专题3 微粒间作用力与物质性质 整理与提升-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 晶体的有关计算 角度一　晶体密度的计算 第一步：分析晶胞结构特点，利用“均摊法”确定物质的化学式，计算出晶胞的质量。 第二步：利用几何知识计算晶胞的体积。 第三步：根据ρ＝计算晶体密度，注意单位换算。 对于立方晶胞：ρ＝(a表示晶胞参数，N表示一个晶胞中微粒的数目)。 以NaCl晶体为例，设晶胞参数为a，NaCl的摩尔质量为M。 分析NaCl晶胞结构可知，该晶胞中含Na＋的个数：8×＋6×＝4，含Cl－的个数：12×＋1＝4，共含4个“NaCl”。 晶胞的体积：V＝a3。 NaCl晶体的密度：ρ＝。 [注意]　晶胞类型不同，晶胞体积求算方法不同，如六棱柱型晶胞体积V≠a3。 角度二　晶胞内部各微粒的原子坐标的确定方法 把晶胞参数看作整体1，根据晶胞内部已知微粒的坐标参数确定坐标原点及三维轴向，再确定所求微粒的坐标参数。如图所示，该晶胞中微粒1的坐标参数为，则可求得微粒2的坐标参数。 (1)先由微粒1的坐标找出坐标原点及轴向，见上图。 (2)确定微粒2的坐标参数为。 角度三　晶体中空间利用率的计算 空间利用率指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。解答此类问题时，首先分析晶胞中原子个数(N)和原子半径(r)，依据公式V原子＝N×πr3计算出晶胞中所有原子的体积。再根据立体几何知识找出原子半径(r)与晶胞棱长(a)的关系。 (1)若金属晶体的晶胞结构(如Po)如下： 则a＝2r。 (2)若金属晶体的晶胞结构(如Fe)如下： 则a＝r。 (3)若金属晶体的晶胞结构(如Ca)如下： 则a＝2r。 对于立方晶胞V晶胞＝a3。 最后根据×100%计算空间利用率。 角度一　晶体密度的计算 1．(2024·河北卷)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图，晶胞的边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　) A．该铋氟化物的化学式为BiF3 B．粒子S、T之间的距离为a pm C．该晶体的密度为 g·cm－3 D．晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个 答案：D 解析：根据题给晶胞结构，由均摊法可知，每个晶胞中含有1＋12×＝4个Bi，含有8＋8×＋6×＝12个F，故该铋氟化物的化学式为BiF3，A正确；将晶胞均分为8个小立方体，则晶胞体内的8个F位于8个小立方体的体心，以M为原点建立坐标系，设N的原子分数坐标为(0，0，1)，与Q、M在同一条棱上的F的原子分数坐标分别为(0，1，0)、(1，0，0)，则T的原子分数坐标为，S的原子分数坐标为，故粒子S、T之间的距离为×a pm＝a pm，B正确；由A项分析可知，每个晶胞中有4个BiF3单元，晶胞体积为a3×10－30 cm3，则晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3，C正确；以晶胞体心处铋离子为分析对象，距离其最近且等距的氟离子位于晶胞体内，有8个，D错误。 2．(2023·河北卷)锆(Zr)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，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　) A．该氧化物的化学式为ZrO2 B．该氧化物的密度为 g·cm－3 C．Zr原子之间的最短距离为a pm D．若坐标取向不变，将p点Zr原子平移至原点，则q点Zr原子位于晶胞xy面的面心 答案：B 解析：晶胞中含有Zr的个数为4，O的个数为8×＋6×＋12×＋1＝8，故该氧化物的密度ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3，B错误。 3．(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是(　　) A．晶体最简化学式为KCaB6C6 B．晶体中与K＋最近且距离相等的Ca2＋有8个 C．晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D．晶体的密度为 g·cm－3 答案：C 解析：根据晶胞结构可知，其中K个数为8×＝1，Ca个数为1，B个数为12×＝6，C个数为12×＝6，故其最简化学式为KCaB6C6，A正确；根据晶胞结构可知，Ca2＋位于晶胞体心，K＋位于顶点，则晶体中与K＋最近且距离相等的Ca2＋有8个，B正确；根据晶胞结构可知，晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，C错误；该晶胞最简化学式为KCaB6C6，则1个晶胞质量为 g，晶胞体积为a3×10－30 cm3，则其密度为 g·cm－3，D正确。 4．(2023·全国甲卷节选)AlF3的熔点为1090 ℃，远高于AlCl3的192 ℃，由此可以判断铝氟之间的化学键为________键。AlF3结构属立方晶系，晶胞如图所示，F－的配位数为________。若晶胞参数为a pm，晶体密度ρ＝________g·cm－3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 答案：离子　2　 解析：由AlF3的晶胞结构可知，其中大球的个数为12×＝3，小球的个数为8×＝1，则大球为F－，距F－最近且等距的Al3＋有2个，则F－的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为(a pm)3＝a3×10－30 cm3，晶胞的质量为 g，则其晶体密度ρ＝ g·cm－3。 5．(2022·湖南高考节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： (1)该超导材料的最简化学式为________。 (2)Fe原子的配位数为________。 (3)该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。 答案：(1)KFe2Se2　(2)4　(3) 解析：(1)由平面投影图可知其晶胞结构如图所示，晶胞中位于顶点和体心的钾原子个数为8×＋1＝2，位于面上的铁原子个数为8×＝4，位于棱上和体内硒原子的个数为8×＋2＝4，则超导材料最简化学式为KFe2Se2。 (3)设晶体的密度为d g·cm－3，由晶胞的质量公式可得：＝abc×10－21×d，解得d＝。 角度二　晶胞内部各微粒的原子坐标的确定方法 6．(2022·河北高考节选)如图是CZTS(含Cu、Zn、Sn和S)四元半导体化合物的四方晶胞。 (1)该物质的化学式为____________。 (2)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A原子的坐标为，则B原子的坐标为____________。 答案：(1)Cu2ZnSnS4　(2) 解析：(1)由晶胞结构可知，位于顶点和体心的锌原子个数为8×＋1＝2，位于面上的铜原子个数为8×＝4，位于面心和棱上的锡原子个数为2×＋4×＝2，位于体内的硫原子个数为8，则该物质的化学式为Cu2ZnSnS4。 7．(2021·山东高考节选)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有________个XeF2分子。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，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为________；晶胞中A、B间距离d＝______________pm。 答案：2　　 解析：题图中大球的个数为8×＋1＝2，小球的个数为8×＋2＝4，根据XeF2的原子个数比可知大球是Xe原子，小球是F原子，该晶胞中有2个XeF2分子；由A点坐标可知该原子位于晶胞的体心，且每个坐标系的单位长度都记为1，B点在棱的处，其分数坐标为；图中y是底面对角线的一半，y＝a，x＝－r，所以d＝＝ pm。 角度三　晶体中空间利用率的计算 8．(2021·全国乙卷节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为______________%(列出计算表达式)。 答案：Al　×100 解析：已知AlCr2具有体心四方结构，黑球个数为8×＋1＝2，灰球个数为8×＋2＝4，结合化学式AlCr2可知，灰球为Cr，黑球为Al，即处于顶点位置的是Al原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子的体积为×4＋×2＝，故金属原子空间占有率＝×100%＝×100%。 9．已知金属Re的面心立方晶胞结构如图所示： (1)晶胞中Re原子的配位数为________。 (2)原子的空间利用率为________(用含π的代数式表示)×100%。 答案：(1)12　(2)π 解析：该晶胞是面心立方晶胞，故Re原子的配位数为12，该晶胞实际含有原子数为8×＋6×＝4；假设原子的半径为r，晶胞的边长为a，则4r＝a，a＝2r，故晶胞的体积为V＝a3，晶胞中原子的空间利用率为×100%＝π×100%。 10．GaAs的熔点为1238 ℃，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，阿伏加德罗常数的值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。 答案：共价晶体　共价　×100% 解析：根据晶胞结构示意图，用切割法计算出1个晶胞中含有As原子的个数为8×＋6×＝4，1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4× cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即 g，所以1个晶胞的体积V2＝ cm3。最后由即得结果。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$