第2节 几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体和离子晶体
基础过关练
题组一 金属晶体的结构和性质
1.(2020山东枣庄三中高二下月考)下列说法中,不正确的是( )
A.金属晶体中一定含有金属键
B.在含有阳离子的化合物的晶体中,一定含有阴离子
C.含有金属元素的离子不一定是阳离子
D.金属晶体中原子的堆积方式都是最密堆积
题组二 离子晶体的结构和性质
2.(2019福建福州长乐中学高二上期末)下列物质中,属于离子晶体,并且含有共价键的是( )
A.CaCl2
B.MgO
C.N2
D.NH4Cl
3.(2020山东淄博淄川中学高二下月考)氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列关于CaF2的表述正确的是( )
A.CaF2中的化学键为离子键,因此CaF2在熔融状态下能导电
B.F-的半径小于Cl-,则CaF2的熔点低于CaCl2
C.阴、阳离子数目之比为2∶1的物质,均与CaF2晶体构型相同
D.Ca2+与F-间只存在静电吸引
题组三 晶格能及其应用
4.(2020山东滕州一中高二下月考)下列关于晶格能的说法中正确的是( )
A.晶格能指形成1
mol离子键所放出的能量
B.晶格能指破坏1
mol离子键所吸收的能量
C.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
D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关
5.(2019湖北沙市高二下期中)下列关于晶体的描述不正确的是( )
A.在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个
B.晶胞是晶体中最小的结构重复单元
C.离子晶体的晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大
D.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
6.(2020山东枣庄三中高二下月考)下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A.熔点:NaF>MgF2>AlF3
B.晶格能:NaF>NaCl>NaBr
C.阴离子的配位数:CsCl>NaCl>CaF2
D.硬度:MgO>CaO>BaO
题组四 金属晶体和离子晶体的综合考查
7.(2019安徽师范大学附中高三上月考)下列有关金属晶体和离子晶体的叙述中不正确的是( )
A.金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个
B.金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其距离最近的镁原子有6个
C.在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个
D.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个
8.(2018河南郑州高二下期末)离子晶体是常见的晶体类型。请回答以下问题:
(1)离子晶体中阴、阳离子半径之比是决定晶体构型的重要因素之一,配位数与离子半径之比存在如下关系:
已知在某离子化合物AB中,A+的半径为84
pm,B-的半径为140
pm。分析以上信息,与A+配位的所有B-,在空间构成的立体形状为 。?
(2)硫化亚铜和氧化亚铜均为离子晶体,其中熔点较高的为 (填化学式),原因是 。?
(3)向硫酸铜溶液中加入乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)溶液后,每个Cu2+可与两个乙二胺分子形成四配位离子,导致溶液由蓝色变为紫色。该四配位离子的结构为 。?
(4)H和Mg能形成一种离子型储氢材料,晶胞结构如图所示:
则该晶体中Mg的配位数是 ,晶体的化学式为 。已知该晶体的密度为ρ
g·cm-3,则每个晶胞的体积为 (用ρ、NA表示,其中NA表示阿伏加德罗常数的值)cm3。?
能力提升练
题组一 金属晶体的结构和性质
1.(2019四川达州高二上期末,)下列有关金属的说法正确的是( )
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子
B.金属镁和铜的原子堆积方式空间利用率很高
C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强
D.温度升高,金属的导电性将变强
2.(2020山东济南外国语学校高二下月考,)亚铁氰化钾{K4[Fe(CN)6]}又称黄血盐,是一种重要的化工原料。检验三价铁发生的反应为K4[Fe(CN)6]+FeCl3
KFe[Fe(CN)6]↓(滕氏蓝)+3KCl,回答下列问题:
(1)写出基态Fe3+的核外电子排布式: 。?
(2)K4[Fe(CN)6]中的作用力除共价键外,还有 和 。含有12
mol
σ键的K4[Fe(CN)6]的物质的量为 mol。?
(3)黄血盐中C原子的杂化方式为 ;C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为 ,电负性由大到小的顺序为 。?
(4)Fe、Na、K的晶胞结构如图所示。
①钠的熔点比钾高,原因是
。?
②Fe原子半径是r
cm,铁的相对原子质量为a,设阿伏加德罗常数的值为NA,则铁单质的密度是?
g·cm-3。
题组二 离子晶体的结构和性质
3.(2020山东滕州一中高二下月考,)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图,X、Y、Z分别处于立方体的顶点、棱心、体心。则下面关于该化合物的说法正确的是( )
A.该晶体的化学式可能为ZXY3
B.该晶体的熔点一定比金属晶体的熔点高
C.每个X周围距离最近的Y有8个
D.每个Z周围距离最近的X有16个
题组三 晶格能及其应用
4.(2019福建宁德同心顺联盟高二下期中,)已知X、Y为第3周期的两种元素,其原子的部分电离能(kJ·mol-1)如下表所示:
I1
I2
I3
I4
X
496
4
562
6
912
9
540
Y
577
1
817
2
754
11
578
(1)Y单质与X的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为 。
(2)X晶体采用的堆积方式与金属钾相同,X晶体采用下列 (填字母)堆积方式。?
A
B
C
(3)NaCl、KCl、MgO、CaO晶体结构相似,其中三种晶体的晶格能数据如下表:
晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/kJ·mol-1
786
715
3
401
四种晶体NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是 。
题组四 金属晶体和离子晶体的综合考查
5.(2020广西南宁高三一模,)铜及其化合物具有广泛的应用。回答下列问题:
(1)CuSO4和Cu(NO3)2中阳离子的基态核外电子排布式为
,S、O、N三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 。?
(2)Cu(NO3)2溶液中通入足量NH3能生成配合物[Cu(NH3)4](NO3)2。其中NH3中心原子的杂化轨道类型为 ,[Cu(NH3)4](NO3)2中存在的化学键除了极性共价键外,还有 。?
(3)CuSO4溶液中加入过量KCN能生成配离子[Cu(CN)4]2-,1
mol
CN-中含有的π键数目为?
(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。与CN-互为等电子体的离子有 (写出一种即可)。?
(4)CuSO4的熔点为560
℃,Cu(NO3)2的熔点为115
℃,CuSO4熔点更高的原因可能是
。?
(5)已知Cu2O晶胞结构如图所示,该晶胞离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,0,0),C为(,,),则D离子的坐标参数为 ,它代表 (填离子符号)。?
(6)金属铜是面心立方最密堆积方式,则晶体中铜原子的配位数是 ,每个晶胞中Cu原子的空间利用率是 。?
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.D
3.A
4.C
5.D
6.A
7.B
1.D 金属晶体是金属原子通过金属键形成的晶体,金属晶体中一定含有金属键,故A正确;含有阳离子的化合物一定是离子化合物,离子化合物中必定含有阴、阳离子,故B正确;含有金属元素的离子不一定是阳离子,如Mn或[Al(OH)4]-等,故C正确;金属晶体中也存在非最密堆积方式,故D不正确。
2.D 氯化钙为离子晶体,只含有离子键,故A错误;MgO为离子晶体,只含有离子键,故B错误;N2中只含共价键,其晶体类型为分子晶体,故C错误;NH4Cl属于离子晶体,并且含有共价键,故D正确。
3.A CaF2是由Ca2+和F-通过离子键形成的离子化合物,CaF2在熔融状态下能导电,故A正确;F-的半径小于Cl-,则CaF2的晶格能大于CaCl2,CaF2的熔点高于CaCl2,故B错误;阴、阳离子数目之比为2∶1的物质与CaF2晶体构型可能相同,也可能不同,故C错误;Ca2+与F-间既存在静电吸引,又存在电子与电子、原子核与原子核之间的同性电荷产生的排斥力,故D错误。
4.C 晶格能是指将1
mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量,所以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也为晶格能,离子晶体的晶格能越大,晶体的熔点越高,硬度越大,故选C。
5.D 在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个,故A正确;晶胞是晶体中最小的结构重复单元,故B正确;离子晶体的晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大,故C正确;金属晶体中存在金属阳离子和自由电子,不存在阴离子,故D不正确。
6.A 离子半径:Na+>Mg2+>Al3+,离子半径越小,所带电荷越多,晶格能越大,熔点越高,故A不正确;离子半径:Br->Cl->F-,离子半径越小,晶格能越大,故B正确;在NaCl晶体中Cl-的配位数是6,在CsCl晶体中Cl-的配位数为8,在CaF2晶体中F-的配位数为4,阴离子的配位数:CsCl>NaCl>CaF2,故C正确;离子半径:Ba2+>Ca2+>Mg2+,离子半径越大,键能越小,硬度越小,故D正确。
7.B 金属钠的晶体中每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个,故A正确;金属镁晶体中每个镁原子周围与其距离最近的镁原子有12个,故B错误;氯化钠晶胞中,每个钠离子周围距离最近的钠离子个数=3×8÷2=12,故C正确;氯化铯晶体中每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个,故D正确。
8.答案 (1)正八面体 (2)Cu2O 氧离子半径小于硫离子半径
(3) (4)6
解析 (1)==0.6,可知A+的配位数为6,每个A+周围有6个B-,这6个B-在空间构成正八面体。
(2)二者均为离子晶体,离子所带的电荷数相同,氧离子半径小于硫离子半径,Cu2O的晶格能大于Cu2S,故Cu2O的熔点较高。
(3)每个Cu2+可与两个乙二胺分子形成四配位离子,乙二胺分子中的N原子提供孤电子对形成配位键,该四配位离子的结构为。
(4)该晶体中Mg原子的配位数为6,每个晶胞中Mg原子数目=1+8×=2,H原子数目=2+4×=4,故化学式为MgH2,每个晶胞的质量=
g,每个晶胞的体积=
g÷ρ
g·cm-3=
cm3。
能力提升练
1.B
3.A
1.B 金属原子的核外电子在金属晶体中不全是自由电子,故A错误;金属Cu的原子堆积为面心立方最密堆积,金属Mg的原子堆积为六方最密堆积,空间利用率很高,故B正确;还原性强弱与金属原子失去电子的能力大小有关,与失去电子的多少无关,故C错误;金属单质的导电性随温度升高而减弱,故D错误。
2.答案 (1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (2)离子键 配位键 1 (3)sp N>O>C O>N>C (4)①K和Na的价电子数相同,但Na原子半径小于K原子半径,所以Na金属键更强,熔点更高 ②
解析 (1)Fe原子核外有26个电子,失去3个电子得到Fe3+,基态Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
(2)K4[Fe(CN)6]是离子化合物,存在离子键,其中[Fe(CN)6]4-含有共价键和配位键;1个[Fe(CN)6]4-中含有6个配位键,1个键中含有1个σ键、2个π键,所以1个[Fe(CN)6]4-中含有12个σ键,含有12
mol
σ键的K4[Fe(CN)6]的物质的量为1
mol。
(3)CN-的中心原子C的价电子对数=1+=2,即CN-为直线形结构,采用sp杂化;同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但是第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其同周期相邻元素,所以C、N、O第一电离能大小顺序为N>O>C;同一周期主族元素电负性随着原子序数增大而增大,所以C、N、O的电负性大小顺序为O>N>C。
(4)①K和Na都为金属晶体,Na原子半径小于K原子半径,对核外电子的吸引能力更强,金属键更强,熔点更高。②设晶胞的边长为x
cm,则4r=x,x=,每个晶胞的体积V=x3
cm3=
cm3,每个晶胞中的Fe原子数为8×+1=2,每个晶胞的质量m=nM=×a
g,晶体密度ρ==
g·cm-3=
g·cm-3。
3.A X位于晶胞的顶点,顶点为8个晶胞共用,所以每个晶胞中X的个数为8×=1,Z位于晶胞的体心,个数为1,Y位于立方体晶胞的棱心,棱为4个晶胞共用,所以每个晶胞中Y的个数为12×=3,该晶体的化学式可能为ZXY3,故A正确;离子晶体的熔点不一定比金属晶体的熔点高,故B不正确;根据晶胞结构可知,每个X周围距离最近的Y有6个,故C不正确;Z位于晶胞的体心,X位于晶胞的顶点,每个Z周围距离最近的X有8个,故D不正确。
4.答案 (1)2Al+2NaOH+6H2O
2Na[Al(OH)4]+3H2↑ (2)A (3)MgO>CaO>NaCl>KCl
解析 根据电离能数据可知,X为Na元素,Y为Al元素。
(1)铝单质与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O
2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
(2)金属钠属于体心立方堆积,故选A。
(3)离子半径:Mg2+CaO>NaCl>KCl。
5.答案 (1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 N>O>S (2)sp3 配位键、离子键 (3)2NA (4)CuSO4和Cu(NO3)2均为离子晶体,S所带电荷比N多,故CuSO4的晶格能较大,熔点较高 (5)(,,) Cu+ (6)12 74%
解析 (1)阳离子为Cu2+,Cu2+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9;同主族元素自上而下第一电离能减小,N元素原子2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素的,所以第一电离能由大到小的顺序为N>O>S。
(2)NH3中N原子形成3个N—H键,还含有1对孤对电子,杂化轨道数目为4,N原子采取sp3杂化;[Cu(NH3)4]2+与N形成离子键,Cu2+与NH3形成配位键,NH3中N原子与H原子之间形成极性键。
(3)CN-中C、N之间形成键,1个键中含有1个σ键、2个π键,所以1
mol
CN-中含有的π键数目为2NA;若将N原子用碳原子与1个单位负电荷替换可得到与CN-互为等电子体的离子。
(4)CuSO4和Cu(NO3)2均为离子晶体,S所带电荷比N多,所以CuSO4的晶格能较大,熔点较高。
(5)晶胞离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,0,0),C为(,,),A处于坐标系的原点,C处于晶胞体心位置,A、D、C的连线处于体对角线上,且D处于A、C连线的中点位置,所以D离子的坐标参数为(,,);每个晶胞中白色球数目=1+8×=2,灰色球数目=4,二者数目之比为1∶2,由化学式为Cu2O可知,灰色球为Cu+,白色球为O2-。
(6)金属铜是面心立方最密堆积方式,Cu原子处于顶点与面心,顶点Cu原子与面心Cu原子相邻,每个顶点为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,所以该晶体中Cu原子配位数为3×8×=12;设Cu原子半径为r,则晶胞棱长为2r,每个晶胞体积=(2r)3,每个晶胞中Cu原子数目=8×+6×=4,每个晶胞中Cu原子总体积=4×πr3,所以每个晶胞中Cu原子的空间利用率为×100%=74%。第2课时 共价晶体、分子晶体和晶体结构的复杂性
基础过关练
题组一 共价晶体的结构和性质
1.(2020山东济南模拟)利用反应CCl4+4Na
C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是( )
A.C(金刚石)属于共价晶体
B.该反应利用了Na的强还原性
C.CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同
D.NaCl晶体中每个Cl-周围与其距离最近的Na+有8个
2.(2019吉林长春外国语学校高二下期中)下列关于SiO2晶体网状结构(如图)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个顶角
B.最小环上有3个Si原子和3个O原子
C.最小环上Si和O原子数之比为1∶2
D.最小环上有6个Si原子和6个O原子
3.(2020山东枣庄三中高二下月考)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,下图为其晶胞,其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )
A.磷化硼晶体中每个原子均形成4条共价键
B.磷化硼晶体的化学式为BP,属于离子晶体
C.磷化硼晶体的熔点很低
D.磷化硼晶体结构中微粒的空间堆积方式与氯化钠晶体相同
题组二 分子晶体的结构和性质
4.(2020四川雅安高二上期末)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
5.(2020山东潍坊高三上期末)《天工开物》记载:“凡火药以硝石、硫黄为主,草木灰为辅……而后火药成声”。其中涉及的主要反应为S+2KNO3+3C
K2S+3CO2↑+N2↑。下列说法正确的是( )
A.电负性N>O
B.CO2分子中C原子为sp杂化
C.单质硫属于共价晶体
D.KNO3中化学键只有σ键
6.(2020上海金山高三一模)SiF4与SiCl4分子都是正四面体结构。下列判断正确的是( )
A.键长:Si—F键>Si—Cl键
B.键能:Si—F键>Si—Cl键
C.沸点:SiF4>SiCl4
D.共用电子对偏移程度:Si—Cl键>Si—F键
7.(2020山东济南外国语学校高二下月考)正硼酸(H3BO3)是一种层状结构白色晶体,有与石墨相似的层状结构,受热易分解,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示),则下列有关说法中不正确的是( )
A.正硼酸属于分子晶体
B.正硼酸分子的稳定性与氢键无关
C.含有1
mol
H3BO3分子的正硼酸晶体中含有3
mol氢键
D.B原子杂化轨道的类型为sp2,层间的H3BO3分子通过共价键相连
题组三 四种晶体类型的判断
8.(2020上海普陀高三一模)常温常压下呈气态的化合物,降温使其固化得到的晶体属于( )
A.共价晶体
B.离子晶体
C.分子晶体
D.金属晶体
9.(2019黑龙江牡丹江一中高二下期中)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是( )
A.①③
B.②⑤
C.⑤⑥
D.③④⑤⑥
10.(2020山东枣庄三中高二下月考)根据下列性质判断,属于共价晶体的是( )
A.熔点2
700
℃,导电性好,延展性强
B.无色晶体,熔点3
500
℃,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
11.(2019黑龙江牡丹江一中高二下期中)下列各组物质中,“化学键类型相同,晶体类型也相同”的是( )
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A.③④⑥
B.①②③
C.④⑤⑥
D.①③⑤
题组四 四种晶体性质的比较
12.(2020上海嘉定高三一模)某晶体中含有极性键,关于该晶体的说法错误的是( )
A.不可能有很高的熔、沸点
B.不可能是双原子分子形成的单质
C.可能是有机物
D.可能是离子晶体
13.(2020四川雅安高二上期末)下列晶体性质的比较中,错误的是( )
A.熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅
B.沸点:NH3>PH3
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
题组五 晶体的综合考查
14.(2019山东济宁高二下期末)在单质的晶体中,一定不存在的粒子是( )
A.原子
B.分子
C.阳离子
D.阴离子
15.(2020四川雅安高二上期末)下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是( )
A.CaO与干冰
B.NaCl与HCl
C.SiC与SiO2
D.Cl2与I2
16.(2020浙江绍兴高一上期末)下列说法不正确的是( )
A.液溴易挥发,是因为Br2分子间的作用力较弱
B.葡萄糖、二氧化硅和足球烯(C60)都是共价化合物
C.氯化钠和氧化镁晶体所含化学键的类型相同
D.NaHCO3受热分解,既破坏了离子键,又破坏了共价键
17.如图为一些晶体中的结构,它们均为NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。
(1)其中代表金刚石的是 (填字母),其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于 晶体。?
(2)其中代表石墨的是 (填字母),其中每个正六边形占有的碳原子平均数为 个。?
(3)其中表示NaCl的是 (填字母),每个Na+与 个Na+紧邻。?
(4)代表CsCl的是 (填字母),它属于 ?
晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。?
(5)代表干冰的是 (填字母),它属于 ?
晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。?
18.(2019吉林长春外国语学校高二下期中)(1)碳化硅(SiC)是一种晶体,具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列各种晶体:①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石 ④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰,它们的熔点由高到低的顺序是?
(填序号)。
(2)4种离子晶体的晶胞立体构型示意图如下所示。
用M代表阳离子,用N代表阴离子,写出各离子晶体的组成表达式。
A: ,B: ,C: ,D: 。?
(3)已知FeS2晶体(黄铁矿的主要成分)具有A的立体结构。
①FeS2晶体中具有的化学键类型是 。?
②若晶体A中相邻的阴、阳离子间的距离为a
cm,用NA代表阿伏加德罗常数的值,则FeS2晶体的密度是 g·cm-3。?
能力提升练
题组一 共价晶体的结构和性质
1.(2019福建三明一中高二下期中,)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sp2杂化
D.六方相氮化硼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
题组二 分子晶体的结构和性质
2.(2019江苏无锡高二上期末,)下列说法正确的是( )
A.分子晶体中一定都存在共价键
B.SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合
C.分子晶体中的分子间作用力越大,则分子越稳定
D.氯化氢气体溶于水电离出H+、Cl-,所以氯化氢是离子化合物
题组三 四种晶体类型的判断
3.(2020山东枣庄高二下月考,)下列关于微粒间作用力与晶体的说法不正确的是( )
A.某物质呈固体时不导电,熔融状态下能导电,则该物质一定是离子晶体
B.H2O和CCl4的晶体类型相同,且每个原子的最外层都达到8电子稳定结构
C.F2、Cl2、Br2、I2的沸点逐渐升高,是因为分子间作用力逐渐增大
D.干冰溶于水中,既有分子间作用力的破坏,也有共价键的断裂
题组四 四种晶体性质的比较
4.()下列关于晶体的叙述中,正确的是( )
A.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.分子晶体中,分子间的作用力越大,该分子越稳定
C.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体
题组五 晶体的综合考查
5.(2019福建三明一中高二下期中,)下列对一些实验事实的理论解释正确的是( )
选项
实验事实
理论解释
A
Mg原子的第一电离能大于Al原子
Mg原子3s能级全充满
B
CO2为直线形分子
CO2分子中键角为109°28'
C
金刚石的熔点低于石墨
金刚石是分子晶体,石墨是共价晶体
D
P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电
P4O10、C6H12O6均属于共价化合物
6.(2019山东滨州高二下期末,)晶体的结构决定了晶体的性质。下面为几种晶体或晶胞的示意图:
请回答下列问题:
(1)图中晶体或晶胞所表示的物质以共价键结合所形成的是 。?
(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 。?
(3)NaCl晶体与MgO晶体类型相同,NaCl晶体的晶格能 (填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能,原因是 。?
(4)干冰晶胞中每个CO2分子与 个CO2分子紧邻,CaCl2晶体中Ca2+的配位数为 。?
(5)铜晶胞中,晶胞边长为a
cm,Cu的相对原子质量为64,金属铜密度为ρ
g·cm-3,则阿伏加德罗常数的数值NA可表示为 。?
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.D
3.A
4.B
5.B
6.B
7.D
8.C
9.B
10.B
11.A
12.A
13.C
14.D
15.C
16.B
1.D 金刚石属于共价晶体,故A正确;反应中Na元素的化合价由0升高为+1,Na在该反应中作还原剂,还原剂具有还原性,反应利用了钠的强还原性,故B正确;CCl4和C(金刚石)中的C原子的价电子对数都是4,根据价电子对互斥理论知CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3,故C正确;NaCl晶体中每个Cl-周围与其距离最近的Na+有6个,故D错误。
2.D 二氧化硅晶体中存在四面体结构单元,每个硅原子能构成四个共价键,每个氧原子能形成2个共价键,Si处于四面体中心,O处于四面体4个顶角,故A错误;最小的环上,有6个Si原子和6个O原子,所以最小的环上硅、氧原子数之比为1∶1,故B、C错误,D正确。
3.A 根据磷化硼晶胞结构可知,晶体中每个原子均形成4条共价键,故A正确;白球位于立方晶胞内,1个晶胞中有4个,而黑球位于顶点和面心,1个晶胞中黑球个数为8×+6×=4,所以磷化硼晶体的化学式为BP,由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料知其属于共价晶体,故B错误;磷化硼晶体是共价晶体,熔点很高,故C错误;磷化硼晶体中微粒的空间堆积方式与氯化钠晶体不相同,故D错误。
4.B 甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子,所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子,故A错误;晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为3×8×=12,故B正确;甲烷晶体为分子晶体,熔化时需要克服分子间作用力,故C错误;1个CH4晶胞中CH4分子个数=8×+6×=4,故D错误。
5.B 同周期主族元素自左向右电负性增大,电负性:N6.B 原子半径越大,其键长越长,原子半径FSi—Cl键,B正确;SiF4和SiCl4都是分子晶体且结构相似,分子间都不含氢键,其沸点与相对分子质量成正相关,相对分子质量SiF47.D 正硼酸晶体中存在H3BO3分子,且该晶体中存在氢键,说明正硼酸晶体由分子构成,正硼酸是分子晶体,故A正确;正硼酸分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关,正硼酸的熔、沸点与氢键有关,故B正确;一个H3BO3分子对应着6个氢键,一个氢键对应着2个H3BO3分子,所以含有1
mol
H3BO3分子的正硼酸晶体中含有3
mol氢键,故C正确;硼原子最外层只有3个电子,与氧原子形成3对共用电子对,价电子对数为3,杂化轨道数为3,杂化轨道类型为sp2,层间的H3BO3分子之间的作用力是范德华力,故D错误。
8.C 常温常压下化合物呈气态,说明对应晶体的沸点较低,应为分子晶体,故选C。
9.B 从结构上看,①③④⑥都是向外延伸和扩展的,符合离子晶体和共价晶体的结构特点,而②和⑤没有这种特点,不能再以化学键与其他原子结合,这种结构可以看成一个分子,其表示的物质最有可能是分子晶体,故选B。
10.B A项,熔点2
700
℃,导电性好,延展性强,是金属晶体具有的物理性质;B项,无色晶体,熔点3
500
℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,是共价晶体的物理性质;C项,无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800
℃,熔化时能导电,是离子晶体的物理性质;D项,熔点-56.6
℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电,是分子晶体的物理性质。
11.A ①SO3是分子晶体,SiO2是共价晶体,故错误;②HCl是分子晶体,晶体硼是共价晶体,故错误;③CO2和SO2都是分子晶体,二者都只含共价键,故正确;④晶体硅和金刚石都是共价晶体,二者都只含共价键,故正确;⑤晶体氖和晶体氮都是分子晶体,晶体氖不含共价键,晶体氮含共价键,故错误;⑥硫黄和碘都是分子晶体,二者都只含共价键,故正确。
12.A 含有极性键的晶体可能是共价晶体,如二氧化硅晶体,其熔、沸点很高,故A错误;含有极性键的物质不可能是双原子分子形成的单质,故B正确;有机物中含有极性键,故C正确;离子晶体中也可能含有极性键,如NaOH中含有O—H极性键,故D正确。
13.C 共价晶体中,共价键键长越短,键能越大,熔点越高,由于原子半径C碳化硅>晶体硅,A正确;NH3分子间存在氢键,沸点较高,所以沸点:NH3>PH3,B正确;二氧化硅为共价晶体,三者中其硬度最大,C错误;不含氢键且结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,所以熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4,D正确。
14.D 单质的晶体中可能存在原子,如共价晶体硅中存在硅原子;单质的晶体中可能存在分子,如稀有气体分子晶体中;单质的晶体中可能存在阳离子,如金属晶体;在单质的晶体中,不可能存在阴离子,如有阴离子就不可能是单质,而是化合物。故选D。
15.C A项,CaO为离子化合物,熔化断裂离子键,而干冰是分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,与键能无关;B项,NaCl为离子化合物,熔化断裂离子键,而HCl是分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,与键能无关;C项,SiC与SiO2都是共价晶体,熔化断裂的是共价键,与键能有关;D项,Cl2与I2是分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,与键能无关。
16.B 液溴易挥发,是因为Br2分子间的作用力较弱,故A正确;足球烯(C60)是单质,而不是化合物,故B不正确;氯化钠和氧化镁晶体所含化学键的类型相同,均只含离子键,故C正确;NaHCO3为离子化合物,含有离子键和共价键,受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O,阴、阳离子间的离子键断裂,同时破坏共价键,故D正确。
17.答案 (1)D 4 共价 (2)E 2 (3)A 12 (4)C 离子 8 (5)B 分子 12
解析 根据不同晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-与6个Na+紧邻,但观察与Na+最近且等距离的Na+时要抛开Cl-,从空间结构上看是12个Na+。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,但在立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子,称为“面心立方”,所以每个CO2分子与12个CO2分子紧邻。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形构成,每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有1个碳原子的,所以每个正六边形占有的碳原子数是6×=2个。
18.答案 (1)③④①②⑥⑤
(2)MN MN2 MN2 MN
(3)①离子键、非极性共价键 ②
解析 (1)题述6种晶体中属于共价晶体的为①③④,属于离子晶体的为②,属于分子晶体的为⑤⑥;一般来说,共价晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点;对于共价晶体,原子半径越大,键长越长,键能越小,熔点越低,键长:Si—Si键>Si—C键>C—C键,相应键能:Si—Si键碳化硅>晶体硅;分子晶体中有氢键的熔点较高,熔点:冰>干冰,所以它们的熔点由高到低的顺序是③④①②⑥⑤。
(2)A晶胞中,M位于顶点,数目为4×=,N位于顶点,数目为4×=,微粒数目比为1∶1,即组成表达式为MN;B晶胞中,M位于晶胞的体心和顶点位置,体心占1个,顶点占8×=1个,共2个,N位于面上和体内,面上4×=2个,体内2个,共4个,即晶胞中M、N两种微粒数目之比为1∶2,组成表达式为MN2;C晶胞中,M位于顶点,数目为4×=,N位于体心,数目为1,组成表达式为MN2;D晶胞中,M位于顶点,数目为8×=1,N位于体心,数目为1,组成表达式为MN。
(3)①根据FeS2晶体的晶胞结构可知,晶体中阳离子与阴离子个数比为1∶1,所以晶体中存在亚铁离子与,亚铁离子与之间是离子键,中存在非极性共价键,所以FeS2晶体中存在离子键和非极性共价键。②晶体A中相邻的阴、阳离子间的距离为a
cm,所以每个晶胞的体积为a3
cm3,每个晶胞中含有的阴、阳离子的个数都是,所以FeS2晶体的密度为×
g·cm-3=
g·cm-3。
能力提升练
1.D
2.B
3.B
4.A
5.A
1.D B原子最外层有3个电子,存在空轨道,N原子最外层有5个电子,存在孤电子对,所以立方相氮化硼含配位键B←N,A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,但其熔点很高,B错误;立方相氮化硼中每个硼原子形成4个共价键,所以立方相氮化硼中硼原子都是sp3杂化,C错误;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,D正确。
2.B 单原子分子晶体中不存在共价键,只存在分子间作用力,故A错误;SiO2晶体中每个硅原子能形成4个共价键,即每个Si与4个氧原子以共价键相结合,故B正确;分子间作用力影响物理性质,分子稳定性属于化学性质,分子的稳定性与分子间作用力无关,故C错误;氯化氢是通过共价键形成的共价化合物,而不是离子化合物,故D错误。
3.B 离子化合物固态时不导电,熔融状态下能导电,故A正确;水中的氢原子达2电子的稳定结构,故B不正确;结构相似且不含氢键的分子晶体相对分子质量越大,分子间作用力越大,晶体的沸点越高,故C正确;干冰变为CO2气体破坏了分子间作用力,二氧化碳与水反应生成碳酸,共价键发生了断裂,故D正确。
4.A 共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,故A正确;分子晶体中,分子间作用力越大,熔、沸点越高,共价键的键能越大,分子稳定性越强,故B、C错误;部分分子晶体、离子晶体溶于水都可电离出自由移动的离子,如HCl、NaCl,而熔融状态下能电离出自由移动的离子的化合物一定是离子晶体,故D错误。
5.A A项,镁原子3s能级全充满,比较稳定,所以镁原子的第一电离能大于铝原子;B项,CO2分子是直线形,CO2分子中的键角为180°;C项,金刚石是共价晶体,金刚石的熔点低于石墨,是由于金刚石中碳碳键的键长比石墨中碳碳键的键长长;D项,共价化合物的水溶液可能导电,如氯化氢的水溶液能够导电,P4O10、C6H12O6溶于水后均不导电,是因为二者均为非电解质。故选A。
6.答案 (1)金刚石 (2)金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰 (3)小于 MgO中的离子所带电荷数大于NaCl中离子所带电荷数,且离子半径Mg2+解析 (1)分子晶体中,分子之间以分子间作用力结合;共价晶体中,原子之间以共价键结合;离子晶体中,阴、阳离子之间以离子键结合;金属晶体中,金属原子之间以金属键结合,所以题图晶体或晶胞中所表示的物质以共价键结合形成的是金刚石。(2)金刚石是共价晶体,熔点最高;冰和干冰均为分子晶体,干冰的分子间作用力为范德华力,较小,冰的分子间作用力除了范德华力外,还存在氢键,熔点:冰>干冰;MgO和CaCl2均为离子晶体,半径Mg2+CaCl2,熔点:MgO>CaCl2,故熔点由高到低的顺序为金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰。(3)离子所带电荷越多,晶格能越大,离子的半径越小,晶格能越大;离子半径:Mg2+NaCl。(4)干冰晶胞中,以一个顶点上的二氧化碳分子为中心,距离它最近的是晶胞面对角线上的二氧化碳分子,将8个晶胞“无隙并置”组成1个大的正方体,可知每个二氧化碳分子周围紧邻12个二氧化碳分子;由氯化钙的晶胞可看出,每个Ca2+周围与它距离最近的Cl-有8个,故Ca2+的配位数为8。(5)每个铜晶胞中含有的Cu原子数为8×+6×=4,每个铜晶胞的质量为
g,金属铜密度为
g·cm-3,所以NA=。
