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第三章 晶体结构与性质 第三节 第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体练习 【新教材】2020年秋人教版（2019）高中化学选择性必修2
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这是一份第三章 晶体结构与性质 第三节 第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体练习 【新教材】2020年秋人教版（2019）高中化学选择性必修2，共19页。
第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
基础过关练
题组一 离子晶体的概念和结构
1.下列晶体分类中正确的一组是( )
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
SiO2
I2
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
2.(2019江苏南京外国语学校检测)下列有关离子晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体中一定含有金属元素,含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B.离子键只存在于离子晶体中,离子晶体中一定含有离子键
C.离子晶体中不可能含有共价键
D.离子晶体受热熔化破坏化学键,吸收热量,属于化学变化
3.如图所示,在氯化钠晶体中,与每个Na+等距离且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为( )
A.十二面体 B.正八面体
C.正六面体 D.正四面体
4.(2019山西应县一中高二期中)下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是( )
A.分子晶体中一定含有共价键
B.共价晶体中共价键越强,熔点越高
C.离子晶体中含有离子键,不含有共价键
D.金属阳离子只能存在于离子晶体中
5.下列各图是从某些离子晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断下列各图属于NaCl晶体结构的是(深度解析)
A.图(1)和图(3) B.图(2)和图(3)
C.只有图(1) D.图(1)和图(4)
6.(2019江苏高邮高一下期中)下列各组物质的晶体中,化学键类型和晶体类型均相同的是( )
A.CO2和NH3 B.HCl和SiO2
C.KCl和K D.H2O和NH4Cl
7.NaCl晶体模型如下图所示:
(1)在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引 个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着 个Na+;在NaCl晶胞中含有 个Na+、 个Cl-,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相等的Na+共有 个。
(2)对于氯化钠晶体,下列描述正确的是 。
A.它是面心立方堆积
B.相邻的阴、阳离子核间距等于阴、阳离子半径之和
C.与氯化铯晶体结构相同
D.每个Na+与6个Cl-作为近邻
题组二 离子晶体的性质
8.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物,根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是( )
AB
CD
EF
离子所带电荷数
1
1
2
两原子核间距(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
9.离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用,静电作用大则熔点高,静电作用小则熔点低。试根据学过的知识,判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
10.(2020辽宁凌源二中高二网测)萤石(主要成分为CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2是离子晶体的是( )
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
11.为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物,可以进行下列实验,其中叙述正确的是( )
A.观察常温下物质的状态,SbCl5是微黄色液体,SnCl4为无色液体。结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4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SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中,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SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性,发现它们都可以导电。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
12.(2020辽宁丹东第四中学高二月考)根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据,判断下列有关说法中错误的是( )
晶体
NaCl
KCl
AlCl3
SiCl4
熔点/℃
801
776
190
-68
沸点/℃
1 465
1 418
180
57
A.SiCl4是分子晶体
B.金属元素与非金属元素可形成共价化合物
C.AlCl3加热能升华
D.NaCl中化学键的强度比KCl中的小
13.下列说法中正确的是(深度解析)
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
题组三 过渡晶体与混合型晶体
14.(2020江苏徐州一中高二月考)石墨晶体是层状结构,在每一层内,每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为( )
A.2∶3 B.2∶1 C.1∶3 D.3∶2
15.(原创)下列关于过渡晶体的说法正确的是( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
16.(2020河南郑州外国语学校高二月考)将石墨置于熔融的钾或气态的钾中,石墨吸收钾而形成名称为钾石墨的物质,其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。下列分析正确的是( )
A.题干中所列举的6种钾石墨属于有机高分子化合物
B.钾石墨中碳原子的杂化方式是sp3杂化
C.若某钾石墨的原子分布如图所示,则它所表示的是C12K
D.最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的23倍
17.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
18.(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB……方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为 。
(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图乙所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,1 mol石墨烯中含有的六元环个数为 。下列有关石墨烯的说法正确的是 (填字母)。
a.晶体中碳原子间全部是单键
b.石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面
c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力
(3)石墨烯可转化为C60,C60的结构如图丙所示,该分子是由五边形和六边形构成的球体,其中五边形有12个,则六边形有 个(注:简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间的关系为V+F-E=2)。
(4)金刚石晶胞如图丁所示,则金刚石晶胞中原子的配位数为 。深度解析
能力提升练
题组一 离子晶体的结构与性质
1.(2020山东滕州一中高二月考,)钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,结构如图所示,下列有关说法不正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体晶胞结构与NaCl相似
D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个
2.(双选)(2020江苏徐州一中高二期末,)在某晶体中,与某一个微粒x距离最近且等距离的另一个微粒y所围成的空间结构为如图所示的正八面体。该晶体可能是( )
A.NaCl晶体(x:Na+,y:Cl-)
B.CsCl晶体(x:Cs+,y:Cl-)
C.CaTiO3晶体(x:Ti4+,y:O2-)
D.NiAs晶体(x:Ni,y:As)
3.(2020湖北襄阳一中高二月考,)经X射线衍射实验研究证明PCl5在固态时,由空间构型分别是正四面体和正八面体的两种离子构成,下列关于PCl5的推断正确的是( )
A.PCl5晶体是分子晶体
B.PCl5晶体由[PCl3]2+和[PCl2]2-构成,且离子数目之比为1∶1
C.PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,且离子数目之比为1∶1
D.PCl5晶体具有良好的导电性
4.(2020天津静海高二期中,)有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是( )
图甲 图乙
图丙 图丁
A.在NaCl晶体(图甲)中,距Na+最近的Cl-形成正八面体
B.该气态团簇分子(图乙)的分子式为EF或FE
C.在CO2晶体(图丙)中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻
D.在碘晶体(图丁)中,碘分子的排列有两种不同的方向
5.(2020山东济南外国语学校高二月考,)有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是(深度解析)
A.在NaCl晶体中,距Na+最近且相等的Cl-有6个
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,碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D.CaF2晶体在熔融状态不导电
6.(2020辽宁凌源二中高二网测,)如图所示分别为氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞模型,请认真观察后完成表格。
离子
晶体
晶体构
成粒子
晶胞所含粒子数
配位数
阴、阳离子
个数之比
阴离子
阳离子
阴离子
阳离子
氯化钠
氯化铯
氟化钙
7.(2020河南六市高三调研节选,)黄铜矿是工业炼铜的原料,含有的主要元素是硫、铁、铜,请回答下列问题。
(l)基态硫原子核外电子有 种运动状态。Fe2+的电子排布式是 。
(2)CuCl熔点为426 ℃,熔化时几乎不导电;CuF的熔点为908 ℃,沸点为1 100 ℃。二者都是铜(Ⅰ)的卤化物,熔、沸点相差这么大的原因是
。
(3)乙硫醇(C2H5SH)是一种重要的合成中间体,分子中硫原子的杂化形式是 。乙硫醇的沸点比乙醇的沸点 (填“高”或“低”),原因是 。
(4)黄铜矿主要成分X的晶胞结构及晶胞参数如图所示,X的化学式是 ,其密度为 g/cm3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
题组二 混合型晶体的结构与性质
8.()石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是( )
A.从石墨中剥离出石墨烯需要破坏化学键
B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含23 s轨道与13 p轨道
C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电
D.石墨烯中平均每个六元环含有3个碳原子
9.(2020辽宁凌源二中高二网测,)C60、金刚石和石墨的结构模型分别如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)。
(1)C60、金刚石和石墨三者的关系是互为 。
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 晶体(填“离子”“共价”或“分子”),1个C60分子中含有双键的数目是 个。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入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 。深度解析
(4)石墨的层状结构中,平均每个正六边形占有的碳原子数是 。
10.(2020江西高三教学质量监测,)黑磷是磷的一种稳定的同素异形体,黑磷具有正交晶型(图A),晶胞参数a=3.310A,b=4.380A,c=10.500A。磷烯是二维的单层黑磷(图B),磷烯与石墨烯结构相似,P的配位数为3。与石墨烯相比,磷烯具有半导体性质,更适合制作电子器件。已知黑磷结构中只有一种等效的三配位P,所有P原子的成键环境一样,图A中编号为①的P原子的晶胞内坐标为(0.500,0.090,0.598)。请回答下列问题:
(1)画出基态P原子的价电子排布图: 。
(2)P和F的电负性大小顺序是χ(P) χ(F)(填“<”“=”或“>”)。P和F形成的分子PF3和PF5,它们的空间结构分别为 、 。
(3)①黑磷中P原子杂化方式是 。黑磷中不存在 (选填字母序号)。
A.共价键 B.σ键
C.π键 D.范德华力
②白磷与黑磷熔点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(4)图A中编号为②的P原子的晶胞内坐标为 ,黑磷的晶胞中含有 个P原子。
答案全解全析
基础过关练
1.C
2.B
3.B
4.B
5.D
6.A
8.D
9.C
10.C
11.B
12.D
13.D
14.A
15.B
16.D
17.D
1.C NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是离子晶体;纯H2SO4中无H+,是分子晶体。Ar是稀有气体,分子间以范德华力相互结合,为分子晶体;石墨是混合型晶体;SiO2与金刚石是典型的共价晶体。硫是以范德华力结合的分子晶体;玻璃没有固定的熔点,为非晶体。
2.B 离子晶体中不一定含有金属元素,含有金属元素的化合物不一定是离子晶体,选项A错误;含有离子键的化合物一定是离子晶体,离子晶体中可能含有共价键,选项B正确、C错误;离子晶体受热熔化时,虽然离子键被破坏,但没有生成新的物质,不属于化学变化,如氯化钠晶体熔化,选项D错误。
3.B 首先要清楚离Na+最近的Cl-在什么位置,处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离该Na+最近,将六个面心的Cl-连线得到正八面体。
4.B 分子晶体中可能不存在共价键,如稀有气体,故A错误;共价晶体的熔点与共价键有关,共价键越强,则熔点越高,故B正确;离子晶体中也可能含有共价键,如氢氧化钠属于离子晶体,既含有离子键,又含有共价键,故C错误;金属单质是由金属阳离子和自由电子构成的,所以金属阳离子可存在于金属晶体中,故D错误。
5.D 由于在氯化钠晶体中,每个钠离子周围同时吸引着最近的等距离的6个氯离子,同样每个氯离子周围同时吸引着最近的等距离的6个钠离子,图(1)符合条件,图(4)中选取其中一个离子,然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子,所以其配位数也是6,符合条件,故选D。
知识拓展 离子晶体的配位数
离子晶体中,通常可看成阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中离子的配位数。
6.A CO2和NH3都是分子晶体,CO2和NH3都只含共价键,A正确;HCl是分子晶体,SiO2为共价晶体,B错误;KCl为离子晶体,含有离子键,K为金属晶体,含有金属键,C错误;H2O是分子晶体,H2O中只含共价键,NH4Cl是离子晶体,NH4Cl中含有离子键和共价键,D错误。
7.答案 (1)6 6 4 4 12 (2)AD
解析 (1)在NaCl晶体中,一个Na+位于晶胞的中心,12个Na+分别位于晶胞的12条棱上,则属于该晶胞的Na+为3个(14×12=3),因此一个晶胞中共含有4个Na+,8个Cl-分别位于晶胞的8个顶点上,6个Cl-分别位于晶胞的6个面心上,则属于该晶胞的Cl-有18×8+12×6=4个。可见NaCl晶体中Na+、Cl-的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的Na+实际上共有3个平面通过它,通过中心Na+的每个平面都有4个Na+位于平面的四角,这4个Na+与中心Na+距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中,每个Na+周围与它距离最近且距离相等的Na+共有12个,按相似的方法可推出每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-也共有12个。
(2)氯化钠晶体是面心立方堆积,A正确;氯化铯晶体呈体心立方堆积,C错误;氯化钠晶体中以Na+为中心向三维方向伸展,有6个Cl-与Na+紧邻,D正确;相邻的阴、阳离子核间距不等于阴、阳离子半径之和,B错误。
8.D 离子所带电荷数越多,半径越小,则离子键越强,晶体的熔点越高,化合物EF中两原子核间距最小,离子所带电荷数最多,熔点最高,D项正确。
9.C 离子晶体中,离子键越强,熔、沸点越高,而离子所带电荷数越多,半径越小,离子键越强。Ca2+、O2-、Ba2+都带2个电荷,Na+、Cl-、K+都带1个电荷,r(Ca2+)BaO>NaCl>KCl。
10.C 难溶于水,其水溶液的导电性极弱,不能说明CaF2是离子晶体,故A不符合题意;熔点较高,硬度较大,也可能是共价晶体,不能说明CaF2是离子晶体,故B不符合题意;固体不导电但熔融状态下可以导电,熔融状态下一定有自由移动的离子,说明CaF2是离子晶体,故C符合题意;CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小,不能说明CaF2是离子晶体,故D不符合题意。
11.B 离子化合物一般熔点较高,熔化后可导电;某些分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电。
12.D 根据题给数据,SiCl4熔点低,属于分子晶体,A选项正确;根据题给数据,AlCl3熔、沸点低,为分子晶体,由Al元素和Cl元素形成,B选项正确;AlCl3沸点低于熔点,加热时先达到沸点,所以AlCl3加热能升华,C选项正确;NaCl和KCl都是离子晶体,化学键均为离子键,由于半径:r(Na+)
归纳总结 (1)离子晶体中除含离子键外也可能含其他化学键,如CH3COONH4中除含离子键外,还含有共价键。
(2)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。
(3)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体,也可能是金属晶体。
(4)离子晶体中不一定不含分子,如CuSO4·5H2O晶体。
14.A 每个碳原子被3个六边形共用,每个共价键被2个六边形共用,则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为(6×13)∶(6×12)=2∶3。
15.B 石墨属于混合型晶体,A项错误;SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确;大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键的百分数为62%,D项错误。
16.D 题干中所列举的6种钾石墨不是有机高分子化合物,A项错误;钾石墨中碳原子的杂化方式是sp2杂化,B项错误;图中外围的六个钾原子连起来,如图,得到的六边形中含24个碳,而顶点每个K只有13属于这个六边形,中心的K完全属于该六边形,即含K的数目为6×13+1=3,它所表示的是C8K,C项错误;最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的23倍,故D正确。
17.D 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,石墨是混合型晶体,D项错误。
18.答案 (1)4 (2)0.5NA abc (3)20 (4)4
解析 (1)由题图甲可知,六方晶胞中处于顶点的8个碳原子分为两种,其中4个被6个晶胞所共有,4个被12个晶胞所共有;处于棱上的4个碳原子也分为两种,其中2个被3个晶胞所共有,2个被6个晶胞所共有;处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有;晶胞内还有1个碳原子,所以每个六方晶胞中含有的碳原子数为4×16+4×112+2×13+2×16+2×12+1=4。
(2)由题图乙可知,石墨烯中6个碳原子组成1个环,每个碳原子被3个环共有,相当于2个碳原子组成1个环,1 mol碳原子组成的环的个数为0.5NA。根据碳原子成键特点可知,每个碳原子与周围三个碳原子形成3个单键,a正确;石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面,b正确;从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力,c正确。
(3)设C60中六边形、五边形的个数分别为x、y。
则有:2x+53y=60
60+(x+y)-(3x+52y)=2
解得x=20,y=12。
(4)由金刚石晶胞结构可知原子的配位数为4。
知识拓展 石墨中共价键的键长比金刚石中共价键的键长短的原因:
在金刚石中,碳原子采取sp3杂化,每个sp3杂化轨道含14 s轨道和34 p轨道,在石墨中,碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13 s轨道和23 p轨道。金刚石中碳原子杂化轨道含s轨道成分相对较少,p轨道成分相对较多,故形成的σ键键长较长。
能力提升练
1.B
2.AC
3.C
4.B
5.D
8.C
1.B Ba是活泼金属元素,O是活泼非金属元素,二者形成的化合物是离子化合物,A正确;根据Ba和O在晶胞中的位置,晶胞中共含有Ba的个数为8×18+6×12=4,O的个数为12×2×14+2=8,所以Ba与O的个数比为1∶2,该氧化物为BaO2,B错误;NaCl晶胞与该结构相似,C正确;与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有8×3×12=12个,D正确。
2.AC 根据题图知,与某一个微粒x距离最近且等距离的另一个微粒y所围成的空间结构为正八面体,所以x的配位数是6,只要晶体中配位数是6的就符合该图,如果配位数不是6就不符合该图,据此分析解答。氯化钠晶体中的离子配位数是6,所以符合该图,故A正确;氯化铯晶体中的离子配位数是8,所以不符合该图,故B错误;CaTiO3晶体中存在配位数是6的离子,所以符合该图,故C正确;NiAs晶体中的原子配位数是4,所以不符合该图,故D错误。
3.C PCl5在固态时,由空间构型分别为正四面体和正八面体的两种离子构成,由杂化轨道理论可知,正四面体构型的粒子只有AB4型,正八面体构型的粒子只有AB6型。结合该固体化学式知,PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,据此分析解答。由以上分析知PCl5的构成微粒是阴、阳离子,为离子晶体,A项错误;[PCl3]2+和[PCl2]2-不是正四面体或正八面体构型,B项错误;PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,C项正确;根据以上分析,该物质是离子晶体,离子晶体在水溶液中或熔融状态下能导电,在固态时没有自由移动离子而不能导电,D项错误。
4.B 从NaCl的晶胞结构可以分析出,距Na+最近的Cl-形成正八面体,故A正确;该气态团簇分子是分子晶体,故分子式为E4F4或F4E4,B错误;CO2晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻,C正确;从晶胞结构上可以观察到,碘分子的排列有两种不同的方向,D正确。
5.D 在NaCl晶体中,距Na+最近且相等的Cl-有6个,距Cl-最近且相等的Na+有6个,A选项正确;在CaF2晶胞中,Ca2+位于立方体的8个顶角和6个面心,所以Ca2+的数目是8×18+6×12=4,在CaF2晶体中,每个晶胞平均占有4个Ca2+,B选项正确;金刚石晶体中,每个C原子形成4个共价键,两个C原子共用一个共价键,所以在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数比为1∶2,C选项正确;CaF2是离子化合物,在水溶液或者熔融状态下能够完全电离出Ca2+和F-,能够导电,D选项不正确。
知识拓展 CaF2的晶胞结构
每个Ca2+周围最邻近的F-有8个,即Ca2+的配位数为8;每个F-周围最邻近的Ca2+有4个,即F-的配位数为4。
在CaF2晶体中,Ca2+和F-个数比是1∶2,刚好与Ca2+和F-的电荷数之比相反。Ca2+在晶胞的顶角和面心,8个F-在晶胞内构成一个小立方体。
6.答案
离子
晶体
晶体构
成粒子
晶胞所含粒子数
配位数
阴、阳离子
个数之比
阴离子
阳离子
阴离子
阳离子
氯化钠
Na+、Cl-
4
4
6
6
1∶1
氯化铯
Cs+、Cl-
1
1
8
8
1∶1
氟化钙
Ca2+、F-
8
4
4
8
2∶1
解析 根据均摊法进行计算,在NaCl晶胞中Na+个数为8×18+6×12=4,Cl-个数为12×14+1=4;配位数是晶体中与某一离子相距最近的异电性离子个数。每个钠离子周围有六个氯离子,每个氯离子周围也有六个钠离子,配位数均为6,阴、阳离子个数之比为4∶4=1∶1。在CsCl晶胞中Cs+个数为8×18=1,Cl-个数为1;每个Cs+周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个Cs+,配位数均为8,阴、阳离子个数之比为1∶1。在CaF2晶胞中,Ca2+个数为8×18+6×12=4,F-个数为8;每个Ca2+周围有8个F-,配位数为8,每个F-周围有4个Ca2+,配位数为4,阴、阳离子个数之比为8∶4=2∶1。
7.答案 (1)16 1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6
(2)CuCl为分子晶体,CuF为离子晶体,离子晶体的熔、沸点比分子晶体高
(3)sp3 低 乙醇分子间存在氢键,而乙硫醇分子间不存在氢键
(4)CuFeS2 736a2bNA×1021
解析 (1)基态硫原子核外电子有16种运动状态;Fe是26号元素,原子核外有26个电子,铁原子失去最外层的两个电子变成Fe2+,Fe2+的电子排布式是1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。
(2)由题意知CuCl熔点为426 ℃,熔化时几乎不导电,可以确定CuCl为分子晶体,熔、沸点比较低;CuF的熔点为908 ℃,沸点为1 100 ℃,可确定CuF为离子晶体,熔、沸点比较高。
(3)乙硫醇(C2H5SH)里的S形成两个σ键,还有两对孤电子对,所以是sp3杂化。乙醇中有电负性较大的氧原子,分子间可以形成氢键,沸点比乙硫醇的高。
(4)对晶胞结构分析可知,晶胞中的Cu原子数目=8´18+4´12+1=4,Fe原子数目=6´12+4´14=4,S原子数目为8,原子个数比为Cu∶Fe∶S=1∶1∶2,所以X的化学式为CuFeS2。由上述计算可知晶胞内共含4个“CuFeS2”,晶胞的质量=4´64+56+32×2NA g=736NA g,晶胞的体积=a nm´a nm´b nm=a2b´10-21 cm3,所以晶胞的密度=736NAga2b×10-21cm3=736a2bNA×1021 g/cm3。
8.C 石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,层内碳原子间存在共价键,每个C原子形成3个σ键,且每个C原子为3个六元环共有,据此分析解题。石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离出石墨烯需要破坏分子间作用力,故A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13 s轨道与23 p轨道,故B错误。石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,故C正确。每个C原子为3个六元环共有,则石墨烯中平均每个六元环含有碳原子数为6×13=2,故D错误。
9.答案 (1)B
(2)分子 30
(3)1.204×1024 6
(4)2
解析 (1)同种元素形成的不同单质互为同素异形体,C60、金刚石和石墨三者互为同素异形体,故选B。
(2)固态时,C60中构成微粒是分子,所以属于分子晶体;分子中每一个碳原子上有一个双键、两个单键,一个碳碳双键被两个碳原子共用,1个C60分子中含有双键的数目是1×602=30。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,一个硅原子形成4个硅硅单键,每2个硅原子形成一个硅硅单键,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是1mol×42NA=1.204×1024。金刚石最小的环为六元环,二氧化硅结构跟金刚石结构相似,Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子,硅晶体结构中每个硅硅键之间插入一个O原子,则Si、O原子形成的最小环上O原子的数目是6。
(4)石墨层状结构中,每个碳原子被三个正六边形共用,平均每个正六边形占有的碳原子数是6×13=2。
反思升华 解题关键:利用均摊法进行有关计算。
难点:(3)中根据金刚石中最小的环为六元环判断二氧化硅的空间网状结构,Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子,每2个Si原子之间有1个O原子,据此判断O原子的数目。
10.答案 (1)
(2)< 三角锥形 三角双锥形
(3)①sp3 C ②黑磷>白磷 黑磷与石墨相似,属于混合型晶体,白磷是分子晶体
(4)(0.500,-0.090,0.402) 8
解析 (1)基态P原子核外有15个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p3,其价电子排布图为 。
(2)原子半径P>F,则电负性P
②黑磷与石墨相似,属于混合型晶体,白磷是分子晶体,所以熔点:黑磷>白磷。
(4)结合图B可知,图A中编号为②的P原子位于同一坐标轴a,关于坐标轴b对称,且位于坐标轴c的值为1-0.598=0.402,该P原子在晶胞内的坐标为(0.500,-0.090,0.402)。该晶胞中第一层含有P原子1+1=2个;第二层含有P原子1+1+1+1=4个;第三层含有P原子1+1=2个,共8个P原子。
第2课时 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体
基础过关练
题组一 离子晶体的概念和结构
1.下列晶体分类中正确的一组是( )
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
SiO2
I2
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
2.(2019江苏南京外国语学校检测)下列有关离子晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体中一定含有金属元素,含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B.离子键只存在于离子晶体中,离子晶体中一定含有离子键
C.离子晶体中不可能含有共价键
D.离子晶体受热熔化破坏化学键,吸收热量,属于化学变化
3.如图所示,在氯化钠晶体中,与每个Na+等距离且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为( )
A.十二面体 B.正八面体
C.正六面体 D.正四面体
4.(2019山西应县一中高二期中)下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是( )
A.分子晶体中一定含有共价键
B.共价晶体中共价键越强,熔点越高
C.离子晶体中含有离子键,不含有共价键
D.金属阳离子只能存在于离子晶体中
5.下列各图是从某些离子晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断下列各图属于NaCl晶体结构的是(深度解析)
A.图(1)和图(3) B.图(2)和图(3)
C.只有图(1) D.图(1)和图(4)
6.(2019江苏高邮高一下期中)下列各组物质的晶体中,化学键类型和晶体类型均相同的是( )
A.CO2和NH3 B.HCl和SiO2
C.KCl和K D.H2O和NH4Cl
7.NaCl晶体模型如下图所示:
(1)在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引 个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着 个Na+;在NaCl晶胞中含有 个Na+、 个Cl-,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相等的Na+共有 个。
(2)对于氯化钠晶体,下列描述正确的是 。
A.它是面心立方堆积
B.相邻的阴、阳离子核间距等于阴、阳离子半径之和
C.与氯化铯晶体结构相同
D.每个Na+与6个Cl-作为近邻
题组二 离子晶体的性质
8.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物,根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是( )
AB
CD
EF
离子所带电荷数
1
1
2
两原子核间距(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
9.离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用,静电作用大则熔点高,静电作用小则熔点低。试根据学过的知识,判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
10.(2020辽宁凌源二中高二网测)萤石(主要成分为CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2是离子晶体的是( )
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
11.为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物,可以进行下列实验,其中叙述正确的是( )
A.观察常温下物质的状态,SbCl5是微黄色液体,SnCl4为无色液体。结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4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SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中,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SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性,发现它们都可以导电。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
12.(2020辽宁丹东第四中学高二月考)根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据,判断下列有关说法中错误的是( )
晶体
NaCl
KCl
AlCl3
SiCl4
熔点/℃
801
776
190
-68
沸点/℃
1 465
1 418
180
57
A.SiCl4是分子晶体
B.金属元素与非金属元素可形成共价化合物
C.AlCl3加热能升华
D.NaCl中化学键的强度比KCl中的小
13.下列说法中正确的是(深度解析)
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
题组三 过渡晶体与混合型晶体
14.(2020江苏徐州一中高二月考)石墨晶体是层状结构,在每一层内,每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为( )
A.2∶3 B.2∶1 C.1∶3 D.3∶2
15.(原创)下列关于过渡晶体的说法正确的是( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
16.(2020河南郑州外国语学校高二月考)将石墨置于熔融的钾或气态的钾中,石墨吸收钾而形成名称为钾石墨的物质,其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。下列分析正确的是( )
A.题干中所列举的6种钾石墨属于有机高分子化合物
B.钾石墨中碳原子的杂化方式是sp3杂化
C.若某钾石墨的原子分布如图所示,则它所表示的是C12K
D.最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的23倍
17.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
18.(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB……方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为 。
(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图乙所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,1 mol石墨烯中含有的六元环个数为 。下列有关石墨烯的说法正确的是 (填字母)。
a.晶体中碳原子间全部是单键
b.石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面
c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力
(3)石墨烯可转化为C60,C60的结构如图丙所示,该分子是由五边形和六边形构成的球体,其中五边形有12个,则六边形有 个(注:简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间的关系为V+F-E=2)。
(4)金刚石晶胞如图丁所示,则金刚石晶胞中原子的配位数为 。深度解析
能力提升练
题组一 离子晶体的结构与性质
1.(2020山东滕州一中高二月考,)钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,结构如图所示,下列有关说法不正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体晶胞结构与NaCl相似
D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个
2.(双选)(2020江苏徐州一中高二期末,)在某晶体中,与某一个微粒x距离最近且等距离的另一个微粒y所围成的空间结构为如图所示的正八面体。该晶体可能是( )
A.NaCl晶体(x:Na+,y:Cl-)
B.CsCl晶体(x:Cs+,y:Cl-)
C.CaTiO3晶体(x:Ti4+,y:O2-)
D.NiAs晶体(x:Ni,y:As)
3.(2020湖北襄阳一中高二月考,)经X射线衍射实验研究证明PCl5在固态时,由空间构型分别是正四面体和正八面体的两种离子构成,下列关于PCl5的推断正确的是( )
A.PCl5晶体是分子晶体
B.PCl5晶体由[PCl3]2+和[PCl2]2-构成,且离子数目之比为1∶1
C.PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,且离子数目之比为1∶1
D.PCl5晶体具有良好的导电性
4.(2020天津静海高二期中,)有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是( )
图甲 图乙
图丙 图丁
A.在NaCl晶体(图甲)中,距Na+最近的Cl-形成正八面体
B.该气态团簇分子(图乙)的分子式为EF或FE
C.在CO2晶体(图丙)中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻
D.在碘晶体(图丁)中,碘分子的排列有两种不同的方向
5.(2020山东济南外国语学校高二月考,)有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是(深度解析)
A.在NaCl晶体中,距Na+最近且相等的Cl-有6个
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,碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D.CaF2晶体在熔融状态不导电
6.(2020辽宁凌源二中高二网测,)如图所示分别为氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞模型,请认真观察后完成表格。
离子
晶体
晶体构
成粒子
晶胞所含粒子数
配位数
阴、阳离子
个数之比
阴离子
阳离子
阴离子
阳离子
氯化钠
氯化铯
氟化钙
7.(2020河南六市高三调研节选,)黄铜矿是工业炼铜的原料,含有的主要元素是硫、铁、铜,请回答下列问题。
(l)基态硫原子核外电子有 种运动状态。Fe2+的电子排布式是 。
(2)CuCl熔点为426 ℃,熔化时几乎不导电;CuF的熔点为908 ℃,沸点为1 100 ℃。二者都是铜(Ⅰ)的卤化物,熔、沸点相差这么大的原因是
。
(3)乙硫醇(C2H5SH)是一种重要的合成中间体,分子中硫原子的杂化形式是 。乙硫醇的沸点比乙醇的沸点 (填“高”或“低”),原因是 。
(4)黄铜矿主要成分X的晶胞结构及晶胞参数如图所示,X的化学式是 ,其密度为 g/cm3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
题组二 混合型晶体的结构与性质
8.()石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是( )
A.从石墨中剥离出石墨烯需要破坏化学键
B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含23 s轨道与13 p轨道
C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电
D.石墨烯中平均每个六元环含有3个碳原子
9.(2020辽宁凌源二中高二网测,)C60、金刚石和石墨的结构模型分别如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)。
(1)C60、金刚石和石墨三者的关系是互为 。
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 晶体(填“离子”“共价”或“分子”),1个C60分子中含有双键的数目是 个。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入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 。深度解析
(4)石墨的层状结构中,平均每个正六边形占有的碳原子数是 。
10.(2020江西高三教学质量监测,)黑磷是磷的一种稳定的同素异形体,黑磷具有正交晶型(图A),晶胞参数a=3.310A,b=4.380A,c=10.500A。磷烯是二维的单层黑磷(图B),磷烯与石墨烯结构相似,P的配位数为3。与石墨烯相比,磷烯具有半导体性质,更适合制作电子器件。已知黑磷结构中只有一种等效的三配位P,所有P原子的成键环境一样,图A中编号为①的P原子的晶胞内坐标为(0.500,0.090,0.598)。请回答下列问题:
(1)画出基态P原子的价电子排布图: 。
(2)P和F的电负性大小顺序是χ(P) χ(F)(填“<”“=”或“>”)。P和F形成的分子PF3和PF5,它们的空间结构分别为 、 。
(3)①黑磷中P原子杂化方式是 。黑磷中不存在 (选填字母序号)。
A.共价键 B.σ键
C.π键 D.范德华力
②白磷与黑磷熔点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(4)图A中编号为②的P原子的晶胞内坐标为 ,黑磷的晶胞中含有 个P原子。
答案全解全析
基础过关练
1.C
2.B
3.B
4.B
5.D
6.A
8.D
9.C
10.C
11.B
12.D
13.D
14.A
15.B
16.D
17.D
1.C NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是离子晶体;纯H2SO4中无H+,是分子晶体。Ar是稀有气体,分子间以范德华力相互结合,为分子晶体;石墨是混合型晶体;SiO2与金刚石是典型的共价晶体。硫是以范德华力结合的分子晶体;玻璃没有固定的熔点,为非晶体。
2.B 离子晶体中不一定含有金属元素,含有金属元素的化合物不一定是离子晶体,选项A错误;含有离子键的化合物一定是离子晶体,离子晶体中可能含有共价键,选项B正确、C错误;离子晶体受热熔化时,虽然离子键被破坏,但没有生成新的物质,不属于化学变化,如氯化钠晶体熔化,选项D错误。
3.B 首先要清楚离Na+最近的Cl-在什么位置,处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离该Na+最近,将六个面心的Cl-连线得到正八面体。
4.B 分子晶体中可能不存在共价键,如稀有气体,故A错误;共价晶体的熔点与共价键有关,共价键越强,则熔点越高,故B正确;离子晶体中也可能含有共价键,如氢氧化钠属于离子晶体,既含有离子键,又含有共价键,故C错误;金属单质是由金属阳离子和自由电子构成的,所以金属阳离子可存在于金属晶体中,故D错误。
5.D 由于在氯化钠晶体中,每个钠离子周围同时吸引着最近的等距离的6个氯离子,同样每个氯离子周围同时吸引着最近的等距离的6个钠离子,图(1)符合条件,图(4)中选取其中一个离子,然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子,所以其配位数也是6,符合条件,故选D。
知识拓展 离子晶体的配位数
离子晶体中,通常可看成阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中离子的配位数。
6.A CO2和NH3都是分子晶体,CO2和NH3都只含共价键,A正确;HCl是分子晶体,SiO2为共价晶体,B错误;KCl为离子晶体,含有离子键,K为金属晶体,含有金属键,C错误;H2O是分子晶体,H2O中只含共价键,NH4Cl是离子晶体,NH4Cl中含有离子键和共价键,D错误。
7.答案 (1)6 6 4 4 12 (2)AD
解析 (1)在NaCl晶体中,一个Na+位于晶胞的中心,12个Na+分别位于晶胞的12条棱上,则属于该晶胞的Na+为3个(14×12=3),因此一个晶胞中共含有4个Na+,8个Cl-分别位于晶胞的8个顶点上,6个Cl-分别位于晶胞的6个面心上,则属于该晶胞的Cl-有18×8+12×6=4个。可见NaCl晶体中Na+、Cl-的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的Na+实际上共有3个平面通过它,通过中心Na+的每个平面都有4个Na+位于平面的四角,这4个Na+与中心Na+距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中,每个Na+周围与它距离最近且距离相等的Na+共有12个,按相似的方法可推出每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-也共有12个。
(2)氯化钠晶体是面心立方堆积,A正确;氯化铯晶体呈体心立方堆积,C错误;氯化钠晶体中以Na+为中心向三维方向伸展,有6个Cl-与Na+紧邻,D正确;相邻的阴、阳离子核间距不等于阴、阳离子半径之和,B错误。
8.D 离子所带电荷数越多,半径越小,则离子键越强,晶体的熔点越高,化合物EF中两原子核间距最小,离子所带电荷数最多,熔点最高,D项正确。
9.C 离子晶体中,离子键越强,熔、沸点越高,而离子所带电荷数越多,半径越小,离子键越强。Ca2+、O2-、Ba2+都带2个电荷,Na+、Cl-、K+都带1个电荷,r(Ca2+)
10.C 难溶于水,其水溶液的导电性极弱,不能说明CaF2是离子晶体,故A不符合题意;熔点较高,硬度较大,也可能是共价晶体,不能说明CaF2是离子晶体,故B不符合题意;固体不导电但熔融状态下可以导电,熔融状态下一定有自由移动的离子,说明CaF2是离子晶体,故C符合题意;CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小,不能说明CaF2是离子晶体,故D不符合题意。
11.B 离子化合物一般熔点较高,熔化后可导电;某些分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电。
12.D 根据题给数据,SiCl4熔点低,属于分子晶体,A选项正确;根据题给数据,AlCl3熔、沸点低,为分子晶体,由Al元素和Cl元素形成,B选项正确;AlCl3沸点低于熔点,加热时先达到沸点,所以AlCl3加热能升华,C选项正确;NaCl和KCl都是离子晶体,化学键均为离子键,由于半径:r(Na+)
归纳总结 (1)离子晶体中除含离子键外也可能含其他化学键,如CH3COONH4中除含离子键外,还含有共价键。
(2)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。
(3)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体,也可能是金属晶体。
(4)离子晶体中不一定不含分子,如CuSO4·5H2O晶体。
14.A 每个碳原子被3个六边形共用,每个共价键被2个六边形共用,则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为(6×13)∶(6×12)=2∶3。
15.B 石墨属于混合型晶体,A项错误;SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确;大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键的百分数为62%,D项错误。
16.D 题干中所列举的6种钾石墨不是有机高分子化合物,A项错误;钾石墨中碳原子的杂化方式是sp2杂化,B项错误;图中外围的六个钾原子连起来,如图,得到的六边形中含24个碳,而顶点每个K只有13属于这个六边形,中心的K完全属于该六边形,即含K的数目为6×13+1=3,它所表示的是C8K,C项错误;最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的23倍,故D正确。
17.D 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,石墨是混合型晶体,D项错误。
18.答案 (1)4 (2)0.5NA abc (3)20 (4)4
解析 (1)由题图甲可知,六方晶胞中处于顶点的8个碳原子分为两种,其中4个被6个晶胞所共有,4个被12个晶胞所共有;处于棱上的4个碳原子也分为两种,其中2个被3个晶胞所共有,2个被6个晶胞所共有;处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有;晶胞内还有1个碳原子,所以每个六方晶胞中含有的碳原子数为4×16+4×112+2×13+2×16+2×12+1=4。
(2)由题图乙可知,石墨烯中6个碳原子组成1个环,每个碳原子被3个环共有,相当于2个碳原子组成1个环,1 mol碳原子组成的环的个数为0.5NA。根据碳原子成键特点可知,每个碳原子与周围三个碳原子形成3个单键,a正确;石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面,b正确;从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力,c正确。
(3)设C60中六边形、五边形的个数分别为x、y。
则有:2x+53y=60
60+(x+y)-(3x+52y)=2
解得x=20,y=12。
(4)由金刚石晶胞结构可知原子的配位数为4。
知识拓展 石墨中共价键的键长比金刚石中共价键的键长短的原因:
在金刚石中,碳原子采取sp3杂化,每个sp3杂化轨道含14 s轨道和34 p轨道,在石墨中,碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13 s轨道和23 p轨道。金刚石中碳原子杂化轨道含s轨道成分相对较少,p轨道成分相对较多,故形成的σ键键长较长。
能力提升练
1.B
2.AC
3.C
4.B
5.D
8.C
1.B Ba是活泼金属元素,O是活泼非金属元素,二者形成的化合物是离子化合物,A正确;根据Ba和O在晶胞中的位置,晶胞中共含有Ba的个数为8×18+6×12=4,O的个数为12×2×14+2=8,所以Ba与O的个数比为1∶2,该氧化物为BaO2,B错误;NaCl晶胞与该结构相似,C正确;与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有8×3×12=12个,D正确。
2.AC 根据题图知,与某一个微粒x距离最近且等距离的另一个微粒y所围成的空间结构为正八面体,所以x的配位数是6,只要晶体中配位数是6的就符合该图,如果配位数不是6就不符合该图,据此分析解答。氯化钠晶体中的离子配位数是6,所以符合该图,故A正确;氯化铯晶体中的离子配位数是8,所以不符合该图,故B错误;CaTiO3晶体中存在配位数是6的离子,所以符合该图,故C正确;NiAs晶体中的原子配位数是4,所以不符合该图,故D错误。
3.C PCl5在固态时,由空间构型分别为正四面体和正八面体的两种离子构成,由杂化轨道理论可知,正四面体构型的粒子只有AB4型,正八面体构型的粒子只有AB6型。结合该固体化学式知,PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,据此分析解答。由以上分析知PCl5的构成微粒是阴、阳离子,为离子晶体,A项错误;[PCl3]2+和[PCl2]2-不是正四面体或正八面体构型,B项错误;PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,C项正确;根据以上分析,该物质是离子晶体,离子晶体在水溶液中或熔融状态下能导电,在固态时没有自由移动离子而不能导电,D项错误。
4.B 从NaCl的晶胞结构可以分析出,距Na+最近的Cl-形成正八面体,故A正确;该气态团簇分子是分子晶体,故分子式为E4F4或F4E4,B错误;CO2晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻,C正确;从晶胞结构上可以观察到,碘分子的排列有两种不同的方向,D正确。
5.D 在NaCl晶体中,距Na+最近且相等的Cl-有6个,距Cl-最近且相等的Na+有6个,A选项正确;在CaF2晶胞中,Ca2+位于立方体的8个顶角和6个面心,所以Ca2+的数目是8×18+6×12=4,在CaF2晶体中,每个晶胞平均占有4个Ca2+,B选项正确;金刚石晶体中,每个C原子形成4个共价键,两个C原子共用一个共价键,所以在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数比为1∶2,C选项正确;CaF2是离子化合物,在水溶液或者熔融状态下能够完全电离出Ca2+和F-,能够导电,D选项不正确。
知识拓展 CaF2的晶胞结构
每个Ca2+周围最邻近的F-有8个,即Ca2+的配位数为8;每个F-周围最邻近的Ca2+有4个,即F-的配位数为4。
在CaF2晶体中,Ca2+和F-个数比是1∶2,刚好与Ca2+和F-的电荷数之比相反。Ca2+在晶胞的顶角和面心,8个F-在晶胞内构成一个小立方体。
6.答案
离子
晶体
晶体构
成粒子
晶胞所含粒子数
配位数
阴、阳离子
个数之比
阴离子
阳离子
阴离子
阳离子
氯化钠
Na+、Cl-
4
4
6
6
1∶1
氯化铯
Cs+、Cl-
1
1
8
8
1∶1
氟化钙
Ca2+、F-
8
4
4
8
2∶1
解析 根据均摊法进行计算,在NaCl晶胞中Na+个数为8×18+6×12=4,Cl-个数为12×14+1=4;配位数是晶体中与某一离子相距最近的异电性离子个数。每个钠离子周围有六个氯离子,每个氯离子周围也有六个钠离子,配位数均为6,阴、阳离子个数之比为4∶4=1∶1。在CsCl晶胞中Cs+个数为8×18=1,Cl-个数为1;每个Cs+周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个Cs+,配位数均为8,阴、阳离子个数之比为1∶1。在CaF2晶胞中,Ca2+个数为8×18+6×12=4,F-个数为8;每个Ca2+周围有8个F-,配位数为8,每个F-周围有4个Ca2+,配位数为4,阴、阳离子个数之比为8∶4=2∶1。
7.答案 (1)16 1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6
(2)CuCl为分子晶体,CuF为离子晶体,离子晶体的熔、沸点比分子晶体高
(3)sp3 低 乙醇分子间存在氢键,而乙硫醇分子间不存在氢键
(4)CuFeS2 736a2bNA×1021
解析 (1)基态硫原子核外电子有16种运动状态;Fe是26号元素,原子核外有26个电子,铁原子失去最外层的两个电子变成Fe2+,Fe2+的电子排布式是1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。
(2)由题意知CuCl熔点为426 ℃,熔化时几乎不导电,可以确定CuCl为分子晶体,熔、沸点比较低;CuF的熔点为908 ℃,沸点为1 100 ℃,可确定CuF为离子晶体,熔、沸点比较高。
(3)乙硫醇(C2H5SH)里的S形成两个σ键,还有两对孤电子对,所以是sp3杂化。乙醇中有电负性较大的氧原子,分子间可以形成氢键,沸点比乙硫醇的高。
(4)对晶胞结构分析可知,晶胞中的Cu原子数目=8´18+4´12+1=4,Fe原子数目=6´12+4´14=4,S原子数目为8,原子个数比为Cu∶Fe∶S=1∶1∶2,所以X的化学式为CuFeS2。由上述计算可知晶胞内共含4个“CuFeS2”,晶胞的质量=4´64+56+32×2NA g=736NA g,晶胞的体积=a nm´a nm´b nm=a2b´10-21 cm3,所以晶胞的密度=736NAga2b×10-21cm3=736a2bNA×1021 g/cm3。
8.C 石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,层内碳原子间存在共价键,每个C原子形成3个σ键,且每个C原子为3个六元环共有,据此分析解题。石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离出石墨烯需要破坏分子间作用力,故A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13 s轨道与23 p轨道,故B错误。石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,故C正确。每个C原子为3个六元环共有,则石墨烯中平均每个六元环含有碳原子数为6×13=2,故D错误。
9.答案 (1)B
(2)分子 30
(3)1.204×1024 6
(4)2
解析 (1)同种元素形成的不同单质互为同素异形体,C60、金刚石和石墨三者互为同素异形体,故选B。
(2)固态时,C60中构成微粒是分子,所以属于分子晶体;分子中每一个碳原子上有一个双键、两个单键,一个碳碳双键被两个碳原子共用,1个C60分子中含有双键的数目是1×602=30。
(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,一个硅原子形成4个硅硅单键,每2个硅原子形成一个硅硅单键,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是1mol×42NA=1.204×1024。金刚石最小的环为六元环,二氧化硅结构跟金刚石结构相似,Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子,硅晶体结构中每个硅硅键之间插入一个O原子,则Si、O原子形成的最小环上O原子的数目是6。
(4)石墨层状结构中,每个碳原子被三个正六边形共用,平均每个正六边形占有的碳原子数是6×13=2。
反思升华 解题关键:利用均摊法进行有关计算。
难点:(3)中根据金刚石中最小的环为六元环判断二氧化硅的空间网状结构,Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子,每2个Si原子之间有1个O原子,据此判断O原子的数目。
10.答案 (1)
(2)< 三角锥形 三角双锥形
(3)①sp3 C ②黑磷>白磷 黑磷与石墨相似,属于混合型晶体,白磷是分子晶体
(4)(0.500,-0.090,0.402) 8
解析 (1)基态P原子核外有15个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p3,其价电子排布图为 。
(2)原子半径P>F,则电负性P
②黑磷与石墨相似,属于混合型晶体,白磷是分子晶体,所以熔点:黑磷>白磷。
(4)结合图B可知,图A中编号为②的P原子位于同一坐标轴a,关于坐标轴b对称,且位于坐标轴c的值为1-0.598=0.402,该P原子在晶胞内的坐标为(0.500,-0.090,0.402)。该晶胞中第一层含有P原子1+1=2个;第二层含有P原子1+1+1+1=4个;第三层含有P原子1+1=2个,共8个P原子。
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