专题07 晶体结构与性质（二）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习

这是一份专题07 晶体结构与性质（二）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习，共22页。

一、晶体的类型
1．化学键类型及其比较
2．晶体类型及比较
3．晶体类型与化学键的关系
（1）离子晶体与化学键的关系：离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键。注意，可以再细化：离子晶体中一定含有离子键，可能含有极性共价键、非极性共价键、配位键；含有离子键的化合物一定是离子化合物；离子晶体一定是由阴、阳离子构成的，但晶体中可以含有分子。如，结晶水合物；离子晶体中一定含有阳离子，但含有阳离子的晶体不一定是离子晶体；非金属元素也可以形成离子化合物。如NH4Cl、NH4NO3等都是离子化合物。
(2)分子晶体与化学键(力)的关系：分子晶体中一定含有分子间作用力；稀有气体形成的晶体是分子晶体，而稀有气体是单原子分子，其晶体中只含有分子间作用力；除稀有气体外的其他分子晶体均含有分子间作用力和分子内共价键；分子晶体中的分子间作用力决定物质的物理性质(如熔沸点、硬度、溶解性等)，而共价键决定分子的化学性质。
(3)原子晶体与化学键的关系：原子晶体中一定有共价键，且只有共价键，无分子间作用力；原子晶体一定是由原子构成的，可以是同种元素的原子，也可以是不同种元素的原子；共价化合物形成的晶体可能是原子晶体，也可能是分子晶体；含有共价键的化合物不一定是共价化合物；原子晶体可以由极性键构成，也可以由非极性键构成。
(4)金属晶体与化学键的关系：金属晶体中一定有金属键，但有时也有不同程度的其他键。如，合金中可含有共价键；金属键不一定就比分子间作用力强。如，汞常温下为液态，就说明汞中的金属键很弱；具有金属光泽且能导电的单质不一定就是金属，如石墨能导电，有金属光泽，却属于非金属。
4.晶体类型的判断
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断：离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。
(2)依据物质的分类判断：金属氧化物(如K2O、Na2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等；金属单质、合金是金属晶体。
(3)根据各类晶体的特征性质判断：一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。
二、晶体的结构
三、物质熔、沸点的比较
1．不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体(除少数外)>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。
2．同种类型晶体：构成晶体质点间的作用力大，则熔、沸点高，反之则低。
(1)离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔、沸点就越高。例如：NaCl>CsCl；MgO>MgCl2。
(2)分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，则熔、沸点越高，如I2>Br2>Cl2>F2；组成和结构不相似的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CO>N2；同分异构体之间一般支链越多，熔、沸点越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高，如沸点：HF>HI>HBr>HCl。
(3)原子晶体：一般半径越小，键长越短，键能越大，则熔、沸点越高。例如：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅。
(4)金属晶体：金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则金属键越强，熔、沸点越高。例如：Al>Mg>Na。
四、晶胞中微粒的计算
1.计算原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是eq \f(1,n)。
2.计算方法：长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算如下，在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
3.计算公式：
（1）若1个晶胞中含有x个微粒，则1 ml晶胞中含有x ml微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量)，1个晶胞的质量为ρa3 g[a3为晶胞的体积(立方晶胞)]，则1 ml晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
（2）空间利用率：空间利用率＝eq \f(晶胞含有的微粒体积,晶胞体积)×100%。
4.计算关系：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)：面对角线长＝eq \r(2)a；体对角线长＝eq \r(3)a；体心立方堆积4r＝eq \r(3)a(r为原子半径)；面心立方堆积4r＝eq \r(2)a(r为原子半径)。
【典例演练】
[例题1](1)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接_____个六元环，六元环中最多有_____个C原子在同一平面。

(2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。
(3)M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为________，已知晶胞参数a＝0.542 nm，此晶体的密度为__________________g·cm－3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA)
（4）O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为____________；晶胞中O原子的配位数为________________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)____________________________。
【答案】(1)①3 2 ②12 4 (2)16（3）CuCl eq \f(4×99.5,NA×0.5423×10－21)或eq \f(4×MCuCl,NA×a3×10－21)（4）Na2O 8 eq \f(4×62 g·ml－1,（0.566×10－7 cm）3×6.02×1023 ml－1)＝2.27 g·cm－3
【解析】(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为eq \f(1,3)×6＝2。由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。 (2)Cu2O立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则一个Cu2O晶胞含有氧原子个数为4＋eq \f(1,2)×6＋eq \f(1,8)×8＝8，那么该晶胞中含有铜原子个数为16。（3）（3）根据晶胞结构利用切割法分析，每个晶胞中含有铜原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl；则1 ml晶胞中含有4 ml CuCl,1 ml晶胞的质量为4×99.5 g，又晶胞参数a＝0.542 nm，此晶体的密度为eq \f(4×99.5,NA×0.5423×10－21) g·cm－3或eq \f(4×MCuCl,NA×a3×10－21) g·cm－3。（4）O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×1/8＋6×1/2＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566 nm＝0.566×10－7 cm，则晶胞的体积为(0.566×10－7 cm)3，从而可知晶体F的密度为
eq \f(4×62 g·ml－1,（0.566×10－7 cm）3×6.02×1023 ml－1)＝2.27 g·cm－3。
[例题2](1)如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是ρ g·cm－3，试计算Na＋与S2－的最短距离____________cm(阿伏加德罗常数用NA表示，只写出计算式)。

(2)F跟Ca可形成离子化合物，其晶胞结构如图。该离子化合物晶体的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积是____________。(用含ρ的代数式表示)。
(3)立方氮化硼和金刚石是等电子体，其晶胞结构如图所示，则处于晶胞顶点上的原子的配位数为__________，若晶胞边长为361.5 pm，则立方氮化硼的密度是________________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)金刚石晶胞含有________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)。
(5)超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛，氮化铝晶体与金刚石类似，每个Al原子与____个N原子相连，与同一个N原子相连的Al原子构成的空间构型为______，氮化铝晶体属于________晶体。
【答案】(1)eq \f(\r(3),4) eq \r(3,\f(4×78,ρNA))(2)eq \f(5.2×10－22,ρ) cm3(3)4 eq \f(25×4,361.5×10－103×NA) (4)4.70×10－23（4）8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)（5）4 正四面体形 原子
【解析】（1）晶胞中，eq \a\vs4\al\c1(●)个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，eq \a\vs4\al\c1(○)个数为8，其个数之比为1∶2，所以eq \a\vs4\al\c1(●)代表S2－，eq \a\vs4\al\c1(○)代表Na＋。设晶胞边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×78，得a＝ eq \r(3,\f(4×78,ρNA))，则面对角线为 eq \r(2)× eq \r(3,\f(4×78,ρNA)) cm，其 eq \f(1,4) 为 eq \f(\r(2),4)× eq \r(3,\f(4×78,ρNA)) cm，边长的eq \f(1,4)为eq \f(1,4)× eq \r(3,\f(4×78,ρNA)) cm，所以其最短距离为 eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2),4)× \r(3,\f(4×78,ρNA))))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)× \r(3,\f(4×78,ρNA))))2) cm＝eq \f(\r(3),4) eq \r(3,\f(4×78,ρNA)) cm。(2)根据晶胞结构可以知道一个CaF2晶胞中有4个Ca2＋和8个F－，氟化钙的摩尔质量为78 g·ml－1，一个晶胞的质量为 eq \f(4×78,NA) g，则晶胞的体积为 eq \f(4×78,ρNA) cm3，带入NA的值可求得为 eq \f(5.2×10－22,ρ) cm3。(3)一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子。一个晶胞的质量为eq \f(25,NA)×4 g，一个立方氮化硼晶胞的体积是361.5 pm3，因此立方氮化硼的密度是 eq \f(25×4,361.5×10－103×NA) g·cm－3。（4）由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，所以金刚石晶胞中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，金刚石的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的eq \f(1,4)就是C—C键的键长，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w＝eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(8×\f(4,3)π×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(3),8)a))3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)。(5)由金刚石结构每个C原子均以sp3杂化与其他四个C原子相连形成四个共价键构成正四面体结构可推测AlN的相关性质。
[例题3](1)下列有关说法正确的是 。
A.用金属的电子气理论能合理地解释金属易腐蚀的原因
B.手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成
C.草酸二甲酯分子中σ键和π键个数比为6∶1
D.MgCO3的热稳定性强于BaCO3
E.根据火山喷出的岩浆中冷却时ZnS比HgS先析出,能判断ZnS的晶格能大于HgS
(2)已知SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。依据上述实验事实回答:
①SnCl4中Sn的杂化类型为 ,SbCl5的晶体类型为 ,SbCl3的立体构型为 。
②实验测得在极性溶剂中SbCl2的溶解度比SbCl3的溶解度小得多,其主要原因是 。
(3)人们一直致力于人工固氮的研究,以获得廉价的氮肥。科学家先后提出并合成了固氮酶的多种模拟物。其中一类是含M(钼)、Fe、S原子的类立方体结构,如下图所示:图中所有实线均代表化学键,左右两边对称,各含一个类立方体的结构。每个类立方体含有4个Fe原子、4个S原子,它们位于立方体的8个顶点,且同种原子不相邻。(已知元素电负性分别为:S —2.5
Fe —1.8 M —1.8)
①M与Cr是同族元素,并且位于相邻周期,写出基态M原子的价电子的电子排布图为 。
②钼是一种人体必需的微量元素。工业上可用辉钼矿(MS2)焙烧除硫得三氧化钼,写出该过程的化学方程式: 。
③上述一个类立方体中4个Fe原子所在的顶点连接所构成的空间几何体为 。
④在类立方体结构中,一种最近的S原子和S原子间距离为a pm,该结构的密度为 g/cm3(已知NA,只需列式,无需化简)。
【答案】（1)BE(2)①sp3 分子晶体 三角锥形 ②SbCl2为非极性分子,SbCl3为极性分子,依据相似相溶原理SbCl3在极性溶剂中溶解度大(3)①
②2MS2+7O22MO3+4SO2 ③正四面体 ④44NA×(a2×10-10)3
【解析】(1)用金属的电子气理论只能解释金属的物理性质,不能解释金属易腐蚀,A错误;手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成,B正确;草酸二甲酯的结构简式为CH3OOC—COOCH3,所以分子中σ键和π键个数比为13∶2,C错误;MgCO3的热稳定性弱于BaCO3,D错误;根据火山喷出的岩浆中冷却时ZnS比HgS先析出,能判断ZnS的晶格能大于HgS,E正确。(2)①SnCl4中Sn的价层电子对数是4,杂化类型为sp3 ;SbCl5的熔点低,其晶体类型为分子晶体;SbCl3中Sb的价层电子对数是4,且含有一对孤电子对,所以立体构型为三角锥形。②SbCl2为非极性分子,SbCl3为极性分子,依据相似相溶原理SbCl3在极性溶剂中溶解度大。(3)①M与Cr是同族元素,并且位于相邻周期,则根据Cr的核外电子排布可判断基态M原子的价电子的电子排布图为。②工业上可用辉钼矿(MS2)焙烧除硫得三氧化钼,同时还有SO2生成,反应的化学方程式为2MS2+7O22MO3+4SO2。③由信息可知,小正方体中4个铁原子应在互不相邻的顶点上,且这四个顶点连接构成正四面体。④在类立方体结构中,一种最近的S原子和S原子间距离为a pm,即面对角线是a pm,则晶胞的边长是a2×10-10 cm。晶胞中铁和S均是1/2,所以该结构的密度为ρ=mV=44NA×(a2×10-10)3 g/cm3。
【过关练习】
1．下列关于分子晶体的说法不正确的是
A．分子晶体中含有分子
B．固态或熔融态时均能导电
C．分子间以分子间作用力相结合
D．熔、沸点一般比较低
2．下列有关共价化合物的说法：
①具有较低的熔、沸点；
②不是电解质；
③固态时是分子晶体
④都由分子构成；
⑤固态时不导电，其中一定正确的是
A．①③④B．②⑤C．①②③④⑤D．⑤
3．无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”释放出氢原子，若点火氢原子就会在该种频率下持续燃烧，上述中“结合力”实质是
A．键B．非极性共价键
C．离子键D．极性共价键
4．下列有关晶胞的叙述中，正确的是。
A．晶胞是晶体结构中最小的重复单元
B．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞
C．所有晶体都是由平行六面体无隙组合而成
D．不同晶体中的晶胞的大小和形状均相同
5．氯化亚铜(CuCl)为白色固体，难溶于水和乙醇，潮湿时易被氧化，由个种粗铜(含 Cu和少量CuO)为原料制备CuCl的方法如下，下列说法正确的是
I.溶解、浸取：向粗铜样品中加入H2SO4、NaNO3，搅拌、 使其充分溶解、过滤
II.还原、氯化：向滤液中加入Na2SO3、NaCl，充分反应、过滤
II.水洗、醇洗：用 pH=2的H2SO4洗涤滤渣后用乙醇洗涤、干燥，得CuCl
A．“溶解浸取”时，为了提高铜的浸取率，NaNO3应适当过量
B．“还原、 氯化”过程中发生的离子反应方程式为：Cu2++SO+Cl- +H2O=CuCl↓+SO+2H+
C．1个CuCl晶胞(如图所示)中含有14个Cl-
D．“醇洗”的目的只是为了产品更易干燥
6．下列说法中正确的是
①晶体中分子间作用力越大分子越稳定
②共价晶体中共价键越强，熔点越高
③干冰是分子通过氢键和分子间作用力有规则排列成的分子晶体
④在和晶体中，阴、阳离子数之比相等
⑤正四面体形的分子，其晶体类型可能是共价晶体或分子晶体
⑥分子晶体中都含有化学键
⑦含4.8g碳元素的金刚石晶体中共价键的物质的量为0.8ml
A．①②③④⑤B．②④⑦C．②④⑥⑦D．③④⑤⑥⑦
7．冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是
A．冰晶胞内水分子间以共价键结合
B．每个冰晶胞平均含有4个水分子
C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是键的一种
D．冰变成水，氢键部分被破坏
8．钴的一种化合物的晶胞结构如图所示，已知A点的原子坐标参数为(0，0，0)，B点为(，0，)，下列说法中错误的是
A．配合物中C2+价电子排布式为3d7
B．距离C2+最近且等距的O2-的数目为6
C．C点的原子坐标参数为(，，)
D．该物质的化学式为TiCO2
9．据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的化学式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质熔融时能导电
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质形成的晶体属分子晶体
10．元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3-形成的晶胞结构如图所示．下列说法中错误的是
A． Xn+的核外电子数为18
B．该晶体中阳离子与阴离子的个数比为3∶1
C．n=1
D．晶体中每个Xn+周围有2个等距离且最近的N3-
11．金属晶体和离子晶体是重要的晶体类型.关于它们的说法中正确的是
①金属晶体导电离子晶体在一定条件下也能导电
②晶体中每个周围有6个
③金属晶体和离子晶体的熔、沸点都很高
④金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强烈的相互作用，很难断裂因而都具有延展性
A．①②B．①C．①③D．①④
12．如图所示是卟啉配合物叶绿素的结构示意图，下列有关叙述正确的是
A．该叶绿素只含有H、、C元素
B．该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子
C．该叶绿素是配合物，其配位体是N元素
D．该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物
13．下图是金属晶体内部电子气理论图。电子气理论可以用来解释金属的某些性质，下列说法正确的是
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
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．金属具有良好的延展性是因为在外力的作用下，金属晶体各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且自由电子可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用
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，所以合金的延展性比纯金属强、硬度比纯金属小
14．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶胞如图所示，下列说法正确的是
A．钛离子周围最近邻且等距的钛离子有8个
B．该晶胞中氧、钙、钛的粒子个数比为3∶1∶1
C．钙离子与钛离子之间的最短距离为晶胞边长的1.732倍
D．该晶胞体积为氧离子与氧离子之间的最短距离的三次方
15．砷化镓是一种重要的半导体材料，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图，已知晶胞的棱长为anm。下列说法正确的是
A．砷化镓是一种分子晶体B．砷化镓中存在配位键
C．晶胞中Ga原子与As原子的数量比为4:1D．晶胞中Ga与As间最短距离为
16．铜是人类最早发现并广泛使用的一种金属。黄铜矿是主要的炼铜原料，是其中铜的主要存在形式。回答下列问题：
(1)Cu的价电子排布式为_______，中三种元素的电负性从大到小的顺序为_______(用元素符号表示)。
(2)在较低温度下与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。
①则X是_______(填化学名称)，X分子的立体构型是_______，中心原子杂化类型为_______。
②X的沸点比水的沸点_______(填“高”或“低”)，主要原因是_______。
(3)血红素是铁卟啉化合物，是血红蛋白的组成部分，其结构如图所示，该化合物中的化学键有_______ (填标号)
A．金属键 B．σ键 C．π键 D．氢键 E．配位键
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示：
①晶胞中铜原子与镍原子的数目之比为_______。
②若该合金的晶胞边长为，则该合金的密度为_______。(设为阿伏加德罗常数的值)
17．Fe、C、Ni 是几种重要的金属元素。请回答下列问题：
(1)基态 Ni 原子的价电子排布式为_______。
(2)Ni(CO)4常温下为无色液体，沸点42.1℃，熔点-19.3℃，难溶于水，易溶于有机溶剂。推测Ni(CO)4 是_______分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)实验室常用 KSCN 溶液或苯酚()检验。
①第一电离能：N_______O(填“>”或“<”)
②苯酚中碳原子杂化类型为_______。
(4)配位化合物中心原子C的配位数为_______，配位原子为_______。
(5)如图所示，Fe3O4晶体中，O2-围成正四面体空隙(1、3、6、7围成)和正八面体空隙(3、6、7、8、9、12围成)，Fe3O4中有一半的填充在正四面体空隙中，和另一半填充在正八面体空隙中。则没有填充阳离子的正四面体空隙数与没有填充阳离子的正八面体空隙数之比为_______。
(6)已知 Ni可以形成多种氧化物，其中一种 NixO 晶体的晶胞结构为 NaCl 型，由于晶体缺陷导致x=0.88，晶胞参数为a nm，则晶体密度为_______g·cm-3(NA 表示阿伏加德罗常数的值，只需列出表达式)。
18．第四周期过渡元素铁、锰在太阳能电池、磁性材料等科技方面有广泛的应用，回答下列问题：
(1)在现代化学中，常利用_____上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
(2)写出Mn的外围电子排布式_____；比较铁与锰的第三电离能(I3)：铁____锰(填“>”“=”或“<”)，原因是_____。
(3)乙酰基二茂铁是常用汽油抗震剂，其结构如图1所示。此物质中碳原子的杂化方式是____。
(4)配合物K3Fe(CN)6可用于电子传感器的制作。与配体互为等电子体的一种分子的分子式为___；已知(CN)2是直线型分子，并具有对称性，则(CN)2中π键和σ键的个数比为_____。
(5)如图是晶体Fe3O2的晶胞，该晶体是一种磁性材料，能导电。
①晶胞中三价铁离子处于氧离子围成的_____(填空间结构)空隙。
②解释Fe3O4晶体能导电的原因_____。
③若晶胞的体对角线长为anm，则Fe3O4晶体的密度为___g·cm-3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
19．回答下列问题：
(1)据世界权威刊物《自然》最近报道，我国科学家选择碲化锆(ZrTe2)和砷化镉(Cd3As2)为材料验证了三维量子霍尔效应，并发现了金属—绝缘体的转换。回答下列问题：
①基态锌原子的电子排布式为___，原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+表示，与之相反的用-表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的锌原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为___。
②Cd与Zn同族，价电子数相同，若配离子[Cd(CN)x](x-2)-的中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18，则x=____。
③碲和硫同主族，TeO的空间构型为___，写出一个与TeO互为等电子体的分子___。
(2)石墨烯是一种二维碳纳米材料，具有优异的光学、力学、电学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递方面具有重要应用前景。1ml石墨烯含六元环的数目为___；石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构将发生改变，转化为氧化石墨烯(如图)，氧化石墨烯中键角α___(填“>”、“<”或“=”)键角β，原因是___。
(3)立方氮化硼晶体的结构和硬度都与金刚石相似，晶胞结构如图所示，B原子填在由N原子构成的___(填“四面体”、“八面体”或“立方体”)空隙中。若晶胞边长为apm，B原子半径为bpm，N原子半径为cpm，则该晶胞的空间利用率为____(列出计算式)，氮硼原子间的最短距离为___pm。
参考答案
1．B【解析】A．分子晶体是由分子构成的，A正确；
B．固态或熔融态时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电，B错误；
C．分子间以分子间作用力相结合，C正确；
D．分子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。
2．D【解析】共价化合物形成的晶体可能是共价晶体，如，在晶体中没有单个的“分子”，其熔、沸点很高，是非电解质，固态时不导电；
共价化合物形成的晶体也可能是分子晶体，如、蔗糖，是电解质，而蔗糖是非电解质，二者固态时均不导电；
由此可以看出，共价化合物形成的晶体无论是共价晶体还是分子晶体，在固态时都不导电，D满足题意。
3．D【解析】一般来说，活泼金属和活泼非金属元素之间易形成离子键，非金属元素之间易形成共价键，水分子是由原子和原子构成的，原子和原子之间存在极性共价键，“释放出氢原子”必须破坏水分子内的氢氧键，故“结合力”实质是极性共价键，故D正确。
4．A【解析】A．晶体结构中的最小重复单元是晶胞，A正确；
B．由于晶胞要无隙并置排列，必然出现相邻晶胞共用粒子的情况，B错误；
C．大部分晶体是由平行六面体形晶胞无隙并置而成，但不是所有晶体，C错误；
D．不同晶体中的晶胞形状可能相同，但晶胞的大小不相同，如果形状和大小均相同，则是同一种晶胞，D错误。
5．A【解析】A．酸性环境中硝酸根可以氧化铜单质，为了提高铜的浸取率，NaNO3应适当过量，增大硝酸根的浓度，A正确；
B．选项所给离子方程式电子得失不守恒，正确离子方程式为2Cu2++SO+2Cl- +H2O=2CuCl↓+SO+2H+，B错误；
C．据图可知晶胞中含有4个Cu+，其化学式为CuCl，所以Cl-的个数也为4，C错误；
D．醇洗可以使产品更易干燥，同时也可以降低CuCl的溶解度，并防止CuCl在潮湿环境中被氧化，D错误。
6．B【解析】①分子的稳定性取决于分子内共价键键能的大小，与分子间作用力无关，错误；
②共价晶体中共价键越强，破坏它所需的能量越大，熔点越高，正确；
③分子间不能形成氢键，错误；
④在和晶体中阴离子分别为、阳离子都为，阴、阳离子数之比都为1：2，正确；
⑤正四面体形的分子，其晶体类型是分子晶体，错误；
⑥稀有气体形成的分子晶体中不含有化学键，错误；
⑦碳原子的物质的量为，金刚石晶体中平均每个碳原子形成2个共价键，所以共价键的物质的量为，正确。
有上述分析可知说法中正确的是②④⑦。
7．D【解析】A．冰晶胞内水分子间以氢键结合，氢键不是化学键，故A错误；
B．由冰晶胞的结构可知，根据均摊法计算，每个冰晶胞平均含有4+8×+6×=8个水分子，故B错误；
C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不是化学键，故C错误；
D．冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍在氢键，故D正确。
8．D【解析】A．钴元素的原子序数为27，钴原子的价电子排布式为3d74s2，则配合物中C2+离子的价电子排布式为3d7，故A正确；
B．由晶胞结构可知，距离C2+最近且等距的O2-的数目为6，故B正确；
C．由A点的原子坐标参数为(0，0，0)，B点为(，0，)可知，晶胞的边长为1，C点位于体心，则原子坐标参数为(，，)，故C正确；
D．由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的Ti4+离子的个数为8×=1，位于体心上的C2+离子的个数为1，位于面心上的O2—离子的个数为6×=3，则该物质的化学式为TiCO3，故D错误。
9．D【解析】A．由分子式及信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误；
B．由题目中的信息可知该物质是一种新的球形分子，该物质熔融时克服了分子间作用力、只得到分子、不能导电，B错误；
C．硅的原子半径比碳大，所以硅化合物C60Si60的外层球壳为Si60，内层球壳为C60，C错误；
D．由题目中的信息可知是一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，所以该物质有分子存在，属于分子晶体，D正确。
10．A【解析】利用均摊法可知该晶胞中N3-的个数为=1，Xn+的个数为=3，则该晶体的化学式为X3N；根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0可以确定n=1；由中Xn+所有电子正好充满K、L、M三个电子层，可知Xn+为Cu+，其核外电子数为28；晶体中与Cu+等距离且最近的N3-有2个，答案为A。
11．B【解析】①金属晶体中含自由电子，能导电而离子晶体只有在溶于水或熔融状态下才能导电，在固态时不导电，①正确；
②晶体中，每个周围有8个，②错误；
③钠属于金属晶体，但其熔点很低，③错误；
④离子键在受到锤打或锻压时会断裂因而离子晶体没有延展性，④错误；
故选B。
12．B【解析】A.该化合物还含有O元素和N元素，A项错误；
B.的最高化合价为+2，而化合物中Mg能与4个N原子作用，由此可以判断该化合物中与N原子间形成配位键，该物质为配合物，B项正确；
C.该化合物中配位原子为N原子，不能称N原子为配位体，同样也不能称N元素为配位体，因为配位体一般为离子或分子，C项错误；
D.高分子化合物的相对分子质量在10000以上，D项错误。
13．C【解析】A．金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下能定向移动，A项错误；
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞，从而发生热的传导，B项错误；
C．在外力的作用下，金属晶体各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故金属具有良好的延展性，而且自由电子可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，故Ｃ正确；
D．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，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱、硬度比纯金属大，D项错误。
14．B【解析】A．钛离子周围最近邻且等距的钛离子有6个，选项A错误；
B．每个晶胞含氧原子：12=3，含钙原子：1，含钛原子：8=1，则该晶胞中氧、钙、钛的粒子个数比为3∶1∶1，选项B正确；
C．钙离子与钛离子之间的最短距离为晶胞体对角线长的一半，则为晶胞边长的倍，选项C错误；
D．该晶胞体积为钛离子与钛离子之间的最短距离的三次方，选项D错误。
15．B【解析】A．根据砷化镓熔点数据和晶胞结构(空间网状)可知砷化镓为原子晶体，A错误；
B．Ga最外层有3个电子，每个Ga与4个As成键，所以砷化镓必有配位键，B正确；
C．晶胞中，Ga位于顶点和面心，则数目为=4，As位于晶胞内，数目为4，所以晶胞中Ga原子与As原子的数目之比为1: 1，C错误；
D．由砷化镓的晶胞结构图可知，Ga位于晶胞体心，As原子位于晶胞顶点，晶胞体对角线为×10-10cm，与最近的As原子最短距离为晶胞体对角线的，则最短距离为×a×10-10cm，故D错误。
16．(1)；(2)硫化氢；V形；；低；水分子间存在氢键(3)BCE(4) 3∶1 ；
【解析】(1)Cu的价电子排布式为，中三种元素的电负性从大到小的顺序为。
(2)①臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，该分子结构与相似，分子的立体构型为V形，中心原子杂化类型为杂化，属于极性分子
②分子间有氢键，沸点比高。
(3)从血红素结构图中可知，其含有化学键有：σ键、π键、配位键。故选BCE。
(4)①晶胞中原子在顶点，原子在面心，故一个晶胞中原子数为，原子数为，晶胞中铜原子与镍原子的数目之比为3∶1；
②该镍白铜合金一个晶胞的质量为，一个晶胞的体积，该合金的密度为。
17．（1）（2）非极性(3)①>②sp2 (4)6；N、Cl(5) 7：2；
【解析】 (1)基态 Ni 原子的价电子排布式为；
(2)H2O为极性分子，Ni(CO)4难溶于水，则Ni(CO)4为非极性分子；
(3)①N原子的价电子排布式为2s22p3，O原子的价电子排布式为2s22p4，N达到了半充满稳定结构，故较难失电子，第一电离能较大，所以第一电离能：N＞O；
②苯酚中的C共同形成大π键，有1个p轨道未杂化，为sp2杂化；
(4)配位化合物中心原子C的配位数为6；配位原子是N、Cl；
(5) Fe3O4晶胞中O2-个数为：个，所以有2个，有1个，其中正四面体空隙共8个，1个填充在正四面体空隙中，剩余7个正四面体空隙，正八面体空隙共个，一个和一个填充在正八面体空隙中，剩余2个正八面体空隙，故没有填充阳离子的正四面体空隙数与没有填充阳离子的正八面体空隙数之比为7：2；
(6)一个晶胞的质量为，体积为，因此密度为。
18．(1)原子光谱（2）3d54s2； ＜；Mn2+、 Fe2+的价电子排布式分别为 3d5、 3d6， Mn2+处于 3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高（3）sp2、sp3（4）CO或N2；3：4(5)①正四面体②电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移③
【解析】(1)在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析，故答案为：原子光谱；
(2)Mn元素的原子核外有25个电子，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则外围电子排布式为：3d54s2；Mn2+、 Fe2+的价电子排布式分别为 3d5、 3d6， Mn2+处于 3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高， 所以第三电离能 Fe 小于 Mn，故答案为：3d54s2；＜；Mn2+、 Fe2+的价电子排布式分别为 3d5、 3d6， Mn2+处于 3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高；
(3)由环戊二烯(C5H6)的结构式可知，环戊二烯中有4个C原子形成有C=C双键，1个C原子含有4个C−H单键，即有两种C原子，所以杂化类型为：sp2、sp3，故答案为：sp2、sp3；
(4)配合物K3Fe(CN)6中配位体是CN-，与CN-含有相同原子个数，且价电子相等的微粒互为等电子体，其中属于分子为CO或N2；(CN)2分子的结构简式N≡C-C≡N，单键是σ键，叁键中含有1个σ键和2个π键，故σ键和π键数目比为3：4，故答案为：CO或N2；3：4；
(5)①根据晶胞中离子的位置关系可知，晶胞中二价铁离子处于氧离子围成的正四面体空隙，故答案为：正四面体；
②电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移，故 Fe3O4 晶体能导电，故答案为：电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移；
③根据晶胞均摊计算，晶胞中含有铁离子的个数为，亚铁离子的个数为1，氧离子的个数为，若晶胞的体对角线长为 a nm，设边长为xnm，面对角线为，则体对角线长= a nm，故x=，体积为x3=，质量为，故密度，故答案为：。
19．(1)1s22s22p63s23p63dl04s2或[Ar]3dl04s2；0； 4 ；三角锥形； PCl3、N2、SOCl2等
(2) 0.5NA；<；键角α对应的碳为sp3杂化，键角β对应的碳为sp2杂化
(3)四面体； ×100%；a
【解析】(1)①Zn为30号元素，原子核外有30个电子，其核外电子排布为[Ar]3d104s2；
若一种自旋状态用+表示，与之相反的用-表示，3d和4s轨道都排满电子，每个轨道电子自旋状态相反，则Zn的价电子3d104s2自旋磁量子数的代数和为0；
②中心原子为Cd，Cd与Zn同族，价电子数相同，价电子数为12，CN提供的电子数为2，中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18，所以有12-(x-2)+2x=18，x=4；
③碲和硫同主族，TeO中Te原子价层电子对数=3+=4且Te原子含有一个孤电子对，则该离子为三角锥形结构，与它互为等电子体的分子中含有4个原子、价电子数为26，符合条件的分子有PCl3、N2、SOCl2等；
(2)石墨烯中每个碳原子被3个环共用，所以每个环上有2个碳原子，1ml石墨烯含六元环的数目为0.5NA；键角α的交点碳原子为sp3杂化，为四面体结构，且连接的羟基中氧原子有孤对电子，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，键角小于109°28′，而键角β的交点碳原子为sp2杂化，为平面正三角形，键角为120°，键角α＜键角β；
(3)晶胞中B原子数目=4、N原子数目=8×+6×=4，B原子填在由N原子构成的四面体空隙中；晶胞边长为apm，晶胞的体积为a3pm3，B原子半径为bpm，N原子半径为cpm，晶胞的空间利用率为×100%，4个N原子构成的四面体，B处于体心，则氮硼原子间的最短距离是体心B到顶角N的距离，为apm。类型
离子键
共价键
金属键
概念
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键
原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键
金属阳离子和自由电子之间的静电作用
成键微粒
阴、阳离子
原子
金属阳离子、自由电子
作用本质
阴、阳离子间的静电作用
共用电子对(电子云重叠)对两原子核产生的电性作用
金属阳离子和自由电子之间的静电作用
形成条件
活泼金属和活泼非金属化合时形成离子键
非金属元素形成单质或化合物时形成共价键
能形成自由电子
键的强弱
离子电荷数越大，离子半径越小，键能越大
原子半径越小，共用电子对数越多，键能越大
金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，金属键越强
影响性质
离子化合物的熔沸点、硬度等
分子的稳定性，原子晶体的熔沸点、硬度等
金属单质的熔沸点等
存在举例
离子化合物，如NaCl
非金属单质，如H2；共价化合物，如HCl；离子化合物，如NaOH
金属单质，如Na
类型
比较
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
粒子间作用力
离子键(强)
共价键
分子间作用力
粒子间的静电作用
物
质
的
性
质
熔、沸点
较高
很高
低
一般较高，少部分低
硬度
硬而脆
大
小
一般较大，少部分小
导电性
不良(熔融或水溶液能导电)
绝缘体(半导体)
不良
晶体、熔融均导电
传热性
不良
不良
不良
良
延展性
不良
不良
不良
良
溶解性
易溶于极性溶剂，难溶于有机溶剂
不溶于任何溶剂
“相似相溶”
难溶(Na等与水反应)
典型实例
NaCl、KBr
单质：金刚石
化合物：SiO2
单质：O2；化合物：干冰
Na、Mg
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金刚石
每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构；键角均为109°28′；最小碳环由6个C原子组成且六原子不在同一平面内；每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2
SiO2
每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构；每个正四面体占有1个Si，4个“eq \f(1,2)O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2；最小环上有12个原子，即6个O，6个Si
分子晶体
干冰
8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子；每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个
离子晶体
NaCl型
每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个；每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－
CsCl型
每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个；如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－
金属晶体
简单立方堆积
典型代表P，配位数为6，空间利用率52%
体心立方堆积
典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
面心立方最密堆积
典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%
六方最密堆积
典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
过度型晶体
石墨
平面层状结构；最小的环为六元环；由于每个碳原子为三个六元环所共用，即每个六元环拥有的碳原子数为6×(1/3)＝2；碳碳键数为二个六元环所共用，每个六元环拥有的碳碳键数为6×(1/2)＝3；键角为120°