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2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：选修3物质结构与性质第3节 晶体结构与性质
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第3节 晶体结构与性质
【考纲要求】
了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 了解分子晶体结构与性质的关系。 了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。 了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
考点一 晶体和晶胞[学生用书P182]
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的区别
比较
晶体
非晶体
结构特征
结构粒子周期性有序排列
结构粒子无序排列
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
测定其是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
(2)获得晶体的三条途径
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。
(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。
1．凡有规则外形的固体一定是晶体( )
2．晶体有自范性但排列无序( )
3．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同( )
4．固体SiO2一定是晶体( )
5．冰和固体碘晶体中相互作用力相同( )
6．晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
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.√
题组一 认识各类晶胞
1．有下列离子晶体空间结构示意图，为阳离子，为阴离子。以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为( )
解析：选B。根据均摊法计算，A结构中阳离子为4个，阴离子为1个，化学式为M4N；B结构中阳离子为1/2个，阴离子为1个，化学式为MN2；C结构中阳离子为3/8个，阴离子为1个，化学式为M3N8；D结构中阳离子为1个，阴离子为1个，化学式为MN。
2．某晶体结构最小的重复单元如图。A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( )
A．B2A B．BA2
C．B7A4 D．B4A7
解析：选B。根据均摊法，该结构单元中含A的个数为8×1＝8，含B的个数为×8＋×6＝4，B与A的个数之比为4∶8＝1∶2，即该晶体的化学式为BA2，故答案为B项。
3．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
解析：选B。该晶体中含A粒子个数为6×＝，B粒子个数为6×＋3×＝2，C粒子个数为1，则A、B、C的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。
4．如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．MgB2
C．Mg2B D．Mg3B2
解析：选B。棱柱顶点上的每个镁原子均被六个相邻的棱柱所共有，棱柱底面上的每个镁原子均被两个相邻的棱柱所共有，故每个晶体结构单元平均拥有镁原子数为6×2×＋2×＝3，而硼原子位于棱柱内，故每个晶体结构单元平均拥有硼原子数为6。则该化合物的化学式为MgB2。
5．氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为( )
A．LaNi5 B．LaNi
C．La14Ni24 D．La7Ni12
解析：选A。根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为12×＋2×＝3，而镍原子的数目为12×＋6＋6×＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。
题组二 关于晶体的密度、微粒间距离的计算
6．F、K、和Ni三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
(1)该化合物的化学式为 ；Ni的配位数为 。
(2)列式计算该晶体的密度： g·cm－3。
解析：(1)由晶胞示意图可以看出，晶胞中F原子位置：棱上16个，面上4个，体内2个，故每个晶胞平均占有F原子个数为16×1/4＋4×1/2＋2＝8；K原子位置：棱上8个，体内2个，故每个晶胞平均占有K原子个数为8×1/4＋2＝4；Ni原子位置：顶点8个，体心1个，故每个晶胞平均占有Ni原子个数为8×1/8＋1＝2。所以这三种原子个数比为K∶Ni∶F＝4∶2∶8＝2∶1∶4，故该化合物的化学式为K2NiF4；由图可以看出Ni的配位数是6。
(2)由密度公式知该晶体的密度为m/V＝
＝3.4 (g·cm－3)。
答案：(1)K2NiF4 6
(2)＝3.4
7．用晶体的X－射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是 cm3、晶胞的质量是 g，阿伏加德罗常数为
[列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。
解析：体积是a3(a为棱长)；质量＝体积×密度；一个铜晶胞含4个铜原子，则M(Cu)＝×m晶胞×NA。
答案：4.70×10－23 4.23×10－22
NA＝＝6.01×1023 mol－1
8．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为 pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为Cu，为F)
解析：设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu个数：8×＋6×＝4；F个数：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝。Cu与F最近距离为立方体体对角线的，立方体的体对角线长为x cm，所以Cu与F最近距离为x cm＝·×1010 pm。
答案：·×1010
1.“均摊（分割）法”突破晶胞组成的计算
2.晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
考点二 晶体类型、结构和性质[学生用书P183]
1．四种晶体类型的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成微粒
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
难溶于任何溶剂
难溶于常见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、导热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如
SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如
K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2.晶格能
(1)定义：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
3．典型晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金刚石
(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构
(2)键角均为109°28′
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内
(4)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
(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构
(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2
(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si
分子晶体
干冰
(1)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
(2)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
(1)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
(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－
CsCl型
(1)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
(2)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Po，配位数为6，空间利用率52%
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%
体心立方堆积
典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
六方最密堆积
典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
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．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )
4．离子晶体一定都含有金属元素( )
5．金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
6．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( )
7．在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有 8个( )
答案：1.× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√ 7.√
题组一 考查晶体类型的判断
1．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。
(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。
(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。
(8)其中含有极性共价键的原子晶体是 。
(9)不含共价键的分子晶体是 ，只含非极性键的原子晶体是 。
答案：(1)NaCl、Na2S (2)NaOH、(NH4)2S
(3)(NH4)2S (4)Na2S2 (5)CO2、CCl4、C2H2
(6)C2H2 (7)H2O2 (8)SiO2、SiC
(9)晶体氩 晶体硅、金刚石
2．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。
(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电： 。
(2)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电： 。
(3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等： 。
(4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电： 。
(5)SiI4，熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解： 。
(6)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大： 。
(7)硒，熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿： 。
(8)锑，熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电： 。
解析：晶体的熔点高低、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据。原子晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔融态的导电性不同。原子晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或其水溶液都能导电。原子晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般原子晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。金属晶体能导电。
答案：(1)原子晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体
(4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)原子晶体
(7)分子晶体 (8)金属晶体
晶体类型的5种判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
②原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
③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。
④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
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等除外)、非金属氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。
③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。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高。
②原子晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。
(4)依据导电性判断
①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
①离子晶体硬度较大、硬而脆。
②原子晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
注意：(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。
(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 ℃)。
(4)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。
题组二 考查晶体熔、沸点的比较
3．下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是( )
A．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
B．HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点顺序为HF>HI>HBr>HCl
C．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅
D．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
解析：选C。A、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间作用力有关，含有氢键时会出现反常现象，与分子内共价键键能大小无关。D项离子晶体内存在的是离子键。
4．离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。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
解析：选C。离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大。
晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2.同种类型晶体熔、沸点的比较
(1)原子晶体
―→―→―→
如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
②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，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。
[学生用书P186]
1．[2017·高考全国卷Ⅲ，35(5)]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－) 为 nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为 nm。
解析：因为O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2－半径的4倍，则有[4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。
答案：0.148 0.076
2．[2016·高考全国卷Ⅱ，37(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量比为 。
(2)若合金的密度为d g/cm3，晶胞参数a＝ nm。
解析：(1)Cu原子位于面心，个数为6×＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×＝1，铜原子与镍原子的数量比为 3∶1。(2)以该晶胞为研究对象，则 g＝d g/cm3×(a×10－7 cm)3，解得a＝×107。
答案：(1)3∶1 (2)×107
3．[2016·高考全国卷Ⅲ，37(4)(5)]砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：
(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是 。
(2)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ，Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。
解析：(1)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。
(2)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×＋ cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即g，所以1个晶胞的体积V2＝
(MAs＋MGa) cm3。最后由V1/V2即得结果。
答案：(1)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
(2)原子晶体 共价 ×100%
4．[2016·高考全国卷Ⅰ，37(3)(6)]锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：
。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
－49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
(2)晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(，0，)；C为(，，0)。则D原子的坐标参数为 。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为 g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)根据表中数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次升高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，组成和结构相似的分子，分子间相互作用力强弱与分子的相对分子质量有关。(2)①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置(体对角线处)，由B、C点坐标可以推知D点坐标。②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝×107 g·cm－3。
答案：(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
(2)① ②×107
5．(2016·高考海南卷)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。回答下列问题：
(1)单质M的晶体类型为 ，晶体中原子间通过 作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为 。
(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为 ，
其同周期元素中，第一电离能最大的是 (写元素符号)。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是 (写化学式)，该酸根离子的立体构型为 。
(3)M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①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)
②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是 。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为 。
解析：根据题给信息推断M为铜元素，Y为氯元素。
(1)单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方最密堆积，铜原子的配位数为12。(2)氯元素为17号元素，位于第三周期，根据构造原理知其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5，同周期元素由左向右元素原子的第一电离能总体上呈增大趋势，故其同周期元素中，第一电离能最大的是Ar。氯元素的含氧酸中，酸性最强的是HClO4，该酸根离子中氯原子为sp3杂化，没有孤电子对，立体构型为正四面体。(3)①根据晶胞结构利用均摊法分析，每个晶胞中含有铜原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl；则1 mol晶胞中含有4 mol CuCl，1 mol 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 g·cm－3或 g·cm－3。②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu＋被氧化为Cu2＋，故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]2＋。
答案：(1)金属晶体 金属键 12
(2)1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5) Ar HClO4 正四面体
(3)①CuCl
②Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) [Cu(NH3)4]2＋
[学生用书P323(单独成册)]
一、选择题
1．下列说法中正确的是( )
A．离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子
B．金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动
C．分子晶体的熔、沸点很低，常温下都呈液态或气态
D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合
解析：选D。A项，离子晶体中每个离子周围不一定吸引6个带相反电荷的离子，如CsCl晶体中每个Cs＋吸引8个Cl－；B项，金属晶体中的自由电子不是因为外电场作用产生的；C项，分子晶体不一定是液态或气态，可能为固态，如I2、S8等。
2．下列晶体分类中正确的一组是( )
选项
离子晶体
原子晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
解析：选C。A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。
3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
解析：选B。氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
4．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是( )
A．AlON和石英的化学键类型相同
B．AlON和石英晶体类型相同
C．AlON和Al2O3的化学键类型不同
D．AlON和Al2O3晶体类型相同
解析：选D。AlON与石英(SiO2)均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A、B项正确；Al2O3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C项正确、D项错误。
5．如图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是( )
A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构
B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子
C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体
D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力
解析：选A。在立方体的顶面上，有5个I2，4个方向相同，结合其他面考虑可知A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；此晶体是分子晶体，C选项错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D选项错误。
6．下列数据是对应物质的熔点(℃)：
BCl3
Al2O3
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
干冰
SiO2
－107
2 073
920
801
1 291
190
－57
1 723
据此做出的下列判断中错误的是( )
A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
解析：选B。A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，表中只有BCl3、AlCl3和干冰是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。
7．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6
B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价
C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价
D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个
解析：选C。由题图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数：4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故A、B两项正确，C项错误。由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个，故D项正确。
8．下列关于CaF2的表述正确的是( )
A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用
B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2
C．阴、阳离子数之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同
D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电
解析：选D。Ca2＋与F－之间既有静电吸引作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷相同，F－的离子半径小于Cl－，所以CaF2晶体的晶格能大，熔点高，B错误；晶体构型还与离子的大小有关，所以阴、阳离子数之比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，在熔融状态下发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。
二、非选择题
9．如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题。
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－的个数为 。图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为 。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是 ，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为 。
(3)三种晶体中熔点最低的是 (填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为 。
(4)已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8 cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为
。
解析：(1)CaF2晶体中Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋和F－个数比为1∶2；铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层的1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。(2)图Ⅱ中B原子最外层三个电子形成三条共价键，最外层共6个电子，H原子达到2电子稳定结构，只有O原子形成两条共价键达到8电子稳定结构。H3BO3晶体是分子晶体，相互之间通过氢键相连，每个B原子形成三条B—O极性键，每个O原子形成一条O—H极性键，共六条极性键。(3)H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，受热熔化时克服的是分子间作用力。(4)一个CaF2晶胞中实际拥有的离子数：阳离子数为8×1/8＋6×1/2＝4，而阴离子为8个，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”，则CaF2晶体的密度为4×78 g·mol－1÷[(a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝ g·cm－3。
答案：(1)8 12
(2)O 1∶6
(3)H3BO3 分子间作用力
(4) g·cm－3
10．(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是 。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的 ，而Cl－位于该晶胞的 ，Cs＋的配位数是 。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式： 。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是 (填离子符号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/kJ·mol－1
786
715
3 401
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是 。
其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有 个。
解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
答案：(1)2 体心 顶点 8
(2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl
(3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
11．碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图：
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 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 、 。
(3)C60属于 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碳碳间的 共价键(填键的类型，下同)，而石墨层内的碳碳间不仅存在 共价键，还有 键。
(5)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)。
解析：C60为分子晶体，金刚石为原子晶体，石墨为混合型晶体，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，所以石墨烯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确定在晶胞中的碳原子数目，碳原子数目为8×1/8＋6×1/2＋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·(a)＝2r，则r＝a；然后可以确定碳原子的空间占有率为(8×πr3)/a3。
答案：(1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子
(4)σ σ π(或大π或pp π)
(5)8
12．(2015·高考全国卷Ⅱ)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：
(1)四种元素中电负性最大的是 (填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为 。
(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是 (填分子式)，原因是 ；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为 和 。
(3)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为 ，中心原子的杂化轨道类型为 。
(4)化合物D2A的立体构型为 ，中心原子的价层电子对数为 ，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为
。
(5)A和B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A原子的配位数为 ；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)： 。
解析：C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C为P元素。A、B的原子序数小于C，且A2－和B＋具有相同的电子构型，则A为O元素，B为Na元素。C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素。
(1)O、Na、P和Cl四种元素中，O元素的电负性最大。P原子核外有15个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。
(2)O元素形成O2 和O3 两种同素异形体，固态时均形成分子晶体，而分子晶体中，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点越高，故O3 的沸点高于O2。O元素形成的氢化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶体。Na元素形成的氢化物为NaH，属于离子晶体。
(3)P和Cl元素形成的组成比为1∶3 的化合物E为PCl3，中心原子P形成3个σ键且含有1对未成键的孤电子对，故P原子采取sp3杂化，分子构型为三角锥形。
(4)化合物D2A为Cl2O，其中O原子形成2个σ键且含有2对未成键的孤电子对，则O原子采取sp3杂化，故Cl2O为V形结构，中心原子O的价层电子对数为4。Cl2与湿润的Na2CO3 反应可生成Cl2O，据氧化还原反应规律可知，还生成还原产物NaCl，反应的化学方程式为2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===2NaCl＋Cl2O＋2NaHCO3或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl。
(5)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＝2.27 g·cm－3。
答案：(1)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
(2)O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 分子晶体 离子晶体
(3)三角锥形 sp3
(4)V形 4 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl)
(5)Na2O 8
＝2.27 g·cm－3
13．(2017·高考海南卷)ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为 ，原子间存在的共价键类型有 ，碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)SiCl4分子的中心原子的价层电子对数为 ，分子的立体构型为 ，属于 分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是
。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性 、共价性 。(填“增强”“不变”或“减弱”)
(4)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图(c)所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为 ；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密度为 g·cm－3。
解析：(1)该单质为石墨，石墨属于混合型晶体，层内碳原子之间形成σ键和π键；石墨中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2。(2)SiCl4中心原子是Si，有4个σ键，孤电子对数为(4－4×1)/2＝0，价层电子对数为4，立体构型为正四面体；属于非极性分子。(3)①SiX4属于分子晶体，不含分子间氢键，范德华力越大，熔、沸点越高，范德华力随着相对分子质量的增大而增大，即熔、沸点升高；②根据题图中PbX2熔点变化规律可知，PbX2中化学键的离子性减弱，共价性增强。(4)根据晶胞的结构，C60位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，K位于棱上和内部，个数为12×＋9＝12，因此化学式为K3C60，晶胞的质量为g，晶胞的体积为(1.4×10－7)3 cm3，根据密度的定义，则晶胞的密度为2.0 g·cm－3。
答案：(1)混合型晶体 σ键、π键 sp2
(2)4 正四面体 非极性
(3)①均为分子晶体，范德华力随分子相对质量增大而增大 ②减弱 增强
(4)K3C60 2.0
【考纲要求】
了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 了解分子晶体结构与性质的关系。 了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。 了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
考点一 晶体和晶胞[学生用书P182]
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的区别
比较
晶体
非晶体
结构特征
结构粒子周期性有序排列
结构粒子无序排列
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
测定其是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
(2)获得晶体的三条途径
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。
(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。
1．凡有规则外形的固体一定是晶体( )
2．晶体有自范性但排列无序( )
3．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同( )
4．固体SiO2一定是晶体( )
5．冰和固体碘晶体中相互作用力相同( )
6．晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
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.√
题组一 认识各类晶胞
1．有下列离子晶体空间结构示意图，为阳离子，为阴离子。以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为( )
解析：选B。根据均摊法计算，A结构中阳离子为4个，阴离子为1个，化学式为M4N；B结构中阳离子为1/2个，阴离子为1个，化学式为MN2；C结构中阳离子为3/8个，阴离子为1个，化学式为M3N8；D结构中阳离子为1个，阴离子为1个，化学式为MN。
2．某晶体结构最小的重复单元如图。A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( )
A．B2A B．BA2
C．B7A4 D．B4A7
解析：选B。根据均摊法，该结构单元中含A的个数为8×1＝8，含B的个数为×8＋×6＝4，B与A的个数之比为4∶8＝1∶2，即该晶体的化学式为BA2，故答案为B项。
3．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
解析：选B。该晶体中含A粒子个数为6×＝，B粒子个数为6×＋3×＝2，C粒子个数为1，则A、B、C的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。
4．如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．MgB2
C．Mg2B D．Mg3B2
解析：选B。棱柱顶点上的每个镁原子均被六个相邻的棱柱所共有，棱柱底面上的每个镁原子均被两个相邻的棱柱所共有，故每个晶体结构单元平均拥有镁原子数为6×2×＋2×＝3，而硼原子位于棱柱内，故每个晶体结构单元平均拥有硼原子数为6。则该化合物的化学式为MgB2。
5．氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为( )
A．LaNi5 B．LaNi
C．La14Ni24 D．La7Ni12
解析：选A。根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为12×＋2×＝3，而镍原子的数目为12×＋6＋6×＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。
题组二 关于晶体的密度、微粒间距离的计算
6．F、K、和Ni三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
(1)该化合物的化学式为 ；Ni的配位数为 。
(2)列式计算该晶体的密度： g·cm－3。
解析：(1)由晶胞示意图可以看出，晶胞中F原子位置：棱上16个，面上4个，体内2个，故每个晶胞平均占有F原子个数为16×1/4＋4×1/2＋2＝8；K原子位置：棱上8个，体内2个，故每个晶胞平均占有K原子个数为8×1/4＋2＝4；Ni原子位置：顶点8个，体心1个，故每个晶胞平均占有Ni原子个数为8×1/8＋1＝2。所以这三种原子个数比为K∶Ni∶F＝4∶2∶8＝2∶1∶4，故该化合物的化学式为K2NiF4；由图可以看出Ni的配位数是6。
(2)由密度公式知该晶体的密度为m/V＝
＝3.4 (g·cm－3)。
答案：(1)K2NiF4 6
(2)＝3.4
7．用晶体的X－射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是 cm3、晶胞的质量是 g，阿伏加德罗常数为
[列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。
解析：体积是a3(a为棱长)；质量＝体积×密度；一个铜晶胞含4个铜原子，则M(Cu)＝×m晶胞×NA。
答案：4.70×10－23 4.23×10－22
NA＝＝6.01×1023 mol－1
8．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为 pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为Cu，为F)
解析：设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu个数：8×＋6×＝4；F个数：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝。Cu与F最近距离为立方体体对角线的，立方体的体对角线长为x cm，所以Cu与F最近距离为x cm＝·×1010 pm。
答案：·×1010
1.“均摊（分割）法”突破晶胞组成的计算
2.晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
考点二 晶体类型、结构和性质[学生用书P183]
1．四种晶体类型的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成微粒
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
难溶于任何溶剂
难溶于常见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、导热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如
SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如
K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2.晶格能
(1)定义：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
3．典型晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金刚石
(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构
(2)键角均为109°28′
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内
(4)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
(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构
(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2
(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si
分子晶体
干冰
(1)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
(2)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
(1)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
(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－
CsCl型
(1)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
(2)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Po，配位数为6，空间利用率52%
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%
体心立方堆积
典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
六方最密堆积
典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
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．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )
4．离子晶体一定都含有金属元素( )
5．金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
6．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( )
7．在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有 8个( )
答案：1.× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√ 7.√
题组一 考查晶体类型的判断
1．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。
(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。
(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。
(8)其中含有极性共价键的原子晶体是 。
(9)不含共价键的分子晶体是 ，只含非极性键的原子晶体是 。
答案：(1)NaCl、Na2S (2)NaOH、(NH4)2S
(3)(NH4)2S (4)Na2S2 (5)CO2、CCl4、C2H2
(6)C2H2 (7)H2O2 (8)SiO2、SiC
(9)晶体氩 晶体硅、金刚石
2．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。
(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电： 。
(2)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电： 。
(3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等： 。
(4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电： 。
(5)SiI4，熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解： 。
(6)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大： 。
(7)硒，熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿： 。
(8)锑，熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电： 。
解析：晶体的熔点高低、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据。原子晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔融态的导电性不同。原子晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或其水溶液都能导电。原子晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般原子晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。金属晶体能导电。
答案：(1)原子晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体
(4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)原子晶体
(7)分子晶体 (8)金属晶体
晶体类型的5种判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
②原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
③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。
④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
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等除外)、非金属氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。
③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。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高。
②原子晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。
(4)依据导电性判断
①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
①离子晶体硬度较大、硬而脆。
②原子晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
注意：(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。
(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 ℃)。
(4)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。
题组二 考查晶体熔、沸点的比较
3．下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是( )
A．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
B．HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点顺序为HF>HI>HBr>HCl
C．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅
D．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
解析：选C。A、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间作用力有关，含有氢键时会出现反常现象，与分子内共价键键能大小无关。D项离子晶体内存在的是离子键。
4．离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。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
解析：选C。离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大。
晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2.同种类型晶体熔、沸点的比较
(1)原子晶体
―→―→―→
如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
②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，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。
[学生用书P186]
1．[2017·高考全国卷Ⅲ，35(5)]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－) 为 nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为 nm。
解析：因为O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2－半径的4倍，则有[4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。
答案：0.148 0.076
2．[2016·高考全国卷Ⅱ，37(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量比为 。
(2)若合金的密度为d g/cm3，晶胞参数a＝ nm。
解析：(1)Cu原子位于面心，个数为6×＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×＝1，铜原子与镍原子的数量比为 3∶1。(2)以该晶胞为研究对象，则 g＝d g/cm3×(a×10－7 cm)3，解得a＝×107。
答案：(1)3∶1 (2)×107
3．[2016·高考全国卷Ⅲ，37(4)(5)]砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：
(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是 。
(2)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ，Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。
解析：(1)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。
(2)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×＋ cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即g，所以1个晶胞的体积V2＝
(MAs＋MGa) cm3。最后由V1/V2即得结果。
答案：(1)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
(2)原子晶体 共价 ×100%
4．[2016·高考全国卷Ⅰ，37(3)(6)]锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：
。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
－49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
(2)晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(，0，)；C为(，，0)。则D原子的坐标参数为 。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为 g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)根据表中数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次升高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，组成和结构相似的分子，分子间相互作用力强弱与分子的相对分子质量有关。(2)①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置(体对角线处)，由B、C点坐标可以推知D点坐标。②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝×107 g·cm－3。
答案：(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
(2)① ②×107
5．(2016·高考海南卷)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。回答下列问题：
(1)单质M的晶体类型为 ，晶体中原子间通过 作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为 。
(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为 ，
其同周期元素中，第一电离能最大的是 (写元素符号)。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是 (写化学式)，该酸根离子的立体构型为 。
(3)M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①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)
②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是 。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为 。
解析：根据题给信息推断M为铜元素，Y为氯元素。
(1)单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方最密堆积，铜原子的配位数为12。(2)氯元素为17号元素，位于第三周期，根据构造原理知其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5，同周期元素由左向右元素原子的第一电离能总体上呈增大趋势，故其同周期元素中，第一电离能最大的是Ar。氯元素的含氧酸中，酸性最强的是HClO4，该酸根离子中氯原子为sp3杂化，没有孤电子对，立体构型为正四面体。(3)①根据晶胞结构利用均摊法分析，每个晶胞中含有铜原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl；则1 mol晶胞中含有4 mol CuCl，1 mol 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 g·cm－3或 g·cm－3。②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu＋被氧化为Cu2＋，故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]2＋。
答案：(1)金属晶体 金属键 12
(2)1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5) Ar HClO4 正四面体
(3)①CuCl
②Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) [Cu(NH3)4]2＋
[学生用书P323(单独成册)]
一、选择题
1．下列说法中正确的是( )
A．离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子
B．金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动
C．分子晶体的熔、沸点很低，常温下都呈液态或气态
D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合
解析：选D。A项，离子晶体中每个离子周围不一定吸引6个带相反电荷的离子，如CsCl晶体中每个Cs＋吸引8个Cl－；B项，金属晶体中的自由电子不是因为外电场作用产生的；C项，分子晶体不一定是液态或气态，可能为固态，如I2、S8等。
2．下列晶体分类中正确的一组是( )
选项
离子晶体
原子晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
解析：选C。A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。
3．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子
解析：选B。氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，每个Na＋周围距离相等且最近的Cl－共有6个。
4．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是( )
A．AlON和石英的化学键类型相同
B．AlON和石英晶体类型相同
C．AlON和Al2O3的化学键类型不同
D．AlON和Al2O3晶体类型相同
解析：选D。AlON与石英(SiO2)均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A、B项正确；Al2O3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C项正确、D项错误。
5．如图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是( )
A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构
B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子
C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体
D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力
解析：选A。在立方体的顶面上，有5个I2，4个方向相同，结合其他面考虑可知A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；此晶体是分子晶体，C选项错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D选项错误。
6．下列数据是对应物质的熔点(℃)：
BCl3
Al2O3
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
干冰
SiO2
－107
2 073
920
801
1 291
190
－57
1 723
据此做出的下列判断中错误的是( )
A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
解析：选B。A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，表中只有BCl3、AlCl3和干冰是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。
7．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6
B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价
C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价
D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个
解析：选C。由题图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数：4×＝，同样可推出含Fe3＋个数也为，CN－为12×＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故A、B两项正确，C项错误。由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个，故D项正确。
8．下列关于CaF2的表述正确的是( )
A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用
B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2
C．阴、阳离子数之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同
D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电
解析：选D。Ca2＋与F－之间既有静电吸引作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷相同，F－的离子半径小于Cl－，所以CaF2晶体的晶格能大，熔点高，B错误；晶体构型还与离子的大小有关，所以阴、阳离子数之比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，在熔融状态下发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。
二、非选择题
9．如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题。
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－的个数为 。图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为 。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是 ，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为 。
(3)三种晶体中熔点最低的是 (填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为 。
(4)已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8 cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为
。
解析：(1)CaF2晶体中Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋和F－个数比为1∶2；铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层的1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。(2)图Ⅱ中B原子最外层三个电子形成三条共价键，最外层共6个电子，H原子达到2电子稳定结构，只有O原子形成两条共价键达到8电子稳定结构。H3BO3晶体是分子晶体，相互之间通过氢键相连，每个B原子形成三条B—O极性键，每个O原子形成一条O—H极性键，共六条极性键。(3)H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，受热熔化时克服的是分子间作用力。(4)一个CaF2晶胞中实际拥有的离子数：阳离子数为8×1/8＋6×1/2＝4，而阴离子为8个，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”，则CaF2晶体的密度为4×78 g·mol－1÷[(a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝ g·cm－3。
答案：(1)8 12
(2)O 1∶6
(3)H3BO3 分子间作用力
(4) g·cm－3
10．(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是 。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的 ，而Cl－位于该晶胞的 ，Cs＋的配位数是 。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式： 。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是 (填离子符号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/kJ·mol－1
786
715
3 401
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是 。
其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有 个。
解析：(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，粒子个数比为1∶1，化学式为CuH，＋1价的铜与－1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl2和HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
答案：(1)2 体心 顶点 8
(2)2CuH＋3Cl22CuCl2＋2HCl
(3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
11．碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图：
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 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 、 。
(3)C60属于 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碳碳间的 共价键(填键的类型，下同)，而石墨层内的碳碳间不仅存在 共价键，还有 键。
(5)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)。
解析：C60为分子晶体，金刚石为原子晶体，石墨为混合型晶体，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，所以石墨烯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确定在晶胞中的碳原子数目，碳原子数目为8×1/8＋6×1/2＋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·(a)＝2r，则r＝a；然后可以确定碳原子的空间占有率为(8×πr3)/a3。
答案：(1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子
(4)σ σ π(或大π或pp π)
(5)8
12．(2015·高考全国卷Ⅱ)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：
(1)四种元素中电负性最大的是 (填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为 。
(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是 (填分子式)，原因是 ；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为 和 。
(3)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为 ，中心原子的杂化轨道类型为 。
(4)化合物D2A的立体构型为 ，中心原子的价层电子对数为 ，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为
。
(5)A和B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A原子的配位数为 ；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)： 。
解析：C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C为P元素。A、B的原子序数小于C，且A2－和B＋具有相同的电子构型，则A为O元素，B为Na元素。C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素。
(1)O、Na、P和Cl四种元素中，O元素的电负性最大。P原子核外有15个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。
(2)O元素形成O2 和O3 两种同素异形体，固态时均形成分子晶体，而分子晶体中，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点越高，故O3 的沸点高于O2。O元素形成的氢化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶体。Na元素形成的氢化物为NaH，属于离子晶体。
(3)P和Cl元素形成的组成比为1∶3 的化合物E为PCl3，中心原子P形成3个σ键且含有1对未成键的孤电子对，故P原子采取sp3杂化，分子构型为三角锥形。
(4)化合物D2A为Cl2O，其中O原子形成2个σ键且含有2对未成键的孤电子对，则O原子采取sp3杂化，故Cl2O为V形结构，中心原子O的价层电子对数为4。Cl2与湿润的Na2CO3 反应可生成Cl2O，据氧化还原反应规律可知，还生成还原产物NaCl，反应的化学方程式为2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===2NaCl＋Cl2O＋2NaHCO3或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl。
(5)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＝2.27 g·cm－3。
答案：(1)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
(2)O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 分子晶体 离子晶体
(3)三角锥形 sp3
(4)V形 4 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl)
(5)Na2O 8
＝2.27 g·cm－3
13．(2017·高考海南卷)ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为 ，原子间存在的共价键类型有 ，碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)SiCl4分子的中心原子的价层电子对数为 ，分子的立体构型为 ，属于 分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是
。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性 、共价性 。(填“增强”“不变”或“减弱”)
(4)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图(c)所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为 ；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密度为 g·cm－3。
解析：(1)该单质为石墨，石墨属于混合型晶体，层内碳原子之间形成σ键和π键；石墨中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2。(2)SiCl4中心原子是Si，有4个σ键，孤电子对数为(4－4×1)/2＝0，价层电子对数为4，立体构型为正四面体；属于非极性分子。(3)①SiX4属于分子晶体，不含分子间氢键，范德华力越大，熔、沸点越高，范德华力随着相对分子质量的增大而增大，即熔、沸点升高；②根据题图中PbX2熔点变化规律可知，PbX2中化学键的离子性减弱，共价性增强。(4)根据晶胞的结构，C60位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，K位于棱上和内部，个数为12×＋9＝12，因此化学式为K3C60，晶胞的质量为g，晶胞的体积为(1.4×10－7)3 cm3，根据密度的定义，则晶胞的密度为2.0 g·cm－3。
答案：(1)混合型晶体 σ键、π键 sp2
(2)4 正四面体 非极性
(3)①均为分子晶体，范德华力随分子相对质量增大而增大 ②减弱 增强
(4)K3C60 2.0
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