第四节 离子晶体
记一记
探一探
一、离子晶体
1．含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？
离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
[提示] 含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，金属晶体也含有金属阳离子。离子晶体不一定含有金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。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是分子晶体。
2．离子晶体的熔点一定低于原子晶体吗？离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？
[提示] 离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是原子晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。
3．NaCl和CsCl两种晶体中，阴阳离子的配位数分别为多少？CaF2晶体中，阳、阴离子的配位数是多少？影响离子晶体的结构有哪些因素？
[提示] NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都是6，CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都是8；CaF2晶体中，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4；决定晶体结构的因素：
几何因素
晶体中正负离子的半径比
电荷因素
晶体中正负离子的电荷比
键性因素
离子键的纯粹程度
二、晶格能
1．离子晶体的晶格能与熔、沸点高低、硬度大小有什么关系？
[提示] 晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。
2．影响离子晶体的晶格能大小的主要因素有哪些？
[提示] 晶格能—→越大
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)离子晶体一定是离子化合物。(√)
(2)离子晶体中只含离子键。(×)
(3)含有离子的晶体一定是离子晶体。(×)
(4)由金属与非金属形成的晶体，一定属于离子晶体。(×)
(5)离子晶体的熔点一定低于原子晶体的熔点。(×)
(6)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化。(×)
(7)NaCl和CsCl晶体中，每个离子周围带相反电荷离子的数目分别是6和8，由此知离子键有饱和性和方向性。(×)
(8)晶格能指1
mol离子化合物中由气态阴、阳离子结合成离子晶体时所放出的能量。(√)
(9)晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关。(×)
(10)晶格能的大小主要取决于离子半径大小和粒子所带电荷多少。(√)
练一练
1.下列关于离子化合物的叙述正确的是( )
A．离子化合物中都只含有离子键
B．离子化合物中的阳离子只能是金属离子
C．离子化合物如能溶于水，其所得溶液一定可以导电
D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物
解析：离子化合物中的阳离子不一定是金属离子，如NH4Cl，阳离子为NH而不是金属离子；共价化合物溶于水也可能导电，如NH3、SO2、HCl等。
答案：C
2．下列性质中，可证明某晶体是离子晶体的是( )
A．易溶于水
B．晶体不导电，熔化时能导电
C．熔点较高
D．晶体不导电，水溶液能导电
解析：易溶于水的晶体也可能为分子晶体，A项错；熔点较高的晶体可能为原子晶体或某些金属晶体，C项错；水溶液能导电的也可能是分子晶体，D项错；晶体不导电，熔化时能导电是离子晶体区别于其他晶体的特征。
答案：B
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．Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(g) ΔH3
D．Na(g)＋Cl(g)===NaCl(s) ΔH4
解析：气态离子形成1
mol离子晶体释放的能量称为晶格能。从晶格能的定义出发来判断，D项没有表示出NaCl晶体的形成，不符合题意。B项没有表示出Na＋(g)和Cl－(g)相互作用生成NaCl晶体，也不正确，A项符合晶格能的定义，是正确答案。
答案：A
4．氧化钙在2
973
K时熔化，而氯化钠在1
074
K时熔化。已知两者的离子间距离和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是( )
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和氯化钠的结构类型不同
D．氧化钙与氯化钠的离子间距类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷多少决定
解析：离子晶体的熔、沸点主要取决于晶体的晶格能，晶格能与离子半径成反比，而与离子所带的电荷成正比。在离子间距类似的前提下因离子所带电荷Ca2＋＞Na＋，O2－＞Cl－，故晶格能CaO＞NaCl，CaO熔点高。
答案：C
知识点一
离子晶体
1.下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是( )
A．1
mol氯化钠晶体中有NA个NaCl分子
B．氯化钠晶体中，
每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个
C．醋酸钠属于离子晶体，含非极性键
D．平均每个NaCl晶胞有4个Na＋、4个Cl－
解析：NaCl为面心立方结构，每个晶胞中Na＋个数为12×＋1＝4，Cl－的个数为8×＋6×＝4，则1
mol氯化钠晶体中有4NA个Na＋、4NA个Cl－，不存在分子，A项错误、D项正确；由NaCl晶胞结构可知，Na＋在棱心和体心时，顶点和面心为Cl－，则每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个，B项正确；醋酸钠中存在碳碳非极性键，C项正确。
答案：A
2．下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1
070
℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31
℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8
℃，沸点444.6
℃
④熔点97.81
℃，质软，导电，密度0.97
g/cm3
⑤熔点－218
℃，难溶于水
⑥熔点3
900
℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A．①⑧
B．②③⑥
C．①④⑦
D．②⑤
解析：离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3
900
℃，硬度很大，应是原子晶体。故只有①⑧符合题意。
答案：A
知识点二
晶格能
3.下列说法不正确的是( )
A．离子晶体的晶格能越大离子键越强
B．阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多
C．通常阴、阳离子的半径越小、所带电荷数越多，该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大
D．将1
mol离子晶体熔化所需的能量为该离子晶体的晶格能
解析：离子键强弱与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比；晶格能与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比，所以离子晶体的晶格能越大离子键越强，A项正确。
阳离子的半径越大，其表面积越大，与阴离子接触面积越大，吸引的阴离子越多，B项正确。
离子晶体的晶格能与离子半径成反比，与离子所带电荷数成正比，C项正确。
晶格能是气态离子形成1
mol离子晶体时释放的能量，或者是将
1
mol离子晶体转化为气态离子所吸收的能量，D项错误。
答案：D
4．根据下表的数据，判断下列说法正确的是( )
离子化合物
离子电荷数
键长/pm
晶格能/
kJ·mol－1
熔点/℃
摩氏硬度
NaF
1
231
923
993
3.2
NaCl
1
282
786
801
2.5
MgO
2
210
3
791
2
852
6.5
CaO
2
240
3
401
2
614
4.5
A．晶格能的大小与正负离子电荷数和距离成正比
B．晶格能越大，即正负离子间的静电引力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大
C．NaF晶体比NaCl晶体稳定
D．表中物质CaO晶体最稳定
解析：根据表中的数据可知，晶格能的大小与正负离子之间的距离成反比，A项错误；离子键本质是阴、阳离子间的静电作用，不只是引力，还有斥力等，晶格能越大，即正负离子间的静电作用力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大，B项错误；晶格能：NaF>NaCl，故NaF晶体比NaCl晶体稳定，C项正确；晶格能越大，晶体越稳定，表中所列物质中MgO晶体最稳定，D项错误。
答案：C
综合考查
5.AB、CD、EF均为1:1型离子化合物，根据下列数据判断它们熔点由高到低的顺序是( )
物质
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：离子化合物形成的离子晶体中，离子键的键长越短，阴、阳离子所带电荷数越多，则晶体的熔点越高，三种物质所带电荷：EF＞AB＝CD，键长：EF＜AB＜CD，所以熔点由高到低的顺序是EF＞AB＞CD。
答案：D
6．(1)下列说法中正确的是________。
A．形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B．第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D．离子化合物中可能只含有非金属元素
(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：
A组物质
NaCl
KCl
CsCl
熔点/K
1
074
1
049
918
B组物质
Na
Mg
Al
熔点/K
370
922
933
晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是________晶体，晶体中微粒之间通过________相结合。B组物质是________晶体，价电子数由少到多的顺序是________，粒子半径由大到小的顺序是________。
解析：
(1)形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引，也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥，A项错误；氢是第ⅠA族元素，HX(X为卤族元素)都是共价化合物，B项错误；NaCl是离子化合物，SiO2是共价化合物，但前者的熔点较低，C项错误；NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物，D项正确。
(2)A组物质为离子晶体，离子之间通过离子键相结合，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Cs＋)，所以离子键的强度由大到小的顺序为NaCl＞KCl＞CsCl，故熔点是逐渐降低的。B组物质为金属晶体，是由金属键结合而成的，因为价电子数Na＜Mg＜Al，而粒子半径Na＞Mg＞Al，所以金属键强度由小到大的顺序为Na＜Mg＜Al，故其熔点是逐渐升高的。
答案：(1)D (2)离子 离子键 金属 Na＜Mg＜Al Na＞Mg＞Al
7．(1)有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如下表：
熔点/℃
硬度
水溶性
导电性
水溶液与Ag＋反应
A
811
较大
易溶
水溶液或熔融导电
白色沉淀
B
3
550
很大
不溶
不导电
不反应
C
－114.2
很小
易溶
液态不导电
白色沉淀
①晶体的化学式分别为A________，B__________，C__________。
②晶体的类型分别是A__________，B__________，C__________。
③晶体中微粒间作用力分别是A__________，B__________，C__________。
(2)Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1
266
1
534
183
解释表中氟化物熔点差异的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
(1)根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。
(2)比较晶体熔、沸点高低时，先判断晶体类型，在根据不同晶体熔、沸点的影响因素进行分析。离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大，故MgF2的熔点高于NaF；SiF4是分子晶体，晶体微粒间的作用力为范德华力，因而熔点较低。
答案：
(1)①NaCl C HCl ②离子晶体 原子晶体 分子晶体 ③离子键 共价键 范德华力
(2)离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大，故MgF2的熔点高于NaF；SiF4是分子晶体，晶体微粒间的作用力为范德华力，因而熔点较低
基础达标
1.离子晶体中一定不会存在的相互作用是( )
A．离子键
B．极性键
C．非极性键
D．范德华力
解析：离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键，如OH－和含氧酸根中的极性共价键，还有O中的非极性共价键。离子晶体中一定不含有范德华力。故选D。
答案：D
2．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中合理、可靠的是( )
选项
实验
结论
A
常温下观察，SbCl5为黄色液体，SnCl4为无色液体
结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B
测定三种物质的熔点，依次为73.5
℃、2.8
℃、－33
℃
结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C
将三种物质分别溶解于水中，各滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀
结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D
测定三种物质水溶液导电性，发现它们都可以导电
结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
解析：离子化合物一般熔、沸点较高，熔融态可导电；分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电，如HCl等；HCl溶于水电离产生Cl－，也能与HNO3酸化的AgNO3溶液反应，产生白色沉淀，故A、C、D三项都不可靠。
答案：B
3．泽维尔研究发现，当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距1.0～1.5
nm，呈现离子键；当两核靠近约距0.28
nm时，呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A．NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B．离子晶体可能含有共价键
C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D．共价键和离子键没有明显的界线
解析：由题中信息可知，离子的核间距较大时，呈离子键，而核间距较小时，呈共价键，当核间距改变时，键的性质会发生改变，这说明离子键和共价键并没有明显的界线。但NaI晶体是典型的离子晶体，说明其晶体中核间距在1.0～1.5
nm之间。
答案：D
4．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是( )
晶格能/kJ·mol－1
离子半径/pm
①
LiF
LiCl LiBr LiI1
031
845
807 752
Li＋ Na＋ K＋60
95 133
②
NaF NaCl NaBr NaI915
777
740
693
F－ Cl－ Br－ I－136 181 195 216
③
KF KCl KBr KI812 708
676 641
A．晶格能的大小与离子半径成反比
B．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
C．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
D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，还原性越弱
解析：由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项正确；表中晶格能最小的是碘化物，因还原性：F－答案：D
5．已知CaF2是离子晶体，如果用“●”表示F－；用“○”表示Ca2＋，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是( )
解析：在A中F－数目为4×＝，Ca2＋数目为1，不符合CaF2的组成；在B中F－数目为1，Ca2＋数目为4×＝，符合CaF2的组成，B项正确；在C中F－数目为8×＝1，Ca2＋数目为1，不符合CaF2的组成；在D中N(Ca2＋):N(F－)＝1:1，不符合CaF2的组成，D项错误。
答案：B
6．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：用均摊法分析，晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4，A项错误；阴、阳离子的配位数都是6，B项错误；该晶胞为面心立方晶胞，符合NaCl晶胞的特征C项正确；根据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。
答案：C
7．如图是从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：根据NaCl和CsCl晶体的空间结构特点分析图示。①中由黑球可知，其配位数为6，④图应为简单立方体结构，故①和④应为NaCl晶体；②中由白球知配位数为8，③为体心立方结构，故①和③为CsCl晶体，所以C项正确。
答案：C
8．下列叙述不正确的是( )
A．某晶体在固态与液态时均能导电，该晶体是离子晶体
B．萤石(MgF2)属于立方晶体，晶体中若每个F－被4个Mg2＋包围，则晶体中Mg2＋的配位数为8
C．Na2O固体上滴加少量水，有共价键和离子键的破坏及形成
D．虽然离子键没有方向性，但是离子晶体没有延展性
解析：在固态与液态时均能导电，该晶体是金属晶体，离子晶体在固态时不能导电，故A错误；根据MgF2化学式可知，晶胞中F－与Mg2＋配位数之比1:2，据此可知Mg2＋的配位数为8，B正确；氧化钠与水反应生成氢氧化钠，有水分子中的共价键的破坏，氧化钠中离子键的破坏，形成了氢氧化钠中的离子键和共价键，故C正确；离子键没有方向性，但离子晶体在外力作用下，层与层之间发生滑动后，带同种电荷的离子相邻，离子键被破坏，所以没有延展性，D正确。
答案：A
9．已知金属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
解析：Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A项正确；因F－的半径比Cl－的小(其他卤素离子的半径比Cl－的大)，故NaF的晶格能强于NaCl的，故B项正确，D项错误。因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。
答案：D
10．有关晶体的结构如图所示，则下列说法中不正确的是( )
A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－形成正八面体
B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋
C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1:2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
解析：氯化钠晶体中，距Na＋最近的Cl－是6个，即钠离子的配位数是6,6个氯离子形成正八面体结构，A项正确；Ca2＋位于晶胞顶点和面心，数目为8×＋6×＝4，即每个晶胞平均占有4个Ca2＋，B项正确；碳碳键被两个碳原子共有，每个碳原子形成4条共价键，即平均1
mol
C原子形成4×＝2
mol碳碳键，碳原子与碳碳键的个数比为1:2，C项正确；该气态团簇分子不是晶胞，分子式为E4F4或F4E4，D项错误。
答案：D
11．已知下列7种物质：①白磷(P4) ②水晶 ③氯化铵 ④氢氧化钙 ⑤氟化钠 ⑥过氧化钠 ⑦石墨，固态时都为晶体，回答下列问题(填写序号)：
(1)不含金属离子的离子晶体是________，只含离子键的离子晶体是________，既有离子键又有非极性键的离子晶体是________，既有离子键又有极性键的离子晶体是________。
(2)既含范德华力又有非极性键的晶体是________，熔化时既要克服范德华力又要破坏化学键的是________，熔化时只破坏共价键的是________。
解析：(1)属于离子晶体的有③④⑤⑥，其中③只含非金属元素，NaF中只含离子键，Na2O2中有离子键和非极性共价键，NH4Cl和Ca(OH)2中有离子键和极性共价键。(2)分子晶体中含范德华力，只有白磷、石墨晶体中既有范德华力又有共价键，水晶中只含共价键。
答案：(1)③ ⑤ ⑥ ③④ (2)①⑦ ⑦ ②
12．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)溴化钠晶体的晶格能比氯化钠晶体的晶格能________(填“大”或“小”)，主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)氧化镁晶体的晶格能比氯化钠晶体的晶格能大，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________。
(4)已知某些硅酸盐矿物和石英的晶格能如下表：
某些硅酸盐矿物和石英
晶格能/kJ·mol－1
橄榄石
4
400
云母
3
800
长石
2
400
石英
2
600
橄榄石和云母晶出的顺序是________。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－)＜r(Cl－)＜r(Br－)，r(Mg2＋)＜r(Na＋)，故晶格能：MgO＞NaCl。
(3)晶格能大的物质，熔点高，硬度大，三种物质中硬度最大的为MgO；MgO的熔点高，电解时要消耗大量的电能。
(4)晶格能越大，熔点越高，熔融态遇冷后越先结晶析出。
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，电解时消耗的电能大
(4)橄榄石先晶出，云母后晶出 橄榄石晶格能大，熔点高，熔融态遇冷时先结晶
13．已知物质熔、沸点数据回答问题：
物质
AlF3
AlCl3
AlBr3
Al2O3
MgCl2
MgO
熔点/℃
1
260
181(升华)
263
2
045
707
2
852
(1)下列各组物质中，熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是______(填字母)。
A．NaCl和CCl4
B．Na2O和SiO2
C．金刚石和金属铝
D．碘和干冰
(2)MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是__________________________。
(3)工业上常用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解AlCl3的方法生产铝？
(4)MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
(5)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是________。
解析：(1)由表中数据可知AlF3是离子化合物，熔化时需克服离子键，而AlBr3是分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故选A项。
(2)MgCl2是离子晶体，离子间通过离子键结合，AlCl3为共价化合物分子，分子间通过范德华力结合，离子键作用力远大于范德华力，所以MgCl2的熔点远高于AlCl3的熔点。
(3)AlCl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。
(4)MgO和BaO都是离子化合物，Mg2＋的半径比Ba2＋小，所以MgO的熔点比BaO的熔点高。
(5)将两种晶体加热到熔化状态，MgCl2能导电，而AlCl3不能导电，即可证明MgCl2为离子晶体，AlCl3为分子晶体。
答案：(1)A (2)MgCl2是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力 (3)AlCl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝 (4)高 (5)将两晶体加热到熔化状态，MgCl2能导电，AlCl3不能导电，证明AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体
能力达标
14.如图所示，直线交点的圆圈处为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晶体的结构示意图。
(2)在晶体中，每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
(3)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M
g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ
g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离为________cm。
(5)NaCl晶体中不存在分子，但温度达到1
413
℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有29.25
g
NaCl晶体，强热使温度达到1
450
℃，测得气体体积为5.6
L(已折算为标准状况)，则此时氯化钠气体的化学式为________。
解析：
(2)从体心Na＋看，与它最近的且距离相等的Na＋共有12个。
(3)根据立方结构的特点，可求阴、阳离子的个数。NaCl晶胞中，含Cl－：8×＋6×＝4(个)，含Na＋：12×＋1＝4(个)。
(4)设Cl－和Na＋的最近距离为a
cm，则两个最近的Na＋间的距离为a
cm，有NA
mol－1＝M
g·mol－1，a＝
cm，所以两个Na＋间的最近距离为·
cm。
(5)由题意可知：29.25
g氯化钠在1
450
℃时为0.25
mol，故其摩尔质量为117
g/mol，氯化钠气体的化学式为Na2Cl2。
答案：
(1)见下图
(2)12 (3)4 8×＋6× 4 12×＋1
(4)· (5)Na2Cl2
15．(1)下列元素或化合物的性质变化顺序正确的是________。
A．第一电离能：Cl＞S＞P＞Si
B．共价键的极性：HF＞HCl＞HBr＞HI
C．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
D．热稳定性：MgCO3＞CaCO3＞SrCO3＞BaCO3
(2)水果中含有不同的果酸，其中柠檬、柑橘等水果中含有柠檬酸，柠檬酸的结构如下图。柠檬酸的晶体类型为________，碳原子的杂化轨道类型为________，柠檬酸晶体中含有的作用力有________。
(3)[2019·全国卷Ⅰ]一些氧化物的熔点如下表所示：
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1570
2800
23.8
－75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因________。
(4)[2017·海南卷]四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图所示。
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”)
(5)[2018·全国卷Ⅰ]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。
(6)[2018·全国卷Ⅰ]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)。
(7)[2019·全国卷Ⅲ]NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为________(用n代表P原子数)。
解析：
(1)当原子轨道填充为半满全满时，较稳定，P为半满结构，因此第一电离能最大，故A项不符合题意；共价键的极性与原子得失电子能力有关，得失电子能力差别越大，极性越强，得电子能力，同主族元素从上到下依次减弱，故B项符合题意；晶格能与离子半径有关，离子半径越大，晶格能越小，离子半径，同主族元素从上到下依次增大，因此晶格能逐渐减小，故C项符合题意；热稳定性，同主族元素，越往下，越稳定，因此D不符合题意
。
(2)柠檬酸的晶体属于分子晶体，羧基中C原子形成3个σ键，其它碳原子形成4个σ键，都没有孤电子对，碳原子杂化方式为：sp2、sp3；柠檬酸分子内存在共价键，分子之间存在范德华力、氢键
。
(3)由于Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO＞Li2O，分子间力(分子量)P4O6＞SO2，所以熔点大小顺序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2；
(4)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中化学键的离子性减弱，共价性增强；
(5)根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040
kJ/mol÷2＝520
kJ/mol；0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249
kJ，所以O===O键能是249
kJ/mol×2＝498
kJ/mol；根据晶格能的定义结合示意图可知Li2O的晶格能是2908
kJ/mol；
(6)根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是ρ＝＝g/cm3。
(7)可以根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式推导：PO、P2O、P3O：磷原子的变化规律为：1,2,3,4，n；氧原子的变化规律为：4,7,10,3n＋1；酸根所带负电荷数的变化规律为：3,4,5，n＋2。因此这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n＋1)(n＋2)－。
答案：(1)BC (2)分子晶体 sp2、sp3 共价键、氢键、范德华力 (3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体，晶格能MgO＞Li2O，分子间力(分子量)P4O6＞SO2 (4)①均为分子晶体，范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强
(5)520
498 2908
(6) (7)(PnO3n＋1)(n＋2)－
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17
-第三节 金属晶体
记一记
探一探
一、金属键与金属晶体
1．金属在通常状况下都是晶体吗？
金属晶体中存在分子吗？金属晶体的组成微粒是什么、微粒间通过什么作用力结合在一起？
[提示] 通常情况下，金属汞为液体；金属晶体不存在分子，或者说为“巨分子”；金属晶体是金属离子与自由电子通过金属键结合而成的。
2．金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？如何解释金属晶体有光泽、有良好的导电导热性？
[提示] 不断裂，因为金属键没有方向性。金属光泽与自由电子有关，金属的良好导电、导热性能也与自由电子有关。导电是由于在电场作用下，电子能定向移动；导热是因为电子可以通过与金属原子碰撞而传递能量。
二、金属晶体的堆积方式、石墨
1．金属晶体有哪几种堆积方式？配位数分别为多少？
[提示]
堆积方式
典型代表
空间利用率
配位数
简单立方堆积
Po(钋)
52%
6
体心立方堆积
Na、K、Fe
68%
8
六方最密堆积
Mg、Zn、Ti
74%
12
面心立方最密堆积
Cu、Ag、Au
74%
12
2.石墨是属于什么晶体类型？为何能导电？石墨与金刚石属于什么关系？二者之间的转化属于物理变化还是化学变化？二者碳原子分别是什么杂化方式？
[提示] 石墨为混合晶体。因为有自由移动电子，所以能导电；石墨与金刚石互为同素异形体，二者之间的转化为化学变化。二者碳原子分别是sp2、sp3杂化。
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质。(×)
(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。(×)
(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏。(×)
(4)金属键没有饱和性和方向性。(√)
(5)金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大。(√)
(6)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(×)
(7)所有的金属在室温下均为晶体。(×)
(8)金属晶体有四种堆积方式，越活泼的金属晶胞中配位数一定越高。(×)
(9)面心立方最密堆积与六方最密堆积的配位数以及空间利用率相同。(√)
(10)石墨为混合晶体，晶体中含有共价键、范德华力和金属键。(√)
练一练
1.金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法不正确的是( )
A．图a为密置层
B．图b为非密置层
C．图a配位数为6
D．图b配位数为6
解析：金属原子在二维空间里有两种放置方式，一种是密置层，原子配位数为6；一种是非密置层，原子配位数为4。
答案：D
2．下列关于金属键的叙述中不正确的是( )
A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用
B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性
C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性
D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动
解析：从构成物质的基本微粒的性质看，金属键属于电性作用，特征是无方向性和饱和性；“自由电子”是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。
答案：B
3．金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是( )
A．Na＞Mg＞Al
B．Al＞Mg＞Na
C．Mg＞Al＞Na
D．Na＞Al＞Mg
解析：金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属阳离子与“电子气”的作用力越大，金属键越强。钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。
答案：B
4．金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是( )
A．钋Po——简单立方堆积——52%——8
B．钠Na——体心立方堆积——74%——12
C．锌Zn——六方最密堆积——68%——8
D．银Ag——面心立方最密堆积——74%——12
解析：A项中配位数应为6；B项中体心立方堆积的空间利用率为68%，配位数为8；C项中Zn为六方最密堆积，空间利用率为74%，配位数为12。
答案：D
知识点一
金属键与金属晶体
1.金属的下列性质与金属键无关的是( )
A．金属材料形成合金后性能会发生改变
B．金属易导电、传热
C．金属具有较强的还原性
D．金属具有良好的延展性
解析：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键，金属的导电热、导热性、延展性及其具有金属光泽等均与金属键有关。
答案：C
2．关于金属性质和原因的描述不正确的是( )
A．金属一般具有银白色光泽，与金属键没有关系
B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中金属原子共享了脱落下来的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流
C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量
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而不破坏金属键
解析：金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流；导热性是自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层可以滑动，但金属键未被破坏。
答案：A
知识点二
金属晶体的原子堆积模型、石墨
3.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．由于石墨的熔化要破坏共价键，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：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。
答案：D
4．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为①1，②2，③2，④4
C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为①＜②＜③＜④
解析：②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，②与③判断有误，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1，②8×＋1＝2，③8×＋1＝2，④8×＋6×＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，应为④＝③＞②＞①，D项错误。
答案：B
综合考查
5.合金是金属与一些非金属或其他金属在熔化状态下形成的一种熔合物，根据下表中提供的数据，判断可以形成合金的是( )
金属或非金属
钠
铝
铁
硅
硫
熔点/℃
97.8
660.4
1
535
1
410
112.8
沸点/℃
883
2
467
2
750
2
353
444.6
A．铝与硅
B．铝与硫
C．钠与硫
D．钠与硅
解析：能发生反应的物质不能形成合金，故B、C两项错误；钠的沸点远低于硅的熔点，当硅熔化时，钠已经变为气态，故它们不能形成合金，D项错误。
答案：A
6．金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，请认真观察模型(下图)，回答下列问题：
(1)四种堆积模型的堆积名称依次是________、________、________、________。
(2)如图所示甲中的堆积方式，空间利用率为________，只有金属________采用这种堆积方式。
(3)如图所示乙与丙中两种堆积方式中金属原子的配位数________(填“相同”或“不相同”)；乙中的空间利用率为________，丙中配位数为________。
(4)采取丁中堆积方式的金属通常有________(任写三种金属元素的符号)，每个晶胞中所含有的原子数为________。
解析：(1)甲中的堆积方式是将非密置层的金属原子上下对齐，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，称为简单立方堆积。乙和丙中都是密置层原子的堆积方式，乙中上面A层和下面A层的3个原子组成的三角形方向相同，称为六方最密堆积。丙中A层和C层的3个原子组成的三角形方向相反，称为面心立方最密堆积。丁中的堆积方式是将非密置层的上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，立方体的中心含有1个金属原子，称为体心立方堆积。(2)简单立方堆积的空间利用率最低，为52%，采取这种堆积方式的金属只有Po。(3)乙和丙金属原子的配位数均为12，且其空间利用率均为74%。(4)丁中是体心立方堆积，采取这种堆积方式的金属有K、Na、Fe等。用“均摊法”可求得每个晶胞中含有金属原子的个数为1＋8×＝2。
答案：(1)简单立方堆积 六方最密堆积 面心立方最密堆积 体心立方堆积 (2)52% Po (3)相同 74% 12 (4)K、Na、Fe(合理即可) 2
基础达标
1.下列有关金属键的叙述错误的是( )
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．金属键中的价电子属于整块金属
D．金属的物理性质及金属晶体的形成都与金属键有关
解析：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，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，A项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，B项错误；金属键中的价电子属于整块金属，C项正确；金属的物理性质及金属晶体的形成都与金属键的强弱有关，D项正确。
答案：B
2．下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是( )
A．铁易生锈
B．用金属铝制成导线
C．用金箔做外包装
D．用铁制品做炊具
解析：铁易生锈，是因为铁中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关，A项错误；用金属铝制成导线，是利用金属的导电性，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，能用金属键理论知识解释，故B项正确；用金箔做外包装，是因为有金属光泽，金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论知识解释，故C项正确；用铁制品做炊具，是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，能用金属键理论知识解释，故D项正确。
答案：A
3．下列各项比较中前者高于(或大于或强于)后者的是( )
A．金属Mg(六方最密堆积)和金属Cu(面心立方最密堆积)的空间利用率
B．BF3和CH4中心原子的价层电子对数
C．Si－O和C－O的键能
D．对羟基苯甲醛()和邻羟基苯甲醛()的沸点
解析：金属Mg(六方最密堆积)和金属Cu(面心立方最密堆积)的空间利用率都是74%，二者相同，A项错误；BF3的中心原子B的价层电子对数是3；CH4中心C原子的价层电子对数是4，前者小于后者，B项错误；由于原子半径Si>C，所以共价键的键长C－O答案：D
4．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：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项错误；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项错误；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项正确；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项错误。
答案：C
5．下列叙述中正确的是( )
A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用
B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D．金属的导电性随温度的升高而减弱
解析：金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流，故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传递，故C项不正确。
答案：D
6．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是( )
A．金属原子的价电子数较少
B．金属晶体中存在自由移动的电子
C．金属晶体的原子半径较大
D．金属键不具有方向性和饱和性
解析：金属晶体中微粒之间的作用力是金属键，金属键不具有方向性和饱和性，所以金属原子能以最紧密的方式堆积，故金属晶体堆积密度大，原子的配位数高，这样能充分利用空间。
答案：D
7．下列可能属于金属晶体的是( )
A．由分子间作用力结合而成，熔点低
B．固态时或熔融后易导电，熔点在1
000
℃左右
C．由共价键结合成网状结构，熔点高
D．固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电
解析：A中为分子晶体；B中固体能导电，熔点在1
000
℃左右，可能为金属晶体；C中由共价键结合成的网状结构，是原子晶体的结构特点；D中固态时不导电、熔融后能导电是离子晶体的特征。
答案：B
8．如图是金属晶体内部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，其中正确的是( )
A．金属能导电是因为金属阳离子在外电场的作用下做定向运动
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，但由于自由电子的存在，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，所以延展性增强，硬度减小
解析：金属能导电是因为自由电子在外电场作用下做定向运动，A项错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子碰撞，从而发生热的传导，B项错误；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，所以延展性减小，硬度增大，D项错误。
答案：C
9．金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，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：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，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，配位数为4。由此可知，图(a)为密置层，图(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两种模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心立方堆积两种模型。所以C正确。
答案：C
10．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是( )
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同
B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D．石墨与C60
的晶体类型相同
解析：金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C项正确；C60是分子晶体，石墨是混合晶体，D项错误。
答案：D
11．镁系合金是最早问世的储氢合金之一，经X?射线衍射实验分析得镁铜合金为面心立方结构，镁镍合金为六方最密堆积。镁系合金的优点是价格较低，缺点是要加热到250
℃以上时才释放出氢气。下列有关说法不正确的是( )
A．金属铜的晶胞结构为
B．已知钛和镁的堆积方式相同，均为六方最密堆积，则其堆积方式为
C．镁铜合金晶体的原子空间利用率为74%
D．镁镍合金晶体的配位数为12
解析：铜是面心立方堆积结构(如图所示)，而A项中的图为六方最密堆积结构，A项不正确；钛和镁晶体是按“ABAB……”的方式堆积，B项正确；面心立方最密堆积和六方最密堆积的配位数均为12，空间利用率均为74%，C、D两项正确。
答案：A
12．铁有δ、γ、α三种同素异形体，如图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是( )
δ?Feγ?Feα?Fe
A．δ?Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B．α?Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个
C．若δ?Fe晶胞边长为a
cm，α?Fe晶胞边长为b
cm，则两种晶体密度比为2b3:a3
D．三种同素异形体的性质完全相同
解析：
δ?Fe晶体、γ?Fe晶体和α?Fe晶体中的配位数分别为8、12、6，A、B正确；δ?Fe晶胞中含Fe原子1＋8×＝2个，α?Fe晶胞含Fe原子8×＝1个，故α?Fe晶体和δ?Fe晶体的密度比为2b3:a3，C正确；三种同素异形体的化学性质相同，但物理性质比如密度就不相同，D错误。
答案：D
13．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)金晶体的每个晶胞中含有________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：
(1)由题中对金晶体晶胞的叙述，可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数，即8×＋6×＝4。
(2)金原子的排列是紧密堆积形式的，所以原子要相互接触。
(3)如图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图，AC为金原子直径的2倍，AB为立方体的边长，由图可得，立方体的边长为d，所以一个晶胞的体积为(d)3＝2d3。
(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量，所以ρ＝＝。
答案：(1)4 (2)金原子间相互接触 (3)2d3 (4)
14．(1)如图甲所示为二维平面晶体示意图，化学式表示为AX3的是________。
(2)图乙为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题：
①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个；
②该晶胞称为________(填序号)；
A．六方晶胞
B．体心立方晶胞
C．面心立方晶胞
③此晶胞立方体的边长为a
cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρ
g/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。
(3)《X－射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如下图所示。下列有关说法正确的是________。
A．图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同
B．图Ⅱ中物质的化学式为CuAu3
C．图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个
D．设图Ⅰ中晶胞的边长为a
cm，则图Ⅰ中合金的密度为
g·cm－3
解析：
(1)由题图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1:2、1:3，求出化学式分别为AX2、AX3。
(2)用“切割分摊法”：①8×＋6×＝4；②面心立方晶胞；③·64＝ρ·a3，NA＝。
(3)题图Ⅰ中，铜原子数为8×＋2×＝2，金原子数为4×＝2，故化学式为CuAu。题图Ⅱ中，铜原子数为8×＝1，金原子数为6×＝3，故化学式为CuAu3。题图Ⅱ中，铜原子位于立方体的顶点，故紧邻的铜原子有6个。题图Ⅰ中，铜原子、金原子各为2个，晶胞的体积为a3
cm3，密度ρ＝＝×(64＋197)÷a3＝
g·cm－3。
答案：(1)b (2)①4 ②C ③ (3)B
15．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题：
(1)铜原子基态电子排布式为________。
(2)用晶体的X－射线衍射法可能测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361
pm。又知铜的密度为9.00
g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3，晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为________[列式计算，已知Mr(Cu)＝63.6]。
(3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下图)，a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3，另一种的化学式为________。
(4)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子价电子排布式为________；一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的作用力是________。
解析：
(1)Cu的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(2)1
pm＝10－10
cm，所以铜晶胞的体积为(361×10－10
cm)3≈4.70×10－23
cm3；m＝ρ·V＝9.00
g·cm－3×4.70×10－23
cm3＝4.23×10－22
g；铜晶胞为面心立方最密堆积，所以一个晶胞中Cu原子的数目为8×＋6×＝4，故＝ NA＝＝
mol－1≈6.01×1023
mol－1。
(3)a位置上的Cl原子形成2个单键，并含有2对孤电子对，所以杂化轨道数为4，杂化轨道类型为sp3，一种化合物的化学式为KCuCl3，其中Cu的化合价为＋2价，故另一种化合物中铜的化合价为＋1价，所以化学式为K2CuCl3。
(4)铜的价电子排布为3d104s1，所以与Cu同族的第6周期的Au原子价电子排布式为3d104s1。立方最密堆积的结构中，顶点有8个Au原子，顶点上的原子为8个晶胞共用，完全属于该晶胞的有8×＝1个，6个面的中心共有6个Cu原子，面上的原子被2个晶胞共用，完全属于该晶胞的有6×＝3个，所以Cu原子与Au原子数量之比为3:1。铜金合金属于金属晶体，微粒间的作用力为金属键。
答案：
(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)4.70×10－23 4.23×10－22 NA＝＝
mol－1＝6.01×1023
mol－1
(3)sp3 K2CuCl3 (4)5d106s1 3:1 金属键
能力达标
16.四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(假设金属的摩尔质量为M
g·mol－1金属原子半径为r
cm，用NA表示阿伏加德罗常数的值)( )
A．金属Zn采用②堆积方式
B．①和③中原子的配位数分别为：6、8
C．对于采用②堆积方式的金属的晶胞质量为
g
D．金属锻压时，会破坏密堆积的排列方式
解析：②为体心立方堆积，而金属Zn采取六方最密堆积，图中③为六方最密堆积，故A项错误，①是简单立方堆积，原子配位数为6，③是六方最密堆积，原子配位数为12，故B项错误；②晶胞中原子数目1＋8×1/8＝2，故晶胞质量＝2×＝
g，故C项正确；金属晶体具有延展性，当金属受到外力作用时，密堆积层的阳离子容易发生相对滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键，故D项错误。
答案：C
17．根据物质结构有关性质和特点，回答下列问题：
(1)Ti基态原子核外电子排布式为________，钛具有良好的金属性能。钛基态原子中电子占据能级个数为________。与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的还有________种。钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料，钛硬度比铝大的可能原因是________。
(2)钛存在两种同素异形体，α—Ti采纳六方最密堆积，β—Ti采纳体心立方堆积，由α—Ti转变为β—Ti晶体体积________(填“膨胀”或“收缩”)。
(3)TiCl4是氯化法制取钛的中间产物。TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，分子结构相同。采用蒸馏的方法分离TiCl4和SiCl4的混合物，先获得的馏分是________(填化学式)。
(4)①金属钛晶体中原子采用面心立方最密堆积，则晶胞中钛原子的配位数为________。
②设钛原子的直径为d
cm，用NA表示阿伏加德罗常数的值，钛原子的摩尔质量为M
g·mol－1，则晶体钛的密度为________g·cm－3。
③金属钛晶胞中有若干个正四面体空隙，如图中a、b、c、d四个钛原子形成一个正四面体，其内部为正四面体空隙，可以填充其他原子。若晶胞中所有的正四面体空隙中都填充氢原子，那么形成的氢化钛的化学式为________。
解析：
(1)Ti原子3d能级上2个电子、4s能级上2个电子为其价电子，其电子排布式为[Ar]3d24s2；钛原子核外有22个电子，基态钛原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，则电子占据能级个数为7；基态原子的未成对电子数为2；第四周期中未成对电子数为2的元素有Ge、Se、Ni，有3种；钛原子的价电子数是4、铝原子的价电子数是3，钛原子的价电子数比铝多，金属键更强，所以钛的硬度比铝大。
(2)六方最密堆积空间利用率大于体心立方堆积，所以由α－Ti转变为β－Ti晶体体积膨胀。
(3)由TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，可知，两者均属于分子晶体且分子结构相同，分子间作用力是影响晶体物理性质的主要因素，相对分子质量越大分子间作用力越大，所以，TiCl4比SiCl4沸点高。采用蒸馏的方法分离TiCl4和SiCl4的混合物，先获得的馏分是SiCl4。
(4)①晶胞中Ti原子位于面心、顶点上，属于面心立方最密堆积；以顶点Ti原子研究，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共有，故Ti原子配位数为＝12。
②晶胞中Ti原子数目为8×＋6×＝4，晶胞质量为4×g，
设Ti原子直径为d
cm，晶胞棱长＝2d
cm×＝d
cm，晶胞体积为(d
cm)3，则晶胞密度＝4×g÷(d
cm)3＝
g·cm－3。
③由图可知每个晶胞中有8个正四面体，若晶胞中所有的正四面体空隙中都填充氢原子，那么可以填充8个H原子，且处于晶胞内部，而一个晶胞拥有4个Ti原子，n(Ti)
:n(H)＝1:2，所以形成的氢化钛的化学式为TiH2。
答案：
(1)[Ar]3d24s2 7 3 钛原子的价电子数比A1多，金属键更强
(2)膨胀
(3)SiCl4
(4)①12
② ③TiH2
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-第2课时 原子晶体
记一记
探一探
一、原子晶体的概念及其性质
1．分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？
[提示] 原子晶体中不存在单个小分子，所以其化学式只表示组成的元素及其原子个数比，不能表示分子式。
2．不同原子晶体熔、沸点及硬度不同，如熔点金刚石>晶体硅>晶体锗，原因何在？
[提示] 原子晶体是由原子之间通过共价键结合在一起，所以其熔、沸点的高低主要取决于共价键的强弱。而共价键的强弱可以通过键能、键长等参数比较，而键长主要与成键的原子半径大小有关。
二、分子晶体和原子晶体的比较
分子晶体与原子晶体最本质的差别是什么？为何C===O键能大于Si—O键键能，但是CO2熔、沸点远低于SiO2?
[提示] 分子晶体与原子晶体最本质的区别在于形成晶体的微粒以及微粒间的作用力，分子晶体是由分子间通过微弱的分子间作用力结合在一起，而原子晶体是原子间通过强烈的共价键结合在一起。虽然C===O键能大，但是CO2晶体熔化和汽化时并没有破坏C===O键，只破坏分子间范德华力，而Si—O键键能虽然小于C===O键能，但SiO2熔化、汽化时要破坏Si—O键。
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)由原子直接构成的晶体一定是原子晶体。(×)
(2)具有共价键的晶体一定是原子晶体。(×)
(3)原子晶体在固态或熔化时都一定不导电。(×)
(4)原子晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应。(×)
(5)SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同。(×)
(6)1
mol晶体硅中含
4
mol
Si—Si键。(×)
(7)60
g
SiO2
晶体中含4
mol
Si—O键。(√)
(8)原子晶体中不存在分子，所以SiO2
只表示原子个数比。(√)
(9)以二氧化硅为主要成分的水晶和玛瑙均为原子晶体。(×)
(10)原子晶体中每个原子周围尽可能结合更多的原子，大多数为12个。(×)
练一练
1.下列关于原子晶体的说法不正确的是( )
A．原子晶体中的成键微粒是原子
B．原子晶体中原子之间全部以共价键结合
C．原子晶体均是化合物
D．原子晶体的熔、沸点都比较高
解析：原子晶体可能是单质，如金刚石、晶体硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。
答案：C
2．下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )
①CO2 ②SiO2 ③晶体Si ④白磷 ⑤氨基乙酸
⑥固态He
A．①②③④⑤⑥
B．②③④⑥
C．②③⑥
D．①②⑤⑥
解析：CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiO2、晶体Si属于原子晶体，其晶体直接由原子构成。
答案：C
3．下列关于SiO2晶体网状结构的叙述中正确的是( )
A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子
B．每个硅原子与2个氧原子成键
C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角
解析：SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心、O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1:1。
答案：C
4．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：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分子构成，晶体中不存在化学键。
答案：C
知识点一
原子晶体的概念及其性质
1.下列有关原子晶体的叙述错误的是( )
A．原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
B．原子晶体具有空间网状结构
C．原子晶体中不存在独立的分子
D．原子晶体熔化时不破坏共价键
解析：原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则；原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构，不存在独立的分子，熔化时需要破坏共价键。
答案：D
2．根据下列性质判断，属于原子晶体的是( )
A．熔点2
700
℃，导电性好，延展性好
B．无色晶体，熔点3
550
℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800
℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6
℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
解析：A项，延展性好不是原子晶体的性质，原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆；B项，属于原子晶体的性质；C项，应该属于离子化合物；D项，符合分子晶体的特征。
答案：B
知识点二
分子晶体和原子晶体的比较
3.组成干冰和二氧化硅晶体的化合物均属于第ⅣA族元素的最高价氧化物，但它们的熔、沸点差别很大，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：组成干冰和二氧化硅晶体的化合物虽然均属于第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，干冰的熔、沸点取决于其分子间作用力的大小，而二氧化硅的熔、沸点则由硅氧共价键的强度决定。
答案：C
4．下列说法错误的是( )
A．干冰晶体中每个分子周围最近的分子有12个，而二氧化硅晶体中，每个硅原子周围只有4个氧原子
B．C2H5OH与C2H5Br相比，前者的相对分子质量小于后者，而沸点却高于后者，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：干冰晶体采用分子密堆积，每个分子周围最近的分子有12个，而共价键有饱和性和方向性，所以二氧化硅晶体中，每个硅原子周围只有4个氧原子A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项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；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，D项正确。
答案：C
综合考查
5.下列有关物质的熔点高低顺序正确的是( )
A．HFB．金刚石<碳化硅<晶体硅
C．I2>SiO2
D．H2O>H2S，SO2解析：HCl、HBr，SO2、SeO2均为组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔点越高。HF、H2O分子中均存在氢键，所以熔点出现“反常”现象。金刚石、碳化硅和晶体硅中，共价键键长：C—CC—Si>Si—Si共价键键长越短，键能越大，则原子晶体的熔点越高。所以三者的熔点由高到低的顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅。
答案：D
6．如图所示是某原子晶体A的空间结构片断，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为( )
A．AB
B．A5B4
C．AB2
D．A2B5
解析：由图可知，每个A原子形成4个键，每个A—A键中插入一个B原子，每个B原子形成2个键，故C物质中每个A原子形成4个A—B键，每个B原子形成2个B—A键，则A、B原子个数比为1:2，所以其化学式是AB2。
答案：C
7．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( )
A．28
g
晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B．124
g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C．12
g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．SiO2晶体中每摩尔硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
解析：晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×＝2，A项正确，C项错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B项错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D项错误。
答案：A
8．C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化
方式为________，微粒间存在的作用力是____________________________。SiC和晶体Si的熔、沸点高低顺序是__________________。
(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成π键，而Si、O原子间不能形成π键：__________________________________，SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”、“＝”或“＞”)。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是______________________________________，熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________________。
解析：(1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si的键长，所以熔、沸点碳化硅＞晶体硅。
(2)SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合。
答案：
(1)sp3 共价键 SiC>Si
(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p－p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 原子 分子 ＜
(3)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力
基础达标
1.下列晶体熔化时，必须破坏非极性共价键的是( )
A．冰
B．晶体硅
C．溴
D．二氧化硅
解析：冰、溴为分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力，A、C项错误；晶体硅、二氧化硅为原子晶体，二氧化硅熔化时，破坏的是Si—O极性键，晶体硅熔化时，破坏的是Si—Si非极性键，B项正确，D项错误。
答案：B
2．碳化锗GeC的一种具有类似金刚石结构的晶体，其中C原子和Ge原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石、②晶体锗、③碳化锗中，它们的熔点从高到低的顺序是( )
A．①③②
B．②③①
C．③①②
D．②①③
解析：C与Ge同为第ⅣA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体锗、碳化锗也是原子晶体。从碳到锗原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱，熔点决定于它们的键能，故熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化锗、晶体锗。
答案：A
3．在化学上，常用一条短线表示一个化学键，如图所示的有关结构中，有直线(包括虚线)不表示化学键或分子间作用力的是( )
A．石墨的结构
B．白磷的结构
C．CCl4的结构
D．立方烷(C8H8)的结构
解析：石墨晶体中同一层内原子以共价键结合，而层与层之间为范德华力，所以物质结构中实线表示化学键，虚线表示分子间作用力(范德华力)，故A项不选；白磷分子中，每个P原子形成3个共价键，达稳定结构，所以物质结构中线表示化学键，故B项不选；在CCl4中，Cl原子之间的直线只是为了表示四个Cl原子形成的正四面体而已，不表示化学键，只有C－Cl间的线表示化学键，故C项选；立方烷中碳原子之间形成共价键，所以物质结构中线表示化学键，故D项不选
。
答案：C
4．氮化铝(AlN)是一种熔点很高、硬度大、固态和熔融态均不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体，将下列各组物质加热熔化或汽化，所克服微粒间作用力与AlN相同的是( )
A．水晶、金刚石
B．食盐、硫酸钾
C．碘、硫
D．硅、干冰
解析：氮化铝(AlN)是一种熔点很高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体，说明属于原子晶体，据此解答。水晶、金刚石都是原子晶体，熔化克服共价键，故A项正确；食盐、硫酸钾都是离子晶体，熔化克服离子键，故B项错误；碘、硫都是分子晶体，熔化克服的是分子间作用力，故C项错误；硅是原子晶体，熔化克服的是共价键；干冰是分子晶体，熔化克服的是分子间作用力，故D项错误。
答案：A
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：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。
答案：C
6．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是( )
A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B．Si3N4晶体是立体网状结构
C．原子晶体C3N4的熔点比Si3N4的低
D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
解析：SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂。Si3N4是原子晶体，其晶体为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能大，故C3N4的熔点比Si3N4的高。
答案：B
7.根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
B．氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价
C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连
D．氮化碳的分子式为C3N4
解析：根据图中结构可知，每个碳原子周围有四个共价键，每个氮原子周围有三个共价键，碳原子最外层有4个电子，形成四个共价健后成8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成三个共价键后，也是8电子稳定结构，A项正确；由于元素的非金属性N>C，所以形成共价键时，共用电子对偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B项正确；根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连，C项正确；由于氮化碳是原子晶体，不存在分子，因此没有分子式，D项错误。
答案：D
8．美国
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国家实验室的V·Lota·C·S·You和H·Cynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列关于CO2的原子晶体的说法正确的是( )
A．CO2的原子晶体和分子晶体互为同分异构体
B．在一定的条件下，转化为分子晶体是物理变化
C．CO2的原子晶体和分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D．一定条件下，该晶体可能会与氢氧化钠反应
解析：二氧化碳原子晶体的化学式是原子个数比，不是分子组成，分子晶体是分子式表示分子组成，二者不具有相同的分子式，不属于同分异构体，A项错误；二氧化碳分子晶体和二氧化碳原子晶体的构成微粒不同，空间构型不同，所以其物理性质不同。二氧化碳原子晶体和二氧化碳分子晶体属于不同物质，所以在一定条件下，CO2原子晶体转化为分子晶体是化学变化不是物理变化，即二者之间的转化是化学变化，选项B、选项C错误；类比二氧化硅能与氢氧化钠反应，该CO2原子晶体可能会与氢氧化钠反应，D项正确。
答案：D
9．下列事实与化学键或氢键的方向性无关的是( )
A．冰的密度比水小
B．金刚石虽然很硬，但是易碎
C．S和H形成的化合物分子组成为H2S而不是H3S
D．固态氨不能采用分子密堆积
解析：冰的密度比水小是因为冰晶体中存在氢键，而氢键有方向性，A项正确；金刚石没有延展性，是因为共价键有方向性，B项正确；S和H形成的化合物分子组成为H2S而不是H3S，是因为共价键有饱和性，C项错误；固态氨不能采用分子密堆积是因为氨气分子间能形成氢键，而氢键有方向性，D项正确。
答案：C
10．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂，但不能导电。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。关于这两种晶体的说法，正确的是( )
A．立方相氮化硼含配位键B→N
B．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软，熔点低
C．两种氮化硼中的硼原子都是采用sp2杂化
D．六方相氮化硼晶体其结构与石墨相似却不导电，原因是没有可以自由移动的电子
解析：B原子最外层有3个电子，存在一个空轨道，N原子最外层有5个电子，存在一个孤电子对，由晶体结构可知，立方相氮化硼为空间网状结构与金刚石类似，立方相氮化硼中B形成4个共价键，其中1个为B←N配位键，故A项错误；六方相氮化硼具有层状结构，层间作用力小，所以质地软，但层内原子间通过共价键结合，导致熔点很高，故B项错误；立方相氮化硼中硼原子形成4个共价键，所以立方相氮化硼中硼原子采用的是sp3杂化，故C项错误；晶体中存在可以自由移动的电子能导电，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子，所以不导电，故D项正确。
答案：D
11．有下列几种晶体：A.无色水晶，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________(填序号，下同)。
(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晶体是________，受热熔化时需克服共价键的晶体是________。
(5)晶体中存在氢键的是________。
(6)晶体中不存在化学键的是________。
解析：本题解题的关键是弄清分子晶体与原子晶体的区别。根据构成晶体的微粒不同，可知分子晶体仅由分子构成，原子晶体中无分子。属于分子晶体的有B、C、E、F，晶体氩是单原子分子，晶体中无化学键；属于原子晶体的有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；CH3COOH分子中存在—OH，分子间能形成氢键。
答案：(1)B、C、E、F (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D (5)B (6)E
12．氮化硅是化工行业已合成的一种硬度很大的晶体，若已知在此化合物中各元素均处于其最高或最低价态，据此推断：
(1)氮化硅的化学式可能是________。晶体中N和Si的杂化方式分别为________。
(2)氮化硅的晶体类型为________，该晶体中存在的作用力是________。氮化硅硬度大于单质硅，原因为
________________________________________________________________________。
(3)氮化硅可能具有的性质或特点有________。
①硬度大 ②熔点高 ③可以导电 ④不存在单个分子 ⑤具有空间网状结构
解析：
(1)因为N和Si分别要形成3个与4个共价键，所以氮化碳的化学式为Si3N4；二者的价层电子对数均为4，所以均采取sp3杂化。
(2)因为氮化硅的硬度极大，所以它属于原子晶体，晶体中存在的作用力是共价键，由于N原子半径比Si小，所以键长短键能大，硬度大；
(3)Si3N4为原子晶体，其性质为硬度大熔点高，又因它是由原子以共价键形成的晶体，所以不存在单个分子，且为空间网状结构。选①②④⑤。
答案：(1)Si3N4
sp3杂化
(2)原子晶体 共价键 N原子半径小于Si，所以N—
Si
键长比Si—Si键长短，键能大 (3)①②④⑤
13．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)下表列出有三种物质(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
14．C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)。
(1)C60、金刚石和石墨三者互为________。
A．同分异构体
B．同素异形体
C．同系物
D．同位素
(2)固态时，C60属于________(填“原子”或“分子”)晶体，其熔点比金刚石________(填“高”或“低”)。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似，1
mol硅晶体中含有Si—Si键的数目约是________NA。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个Si—Si键之间插入1个氧原子。二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是________。
(4)石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是________。
解析：(1)C60、金刚石、石墨为碳元素的三种单质，互为同素异形体。
(2)构成C60晶体的粒子是C60分子，所以它属于分子晶体，熔点比金刚石(为原子晶体)低。
(3)每个硅原子形成4个Si—Si键，同时每个Si—Si键为两个原子所共有，所以1
mol硅晶体中含有2
mol
Si—Si键。在晶体硅的最小环上有6个Si—Si键(6条边)，分别插入一个氧原子，则变成十二元环，有6个氧原子。
(4)石墨晶体中每个碳原子与另外3个碳原子成键，所以每个六边形占有的碳原子个数为6×＝2。
答案：(1)B (2)分子 低 (3)2 6 (4)2
能力达标
15．2017年，中外科学家团队共同合成T－碳。T－碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代形成碳的一种新型三维立方晶体结构，如图。下列说法错误的是( )
A．每个T－碳晶胞中含32个碳原子
B．T－碳中碳与碳的最小夹角为109.5°
C．T－碳属于原子晶体
D．如图是T－碳晶胞的俯视图
解析：一个金刚石晶胞中，含有C的数目为8×1/8＋6×1/2＋4＝8，将每个C原子换成四面体结构的C，则T－碳晶胞中含有碳原子数目为8×4＝32个，故A正确；4个碳原子组成的正四面体结构单元，T－碳中碳与碳的最小夹角为60°，故B错误；C原子间以共价键结合成空间网状结构，T－碳属于原子晶体，故C正确；T－碳晶胞的俯视图正确，突出了四面体结构，及四面体之间碳与碳的共价键，故D正确。
答案：B
16．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：
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(2)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
(3)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。
(4)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。
(5)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。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1/2,0,1/2)；C为(1/2,1/2,0)。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
pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)在元素周期表中，锗和硅属于同主族，锗位于硅的下一周期，即锗的原子序数为14＋18＝32，基态原子核外电子排布式为[Ar]
3d104s24p2；由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，因此未成对电子为2；
(2)根据表格数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，不含分子间氢键，因此熔沸点随着相对分子质量的增大，范德华力增大，熔沸点升高；
(3)锌、锗位于同周期，同一周期从左向右元素的电负性逐渐增大，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于F，得出三种元素的电负性大小顺序是氧>锗>锌；
(4)类比金刚石，晶体锗属于原子晶体，每个锗与其周围的4个锗原子形成4个单键，锗原子的杂化类型为sp3，微粒间的作用力是共价键；
(5)①对照晶胞图示，坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置，即体对角线的，D的坐标参数为；
②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，即晶胞的质量为g，晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，即晶胞的密度为
g/cm3。
答案：(1)3d104s24p2 2 (2)相对分子质量的增大，范德华力增大，熔沸点升高 (3)氧>锗>锌 (4)sp3 共价键 (5)① ②
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-第1课时 分子晶体
记一记
探一探
一、分子晶体及其判断
1．非金属氢化物都属于分子晶体吗？非金属单质和非金属氧化物都属于分子晶体吗？
[提示] 非金属氢化物都属于分子晶体。但是非金属单质和非金属氧化物不都属于分子晶体，如C、Si、B、SiO2等属于原子晶体。
2．对于FeCl3属于离子晶体还是分子晶体，某化学兴趣小组有两种看法，一种认为是由金属与非金属形成的物质，所以是离子晶体，一种认为从电负性角度，应该是分子晶体。你能设计一个简单实验判断出FeCl3属于哪种晶体吗？
[提示] 分子晶体与离子晶体显著的差别是是否存在离子，而自由移动的离子可以导电。所以设计的实验为：将氯化铁熔化，做导电性实验，若导电为离子晶体，否则为分子晶体。
二、常见分子晶体及性质
1．二氧化碳、二硫化碳与水均为分子晶体，为何二硫化碳熔、沸点比二氧化碳高？为何水的熔沸点比二氧化碳高？
[提示] 二氧化碳、二硫化碳晶体中只存在范德华力，而范德华力主要与相对分子质量大小有关；而冰晶体中水分子间还存在氢键，所以熔沸点比二氧化碳高。
2．冰和干冰的结构分别为
为何冰晶体中每个水分子周围最近的水分子只有4个，而干冰晶体中每个二氧化碳分子周围最近的二氧化碳分子有12个？
[提示] 分子晶体中如果分子间只存在范德华力，则一般采用分子密堆积方式。但是如果分子间存在氢键，因为氢键有方向性，所以每个分子周围最近的分子数目小于12。
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力。(×)
(2)酸性氧化物都属于分子晶体。(×)
(3)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。(√)
(4)有些分子晶体的水溶液能导电。(√)
(5)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。(×)
(6)因水分子间存在着比分子间作用力更强的作用力——氢键，故水分子较稳定。(×)
(7)沸点：H2O＞H2S＞H2Se。(×)
(8)分子晶体一定全部由非金属元素形成。(×)
(9)分子晶体都采用分子密堆积，每个分子周围通常有12个紧邻的分子。(×)
(10)水在4
℃时密度最大，是因为此时水分子间形成的氢键最多。(×)
练一练
1.下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是( )
A．非金属单质
B．非金属氧化物
C．含氧酸
D．金属氧化物
解析：非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2为原子晶体。
答案：C
2．下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( )
A．NH3、P4、C10H8
B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5
D．CCl4、H2O、Na2O2
解析：A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为原子晶体；D中，Na2O2是金属氧化物，不是分子晶体。
答案：B
3．下列有关分子晶体的说法中一定正确的是( )
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．其结构一定为分子密堆积
解析：稀有气体元素组成的分子晶体中，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，A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之间或者分子之内，B项正确、C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D项错误。
答案：B
4．SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的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中心原子杂化方式为sp3
解析：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，所以SiCl4的分子间作用力更大一些，熔、沸点更高一些；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。
答案：B
知识点一
分子晶体及其判断
1.某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
CaCl2
熔点/℃
801
712
190
－68
782
沸点/℃
1
465
1
418
230
57
1
600
根据这些数据分析，属于分子晶体的是( )
A．NaCl、MgCl2、CaCl2
B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2
D．全部
解析：由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确，A、C、D三项错误。
答案：B
2．下列性质符合分子晶体特点的是( )
①熔点1
070
℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31
℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8
℃，沸点444.6
℃
④熔点97.81
℃，质软，导电，密度为0.97
g·cm－3
A．①④
B．②③
C．①②
D．②④
解析：分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④能导电，不是分子晶体的性质，该处所述是金属钠的性质，故选②③。
答案：B
知识点二
常见的分子晶体
3.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( )
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华
D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子
解析：干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。
答案：A
4．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：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4×3＝12个。
答案：C
综合考查
5.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________CS2
②NH3________PH3
③O3________O2
④Ne________Ar
⑤CH3CH2OH________CH3OH
⑥CO________N2
(2)已知AlCl3的熔点为190
℃(2.02×105
Pa)，但它在180
℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是________。
解析：
(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。
(2)由AlCl3的熔点低以及在180
℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。
答案：(1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥>
(2)①分子 ②在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物
6．(1)如图为干冰的晶体结构示意图。
通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有________个，将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a
pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________pm。
(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有________，由于其主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只能有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶角。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________(填“较大”或“较小”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。
解析：(1)观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，离顶角的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a
pm。每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2共有12个。(2)在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率小，密度较小。
答案：(1)12 a (2)氢键 范德华力 方向 4
四面体 较小 小
基础达标
1.支持固态氨是分子晶体的事实是( )
A．氮原子不能形成阳离子
B．铵根离子不能单独存在
C．常温下氨是气态物质
D．氨极易溶于水
解析：分子晶体的熔点和沸点一般比较低，常温下有可能是气态，而其他晶体常温下不可能是气态。注意D不能选，因为离子晶体也有可能极易溶于水。
答案：C
2．下列关于物质熔、沸点高低的比较正确的是( )
A．H2>N2>CO
B．NH3>AsH3>PH3
C．Cl2>Br2>I2
D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
解析：分子晶体的熔、沸点一般随相对分子质量的增大而升高，如果相对分子质量相同，极性分子的熔沸点高于非极性分子，所以熔、沸点：H2AsH3>PH3，B项正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，熔、沸点越低，即熔、沸点：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3答案：B
3.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
解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A项错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞的顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B项正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C项错误；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D项错误。
答案：B
4．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2( )
A．熔融态不导电
B．水溶液呈中性
C．熔点比BeBr2高
D．不与NaOH溶液反应
解析：由题意知BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，应属于分子晶体，所以熔融态不导电，A正确；AlCl3水溶液中由于Al3＋水解而使溶液呈酸性，推知BeCl2溶液中Be2＋也会发生水解使溶液显酸性，B错误；对于组成相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，其熔、沸点越高，因此BeCl2的熔点比BeBr2低，C错误；BeCl2的化学性质与AlCl3相似，根据AlCl3能和NaOH溶液反应，则BeCl2也可与NaOH溶液反应，D错误。
答案：A
5．如图是某无机化合物的二聚分子，该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子的稳定结构。下列说法不正确的是( )
A．该化合物的化学式是Al2Cl6
B．该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电
C．该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键
解析：由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外层都达到8电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A项正确；因是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，B项错误，C项正确；该化合物中不含离子键，只含极性共价键，D项正确。
答案：B
6．常温下硫单质主要以S8形式存在，加热时S8会转化为S6、S4、S2等，当蒸气温度达到750
℃时主要以S2形式存在，下列说法正确的是( )
A．S8转化为S6、S4、S2属于物理变化
B．不论哪种硫分子，完全燃烧时都生成SO2
C．单质硫为原子晶体
D．把硫单质在空气中加热到750
℃即得S2
解析：S8、S6、S4、S2属于不同的分子，它们之间的转化为化学变化；常温条件下单质硫为分子晶体；硫单质在空气中加热到750
℃时被氧化，生成硫的氧化物，得不到S2。
答案：B
7．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是( )
A．①②③④
B．②③⑤⑥
C．②③
D．①④⑤⑥
解析：①、④、⑤、⑥构成的晶体为一维、二维或三维空间结构，且在空间中微粒通过化学键连接，故它们不可能是分子晶体；而②、③都不能再以化学键与其他原子结合，故可能为分子晶体。
答案：C
8．由解放军总装备部军事医学院研究所研制的小分子团水，解决了医务人员工作时的如厕难题。新型小分子团水具有饮用量少、渗透力强、生物利用率高、在人体内储存时间长、排放量少的特点。一次饮用125
mL小分子团水，可维持人体6小时正常需水量。下列关于小分子团水的说法正确的是( )
A．水分子的化学性质改变
B．水分子中的氢氧键缩短
C．水分子间的作用力减小
D．水分子间结构、物理性质改变
解析：小分子团水仍是以分子为基本单位组成的聚集体，所以分子结构并没有改变，分子中的氢氧键并没有缩短，化学性质更不会改变。它改变的是分子间的结构，分子间作用力增强，物理性质改变。
答案：D
9．如图为某晶体中分子间形成氢键的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子。下列有关说法正确的是( )
A．该晶体具有空间网状结构，所以不是分子晶体
B．1
mol该晶体中含有4×6.02×1023个氢键
C．该晶体受热熔化时，水分子之间的空隙将增大
D．该晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构
解析：由图可知该晶体是晶体冰(H2O)，属于分子晶体。晶体中每个水分子与另外四个水分子形成4个氢键，每个氢键为两个H2O所共有，因此，平均每个H2O相当于形成2个氢键，即1
mol晶体冰中含有2
mol氢键，也就是2×6.02×1023个氢键。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却和共价键一样具有方向性，从而1个水分子与另外4个水分子形成了四面体结构。这种结构存在较大空隙，空间利用率不高，当晶体受热熔化时，热运动使冰的结构解体，水分子间的空隙变小，密度增大。
答案：D
10.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个
答案：D
11．卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物，XX′型卤素互化物与卤素单质结构相似、性质相近。试回答下列问题：
(1)如图是部分卤素单质和XX′型卤素互化物的熔点与其相对分子质量的关系图。它们的熔点随着相对分子质量的增大而升高，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)卤素互化物可发生的反应：H2O＋BrCl===HBrO＋HCl、
KBr＋BrCl===KCl＋Br2
①写出KI与IBr反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若要验证①反应能否发生，请你设计一个简单的实验：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)试推测ICl的熔点所处的最小范围
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
(1)卤素单质及XX′型卤素互化物都是双原子分子，组成和结构相似，其相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。
(2)①主要考查学生运用信息、模拟信息的能力，KI＋IBr===KBr＋I2。
②欲验证反应能否发生，实际上是证明是否有I2生成，检验I2生成的方法是向混合物中滴加几滴淀粉溶液，若变蓝，则反应能发生，否则，反应不能发生。
(3)依据图像给出的信息，随着相对分子质量的增加，熔点逐渐升高，计算ICl的相对分子质量，最小范围介于Br2和IBr的熔点之间。
答案：(1)相对分子质量越大，分子间的作用力越强 (2)①KI＋IBr===KBr＋I2 ②向反应物混合液中滴加几滴淀粉溶液，若变蓝，证明能反应，否则不能反应 (3)介于Br2的熔点和IBr的熔点之间
12．氮、磷、砷是同族元素，该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用。
请回答下列问题：
(1)砷原子核外电子排布式为
________________________________________________________________________。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为________，该化学键能够形成的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知：
CH4
SiH4
NH3
PH3
沸点(K)
101.7
161.2
239.7
185.4
分解温度(K)
873
773
1
073
713.2
分析上表中四种物质的相关数据，请回答：
①CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，沸点高低的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，分解温度高低的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③综合上述数据和规律判断，一定压强下HF和HCl的混合气体降温时________先液化。
(4)磷酸分子结构式如图()，磷酸晶体中分子间的作用力除了范德华力，还存在________，三聚磷酸可视为三个磷酸分子之间脱去两个水分子的产物，其结构式为________。
解析：(1)砷原子核外33个电子分4层排布，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)Fe3＋具有空轨道，CN－有孤对电子，二者以配位键结合。(3)①CH4与SiH4的结构相似，液态的CH4、SiH4汽化时克服的只有分子间作用力，而相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点越高，所以SiH4的沸点高于CH4，但NH3分子间还存在氢键，而PH3分子间只存在分子间作用力，所以NH3的沸点高于PH3。②CH4、SiH4、NH3、PH3物质的稳定性与共价键强弱有关，非金属性越强，与H化合能力越强，生成的化学键的键能也越大，其分子也越稳定。③由于HF分子间存在氢键，分子和分子间更易结合在一起，所以它优先液化。(4)磷酸分子中含有“O—H”键，故分子间可形成氢键；三聚磷酸形成过程中共失去2分子水，不同磷酸的磷通过氧原子连接起来。
答案：
(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)配位键 CN－能提供孤对电子，Fe3＋能接受孤对电子(或Fe3＋有空轨道)
(3)①结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，因此SiH4沸点高于CH4；NH3分子间还存在氢键作用，因此NH3的沸点高于PH3
②C—H键键能大于Si—H键，因此CH4分解温度高于SiH4；N—H键键能大于P—H键，因此NH3分解温度高于PH3
③HF
(4)氢键
13.(1)德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。C20分子共有________个正五边形，共有________个共价键，C20晶体属于________晶体。
(2)目前科学家拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是________(填序号)。
A．该物质是一种新型化合物
B．该物质是两种单质组成的混合物
C．该晶体属于分子晶体
D．该物质具有极高的熔、沸点
解析：(1)根据“由20个碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个C—C键，每个共价键被2个碳原子共用，所以含有的共价键数是＝30。因为每个共价键被2个正五边形共用，所以平均每个正五边形含有的共价键数是＝2.5，故C20分子共有＝12个正五边形。(2)该物质是一种“二重结构”的球形物质，碳原子和硅原子间形成共价键，因此它是一种新型化合物，故A项正确、B项错误；该晶体是由分子构成的，属于分子晶体，熔、沸点较低，故C项正确，D项错误。
答案：(1)12 30 分子 (2)BD
能力达标
14.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是
( )
A．正硼酸晶体属于原子晶体
B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C．分子中硼原子符合8电子稳定结构
D．含1
mol
H3BO3的晶体中有3
mol氢键
解析：A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，中的3个氢均形成氢键。
答案：D
15．HgCl2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知HgCl2的熔点是277
℃，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，则下列关于HgCl2的叙述中正确的是( )
①HgCl2属于共价化合物 ②HgCl2属于离子化合物 ③HgCl2属于非电解质 ④HgCl2属于弱电解质
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
解析：HgCl2熔点低，熔融状态不导电，说明它属于共价化合物。HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，说明在水分子作用下能够发生微弱电离，故HgCl2属于弱电解质。
答案：B
16．水分子间存在一种“氢键”的作用，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。
(1)水分子的立体结构是________，水分子能与很多金属离子形成配合物，其原因是在氧原子上有________，1
mol
冰中有________mol“氢键”。
(2)水蒸气中常含有部分(H2O)2，要确定(H2O)2的存在，可采用的方法是________。
A．把1
L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应，测产生氢气的体积
B．把1
L水蒸气通过浓硫酸后，测浓硫酸增重的质量
C．该水蒸气冷凝后，测水的
pH
D．该水蒸气冷凝后，测氢氧原子个数比
(3)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11
kJ/mol)。已知冰的升华热是
51
kJ/mol，则冰晶体中每个氢键的能量是________kJ/mol。
(5)实验测得冰中氢键的作用能为18.5
kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0
kJ·mol－1，这说明
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)V形(或角形) 孤电子对 2 (2)AB
(3)H2O＋H2O??H3O＋＋OH－ 双氧水分子之间存在更强烈的氢键作用 (4)20 (5)冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键
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15
-第一节 晶体的常识
记一记
探一探
一、晶体与非晶体
1．晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？有规则的几何外形的固体一定是晶体吗？晶体与非晶体在微观上最本质的差别是什么？
[提示] 晶体一定是固体，但固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等不属于晶体。有规则的几何外形的固体不一定是晶体，只有自发呈现规则几何外形的固体才属于晶体。最本质的差别是晶体的微粒在三维空间呈周期性有序排列，而非晶体的结构微粒是无序排列。
2．区分晶体和非晶体最科学的方法是什么？什么是晶体的各向异性？得到晶体一般有哪些途径？
[提示] 区分晶体和非晶体最科学的方法是X－射线衍射实验；晶体的各向异性是指晶体的强度、导电性、导热性、光学性质等在不同的方向上不同。
二、晶胞
1．晶胞是如何形成晶体的？晶胞中微粒种类以及微粒间的比例关系与晶体中微粒种类以及微粒间的比例关系是何关系？
[提示] 晶体是晶胞通过无隙并置而成的。晶胞中微粒种类以及微粒间的比例关系与晶体中微粒种类以及微粒间的比例关系是相同的。
2．平行六面体晶胞中不同位置的粒子数如何通过均摊法进行计算？
[提示]
判一判
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，非晶体也具有各向异性。(×)
(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。(×)
(5)粉末状的固体也有可能是晶体。(√)
(6)晶胞是晶体的最小的结构重复单元。(√)
(7)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。(×)
(8)晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞。(×)
(9)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。(√)
(10)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。(×)
练一练
1.我们熟悉的食盐、金属、刨冰、钻石、水晶等都是晶体；而同样透明的玻璃却是非晶体。下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是
( )
A．是否是具有规则几何外形的固体
B．是否是具有固定组成的物质
C．是否是具有固定熔点
D．内部构成微粒是否在空间呈有规则的重复排列
解析：有规则几何外形或美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃；具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也具有固定的组成。晶体和非晶体的本质区别在于微观结构不同。
答案：D
2．下列途径不能得到晶体的是( )
A．熔融态物质快速冷却
B．熔融态物质凝固
C．气态物质凝华
D．溶质从溶液中析出
解析：得到晶体的三个途径是：(1)溶质从溶液中析出；(2)气态物质凝华；(3)熔融态物质凝固。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体。
答案：A
3．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是( )
A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则的几何外形的晶体
B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点
D．二者的X?射线图谱是相同的
解析：观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X－射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。
答案：B
4.铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为( )
A．BaPbO3
B．BaPb2O3
C．BaPbO
D．BaPbO4
解析：1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为6×＝3，故化学式为BaPbO3。
答案：A
知识点一
晶体与非晶体
1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是( )
A．晶体一定比非晶体的熔点高
B．晶体有自范性但排列无序
C．非晶体无自范性而且排列无序
D．固体SiO2一定是晶体
解析：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A项错误；晶体有自范性且排列有序，非晶体无自范性而且排列无序，故B项错误，C项正确；晶体形成也需要一定条件，当条件不具备时，不一定形成晶体，如熔融态SiO2快速冷却形成的固体SiO2就不是晶体，故D项错误。
答案：C
2．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的1/104。晶体的各向异性主要表现在( )
①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质
A．①③
B．②④
C．①②③
D．①②③④
解析：晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。
答案：D
知识点二
晶胞
3.如图所示是金属钠的晶胞示意图，该晶胞平均含有的钠原子数是( )
A．9
B．5
C．3
D．2
解析：金属钠的晶胞中，有8个原子处于顶角上，有1个原子位于体心，故该晶胞平均含有的钠原子数为×8＋1＝2。
答案：D
4．下图是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：由均摊法求得CsCl晶胞含有1个Cs＋和1个Cl－，其质量是M/NA，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。
答案：D
综合考查
5.根据所学知识填空：
(1)在下列物质中，属于晶体的是________，属于非晶体的是________。
A．玻璃
B．雪花
C．橡胶
D．铁块
E．单晶硅
(2)晶体中的微粒与晶胞的关系为：
①凡处于立方体顶角的微粒，同时为________个晶胞共有；
②凡处于立方体棱上的微粒，同时为________个晶胞共有；
③凡处于立方体面上的微粒，同时为________个晶胞共有；
④凡处于立方体体心的微粒，同时为________个晶胞共有。
解析：
(1)晶体具有固定的熔点，雪花就是冰，有固定的熔点；铁块和单晶硅都有固定的熔点；橡胶、玻璃没有固定的熔点，都属于非晶体。
(2)分析晶体中的微粒与晶胞的关系，关键是看该微粒为几个晶胞所围绕，就为几个晶胞所共有。
答案：(1)BDE AC (2)8 4 2 1
6．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞。
试完成下列问题：
(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
(4)确定三种固体为晶体的最科学的实验方法为：________。
解析：
(1)甲晶体中X位于立方体的体心，每个晶胞实际占有1个，Y位于立方体的顶角，实际占有：4×＝个，X:Y(个数比)＝1:＝2:1，所以甲的化学式为X2Y。
(2)乙晶体中A在立方体的顶角，A占有：8×＝1个，B位于面心，B占有：6×＝3个，C位于立方体的体心，C占有1个，由此推出A:B:C(个数比)＝1:3:1。
(3)丙晶体中E位于立方体的体心，但从大的晶体范围看每个D属于8个晶胞，故D周围E的个数与E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围有8个E。
(4)确定晶体的最科学的方法为X－射线衍射实验。
答案：(1)X2Y (2)1:3:1 (3)8 (4)X－射线衍射实验
基础达标
1.下列有关晶胞的叙述，正确的是( )
A．晶胞的结构是晶体的结构
B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同
C．晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞
D．晶胞的密度与晶体密度相同
解析：构成晶体的最基本的几何单元称为晶胞，晶胞的结构并不是晶体的结构，A项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体的晶胞大小和形状不一定相同，B项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某个晶胞，C项错误；整块晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所以晶胞与晶体的密度是相等的，D项正确。
答案：D
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：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，因此，A、D两项错误。晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，构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，所以C项错误。自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。
答案：B
3．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：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。
答案：D
4．如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品最可能是( )
A．金属
B．半导体
C．非晶体
D．晶体
解析：由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。
答案：D
5．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165
K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同。有关玻璃态水的叙述正确的是( )
A．水由液态变为玻璃态，体积缩小
B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C．玻璃态是水的一种特殊状态
D．玻璃态水是一种晶体
解析：因为玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，所以水由液态变为玻璃态，体积不变。因为玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，所以不是一种晶体，而是水的一种特殊状态。
答案：C
6．将一块缺角的胆矾晶体置于饱和的硫酸铜溶液中，一段时间后(浓度不变)，发现缺角晶体变完整了。若溶剂不挥发，则这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是( )
A．晶体的质量变小，溶液的质量变大
B．晶体的质量变大，溶液的质量变小
C．晶体和溶液的质量都不变
D．无法确定
解析：胆矾晶体具有自范性，在适当条件下有自发呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与饱和硫酸铜溶液间存在着溶解结晶平衡，整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。
答案：C
7．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( )
A．AB2
B．C2D
C．EF
D．XY3Z
解析：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项错误。
答案：A
8．某晶体的一部分如图所示。这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A．3:9:4
B．1:4:2
C．2:9:4
D．3:8:4
解析：这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际情况来计算，原子的分摊数顶点为，水平棱上为，竖棱上为，内部为1。A、B、C三种粒子数之比为::1＝1:4:2。
答案：B
9．如图所示，石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有的碳原子数目为( )
A．2
B．3
C．4
D．6
解析：六个碳原子组成一个正六边形，而每个碳原子被3个正六边形共用，因此每个正六边形拥有2个碳原子。
答案：A
10．高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则有关下列说法正确的是( )
A．KO2中只存在离子键
B．晶体中，所有原子之间都是以离子键结合
C．晶体中与每个K＋距离最近的O有6个
D．超氧化钾化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个O
解析：K＋与O形成离子键，O中O原子间形成共价键，故A项错误；O原子间以共价键结合，故B项错误；由晶胞图可知，以晶胞上方面心的K＋为研究对象，其平面上与其距离最近的O有4，上方和下方各有一个，共有6个，故C项正确；K＋位于顶点和面心，数目为8×＋6×＝4，O位于棱心和体心，数目为12×＋1＝4，即每个晶胞中含有4个K＋和4个O，故D项错误
。
答案：C
11．如图是Mn和Bi形成的某种晶体的晶胞结构示意图，则该晶体的化学式可表示为( )
A．Mn4Bi3
B．Mn2Bi
C．MnBi
D．MnBi3
解析：由晶胞的结构图可知，锰原子分布在正六棱柱的顶点、上下底面的面心上、棱边的中点上和体心上，所以锰原子的个数为：12×＋2×＋6×＋1＝6，铋原子分布在六棱柱的体内，数目为6，所以锰原子和铋原子的个数比为6:6＝1:1，所以化学式为MnBi，故选C。
答案：C
12．冰晶石(化学式为Na3AlF6)的晶体结构单元如图所示(●位于大立方体的顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心)。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF6===3Na＋＋AlF，则大立方体的体心处所代表的微粒为( )
A．Na＋
B．Al3＋
C．F－
D．AlF
解析：该晶胞中●个数＝8×＋6×＝4，○个数＝12×＋8＝11，根据冰晶石的化学式可知，冰晶石中Na＋和AlF的个数之比为3:1，据此可判断出大立方体的体心?所代表的微粒与○代表的微粒相同，为Na＋。
答案：A
13．食盐晶体是由钠离子(图中的“●”)和氯离子(图中的“○”)构成的，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6.02×1023mol－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：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。
答案：C
14．非晶硅光电薄膜的发电成本仅为多晶硅的三分之一，将成为今后太阳能电池的市场主流。就晶体硅与非晶体硅探究如下问题。
(1)如图a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅。
a：________；b：________。
(2)有关晶体常识的相关说法中正确的是________。
A．玻璃是非晶体
B．固体粉末都是非晶体
C．晶体具有有序性，有固定的熔、沸点和各向异性
D．区别晶体和非晶体最有效的方法是进行X?射线衍射实验
(3)关于晶体的自范性，下列叙述正确的是________。
A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块
C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性
D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性
解析：(1)从粒子在微观空间里是否具有有序性和自范性角度观察。(2)A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末也可能是晶体。(3)晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发呈现规则的几何外形的性质，这一适宜条件一般指的是晶体能够自动结晶析出的条件。A项所述过程不可能实现；C项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃属于非晶体；B项中的氯化钠属于晶体，从饱和溶液中析出是形成晶体的途径之一，其发生的原因是晶体的自范性。
答案：(1)非晶硅 晶体硅 (2)ACD (3)B
15．如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。
(1)在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最近且距离相等的氧离子、钙离子、钛离子各有________个、________个、________个。
(2)该晶体结构中，元素氧、钛、钙的离子个数比是________，该物质的化学式可表示为________。
(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶体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)，则该晶体的密度为____________________g·cm－3。
解析：
(1)以钛离子为顶角，应有8个立方晶胞紧靠在一起，这样钛原子成为空间直角坐标系的中心原子，它的三维方向上前后左右上下最近且相邻各有1个氧离子(钛离子)，共6个，它周围的8个立方晶胞内各含1个钙离子。
(2)该晶胞中含氧离子个数为12×＝3，钙离子个数为1，钛离子个数为8×＝1，故其个数比为3:1:1，则它的化学式可表示为CaTiO3。
(3)1
mol晶体的质量等于(a＋b＋3c)g,1
mol晶体的体积为d3×10－21×6.02×1023cm3，则其密度为ρ＝＝＝
g·cm－3。
答案：(1)6 8 6 (2)3:1:1 CaTiO3 (3)
能力达标
16.要得到较大颗粒的明矾晶体，在结晶时可选择如下操作中的( )
A．配制比室温高10～20
℃明矾饱和溶液然后浸入悬挂的明矾小晶核，静置过夜
B．在沸水中配制明矾饱和溶液，然后急速冷却结晶
C．室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置过夜
D．进行快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出
解析：配制比室温温度高的明矾饱和溶液，当温度降低时，溶液的溶解度也降低，析出的明矾会附着在小晶核上，得到较大颗粒的明矾晶体，而沸水时配制饱和溶液或快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出，析出的只是明矾晶体，室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置过夜，不会有晶体析出。
答案：A
17．某磷青铜晶胞结构如图所示，下列说法不正确的是( )
A．磷青铜化学式为Cu3SnP
B．晶体中距离Cu原子最近的P原子有6个
C．晶体中距离Sn原子最近的P原子可构成正方体
D．若晶体密度为a
g/cm3，则最近的Cu原子核间距为
×1010
pm
解析：用均摊法计算，Sn：8×＝1；P：1；Cu：6×＝3，所以磷青铜化学式为Cu3SnP，A项正确；以上底面Cu原子为研究对象，通过该平面可形成两个晶胞，在该晶胞中有1个P原子，在上面的晶胞中含有1个P原子，因此晶体中距离Cu原子最近的P原子有2个，B项错误；晶体中Sn原子位于晶胞的顶点，通过一个顶点可形成8个晶胞，P原子位于晶胞中心，距离Sn原子最近的P原子在8个晶胞的体心，这8个P可构成正方体结构，C项正确；根据选项A可知：在1个晶胞中含有3个Cu,1个Sn,1个P，所以晶胞的质量为m＝＝，晶胞的体积为V＝＝cm3，晶胞参数为L＝＝＝×1010pm，根据立体几何知识可知，最近的两个Cu原子核间距为面对角线的一半，所以最近的Cu原子核间距为
×1010pm，D项正确。
答案：B
18．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。
回答下列问题：
(1)D2＋的价层电子排布图为________。
(2)四种元素中第一电离能最小的是________，电负性最大的是________。(填元素符号)
(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为________。
②列式计算该晶体的密度________g/cm3(列出计算式即可)。
(4)A－、B＋和C3＋三种离子组成的化合物B3CA6，其中化学键的类型有________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为______________，配位体是______________。
解析：(1)短周期主族元素中未成对电子数最多为3，所以B、C、D均为第四周期的元素，B的价电子层中未成对电子数为1，结合B＋可知B为K，A为F；未成对电子数为4的只能为[Ar]3d64s2排布，C为Fe，D为Ni。(2)从左到右第一电离能(除第ⅡA、第ⅤA族特殊外)、电负性逐渐增大，K的第一电离能最小、F的电负性最大。(3)①F原子个数＝4(16个棱)＋2(4个面心)＋2(2个体心)＝8；K原子个数＝2(8个棱)＋2(2个体心)＝4；Ni原子个数＝1(8个顶点)＋1(1个体心)＝2；化学式为K2NiF4；②1
mol
K4Ni2F8晶胞的质量为(39×4＋59×2＋19×8)g，一个晶胞的质量为；一个晶胞的体积为4002×1
308×10－30
cm3，密度＝。(4)K3FeF6中含有K＋和[FeF6]3－，Fe3＋与F－之间以配位键结合，Fe3＋为中心原子提供空轨道、F－为配位体提供孤对电子。
答案：
(1)
(2)K F
(3)①K2NiF4 ②
(4)离子键、配位键 [FeF6]3－ F－
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