新教材2023版高中化学章末整合与提升3第3章不同聚集状态的物质与性质学案鲁科版选择性必修2

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章末整合与提升一、晶体的基本类型与性质[典例1]　硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，其与石墨的层状结构相似。层内的H3BO3分子间通过氢键相结合(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　)A．硼酸晶体属于共价晶体B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关C．H3BO3分子中B原子的杂化轨道类型为sp3D．1 mol H3BO3晶体中含有3 mol氢键[集训]1．下列关于物质熔、沸点的比较不正确的是(　　)A．Si、SiC、金刚石的熔点依次降低B．SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次升高C．F2、Cl2、Br2、I2的沸点依次升高D．PH3、NH3、H2O的沸点依次升高2.(双选)如图是某无机化合物的二聚分子结构示意图，该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是(　　)A．该物质的化学式是Al2Cl6B．该物质是离子化合物，在熔融状态下能导电C．该物质在固态时所形成的晶体是分子晶体D．该物质中只含有极性键共价键，不含配位键二、常见晶体的结构类型及相关分析[典例2]　铁、铜是人类最早大规模使用的金属，它们的化合物在科学研究和工业生产中有许多用途。请回答下列问题：(1)铁元素在元素周期表中的位置是________，基态铁原子的核外电子排布式为________，元素铜与铁的第二电离能分别为ICu＝1 958 kJ·mol－1、IFe＝1 561 kJ·mol－1，ICu比IFe大的原因是________________________。(2)二茂铁[Fe(C5H5)2]，橙黄色针状晶体，有类似樟脑的气味，具有抗磁性。熔点为172.5～173 ℃，100 ℃以上升华，沸点为249 ℃。据此判断二茂铁的晶体类型为________________________。(3)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示：图中虚线表示________的空间结构是________，其中S原子的杂化轨道类型是________；基态O原子的价电子轨道表示式为________。(4)铁有δ、γ、α三种同素异形体，如图是它们的晶胞结构示意图，三种晶体中铁原子周围距离最近的铁原子的个数之比为________。[集训]1．有关晶体的结构如图所示，下列说法不正确的是(　　)A.在NaCl晶体中，与Na＋等距离且最近的Cl－形成正八面体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，碳原子与碳碳键个数之比为1∶2D．由E原子和F原子构成的气态团簇分子的分子式为EF或FE2.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中由于哑铃形的存在，使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是(　　)A．CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大B．和Ca2＋距离相同且最近的构成的多面体是正六面体C．和Ca2＋距离相同且最近的Ca2＋有4个D．如图的结构中共含有4个Ca2＋和4个三、晶体的有关计算1．晶胞计算的类型(1)根据晶胞的结构，计算其组成微粒间的距离。(2)根据晶胞的质量和晶体有关的摩尔质量间的关系，计算微粒个数、微粒间距、ρ等。(3)计算晶体(晶胞)的空间利用率。2．晶胞计算的原理与步骤(1)确定晶胞的组成：利用“均摊法”计算一个晶胞所含微粒的数目。注意：a.当晶胞为正六棱柱时，其顶点上的粒子被6个晶胞共用，每个粒子属于该晶胞的部分为，而不是。b．审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”，若是分子结构，其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定，且原子个数可以不互质(即原子个数比可以不约简。)(2)计算晶体的密度或体积①关系式ρ＝(V表示晶胞体积，ρ表示晶体的密度，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞实际含有的微粒数，M表示微粒的摩尔质量)。②计算模式③晶胞空间利用率(占有率)的计算表达式：晶胞的空间利用率＝×100%。[典例3]　(1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。它的最大优点是容易活化。其晶胞结构如图所示：则它的化学式为____________。(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________键结合。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___________________________________。[集训]1.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，如图1所示，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”)。(2)NiO晶胞中Ni和O的个数分别为________、________。(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图2所示。该合金的化学式为________。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)。3．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。CsSiB3O7属于正交晶系(长方体形)，晶胞参数为a pm，b pm和c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为________；CsSiB3O7的摩尔质量为，设NA为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为________ g·cm－3(用代数式表示)。章末整合与提升能力专题提升一、[典例1]　解析：硼酸晶体中存在H3BO3分子和氢键，说明硼酸由分子构成，属于分子晶体，A项错误；H3BO3分子的稳定性与分子内的B—O键、H—O键的强弱有关，与氢键无关，B项错误；H3BO3分子中B原子形成3个单键且没有孤电子对，所以B原子采取sp2杂化，C项错误；根据题图可知，1个硼酸分子形成6个氢键，但每个氢键为2个硼酸分子共用，所以1个硼酸分子平均占有3个氢键，则1 mol H3BO3晶体中含有3 mol氢键，D项正确。答案：D[集训]1．解析：因为Si、SiC、金刚石都是共价晶体，键能的大小顺序为C—C>Si—C>Si—Si，所以Si、SiC、金刚石的熔点依次升高。答案：A2．解析：由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外层都达到8个电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A项正确；因该物质是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，该物质是共价化合物，在熔融状态下不导电，B项错误，C项正确；该物质中不含离子键，只含极性键和配位键，D项不正确。答案：BD二、[典例2]　解析：(1)Fe是26号元素，位于元素周期表中第4周期Ⅷ族，Cu是29号元素，位于元素周期表中第4周期 Ⅰ B族，基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，基态铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，铜原子失去一个电子后，3d能级为全充满状态，而铁原子失去一个电子后，价电子排布式为3d64s1，根据洪特规则特例，当同一能级上的电子排布为全充满、半充满或全空状态时更稳定，因此铜原子的第二电离能大于铁原子的第二电离能。(2)二茂铁的熔点为172.5～173 ℃，100 ℃以上升华，沸点为249 ℃，熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，即二茂铁属于分子晶体。(3)O原子核外有2个未成对电子，应形成2个共价键达到8电子稳定结构，因此图中虚线表示氢键中S原子形成4个σ键，孤电子对数是＝0，因此其价电子对数为4，空间结构是正四面体形，即中S原子的杂化轨道类型为sp3。O原子的价电子是其最外层电子，其价电子排布式为2s22p4，价电子轨道表示式为(4)δ－Fe晶胞：距离顶点铁原子最近的是体对角线上的铁原子，因此该晶体中铁原子周围距离最近的铁原子有8个。γ－Fe晶胞：距离顶点铁原子最近的是面对角线上的铁原子，应有12个。α－Fe晶胞：铁原子周围距离最近的铁原子有6个，因此三种晶体中铁原子周围距离最近的铁原子的个数之比为8∶12∶6＝4∶6∶3。答案：(1)第4周期第Ⅷ族　[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2)铜失去的第二个电子是全充满的3d轨道上的电子，而铁失去的是4s1电子　(2)分子晶体　(3)氢键　正四面体形　sp3　(4)4∶6∶3[集训]1．解析：在NaCl晶体中，与Na＋等距离且最近的6个Cl－形成正八面体，A项正确；在CaF2晶胞中，Ca2＋占据8个顶点和6个面心，故每个晶胞平均占有的Ca2＋数目为8×＋6×＝4，B项正确；在金刚石晶体中，每个碳原子与邻近的4个碳原子形成4个碳碳键，而每个碳碳键被2个碳原子共用，所以碳原子与碳碳键个数之比为1∶2，C项正确；气态团簇分子不同于晶胞，该气态团簇分子中含有4个E原子、4个F原子，则其分子式应为E4F4或F4E4，D项错误。答案：D2．解析：据CaC2晶体结构可知其属于离子晶体，故熔点较高、硬度较大，A项正确；由于晶胞沿一个方向拉长，故该晶胞不是正方体结构，而是长方体结构，和Ca2＋距离相同且最近的有4个，且在同一平面上，B项错误，和Ca2＋距离相同且最近的Ca2＋有4个，也在同一平面上，C项正确；图示结构中N(Ca2＋)＝12×＋1＝)＝8×＋6×＝4，D项正确。答案：B三、[典例3]　解析：(1)根据晶胞结构图可知，晶面上的原子为2个晶胞所共有，顶角上的原子为6个晶胞所共有，内部的原子为整个晶胞所有，所以晶胞中La原子个数为3，Ni原子个数为15，则镧系合金的化学式为LaNi5。(2)根据晶胞结构示意图用切割法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×＋6×＝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＝) 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＝。最后由×100%即得结果。答案：(1)LaNi5(2)共价晶体　共价　×100%[集训]1．解析：(1)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(2)因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中含Cl－：8×＋6×＝4个，含Na＋：12×＋1＝4个。所以，NiO晶体中Ni2＋、O2－的个数也是4。(3)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：8×＝1，Ni：1＋8×＝5，所以该合金的化学式为LaNi5。答案：(1)>　(2)4　4　(3)LaNi52．解析：(1)根据题给图示可知，D原子的坐标参数为()。(2)每个晶胞中含有锗原子8×＋6×＋4＝8(个)，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为(565.76×10－10 cm)3，所以晶胞的密度为＝×107 g·cm－3。答案：(1)()　(2)×1073．解析：原子分数坐标为(0.5，0.2，0.5)的Cs原子位于晶胞体内，原子分数坐标为(0，0.3，0.5)及(1.0，0.3，0.5)的Cs原子位于晶胞的yz面上，原子分数坐标为(0.5，0.8，1.0)及(0.5，0.8，0)的Cs原子位于晶胞xy面上，原子分数坐标为(0，0.7，1.0)(1.0，0.7，1.0)(0，0.7，0)(1.0，0.7，0)的Cs原子位于晶胞平行于y轴的棱上，利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个；代入晶胞密度求算公式可得：ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3＝×1030 g·cm－3。答案：4　×1030离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体构成粒子阴、阳离子原子分子(包括单原子分子)金属阳离子与“自由电子”粒子间作用力离子键共价键分子间作用力金属键物理性质导电性晶体不导电一般不导电(晶体硅为半导体)不导电导电熔融态　导电不导电不导电导电水溶液导电不溶于水自身能电离出离子或与水反应后能电离出离子的能导电不溶于水，能与水反应的，其水溶液能导电物理性质熔、沸点较高很高很低变化无规律硬度较大很大很小变化无规律溶解性一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂难溶于常见溶剂极性分子一般易溶于极性溶剂，非极性分子一般易溶于非极性溶剂难溶(钠等与水反应)延展性差差差良好熔化时键的变化离子键断开，共价键不一定断裂破坏共价键不破坏化学键，破坏分子间作用力(或氢键)破坏金属键物质种类大多数盐、强碱、活泼金属氧化物和金属过氧化物等部分非金属单质、部分非金属化合物等部分非金属单质、非金属氢化物、含氧酸、部分非金属氧化物、多数有机物等金属单质(晶体锗、灰锡等除外)及合金典型实例NaCl、NaOH、Na2O、Na2O2金刚石、晶体Si、晶体B、Ge、SiO2、SiC干冰、白磷、冰、HCl、CH4Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn晶体晶体(或晶胞)结构示意图　晶体中微粒分布详解氯化铯晶体每8个Cs＋、8个Cl－各自构成立方体，每个离子被8个带相反电荷的离子包围。在每个Cs＋周围最近的且等距离(a)的Cl－有8个，在每个Cs＋周围最近的且等距离(a)的Cs＋有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，在每个Cl－周围最近的且等距离(a)的Cl－也有6个硫化锌晶体Zn2＋、S2－的配位数均为4；每个晶胞中含有4个Zn2＋、4个S2－；与Zn2＋紧邻的4个S2－构成一个正四面体；Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的干冰晶体每个晶胞中含有4个CO2分子。在每个CO2周围最近的且等距离(a，a为立方体棱长)的CO2有12个(同层4个、上层4个、下层4个)金刚石晶体每个C采取sp3杂化，与另外4个C以共价键结合形成正四面体。晶体中所有C—C键的键长相等、键角相等(均为109°28′)；晶体中最小碳环由6个C组成且6个C不在同一平面内；晶体中每个C参与了4个C—C键的形成，每2个C形成1个C—C键，故碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2石墨晶体层内存在共价键、大π键，层间以范德华力结合，还存在类似金属键的作用力。在层内，每个C采用sp2杂化轨道与邻近的3个C形成C—C键，构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；在晶体中，每个C参与了3个C—C键的形成，每2个C形成1个C—C键，故每个正六边形平均占有的碳原子数为6×＝2，碳原子个数与C—C键个数之比为2∶3SiO2晶体每个Si与4个O结合形成正四面体结构，Si在正四面体的中心，4个O位于正四面体的顶点；同时每个O被2个正四面体所共用。正四面体内键角为109°28′，晶体中硅原子与氧原子的个数比为1∶2