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第36讲 晶体结构与性质-2022年高考化学一轮复习名师精讲练
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这是一份第36讲 晶体结构与性质-2022年高考化学一轮复习名师精讲练，共27页。
第36讲 晶体结构与性质
【知识梳理】
一、晶体的结构
1．晶体：
（1）晶体的定义：微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
（2）晶体的特性：有规则的几何外形（自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的、规则的多面体外形）；有确定的熔点；各向异性：在不同的方向上表现不同的性质；具有特定的对称性。
2. 晶胞：由于晶体中的微粒排列呈现周期性，因此研究晶体结构时只需找出最小的重复单元加以分析，就知道整个晶体的结构了。
（1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。
（2）晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。
（3）均摊法求化学式：均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。若某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有1/N属于此晶胞。以正方体晶胞为例，晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献为：顶点原子1/8属于此晶胞、棱上原子1/4属于此晶胞、面上原子1/2属于此晶胞、体内原子完全属于此晶胞。
（4）有关晶胞各物理量的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
3.晶体的结构：在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，由于金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其他原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定----即排列服从紧密堆积原理；对原子晶体，受共价键的方向性和饱和性的影响，其空间排列与方向性一致。
（1）金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
①金属Po（钋）中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为6，一个晶胞中含有1个原子。
②金属Na、K、Cr、Mo（钼）、W等中金属原子堆积方式是体心立方堆积，原子的配位数为8，一个晶胞中含有2个原子。
③金属Mg、Zn、Ti等中金属原子堆积方式是六方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有2个原子。
④金属Au、Ag、Cu、Al等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有4个原子。
（2）离子晶体：阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。
①NaCl晶体：晶胞中每个Na+周围吸引着6个Cl－，这些Cl－构成的几何图形是正八面体，每个Cl－周围吸引着6个Na+，Na+、Cl－个数比为1：1，每个Na+与12个Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有4个Na+和4个Cl－。（绿色为Cl-，桔黄色为Na+）
②CsCl晶体：晶胞中每个Cl—（或Cs+）周围与之最接近且距离相等的Cs+（或Cl—）共有8个，这几个Cs+（或Cl—）在空间构成的几何构型为立方体，在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有6个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有1个Cs+和1个Cl— 。（绿色为Cl-，黑色为Cs+）
③ZnS晶体：晶胞中S2-以面心立方堆积，Zn2+占据S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面体空隙。每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有4个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有4个。一个ZnS晶胞中含有4个Zn2+和4个S2-。（棕色为Zn2+，黑色为S2-）
（3）原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。
①金刚石：晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；每个最小环含有1/2个C原子。
②SiO2：晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与Si—O键个数比为1：4，O原子与Si—O键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。
（4）分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。干冰属于分子晶体，晶胞中每个CO2分子周围最近且等距离的CO2有12个，1个晶胞中含有4个CO2。
（5）石墨属于过渡性晶体。是分层的平面网状结构，层内C原子以共价键与周围的3个C原子结合，层间为范德华力。晶体中每个C原子被3个六边形共用,平均每个环占有2个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数和碳碳单键数之比为2：3。
例题1、（1）Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。
（2）下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。
（3）已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。
(4)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，下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________。
(5)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
（6）Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，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)
（7）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－的最短距离为________ cm(阿伏加德罗常数用NA表示 ，只写出计算式)。
（8）用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如下图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
（9）Na和O能够形成化合物，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，化合物的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3 )_____。
（10）下图所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，已知，两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8 cm，计算CaF2晶体的密度为________________。
（11）Cu（）与Cl（）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)
（12）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)。
二、晶体的性质
1．四种晶体类型的比较
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
组成微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属离子和自由电子
微粒间作用力
离子键
共价键
分子间作用力
金属键
熔沸点
较高
高
低
不同金属差别很大
硬度
较大
大
小
不同金属差别很大
导电性
水溶液及熔融
时导电
一般为非导体，
非导体，在水溶液中可能导电
导体
实例
NaCl、NH4Cl、
CaO、BaSO4
金刚石、晶体硅、SiO2、金刚砂SiC
He、CO2、HCl、
H2O、NH3
Fe、Cu、Al
2. 晶体类型的判断方法
（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，即范德华力；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）依据物质的类别判断：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；大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。
（3）依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度；原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。
（4）依据导电性判断：离子晶体水溶液及熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。
（5）依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
3.晶体熔沸点的比较方法：
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较：
①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：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)同种晶体类型熔、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：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。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：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；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；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；同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
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。
例题2、（1）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，下图为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）。③GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________。
（2）单质铜及镍都是由______键形成的晶体。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。
③第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下：
BeCO3
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
分解温度
100 ℃
540 ℃
960 ℃
1 289 ℃
1 360 ℃
分解温度为什么越来越高？ _______________________。
（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如左图所示。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_____。甲烷晶体的晶胞如右图所示，该晶胞中含有 个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________。
（4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，如图是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构示意图，该合金储氢后，含1 mol La的合金可吸附H2的数目为 。
（5）一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中金原子位于顶点，铜原子位于面心，则该合金中金原子（Au）与铜原子（Cu）个数比为 ；若该晶体的晶胞棱长为a pm，则该合金密度为 g/cm3。（列出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为NA）
（6）砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少。已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示，其晶胞边长为c pm，则密度为 g·cm－3（用含c的式子表示，设NA为阿伏加德罗常数的值），a位置As原子与b位置As原子之间的距离为 pm（用含c的式子表示）。
(7)碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石 ④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是________(填序号)。
(8)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为________。
②继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是_________。
(9)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是______。SiC晶体和晶体Si的熔沸点高低顺序是________。
(10)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是_______________。Na、M、Ca 三种晶体共同的物理性质是______(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(11)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是________(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为a pm，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________ mol－1(用含a、ρ的代数式表示)。
(12)FeO、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同，其中Fe2＋与Ni2＋的离子半径分别为7.8×10－2 nm、6.9×10－2 nm，则熔点FeO___(填“＜”、“＞”或“＝”)NiO，原因是_____________。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为________ cm(用含a的代数式表示)。
【课时练习】
1．下列关于晶体的说法中，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 ④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小 ⑤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 ⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 ⑦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．②③⑦
2．下列有关说法不正确的是( )
A．水合铜离子的模型如图所示，1个水合铜离子中有4个配位键
B．CaF2晶体的晶胞如图所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋
C．H原子的电子云图如图所示，H原子核外的大多数电子在原子核附近运动
D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图所示，该金属晶体为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12
3．关于下列四种金属堆积模型的说法正确的是( )
A．图1和图4为非密置层堆积,图2和图3为密置层堆积
B．图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积
C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4
D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%
4．已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体，在该晶体中每个顶角各有1个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得25℃时干冰晶体的晶胞边长为acm，其摩尔质量为Mg/mol，则该干冰晶体的密度为(单位：g/cm3)
A． B． C． D．
5．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． B． C． D．
6．CaTiO3的晶体结构模型(图中Ca2＋、O2－、Ti4＋分别位于立方体的体心、面心和顶角，下列关于晶体的说法，一定正确的是( )。
A．分子晶体中都存在共价键
B．如上图，CaTiO3晶体中每个Ti4＋和12个O2－相紧邻
C．SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合
D．金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
7．下图为甲烷晶体的晶胞结构，下列有关说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球体只代表一个碳原子
B．晶体中1个分子有12个紧邻的甲烷分子
C．晶体熔化时需克服共价键
D．一个甲烷晶胞中含有8个分子
8．有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．在图1晶体中，距粒子B最近且等距的粒子A有6个
B．在CO2晶体中，每个晶胞平均占有12个原子
C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
9．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价，部分为-2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O2-
B．晶体中每个K＋周围有8个O2-，每个O2-周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个
10．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为( )
A． B． C． D．
11．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。氧化镍原子分数坐标参数A为（0，0，0），B为（1，1，1），则C的坐标参数为
A．（，，） B．（1，1， ） C．（，1， ） D．（1，，）
12．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示（假设金属的摩尔质量为Xg•mol-1,金属原子半径为rcm,用NA表示阿伏加德罗常数的值）。有关说法正确的是
A．③和④中原子的配位数分别为6、12
B．金属Zn采用②堆积方式
C．①中空间利用率的表达式为：×100%
D．对于采用②堆积方式的金属，实验测得Wg该金属的体积为Vcm3,则阿伏加德罗常数NA的表达式为
13．前四周期原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A、B位于同一周期且相邻，A元素原子有三个能级，且每个能级上的电子数相等；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，基态C、F原子的价层电子中未成对电子数均为1，且C、F原子的电子数相差10，基态D、E原子的价层电子中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差2。
（1）六种元素中第一电离能最小的是__（填元素符号，下同），电负性最大的是_________。
（2）A、B、C、D四种元素形成的一种配合物，易溶于水，可以检验Fe2+离子，离子方程式为：_______； 1 mol该配合物中，含有的σ键和π键的数目比为____；该配合物晶体中各种微粒间的作用力不涉及____（填字母）。
a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键 e.氢键 f.分子间作用力
（3）E2+的价层电子排布图为____；
（4）金属C、F晶体的晶胞结构如图所示（请先判断对应的图），C、F两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为____。金属C的晶胞中，若设该晶胞的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，C原子的摩尔质量为M g· mol-1，则C原子的半径为____（用含a、M、NA的代数式表示）。
14．2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰三位科学家，以表彰他们对锂离子电池的研究。
(1)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是______，中心原子的杂化形式为___，与阴离子互为等电子体的一种分子为_________
(2)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。
可知Li原子的第一电离能为____kJ·mol-1，O=O键键能为_____kJ·mol-1，Li2O晶格能为_____kJ·mol-1
(3)硼和锂同周期，B原子核外有__种不同运动状态的电子。基态B原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为____。晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如下图)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由___个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有____种不同类型
(4)锰的化合物也广泛应用于电池，基态锰原子的核外电子排布式为____，MnO的熔点(1650 ℃)比MnS的熔点(1610 ℃)高的原因是_________，含锰的一种磁性材料的单晶胞结构如图：
该晶胞中碳原子的原子坐标为_________
15．空气明朝《天工开物》中有世界上最早的“火法”炼锌技术的记载，锌是生命体必需的微量元素，被称为“生命之花”。(已知阿伏加德罗常数的值为NA)
(1)基态原子核外的最高能层符号是________，基态最外层电子排布式为________。
(2)乳酸锌[]是一种很好的食品锌强化剂，其中存在的作用力有________(填编号)。乳酸锌中含有________个σ键。
A．离子键 B．极性共价键 C．金属键 D．配位键 E.范德华力
(3)一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，结构简式如图所示。其中所涉及的非金属元素的电负性由大到小的顺序是________，分子的空间构型为________形，的配位数为________。甘氨酸()中N原子的杂化轨道类型为________；甘氨酸易溶于水，试从结构角度解释________。
(4)Zn与S形成某种化合物的晶胞如图所示。
①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。例如图中原子1的坐标为，则原子2的坐标为________。
②已知晶体密度为，半径为，若要使、相切，则半径为________(写计算表达式)。
16．2019年10月9日诺贝尔化学奖授予对锂电池方面研究有贡献的三位科学家。磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应式：。磷酸亚铁锂（）可用作锂离子电池正极材料，文献报道可采用、、和苯胺等作为原料制备。
（1）基态P原子核外电子排布式为_________。
（2）该电池总反应中涉及第二周期的元素的第一电离能由大到小的顺序是___________（用元素符号表示）。
（3）和中的铁元素显、价，请从原子结构角度解释为何能显、价________。
（4）苯胺（）与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（℃）、沸点（110.6℃），原因是____________________。
（5）中，的空间构型为_______。与互为等电子体的分子或离子有_______（写两种），中磷原子杂化轨道类型为__________。
（6）锂晶体为型密堆积即体心立方结构（见图），晶胞中锂的配位数为________。若晶胞边长为，则锂原子的半径r为________。
参考答案
例题1、（1）CuH（2）＋3价（3）5(4)MgB2 (5)BO（6）×1010（7） （8）12 × ≈1.27×10－8（9）Na2O 8 ≈2.27 g·cm－3（10）8 g·cm－3（11）CuCl 或（12）8 ＝
【解析】（1）根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H()：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。（2）晶胞中Q、R、G的个数为：R有8×＋1＝2，G有8×＋8×＋4×＋2＝8，Q有8×＋2＝4，则R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。（3）晶胞中La、Ni的个数为： La有2×＋12×＝3，Ni有12×＋6×＋6＝15，化学式为LaNi5，所以n＝5。(4)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。(5)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＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。（6）设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu：8×＋6×＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)， x＝。最短距离为小立方体体对角线的一半，小立方体的体对角线为 ＝x。所以最短距离为x·＝·×1010 pm。（7）晶胞中，个数为8×＋6×＝4，○个数为8，其个数之比为1∶2，所以代表S2－，○代表Na＋。设晶胞边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×78a＝ ，面对角线为× cm，面对角线的为× cm，边长的为× cm，所以其最短距离为
cm＝ cm。（8）设晶胞的边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×64，a＝ ，面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径，r＝× cm≈1.27×10－8cm。（9）根据化合物的晶胞结构，利用均摊法可计算出氧原子个数：N(O)＝8×＋6×＝4，钠原子全部在晶胞内，N(Na)＝8，因此化学式为Na2O；以顶角氧原子为中心，与氧原子距离最近且等距离的钠原子有8个，即晶胞中Na原子的配位数为8；晶胞参数即晶胞的棱长a＝0.566 nm，晶体的密度ρ＝＝≈2.27 g·cm－3。（10）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∶2，一个晶胞中实际拥有的Ca2＋为8×＋6×＝4，F－为8个，晶胞顶点及六个面上的离子为Ca2＋，晶胞内部的离子为F－，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”。则CaF2晶体的密度：4×78 g·mol－1÷[(a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝ g·cm－3。
（11）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，此晶体的密度为或 g·cm－3。（12）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，晶胞中C原子数目为4＋6×＋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就是C—C键的键长，即a＝2r，所以r＝a，碳原子在晶胞中的空间占有率w＝＝＝。
例题2、（1）①(，，)；②③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高（2）金属；①3:1；②③阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强（3）原子晶体；共价键 ；4甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小（4）3 mol （5）1∶3 （6） c(7)③④①②⑥⑤
(8)①3∶1②结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60>N60>C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60(9)sp3 共价键 SiC＞Si(10)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大 ①②③④(11)b ×1030(12)＜ FeO和NiO相比，阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以FeO晶格能小，熔点低
【解析】（1）①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，，)；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3；③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。（2）铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×1/2=3，镍原子的个数为8×1/8=1，则铜和镍原子的数量比为3：1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为d g/cm3，根据ρ=m÷V，则晶胞参数a=nm；③在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρ g·cm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为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×100%＝；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体。（4）由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有8×＝1，Ni位于面心和体心，共含有8×＋1＝5，H2位于棱上和面心，共有8×＋2×＝3，则含1 mol La的合金可吸附H2的物质的量为3 mol；（5）在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数＝8×＝1，Cu原子个数＝6×＝3，所以该合金中Au原子与Cu原子个数之比＝1∶3，晶胞体积V＝（a×10－10cm）3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，晶胞质量为 g，则晶胞密度ρ＝ g÷（a×10－10cm）3＝ g·cm－3；（6）晶胞中Ga原子数为6×＋8×＝4，As原子数为4，则ρ＝＝＝ g·cm－3；a位置As原子与b位置As原子之间的距离为晶胞立方体体对角线的一半，则两原子之间的距离为＝c （pm）。(7)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si碳化硅>晶体硅。(7)①K处于晶胞表面：12×＝6，C60处于晶胞顶点和体心：8×＋1＝2。故K原子和C60分子的个数比为：6∶2＝3∶1。②熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。(9)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si，所以熔点碳化硅＞晶体硅。(10)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。Na、Mg、Ca三种晶体均为金属晶体，金属晶体都有金属光泽，都能导电、导热，都具有一定的延展性。(11)a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”，1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”，则“花球”与“白球”的个数比为1∶2；同理可分析b图，其中“花球”与“白球”的个数比为1∶3，则b图所表示的物质的化学式为AX3。根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子，所以1 mol该晶胞含4 mol铜原子，1 mol 该晶胞的体积是NA(a×10－10)3 cm3，则有10－30 ρNAa3＝4 mol×64 g·mol－1。(12)离子晶体熔、沸点与晶格能成正比，晶格能与离子比较成反比、与电荷成正比。P原子与B原子的最近距离为a cm，为晶胞体对角线长的，晶胞体对角线长等于棱长的倍，则晶胞棱长 cm＝ cm。
【课时练习】
1．D【解析】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，故①正确；②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；③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；④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小，故④正确；⑤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，故⑤正确；⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故⑥正确；⑦干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6，故⑦错误；因此②③⑦错误；故D错误。
综上所述，答案为D。
2．C【解析】A. 如图所示，铜离子与4个水分子结合，所以1个水合铜离子中有4个配位键，故A正确；
B. 晶胞中Ca2＋处于晶胞的顶点和面心，则每个CaF2晶胞中Ca2＋数为8×1/8+6×1/2=4，故B正确；
C. H原子外只有一个电子，在原子核附近运动，故C错误；
D. 在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，故D正确；
故选C。
3．D【解析】A.图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，A项错误；
B.图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，B项错误；
C.图1~图4每个晶胞所含有的原子数（利用均摊法计算）分别为1、2、4、2。C项错误；
D.图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%。D项正确；答案选D。
4．D【解析】每个顶点上的二氧化碳分子被8个晶胞共用，每个面心上的二氧化碳分子被两个晶胞共用，所以该晶胞中二氧化碳分子个数=8×+6×=4，ρ=== g/(cm)3，故D正确；答案为D。
5．D【解析】在Fe0.95O中，设Fe3+为x个，Fe2+为y个，则根据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=0.1，y=0.85，所以该物质的化学式为Fe2+0.85Fe3+0.10O，选项D符合题意。
故答案：D。
6．B【解析】稀有气体属于分子晶体，但稀有气体不含化学键，故A错误；在题目所给晶体结构模型中每个Ti4+周围有3个O2-与之相邻，用均摊法不难求得晶体中每个Ti4+离子周围共有：个O2-，故B正确；在SiO2晶体中Si、O以单键相结合，因此每个硅原子与4个氧原子结合，C错误；金属汞的熔点比I2、蔗糖等的熔点都低，D错误。
【点睛】
本题考查了晶体类型，本题要掌握的是SiO2是原子晶体，晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合，是四个氧原子，而不是两个。
7．B【解析】A．晶胞中的球体代表的是1个甲烷分子，并不是1个碳原子，A选项错误；
B．以该甲烷晶胞为单元，位于顶点的某1个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在面心上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12个，B选项正确；
C．甲烷构成的晶体是分子晶体，熔化时需克服范德华力，C选项错误；
D．甲烷晶胞属于面心立方晶胞，甲烷晶胞中的球体代表1个甲烷分子,该晶胞含有甲烷的分子个数为8×+6×=4，D选项错误；
答案选B。
8．D【解析】A．根据图示，中距粒子B最近且等距的粒子A有6个(红圈标出的6个A)，故A正确；
B．根据均摊原则，每个晶胞平均占用二氧化碳分子数是，CO2晶体中，每个晶胞平均占有12个原子，故B正确；
C．在金刚石晶体中，1个碳原子形成4个碳碳键，每个碳碳键被2个碳原子共用，所以碳原子与碳碳键个数的比为1∶2，故C正确；
D．是1个分子，该气态团簇分子中有4个E、4个F，所以分子式为E4F4或F4E4，故D错误；
选D。
9．A【解析】A. 晶胞中所含K+的个数为=4，所含O的个数为=4，K+和O的个数比为1：1，所以超氧化钾的化学式为KO2，故A正确；
B. 晶体中每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，故B错误；
C. 晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，故C错误；
D. 晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，故D错误；
故合理选项为A。
10．B【解析】面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶体为面心立方最密堆积，则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 =r cm，每个金晶胞中含有4个原子，则金原子总体积为，金晶胞体积为，故空间利用率为。
故选B。
11．D【解析】由氧化镍原子分数坐标参数A为（0，0，0）和B为（1，1，1）可知，晶胞的边长为1，由晶胞结构可知，C点位于右侧正方形的的面心，则C的坐标参数为（1，，），故选D。
12．C【解析】A．根据晶胞图示分析可知，③为六方最密堆积，④为面心立法最密堆积，配位数均为12，A错误；
B．金属Zn为六方最密堆积，因此Zn采用③堆积方式，B错误；
C．①为简单立方堆积，原子半径为r，则其晶胞参数a=2r，一个晶胞中含有的原子个数为，则原子的体积为，则其空间利用率为×100%，C正确；
D．②为体心立方堆积，金属原子半径与正方体边长的关系，根据晶胞的模型，晶胞中含有金属原子的个数为8×+1=2，因此该晶胞的质量为=，边长与金属半径的关系是边长=，即晶胞的体积为cm3，即有，推出阿伏加德罗常数为，故D错误；
答案选C。
13．（1）K；N（2）3Fe2++2[Fe(CN)6]3-＝Fe3[Fe(CN)6]2；1：1；def（3）（4）2∶3；cm
【解析】已知A、B、C、D、E、F是前四周期原子序数依次增大的六种元素，A、B属于同一短周期元素且相邻，A元素原子有三个能级，且每个能级上的电子数相等，则A为C，B为N；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，基态C、F原子的价电子层中未成对电子均为1个，且C、F原子的电子数相差为10，则C为K，F为Cu；基态D、E原子的价电子层中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差为2，则D、E价电子排布分别为3d64s2、3d84s2，故D为Fe、E为Ni。综上所述，A为C，B为N，C为K，D为Fe，E为Ni，F为Cu。
(1)根据上述分析：六种元素中K的金属性最强，故第一电离能最小；N的电负性最大。
(2)根据上述分析：A为C，B为N，C为K，D为Fe，A、B、C、D四种元素形成的一种配合物的化学式为K[Fe(CN)6]，易溶于水，可以检验Fe2+离子，其离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2；在配合物Fe(CN)63-中，CN-与铁离子之间有6个配位键，在每个CN-内部有一个共价键，所以1mol该配合物中含有σ键的数目为12NA，CN-与氮气互为等电子体，CN-中存在C≡N键，故1molCN-中含有π键的数目为2NA，所以1 molK[Fe(CN)6]该配合物中，含有的σ键和π键的数目比为：1:1；黄血盐晶体中各种微粒间的作用力涉及离子键、共价键、配位键，不涉及金属键、氢键和分子间的作用力，故选def项；故答案：3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2；1:1；def；
(3)根据上述分析：Ni2+的价层电子排布图为，故答案：；
(4)根据上述分析：C为K，F为Cu，金属K晶体为体心立方堆积，晶胞结构为右图，晶胞中K原子配位数为8；金属Cu晶体为面心立方最密堆积，晶胞结构为左图，晶胞中Cu原子配位数为12，故两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为8:12=2:3，金属K晶体的晶胞中，K原子数目=1+8=2；K原子的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，则晶胞的质量m=g，设该晶胞的密度为ag/cm3，则晶胞体积V==cm3，晶胞棱长=cm，设K原子的半径为r，则晶胞体对角线长度=4r，故＝4r，解得r=，故答案：2∶3；cm。
14．（1）正四面体形；sp3；CH4(或SiH4等其他合理答案)（2）520；498；2908（3）5；哑铃形(或纺锤形)；12；3；1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2（4）MnO的晶格能更大；(,,)
【解析】 (1)LiAlH4中的阴离子为AlH，中心Al原子的价层电子对数为=4，不含孤电子对，所以空间构型为正四面体形，杂化方式为sp3杂化；原子总数相同，价电子总数也相同的分子、离子或基团互为等电子体，所以AlH的等电子体有CH4(或SiH4等其他合理答案)；
(2)Li原子的第一电离能为气态基态Li原子失去1个电子形成气态基态正一价阳离子所需要的能量，据图可知其第一电离能为kJ/mol=520kJ/mol；O=O键键能为1mol气态氧分子解离为气态氧原子所需的能量，据图可知其键能为2×249kJ/mol=498kJ/mol；晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，所以其晶格能为2908kJ/mol；
(3)B元素为5号元素，原子核外有5个电子，每个电子的运动状态各不相同，所以有5种不同运动状态的电子；基态B原子中，能量最高的电子所占据的能级为2p能级，其轨道形状为哑铃形(或纺锤形)；根据晶胞结构示意图可知每个B原子被5个面共用，每个面上有3个B原子，共有20个面，所以每一个此基本结构单元由=12个B原子构成；若该分子中有2个原子为10B(其余为11B)，从两个10B原子的位置考虑，该分子中所有B原子所处环境完全相同，所以有3种不同类型，如图(数字代表另一个10B)；
(4)锰元素为25号元素，基态原子核外有25个电子，所以基态锰原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2；氧离子的半径比硫离子的半径要小，所以MnO的晶格能更大，熔点更高；据图可知A为坐标原点，根据B的坐标可知晶胞棱长为1，C原子位于体心，所以坐标为(,,)。
15．（1）N；（2）AB；20NA（3）O＞N＞C＞H；V；5；；甘氨酸为极性分子，且分子中的氨基和羧基都能与水分子形成氢键(4)①②
【解析】 (1) 锌是30号元素，位于第四周期，共有四层电子，基态原子核外的最高能层符号是N，锌的核外电子排布式为，基态最外层电子排布式为；
(2)乳酸锌[]属于离子化合物，分子中含有乳酸根离子和锌离子以离子键结合，乳酸分子中存在碳碳之间，碳氢之间，碳氧之间，氢氧之间的极性键，故乳酸锌分子中存在的作用力有离子键和极性共价键，一个乳酸分子中含有10个σ键和一个π键，故乳酸锌中含有个20mol σ键，故含有20NA个σ键；
(3)一水合甘氨酸锌中所涉及的非金属元素有C. O、N、H元素，元素的非金属性越强，其电负性越大，非金属性大小顺序为O＞N＞C＞H，则电负性大小顺序为O＞N＞C＞H；分子中氧形成了两对共用电子对，剩余2对孤对电子，价层电子对为4对，VSEPR模型为四面体型，分子的立体构型减去孤对电子，的空间构型为V形；从一水合甘氨酸锌的结构简式可看出Zn2+的配原子为O、N原子，根据图知，一水合甘氨酸锌中Zn2+的配位数为5；甘氨酸()中N原子的成键电子对数为3对，孤对电子对为一对，价层电子对数为4对，杂化轨道类型为杂化；甘氨酸为极性分子，且氨基和羧基都能和水分子形成分子间氢键，导致甘氨酸易溶于水；
(4)①原子1的坐标为，原子2在左侧的面心上，则原子2的坐标为；
②已知晶体密度为，锌离子的个数为8×+6×=4，硫离子位于体心，个数为4，硫离子的个数为晶胞参数=pm=pm=pm，若要使、相切，则其体对角线长度为2个锌离子直径与2个硫离子直径之和，其体对角线长度=×pm，S2−半径为apm，Zn2+半径==(×-a)pm。
16．（1）1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3（2）O＞C＞Li（3）Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价（4）苯胺分子之间存在氢键（5）正四面体；CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；sp3（6）8；a
【解析】 (1)P为15号元素，其原子核外有15个电子，根据构造原理，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3，故答案为：1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3；
(2)该电池总反应中涉及第二周期的元素有Li、C、O元素，同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素，Li、C、O元素分别位于第IA族、第IVA族、第VIA族，所以第一电离能大小顺序是O＞C＞Li，故答案为：O＞C＞Li；
(3)Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价，所以Fe元素能显示+2、+3价，故答案为：Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价；
(4)能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，苯胺分子之间存在氢键，甲苯分子之间不能形成氢键，所以苯胺的熔沸点比甲苯高，故答案为：苯胺分子之间存在氢键；
(5)NH4H2PO4中，NH4+中N原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，N原子杂化轨道类型为sp3，空间构型为正四面体；与PO43-互为等电子体的分子或离子中含有5个原子、价电子数是24，符合条件的微粒有CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；PO43-中磷原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，P原子杂化轨道类型为sp3；故答案为：正四面体； CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；sp3；
(6)根据图示，晶胞中体心的锂原子与顶点的8个锂原子距离相等且最小，锂的配位数为8；若晶胞边长为a pm，该晶胞体对角线长度=apm，该晶胞中体对角线上3个原子紧密相邻，即Li原子半径的4倍为其体对角线长度，则锂原子半径=apm，故答案为：8；a。
第36讲 晶体结构与性质
【知识梳理】
一、晶体的结构
1．晶体：
（1）晶体的定义：微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
（2）晶体的特性：有规则的几何外形（自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的、规则的多面体外形）；有确定的熔点；各向异性：在不同的方向上表现不同的性质；具有特定的对称性。
2. 晶胞：由于晶体中的微粒排列呈现周期性，因此研究晶体结构时只需找出最小的重复单元加以分析，就知道整个晶体的结构了。
（1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。
（2）晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。
（3）均摊法求化学式：均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。若某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有1/N属于此晶胞。以正方体晶胞为例，晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献为：顶点原子1/8属于此晶胞、棱上原子1/4属于此晶胞、面上原子1/2属于此晶胞、体内原子完全属于此晶胞。
（4）有关晶胞各物理量的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
3.晶体的结构：在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，由于金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其他原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定----即排列服从紧密堆积原理；对原子晶体，受共价键的方向性和饱和性的影响，其空间排列与方向性一致。
（1）金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
①金属Po（钋）中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为6，一个晶胞中含有1个原子。
②金属Na、K、Cr、Mo（钼）、W等中金属原子堆积方式是体心立方堆积，原子的配位数为8，一个晶胞中含有2个原子。
③金属Mg、Zn、Ti等中金属原子堆积方式是六方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有2个原子。
④金属Au、Ag、Cu、Al等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有4个原子。
（2）离子晶体：阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。
①NaCl晶体：晶胞中每个Na+周围吸引着6个Cl－，这些Cl－构成的几何图形是正八面体，每个Cl－周围吸引着6个Na+，Na+、Cl－个数比为1：1，每个Na+与12个Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有4个Na+和4个Cl－。（绿色为Cl-，桔黄色为Na+）
②CsCl晶体：晶胞中每个Cl—（或Cs+）周围与之最接近且距离相等的Cs+（或Cl—）共有8个，这几个Cs+（或Cl—）在空间构成的几何构型为立方体，在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有6个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有1个Cs+和1个Cl— 。（绿色为Cl-，黑色为Cs+）
③ZnS晶体：晶胞中S2-以面心立方堆积，Zn2+占据S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面体空隙。每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有4个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有4个。一个ZnS晶胞中含有4个Zn2+和4个S2-。（棕色为Zn2+，黑色为S2-）
（3）原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。
①金刚石：晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；每个最小环含有1/2个C原子。
②SiO2：晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与Si—O键个数比为1：4，O原子与Si—O键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。
（4）分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。干冰属于分子晶体，晶胞中每个CO2分子周围最近且等距离的CO2有12个，1个晶胞中含有4个CO2。
（5）石墨属于过渡性晶体。是分层的平面网状结构，层内C原子以共价键与周围的3个C原子结合，层间为范德华力。晶体中每个C原子被3个六边形共用,平均每个环占有2个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数和碳碳单键数之比为2：3。
例题1、（1）Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。
（2）下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。
（3）已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。
(4)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，下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________。
(5)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
（6）Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，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)
（7）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－的最短距离为________ cm(阿伏加德罗常数用NA表示 ，只写出计算式)。
（8）用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如下图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
（9）Na和O能够形成化合物，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，化合物的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3 )_____。
（10）下图所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，已知，两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8 cm，计算CaF2晶体的密度为________________。
（11）Cu（）与Cl（）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)
（12）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)。
二、晶体的性质
1．四种晶体类型的比较
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
组成微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属离子和自由电子
微粒间作用力
离子键
共价键
分子间作用力
金属键
熔沸点
较高
高
低
不同金属差别很大
硬度
较大
大
小
不同金属差别很大
导电性
水溶液及熔融
时导电
一般为非导体，
非导体，在水溶液中可能导电
导体
实例
NaCl、NH4Cl、
CaO、BaSO4
金刚石、晶体硅、SiO2、金刚砂SiC
He、CO2、HCl、
H2O、NH3
Fe、Cu、Al
2. 晶体类型的判断方法
（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，即范德华力；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）依据物质的类别判断：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；大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。
（3）依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度；原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。
（4）依据导电性判断：离子晶体水溶液及熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。
（5）依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
3.晶体熔沸点的比较方法：
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较：
①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：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)同种晶体类型熔、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：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。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：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；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；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；同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
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。
例题2、（1）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，下图为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）。③GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________。
（2）单质铜及镍都是由______键形成的晶体。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。
③第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下：
BeCO3
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
分解温度
100 ℃
540 ℃
960 ℃
1 289 ℃
1 360 ℃
分解温度为什么越来越高？ _______________________。
（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如左图所示。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_____。甲烷晶体的晶胞如右图所示，该晶胞中含有 个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________。
（4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，如图是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构示意图，该合金储氢后，含1 mol La的合金可吸附H2的数目为 。
（5）一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中金原子位于顶点，铜原子位于面心，则该合金中金原子（Au）与铜原子（Cu）个数比为 ；若该晶体的晶胞棱长为a pm，则该合金密度为 g/cm3。（列出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为NA）
（6）砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少。已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示，其晶胞边长为c pm，则密度为 g·cm－3（用含c的式子表示，设NA为阿伏加德罗常数的值），a位置As原子与b位置As原子之间的距离为 pm（用含c的式子表示）。
(7)碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石 ④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是________(填序号)。
(8)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为________。
②继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是_________。
(9)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是______。SiC晶体和晶体Si的熔沸点高低顺序是________。
(10)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是_______________。Na、M、Ca 三种晶体共同的物理性质是______(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(11)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是________(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为a pm，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________ mol－1(用含a、ρ的代数式表示)。
(12)FeO、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同，其中Fe2＋与Ni2＋的离子半径分别为7.8×10－2 nm、6.9×10－2 nm，则熔点FeO___(填“＜”、“＞”或“＝”)NiO，原因是_____________。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为________ cm(用含a的代数式表示)。
【课时练习】
1．下列关于晶体的说法中，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 ④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小 ⑤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 ⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 ⑦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．②③⑦
2．下列有关说法不正确的是( )
A．水合铜离子的模型如图所示，1个水合铜离子中有4个配位键
B．CaF2晶体的晶胞如图所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋
C．H原子的电子云图如图所示，H原子核外的大多数电子在原子核附近运动
D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图所示，该金属晶体为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12
3．关于下列四种金属堆积模型的说法正确的是( )
A．图1和图4为非密置层堆积,图2和图3为密置层堆积
B．图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积
C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4
D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%
4．已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体，在该晶体中每个顶角各有1个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得25℃时干冰晶体的晶胞边长为acm，其摩尔质量为Mg/mol，则该干冰晶体的密度为(单位：g/cm3)
A． B． C． D．
5．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． B． C． D．
6．CaTiO3的晶体结构模型(图中Ca2＋、O2－、Ti4＋分别位于立方体的体心、面心和顶角，下列关于晶体的说法，一定正确的是( )。
A．分子晶体中都存在共价键
B．如上图，CaTiO3晶体中每个Ti4＋和12个O2－相紧邻
C．SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合
D．金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
7．下图为甲烷晶体的晶胞结构，下列有关说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球体只代表一个碳原子
B．晶体中1个分子有12个紧邻的甲烷分子
C．晶体熔化时需克服共价键
D．一个甲烷晶胞中含有8个分子
8．有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．在图1晶体中，距粒子B最近且等距的粒子A有6个
B．在CO2晶体中，每个晶胞平均占有12个原子
C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
9．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价，部分为-2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O2-
B．晶体中每个K＋周围有8个O2-，每个O2-周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个
10．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为( )
A． B． C． D．
11．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。氧化镍原子分数坐标参数A为（0，0，0），B为（1，1，1），则C的坐标参数为
A．（，，） B．（1，1， ） C．（，1， ） D．（1，，）
12．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示（假设金属的摩尔质量为Xg•mol-1,金属原子半径为rcm,用NA表示阿伏加德罗常数的值）。有关说法正确的是
A．③和④中原子的配位数分别为6、12
B．金属Zn采用②堆积方式
C．①中空间利用率的表达式为：×100%
D．对于采用②堆积方式的金属，实验测得Wg该金属的体积为Vcm3,则阿伏加德罗常数NA的表达式为
13．前四周期原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A、B位于同一周期且相邻，A元素原子有三个能级，且每个能级上的电子数相等；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，基态C、F原子的价层电子中未成对电子数均为1，且C、F原子的电子数相差10，基态D、E原子的价层电子中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差2。
（1）六种元素中第一电离能最小的是__（填元素符号，下同），电负性最大的是_________。
（2）A、B、C、D四种元素形成的一种配合物，易溶于水，可以检验Fe2+离子，离子方程式为：_______； 1 mol该配合物中，含有的σ键和π键的数目比为____；该配合物晶体中各种微粒间的作用力不涉及____（填字母）。
a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键 e.氢键 f.分子间作用力
（3）E2+的价层电子排布图为____；
（4）金属C、F晶体的晶胞结构如图所示（请先判断对应的图），C、F两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为____。金属C的晶胞中，若设该晶胞的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，C原子的摩尔质量为M g· mol-1，则C原子的半径为____（用含a、M、NA的代数式表示）。
14．2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰三位科学家，以表彰他们对锂离子电池的研究。
(1)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是______，中心原子的杂化形式为___，与阴离子互为等电子体的一种分子为_________
(2)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。
可知Li原子的第一电离能为____kJ·mol-1，O=O键键能为_____kJ·mol-1，Li2O晶格能为_____kJ·mol-1
(3)硼和锂同周期，B原子核外有__种不同运动状态的电子。基态B原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为____。晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如下图)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由___个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有____种不同类型
(4)锰的化合物也广泛应用于电池，基态锰原子的核外电子排布式为____，MnO的熔点(1650 ℃)比MnS的熔点(1610 ℃)高的原因是_________，含锰的一种磁性材料的单晶胞结构如图：
该晶胞中碳原子的原子坐标为_________
15．空气明朝《天工开物》中有世界上最早的“火法”炼锌技术的记载，锌是生命体必需的微量元素，被称为“生命之花”。(已知阿伏加德罗常数的值为NA)
(1)基态原子核外的最高能层符号是________，基态最外层电子排布式为________。
(2)乳酸锌[]是一种很好的食品锌强化剂，其中存在的作用力有________(填编号)。乳酸锌中含有________个σ键。
A．离子键 B．极性共价键 C．金属键 D．配位键 E.范德华力
(3)一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，结构简式如图所示。其中所涉及的非金属元素的电负性由大到小的顺序是________，分子的空间构型为________形，的配位数为________。甘氨酸()中N原子的杂化轨道类型为________；甘氨酸易溶于水，试从结构角度解释________。
(4)Zn与S形成某种化合物的晶胞如图所示。
①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。例如图中原子1的坐标为，则原子2的坐标为________。
②已知晶体密度为，半径为，若要使、相切，则半径为________(写计算表达式)。
16．2019年10月9日诺贝尔化学奖授予对锂电池方面研究有贡献的三位科学家。磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应式：。磷酸亚铁锂（）可用作锂离子电池正极材料，文献报道可采用、、和苯胺等作为原料制备。
（1）基态P原子核外电子排布式为_________。
（2）该电池总反应中涉及第二周期的元素的第一电离能由大到小的顺序是___________（用元素符号表示）。
（3）和中的铁元素显、价，请从原子结构角度解释为何能显、价________。
（4）苯胺（）与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（℃）、沸点（110.6℃），原因是____________________。
（5）中，的空间构型为_______。与互为等电子体的分子或离子有_______（写两种），中磷原子杂化轨道类型为__________。
（6）锂晶体为型密堆积即体心立方结构（见图），晶胞中锂的配位数为________。若晶胞边长为，则锂原子的半径r为________。
参考答案
例题1、（1）CuH（2）＋3价（3）5(4)MgB2 (5)BO（6）×1010（7） （8）12 × ≈1.27×10－8（9）Na2O 8 ≈2.27 g·cm－3（10）8 g·cm－3（11）CuCl 或（12）8 ＝
【解析】（1）根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H()：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。（2）晶胞中Q、R、G的个数为：R有8×＋1＝2，G有8×＋8×＋4×＋2＝8，Q有8×＋2＝4，则R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。（3）晶胞中La、Ni的个数为： La有2×＋12×＝3，Ni有12×＋6×＋6＝15，化学式为LaNi5，所以n＝5。(4)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。(5)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＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。（6）设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu：8×＋6×＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)， x＝。最短距离为小立方体体对角线的一半，小立方体的体对角线为 ＝x。所以最短距离为x·＝·×1010 pm。（7）晶胞中，个数为8×＋6×＝4，○个数为8，其个数之比为1∶2，所以代表S2－，○代表Na＋。设晶胞边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×78a＝ ，面对角线为× cm，面对角线的为× cm，边长的为× cm，所以其最短距离为
cm＝ cm。（8）设晶胞的边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×64，a＝ ，面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径，r＝× cm≈1.27×10－8cm。（9）根据化合物的晶胞结构，利用均摊法可计算出氧原子个数：N(O)＝8×＋6×＝4，钠原子全部在晶胞内，N(Na)＝8，因此化学式为Na2O；以顶角氧原子为中心，与氧原子距离最近且等距离的钠原子有8个，即晶胞中Na原子的配位数为8；晶胞参数即晶胞的棱长a＝0.566 nm，晶体的密度ρ＝＝≈2.27 g·cm－3。（10）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∶2，一个晶胞中实际拥有的Ca2＋为8×＋6×＝4，F－为8个，晶胞顶点及六个面上的离子为Ca2＋，晶胞内部的离子为F－，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”。则CaF2晶体的密度：4×78 g·mol－1÷[(a×10－8 cm)3×6.02×1023 mol－1]＝ g·cm－3。
（11）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，此晶体的密度为或 g·cm－3。（12）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，晶胞中C原子数目为4＋6×＋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就是C—C键的键长，即a＝2r，所以r＝a，碳原子在晶胞中的空间占有率w＝＝＝。
例题2、（1）①(，，)；②③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高（2）金属；①3:1；②③阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强（3）原子晶体；共价键 ；4甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小（4）3 mol （5）1∶3 （6） c(7)③④①②⑥⑤
(8)①3∶1②结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60>N60>C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60(9)sp3 共价键 SiC＞Si(10)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大 ①②③④(11)b ×1030(12)＜ FeO和NiO相比，阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以FeO晶格能小，熔点低
【解析】（1）①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，，)；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3；③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。（2）铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×1/2=3，镍原子的个数为8×1/8=1，则铜和镍原子的数量比为3：1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为d g/cm3，根据ρ=m÷V，则晶胞参数a=nm；③在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρ g·cm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为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×100%＝；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体。（4）由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有8×＝1，Ni位于面心和体心，共含有8×＋1＝5，H2位于棱上和面心，共有8×＋2×＝3，则含1 mol La的合金可吸附H2的物质的量为3 mol；（5）在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数＝8×＝1，Cu原子个数＝6×＝3，所以该合金中Au原子与Cu原子个数之比＝1∶3，晶胞体积V＝（a×10－10cm）3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，晶胞质量为 g，则晶胞密度ρ＝ g÷（a×10－10cm）3＝ g·cm－3；（6）晶胞中Ga原子数为6×＋8×＝4，As原子数为4，则ρ＝＝＝ g·cm－3；a位置As原子与b位置As原子之间的距离为晶胞立方体体对角线的一半，则两原子之间的距离为＝c （pm）。(7)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si
【课时练习】
1．D【解析】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，故①正确；②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；③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；④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小，故④正确；⑤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，故⑤正确；⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故⑥正确；⑦干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6，故⑦错误；因此②③⑦错误；故D错误。
综上所述，答案为D。
2．C【解析】A. 如图所示，铜离子与4个水分子结合，所以1个水合铜离子中有4个配位键，故A正确；
B. 晶胞中Ca2＋处于晶胞的顶点和面心，则每个CaF2晶胞中Ca2＋数为8×1/8+6×1/2=4，故B正确；
C. H原子外只有一个电子，在原子核附近运动，故C错误；
D. 在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，故D正确；
故选C。
3．D【解析】A.图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，A项错误；
B.图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，B项错误；
C.图1~图4每个晶胞所含有的原子数（利用均摊法计算）分别为1、2、4、2。C项错误；
D.图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%。D项正确；答案选D。
4．D【解析】每个顶点上的二氧化碳分子被8个晶胞共用，每个面心上的二氧化碳分子被两个晶胞共用，所以该晶胞中二氧化碳分子个数=8×+6×=4，ρ=== g/(cm)3，故D正确；答案为D。
5．D【解析】在Fe0.95O中，设Fe3+为x个，Fe2+为y个，则根据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=0.1，y=0.85，所以该物质的化学式为Fe2+0.85Fe3+0.10O，选项D符合题意。
故答案：D。
6．B【解析】稀有气体属于分子晶体，但稀有气体不含化学键，故A错误；在题目所给晶体结构模型中每个Ti4+周围有3个O2-与之相邻，用均摊法不难求得晶体中每个Ti4+离子周围共有：个O2-，故B正确；在SiO2晶体中Si、O以单键相结合，因此每个硅原子与4个氧原子结合，C错误；金属汞的熔点比I2、蔗糖等的熔点都低，D错误。
【点睛】
本题考查了晶体类型，本题要掌握的是SiO2是原子晶体，晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合，是四个氧原子，而不是两个。
7．B【解析】A．晶胞中的球体代表的是1个甲烷分子，并不是1个碳原子，A选项错误；
B．以该甲烷晶胞为单元，位于顶点的某1个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在面心上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12个，B选项正确；
C．甲烷构成的晶体是分子晶体，熔化时需克服范德华力，C选项错误；
D．甲烷晶胞属于面心立方晶胞，甲烷晶胞中的球体代表1个甲烷分子,该晶胞含有甲烷的分子个数为8×+6×=4，D选项错误；
答案选B。
8．D【解析】A．根据图示，中距粒子B最近且等距的粒子A有6个(红圈标出的6个A)，故A正确；
B．根据均摊原则，每个晶胞平均占用二氧化碳分子数是，CO2晶体中，每个晶胞平均占有12个原子，故B正确；
C．在金刚石晶体中，1个碳原子形成4个碳碳键，每个碳碳键被2个碳原子共用，所以碳原子与碳碳键个数的比为1∶2，故C正确；
D．是1个分子，该气态团簇分子中有4个E、4个F，所以分子式为E4F4或F4E4，故D错误；
选D。
9．A【解析】A. 晶胞中所含K+的个数为=4，所含O的个数为=4，K+和O的个数比为1：1，所以超氧化钾的化学式为KO2，故A正确；
B. 晶体中每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，故B错误；
C. 晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，故C错误；
D. 晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，故D错误；
故合理选项为A。
10．B【解析】面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶体为面心立方最密堆积，则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 =r cm，每个金晶胞中含有4个原子，则金原子总体积为，金晶胞体积为，故空间利用率为。
故选B。
11．D【解析】由氧化镍原子分数坐标参数A为（0，0，0）和B为（1，1，1）可知，晶胞的边长为1，由晶胞结构可知，C点位于右侧正方形的的面心，则C的坐标参数为（1，，），故选D。
12．C【解析】A．根据晶胞图示分析可知，③为六方最密堆积，④为面心立法最密堆积，配位数均为12，A错误；
B．金属Zn为六方最密堆积，因此Zn采用③堆积方式，B错误；
C．①为简单立方堆积，原子半径为r，则其晶胞参数a=2r，一个晶胞中含有的原子个数为，则原子的体积为，则其空间利用率为×100%，C正确；
D．②为体心立方堆积，金属原子半径与正方体边长的关系，根据晶胞的模型，晶胞中含有金属原子的个数为8×+1=2，因此该晶胞的质量为=，边长与金属半径的关系是边长=，即晶胞的体积为cm3，即有，推出阿伏加德罗常数为，故D错误；
答案选C。
13．（1）K；N（2）3Fe2++2[Fe(CN)6]3-＝Fe3[Fe(CN)6]2；1：1；def（3）（4）2∶3；cm
【解析】已知A、B、C、D、E、F是前四周期原子序数依次增大的六种元素，A、B属于同一短周期元素且相邻，A元素原子有三个能级，且每个能级上的电子数相等，则A为C，B为N；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，基态C、F原子的价电子层中未成对电子均为1个，且C、F原子的电子数相差为10，则C为K，F为Cu；基态D、E原子的价电子层中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差为2，则D、E价电子排布分别为3d64s2、3d84s2，故D为Fe、E为Ni。综上所述，A为C，B为N，C为K，D为Fe，E为Ni，F为Cu。
(1)根据上述分析：六种元素中K的金属性最强，故第一电离能最小；N的电负性最大。
(2)根据上述分析：A为C，B为N，C为K，D为Fe，A、B、C、D四种元素形成的一种配合物的化学式为K[Fe(CN)6]，易溶于水，可以检验Fe2+离子，其离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2；在配合物Fe(CN)63-中，CN-与铁离子之间有6个配位键，在每个CN-内部有一个共价键，所以1mol该配合物中含有σ键的数目为12NA，CN-与氮气互为等电子体，CN-中存在C≡N键，故1molCN-中含有π键的数目为2NA，所以1 molK[Fe(CN)6]该配合物中，含有的σ键和π键的数目比为：1:1；黄血盐晶体中各种微粒间的作用力涉及离子键、共价键、配位键，不涉及金属键、氢键和分子间的作用力，故选def项；故答案：3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2；1:1；def；
(3)根据上述分析：Ni2+的价层电子排布图为，故答案：；
(4)根据上述分析：C为K，F为Cu，金属K晶体为体心立方堆积，晶胞结构为右图，晶胞中K原子配位数为8；金属Cu晶体为面心立方最密堆积，晶胞结构为左图，晶胞中Cu原子配位数为12，故两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为8:12=2:3，金属K晶体的晶胞中，K原子数目=1+8=2；K原子的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，则晶胞的质量m=g，设该晶胞的密度为ag/cm3，则晶胞体积V==cm3，晶胞棱长=cm，设K原子的半径为r，则晶胞体对角线长度=4r，故＝4r，解得r=，故答案：2∶3；cm。
14．（1）正四面体形；sp3；CH4(或SiH4等其他合理答案)（2）520；498；2908（3）5；哑铃形(或纺锤形)；12；3；1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2（4）MnO的晶格能更大；(,,)
【解析】 (1)LiAlH4中的阴离子为AlH，中心Al原子的价层电子对数为=4，不含孤电子对，所以空间构型为正四面体形，杂化方式为sp3杂化；原子总数相同，价电子总数也相同的分子、离子或基团互为等电子体，所以AlH的等电子体有CH4(或SiH4等其他合理答案)；
(2)Li原子的第一电离能为气态基态Li原子失去1个电子形成气态基态正一价阳离子所需要的能量，据图可知其第一电离能为kJ/mol=520kJ/mol；O=O键键能为1mol气态氧分子解离为气态氧原子所需的能量，据图可知其键能为2×249kJ/mol=498kJ/mol；晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，所以其晶格能为2908kJ/mol；
(3)B元素为5号元素，原子核外有5个电子，每个电子的运动状态各不相同，所以有5种不同运动状态的电子；基态B原子中，能量最高的电子所占据的能级为2p能级，其轨道形状为哑铃形(或纺锤形)；根据晶胞结构示意图可知每个B原子被5个面共用，每个面上有3个B原子，共有20个面，所以每一个此基本结构单元由=12个B原子构成；若该分子中有2个原子为10B(其余为11B)，从两个10B原子的位置考虑，该分子中所有B原子所处环境完全相同，所以有3种不同类型，如图(数字代表另一个10B)；
(4)锰元素为25号元素，基态原子核外有25个电子，所以基态锰原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2；氧离子的半径比硫离子的半径要小，所以MnO的晶格能更大，熔点更高；据图可知A为坐标原点，根据B的坐标可知晶胞棱长为1，C原子位于体心，所以坐标为(,,)。
15．（1）N；（2）AB；20NA（3）O＞N＞C＞H；V；5；；甘氨酸为极性分子，且分子中的氨基和羧基都能与水分子形成氢键(4)①②
【解析】 (1) 锌是30号元素，位于第四周期，共有四层电子，基态原子核外的最高能层符号是N，锌的核外电子排布式为，基态最外层电子排布式为；
(2)乳酸锌[]属于离子化合物，分子中含有乳酸根离子和锌离子以离子键结合，乳酸分子中存在碳碳之间，碳氢之间，碳氧之间，氢氧之间的极性键，故乳酸锌分子中存在的作用力有离子键和极性共价键，一个乳酸分子中含有10个σ键和一个π键，故乳酸锌中含有个20mol σ键，故含有20NA个σ键；
(3)一水合甘氨酸锌中所涉及的非金属元素有C. O、N、H元素，元素的非金属性越强，其电负性越大，非金属性大小顺序为O＞N＞C＞H，则电负性大小顺序为O＞N＞C＞H；分子中氧形成了两对共用电子对，剩余2对孤对电子，价层电子对为4对，VSEPR模型为四面体型，分子的立体构型减去孤对电子，的空间构型为V形；从一水合甘氨酸锌的结构简式可看出Zn2+的配原子为O、N原子，根据图知，一水合甘氨酸锌中Zn2+的配位数为5；甘氨酸()中N原子的成键电子对数为3对，孤对电子对为一对，价层电子对数为4对，杂化轨道类型为杂化；甘氨酸为极性分子，且氨基和羧基都能和水分子形成分子间氢键，导致甘氨酸易溶于水；
(4)①原子1的坐标为，原子2在左侧的面心上，则原子2的坐标为；
②已知晶体密度为，锌离子的个数为8×+6×=4，硫离子位于体心，个数为4，硫离子的个数为晶胞参数=pm=pm=pm，若要使、相切，则其体对角线长度为2个锌离子直径与2个硫离子直径之和，其体对角线长度=×pm，S2−半径为apm，Zn2+半径==(×-a)pm。
16．（1）1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3（2）O＞C＞Li（3）Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价（4）苯胺分子之间存在氢键（5）正四面体；CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；sp3（6）8；a
【解析】 (1)P为15号元素，其原子核外有15个电子，根据构造原理，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3，故答案为：1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3；
(2)该电池总反应中涉及第二周期的元素有Li、C、O元素，同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素，Li、C、O元素分别位于第IA族、第IVA族、第VIA族，所以第一电离能大小顺序是O＞C＞Li，故答案为：O＞C＞Li；
(3)Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价，所以Fe元素能显示+2、+3价，故答案为：Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价；
(4)能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，苯胺分子之间存在氢键，甲苯分子之间不能形成氢键，所以苯胺的熔沸点比甲苯高，故答案为：苯胺分子之间存在氢键；
(5)NH4H2PO4中，NH4+中N原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，N原子杂化轨道类型为sp3，空间构型为正四面体；与PO43-互为等电子体的分子或离子中含有5个原子、价电子数是24，符合条件的微粒有CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；PO43-中磷原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，P原子杂化轨道类型为sp3；故答案为：正四面体； CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；sp3；
(6)根据图示，晶胞中体心的锂原子与顶点的8个锂原子距离相等且最小，锂的配位数为8；若晶胞边长为a pm，该晶胞体对角线长度=apm，该晶胞中体对角线上3个原子紧密相邻，即Li原子半径的4倍为其体对角线长度，则锂原子半径=apm，故答案为：8；a。
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