2025版高考化学一轮总复习提升训练第五章物质结构与性质元素周期律第十九讲晶体结构与性质考点二常见晶体结构与性质微考点三常见的晶体结构

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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，最小的环上有6个C原子
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
[解析] 以顶点Na＋研究，与之最近的Cl－处于晶胞棱心且关于Na＋对称，即距Na＋最近的Cl－有6个，故A正确；在CaF2晶体中，Ca2＋位于晶胞顶点和面心，数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，即每个晶胞平均占有4个Ca2＋，故B正确；金刚石晶体中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，每个碳原子形成四个共价键，从而形成空间网状结构，由金刚石的晶体结构图，也可以看出最小的环上有6个碳原子，故C正确；该气态团簇分子中含有4个E、4个F原子，分子式应为E4F4或F4E4，故D错误。
2．碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为 同素异形体 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 sp3 、 sp2 。
(3)C60属于 分子 晶体，石墨属于 混合 晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的 σ 共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在 σ 共价键，还有 π(或大π或p－pπ) 键。
(5)金刚石晶胞含有 8 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＝ eq \f(\r(3),8) a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率 eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16) (不要求计算结果)。
[解析] C60为分子晶体，金刚石为共价晶体，石墨为混合晶体，它们均属于碳元素的不同单质，因此互称同素异形体；金刚石为空间立体网状结构，每一个碳原子与四个相邻碳原子形成共价键，因此碳原子杂化方式为sp3杂化，化学键只有σ键；而石墨层内为平面正六边形，层间为分子间作用力，石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化，即石墨层内不仅存在σ键还存在π键；金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据均摊法计算晶胞中碳原子数目，碳原子数目为n＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有eq \f(1,4)·(eq \r(3)a)＝2r，则r＝eq \f(\r(3),8)a；然后可以确定原子的空间占有率为eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)。
【对点训练】
1.(2024·山东泰安模拟)高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为0，部分为－2。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞。下列说法正确的是( D )
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞中含有4个K＋和8个Oeq \\al(－,2)
B．晶体中每个K＋周围有8个Oeq \\al(－,2)，每个Oeq \\al(－,2)周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近且相等的K＋有8个
D．晶体中0价氧与－2价氧的个数之比为3∶1
[解析] 晶胞中含有K＋的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Oeq \\al(－,2)的个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，A项错误；晶体中每个K＋周围有6个Oeq \\al(－,2)，每个Oeq \\al(－,2)周围有6个K＋，B项错误；晶体中与每个K＋距离最近且相等的K＋的个数为3×8÷2＝12，C项错误；设晶体中0价氧与－2价氧的个数分别为x、y，则有x＋y＝2n(n为任意正整数)，2y＝n，解得x∶y＝3∶1，D项正确。
2．(2024·宁夏利通模拟)下列各图为几种晶体或晶胞的构型示意图。
请回答下列问题：(本题前两空用示意图下的序号填空)
(1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是 ② 。
(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 ②>④>⑤>①>⑥ 。
(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能 小于 (填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是 在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)(4)每个Cu晶胞中实际占有 4 个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为 8 。
(5)冰的熔点远高于干冰的重要原因是 H2O分子之间存在氢键 。
[解析] (1)冰、干冰晶体属于分子晶体，构成微粒属于分子，分子之间以分子间作用力结合，不符合题意；金刚石属于共价晶体，原子之间以共价键结合，符合题意；Cu属于金属晶体，金属阳离子与自由电子之间以金属键结合，不符合题意；MgO、CaCl2属于离子晶体，离子之间以离子键结合，不符合题意；故这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是②金刚石晶体。
(2)一般情况下，微粒之间的作用力：共价晶体>离子晶体>分子晶体。在上述物质中，金刚石属于共价晶体，熔沸点最高；MgO、CaCl2属于离子晶体，熔沸点比金刚石的低，由于离子半径Mg2＋比Ca2＋的小，O2－比Cl－的小，离子半径越小，离子键越强，断键消耗的能量就越大，物质的熔点就越高，所以熔点：MgO>CaCl2；冰、干冰都属于分子晶体，分子之间以分子间作用力结合，由于H2O分子之间存在氢键，CO2分子之间只存在分子间作用力，所以熔点冰>干冰，故上述五种物质中熔点由高到低的顺序为金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰，即②>④>⑤>①>⑥。
(3)在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)(4)Cu晶胞属于面心立方结构，每个晶胞中含有的Cu原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4；Ca2＋位于晶胞的面心与顶点，每个CaCl2晶胞中实际占有Ca2＋离子数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，CaCl2晶体中Cl－周围有4个距离相等且最近的Ca2＋，所以Cl－的配位数为4，由化学式可知CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为Cl－的配位数的2倍，则Ca2＋的配位数为8。
(5)冰、干冰都是分子晶体，分子之间以分子间作用力结合，由于冰中水分子间形成了氢键，使冰的熔点远高于干冰的熔点。