内容正文:
专题08 金属晶体与离子晶体
考点梳理
题型演练
考点01 金属键与金属晶体
【题型1金属键与金属晶体】
考点02 离子晶体
【题型2离子晶体 混合型晶体 】
考点03 过渡晶体与混合型晶体
【题型3典型晶体模型结构分析】
考点04 典型晶体模型结构分析
考点05 晶体类型的比较
考点06 晶胞计算
考点梳理
考点01金属键与金属晶体
1.金属键
(1)概念: 与“ ”之间存在的强烈的相互作用称为金属键。
(2)金属键的本质——“电子气理论”
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有金属原子维系在一起,这一理论称为“电子气理论”。由此可见,金属晶体跟共价晶体一样,是一种“巨分子”。
(3)金属键的特征
自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子而是在整块固态金属中自由移动。金属键既没有 性,也没有 性。
(4)影响金属键强弱的因素
一般来说,金属原子半径越小,价电子数 ,则金属键 。
(5)金属键与金属熔、沸点的关系
金属晶体熔、沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强,金属晶体的熔、沸点 。
2.金属晶体
(1)概念:金属原子通过 形成的晶体叫做金属晶体。
(2)金属晶体的特点
①构成金属晶体的微粒是 和 ;
②在金属晶体中,不存在单个分子;
③金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围
注:①含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子,例如金属晶体中只有金属阳离子和自由电子,没有阴离子。但晶体中有阴离子时,一定有阳离子。
②金属单质或合金的晶体属于金属晶体
(3)电子气理论解释金属材料的有关性质
①延展性:
当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,所以金属有良好的延展性。当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样,会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变,这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。
②导电性:
电子气理论还十分形象地用电子气在电场中定向移动解释金属良好的导电性
注:金属晶体有导电性,但能导电的物质不一定是金属。例如,石墨有导电性却属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物,也不属于金属。
③电导率随温度的变化规律:
还可用电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞解释金属的电导率随温度升高而降低的现象。
(4)常见的合金
①以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等
②以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等
(5)电解质导电和金属导电的区别
物质类别
电解质
金属晶体
导电时的状态
导电粒子
导电时发生的变化
导电能力随温度的变化
温度升高导电能力增强
温度升高导电能力减弱
考点02离子晶体
1.离子键及其影响因素
(1)概念:阴、阳离子之间通过 形成的化学键。
(2)影响因素:离子所带电荷数 ,离子半径 ,离子键越强。
特别提醒: 离子键没有 性和 性。
2.离子晶体及其物理性质
(1)概念:由 和 相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较 ,硬度较 。
②离子晶体不导电,但 或 后能导电。
③大多数离子晶体 溶于水, 溶于有机溶剂。
3.常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示,每个Na+周围距离最近的Cl-有 个(上、下、左、右、前、后各1个),构成正八面体,每个Cl-周围距离最近的Na+有 个,构成正八面体,由此可推知晶体的化学式为 。回答下列问题:
①每个Na+(Cl-)周围距离相等且最近的Na+(Cl-)是 个。
②每个晶胞中实际拥有的Na+数是 个,Cl-数是 个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化钠晶体的密度为 。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示,每个Cs+周围距离最近的Cl-有 个,每个Cl-周围距离最近的Cs+有 个,它们均构成正六面体,由此可推知晶体的化学式为 。
①每个Cs+(Cl-)周围距离最近的Cs+(Cl-)有 个,构成 。
②每个晶胞中实际拥有的Cs+有 个,Cl-有 个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化铯晶体的密度为 。
考点03过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
(1)四类典型晶体是 、 、 、 。
(2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,作为离子晶体处理,离子键成分的百分数小,作为共价晶体处理。
(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右,离子键成分的百分数越来越 ,其中作为离子晶体处理的是 ;作为共价晶体处理的是 ;作为分子晶体处理的是 。
2.混合型晶体——石墨
(1)结构特点——层状结构
①同层内,碳原子采用 杂化,以 相结合形成 结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠,p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
②层与层之间以 相结合。
(2)晶体类型
石墨晶体中,既有 ,又有 和 ,属于 。
(3)物理性质:①导电性,②导热性,③润滑性。
考点04典型晶体模型结构分析
1.金属晶体的四种堆积模型分析
(1)金属原子在二维平面中的堆积模型
①堆积原理:组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在空间的排列大多服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中,金属键没有方向性和饱和性,因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定
②金属原子在二维平面中的堆积模型:金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即:二维空间里),可有两种方式——非密置层和密置层
非密置层
密置层
特点
每个圆球与其他四个球相切
每个圆球与其他六个球相切
二维平面堆积图示
是否是最密堆积
不是
是
配位数
4
6
配位数:在密堆积中,一个原子周围所邻接的原子的数目称为配位数。如果把金属原子视为一个球体,则一个圆球周围靠的最近的圆球为配位数
(2)金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型
①简单立方堆积:将非密置层球心对球心地垂直向上排列,这样一层一层地在三维空间里堆积,就得到简单立方堆积。这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体,每个晶胞含一个原子,这种堆积方式的空间利用率为52%,配位数为6。这种堆积方式的空间利用率太低,只有金属钋(Po)采取这种堆积方式
②体心立方堆积——钾型:非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,并使非密置层的原子稍稍分离,每层均照此堆积。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式,这种堆积方式又称钾型堆积。这种堆积方式可以找出立方晶胞,空间利用率比简单立方堆积高得多,达到68%,每个球与上、下两层的各4个球相接触,故配位数为8
③六方最密堆积和面心立方最密堆积:密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积,会得到两种基本堆积方式——六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数为12,空间利用率均为74%,但所得晶胞的形式不同
六方最密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积重复周期为两层,按ABABABAB……的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密排六方晶胞,故称此排列为六方最密堆积。由此堆积可知,同一层上每个球与同层中周围6个球相接触,同时又与上下两层中各3个球相接触,故每个球与周围12个球相接触,所以其配位数是12。原子的空间利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式
面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积。将第一密置层记作A,第二层记作B,B层的球对准A层中的三角形空隙位置,第三层记作C,C层的球对准B层的空隙,同时应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。以后各层分别重复A、B、C层排列,这种排列方式三层为一周期,记为ABCABCABC……由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞,故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采用此类堆积方式
(3)金属晶体的四种堆积模型比较
堆积模型
简单立方堆积
体心立方堆积
(钾型)
面心立方最密堆积
(铜型)
六方最密堆积
(镁型)
晶胞
或
代表金属
Po
Na K Fe
Cu Ag Au
Mg Zn Ti
配位数
晶胞内原子数目
1
2
4
2
原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系
a=2r
a=4r
a=4r
密度的表达式
空间利用率
表达式
金属晶胞中原子空间利用率计算:空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积
2.常见离子晶体结构分析
离子晶体中,阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子,被异电性离子包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中离子的配位数
(1)四种常见离子晶体
①NaCl晶体
晶体结构
结构分析
a.一个NaCl晶胞中,有 个Na+,有 个Cl-
b.在NaCl晶体中,每个Na+同时强烈吸引 个Cl-,形成正八面体形; 每个Cl-同时强烈吸引 个Na+
c.在NaCl晶体中,Na+ 和Cl-的配位数分别为 、
d.在NaCl晶体中,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有 个,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有 个
e.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
②CsCl晶体
晶体结构
结构分析
a.一个CsCl晶胞中,有 个Cs+,有 个Cl-
b.在CsCl晶体中,每个Cs+同时强烈吸引 个Cl-,即:Cs+的配位数为 , 每个Cl- 同时强烈吸引 个Cs+,即:Cl-的配位数为
c.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有 个,形成正八面体形,在CsCl晶体中,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有 个
d.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
③ZnS晶体
晶体结构
结构分析
a.1个ZnS晶胞中,有 个S2-,有 个Zn2+
b.Zn2+的配位数为 ,S2-的配位数为
c.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
④CaF2晶体
晶体结构
结构分析
a.1个CaF2的晶胞中,有 个Ca2+,有 个F-
b.CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同,Ca2+配位数是 ,F-的配位数是
c.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
(2)影响离子晶体配位数的因素
①正、负离子半径比:AB型离子晶体中,阴、阳离子的配位数相等,但正、负离子半径比越大,离子的配位数越大。如:ZnS、NaCl、CsCl
②正、负离子的电荷比。如:CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同
(3)晶格能
①概念:气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量。晶格能通常取正值,单位为kJ·mol-1
②影响晶格能大小的因素:影响晶格能大小的因素主要是离子所带的电荷和阴、阳离子间的距离。晶格能与
阴、阳离子所带电荷的乘积成正比,与阴、阳离子间的距离成反比,可用下式表示:晶格能∝
③晶格能与离子晶体性质的关系
a.晶格能与离子晶体的稳定性:晶格能越大,离子键越强,形成的离子晶体越稳定
b.晶格能与晶体的熔点、硬度的关系:晶格能越大,熔点越高,硬度越大
c.晶格能与岩浆晶出规则:矿物从岩浆中先后结晶的规律被称为岩浆晶出规则;岩浆晶出的次序受晶格能的影响,晶格能越大,岩浆中的矿物越易结晶析出
3.混合晶体——石墨晶体
(1)石墨晶体的结构:石墨不同于金刚石,它的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化,而是呈sp2杂化,形成平面六元并环结构。因此,石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm,说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的。石墨的二维结构内,每一个碳原子的配位数为3,有一个末参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面
石墨晶体中的二维平面结构
石墨的层状结构
石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)石墨的“多性”
①具有共价晶体属性:在石墨晶体中,同层的碳原子以sp2杂化形成共价键,每一个碳原子以三个共价键与另外三个碳原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环,伸展成层状结构,层内的碳原子核间为为142 pm,这正好属于共价晶体的键长范围,因此对于同一层来说,它是共价晶体
②具有金属晶体属性:在同一平面内的碳原子还各剩下一个p轨道,所有的p轨道相互重叠,电子比较自由,相当于金属晶体中的自由电子,而石墨能导热和导电,这正属于金属晶体的特征
③具有分子晶体属性:石墨晶体中层与层之间相隔335 pm,距离较大,层间是以范德华力结合起来的,即层与层之间属于分子晶体。但是,由于同一平面层上的碳原子间的结合力很强,键很难被破坏,所以石墨的熔点也很高,化学性质也很稳定
(3)石墨的晶体类型:石墨是共价晶体、金属晶体、分子晶体的一种混合型晶体
(4)微粒间的作用:石墨属于混合晶体,既有共价键、又有金属键,还有范德华力
(5)石墨与金刚石的比较
金刚石
石墨
晶体类型
晶体
晶体
构成微粒
碳原子
碳原子
微粒间的作用力
C-C共价键
C-C共价键、分子间作用力
碳原子的杂化方式
杂化
杂化
碳原子成键数
4
3
碳原子有无剩余价电子
无
有一个2p电子
配位数
4
3
晶体结构特征
正四面体空间网状结构
平面六边形层状结构
最小碳环
六元环、不共面
六元环、共面
键长
金刚石中C—C>石墨中C—C
键能
金刚石<石墨
稳定性
金刚石<石墨
熔、沸点
金刚石<石墨
键角
109°28′
120°
考点05晶体类型的比较
1.四种晶体的比较
晶体
分子晶体
离子晶体
金属晶体
共价晶体
构成微粒
分子
阴、阳离子
金属离子、自由电子
原子
微粒间作用力
范德华力(少数有氢键)
离子键
金属键
共价键
性质
熔、沸点
较低
较高
一般较高
很高
硬度
小
略硬而脆
一般较大
很大
溶解性
相似相溶
多数溶于水
不溶,有些与水反应
不溶
机械加工性能
不良
不良
良好
不良
导电性
固态、液态均不导电,部分溶于水时导电
固态时不导电,熔融时导电,能溶于水的溶于水时导电
固态、熔融态时导电
大部分固态、熔融时都不导电
作用力大小规律
组成和结构相似的分子,相对分子质量大的范德华力大
离子所带电荷数多、半径小的离子键强
金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强
共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断
分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2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、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等;常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④金属单质(除汞外)与合金均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
离子晶体的熔点较高,常在数百至几千摄氏度;共价晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度;分子晶体的熔点较低,常在数百摄氏度以下至很低温度;金属晶体多数熔点高,但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电;共价晶体一般为非导体,但晶体硅能导电;分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)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略硬而脆;共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
3.常见化学键的比较
离子键
共价键
金属键
非极性键
极性键
配位键
本质
阴、阳离子间通过静电作用
形成
相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成
金属阳离子与自由电子间作用
成键
条件
(元素
种类)
成键原子的得、失电子能力差别很大(金属元素与非金属元素之
间)
成键原子得、失电子能力相同(同种非金属元素之间)
成键原子得、失电子能力差别较小(不同种非金属元素之间)
成键原子一方有孤电子对(配位体)另一方有空轨道(中心原子)
同种金属或不同金属(合金)
特征
无方向性、饱和性
有方向性、饱和性
无方向性、饱和性
存在
离子化合
物(离子
晶体)
单质(如H2),共价化合物(如
H2O2),离子化合物(如Na2O2)
共价化合物(如HCl),离子化合物(如NaOH)
离子化
合物(如
NH4Cl)
金属单质(金属晶体)
影响
强弱
因素
一般阴、阳离子电荷越多,半径越
小,离子键越强
成键原子电负性差值越大,键的极性越强;键
能越大,键长越短,共价键越牢固
——
——
金属阳离子半径越小,价电
子越多,金属键越强
4.根据物质类别判断化学键类型
(1)离子化合物中一定有离子键,可能有共价键。由简单离子构成的离子化合物中只有离子键,如MgO、NaCl等;由复杂离子(原子团)构成的离子化合物中既有离子键又有共价键,如(NH4)2SO4、KNO3、NaOH、Na2O2等。
(2)共价化合物中只能有共价键,一定没有离子键。这是因为共价化合物中原子间都是通过共用电子形成化学键,不存在带电荷的阴、阳离子,如HCl、CO2、CH4等。
(3)金属单质中一般只存在金属键。
(4)非金属单质(除稀有气体外)一般只存在非极性键。
5.中学常见物质中的化学键
①只有非极性键的物质:H2、O2、N2、P4、S2、S8、金刚石、晶体硅等。
②只有极性键的物质:HX(X为F、Cl、Br、I)、CO、SO2等。
③既有极性键、又有非极性键的物质:H2O2、C2H2、C2H4、C6H6、C2H5OH等。
④只有离子键的物质:如CaCl2、K2O、KH等(固体)。
⑤既有离子键、又有非极性键的物质:Na2O2、Na2S2、CaC2等。
⑥既有离子键,又有极性键的物质:(NH4)2SO4、NH4NO3等。
⑦稀有气体中不存在化学键。
⑧金属或合金中存在金属键。
考点06晶胞计算
1.晶胞参数(边长)与半径的关系
晶体
晶体结构
图示关系
晶胞参数与边长关系
简单立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有a=2r
体心立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,体对角线长为c,则有c=a=4r
面心立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有4r=a
六方最密堆积晶胞
晶胞中原子球半径为r,六棱柱边长为a,高为h,则有a=2r,h=2倍四面体高
石墨
晶胞
设石墨晶胞的底边长为a cm,原子球直径为r,高为h cm,层间距d cm,则h=2d,由图可知:a/2=r×sin60°,得a=r
金刚石晶胞
金刚石晶胞
G点是空的,没有球,是正立方体的体心,A球心到E球心,是2个半径,即一个直径;同样,E球心到G,是2个半径,即一个直径,所以AG是两个直径,体对角线是AG的两倍,所以体对角线是4个直径,即8r,则有8r=a
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有8r=a。(体对角线上五球相切,其中有两个假想球)
CaF2型晶胞(与金刚石类似)
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有4(r+ + r-)=a
2.金属晶体空间利用率的计算方法
(1)空间利用率的定义及计算步骤
①空间利用率(η):指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比
②
(2)金属晶体空间利用率分类简析
①简单立方堆积:如图所示,原子的半径为r,立方体的棱长为2r,则V球=πr3,V晶胞=(2r)3=8r3
空间利用率=×100%=×100%=≈52%
②体心立方堆积:如图所示,原子的半径为r,体对角线c为4r,面对角线b为a,由(4r)2=a2+b2得a=
r。1个晶胞中有2个原子,故空间利用率=×100%=×100%=×100%=≈68%
③面心立方最密堆积:如图所示,原子的半径为r,面对角线为4r,a=2r,V晶胞=a3=(2r)3=16r3,1个晶胞中有4个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%
④六方最密堆积:如图所示,原子的半径为r,底面为菱形(棱长为2r,其中一个角为60°),则底面面积S=2r×r=2r2,h=r,V晶胞=S×2h=2r2×2×r=8r3,1个晶胞中有2个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%
⑤金刚石型堆积:设原子半径为R,由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一),可以计算出晶胞参数:a=b=c=R,α=β=γ=90°。每个晶胞中包含八个原子。
η=×100%=×100%≈34.01%
题型演练
【题型1金属键与金属晶体】
1.(23-24高二下·河北承德·阶段练习)下列关于金属及金属键的说法正确的是
A.金属键具有方向性与饱和性
B.金属具有金属光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
C.金属钠中的金属键比金属钾中的弱
D.用铁做炊具可用金属键知识解释
2.(23-24高二下·福建福州·期中)下表所列数据是对应晶体的熔点,据此判断下列选项正确的是
晶体
熔点
920℃
97.8℃
1291℃
190℃
2073℃
-107℃
-57℃
1723℃
A.含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
B.铝的化合物的晶体均是离子晶体
C.同族元素的最高价氧化物不可能形成不同类型的晶体
D.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
3.(23-24高二下·山西大同·期中)近年我国在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。对下列成就所涉及的化学知识判断错误的是
A.华为5G手机搭载智能7nm制程SOC“麒麟980”芯片,芯片的主要成分是二氧化硅
B.奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金,钛合金属于金属晶体
C.“嫦娥五号”探测器使用的砷化镓太阳能电池是将太阳能直接转化为电能
D.北斗三号卫星搭载了精密计时的铷原子钟,铷元素是通过原子光谱发现的
4.(24-25高三上·广东·阶段练习)通信技术的发展少不了化学的贡献。下列说法不正确的是
A.第三代半导体GaN材料有效解决了通讯能效问题,其中的中子数是31
B.近代利用铜线实现市内和长途有线通信,其中铜属于金属晶体
C.现代玻璃光纤拉制成功,实现了从电缆通信向光纤通信的过渡,其中光纤的主要成分是
D.古代利用烽火传送边疆警报,其中、、互为同位素
5.(23-24高二下·陕西西安·阶段练习)金属晶体和离子晶体的结构多样,种类繁多。下列说法正确的是
A.NaCl的熔点高于KCl的 B.常温下,能导电的晶体一定是金属晶体
C.是含有非极性键的离子晶体 D.离子晶体的熔、沸点均高于金属晶体的
6.(23-24高二下·广东广州·期中)下列说法正确的是
A.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
B.在金属晶体中,自由电子与金属离子的碰撞有能量传递,可以用此来解释金属的导热性
C.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,所以和共价键类似,也有饱和性和方向性
D.和晶体熔化时,克服的粒子间作用力类型相同
7.(23-24高二下·贵州黔东南·期末)下列物质属于金属晶体的是
A.氯化钠 B.干冰 C.水银 D.金刚石
8.(23-24高二下·甘肃白银·期末)工业上制备四氢硼钠的原理为。上述反应中的物质没有涉及的晶体类型是
A.金属晶体 B.共价晶体 C.分子晶体 D.离子晶体
9.(23-24高二下·四川遂宁·阶段练习)下列说法正确的是
A.金属导电是因为金属在外加电场作用下产生自由电子
B.金属晶体由金属阳离子和阴离子构成
C.硬铝合金的硬度和熔点均高于纯铝
D.“电子气理论”用于描述金属键的本质,可用于解释金属晶体的延展性、导电性和导热性
10.(23-24高二下·广东·阶段练习)广东的铝合金产量位居全国第一。下列说法错误的是
A.基态原子有5种不同能量的电子
B.基态原子有7种不同空间运动状态的电子
C.单质比单质熔点更高,金属键更弱
D.铝单质属于金属晶体,具有导电性、导热性和延展性
【题型2离子晶体 混合型晶体】
1.(23-24高二下·北京·期中)下列关于微粒间的作用力说法正确的是
①分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
②离子键的强弱和离子半径及所带电荷有关
③在晶体中有阳离子一定有阴离子
④石墨晶体既存在共价键又存在范德华力,属于混合型晶体
A.①④ B.②④ C.②③ D.①③④
2.(23-24高二下·甘肃白银·期中)下列物质熔点大小的比较正确的是
A. B.金刚石
C. D.
3.(23-24高二下·辽宁沈阳·期中)下列关于物质熔、坲点的比较,正确的是
A.Si、SiC、金刚石的熔点依次降低
B.SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次降低
C.F2、Cl2、Br2、I2的沸点依次升高
D.AsH3、PH3、NH3的沸点依次升高
4.(23-24高二下·贵州·期中)下列物质性质的变化,能用共价键的键能变化加以解释的是
A.HF、HBr、HCl的沸点依次降低
B.金刚石、SiC、晶体Si的熔点依次降低
C.Li、Na、K的熔点依次降低
D.NaF、NaCl、NaBr的熔点依次降低
5.(23-24高二下·山西朔州·期中)下列物质中,含有极性共价键的离子晶体是
A. B. C. D.
6.(23-24高二下·山东菏泽·期中)根据下列几种物质的熔点和沸点数据,判断下列有关说法错误的是
单质B
熔点/℃
801
712
190
2300
沸点/℃
1465
1412
178
2500
注:熔点在条件下测定。
A.与晶体结构相似
B.单质B晶体内部原子之间通过共价键连接
C.加热易升华
D.晶体中离子键的强度比晶体中的小
7.(23-24高二下·山东菏泽·期中)下列说法正确的是
A.液态中存在自由移动的离子,具有导电性
B.晶体结构与金刚石相似,所以该晶体具有较高的硬度
C.(熔点)和晶体转变为液态时,所克服的作用力相同
D.的熔、沸点比的低,主要是因为氨分子之间的范德华力小
8.(23-24高二下·四川泸州·期中)下列说法正确的是
A.硬度大小:金刚石>碳化硅>晶体硅
B.晶格能由大到小:
C.熔点高低:金刚石>生铁>钠>纯铁
D.酸性强弱:三氯乙酸>乙酸>三氟乙酸
9.(23-24高二下·广东茂名·期中)下列比较正确的是
A.沸点: B.钠、钾熔点:
C.熔点:金刚石>硅>NaCl D.酸性强弱:三氟乙酸<三氯乙酸<乙酸
10.(23-24高二下·福建福州·期中)下列有关说法不正确的是
A.晶格能: B.沸点:
C.阴离子的配位数: D.熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅
11.(23-24高二下·北京房山·阶段练习)“类推”是一种重要的学习方法,但有时会产生错误的结论,下列类推结论正确的是
A.NaCl晶体中含有离子键,则晶体中也含有离子键
B.IVA族元素氢化物的沸点顺序是,则VA族元素氢化物的沸点顺序是
C.晶体中有阴离子,必有阳离子,则晶体中有阳离子,必有阴离子
D.金刚石是共价晶体,则石墨也是共价晶体
12.(23-24高二下·天津南开·期中)一定条件下,石墨转化为金刚石吸收能量。下列关于石墨和金刚石的说法正确的是
A.金刚石比石墨稳定
B.可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨
C.等质量的石墨和金刚石中,碳碳σ键数目之比为4∶3
D.两物质的碳碳σ键的键角相同
13.(23-24高二下·北京·阶段练习)下列说法正确的是
A.分子中含有s-pσ键
B.和的VSEPR模型和空间结构均一致
C.熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅
D.酸性:
14.(23-24高二下·宁夏吴忠·期末)下列比较不正确的是
A.晶体熔点由低到高:F2 < Cl2 < Br2 < I2 B.晶体硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.晶体熔点由高到低:Rb>K>Na D.晶体熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI
15.(23-24高二下·河北沧州·期末)下列有关物质熔、沸点比较正确的是
A.熔点:
B.沸点:
C.沸点:
D.熔点:晶体硅>碳化硅>金刚石
16.(23-24高二下·甘肃兰州·期末)下面的排序不正确的是
A.晶体熔点由低到高:F2<Cl2<Br2<I2
B.碳酸盐的分解温度:MgCO3<CaCO3<BaCO3
C.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
D.熔点由高到低:Na>Mg>Al
17.(23-24高二下·河北承德·阶段练习)下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是
A.晶格能:NaF>NaCl>NaBr B.熔点:NaF>MgF2>AlF3
C.硬度:MgO>CaO>BaO D.配位数:NaCl晶胞中阴离子配位数与阳离子配位数相等
18.(23-24高二下·山东·阶段练习)下列关于化学键与晶体类型的说法正确的是
A.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
B.离子晶体中一定含有离子键,分子晶体中一定含有共价键
C.只由非极性键构成的分子一定是非极性分子
D.二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同
【题型3典型晶体模型结构分析】
1.(23-24高二下·广东茂名·期中)关于下列晶胞说法错误的是
A.离子晶体的晶胞结构如图甲所示,晶体中(黑球球为)周围距离最近的个数为6
B.分子晶体的晶胞结构如图乙所示,该晶胞中含有4个
C.共价晶体金刚石的晶胞结构如图丙所示,该晶胞中含有8个
D.金属晶体钠的晶胞结构如图丁所示,晶体中的配位数为8
2.(23-24高二下·天津·期中)下列关于晶体的叙述中,错误的是
A.晶体中配位数为4,配位数为8
B.碘晶胞中,每个分子紧邻12个分子
C.金刚石晶体中,碳原子与碳碳键数目比为1∶2
D.12 g石墨晶体中含有3 mol σ键
3.(22-23高二下·山东菏泽·期中)以表示阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是
A.18g冰(图甲)中含氢键数目为
B.12g金刚石(图乙)中含有键数目为
C.44g干冰(图丙)中含有个晶胞结构单元
D.12g石墨(图丁)中含六元环的数目为
4.(23-24高二下·北京·期中)氟化钙被广泛应用于天文观测、高分辨光学仪器中,其晶胞结构如下图所示。下列说法正确的是
A.氟化钙的化学式为
B.每个晶胞中含有14个
C.每个周围距离最近且等距的有4个
D.和之间既存在静电引力,又存在静电斥力
5.(22-23高二下·甘肃天水·阶段练习)金属铜的晶胞结构如图所示,已知铜晶胞的晶胞参数为anm,NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A.基态Cu原子的核外电子排布式为
B.每个铜原子周围有4个原子离它最近
C.每个晶胞中Cu原子个数为4
D.晶体铜的密度为
6.(23-24高二下·山西太原·期中)某卤化物可用于制作光电材料,其晶胞是立方体(结构如图1所示)。当部分被铕离子或空位取代后可获得高性能激光材料,其晶胞结构如图2所示。下列说法正确的是(设阿伏加德罗常数的值为)
A.图1中每个周围紧邻且距离相等的共有6个
B.图1晶胞若以作为晶胞的顶点,则位于晶胞的棱心
C.图2表示的化学式为
D.图2晶体的密度可表示为
7.(23-24高二下·山西朔州·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法正确的是
A.熔点:
B.在二氧化硅晶体中,最小环有8个原子
C.不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别
D.在晶胞中,1个分子周围有8个紧邻分子
8.(23-24高二下·福建三明·期中)氯化钠、金刚石、干冰、石墨四种晶体的结构模型如图所示,下列说法错误的是
A.NaCl晶体中,每个晶胞含有4个NaCl分子
B.金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1:2
C.晶胞中,1个分子周围与它距离最近且距离相等的分子有12个
D.石墨为混合型晶体,其层间是范德华力,层内碳原子之间均形成共价键
9.(23-24高二下·山东菏泽·期中)锆(是重要的战略金属,可从其氧化物中提取。下图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞,为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.该氧化物的化学式为
B.该氧化物的密度为
C.p点和q点在zx面上投影的距离为
D.若坐标取向不变,将p点原子平移至原点,则q点原子位于晶胞xy面的面心
10.(23-24高二下·山东菏泽·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法中正确的是
A.NaCl晶体中,Na+位于Cl-构成的四面体空隙中
B.CaF2晶体中,每个晶胞平均有4个Ca2+,每个Ca2+周围最近的Ca2+有6个
C.金刚石晶体中,每个C原子被12个六元环所共用
D.立方氮化硼晶体中,硼原子的配位数为8
11.(23-24高二下·福建福州·期中)已知晶体属立方晶系,晶胞边长为a.将掺杂到该晶胞中,可得到一种高性能的p型太阳能电池材料,其结构单元如图所示。假定掺杂后的晶胞参数不发生变化,下列说法正确的是
A.该结构单元中O原子数为3 B.Ni和Mg间的最短距离是
C.Ni的配位数为4 D.该物质的化学式为
12.(23-24高二下·山东临沂·期中)已知空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。下列有关说法不正确的是
A.铜碘杂化团簇分子结构如图1所示,分子间通过范德华力聚集在一起
B.金属Cu为面心立方晶胞如图2所示,若晶胞的边长为a,则最近的两个铜原子的距离为
C.金属Cu晶体的空间利用率为
D.碳酸铜的组成元素在元素周期表中属于同区元素
13.(23-24高二上·浙江台州·期末)下图(1)是常见的几种物质的晶胞,从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠,下列说法不正确的是
A.Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形,则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个
B.碘晶胞中I2分子有两种不同的取向,一个晶胞中有4个分子
C.金刚石晶胞中C原子的半径为c pm,则体对角线的长度为8c pm
D.Na晶胞是边长为a nm的立方体,则Na的原子半径可以表示为 pm
14.(23-24高二下·四川乐山·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法正确的是
A.碘和碳化硅晶体中,形成晶体的作用力类型相同
B.图乙的气态团簇分子的分子式为或
C.碳化硅晶体中由共价键形成的最小环上有6个原子
D.铜原子的配位数为6
15.(23-24高二下·山东济宁·期末)一些合金有“记忆”自己过去形状的能力,被称作“记忆”合金。一种可以通过磁场控制的磁性形状记忆合金的立方晶胞结构如图所示,下列说法错误的是
A.该合金的组成为Cu2MnAl
B.与Al原子距离最近的Al原子有12个
C.Al原子位于Mn原子构成的正八面体空隙之中
D.晶胞的密度为
16.(23-24高二下·新疆乌鲁木齐·期末)下列有关说法不正确的是
A.水合铜离子的模型如图1所示,1个水合铜离子中含有4个配位键
B.K2O晶体的晶胞如图2所示,K+填充O2-形成的四面体间隙
C.晶体Zn中原子堆积模型如图3所示,空间利用率为68%
D.晶体Cu中原子堆积模型如图4,为面心立方最密堆积,每个Cu原子的配位数均为8
17.(24-25高三上·湖南·开学考试)经X射线衍射实验测定,某金属单质M有如图甲、乙所示两种晶胞。已知:甲晶胞参数为anm,乙晶胞参数为bnm。下列叙述正确的是
A.1个图甲晶胞含4个金属原子
B.M晶体由阴离子和阳离子构成
C.图乙中两个粒子之间最近距离为bnm
D.图甲和图乙晶体密度之比为
18.(23-24高二下·黑龙江哈尔滨·期末)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(白球代表Fe,黑球代表Mg)。储氢时,H2分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离为a nm,NA表示阿伏加德罗常数的值。已知A点的原子坐标参数为(0,0,0),B点为(,,0),则下列说法正确的是
A.晶胞中Fe与Mg的配位数均为4 B.位置C点的原子坐标参数为(,,)
C.Mg与Fe之间的最近距离为a nm D.该材料储氢后的化学式为FeMgH
19.(23-24高二下·山西临汾·期中)金属铁因生产工艺和温度不同,会有不同的晶体结构。和的晶体结构如图所示,下列说法正确的是
A.中铁原子的配位数为12
B.1个晶胞的质量约为g
C.金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性
D.与性质完全相同
20.(23-24高二下·福建南平·期末)下列对结构模型的分析错误的是
A.图1为晶胞示意图,每个晶胞中有4个
B.图2为二氧化硅结构示意图,晶体中Si原子与Si-O键个数比为
C.图3为金属铜晶胞示意图,晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12
D.图4为苯甲酸层状结构示意图,苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇,熔点更高
21.(23-24高二下·重庆·阶段练习)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、机械性能及增大硬度。AlCr2具有体心四方结构(如图所示)。下列说法正确的是
已知:①空间利用率;
②设Al和Cr原子半径分别为 nm和 nm。
A.黑球(●)代表Cr原子
B.Al的电导率随温度的升高而升高
C.Cr原子的空间利用率为
D.Al具有延展性是由于电子气中的自由电子在运动时经常与金属发生碰撞,从而引起两者的能量交换
22.(23-24高二下·河北邯郸·期末)超高硬度生物材料 Ti3Au 合金是理想的人工髋关节和膝关节材料,其晶体有α-Ti3Au(图甲)、β-Ti3Au(图乙)两种结构。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是
A.图甲中,与 Ti原子距离最近且等距的 Ti原子有8个
B.图乙中,Ti原子位于Au原子构成的四面体空隙中
C.图乙中,若M的坐标为(m,,1),则N的坐标为(1,1-m,)
D.图乙中,若晶胞边长为 d pm,则晶体的密度为
23.(23-24高二下·贵州六盘水·期中)有关晶体的晶胞结构如图所示,下列说法错误的是
A.在晶体中与最近的形成正八面体
B.在晶胞中,每个晶胞平均占有4个
C.在晶胞中,原子数与键数目比为
D.铜晶胞为面心立方最密堆积,铜原子的配位数为6
24.(23-24高二下·四川·期中)下图为Ba和O元素形成的过氧化物的1/8晶胞,晶体中离子键百分数约为82%,熔点为1200℃左右,熔融态能导电,依据所学知识分析下列说法错误的是
A.根据过渡晶体中化学键的占比和晶体的性质可将该晶体视作离子晶体
B.该晶体的分子式为BaO2,晶体中除了离子键还含有共价键
C.每个Ba2+最近且等距离的Ba2+有12个
D.熔融态能导电的晶体不一定是离子晶体
25.(23-24高二下·湖北武汉·期中)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(白球代表Fe,黑球代表Mg)。储氢时,分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离为anm,表示阿伏加德罗常数的值。已知M点的原子坐标参数为,N点为。则下列说法错误的是
A.晶胞中Mg的配位数为4
B.位置P点的原子坐标参数为
C.Fe与Mg之间的最近距离为
D.储氢后的晶体密度为
26.(23-24高二下·湖北·期中)某晶体立方晶胞如图。已知图中微粒1的分数坐标是(0,,),阿伏加德罗常数的值为NA.下列说法正确的是
A.Ag+周围距离最近且相等的个数是6
B.微粒2的分数坐标是(,,)
C.已知银与铜位于同一族,银位于元素周期表的d区
D.若晶胞边长为apm,则相邻Ag+之间的最短距离为a pm
27.(23-24高二下·陕西渭南·期中)氮化钛为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。晶体的晶胞结构如图所示(白球代表,黑球代表)。已知a点原子的分数坐标为。下列说法正确的是
A.该晶胞中点原子的分数坐标为
B.晶体中距离最近的有6个
C.该晶胞中含有6个原子和4个原子
D.均位于构成的八面体空隙中
28.(23-24高二下·辽宁·阶段练习)M的硫化物有MS和M2S两种。已知:二者晶胞中S2-的位置如图甲所示,M离子位于硫离子所构成的四面体中,如图乙所示(表示M离子、表示:S2-)。下列说法错误的是
A.S2-的排列方式与NaCl中Cl-相似
B.在MS晶胞中如果A处S2-的坐标为(0,0,0),一个M2+的坐标为(),则在()处不存在M2+
C.MS晶胞中,距离S2-最近的M2+有4个
D.MS和M2S晶胞的俯视图均为
1
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专题08 金属晶体与离子晶体
考点梳理
题型演练
考点01 金属键与金属晶体
【题型1金属键与金属晶体】
考点02 离子晶体
【题型2离子晶体 混合型晶体 】
考点03 过渡晶体与混合型晶体
【题型3典型晶体模型结构分析】
考点04 典型晶体模型结构分析
考点05 晶体类型的比较
考点06 晶胞计算
考点梳理
考点01金属键与金属晶体
1.金属键
(1)概念:金属阳离子与“自由电子”之间存在的强烈的相互作用称为金属键。
(2)金属键的本质——“电子气理论”
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有金属原子维系在一起,这一理论称为“电子气理论”。由此可见,金属晶体跟共价晶体一样,是一种“巨分子”。
(3)金属键的特征
自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子而是在整块固态金属中自由移动。金属键既没有方向性,也没有饱和性。
(4)影响金属键强弱的因素
一般来说,金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键越强。
(5)金属键与金属熔、沸点的关系
金属晶体熔、沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强,金属晶体的熔、沸点越高。
2.金属晶体
(1)概念:金属原子通过金属键形成的晶体叫做金属晶体。
(2)金属晶体的特点
①构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子;
②在金属晶体中,不存在单个分子;
③金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围
注:①含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子,例如金属晶体中只有金属阳离子和自由电子,没有阴离子。但晶体中有阴离子时,一定有阳离子。
②金属单质或合金的晶体属于金属晶体
(3)电子气理论解释金属材料的有关性质
①延展性:
当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,所以金属有良好的延展性。当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样,会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变,这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。
②导电性:
电子气理论还十分形象地用电子气在电场中定向移动解释金属良好的导电性
注:金属晶体有导电性,但能导电的物质不一定是金属。例如,石墨有导电性却属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物,也不属于金属。
③电导率随温度的变化规律:
还可用电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞解释金属的电导率随温度升高而降低的现象。
(4)常见的合金
①以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等
②以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等
(5)电解质导电和金属导电的区别
物质类别
电解质
金属晶体
导电时的状态
水溶液或熔融状态下
晶体状态
导电粒子
自由移动的离子
自由电子
导电时发生的变化
化学变化
物理变化
导电能力随温度的变化
温度升高导电能力增强
温度升高导电能力减弱
考点02离子晶体
1.离子键及其影响因素
(1)概念:阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(2)影响因素:离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强。
特别提醒 离子键没有方向性和饱和性。
2.离子晶体及其物理性质
(1)概念:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较高,硬度较大。
②离子晶体不导电,但熔化或溶于水后能导电。
③大多数离子晶体能溶于水,难溶于有机溶剂。
3.常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示,每个Na+周围距离最近的Cl-有6个(上、下、左、右、前、后各1个),构成正八面体,每个Cl-周围距离最近的Na+有 6个,构成正八面体,由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题:
①每个Na+(Cl-)周围距离相等且最近的Na+(Cl-)是12个。
②每个晶胞中实际拥有的Na+数是4个,Cl-数是4个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化钠晶体的密度为 g·cm-3。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示,每个Cs+周围距离最近的Cl-有8个,每个Cl-周围距离最近的Cs+有 8个,它们均构成正六面体,由此可推知晶体的化学式为CsCl。
①每个Cs+(Cl-)周围距离最近的Cs+(Cl-)有 6个,构成正八面体。
②每个晶胞中实际拥有的Cs+有 1个,Cl-有 1个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化铯晶体的密度为 g·cm-3。
考点03过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
(1)四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体。
(2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,作为离子晶体处理,离子键成分的百分数小,作为共价晶体处理。
(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右,离子键成分的百分数越来越小,其中作为离子晶体处理的是Na2O、MgO;作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2;作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。
2.混合型晶体——石墨
(1)结构特点——层状结构
①同层内,碳原子采用sp2杂化,以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠,p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
②层与层之间以范德华力相结合。
(2)晶体类型
石墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合型晶体。
(3)物理性质:①导电性,②导热性,③润滑性。
考点04典型晶体模型结构分析
1.金属晶体的四种堆积模型分析
(1)金属原子在二维平面中的堆积模型
①堆积原理:组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在空间的排列大多服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中,金属键没有方向性和饱和性,因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定
②金属原子在二维平面中的堆积模型:金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即:二维空间里),可有两种方式——非密置层和密置层
非密置层
密置层
特点
每个圆球与其他四个球相切
每个圆球与其他六个球相切
二维平面堆积图示
是否是最密堆积
不是
是
配位数
4
6
配位数:在密堆积中,一个原子周围所邻接的原子的数目称为配位数。如果把金属原子视为一个球体,则一个圆球周围靠的最近的圆球为配位数
(2)金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型
①简单立方堆积:将非密置层球心对球心地垂直向上排列,这样一层一层地在三维空间里堆积,就得到简单立方堆积。这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体,每个晶胞含一个原子,这种堆积方式的空间利用率为52%,配位数为6。这种堆积方式的空间利用率太低,只有金属钋(Po)采取这种堆积方式
②体心立方堆积——钾型:非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,并使非密置层的原子稍稍分离,每层均照此堆积。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式,这种堆积方式又称钾型堆积。这种堆积方式可以找出立方晶胞,空间利用率比简单立方堆积高得多,达到68%,每个球与上、下两层的各4个球相接触,故配位数为8
③六方最密堆积和面心立方最密堆积:密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积,会得到两种基本堆积方式——六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数为12,空间利用率均为74%,但所得晶胞的形式不同
六方最密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积重复周期为两层,按ABABABAB……的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密排六方晶胞,故称此排列为六方最密堆积。由此堆积可知,同一层上每个球与同层中周围6个球相接触,同时又与上下两层中各3个球相接触,故每个球与周围12个球相接触,所以其配位数是12。原子的空间利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式
面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积。将第一密置层记作A,第二层记作B,B层的球对准A层中的三角形空隙位置,第三层记作C,C层的球对准B层的空隙,同时应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。以后各层分别重复A、B、C层排列,这种排列方式三层为一周期,记为ABCABCABC……由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞,故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采用此类堆积方式
(3)金属晶体的四种堆积模型比较
堆积模型
简单立方堆积
体心立方堆积
(钾型)
面心立方最密堆积
(铜型)
六方最密堆积
(镁型)
晶胞
或
代表金属
Po
Na K Fe
Cu Ag Au
Mg Zn Ti
配位数
6
8
12
12
晶胞内原子数目
1
2
4
2
原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系
a=2r
a=4r
a=4r
密度的表达式
空间利用率
表达式
金属晶胞中原子空间利用率计算:空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积
2.常见离子晶体结构分析
离子晶体中,阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子,被异电性离子包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中离子的配位数
(1)四种常见离子晶体
①NaCl晶体
晶体结构
结构分析
a.一个NaCl晶胞中,有4个Na+,有4个Cl-
b.在NaCl晶体中,每个Na+同时强烈吸引6个Cl-,形成正八面体形; 每个Cl-同时强烈吸引6个Na+
c.在NaCl晶体中,Na+ 和Cl-的配位数分别为6、6
d.在NaCl晶体中,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有12个,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有12个
e.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
②CsCl晶体
晶体结构
结构分析
a.一个CsCl晶胞中,有1个Cs+,有1个Cl-
b.在CsCl晶体中,每个Cs+同时强烈吸引8个Cl-,即:Cs+的配位数为8, 每个Cl- 同时强烈吸引8个Cs+,即:Cl-的配位数为8
c.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有6个,形成正八面体形,在CsCl晶体中,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有6个
d.密度= (a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
③ZnS晶体
晶体结构
结构分析
a.1个ZnS晶胞中,有4个S2-,有4个Zn2+
b.Zn2+的配位数为4,S2-的配位数为4
c.密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
④CaF2晶体
晶体结构
结构分析
a.1个CaF2的晶胞中,有4个Ca2+,有8个F-
b.CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同,Ca2+配位数是8,F-的配位数是4
c.密度=(a为晶胞边长,NA为阿伏加德罗常数)
(2)影响离子晶体配位数的因素
①正、负离子半径比:AB型离子晶体中,阴、阳离子的配位数相等,但正、负离子半径比越大,离子的配位数越大。如:ZnS、NaCl、CsCl
②正、负离子的电荷比。如:CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同
(3)晶格能
①概念:气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量。晶格能通常取正值,单位为kJ·mol-1
②影响晶格能大小的因素:影响晶格能大小的因素主要是离子所带的电荷和阴、阳离子间的距离。晶格能与
阴、阳离子所带电荷的乘积成正比,与阴、阳离子间的距离成反比,可用下式表示:晶格能∝
③晶格能与离子晶体性质的关系
a.晶格能与离子晶体的稳定性:晶格能越大,离子键越强,形成的离子晶体越稳定
b.晶格能与晶体的熔点、硬度的关系:晶格能越大,熔点越高,硬度越大
c.晶格能与岩浆晶出规则:矿物从岩浆中先后结晶的规律被称为岩浆晶出规则;岩浆晶出的次序受晶格能的影响,晶格能越大,岩浆中的矿物越易结晶析出
3.混合晶体——石墨晶体
(1)石墨晶体的结构:石墨不同于金刚石,它的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化,而是呈sp2杂化,形成平面六元并环结构。因此,石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm,说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的。石墨的二维结构内,每一个碳原子的配位数为3,有一个末参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面
石墨晶体中的二维平面结构
石墨的层状结构
石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)石墨的“多性”
①具有共价晶体属性:在石墨晶体中,同层的碳原子以sp2杂化形成共价键,每一个碳原子以三个共价键与另外三个碳原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环,伸展成层状结构,层内的碳原子核间为为142 pm,这正好属于共价晶体的键长范围,因此对于同一层来说,它是共价晶体
②具有金属晶体属性:在同一平面内的碳原子还各剩下一个p轨道,所有的p轨道相互重叠,电子比较自由,相当于金属晶体中的自由电子,而石墨能导热和导电,这正属于金属晶体的特征
③具有分子晶体属性:石墨晶体中层与层之间相隔335 pm,距离较大,层间是以范德华力结合起来的,即层与层之间属于分子晶体。但是,由于同一平面层上的碳原子间的结合力很强,键很难被破坏,所以石墨的熔点也很高,化学性质也很稳定
(3)石墨的晶体类型:石墨是共价晶体、金属晶体、分子晶体的一种混合型晶体
(4)微粒间的作用:石墨属于混合晶体,既有共价键、又有金属键,还有范德华力
(5)石墨与金刚石的比较
金刚石
石墨
晶体类型
共价晶体
混合晶体
构成微粒
碳原子
碳原子
微粒间的作用力
C-C共价键
C-C共价键、分子间作用力
碳原子的杂化方式
sp3杂化
sp2杂化
碳原子成键数
4
3
碳原子有无剩余价电子
无
有一个2p电子
配位数
4
3
晶体结构特征
正四面体空间网状结构
平面六边形层状结构
最小碳环
六元环、不共面
六元环、共面
键长
金刚石中C—C>石墨中C—C
键能
金刚石<石墨
稳定性
金刚石<石墨
熔、沸点
金刚石<石墨
键角
109°28′
120°
考点05晶体类型的比较
1.四种晶体的比较
晶体
分子晶体
离子晶体
金属晶体
共价晶体
构成微粒
分子
阴、阳离子
金属离子、自由电子
原子
微粒间作用力
范德华力(少数有氢键)
离子键
金属键
共价键
性质
熔、沸点
较低
较高
一般较高
很高
硬度
小
略硬而脆
一般较大
很大
溶解性
相似相溶
多数溶于水
不溶,有些与水反应
不溶
机械加工性能
不良
不良
良好
不良
导电性
固态、液态均不导电,部分溶于水时导电
固态时不导电,熔融时导电,能溶于水的溶于水时导电
固态、熔融态时导电
大部分固态、熔融时都不导电
作用力大小规律
组成和结构相似的分子,相对分子质量大的范德华力大
离子所带电荷数多、半径小的离子键强
金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强
共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断
分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2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、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等;常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④金属单质(除汞外)与合金均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
离子晶体的熔点较高,常在数百至几千摄氏度;共价晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度;分子晶体的熔点较低,常在数百摄氏度以下至很低温度;金属晶体多数熔点高,但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电;共价晶体一般为非导体,但晶体硅能导电;分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)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略硬而脆;共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
3.常见化学键的比较
离子键
共价键
金属键
非极性键
极性键
配位键
本质
阴、阳离子间通过静电作用
形成
相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成
金属阳离子与自由电子间作用
成键
条件
(元素
种类)
成键原子的得、失电子能力差别很大(金属元素与非金属元素之
间)
成键原子得、失电子能力相同(同种非金属元素之间)
成键原子得、失电子能力差别较小(不同种非金属元素之间)
成键原子一方有孤电子对(配位体)另一方有空轨道(中心原子)
同种金属或不同金属(合金)
特征
无方向性、饱和性
有方向性、饱和性
无方向性、饱和性
存在
离子化合
物(离子
晶体)
单质(如H2),共价化合物(如
H2O2),离子化合物(如Na2O2)
共价化合物(如HCl),离子化合物(如NaOH)
离子化
合物(如
NH4Cl)
金属单质(金属晶体)
影响
强弱
因素
一般阴、阳离子电荷越多,半径越
小,离子键越强
成键原子电负性差值越大,键的极性越强;键
能越大,键长越短,共价键越牢固
——
——
金属阳离子半径越小,价电
子越多,金属键越强
4.根据物质类别判断化学键类型
(1)离子化合物中一定有离子键,可能有共价键。由简单离子构成的离子化合物中只有离子键,如MgO、NaCl等;由复杂离子(原子团)构成的离子化合物中既有离子键又有共价键,如(NH4)2SO4、KNO3、NaOH、Na2O2等。
(2)共价化合物中只能有共价键,一定没有离子键。这是因为共价化合物中原子间都是通过共用电子形成化学键,不存在带电荷的阴、阳离子,如HCl、CO2、CH4等。
(3)金属单质中一般只存在金属键。
(4)非金属单质(除稀有气体外)一般只存在非极性键。
5.中学常见物质中的化学键
①只有非极性键的物质:H2、O2、N2、P4、S2、S8、金刚石、晶体硅等。
②只有极性键的物质:HX(X为F、Cl、Br、I)、CO、SO2等。
③既有极性键、又有非极性键的物质:H2O2、C2H2、C2H4、C6H6、C2H5OH等。
④只有离子键的物质:如CaCl2、K2O、KH等(固体)。
⑤既有离子键、又有非极性键的物质:Na2O2、Na2S2、CaC2等。
⑥既有离子键,又有极性键的物质:(NH4)2SO4、NH4NO3等。
⑦稀有气体中不存在化学键。
⑧金属或合金中存在金属键。
考点06晶胞计算
1.晶胞参数(边长)与半径的关系
晶体
晶体结构
图示关系
晶胞参数与边长关系
简单立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有a=2r
体心立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,体对角线长为c,则有c=a=4r
面心立方晶胞
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有4r=a
六方最密堆积晶胞
晶胞中原子球半径为r,六棱柱边长为a,高为h,则有a=2r,h=2倍四面体高
石墨
晶胞
设石墨晶胞的底边长为a cm,原子球直径为r,高为h cm,层间距d cm,则h=2d,由图可知:a/2=r×sin60°,得a=r
金刚石晶胞
金刚石晶胞
G点是空的,没有球,是正立方体的体心,A球心到E球心,是2个半径,即一个直径;同样,E球心到G,是2个半径,即一个直径,所以AG是两个直径,体对角线是AG的两倍,所以体对角线是4个直径,即8r,则有8r=a
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有8r=a。(体对角线上五球相切,其中有两个假想球)
CaF2型晶胞(与金刚石类似)
晶胞参数(边长)为a,原子球半径为r,则有4(r+ + r-)=a
2.金属晶体空间利用率的计算方法
(1)空间利用率的定义及计算步骤
①空间利用率(η):指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比
②
(2)金属晶体空间利用率分类简析
①简单立方堆积:如图所示,原子的半径为r,立方体的棱长为2r,则V球=πr3,V晶胞=(2r)3=8r3
空间利用率=×100%=×100%=≈52%
②体心立方堆积:如图所示,原子的半径为r,体对角线c为4r,面对角线b为a,由(4r)2=a2+b2得a=
r。1个晶胞中有2个原子,故空间利用率=×100%=×100%=×100%=≈68%
③面心立方最密堆积:如图所示,原子的半径为r,面对角线为4r,a=2r,V晶胞=a3=(2r)3=16r3,1个晶胞中有4个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%
④六方最密堆积:如图所示,原子的半径为r,底面为菱形(棱长为2r,其中一个角为60°),则底面面积S=2r×r=2r2,h=r,V晶胞=S×2h=2r2×2×r=8r3,1个晶胞中有2个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%
⑤金刚石型堆积:设原子半径为R,由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一),可以计算出晶胞参数:a=b=c=R,α=β=γ=90°。每个晶胞中包含八个原子。
η=×100%=×100%≈34.01%
题型演练
【题型1金属键与金属晶体】
1.(23-24高二下·河北承德·阶段练习)下列关于金属及金属键的说法正确的是
A.金属键具有方向性与饱和性
B.金属具有金属光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
C.金属钠中的金属键比金属钾中的弱
D.用铁做炊具可用金属键知识解释
【答案】D
【详解】A.金属键存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用,不是存在于相邻原子之间的作用力,而是属于整块金属,没有方向性和饱和性,A错误;
B.金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光,并不是能放出可见光,B错误;
C.原子半径越小,自由电子数越多,金属键越强,即金属钠中的金属键比金属钾中的强,C错误;
D.金属的物理共性,如导电性、导热性、延展性等都与金属键有关,D正确;
答案选D。
2.(23-24高二下·福建福州·期中)下表所列数据是对应晶体的熔点,据此判断下列选项正确的是
晶体
熔点
920℃
97.8℃
1291℃
190℃
2073℃
-107℃
-57℃
1723℃
A.含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
B.铝的化合物的晶体均是离子晶体
C.同族元素的最高价氧化物不可能形成不同类型的晶体
D.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
【答案】D
【详解】A.金属晶体中含有金属阳离子和自由电子,所以含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,A错误;
B.由表中数据可知,AlCl3的熔点较低,形成的晶体为分子晶体,而AlF3、Al2O3的熔点较高,形成的晶体均为离子晶体,B错误;
C.C、Si在同一主族,二氧化碳为分子晶体,二氧化硅为共价晶体,C错误;
D.钠的熔点低于氯化铝的熔点,钠是金属晶体,氯化铝是分子晶体,所以金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高,D正确;
故选D。
3.(23-24高二下·山西大同·期中)近年我国在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。对下列成就所涉及的化学知识判断错误的是
A.华为5G手机搭载智能7nm制程SOC“麒麟980”芯片,芯片的主要成分是二氧化硅
B.奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金,钛合金属于金属晶体
C.“嫦娥五号”探测器使用的砷化镓太阳能电池是将太阳能直接转化为电能
D.北斗三号卫星搭载了精密计时的铷原子钟,铷元素是通过原子光谱发现的
【答案】A
【详解】A.芯片的主要成分是硅,而不是二氧化硅,A错误;
B.钛合金属于金属晶体,B正确;
C.砷化镓太阳能电池是将太阳能直接转化为电能,C正确;
D.铷元素是通过原子光谱发现的,D正确;
故选A。
4.(24-25高三上·广东·阶段练习)通信技术的发展少不了化学的贡献。下列说法不正确的是
A.第三代半导体GaN材料有效解决了通讯能效问题,其中的中子数是31
B.近代利用铜线实现市内和长途有线通信,其中铜属于金属晶体
C.现代玻璃光纤拉制成功,实现了从电缆通信向光纤通信的过渡,其中光纤的主要成分是
D.古代利用烽火传送边疆警报,其中、、互为同位素
【答案】A
【详解】A.中子数=质量数-质子数,的中子数是70-31=39,A项错误;
B.金属单质和合金都属于金属晶体,Cu是金属单质,属于金属晶体,B项正确;
C.光导纤维的主要成分是,C项正确;
D.、、互为同位素,D项正确;
故本题选A。
5.(23-24高二下·陕西西安·阶段练习)金属晶体和离子晶体的结构多样,种类繁多。下列说法正确的是
A.NaCl的熔点高于KCl的 B.常温下,能导电的晶体一定是金属晶体
C.是含有非极性键的离子晶体 D.离子晶体的熔、沸点均高于金属晶体的
【答案】A
【详解】A.氯化钠和氯化钾都是离子晶体,钠离子半径小于钾离子半径,氯化钠的晶格能比氯化钾的高,故NaCl的熔点高于KCl的,A正确;
B.常温下,能导电的晶体不一定是金属晶体,例如石墨,B错误;
C.是含有镁离子和氯离子的离子晶体,不含非极性键,C错误;
D.金属晶体的熔沸点有很高的,如钨,也有很低的,如钠,离子晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体的,D错误;
故选A。
6.(23-24高二下·广东广州·期中)下列说法正确的是
A.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
B.在金属晶体中,自由电子与金属离子的碰撞有能量传递,可以用此来解释金属的导热性
C.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,所以和共价键类似,也有饱和性和方向性
D.和晶体熔化时,克服的粒子间作用力类型相同
【答案】B
【详解】A.有的金属晶体(如汞)的熔点比分子晶体低(如S等),故A错误;
B.金属自由电子受热后运动速率增大,与金属离子碰撞频率增大,传递了能量,故金属有良好的导热性,故B正确;
C.金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,所以金属键没有方向性和饱和性,而共价键有方向性和饱和性,故C错误;
D.NaCl属于离子晶体,熔化需要克服离子键,SiC晶体属于共价晶体,熔化需要克服共价键,故D错误;
本题选B。
7.(23-24高二下·贵州黔东南·期末)下列物质属于金属晶体的是
A.氯化钠 B.干冰 C.水银 D.金刚石
【答案】C
【分析】金属晶体都是金属单质,构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子。
【详解】A.氯化钠属于离子晶体,A不符合题意;
B.干冰属于分子晶体,B不符合题意;
C.水银属于金属晶体,C符合题意;
D.金刚石属于共价晶体,D不符合题意;
故选C。
8.(23-24高二下·甘肃白银·期末)工业上制备四氢硼钠的原理为。上述反应中的物质没有涉及的晶体类型是
A.金属晶体 B.共价晶体 C.分子晶体 D.离子晶体
【答案】A
【详解】题述反应的物质中NaBH4、NaH、Na2SiO3为离子晶体,SiO2为共价晶体,H3BO3与H2O为分子晶体,所以涉及的晶体类型中没有金属晶体,故答案选A。
9.(23-24高二下·四川遂宁·阶段练习)下列说法正确的是
A.金属导电是因为金属在外加电场作用下产生自由电子
B.金属晶体由金属阳离子和阴离子构成
C.硬铝合金的硬度和熔点均高于纯铝
D.“电子气理论”用于描述金属键的本质,可用于解释金属晶体的延展性、导电性和导热性
【答案】D
【详解】A.金属导电是因为自由电子的定向移动,并不需要外加电场,A项错误;
B.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用和静电排斥作用,B项错误;
C.硬铝的硬度比纯铝大,但熔点比纯铝低,C项错误;
D.电子气理论为:把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成与气体相比拟的带负电的“电子气”,金属原子则“浸泡”在“电子气”的海洋中,可用于解释金属晶体的延展性、导电性和导热性,故D正确;
故答案选D。
10.(23-24高二下·广东·阶段练习)广东的铝合金产量位居全国第一。下列说法错误的是
A.基态原子有5种不同能量的电子
B.基态原子有7种不同空间运动状态的电子
C.单质比单质熔点更高,金属键更弱
D.铝单质属于金属晶体,具有导电性、导热性和延展性
【答案】C
【详解】A.不同能层和能级的电子能量不同,基态原子有共5种能量不同的电子,A项正确;
B.不同轨道的电子空间运动状态不同,基态原子分别有1个轨道,有3个轨道,能级只有1个电子1个轨道,共计7个轨道,B项正确;
C.基态原子的价层电子比基态原子多,的半径比小,金属键更强,熔点更高,C项错误;
D.单质是金属晶体,具有导电性、导热性和延展性,D项正确;
答案选C。
【题型2离子晶体 混合型晶体】
1.(23-24高二下·北京·期中)下列关于微粒间的作用力说法正确的是
①分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
②离子键的强弱和离子半径及所带电荷有关
③在晶体中有阳离子一定有阴离子
④石墨晶体既存在共价键又存在范德华力,属于混合型晶体
A.①④ B.②④ C.②③ D.①③④
【答案】B
【详解】①分子晶体中,共价键键能越大,该物质越稳定,与分子间作用力无关,故①错误;
②离子半径越小,所带电荷越多,离子键越强,则离子键的强弱和离子半径及所带电荷有关,故②正确;
③晶体中如果含有阳离子,可能不含阴离子,如:金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,故③错误;
④石墨晶体中,既有共价键,又有范德华力,属于混合型晶体,故④正确;
故本题选B。
2.(23-24高二下·甘肃白银·期中)下列物质熔点大小的比较正确的是
A. B.金刚石
C. D.
【答案】A
【详解】A.离子晶体的晶格能大小取决于离子半径和电荷,离子半径越小,电荷越多,晶格能越大,离子晶体的熔点越高,半径:Cl-<Br-<I-,则熔点:,A正确;
B.共价晶体的熔点与键能有关,键能越大,熔点越高,金刚石、SiC、Si均为共价晶体,键长:C-C<C-Si<Si-Si,键能:C-C>C-Si>Si-Si,则熔点为金刚石>SiC>Si,B错误;
C.分子结构相似,且都为分子晶体,分子的相对分子质量越大,分子之间作用力越大,熔点越高,则有CH4<SiH4<GeH4,C错误;
D.碱金属从上到下,原子半径逐渐增大,金属键键能逐渐减小,金属晶体的熔点逐渐降低,则有熔点:K<Na<Li,D错误;
故选A。
3.(23-24高二下·辽宁沈阳·期中)下列关于物质熔、坲点的比较,正确的是
A.Si、SiC、金刚石的熔点依次降低
B.SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次降低
C.F2、Cl2、Br2、I2的沸点依次升高
D.AsH3、PH3、NH3的沸点依次升高
【答案】C
【详解】A.硅、碳化硅、金刚石都是共价晶体且结构相似,键长:Si—Si>C—Si>C—C,一般共价键键长越短键能越大,即键能Si—Si<C—Si<C—C,则Si、SiC、金刚石的熔点依次升高,A错误;
B.SiCl4、MgBr2、氮化硼分别是分子晶体、离子晶体、共价晶体,所以SiCl4、MgBr2、氮化硼的熔点依次升高,B错误;
C.这几种单质是不能形成分子间氢键的分子晶体,F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大,则沸点依次升高,C正确;
D.AsH3、PH3是不能形成分子间氢键的分子晶体,NH3是能形成分子间氢键的分子晶体,PH3、AsH3、NH3的沸点依次升高,D错误;
故答案为:C。
4.(23-24高二下·贵州·期中)下列物质性质的变化,能用共价键的键能变化加以解释的是
A.HF、HBr、HCl的沸点依次降低
B.金刚石、SiC、晶体Si的熔点依次降低
C.Li、Na、K的熔点依次降低
D.NaF、NaCl、NaBr的熔点依次降低
【答案】B
【详解】A.HF、HBr、HCl的沸点依次降低主要原因是HF存在分子间氢键,沸点升高,HBr、HCl都是分子晶体,相对分子质量越大的沸点越高,A不符合题意;
B.金刚石、SiC、晶体Si都属于共价晶体,键长C-C<C-Si<Si-Si,键能为C-C>C-Si>Si-Si,所以,金刚石、SiC、晶体Si的熔点依次降低,B符合题意;
C.Li、Na、K是金属晶体,存在金属键,不属于共价键,C不符合题意;
D.NaF、NaCl、NaBr属于离子晶体,不含共价键,与共价键的键能无关,D不符合题意;
故选B。
5.(23-24高二下·山西朔州·期中)下列物质中,含有极性共价键的离子晶体是
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】A.NaCl为离子晶体,不含共价键,故A不符合题意;
B.AlCl3为共价晶体,故B不符合题意;
C.为离子晶体,其中含O-O非极性共价键,故C不符合题意;
D.NaOH为离子晶体,其中含O-H极性共价键,故D符合题意;
故答案选D。
6.(23-24高二下·山东菏泽·期中)根据下列几种物质的熔点和沸点数据,判断下列有关说法错误的是
单质B
熔点/℃
801
712
190
2300
沸点/℃
1465
1412
178
2500
注:熔点在条件下测定。
A.与晶体结构相似
B.单质B晶体内部原子之间通过共价键连接
C.加热易升华
D.晶体中离子键的强度比晶体中的小
【答案】A
【详解】A.由表中数据可知,SiCl4的熔沸点较低,属于分子晶体,而属于共价晶体,二者晶体结构不相似,A错误;
B.单质B的熔沸点很高,所以单质B是共价晶体,晶体内部原子之间通过共价键连接,B正确;
C.由表中数据可以知道氯化铝的沸点低于熔点,所以受热时能够不经液态直接升华,C正确;
D.离子晶体的离子键越强,熔沸点越高,由表中数据可以知道,NaCl的熔、沸点均比MgCl2高,所以NaCl晶体中的离子键强度应比MgCl2的大,D正确;
故选A。
7.(23-24高二下·山东菏泽·期中)下列说法正确的是
A.液态中存在自由移动的离子,具有导电性
B.晶体结构与金刚石相似,所以该晶体具有较高的硬度
C.(熔点)和晶体转变为液态时,所克服的作用力相同
D.的熔、沸点比的低,主要是因为氨分子之间的范德华力小
【答案】B
【详解】A.液态中存在氯化氢分子,没有可自由移动的电子,不能导电,故A项错误;
B.晶体为原子晶体,结构与金刚石相似,所以该晶体具有较高的硬度,故B项正确;
C.是分子晶体转变为液态时要克服范德华力,是离子晶体转变为液态时要克服离子键,故C项错误;
D.和均为分子晶体,的熔沸点较高,是由于氨分子之间存在氢键,故D项错误;
故答案选B。
8.(23-24高二下·四川泸州·期中)下列说法正确的是
A.硬度大小:金刚石>碳化硅>晶体硅
B.晶格能由大到小:
C.熔点高低:金刚石>生铁>钠>纯铁
D.酸性强弱:三氯乙酸>乙酸>三氟乙酸
【答案】A
【详解】A.原子晶体中,键长越短,键能越大,硬度越大;金刚石、碳化硅、晶体硅都是原子晶体,C—C、C—Si、Si—Si 的键长依次增大,键能依次减小,所以硬度大小:金刚石>碳化硅>晶体硅,A正确;
B.离子所带电荷越多、离子半径越小,晶格能越大。Al₂O₃中铝离子带的电荷多且离子半径小,其次是 MgO,Na₂O 的晶格能最小,所以晶格能由大到小:Al₂O₃>MgO>Na₂O,B错误;
C.一般来说,共价晶体的熔点高于金属晶体,合金的熔点低于纯金属,所以熔点高低:金刚石>纯铁>生铁>钠,C错误;
D.吸电子基团越强,酸性越强;F的电负性大于Cl,且乙酸没有吸电子基,所以酸性三氟乙酸>三氯乙酸>乙酸,D错误;
故选A。
9.(23-24高二下·广东茂名·期中)下列比较正确的是
A.沸点: B.钠、钾熔点:
C.熔点:金刚石>硅>NaCl D.酸性强弱:三氟乙酸<三氯乙酸<乙酸
【答案】C
【详解】A.、、三种物质均属于分子晶体,的相对分子质量最大,沸点最高,A错误;
B.钠原子半径比钾的小,金属键较强,熔点,B错误;
C.金刚石、硅属于共价晶体,因键键能大于键的键能,故金刚石熔点高于硅,它们又均高于离子晶体NaCl的熔点,C正确;
D.由于氟的电负性大于氯的电负性大于氢的电负性,的极性大于的极性大于的极性,使的极性大于的极性大于的极性,导致三氟乙酸的羧基更易电离出氢离子,所以三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性大于乙酸的酸性,D错误;
故选C。
10.(23-24高二下·福建福州·期中)下列有关说法不正确的是
A.晶格能: B.沸点:
C.阴离子的配位数: D.熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅
【答案】B
【详解】A.离子晶体中离子半径越小、所带电荷数越多晶格能越大,离子半径:Al3+<Na+<K+,则晶格能由大到小:Al2O3>NaCl>KBr,A正确;
B.分子晶体中,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,但H2O分子间可形成氢键,故沸点升高,所以沸点:H2O> H2Se>H2S,B错误;
C. CsCl、NaCl、CaF2的阴离子的配位数分别是8、6、4,所以阴离子的配位数:CsCl>NaCl>CaF2,C正确;
D.金刚石、碳化硅、硅均为共价晶体,共价晶体中,原子半径越小,共价键键长越短,键能越大,熔沸点越高,原子半径C<Si,所以熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅,D正确;
故答案选B。
11.(23-24高二下·北京房山·阶段练习)“类推”是一种重要的学习方法,但有时会产生错误的结论,下列类推结论正确的是
A.NaCl晶体中含有离子键,则晶体中也含有离子键
B.IVA族元素氢化物的沸点顺序是,则VA族元素氢化物的沸点顺序是
C.晶体中有阴离子,必有阳离子,则晶体中有阳离子,必有阴离子
D.金刚石是共价晶体,则石墨也是共价晶体
【答案】A
【详解】A.NaCl晶体、晶体都是离子晶体,因此都含有离子键,故A正确;
B.IVA族元素氢化物的沸点顺序是,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,但由于氨气存在分子间氢键,沸点高,因此VA族元素氢化物的沸点顺序是,故B错误;
C.晶体中有阴离子,必有阳离子,但晶体中有阳离子,不一定有阴离子,比如金属晶体中有金属阳离子和自由电子,故C错误;
D.金刚石是共价晶体,但石墨是混合晶体,故D错误;
故选A。
12.(23-24高二下·天津南开·期中)一定条件下,石墨转化为金刚石吸收能量。下列关于石墨和金刚石的说法正确的是
A.金刚石比石墨稳定
B.可以用X射线衍射仪鉴别金刚石和石墨
C.等质量的石墨和金刚石中,碳碳σ键数目之比为4∶3
D.两物质的碳碳σ键的键角相同
【答案】B
【详解】A.石墨转化为金刚石吸收能量,则石墨能量低,根据能量越低越稳定,因此石墨比金刚石稳定,故A错误;
B.金刚石和石墨是两种不同的晶体类型,因此可用X射线衍射仪鉴别,故B正确;
C.金刚石是空间网状正四面体形,石墨是层内正六边形,层与层之间通过范德华力连接,1mol金刚石有2mol碳碳σ键,1mol石墨有1.5mol碳碳σ键,因此等质量的石墨和金刚石中,碳碳σ键数目之比为3∶4,故C错误;
D.金刚石是空间网状正四面体形,键角为109°28′,石墨是层内正六边形,键角为120°,因此碳碳σ键的键角不相同,故D错误;
综上所述,答案为B。
13.(23-24高二下·北京·阶段练习)下列说法正确的是
A.分子中含有s-pσ键
B.和的VSEPR模型和空间结构均一致
C.熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅
D.酸性:
【答案】C
【详解】A.Cl2分子中只有Cl-Cl共价键,Cl的3p电子之间形成共用电子对,为p-pσ键,故A错误;
B.NH3的中心原子N的价层电子对个数=3+=4,有1对孤电子,分子的VSEPR模型为四面体结构,空间构型为三角锥形,的中心原子N的价层电子对个数=4+=4,没有孤电子对,其VSEPR模型和空间结构一致,均为正四面体形,故B错误;
C.金刚石、碳化硅、晶体硅都为共价晶体,C原子半径小于Si原子半径,键长:C-C<C-Si<Si-Si,共价键越短,键能越大,熔沸点越高,则熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅,故C正确;
D.Cl的非金属性较强,吸引电子对的能力强,Cl原子为吸电子基,使得羟基O-H键极性增强,易电离出H+,则酸性:CH3COOH<CHCl2COOH<CCl3COOH,故D错误;
故选:C。
14.(23-24高二下·宁夏吴忠·期末)下列比较不正确的是
A.晶体熔点由低到高:F2 < Cl2 < Br2 < I2 B.晶体硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.晶体熔点由高到低:Rb>K>Na D.晶体熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI
【答案】C
【详解】A.卤素单质的晶体都属于分子晶体,熔化时破坏的是范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,晶体熔点越高,则晶体熔点由低到高的顺序为F2 < Cl2 < Br2 < I2,A项正确;
B.共价键键长越短,键能越大,共价晶体的硬度越大,键长:C-C键<Si-C键<Si-Si键,故硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅,B项正确;
C.Na、K、Rb均属于金属晶体,熔点与金属键的强弱有关,金属原子的价层电子数越多、半径越小,金属键越强,熔点越高,Na、K、Rb原子的价层电子数相同,原子半径由大到小的顺序为Rb>K>Na,故熔点由低到高的顺序为Rb<K<Na,C项错误;
D.离子晶体中离子所带电荷数越多,离子间距越小,离子键越强,熔点越高,晶体熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI,D项正确。
本题选C。
15.(23-24高二下·河北沧州·期末)下列有关物质熔、沸点比较正确的是
A.熔点:
B.沸点:
C.沸点:
D.熔点:晶体硅>碳化硅>金刚石
【答案】C
【详解】A.三种物质形成的均是金属晶体,且都属于碱金属,同主族从上到下碱金属单质的熔点逐渐降低,故A错误;
B.三种形成的均是分子晶体,乙酸和乙醇均与是形成氢键,但乙酸的相对分子质量大,所以沸点:,故B错误;
C.三种形成的均是离子晶体,由于离子半径,所以的沸点:,故C正确;
D.这几种物质都是共价晶体,键长:Si-Si>Si-C>C-C,所以Si、SiC、金刚石的熔沸点依次升高,故D错误;
故选C。
16.(23-24高二下·甘肃兰州·期末)下面的排序不正确的是
A.晶体熔点由低到高:F2<Cl2<Br2<I2
B.碳酸盐的分解温度:MgCO3<CaCO3<BaCO3
C.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
D.熔点由高到低:Na>Mg>Al
【答案】D
【详解】A.卤素单质的晶体都属于分子晶体,熔化时破坏的作用力是分子间作用力,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高,所以熔点由低到高的顺序为F2<Cl2<Br2<I2,故A正确;
B.MgCO3、CaCO3、BaCO3均为离子晶体,受热分解得到对应的金属氧化物也属于离子晶体,因离子晶体中离子半径越小、所带电荷越大,晶格能越大,对应金属氧化物越稳定,碳酸盐越容易分解分解温度越低,同主族元素从上到下离子半径依次增大,则碳酸盐的分解温度高低顺序为MgCO3<CaCO3<BaCO3,故B正确;
C.共价晶体中原子半径越小,共价键键长越短,共价键越强,硬度越大,碳原子的原子半径小于硅原子,则共价键的强弱顺序为C—C>C—Si>Si—Si,则晶体的硬度由大到小为金刚石>碳化硅>晶体硅,故C正确;
D.Na、Mg、Al属于金属晶体,熔点与金属键的大小有关,金属离子的电荷越多、原子半径越小,金属键越大,熔点越大,Na、Mg、Al属于同周期元素,金属离子的电荷依次增多、原子半径从左到右依次减小,所以熔点由高到低:Al>Mg>Na,故D错误;
故选D。
17.(23-24高二下·河北承德·阶段练习)下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是
A.晶格能:NaF>NaCl>NaBr B.熔点:NaF>MgF2>AlF3
C.硬度:MgO>CaO>BaO D.配位数:NaCl晶胞中阴离子配位数与阳离子配位数相等
【答案】B
【详解】A.NaF、NaCl、NaBr都形成离子晶体,阴、阳离子的带电荷都分别相同,阳离子半径相同,阴离子半径依次增大,则晶格能:NaF>NaCl>NaBr,A正确;
B.NaF、MgF2、AlF3都形成离子晶体,阴离子半径相同,阳离子半径依次减小,则晶格能依次增大,所以熔点:NaF<MgF2<AlF3,B不正确;
C.MgO、CaO、BaO都形成离子晶体,阳离子半径依次减小,晶格能依次减小,所以硬度:MgO>CaO>BaO,C正确;
D.在NaCl晶胞中,阴离子(Cl-)的配位数为6,阳离子(Na+)的配位数也为6,D正确;
故选B。
18.(23-24高二下·山东·阶段练习)下列关于化学键与晶体类型的说法正确的是
A.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
B.离子晶体中一定含有离子键,分子晶体中一定含有共价键
C.只由非极性键构成的分子一定是非极性分子
D.二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同
【答案】C
【详解】A.晶体含有阴离子,则一定含有阳离子,金属晶体由阳离子与自由电子构成,没有阴离子,A错误;
B.离子晶体中一定有离子键,部分分子晶体,如的晶体中没有共价键,B错误;
C.只由非极性键构成的分子一定是非极性分子,C正确;
D.二氧化硅为共价晶体,晶体熔化时所克服的作用力为共价键,而干冰为分子晶体,晶体熔化时所克服的作用力为分子间作用力,D错误;
故选C。
【题型3典型晶体模型结构分析】
1.(23-24高二下·广东茂名·期中)关于下列晶胞说法错误的是
A.离子晶体的晶胞结构如图甲所示,晶体中(黑球球为)周围距离最近的个数为6
B.分子晶体的晶胞结构如图乙所示,该晶胞中含有4个
C.共价晶体金刚石的晶胞结构如图丙所示,该晶胞中含有8个
D.金属晶体钠的晶胞结构如图丁所示,晶体中的配位数为8
【答案】A
【详解】A.离子晶体的晶胞中周围等距离最近的个数为12,A错误;
B.分子晶体的晶胞中含有个 ,B正确;
C.金刚石的晶胞中含有个,C正确;
D.金属晶体钠的晶胞中周围等距离且最近的Na有8个,配位数为8,D正确;
故选A。
2.(23-24高二下·天津·期中)下列关于晶体的叙述中,错误的是
A.晶体中配位数为4,配位数为8
B.碘晶胞中,每个分子紧邻12个分子
C.金刚石晶体中,碳原子与碳碳键数目比为1∶2
D.12 g石墨晶体中含有3 mol σ键
【答案】D
【详解】A.根据晶胞结构,晶体中周围相邻的O2-有4个,配位数为4;周围相邻的有8个,配位数为8,故A正确;
B.碘晶胞中,I2分子位于晶胞的顶点和面心,每个分子紧邻12个分子,故B正确;
C.金刚石晶体中,每个碳原子连有4个碳碳键,根据均摊法,每个碳原子占有2个碳碳键,碳原子与碳碳键数目比为1∶2,故C正确;
D.石墨晶体中,每个碳原子占有1.5个σ键,故12 g石墨晶体中含有1.5mol σ键,故D错误;
答案选D。
3.(22-23高二下·山东菏泽·期中)以表示阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是
A.18g冰(图甲)中含氢键数目为
B.12g金刚石(图乙)中含有键数目为
C.44g干冰(图丙)中含有个晶胞结构单元
D.12g石墨(图丁)中含六元环的数目为
【答案】C
【详解】A.由图可知,冰中1个水分子与周围4个水分子形成氢键,每个氢键为2个水分子所共有,则每个水分子形成的氢键数目为4×=2个,则18g冰含有氢键数目为×2×NAmol—1=2NA,故A正确;
B.由图可知,金刚石中1个碳原子与周围4个碳原子形成4个σ键,每个σ键为2个碳原子所共有,则每个碳原子形成的σ数目为4×=2个,则12g金刚石中含有σ键数目为×2×NAmol—1=2NA,故B正确;
C.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的二氧化碳个数为8×+6×=4,则44g干冰中含有晶胞结构单元为××NAmol—1=NA,故C错误;
D.由图可知,石墨中1个碳原子与3个碳原子形成3个碳碳键,每个六元环含有的碳碳键数目为3×=1.5个,则12g石墨中含有碳碳共价键数目为×1.5×NAmol—1=1.5NA,故D错误;
故选C。
4.(23-24高二下·北京·期中)氟化钙被广泛应用于天文观测、高分辨光学仪器中,其晶胞结构如下图所示。下列说法正确的是
A.氟化钙的化学式为
B.每个晶胞中含有14个
C.每个周围距离最近且等距的有4个
D.和之间既存在静电引力,又存在静电斥力
【答案】D
【详解】A.晶胞中有8个氟离子,钙离子有:,则氟化钙的化学式为CaF2,故A错误;
B.每个晶胞中含有个Ca2+,故B错误;
C.以面心的Ca2+分析,每个Ca2+周围距离最近且等距的F-有8个,故C错误;
D.Ca2+和F-之间不只存在静电引力,还存在原子间、电子间的静电排斥力,故D正确;
故答案为D。
5.(22-23高二下·甘肃天水·阶段练习)金属铜的晶胞结构如图所示,已知铜晶胞的晶胞参数为anm,NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A.基态Cu原子的核外电子排布式为
B.每个铜原子周围有4个原子离它最近
C.每个晶胞中Cu原子个数为4
D.晶体铜的密度为
【答案】C
【详解】A.Cu为29号元素,基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,A错误;
B.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的铜原子与位于面心的铜原子的距离最近,数目=,则每个铜原子周围有12个原子离它最近,B错误;
C.每个晶胞中Cu原子个数为,C正确;
D.每个晶胞中Cu原子个数是4,则晶体铜的密度,D错误;
故选C。
6.(23-24高二下·山西太原·期中)某卤化物可用于制作光电材料,其晶胞是立方体(结构如图1所示)。当部分被铕离子或空位取代后可获得高性能激光材料,其晶胞结构如图2所示。下列说法正确的是(设阿伏加德罗常数的值为)
A.图1中每个周围紧邻且距离相等的共有6个
B.图1晶胞若以作为晶胞的顶点,则位于晶胞的棱心
C.图2表示的化学式为
D.图2晶体的密度可表示为
【答案】C
【详解】A.图1中以顶点K+为例,晶胞中与之距离最近且相等的F-位于3个面的面心,顶点在8个晶胞中,面上原子被2个晶胞共有,所以周围紧邻且距离相等的共有个,距离为面对角线的,故A项错误;
B.图1晶胞若以Mg2+作为晶胞的顶点,则K+位于晶胞的体心,故B项错误;
C.图2中根据电荷守恒分析,在垂直的棱心处的4个K+只能被2个Eu2+取代,有两个空位,K+数目为个,Eu2+数目为个,Mg2+数目为个,F-数目为个,因此图2所表示物质的化学式为K2EuMg4F12,故C项正确;
D.由晶胞可知,K+数目为个,Eu2+数目为个,Mg2+数目为个,F-数目为个,则晶胞的总质量为:,晶胞的体积为:,因此晶体的密度为:,故D项错误;
故本题选C。
7.(23-24高二下·山西朔州·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法正确的是
A.熔点:
B.在二氧化硅晶体中,最小环有8个原子
C.不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别
D.在晶胞中,1个分子周围有8个紧邻分子
【答案】C
【详解】A.NaCl和CsCl都是离子晶体,Cs+离子半径大于Na+,则NaCl晶体中离子键强度高于CsCl晶体,则熔点:,故A错误;
B.在SiO2晶体中,每个环上有6个Si原子,每2个Si原子之间含有一个O原子,所以由Si、O构成的最小单元环中共有12个原子,故B错误;
C.冠醚是皇冠状的分子,可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,从而能对碱金属离子进行“分子识别”,故C正确;
D.在晶胞中,CO2分子位于顶点和面心,一个CO2分子到该平面四个顶点的距离以及与该平面垂直的四个面中心的CO2分子的距离相同,因此每个CO2分子周围有12个与之紧邻等距的CO2分子,故D错误;
故选C。
8.(23-24高二下·福建三明·期中)氯化钠、金刚石、干冰、石墨四种晶体的结构模型如图所示,下列说法错误的是
A.NaCl晶体中,每个晶胞含有4个NaCl分子
B.金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1:2
C.晶胞中,1个分子周围与它距离最近且距离相等的分子有12个
D.石墨为混合型晶体,其层间是范德华力,层内碳原子之间均形成共价键
【答案】A
【详解】A.NaCl是离子晶体,故在NaCl晶体中不存在NaCl分子,只存在Na+和Cl-,A错误;
B.在金刚石晶体中,每个碳原子与周围的4个碳原子形成碳碳键,而每个碳碳键又同时被两个碳原子共用,故碳原子与碳碳键个数的比为1∶4×=1∶2,B正确;
C.CO2晶胞即干冰晶体结构为分子密堆积,二氧化碳分子处于晶胞的顶点与面心位置,以顶点二氧化碳研究,与它距离最近且相等的CO2分子处于面心位置,而每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,则一个CO2分子周围与它距离最近且相等的CO2分子有=12个,C正确;
D.由题干图示可知,石墨是混合型晶体,层间是范德华力,层内每个碳原子与其他3个碳原子形成共价键,D正确;
故选A。
9.(23-24高二下·山东菏泽·期中)锆(是重要的战略金属,可从其氧化物中提取。下图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞,为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.该氧化物的化学式为
B.该氧化物的密度为
C.p点和q点在zx面上投影的距离为
D.若坐标取向不变,将p点原子平移至原点,则q点原子位于晶胞xy面的面心
【答案】D
【详解】A.由晶胞结构可知,晶胞中位于体内的锆原子个数为4,位于顶点、面心、棱上和体心的氧原子个数为8×+6×+12×+1=8,则立方氧化锆的化学式为ZrO2,故A错误;
B.设晶体的密度为dg/cm3,由晶胞的质量公式可得:=(10—10 a)3d,解得d=,故B错误;
C.由晶胞结构可知,p点和q点在zx面上投影如图所示:,则投影的距离为,故C错误;
D.由晶胞结构可知,若坐标取向不变,将p点锆原子平移至原点,则垂直向下,q点锆原子位于晶胞面的面心,故D正确;
故选D。
10.(23-24高二下·山东菏泽·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法中正确的是
A.NaCl晶体中,Na+位于Cl-构成的四面体空隙中
B.CaF2晶体中,每个晶胞平均有4个Ca2+,每个Ca2+周围最近的Ca2+有6个
C.金刚石晶体中,每个C原子被12个六元环所共用
D.立方氮化硼晶体中,硼原子的配位数为8
【答案】C
【详解】A.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的钠离子与位于棱上的氯离子距离最近,所以钠离子位于氯离子构成的八面体空隙中,故A错误;
B.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的钙离子与位于面心的钙离子距离最近,每个钙离子周围最近的钙离子有12个,故B错误;
C.由晶胞结构可知,晶胞中每个碳原子被12个六元环所共用,故C正确;
D.由晶胞结构可知,晶胞中位于体内的氮原子与4个硼原子的距离最近,则氮原子的配位数为4,由化学式BN可知,硼原子的配位数也为4,故D错误;
故选C。
11.(23-24高二下·福建福州·期中)已知晶体属立方晶系,晶胞边长为a.将掺杂到该晶胞中,可得到一种高性能的p型太阳能电池材料,其结构单元如图所示。假定掺杂后的晶胞参数不发生变化,下列说法正确的是
A.该结构单元中O原子数为3 B.Ni和Mg间的最短距离是
C.Ni的配位数为4 D.该物质的化学式为
【答案】D
【详解】A.晶胞的棱边和中心各有O原子,根据均摊理论该晶胞中含有的O原子数为:,故A项错误;
B.由晶胞结构可知,镍和镁间的最短距离为晶胞平面正方形对角线的一半,即,故B项错误;
C.由晶胞可知镍的配位数为6,故C项错误;
D.1个晶胞中锂的个数为:,镁的个数为:,镍的个数为:,氧的个数为4,因此该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4,故D项正确;
故答案选D。
12.(23-24高二下·山东临沂·期中)已知空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。下列有关说法不正确的是
A.铜碘杂化团簇分子结构如图1所示,分子间通过范德华力聚集在一起
B.金属Cu为面心立方晶胞如图2所示,若晶胞的边长为a,则最近的两个铜原子的距离为
C.金属Cu晶体的空间利用率为
D.碳酸铜的组成元素在元素周期表中属于同区元素
【答案】D
【详解】A.范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力,它的本质是正负电荷间的相互吸引,它使得许多物质能以一定的凝聚态存在,则铜碘杂化团簇分子是分子间通过范德华力聚集在一起,A正确;
B.如图2所示,最近的两个铜原子的距离为晶胞面对角线的一半,为,B正确;
C.铜晶体为面心立方晶胞,晶胞中铜原子个数为:,面对角线的三个铜原子相切,设铜原子半径为r,则4r=,r=,金属Cu晶体的空间利用率为,C正确;
D.碳酸铜的组成元素中C和O在p区,Cu在ds区,D错误;
故选D。
13.(23-24高二上·浙江台州·期末)下图(1)是常见的几种物质的晶胞,从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠,下列说法不正确的是
A.Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形,则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个
B.碘晶胞中I2分子有两种不同的取向,一个晶胞中有4个分子
C.金刚石晶胞中C原子的半径为c pm,则体对角线的长度为8c pm
D.Na晶胞是边长为a nm的立方体,则Na的原子半径可以表示为 pm
【答案】D
【详解】A.锌原子堆积方式为六方最密堆积,属于密堆积,由晶胞结构可知,晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个,A正确;
B.由晶胞结构可知,碘分子的排列有2种不同的取向,在顶点和面心的I2取向不同,一个晶胞中有 =4个分子,B正确;
C.由晶胞结构可知,金刚石晶胞的体对角线等于C原子半径的8倍,金刚石晶胞中C原子的半径为c pm,则体对角线的长度为8c pm,C正确;
D.由晶胞结构可知,Na晶胞体对角线的等于Na原子的半径,Na晶胞是边长为a nm的立方体,则Na的原子半径可以表示为nm=×103pm,D错误;
故选D。
14.(23-24高二下·四川乐山·期中)有关晶体的结构如图所示,下列说法正确的是
A.碘和碳化硅晶体中,形成晶体的作用力类型相同
B.图乙的气态团簇分子的分子式为或
C.碳化硅晶体中由共价键形成的最小环上有6个原子
D.铜原子的配位数为6
【答案】C
【详解】A.碘为分子晶体,分子间作用力为范德华力,SiC为共价晶体,原子间作用力为共价键,因此形成晶体的作用力类型不同,A错误;
B.该气态团簇分子的分子含有4个E和4个F原子,则该气态团簇分子的分子式为E4F4或F4E4 ,B错误;
C.在碳化硅的晶体结构中,最小的环是由6个原子组成的,其中3个是碳原子,3个是硅原子,C正确;
D.金属铜的晶胞为面心立方晶胞,晶胞中每个铜原子的配位数为12,D错误;
故选C。
15.(23-24高二下·山东济宁·期末)一些合金有“记忆”自己过去形状的能力,被称作“记忆”合金。一种可以通过磁场控制的磁性形状记忆合金的立方晶胞结构如图所示,下列说法错误的是
A.该合金的组成为Cu2MnAl
B.与Al原子距离最近的Al原子有12个
C.Al原子位于Mn原子构成的正八面体空隙之中
D.晶胞的密度为
【答案】D
【详解】A.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点、面心、棱上和体内的铜原子个数为8×+6×+12×+1=8,位于体内的锰原子和铝原子的个数均为4,则合金的组成为Cu2MnAl,故A正确;
B.由晶胞结构可知,晶胞中位于小立方体顶点的两个铝原子的距离最近,所以与铝原子距离最近的铝原子有12个,故B正确;
C.由晶胞结构可知,晶胞中铝原子位于由锰原子构成的正八面体空隙之中,故C正确;
D.设晶体的密度为ρg/cm3,由晶胞的质量公式可得:=(10-10 a)3ρ,解得ρ=,故D错误;
故选D。
16.(23-24高二下·新疆乌鲁木齐·期末)下列有关说法不正确的是
A.水合铜离子的模型如图1所示,1个水合铜离子中含有4个配位键
B.K2O晶体的晶胞如图2所示,K+填充O2-形成的四面体间隙
C.晶体Zn中原子堆积模型如图3所示,空间利用率为68%
D.晶体Cu中原子堆积模型如图4,为面心立方最密堆积,每个Cu原子的配位数均为8
【答案】C
【详解】A.水合铜离子中铜离子的配位数为4,配体是水,水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键,A正确;
B.由图可知,O2‒形成面心立方堆积,K+占据O2-形成的全部四面体空隙,B正确;
C.由图可知,金属Zn中Zn原子为立方最密堆积方式,原子空间利用率为74%,C错误;
D.晶体Cu中原子堆积模型如图4,为面心立方最密堆积,每个Cu原子最近且的铜为8个,配位数均为8,D正确;
故选C。
17.(24-25高三上·湖南·开学考试)经X射线衍射实验测定,某金属单质M有如图甲、乙所示两种晶胞。已知:甲晶胞参数为anm,乙晶胞参数为bnm。下列叙述正确的是
A.1个图甲晶胞含4个金属原子
B.M晶体由阴离子和阳离子构成
C.图乙中两个粒子之间最近距离为bnm
D.图甲和图乙晶体密度之比为
【答案】A
【详解】A.甲晶胞是面心立方晶胞,8个原子在顶点、6个原子在面心,1个甲晶胞含个原子,A项正确;
B.金属晶体由金属阳离子、自由电子靠金属键构成,不含阴离子,B项错误;
C.图乙晶胞中,体对角线上3个粒子相切,两个最近粒子之间距离为,C项错误;
D.乙晶胞含,甲、乙晶胞含金属原子数分别为4、2,晶体密度计算式为:,二者密度之比为,D项错误;
故答案选A。
18.(23-24高二下·黑龙江哈尔滨·期末)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(白球代表Fe,黑球代表Mg)。储氢时,H2分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离为a nm,NA表示阿伏加德罗常数的值。已知A点的原子坐标参数为(0,0,0),B点为(,,0),则下列说法正确的是
A.晶胞中Fe与Mg的配位数均为4 B.位置C点的原子坐标参数为(,,)
C.Mg与Fe之间的最近距离为a nm D.该材料储氢后的化学式为FeMgH
【答案】C
【详解】A.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的铁原子与位于体对角线上的镁原子的距离最近,则铁原子的配位数为8,故A错误;
B.由位于顶点A点的原子坐标参数为(0,0,0),棱上B点为(,,0)可知,晶胞边长为1,则位于体对角线上C点的原子坐标参数为(,,),故B错误;
C.由题意可知,氢气分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离为anm,则晶胞的参数为anm,晶胞中镁原子和铁原子之间的最近距离为体对角线的,则最近距离为a nm,故C正确;
D.由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的铁原子个数为8×+6×=4,位于体内的镁原子个数为8,由题意可知,位于体心和棱的中心位置的氢分子个数为12×+1=4,则该材料储氢后的化学式为FeMg2H2,故D错误;
故选C。
19.(23-24高二下·山西临汾·期中)金属铁因生产工艺和温度不同,会有不同的晶体结构。和的晶体结构如图所示,下列说法正确的是
A.中铁原子的配位数为12
B.1个晶胞的质量约为g
C.金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性
D.与性质完全相同
【答案】A
【详解】A.γ-Fe属于面心立方最密堆积,铁原子的配位数为12,故A正确;
B.1个γ-Fe晶胞中有个铁原子,故质量约为,故B错误;
C.金属铁具有导电性的原因是铁原子最外层的电子逃逸出原子,形成自由电子。这些自由电子在电场力的作用下能够做定向移动,从而形成电流,使得金属铁能够导电,故C错误;
D.α-Fe与γ-Fe晶体结构不同,故性质不完全相同,故D错误;
故选A。
20.(23-24高二下·福建南平·期末)下列对结构模型的分析错误的是
A.图1为晶胞示意图,每个晶胞中有4个
B.图2为二氧化硅结构示意图,晶体中Si原子与Si-O键个数比为
C.图3为金属铜晶胞示意图,晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12
D.图4为苯甲酸层状结构示意图,苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇,熔点更高
【答案】B
【详解】A.中位于棱上和体心,每个晶胞中有个,A正确;
B.每个Si原子连接4个O原子,晶体中Si原子与Si-O键个数比为,B错误;
C.以顶点的Cu原子为例,与顶点Cu原子紧邻且等距的铜原子位于面心,则晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12,C正确;
D.苯甲酸分子中羧基上有2个氧原子与其他苯甲酸分子中羧基上的氢原子形成分子间氢键,苯乙醇分子中羟基上只有一个氧原子与其他苯乙醇分子中羟基上的氢原子形成分子间氢键,所以苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇,熔点更高,D正确;
故选B。
21.(23-24高二下·重庆·阶段练习)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、机械性能及增大硬度。AlCr2具有体心四方结构(如图所示)。下列说法正确的是
已知:①空间利用率;
②设Al和Cr原子半径分别为 nm和 nm。
A.黑球(●)代表Cr原子
B.Al的电导率随温度的升高而升高
C.Cr原子的空间利用率为
D.Al具有延展性是由于电子气中的自由电子在运动时经常与金属发生碰撞,从而引起两者的能量交换
【答案】C
【详解】A.根据均摊法,该晶胞中黑球的个数为,白球的个数为,个数之比为1:2,根据化学式AlCr2,可知黑球代表Al,白球代表Cr,A错误;
B.温度升高,金属内电子运动的速率加快,单位时间内与金属离子的碰撞次数增多,所以Al的电导率随温度身高而下降,B错误;
C.晶胞的体积为,晶胞所含Cr原子的体积为:,则Cr原子的空间占有率为,C正确;
D.Al具有良好的延展性,是因为当金属晶体受到外力时,金属阳离子各层间会出现相对滑动,但不改变原有的排列方式,自由电子可以起到润滑作用,D错误;
故选C。
22.(23-24高二下·河北邯郸·期末)超高硬度生物材料 Ti3Au 合金是理想的人工髋关节和膝关节材料,其晶体有α-Ti3Au(图甲)、β-Ti3Au(图乙)两种结构。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是
A.图甲中,与 Ti原子距离最近且等距的 Ti原子有8个
B.图乙中,Ti原子位于Au原子构成的四面体空隙中
C.图乙中,若M的坐标为(m,,1),则N的坐标为(1,1-m,)
D.图乙中,若晶胞边长为 d pm,则晶体的密度为
【答案】D
【详解】A.图甲中,Ti原子在面心,以最上面的面心的Ti原子观察,到下方四个侧面面心的Ti原子距离都相等且距离最近,上方四个侧面面心也有4个Ti原子距离都相等且距离最近,故Ti原子距离最近且等距的Ti原子共8个,A正确;
B.图乙中,Au原子形成体心立方堆积,晶胞每个面分成4个小正方形,每个小正方形中有一个四面体空隙,根据晶胞图,Ti原子位于Au原子构成的四面体空隙中,B正确;
C.图乙中,若M的坐标为(m,,1),则N的坐标为(1,1-m,),C正确 ;
D.图乙中,由均摊法,Au原子个数为,Ti原子个数为,晶胞边长为dpm,根据晶体密度的计算公式,D错误;
故选D。
23.(23-24高二下·贵州六盘水·期中)有关晶体的晶胞结构如图所示,下列说法错误的是
A.在晶体中与最近的形成正八面体
B.在晶胞中,每个晶胞平均占有4个
C.在晶胞中,原子数与键数目比为
D.铜晶胞为面心立方最密堆积,铜原子的配位数为6
【答案】D
【详解】A. 在NaCl晶体中Na+最近的Cl-是Na+的上下左右前后六个顶点依次相连便是正八面体,故A正确;
B. 在CaF2晶体中,每个晶胞平均占有个Ca2+,故B正确;
C. 1molSiO2晶体中含4molSi—O,硅原子和硅氧键个数比为1:4,故C正确;
D. 铜晶体为面心立方最密堆积,六角密堆的水平面上有6个,水平面上面和下面各有3个,一共12个原子,每个铜原子的配位数为12,故D错误;
故选D。
24.(23-24高二下·四川·期中)下图为Ba和O元素形成的过氧化物的1/8晶胞,晶体中离子键百分数约为82%,熔点为1200℃左右,熔融态能导电,依据所学知识分析下列说法错误的是
A.根据过渡晶体中化学键的占比和晶体的性质可将该晶体视作离子晶体
B.该晶体的分子式为BaO2,晶体中除了离子键还含有共价键
C.每个Ba2+最近且等距离的Ba2+有12个
D.熔融态能导电的晶体不一定是离子晶体
【答案】B
【详解】A.BaO2晶体中离子键百分数约为82%,则根据过渡晶体中化学键的占比和晶体的性质可将该晶体视作离子晶体,A正确;
B.BaO2为离子晶体不存在分子,所以没有分子式,只能叫化学式,B错误;
C.图为Ba和O元素形成的过氧化物的1/8晶胞,则一个平面内与Ba2+最近且等距离的Ba2+有4个,所以每个Ba2+最近且等距离的Ba2+有12个,C正确;
D.熔融态能导电的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体熔融态也能导电,D正确;
故选B。
25.(23-24高二下·湖北武汉·期中)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(白球代表Fe,黑球代表Mg)。储氢时,分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离为anm,表示阿伏加德罗常数的值。已知M点的原子坐标参数为,N点为。则下列说法错误的是
A.晶胞中Mg的配位数为4
B.位置P点的原子坐标参数为
C.Fe与Mg之间的最近距离为
D.储氢后的晶体密度为
【答案】D
【详解】A.根据晶胞结构示意图可知,距离Mg原子最近且相等的Fe原子有4个,即Mg原子的配位数为4,A正确;
B.已知M点的原子坐标参数为,N点为,可以推测得知位置P点的原子坐标参数为,B正确;
C.氢气分子在晶胞的体心和棱的中心位置,且最近的两个氢分子之间的距离anm,该晶胞参数为a nm,Mg和Fe之间的最近距离为体对角线的,则Mg与Fe之间的最近距离为,C正确;
D.氢气分子在晶胞的体心和棱的中心位置,个数为,Fe原子的个数为,Mg位于体内Mg的个数为8,储氢后的晶体化学式为,根据,储氢后的晶体密度为,D错误;
故选D。
26.(23-24高二下·湖北·期中)某晶体立方晶胞如图。已知图中微粒1的分数坐标是(0,,),阿伏加德罗常数的值为NA.下列说法正确的是
A.Ag+周围距离最近且相等的个数是6
B.微粒2的分数坐标是(,,)
C.已知银与铜位于同一族,银位于元素周期表的d区
D.若晶胞边长为apm,则相邻Ag+之间的最短距离为a pm
【答案】D
【详解】A.Ag+位于晶胞内,可知,Ag+周围距离最近且相等的个数是4,故A错误;
B.根据晶胞结构可知,图中微粒1的分数坐标是,微粒2的分数坐标是(,,),故B错误;
C.铜(29Cu)元素,银(47Ag)元素位于元素周期表的第ⅠB族,属于ds区,故C错误;
D.根据晶胞结构可知,相邻Ag+之间的最短距离是面对角线的一半,晶胞边长为apm,则面对角线为,因此相邻Ag+之间的最短距离是a pm,故D正确;
故选:D。
27.(23-24高二下·陕西渭南·期中)氮化钛为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。晶体的晶胞结构如图所示(白球代表,黑球代表)。已知a点原子的分数坐标为。下列说法正确的是
A.该晶胞中点原子的分数坐标为
B.晶体中距离最近的有6个
C.该晶胞中含有6个原子和4个原子
D.均位于构成的八面体空隙中
【答案】D
【详解】A.结合a点分数坐标特点可知,该晶胞中b点原子的分数坐标为(1,1,0),故A项错误;
B.N位于顶点和面心,晶体中距离N最近的N有12个,故B项错误;
C.由晶胞结构可知,晶胞中位于棱上和体心的Ti原子个数为:,位于顶点和面心的N原子个数为:,故C项错误;
D.由晶胞结构可知,钛原子位于氮原子构成的八面体空隙中,故D项正确;
故本题选D。
28.(23-24高二下·辽宁·阶段练习)M的硫化物有MS和M2S两种。已知:二者晶胞中S2-的位置如图甲所示,M离子位于硫离子所构成的四面体中,如图乙所示(表示M离子、表示:S2-)。下列说法错误的是
A.S2-的排列方式与NaCl中Cl-相似
B.在MS晶胞中如果A处S2-的坐标为(0,0,0),一个M2+的坐标为(),则在()处不存在M2+
C.MS晶胞中,距离S2-最近的M2+有4个
D.MS和M2S晶胞的俯视图均为
【答案】D
【详解】A. NaCl晶胞中Cl-8个位于顶点,6个位于面心,因此M的硫化物中的排列方式与ZnS中相似,故A正确;
B.根据图甲得出晶胞中有4个,在MS晶胞中,说明也有4个,如果A处的坐标为(0,0,0),一个的坐标为(),另外三个的坐标分别为(),(),(),则在()处不存在,故B正确;
C.MS晶胞中,距离最近的有4个,因此距离最近的为4个,故C正确;
D.MS和M2S晶胞的俯视图不为,应该四边的中心也有 (侧面面心的俯视图),故D错误;
故答案为:D。
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