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(新高考)高考化学一轮复习讲义第5章第31讲晶体结构与性质(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习讲义第5章第31讲晶体结构与性质(含解析)，共18页。试卷主要包含了8 ℃，沸点为444，8 ℃，质软，导电，密度为0，524 nm，b＝0等内容，欢迎下载使用。
考点一 晶体与晶胞
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
(2)获得晶体的途径
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。
2．晶胞
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
(3)晶胞中微粒数的计算方法——均摊法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算：如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有eq \f(1,N)属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。
②非长方体晶胞
在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有eq \f(1,6)属于此晶胞，面上的原子有eq \f(1,2)属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＝3，硼原子个数为6。
1．冰和碘晶体中相互作用力相同( )
2．晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )
3．凡有规则外形的固体一定是晶体( )
4．固体SiO2一定是晶体( )
5．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )
6．晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
7．区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验( )
答案 1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.× 7.√
一、晶胞及微粒配位数的判断
1．CaTiO3的晶胞如图所示，其组成元素的电负性大小顺序是__________；金属离子与氧离子间的作用力为______________，Ca2＋的配位数是__________。
答案 O＞Ti＞Ca 离子键 12
2．C、N元素能形成一种类石墨的聚合物半导体g-C3N4，其单层平面结构如图1，晶胞结构如图2。
根据图2，在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元。
答案
晶胞中粒子配位数的计算
一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数
(1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
(2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
二、晶胞中微粒数及化学式的计算
3．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是__________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c粒子和________个d粒子。
答案 2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×eq \f(1,8))＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×eq \f(1,8))＝1∶1；丙中N(c)＝12×eq \f(1,4)＋1＝4，N(d)＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4。
4．下图为离子晶体空间结构示意图：(eq \a\vs4\al\c1(●)阳离子，eq \x(○)阴离子)以M代表阳离子，N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：
A________、B________、C________。
答案 MN MN3 MN2
解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M个数：eq \f(1,8)×4＋1＝eq \f(3,2)，含N个数：eq \f(1,2)×4＋2＋4×eq \f(1,8)＝eq \f(9,2)，N(M)∶N(N)＝eq \f(3,2)∶eq \f(9,2)＝1∶3；在C中含M个数：eq \f(1,8)×4＝eq \f(1,2)，含N为1个。
5．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根的离子符号为________。
答案 (1)MgB2 (2)BOeq \\al(－,2)
解析 (1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋eq \f(2,2))＝1∶2，化学式为BOeq \\al(－,2)。
晶胞中化学式计算思路
(1)运用均摊法计算出一个晶胞中的微粒数目。
(2)求出不同微粒数目比值，得化学式。
考点二 晶体类型、结构与性质
1．四种晶体类型的比较
2．过渡晶体
大多数晶体是这四种晶体类型之间的过渡晶体，以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例，如Na2O、Al2O3中既有离子键成分，也有共价键成分，Na2O中离子键成分占62%，因而通常当作离子晶体来处理，Al2O3中离子键成分占41%，因而通常当作共价晶体来处理。
3．常见晶体结构模型
(1)共价晶体
①金刚石晶体中，每个C与相邻4个C形成共价键，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键是2 ml。
②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子形成共价键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 ml SiO2中含有4 ml Si—O。
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。
②冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成2 ml氢键。
(3)离子晶体
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。
(4)混合型晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。
1．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( )
2．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
3．离子晶体一定都含有金属元素( )
4．金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
5．1 ml金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA( )
6．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个( )
7．冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键( )
8．金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、晶体类型的判断
1．下列性质适合于分子晶体的是( )
A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
D．熔点为97.8 ℃，质软，导电，密度为0.971 g·cm－3
答案 C
解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。
依据性质判断晶体类型的方法
(1)依据晶体的熔点判断。
(2)依据导电性判断。
(3)依据硬度和机械性能判断。
二、晶体熔、沸点的比较
2．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②PH3、AsH3、NH3 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
答案 D
3．回答下列问题：
(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了________的作用力；碘的升华，粒子间克服了________作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是__________________________________(填化学式)。
(2)下列六种晶体：①CO2 ②NaCl ③Na ④Si
⑤CS2 ⑥金刚石。它们的熔点从低到高的顺序为________________(填序号)。
答案 (1)离子键 共价键 分子间 SiO2＞KClO3＞I2 (2)①⑤③②④⑥
晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。
2．相同类型晶体
(1)金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。
(2)离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。
(3)共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。
(4)分子晶体：①组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高。
三、晶体结构的有关计算
4．(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，已知CuH晶体结构单元如图甲所示。该化合物的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距离为______ cm(用含ρ和NA的式子表示)。
(2)CuFeS2的晶胞如图乙所示，晶胞参数a＝0.524 nm，b＝0.524 nm，c＝1.032 nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与____________个S原子相连，列式计算晶体密度ρ＝____________________________________________(保留两位小数)。
(3)NaH具有NaCl型晶体结构，已知NaH晶体的晶胞参数a＝488 pm，Na＋半径为102 pm，H－的半径为________，NaH的理论密度是________ g·cm－3(保留两位小数)。
(4)金刚石晶胞结构如图丙所示，则金刚石晶体含有______个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率：________________(不要求计算结果)。
答案 (1)eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×65,ρNA)) (2)4 eq \f(4×184 g·ml－1,0.524×10－7 cm2 ×1.032×10－7 cm×6.02×1023 ml－1)≈4.31 g·cm－3
(3)142 pm 1.37 (4)8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%
解析 (1)CuH晶胞中Cu原子数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，H原子数目为4，则晶胞的边长为eq \r(3,\f(4×65,NA·ρ)) cm，则Cu原子与H原子之间的最短距离为eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×65,ρNA)) cm。
(2)由图乙可知，每个Cu原子与4个S原子相连；该晶胞中含有Cu原子数目为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＋1＝4，含有Fe原子数目为4×eq \f(1,4)＋6×eq \f(1,2)＝4，含有S原子数目为8，故化学式为CuFeS2，该晶体密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(4×184 g· ml－1,0.524×10－7 cm2×1.032×10－7 cm×6.02×1023 ml－1)≈4.31 g·cm－3。
(3)由NaCl晶胞可知，NaH晶胞中Na＋位于棱上和体心，H－位于顶角和面心，故NaH晶胞的边长相当于H－的直径和Na＋的直径之和，故H－的半径为eq \f(488 pm－102 pm×2,2)＝142 pm。NaH晶胞中含有4个Na＋和4个H－，则该晶体的密度为eq \f(\f(24×4,6.02×1023) g,488×10－10 cm3)≈1.37 g·cm－3。(4)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞中C原子数目为4＋6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝8；若C原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型可知，正方体体对角线长度的eq \f(1,4)就是C—C键长，即eq \f(\r(3),4)a＝2r，所以r＝eq \f(\r(3),8)a，碳原子在晶胞中的空间占有率为eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%。
(1)晶胞计算公式(立方晶胞)
a3ρNA＝NM(a：棱长；ρ：密度；NA：阿伏加德罗常数的值；N：1 ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)
①面对角线长＝eq \r(2)a。
②体对角线长＝eq \r(3)a。
③体心立方堆积4r＝eq \r(3)a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r＝eq \r(2)a(r为原子半径)。
(3)空间利用率＝eq \f(晶胞中微粒体积,晶胞体积)×100%。
1．(2021·辽宁，7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是( )
A．S位于元素周期表p区
B．该物质的化学式为H3S
C．S位于H构成的八面体空隙中
D．该晶体属于分子晶体
答案 D
2．(2021·天津，2)下列各组物质的晶体类型相同的是( )
A．SiO2和SO3 B．I2和NaCl
C．Cu和Ag D．SiC和MgO
答案 C
解析 SiO2为共价晶体，SO3为分子晶体，A错误；I2为分子晶体，NaCl为离子晶体，B错误；Cu和Ag都为金属晶体，C正确；SiC为共价晶体，MgO为离子晶体，D错误。
3．(2020·山东等级模拟考，4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )
A．键能：C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p-p π键
答案 C
解析 键长越短，键能越大，分子越稳定，A项正确；SiC与金刚石结构相似，属于共价晶体，硬度大，熔点高，B项正确；SiH4中Si为－4价，且SiH4还原性强于CH4，C项错误；π键是p轨道电子以“肩并肩”方式相互重叠形成的，半径越大越不易形成，D项正确。
4．[2021·全国乙卷，35(4)]在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为____________% (列出计算表达式)。
答案 Al eq \f(8π2r\\al(3,Cr)＋r\\al(3,Al),3a2c)×100
解析 根据均摊法，该晶胞中灰球个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2，白球个数为8×eq \f(1,4)＋2＝4，个数之比为1∶2，根据AlCr2可知，灰球代表Al，白球代表Cr，故处于顶角位置的原子为Al；晶胞的体积为a2×c，晶胞所含原子的体积为eq \f(4,3)π(4req \\al(3,Cr)＋2req \\al(3,Al))，则金属原子的空间占有率为eq \f(\f(4,3)π4r\\al(3,Cr)＋2r\\al(3,Al),a2c)×100%＝eq \f(8π2r\\al(3,Cr)＋r\\al(3,Al),3a2c)×100%。
5．[2021·天津，13(2)]用X射线衍射测定，得到Fe的两种晶胞A、B，其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为__________。每个晶胞B中含Fe原子数为__________。
答案 8 4
6．[2021·浙江6月选考，26(1)]已知3种共价晶体的熔点数据如下表：
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是______________________________________________。
答案 共价晶体中，原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高，原子半径：C＜Si(或键长：C—C＜Si—Si)，键能：C—C＞Si—Si
7．[2019·全国卷Ⅰ，35(3)(4)](3)一些氧化物的熔点如表所示：
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_________________________________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________ pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。
答案 (3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO>Li2O。分子间作用力(分子量)：P4O6>SO2
(4)eq \f(\r(2),4)a eq \f(\r(3),4)a eq \f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)
解析 (4)观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有(4x)2＝2a2，x＝eq \f(\r(2),4)a。镁原子堆积方式类似金刚石，有y＝eq \f(\r(3),4)a。已知1 cm＝1010 pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，代入密度公式计算即可。
课时精练
1．(2022·湖南汩罗市模拟)下列关于晶体的说法不正确的是( )
①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性
②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 ③共价键可决定分子晶体的熔、沸点 ④晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列 ⑤晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 ⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
A．①②③ B．②③④
C．④⑤⑥ D．②③⑥
答案 D
解析 含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故②错误；分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点，共价键决定稳定性，故③错误；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，故⑥错误。
2．(2021·湖北1月选考模拟，13)已知NixMg1－xO晶体属立方晶系，晶胞边长a。将Li＋掺杂到该晶胞中，可得到一种高性能的p型太阳能电池材料，其结构单元如下图所示。
假定掺杂后的晶胞参数不发生变化，下列说法正确的是( )
A．该结构单元中O原子数为3
B．Ni和Mg间的最短距离是eq \f(\r(2),2)a
C．Ni的配位数为4
D．该物质的化学式为
答案 B
解析 O原子数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，A错误；由图可知，Ni与Mg的最短距离为晶胞面对角线的eq \f(1,2)，即eq \f(1,2)eq \r(a2＋a2)＝eq \f(\r(2),2)a，B正确；由晶胞结构可知，Ni的配位数为6，C错误；晶胞中各微粒的个数为N(Li)＝1×eq \f(1,2)＝0.5，N(Mg)＝1×eq \f(1,8)＋2×eq \f(1,2)＝1.125，N(Ni)＝7×eq \f(1,8)＋3×eq \f(1,2)＝2.375，N(O)＝4，因此该物质的化学式为，D错误。
3．(2021·辽宁1月适应性测试，6)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是( )
A．11BN和10BN的性质无差异
B．该晶体具有良好的导电性
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
答案 D
解析 11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但其物理性质不同，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B错误；由图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶角和面心上，故B原子的数量为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，1个B原子可以和3个N原子成键，这些N原子距中心N原子等距且最近，总数为12个，D正确。
4．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是( )
A.SiCl4是分子晶体
B．晶体硼是共价晶体
C．AlCl3是分子晶体，加热能升华
D．金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能弱
答案 D
解析 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点高，是共价晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知：金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能强，D错误。
5．下列说法错误的是( )
A．分子晶体中一定存在分子间作用力
B．共价晶体中只含有共价键
C．任何晶体中，若含有阳离子就一定含有阴离子
D．单质的晶体中一定不存在离子键
答案 C
解析 相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫作共价晶体，共价晶体中只含有共价键，故B正确；金属晶体中，含有阳离子却不含有阴离子，故C错误；金属单质中只有金属键，非金属单质中可能存在共价键，单质的晶体中一定不存在离子键，故D正确。
6．解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键强弱无关的变化规律是( )
A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
D．Li、Na、K、Rb 的熔点逐渐降低
答案 C
解析 HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，是因为氢原子和卤素原子间共价键的键能依次减小，不选A；NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低，是因为钠离子和卤素离子间的离子键依次减弱，不选B；F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高，是因为卤素单质分子间作用力依次增大，与化学键的强弱无关，选C；碱金属元素从上到下，原子半径逐渐增大，金属键逐渐减小，金属单质的熔点逐渐降低，不选D。
7．(2022·沈阳模拟)下列有关晶体的叙述中，错误的是( )
A．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子
B．在CaF2晶体中每个Ca2＋周围紧邻8个F－，每个F－周围紧邻4个Ca2＋
C．白磷晶体中，微粒之间通过共价键结合，键角为60°
D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏
答案 C
8．下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是( )
A．CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4
B．KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgO
C．MgBr2＞SiCl4＞BN
D．金刚石＞晶体硅＞钠
答案 D
9．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为( )
A.eq \f(\f(4,3)π,2\r(2)3)×100% B.eq \f(4×\f(4,3)π,2\r(2)3)×100%
C.eq \f(4×\f(4,3)π,\r(2)3)×100% D.eq \f(4×\f(4,3)r,2\r(2)3)×100%
答案 B
解析 面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为r cm，则晶胞的边长为4r×eq \f(\r(2),2) cm＝2eq \r(2)r cm，每个金晶胞中含有4个原子，则金晶胞空间利用率为eq \f(4×\f(4,3)πr3,2\r(2)r3)×100%＝eq \f(4×\f(4,3)π,2\r(2)3)×100%。
10．非整比化合物Fe0.95O具有NaCl型晶体结构，由于n(Fe)∶n(O)<1，所以晶体存在缺陷，Fe0.95O可以表示为( )
A．Feeq \\al(2＋,0.45)Feeq \\al(3＋,0.5)O B．Feeq \\al(2＋,2)Fe3＋O2
C．Feeq \\al(2＋,0.15)Feeq \\al(3＋,0.80)O D．Feeq \\al(2＋,0.85)Feeq \\al(3＋,0.10)O
答案 D
解析 设Fe3＋为x个，Fe2＋为y个，则根据化合物中各元素化合价代数和为零及原子守恒可得x＋y＝0.95，3x＋2y＝2，解得x＝0.10，y＝0.85，所以该物质的化学式为Feeq \\al(2＋,0.85)Feeq \\al(3＋,0.10)O，选项D符合题意。
11．如图是从NaCl或CsCl晶体结构图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．图①和图③ B．图②和图③
C．图①和图④ D．只有图④
答案 C
12.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是( )
A．该晶体属于分子晶体
B．该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等
C．阳离子的配位数为6
D．氧化锌的熔点大于硫化锌
答案 D
解析 晶体中含有Zn2＋和S2－，则晶体类型为离子晶体，故A错误；该晶胞中Zn2＋的数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，S2－的数目为4，两离子数目相等，故B错误；晶胞中Zn2＋周围紧邻且等距的S2－共有4个，则阳离子的配位数为4，故C错误；O2－的半径比S2－小，则ZnO的熔点大于ZnS，故D正确。
13.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。如图中原子1的坐标为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))，则原子2和3的坐标正确的是( )
A．原子2为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))
B．原子2为(0，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))
C．原子3为(1,0，eq \f(1,2))
D．原子3为(0,0，eq \f(1,2))
答案 D
14．(1)氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料，其晶胞结构如图所示，为长方体。写出与AlHeq \\al(－,4)空间结构相同的一种分子：____________________(填化学式)。NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有______个；NaAlH4晶体的密度为________ g·cm－3(用含a、NA的代数式表示)。
(2)氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在M原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示。
氮化钼的化学式为________，氮化钼晶胞边长为a nm，晶体的密度ρ＝________ g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)①已知MgO与NiO的晶体结构(如图1所示)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点：MgO________(填“＞”“＜”或“＝”)NiO，理由是_____________________________________________________________________________。
②若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B(1,1,0)，则C的坐标参数为________。
③一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(如图2所示)。已知O2－的半径为a m，每平方米上分散的该晶体的质量为________ g[用a、NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)表示]。
答案 (1)CH4(合理即可) 8 eq \f(1.08×1023,a3NA)
(2)M2N eq \f(4×96＋2×14,NAa3×10－21)
(3)①＞ Mg2＋的半径比Ni2＋的小，MgO的离子键比NiO的强 ②(1，eq \f(1,2)，eq \f(1,2)) ③eq \f(25\r(3),2a2NA)
解析 (1)与AlHeq \\al(－,4)空间结构相同的分子有CH4、CCl4等；NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个；该晶胞体积为(a×a×2a×10－21) cm3，该晶胞中Na＋个数为6×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＝4，AlHeq \\al(－,4)个数为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＋1＝4，NaAlH4晶体的密度为eq \f(\f(54,NA)×4,2a3×10－21) g·cm－3＝eq \f(1.08×1023,a3NA) g·
cm－3。
(2)由题图信息知，M原子位于晶胞的顶角和面心，1个晶胞含有M原子的个数为6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4，N原子位于晶胞的棱上和体心，1个晶胞含有N原子的个数为4×eq \f(1,4)＋1＝2，故氮化钼的化学式为M2N；ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(4×96＋2×14,NAa3×10－21) g·cm－3。
(3)①离子晶体结构相同时，离子半径越小，离子键越强，Mg2＋的半径比Ni2＋的小，MgO的离子键比NiO的强，故熔点：MgO＞NiO。③在图2中的“单分子层”中可以画出二维重复单元，如，。重复单元呈菱形，是相邻四个氧离子球中心的连线组成的，每个重复单元包含1个氧离子和1个镍离子，NiO的相对分子质量为75；重复单元所占的面积为(2a×eq \r(3)a) m2＝2eq \r(3)a2 m2，则每平方米上分散的该晶体的质量为eq \f(25\r(3),2a2NA) g。
15．(1)SiC、Si、金刚石中熔点由高到低的顺序为______________，理由是________________
_______________________________________________________________________________。
(2)干冰、冰二者的熔点较高的是________，其理由是__________________________________。
(3)CS2的熔、沸点高于CO2的理由是_______________________________________________。
(4)NaF的熔点________(填“＞”“＝”或“＜”)BFeq \\al(－,4)的熔点，其原因是_______________________________________________________________________________。
答案 (1)金刚石＞SiC＞Si C—C、C—Si、Si—Si的键长依次增大，键能依次减小，熔点依次降低
(2)冰 冰晶体中分子间存在氢键
(3)CS2和CO2均为分子晶体，CS2的相对分子质量大，分子间作用力大
(4)＞ 两者均为离子化合物，且离子所带电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，其熔点较低晶体
非晶体
结构特征
原子在三维空间里呈周期性有序排列
原子排列相对无序
性质特征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
二者区别方法
间接方法
看是否有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
类型
比较
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子、自由电子
阴、阳离子
粒子间的相互作用力
范德华力(某些含氢键)
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于一般溶剂
一般不溶于水，少数与水反应
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性，个别为半导体
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
金刚石
碳化硅
晶体硅
熔点/℃
>3 550
2 600
1 415
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
－75.5
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
－68
2 300
＞3 550
1 415
沸点/℃
178
57
2 550
4 827
2 355
考点一 晶体与晶胞
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
(2)获得晶体的途径
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。
2．晶胞
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
(3)晶胞中微粒数的计算方法——均摊法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算：如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有eq \f(1,N)属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。
②非长方体晶胞
在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有eq \f(1,6)属于此晶胞，面上的原子有eq \f(1,2)属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＝3，硼原子个数为6。
1．冰和碘晶体中相互作用力相同( )
2．晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )
3．凡有规则外形的固体一定是晶体( )
4．固体SiO2一定是晶体( )
5．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )
6．晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
7．区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验( )
答案 1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.× 7.√
一、晶胞及微粒配位数的判断
1．CaTiO3的晶胞如图所示，其组成元素的电负性大小顺序是__________；金属离子与氧离子间的作用力为______________，Ca2＋的配位数是__________。
答案 O＞Ti＞Ca 离子键 12
2．C、N元素能形成一种类石墨的聚合物半导体g-C3N4，其单层平面结构如图1，晶胞结构如图2。
根据图2，在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元。
答案
晶胞中粒子配位数的计算
一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数
(1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
(2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
二、晶胞中微粒数及化学式的计算
3．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是__________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c粒子和________个d粒子。
答案 2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×eq \f(1,8))＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×eq \f(1,8))＝1∶1；丙中N(c)＝12×eq \f(1,4)＋1＝4，N(d)＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4。
4．下图为离子晶体空间结构示意图：(eq \a\vs4\al\c1(●)阳离子，eq \x(○)阴离子)以M代表阳离子，N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：
A________、B________、C________。
答案 MN MN3 MN2
解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M个数：eq \f(1,8)×4＋1＝eq \f(3,2)，含N个数：eq \f(1,2)×4＋2＋4×eq \f(1,8)＝eq \f(9,2)，N(M)∶N(N)＝eq \f(3,2)∶eq \f(9,2)＝1∶3；在C中含M个数：eq \f(1,8)×4＝eq \f(1,2)，含N为1个。
5．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根的离子符号为________。
答案 (1)MgB2 (2)BOeq \\al(－,2)
解析 (1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋eq \f(2,2))＝1∶2，化学式为BOeq \\al(－,2)。
晶胞中化学式计算思路
(1)运用均摊法计算出一个晶胞中的微粒数目。
(2)求出不同微粒数目比值，得化学式。
考点二 晶体类型、结构与性质
1．四种晶体类型的比较
2．过渡晶体
大多数晶体是这四种晶体类型之间的过渡晶体，以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例，如Na2O、Al2O3中既有离子键成分，也有共价键成分，Na2O中离子键成分占62%，因而通常当作离子晶体来处理，Al2O3中离子键成分占41%，因而通常当作共价晶体来处理。
3．常见晶体结构模型
(1)共价晶体
①金刚石晶体中，每个C与相邻4个C形成共价键，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键是2 ml。
②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子形成共价键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 ml SiO2中含有4 ml Si—O。
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。
②冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成2 ml氢键。
(3)离子晶体
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。
(4)混合型晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。
1．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( )
2．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
3．离子晶体一定都含有金属元素( )
4．金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
5．1 ml金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA( )
6．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个( )
7．冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键( )
8．金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、晶体类型的判断
1．下列性质适合于分子晶体的是( )
A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
D．熔点为97.8 ℃，质软，导电，密度为0.971 g·cm－3
答案 C
解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子晶体。
依据性质判断晶体类型的方法
(1)依据晶体的熔点判断。
(2)依据导电性判断。
(3)依据硬度和机械性能判断。
二、晶体熔、沸点的比较
2．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②PH3、AsH3、NH3 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
答案 D
3．回答下列问题：
(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了________的作用力；碘的升华，粒子间克服了________作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是__________________________________(填化学式)。
(2)下列六种晶体：①CO2 ②NaCl ③Na ④Si
⑤CS2 ⑥金刚石。它们的熔点从低到高的顺序为________________(填序号)。
答案 (1)离子键 共价键 分子间 SiO2＞KClO3＞I2 (2)①⑤③②④⑥
晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。
2．相同类型晶体
(1)金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。
(2)离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。
(3)共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。
(4)分子晶体：①组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高。
三、晶体结构的有关计算
4．(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，已知CuH晶体结构单元如图甲所示。该化合物的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距离为______ cm(用含ρ和NA的式子表示)。
(2)CuFeS2的晶胞如图乙所示，晶胞参数a＝0.524 nm，b＝0.524 nm，c＝1.032 nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与____________个S原子相连，列式计算晶体密度ρ＝____________________________________________(保留两位小数)。
(3)NaH具有NaCl型晶体结构，已知NaH晶体的晶胞参数a＝488 pm，Na＋半径为102 pm，H－的半径为________，NaH的理论密度是________ g·cm－3(保留两位小数)。
(4)金刚石晶胞结构如图丙所示，则金刚石晶体含有______个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率：________________(不要求计算结果)。
答案 (1)eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×65,ρNA)) (2)4 eq \f(4×184 g·ml－1,0.524×10－7 cm2 ×1.032×10－7 cm×6.02×1023 ml－1)≈4.31 g·cm－3
(3)142 pm 1.37 (4)8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%
解析 (1)CuH晶胞中Cu原子数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，H原子数目为4，则晶胞的边长为eq \r(3,\f(4×65,NA·ρ)) cm，则Cu原子与H原子之间的最短距离为eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×65,ρNA)) cm。
(2)由图乙可知，每个Cu原子与4个S原子相连；该晶胞中含有Cu原子数目为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＋1＝4，含有Fe原子数目为4×eq \f(1,4)＋6×eq \f(1,2)＝4，含有S原子数目为8，故化学式为CuFeS2，该晶体密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(4×184 g· ml－1,0.524×10－7 cm2×1.032×10－7 cm×6.02×1023 ml－1)≈4.31 g·cm－3。
(3)由NaCl晶胞可知，NaH晶胞中Na＋位于棱上和体心，H－位于顶角和面心，故NaH晶胞的边长相当于H－的直径和Na＋的直径之和，故H－的半径为eq \f(488 pm－102 pm×2,2)＝142 pm。NaH晶胞中含有4个Na＋和4个H－，则该晶体的密度为eq \f(\f(24×4,6.02×1023) g,488×10－10 cm3)≈1.37 g·cm－3。(4)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞中C原子数目为4＋6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝8；若C原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型可知，正方体体对角线长度的eq \f(1,4)就是C—C键长，即eq \f(\r(3),4)a＝2r，所以r＝eq \f(\r(3),8)a，碳原子在晶胞中的空间占有率为eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%。
(1)晶胞计算公式(立方晶胞)
a3ρNA＝NM(a：棱长；ρ：密度；NA：阿伏加德罗常数的值；N：1 ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)
①面对角线长＝eq \r(2)a。
②体对角线长＝eq \r(3)a。
③体心立方堆积4r＝eq \r(3)a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r＝eq \r(2)a(r为原子半径)。
(3)空间利用率＝eq \f(晶胞中微粒体积,晶胞体积)×100%。
1．(2021·辽宁，7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是( )
A．S位于元素周期表p区
B．该物质的化学式为H3S
C．S位于H构成的八面体空隙中
D．该晶体属于分子晶体
答案 D
2．(2021·天津，2)下列各组物质的晶体类型相同的是( )
A．SiO2和SO3 B．I2和NaCl
C．Cu和Ag D．SiC和MgO
答案 C
解析 SiO2为共价晶体，SO3为分子晶体，A错误；I2为分子晶体，NaCl为离子晶体，B错误；Cu和Ag都为金属晶体，C正确；SiC为共价晶体，MgO为离子晶体，D错误。
3．(2020·山东等级模拟考，4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )
A．键能：C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p-p π键
答案 C
解析 键长越短，键能越大，分子越稳定，A项正确；SiC与金刚石结构相似，属于共价晶体，硬度大，熔点高，B项正确；SiH4中Si为－4价，且SiH4还原性强于CH4，C项错误；π键是p轨道电子以“肩并肩”方式相互重叠形成的，半径越大越不易形成，D项正确。
4．[2021·全国乙卷，35(4)]在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为____________% (列出计算表达式)。
答案 Al eq \f(8π2r\\al(3,Cr)＋r\\al(3,Al),3a2c)×100
解析 根据均摊法，该晶胞中灰球个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2，白球个数为8×eq \f(1,4)＋2＝4，个数之比为1∶2，根据AlCr2可知，灰球代表Al，白球代表Cr，故处于顶角位置的原子为Al；晶胞的体积为a2×c，晶胞所含原子的体积为eq \f(4,3)π(4req \\al(3,Cr)＋2req \\al(3,Al))，则金属原子的空间占有率为eq \f(\f(4,3)π4r\\al(3,Cr)＋2r\\al(3,Al),a2c)×100%＝eq \f(8π2r\\al(3,Cr)＋r\\al(3,Al),3a2c)×100%。
5．[2021·天津，13(2)]用X射线衍射测定，得到Fe的两种晶胞A、B，其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为__________。每个晶胞B中含Fe原子数为__________。
答案 8 4
6．[2021·浙江6月选考，26(1)]已知3种共价晶体的熔点数据如下表：
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是______________________________________________。
答案 共价晶体中，原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高，原子半径：C＜Si(或键长：C—C＜Si—Si)，键能：C—C＞Si—Si
7．[2019·全国卷Ⅰ，35(3)(4)](3)一些氧化物的熔点如表所示：
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_________________________________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________ pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。
答案 (3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO>Li2O。分子间作用力(分子量)：P4O6>SO2
(4)eq \f(\r(2),4)a eq \f(\r(3),4)a eq \f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)
解析 (4)观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有(4x)2＝2a2，x＝eq \f(\r(2),4)a。镁原子堆积方式类似金刚石，有y＝eq \f(\r(3),4)a。已知1 cm＝1010 pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，代入密度公式计算即可。
课时精练
1．(2022·湖南汩罗市模拟)下列关于晶体的说法不正确的是( )
①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性
②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 ③共价键可决定分子晶体的熔、沸点 ④晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列 ⑤晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 ⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
A．①②③ B．②③④
C．④⑤⑥ D．②③⑥
答案 D
解析 含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故②错误；分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点，共价键决定稳定性，故③错误；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，故⑥错误。
2．(2021·湖北1月选考模拟，13)已知NixMg1－xO晶体属立方晶系，晶胞边长a。将Li＋掺杂到该晶胞中，可得到一种高性能的p型太阳能电池材料，其结构单元如下图所示。
假定掺杂后的晶胞参数不发生变化，下列说法正确的是( )
A．该结构单元中O原子数为3
B．Ni和Mg间的最短距离是eq \f(\r(2),2)a
C．Ni的配位数为4
D．该物质的化学式为
答案 B
解析 O原子数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，A错误；由图可知，Ni与Mg的最短距离为晶胞面对角线的eq \f(1,2)，即eq \f(1,2)eq \r(a2＋a2)＝eq \f(\r(2),2)a，B正确；由晶胞结构可知，Ni的配位数为6，C错误；晶胞中各微粒的个数为N(Li)＝1×eq \f(1,2)＝0.5，N(Mg)＝1×eq \f(1,8)＋2×eq \f(1,2)＝1.125，N(Ni)＝7×eq \f(1,8)＋3×eq \f(1,2)＝2.375，N(O)＝4，因此该物质的化学式为，D错误。
3．(2021·辽宁1月适应性测试，6)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是( )
A．11BN和10BN的性质无差异
B．该晶体具有良好的导电性
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
答案 D
解析 11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但其物理性质不同，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B错误；由图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶角和面心上，故B原子的数量为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，1个B原子可以和3个N原子成键，这些N原子距中心N原子等距且最近，总数为12个，D正确。
4．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是( )
A.SiCl4是分子晶体
B．晶体硼是共价晶体
C．AlCl3是分子晶体，加热能升华
D．金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能弱
答案 D
解析 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点高，是共价晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知：金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能强，D错误。
5．下列说法错误的是( )
A．分子晶体中一定存在分子间作用力
B．共价晶体中只含有共价键
C．任何晶体中，若含有阳离子就一定含有阴离子
D．单质的晶体中一定不存在离子键
答案 C
解析 相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫作共价晶体，共价晶体中只含有共价键，故B正确；金属晶体中，含有阳离子却不含有阴离子，故C错误；金属单质中只有金属键，非金属单质中可能存在共价键，单质的晶体中一定不存在离子键，故D正确。
6．解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键强弱无关的变化规律是( )
A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
D．Li、Na、K、Rb 的熔点逐渐降低
答案 C
解析 HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，是因为氢原子和卤素原子间共价键的键能依次减小，不选A；NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低，是因为钠离子和卤素离子间的离子键依次减弱，不选B；F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高，是因为卤素单质分子间作用力依次增大，与化学键的强弱无关，选C；碱金属元素从上到下，原子半径逐渐增大，金属键逐渐减小，金属单质的熔点逐渐降低，不选D。
7．(2022·沈阳模拟)下列有关晶体的叙述中，错误的是( )
A．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子
B．在CaF2晶体中每个Ca2＋周围紧邻8个F－，每个F－周围紧邻4个Ca2＋
C．白磷晶体中，微粒之间通过共价键结合，键角为60°
D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏
答案 C
8．下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是( )
A．CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4
B．KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgO
C．MgBr2＞SiCl4＞BN
D．金刚石＞晶体硅＞钠
答案 D
9．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为( )
A.eq \f(\f(4,3)π,2\r(2)3)×100% B.eq \f(4×\f(4,3)π,2\r(2)3)×100%
C.eq \f(4×\f(4,3)π,\r(2)3)×100% D.eq \f(4×\f(4,3)r,2\r(2)3)×100%
答案 B
解析 面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为r cm，则晶胞的边长为4r×eq \f(\r(2),2) cm＝2eq \r(2)r cm，每个金晶胞中含有4个原子，则金晶胞空间利用率为eq \f(4×\f(4,3)πr3,2\r(2)r3)×100%＝eq \f(4×\f(4,3)π,2\r(2)3)×100%。
10．非整比化合物Fe0.95O具有NaCl型晶体结构，由于n(Fe)∶n(O)<1，所以晶体存在缺陷，Fe0.95O可以表示为( )
A．Feeq \\al(2＋,0.45)Feeq \\al(3＋,0.5)O B．Feeq \\al(2＋,2)Fe3＋O2
C．Feeq \\al(2＋,0.15)Feeq \\al(3＋,0.80)O D．Feeq \\al(2＋,0.85)Feeq \\al(3＋,0.10)O
答案 D
解析 设Fe3＋为x个，Fe2＋为y个，则根据化合物中各元素化合价代数和为零及原子守恒可得x＋y＝0.95，3x＋2y＝2，解得x＝0.10，y＝0.85，所以该物质的化学式为Feeq \\al(2＋,0.85)Feeq \\al(3＋,0.10)O，选项D符合题意。
11．如图是从NaCl或CsCl晶体结构图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．图①和图③ B．图②和图③
C．图①和图④ D．只有图④
答案 C
12.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是( )
A．该晶体属于分子晶体
B．该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等
C．阳离子的配位数为6
D．氧化锌的熔点大于硫化锌
答案 D
解析 晶体中含有Zn2＋和S2－，则晶体类型为离子晶体，故A错误；该晶胞中Zn2＋的数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，S2－的数目为4，两离子数目相等，故B错误；晶胞中Zn2＋周围紧邻且等距的S2－共有4个，则阳离子的配位数为4，故C错误；O2－的半径比S2－小，则ZnO的熔点大于ZnS，故D正确。
13.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。如图中原子1的坐标为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))，则原子2和3的坐标正确的是( )
A．原子2为(eq \f(1,2)，0，eq \f(1,2))
B．原子2为(0，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))
C．原子3为(1,0，eq \f(1,2))
D．原子3为(0,0，eq \f(1,2))
答案 D
14．(1)氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料，其晶胞结构如图所示，为长方体。写出与AlHeq \\al(－,4)空间结构相同的一种分子：____________________(填化学式)。NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有______个；NaAlH4晶体的密度为________ g·cm－3(用含a、NA的代数式表示)。
(2)氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在M原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示。
氮化钼的化学式为________，氮化钼晶胞边长为a nm，晶体的密度ρ＝________ g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)①已知MgO与NiO的晶体结构(如图1所示)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点：MgO________(填“＞”“＜”或“＝”)NiO，理由是_____________________________________________________________________________。
②若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B(1,1,0)，则C的坐标参数为________。
③一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(如图2所示)。已知O2－的半径为a m，每平方米上分散的该晶体的质量为________ g[用a、NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)表示]。
答案 (1)CH4(合理即可) 8 eq \f(1.08×1023,a3NA)
(2)M2N eq \f(4×96＋2×14,NAa3×10－21)
(3)①＞ Mg2＋的半径比Ni2＋的小，MgO的离子键比NiO的强 ②(1，eq \f(1,2)，eq \f(1,2)) ③eq \f(25\r(3),2a2NA)
解析 (1)与AlHeq \\al(－,4)空间结构相同的分子有CH4、CCl4等；NaAlH4晶体中，与AlHeq \\al(－,4)紧邻且等距的Na＋有8个；该晶胞体积为(a×a×2a×10－21) cm3，该晶胞中Na＋个数为6×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＝4，AlHeq \\al(－,4)个数为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＋1＝4，NaAlH4晶体的密度为eq \f(\f(54,NA)×4,2a3×10－21) g·cm－3＝eq \f(1.08×1023,a3NA) g·
cm－3。
(2)由题图信息知，M原子位于晶胞的顶角和面心，1个晶胞含有M原子的个数为6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4，N原子位于晶胞的棱上和体心，1个晶胞含有N原子的个数为4×eq \f(1,4)＋1＝2，故氮化钼的化学式为M2N；ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(4×96＋2×14,NAa3×10－21) g·cm－3。
(3)①离子晶体结构相同时，离子半径越小，离子键越强，Mg2＋的半径比Ni2＋的小，MgO的离子键比NiO的强，故熔点：MgO＞NiO。③在图2中的“单分子层”中可以画出二维重复单元，如，。重复单元呈菱形，是相邻四个氧离子球中心的连线组成的，每个重复单元包含1个氧离子和1个镍离子，NiO的相对分子质量为75；重复单元所占的面积为(2a×eq \r(3)a) m2＝2eq \r(3)a2 m2，则每平方米上分散的该晶体的质量为eq \f(25\r(3),2a2NA) g。
15．(1)SiC、Si、金刚石中熔点由高到低的顺序为______________，理由是________________
_______________________________________________________________________________。
(2)干冰、冰二者的熔点较高的是________，其理由是__________________________________。
(3)CS2的熔、沸点高于CO2的理由是_______________________________________________。
(4)NaF的熔点________(填“＞”“＝”或“＜”)BFeq \\al(－,4)的熔点，其原因是_______________________________________________________________________________。
答案 (1)金刚石＞SiC＞Si C—C、C—Si、Si—Si的键长依次增大，键能依次减小，熔点依次降低
(2)冰 冰晶体中分子间存在氢键
(3)CS2和CO2均为分子晶体，CS2的相对分子质量大，分子间作用力大
(4)＞ 两者均为离子化合物，且离子所带电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，其熔点较低晶体
非晶体
结构特征
原子在三维空间里呈周期性有序排列
原子排列相对无序
性质特征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
二者区别方法
间接方法
看是否有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
类型
比较
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子、自由电子
阴、阳离子
粒子间的相互作用力
范德华力(某些含氢键)
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于一般溶剂
一般不溶于水，少数与水反应
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性，个别为半导体
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
金刚石
碳化硅
晶体硅
熔点/℃
>3 550
2 600
1 415
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
－75.5
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
－68
2 300
＞3 550
1 415
沸点/℃
178
57
2 550
4 827
2 355
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