易错28 晶胞的结构与性质-备战2022年高考化学一轮复习易错题

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易错28晶胞的结构与性质
【易错分析】
1.金属氧化物(K2O、Na2O2等)、强碱(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)、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。
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。
5.一般来说，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于原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。
【错题纠正】
例题1、(1)硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
－85.5
115.2
＞60
(分解)0
－10.0
16.8
10.3
沸点/℃
－60.3
444.6

45.0
337.0
①图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_______。

②FeS2晶体的晶胞如图(b)所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。
(2)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。

【解析】(1)①S8和SO2均为分子晶体，S8的相对分子质量大于SO2，因此S8的分子间作用力大，熔沸点比SO2的高。
②分析晶胞结构可知，Fe2＋位于棱边和体心，S位于顶点和面心，因此每个晶胞中含有的Fe2＋个数＝12×＋1＝4，每个晶胞中含有的S个数＝6×＋8×＝4，即每个晶胞中含有4个FeS2。一个晶胞的质量＝ g，晶胞的体积＝(a×10－7)3 cm3，该晶体密度＝ g·cm－3＝×1021 g·cm－3。正八面体的边长即为两个面心点的距离，因此正八面体的边长为a nm。
(2)金属Zn晶体为六方最密堆积方式(A3型)。六棱柱底边边长为a cm，则六棱柱上下面的面积均为6×a2 cm2，则六棱柱的体积为6×a2c cm3，锌原子在六棱柱的顶点、上下面心和晶胞内，一个晶胞含锌原子个数＝12×＋2×＋3＝6，因此一个晶胞中Zn的质量＝ g，由此可知，Zn的密度＝ g·cm－3。
【答案】(1)①S8相对分子质量大，分子间范德华力强②×1021　a(2)六方最密堆积(A3型)　
例题2、（1）利用新制的Cu(OH)2检验醛基时，生成红色的Cu2O，其晶胞结构如图所示。

该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)；C为。则D原子的坐标参数为________，它代表________原子。若Cu2O晶体的密度为d g·cm－3，Cu和O的原子半径分别为rCupm和rO pm，阿伏加德罗常数值为NA，列式表示Cu2O晶胞中原子的空间利用率为_________________________。
（2）铁原子有两种堆积方式，相应地形成两种晶胞(如图甲、乙所示)，其中晶胞乙的堆积方式是________，晶胞甲中原子的空间利用率为________(用含π的代数式表示)。

(3)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________g·cm－3(列出计算式)。

【解析】(1)根据晶胞的结构，D在A和C中间，因此D的坐标是，白色的原子位于顶点和体心，个数为8×＋1＝2，D原子位于晶胞内，全部属于晶胞，个数为4，根据化学式，推出D为Cu；空间利用率是晶胞中球的体积与晶胞体积的比值，晶胞中球的体积为×10－30 cm3，晶胞的体积可以采用晶胞的密度进行计算，即晶胞的体积为 cm3，因此空间利用率为×100%。（2）晶胞乙中原子位于晶胞的顶点和面心，所以属于面心立方最密堆积；晶胞甲中含有铁原子个数为×8＋1＝2，假设铁原子半径为r，晶胞的边长为a，则有(4r)2＝(a)2＋a2，解r＝a，原子的空间利用率为＝＝π。(3)1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝4，含Li的个数为8，1 cm＝107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为g·cm－3。
【答案】(1)；Cu；×100%(答案合理即可)（2）面心立方最密堆积；π（3）
【知识清单】
1. 晶胞化学式的计算
晶体中微粒的排列具有周期性，晶体中最小的结构重复单元称为晶胞，利用“均摊法”可以计算一个晶胞中的粒子数，从而确定晶体的化学式。“均摊法”的基本思想是晶胞中任意位置上的一个粒子被n个晶胞共用，那么每个晶胞对这个原子分得份额就是。常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最为常见。
（1）立方晶胞：每个顶点上的粒子被8个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；每条棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
（2）六方晶胞：每个顶点上的粒子被6个晶胞共用；每条横棱上的粒子被4个晶胞共用；每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用；每个面心上的粒子被2个晶胞共用；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
（3）三棱晶胞：每个顶点上的粒子被12个晶胞共用；每条横棱上的粒子被4个晶胞共用；每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用；每个面心上的粒子被2个晶胞共用；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
2.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为：原子晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体。
（2）同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。
①离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子晶格能越大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2，NaCl>CsCl。
②原子晶体：原子半径越小、键长越短、键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。
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，如正戊烷>异戊烷>新戊烷。
④金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaNF3；三种物质的晶体均为分子晶体，相对分子质量大则分子间的作用力大，沸点高，因此沸点由高到低的顺序为NBr3>NCl3>NF3（2）Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑（3）N2O、CO2（4）>（5）Cu+；6
【解析】（1）NF3，NBr3、NCl3都是分子晶体，且结构相似，它们相对分子质量大小关系为：NBr3＞NCl3＞NF3，相对分子质量大则分子间的作用力大，沸点高，所以它们的沸点由高到低的顺序是：NBr3＞NCl3＞NF3；
（2）Mg2N2遇水发生剧烈反应，生成一种有刺激性气味的气体为氨气，根据元素守恒，可写出化学方程式：Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑；
（3）N3-中有三个原子，价电子数为16，根据等电子原理可知，与它互为等电子体的分子有：N2O、CO2、CS2、BeCl2等；
（4）因为钠离子的半径比钾离子的半径小，所以NaN3的晶格比KN3的晶格能大；
（5）X+中K、L、M三个电子层均充满了电子，所以X+核外有28个电子，即X的核电荷数为29，所以X为铜元素，X+为Cu＋，根据晶体结构图可知，每个与其距离最近的Cu+有6个；
8．钙及其化合物在工业上、建筑工程上和医药上用途很大。回答下列问题
(1)基态Ca原子M能层有_____个运动状态不同的电子，Ca的第一电离能__________(填“大于”或“小于”)Ga。
(2)Mn和Ca属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属Mn的熔点沸点等都比金属Ca高，原因是____________________。
(3)氯气与熟石灰反应制漂白粉时会生成副产物Ca(ClO3)2，Ca(ClO3)2中的阴离子空间构型是__________、中心原子的杂化形式为___________。
(4)碳酸盐的热分解示意图如图所示

热分解温度：CaCO3_______ (填“高于”或“低于”)SrCO3，原因是_________________。从价键轨道看，CO2分子内的化学键类型有__________。
(5)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物，晶胞如图所示。Ca2+的配位数为__________，萤石的一个晶胞的离子数为__________，已知晶胞参数为0.545nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则萤石的密度为__________g·cm－3(列出计算式)。

8.（1）8；大于（2）Mn原子半径较小且价电子数较多，金属键较强（3）三角锥形；sp3（4） 低于；r(Ca2+)C②ad③非极性分子（3）①电子②否；若铂原子轨道为sp3杂化，则该分子结构为四面体，非平面结构（4）B（5）或
【解析】（1）过渡金属的价电子包含3d能级与4s能级的电子，答案为：；
（2）①相邻两原子间的第一条共价键为σ键，图中给定的为二氯二吡啶合铂，则吡啶分子（），分子式为C5H5N，C-H键、C-N及C-C第一条为σ键，共计11条；第一电离能同周期中，有增大的趋势，处于充满或半充满状态时大于其后的电离能，由大到小的顺序为：N>Cl>C；
②二氯二吡啶合铂中，C-C间存在非极性键，Pt-N间存在配位键，分子间存在范德华力，答案为ad；
③根据图像可知，反式二氯二吡啶合铂分子的结构为完全对称，正负电荷中心重合，分子是非极性分子；
（3）①已知，每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行，构成能导电的“分子金属”，则Pt金属的价电子可在金属Pt间传递而导电；
②“分子金属”中，铂原子的配位数为4，若铂原子以sp3的方式杂化，则为四面体构型，如图中给定的信息可知，“分子金属”为平面构型，答案为否；若铂原子轨道为sp3杂化，则该分子结构为四面体，非平面结构；
（4）根据晶体的化学式可知，Co：O=1：2，A.Co原子数为1，O原子为4×=2，符合比例；B. Co原子数为1，O原子为4×=1，不符合比例；C. Co原子数为1+4×=2，O原子为4，符合比例；D. Co原子数为4×=1，O原子为4×=2，符合比例；答案为B；
（5）金属铂晶体中，铂原子的配位数为12，为最密堆积，根据投影图可知，则晶体为面心立方最密堆积，一个晶胞中含有的铂原子个数为：8×+6×=4，金属铂晶体的棱长为a，ρ==，则a=或；
10.（1）[Ar]3d104s24p4（2）（3）sp3；SO3 （4）非极性（5）NA（6）HN3分子间存在氢键（7）6；
【解析】（1）Se是S的下一周期同主族元素，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4；
（2）同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族元素大于相邻元素；同一主族元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小；同一周期中，元素的电负性随着原子序数的增大而增大，同一主族中，元素的电负性随着原子序数的增大而减小，第一电离能：S＜P；电负性：S＞P；
（3）P4S3中P原子成3个P-S键、含有一对孤对电子，杂化轨道数为4，P原子采取sp3杂化；与PO3-互为等电子体的化合物分子的化学式为SO3；
（4）二硫化碳与二氧化碳的结构相似，正负电荷中心重合，属于非极性分子；
（5）根据图知，每个P上1对孤对电子对，每个S有2对孤对电子对，1mol共10对孤对电子对，0.1mol含有NA孤对电子对数；
（6）纯叠氮酸（HN3）在常温下是一种液体，沸点较高，为308.8K，主要原因是HN3分子间存在氢键，使沸点反常的升高；
（7）以体心Na+研究，与之相邻的Cl-位于面心，晶胞中Na+的配位数为6，晶胞中Na+与Cl-之间的距离为a cm，则晶胞棱长为2a cm，晶胞体积为（2a cm）3，晶胞中Na+离子数目为1+12×=4、Cl-离子数目为8×+6×=4，则晶胞质量为4×g，则晶胞密度为4×g÷（2a cm）3=g．cm-3。