∶1∶3。
6．根据晶体中晶胞的结构，判断下列晶体的化学式不正确的是( )
解析：选A 在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的微粒有属于该晶胞，处于棱上的微粒有属于该晶胞，处于各顶点上的微粒只有属于该晶胞。据此可以算出各晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A选项错误。
7．如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的相对分子质量用M表示，则CsCl晶体的密度为( )
A. B.
C. D.
解析：选D 由均摊法求得CsCl晶胞含有1个Cs＋和1个Cl－，其质量是，再由相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，求出该晶胞的体积是a3，所以晶胞的密度是，晶体的密度和晶胞的密度是相同的。
8．如下图所示，现有甲、乙、丙三种晶体的晶胞：甲中X处于晶胞的中心，乙中A处于晶胞的中心，可推知：甲晶体中X与Y的个数比是________，乙中A与B的个数比是________，丙晶胞中有________个C离子，有________个D离子。
解析：注意甲中并不是8个顶点上都有Y，而只有6个顶点上存在Y原子。甲中X∶Y＝1∶＝4∶3；乙中A∶B＝1∶＝1∶1；丙中C的个数为＋6×＝4，D的个数为＝4。
答案：4∶3 1∶1 4 4
9．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个能层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为____________。
(2)该晶体中离子Xn＋的n＝______。
(3)X元素的原子序数是__________。
(4)晶体中每个N3－被__________个等距离的Xn＋包围。
解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3；N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1，故二者个数比为3∶1。
(2)由晶体的化学式X3N知X所带电荷数为1。
(3)因为K、L、M三个能层充满，故Xn＋有2、8、18结构，所以X的原子序数是29。
(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。
答案：(1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6
1.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他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
解析：选A 每个碳原子被3个六边形共用，每个共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为∶＝2∶3。
2.最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为( )
A．Ti14C13 B．TiC
C．Ti4C4 D．Ti4C3
解析：选A 由题意知该物质是气态团簇分子，题目中的图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成，A项正确。
3.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种微粒数之比是( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
解析：选B 该晶体中含A原子个数为6×＝，B原子个数为6×＋3×＝2，C原子个数为1；则A、B、C的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。
4.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高纪录。如图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．MgB2
C．Mg2B D．Mg3B2
解析：选B 六棱柱的顶点上的镁原子被6个晶胞共用，棱柱的上下底面上的镁原子被2个晶胞共用，1个晶胞中含有镁原子：12×＋2×＝3,6个硼原子位于棱柱内，完全属于1个晶胞，N(Mg)∶N(B)＝3∶6＝1∶2。
5．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c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
解析：选A a晶胞中原子个数：12×＋2×＋3＝6(个)，b晶胞中原子个数：8×＋6×＝4(个)，c晶胞中原子个数：8×＋1＝2(个)，所以a、b、c晶胞中原子个数比为6∶4∶2＝3∶2∶1。
6．某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，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( )
A．B2A B．BA2
C．B7A4 D．B4A7
解析：选B 根据题图知，A的粒子数为8，B的粒子数为8×＋6×＝4，故化学式为BA2。
7．下列是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，其对应的化学式正确的是(图中：?－X，●－Y，?－Z)( )
A．X2Y B．XY3 C．XY3Z D．XYZ
解析：选C A图所示的晶胞中X的个数为1，Y的个数为8×＝1，化学式为XY；B图所示的晶胞中X的个数为1＋4×＝，Y的个数为4×＝，化学式为X3Y；C图所示的晶胞中X的个数为8×＝1，Y的个数为6×＝3，Z的个数为1，化学式为XY3Z；D图所示的晶胞中X的个数为8×＝1，Y的个数为12×＝3，Z的个数为1，化学式为XY3Z。
8．食盐晶体是由钠离子(图中的“●”)和氯离子(图中的“?”)组成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2 g·cm－3，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol－1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于( )
A．3.0×10－8 cm B．3.5×10－8 cm
C．4.0×10－8 cm D．5.0×10－8 cm
解析：选C 从NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体，如图所示，a表示其边长，d表示两个Na＋中心间的距离。每个小立方体含Na＋：×4＝，含Cl－：×4＝，即每个小立方体含Na＋－Cl－离子对个。则有：a3·2.2 g·cm－3＝，解得a＝2.81×10－8 cm，又因为d＝a，故食盐晶体中两个距离最近的Na＋中心间的距离为d＝×2.81×10－8 cm＝4.0×10－8 cm。
9．(全国乙卷节选)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；C为。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)。
解析：根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的处，所以其坐标是；又由晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子是8×＋6×＋4＝8，所以晶胞的密度是
ρ＝＝＝ g·cm－3。
答案：① ②
10．右图是超导化合物——钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。请回答：
(1)该化合物的化学式为__________________。
(2)在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有________个。
(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为a g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为________。
解析：(1)晶胞中，钛原子个数为8×＝1；氧原子个数为12×＝3；它全部拥有晶胞内的一个钙原子，所以，这个晶胞拥有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为1、3、1，该化合物的化学式为CaTiO3。
(2)钛位于正方体的顶点上，则与一个钛原子距离最近的钛原子与它共棱。从晶胞堆积的图形可以看出，在横向、纵向、竖向上，与它共棱的原子都是2个，共6个。
(3)设这种立方晶胞的边长是b，那么，钙原子与钛原子之间的距离是体对角线的一半，即b。因为每个立方体的体积为b3，而NA个这样的立方体堆积到一起就是1 mol晶体，其质量为M g，其体积为＝ cm3。所以，NA·b3＝ cm3，b＝ cm，则题中所求距离为· cm。
答案：(1)CaTiO3 (2)6 (3)· cm
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