2025届高考化学一轮复习讲义——　晶体结构与性质　配合物与超分子

2025届高考化学（人教版）一轮复习讲义——　晶体结构与性质　配合物与超分子 考点一　物质的聚集状态与晶体的常识 1. 物质的聚集状态 (1)物质三态间的相互转化 (2)等离子体和离子液体 ①等离子体是由　　　　、　　　　和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。  ②离子液体是熔点不高的仅由　　　　组成的液体物质。  电子 阳离子 离子   晶体 非晶体 结构特征 (本质区别) 　内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈 　　 　　排列  　内部原子或分子的排列相对    性 质 特 征 自范性 　　　  　　　  熔点 　　　  　　　  某些物理 性质的各 向异性 　　　　　  　　　　　　  2. 晶体与非晶体 (1)二者比较 周期性有序 无序 有 无 固定 不固定 各向异性 各向同性   晶体 非晶体 能否发生X 射线衍射(最 科学的区分方法) 能 不能 (能发生散射) 举例 　金刚石、食盐、干冰等 　橡胶、玻璃(玻璃体)、炭黑(无定形体)、松香、石蜡、蜂蜡、沥青、塑料、非晶体SiO2等 [点拨] ①物理性质的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质,称之为晶体的各向异性。例如,在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,石蜡在不同方向熔化的快慢不同,这是由于水晶导热性的各向异性造成的。 ②可以用测熔点和X射线衍射实验的方法区分晶体和非晶体,X射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。 (2)获得晶体的三条途径 熔融态 气态 析出 (1)概念 晶胞是描述晶体结构的　　　　　,是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。  (2)晶胞的特点 基本单元 任何间隙 平行 取向 3. 晶胞 (1)测定晶体结构最常用的仪器是　 。  (2)晶体结构的测定原理 在晶体的X射线衍射实验中,当单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生　　　　　　或者明锐的　 。  (3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞　　　　和　　　　、分子或原子在微观空间有序排列呈现的　　 　类型、原子在晶胞里的　　 　和　 等, 以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。 X射线衍射仪 分立的斑点 衍射峰 形状 大小 4. 晶体结构的测定 对称 数目 位置 2.水的状态除了气、液和固态外,还有玻璃态,它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述中正确的是 ( 　) A.玻璃态水和固态冰都是晶体 B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀 C.玻璃态是水的一种特殊状态 D.玻璃态水属于液晶,是介于液态和晶态之间的物质状态 C [解析] 玻璃态水无固定形状,不存在晶体结构,故玻璃态水不是晶体,不能在其X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰;因玻璃态水的密度与普通液态水相同,故水由液态变为玻璃态时体积不变;玻璃态水不属于液晶,是水的一种特殊存在状态。 题组一　物质的聚集状态 1.下列关于物质的聚集状态的叙述,不正确的是 ( 　) A.固态物质由离子构成,气态和液态物质都由分子构成 B.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体 C.等离子体具有良好的导电性和流动性,与其含有带电且能自由移动的粒子有关 D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,表现出类似晶体的各向异性 [解析] 固态物质可能由离子构成(如NaCl),也可能由分子构成(如干冰);气态和液态物质不一定由分子构成,如等离子体,A错误。 A 2.下列关于聚集状态的叙述错误的是 ( 　) A.物质只有气、液、固三种聚集状态 B.气态是高度无序体系的存在状态 C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱 D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性 [解析] 物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有晶态、非晶态、液晶等聚集状态,A错误; 物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确; A 2.下列关于聚集状态的叙述错误的是 ( 　) A.物质只有气、液、固三种聚集状态 B.气态是高度无序体系的存在状态 C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱 D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性 据物质固态时微粒间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确; 对液态物质而言,分子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。 A 【规律总结】 (1)等离子体常被称为“超气态”,是一种电离的气体,是物质的一种奇特的聚集状态,又被称为物质的第四态或等离子态。 (2)液晶在一定范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。是因为其内部分子沿分子长轴方向取向一致,但无位置序。 题组二　晶体与非晶体的区别 3.下列关于晶体和非晶体的说法不正确的是 (　 ) A.破损的胆矾晶体能在饱和CuSO4溶液中自动变成规则的多面体形 B.晶体某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性 C.实验室中可利用导电性区别晶体和玻璃体 D.固体SiO2可能是晶体,也可能是非晶体 [解析] 晶体除了金属外,一般都不导电,玻璃体是一种无规则结构的非晶态固体,不导电,故不能利用导电性区分晶体和玻璃体,C错误; 固体SiO2可能是晶体(如水晶),也可能是非晶体(如石英玻璃),D正确。 C 4.准晶体里的原子排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如图所示)。 下列说法中正确的是 ( 　) A.与类似普通晶体相比,准晶体延展性较强 B.普通玻璃属于晶体,其成分中存在共价键 C.与类似普通晶体相比,准晶体密度较小 D.准晶体和晶体是固体物质的同一种存在形态,具有相同的性质 [解析] 准晶体不具备普通晶体的长程平移对称性,延展性较差,原子间有间隙,密度较小,A、D错误,C正确; 普通玻璃属于非晶体,其主要成分为硅酸盐,Si与O原子间形成共价键,B错误。 C 【规律总结】 关于晶体与非晶体的认识误区 (1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形,如肉眼看不到晶体外形的固体粉末。 题组三　晶胞中微粒数目的计算 5.[2024·天津东丽区质检] 钴的一种化合物的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 (　 ) A.钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅡB族 B.每个晶胞中占有1个Co2+和1个O2- C.晶体中与Co2+距离最近的Ti4+有4个 D.该化合物的化学式为CoTiO3 [解析] 钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅣB族,A错误; 由图可知,与Co2+距离最近的Ti4+有8个,C错误; D 题组三　晶胞中微粒数目的计算 5.[2024·天津东丽区质检] 钴的一种化合物的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 (　 ) A.钛元素在周期表中的位置为第四周期第ⅡB族 B.每个晶胞中占有1个Co2+和1个O2- C.晶体中与Co2+距离最近的Ti4+有4个 D.该化合物的化学式为CoTiO3 该晶胞中,Co2+的个数为1,Ti4+的个数为8×=1,O2-的个数为6×=3,则Co2+、Ti4+和O2-的个数之比为1∶1∶3,故该化合物的化学式为CoTiO3,B错误,D正确。 D 6.(1)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为　　　　。每个晶胞B中含Fe原子数为　　　　。  [解析] (1)晶胞A中体心Fe原子与顶角的8个Fe原子紧邻;晶胞B中含有Fe原子个数为8×+6×=4。 8 4 (2)碳的一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图所示,K位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为　　　　　。  [解析] (2)K位于棱上和体内,晶胞中K的个数为12×+9=12,C60位于顶角和面心,个数为8×+6×=4,化学式为K3C60。 K3C60 (3)锂钴复合氧化物是目前商品化锂离子电池的常用正极材料,其理想结构如图所示。其化学式为　 　　　。  [解析] (3)均摊法计算O原子的个数为14+12×=18,Li原子个数为6+2×+12×=9,Co原子个数为7+6×=9,O、Li、Co的原子个数比为2∶1∶1,故化学式为LiCoO2。 LiCoO2 【归纳总结】 晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法 (1)原理:晶胞中任意位置上的一个原子如果被n个晶胞所共有,则每个晶胞对这个原子分得的份额就是。 (2)方法 ①平行六面体(正方体或长方体)晶胞不同位置的粒子对晶胞的贡献 ②六方晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 考点二　晶体类型和性质 1. 几种常见晶体类型及性质对比 　　 类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 概念 　分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 　原子通过共价键形成的晶体 　金属原子通过金属键形成的晶体 　阴、阳离子通过离子键形成的晶体 构成粒子 分子 原子 　金属阳离子、自由电子 阴、阳离子 粒子间的相 互作用力 　范德华力(某些也含氢键) 共价键 金属键 离子键 　　 类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 硬度 较小 很大 　有的很大,有的很小 较大 熔、沸点 较低 很高 　有的很高,有的很低 一般较高 溶解性 相似相溶 　一般难溶于任何溶剂 　难溶于常见溶剂 　大多数易溶于水等极性溶剂 　　 类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 导电、 传热性 　一般不导电,有的溶于水后导电 　一般不具有导电性,个别为半导体 　电和热的良导体 　晶体不导电,水溶液或熔融态导电 　　 类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 物质类别 及举例 　大多数非金属单质、气态氢化物、几乎所有的酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外);稀有气体 　部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼),部分非金属化合物(如SiC、SiO2) 　金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜) 　金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) [点拨] ①高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 ②金属键的形成:晶体中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,从而将所有的金属原子维系在一起;金属键无饱和性、方向性。 2. 过渡晶体 纯粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体。四类晶体都有过渡型。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。 3. 混合型晶体 石墨晶体是一种混合型晶体。 (1)石墨不同于金刚石,它的碳原子呈　　　杂化,形成　　　　　　　　结构。   (2)石墨晶体是　　　　结构的,层间没有化学键相连,是靠　　　　　　维系的。   sp2 平面六元并环 层状 范德华力 2.现有下列物质:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。 (1)其中只含有离子键的离子晶体是　 。  (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是　　　　　　　　　。  (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是　　　　　。  (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是　　　　。  NaCl、Na2S NaOH、(NH4)2S (NH4)2S Na2S2 (5)其中含有极性共价键的非极性分子是 　　　　 　　。  (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是　　　　。  (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是　　　　。  (8)其中含有极性共价键的共价晶体是　 。  (9)不含共价键的分子晶体是　　 　　,只含非极性共价键的共价晶体是　　　　　 　　　。  CO2、CCl4、C2H2 C2H2 H2O2 SiO2、SiC 晶体氩 晶体硅、金刚石 题组一　常见晶体类型判断 1.下列各组物质的晶体类型相同的是 (　 ) A.SiO2和SO3 B.I2和NaCl C.Cu和Ag D.SiC和MgO [解析] SiO2为共价晶体,SO3为分子晶体,A错误; I2为分子晶体,NaCl为离子晶体,B错误; Cu和Ag都为金属晶体,晶体类型相同,C正确; SiC为共价晶体,MgO为离子晶体,D错误。 C 2.现有四组物质及熔点数据: 回答下列问题: (1)Ⅰ组属于　　　　晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是　　 　　。  [解析] (1)Ⅰ组物质的熔点很高,属于共价晶体,是由原子通过共价键形成的。 共价 Ⅰ组 Ⅱ组 Ⅲ组 Ⅳ组 金刚石:3550 ℃ Li:181 ℃ HF:-83 ℃ NaCl:801 ℃ 硅晶体:1410 ℃ Na:98 ℃ HCl:-115 ℃ KCl:776 ℃ 硼晶体:2300 ℃ K:64 ℃ HBr:-89 ℃ RbCl:718 ℃ 二氧化硅:1723 ℃ Rb:39 ℃ HI:-51 ℃ CsCl:645 ℃ 共价键 (2)Ⅱ组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 (3)Ⅲ组中HF的熔点反常,其原因是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。  (4)Ⅳ组晶体可能具有的性质是　　　　(填序号)。  ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电 ④熔融状态能导电 [解析] (2)Ⅱ组都是碱金属,属于金属晶体,具有①②③④四条共性。 (3)HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。 (4)Ⅳ组物质都是碱金属形成的盐,属于离子晶体,具有②④两条性质。 ①②③④ HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多 ②④ 【方法技巧】 晶体类型的判断方法 (1)主要根据各类晶体的特征性质判断。 熔、沸点低的物质一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物一般为离子晶体;熔、沸点很高,通常不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。 (2)根据物质的类别判断。 活泼金属氧化物(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、晶体硼等除外)、气态氢化物、大多数非金属氧化物、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体中,单质有金刚石、晶体硅、晶体硼、锗(Ge)和灰锡(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多数金属单质与合金是金属晶体。 题组二　晶体熔沸点的比较 3.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法错误的是 ( 　) A.SiCl4是分子晶体 B.晶体硼是共价晶体 C.AlCl3是分子晶体,加热能升华 D.金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能弱 D   AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 -68 2300 >3550 1415 沸点/℃ 178 57 2550 4827 2355 [解析] SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都是分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,故AlCl3加热能升华,A、C正确; 晶体硼的熔、沸点高,是共价晶体,B正确; 由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知:金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能强,D错误。 4.[2023·河北邯郸六校联考] 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题: (1)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为　　　　　　,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有　　　　　　　　,碳原子的杂化轨道类型为　　　　。  混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次　　　　(填“增大”或“减小”),其原因是 　  　。  (3)SiO2的熔点比CO2的高,其原因是 　 。  增大 三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高 SiO2为共价晶体,而CO2为分子晶体 (4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。 ①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是   　。  物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 沸点/℃ -85.7 56.9 153 287.5 物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4 熔点/℃ 705 -33 31 144.5 四卤化硅均为分子晶体,F、Cl、Br、I的相对原子质量逐渐增大,四卤化硅的相对分子质量增大,范德华力增大,沸点升高　 (4)四卤化硅的沸点和四卤化锡的熔点如下表所示。   ②结合SnX4的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,SnX4中的化学键的离子性　　　　(填“增强”“不变”或“减弱”,下同)、共价性　　　　。请从原子结构角度解释所推断的结论: 　  　。  物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 沸点/℃ -85.7 56.9 153 287.5 物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4 熔点/℃ 705 -33 31 144.5 减弱 增强 F、Cl、Br、I原子半径依次增大,对核外电子的引力依次减弱,导致其电负性依次减弱 考点三　典型晶体结构分析 晶体 晶体结构 晶体详解 共价晶体 金刚石 　(1)每个碳原子与　　　个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构;  　(2)键角均为　　　 　;  　(3)最小碳环由　　　个C构成且所有原子不在同一平面内;  　(4)每个C参与4个C—C的形成,C原子数与C—C个数之比为　 　　  典型晶体结构分析 4 109°28' 6 1∶2 4 1∶2 12 6 6 晶体 晶体结构 晶体详解 共价晶体 SiO2 　(1)每个Si与　　　个O以共价键结合,形成正四面体结构;  　(2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”,n(Si)∶n(O)=　　　　;  　(3)最小环上有　　　个原子,即　　　个O, 　　　个Si  晶体 晶体结构 晶体详解 分子晶体 干冰 CO2 　(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子; 　(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有　　　个  冰 H2O 　(1)每个水分子与　　　个水分子相邻;  　(2)分子以氢键相连接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成　 mol  “氢键” 12 4 2 晶体 晶体结构 晶体详解 离子晶体 NaCl (型) 　(1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有　　　个,每个Na+周围等距且紧邻的Na+有　　　个;  　(2)每个晶胞中含　　　个Na+和 　　　个Cl-  6 12 4 4 晶体 晶体结构 晶体详解 离子晶体 CsCl (型) 　(1)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有 　　　个,每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有　　　个;  　(2)如图为　　　个晶胞,每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-  8 6 8 晶体 晶体结构 晶体详解 混 合 型 晶 体 石墨 　(1)石墨晶体是混合型晶体,呈层状结构。同层内碳原子以  形成平面六元并环结构,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是　　,C原子采取的杂化方式是　　　　　;  　(2)层与层之间以　　　　　　结合。所以石墨晶体熔、沸点很高,但硬度不大,有滑腻感,能导电  共价键 2 sp2 范德华力 [点拨] 离子晶体中离子的配位数:指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。 2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。 (1)其中代表金刚石的是　　　　(填编号字母),其中每个碳原子与　　　　个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于　　　　晶体。  [解析] (1)在金刚石晶胞中,每个碳原子可与周围4个碳原子形成共价键,将这4个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图D为金刚石,中心碳原子与周围4个碳原子最近且距离相等;金刚石有共价键三维骨架结构,属于共价晶体。 D 4 共价 (2)其中代表石墨的是　　　　(填编号字母),其中每个正六边形占有碳原子数平均为　　　个。  [解析] (2)石墨是层状结构,在层与层之间以范德华力相互作用,在层内碳原子与碳原子以共价键结合,形成正六边形,所以图E为石墨的结构,每个正六边形占有的碳原子数平均为6×=2。 E 2 (3)其中代表NaCl晶体的是　 (填编号字母), 每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有　　　个。  [解析] (3)在NaCl晶胞中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围也有6个钠离子,所以图A为NaCl的结构,根据晶胞的结构,每个钠离子周围与它最近且距离相等的钠离子有12个。 A 12 (4)代表CsCl晶体的是　　　(填编号字母),它属于　　　　晶体,每个Cs+与　　　个Cl-紧邻。  [解析] (4)CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8,即每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个铯离子,所以图C为CsCl的结构,属于离子晶体。 C 离子 8 (5)代表干冰晶体的是　　　　(填编号字母),它属于　 　　晶体,每个CO2分子与　　　　个CO2分子紧邻。  [解析] (5)干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶角和面心上,以顶角上的CO2分子为例,与它距离最近的CO2分子分布在与该顶角相连的12个面的面心上,所以图B为干冰晶体。 B 分子 12 题组一　典型晶体结构分析 1.[2022·山东卷] AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是 ( 　) A.GaN的熔点高于AlN B.晶体中所有化学键均为极性键 C.晶体中所有原子均采取sp3杂化 D.晶体中所有原子的配位数均相同 A [解析] Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体,N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。AlN、GaN为结构相似的共价晶体,由于Al原子的半径小于Ga,N—Al的键长小于N—Ga的,则N—Al的键能较大,键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高,故GaN的熔点低于AlN,A错误; 不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确; 金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4),C原子无孤电子对,故C原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确; 金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键,即C原子的配位数是4,由于AlN、GaN的成键结构与金刚石类似,则AlN、GaN晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。 2.[2024·辽宁锦州四校联考] 我国科学家合成了富集 11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是 (　 ) A.氮化硼晶体有较高的熔、沸点 B.该晶体具有良好的导电性 C.该晶胞中含有4个B原子、4个N原子 D.B原子周围等距且最近的B原子数为12 B [解析] 氮化硼晶体为共价晶体,共价晶体具有较高的熔、沸点,A正确; 该晶体结构中无自由移动的离子和电子,不具有导电性,B错误; 由图可知,该晶胞含4个N原子,B原子位于晶胞的顶角和面心上,故B原子的个数为8×+6×=4,C正确; B原子周围等距离且最近的B原子有8×3×=12个,D正确。 【归纳总结】 判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“ ”表示): 每个面上有4个Na+与中心Na+距离最近,共计12个。 题组二　晶胞结构的相关计算 3.[2024·湖南益阳调研] 某新型储氢材料的晶胞如图。八面体中心为M2+,顶角均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶角均为氢原子。该晶体属于立方晶系,晶胞边长为a nm,其摩尔质量为188 g·mol-1。下列说法错误的是 (　 ) A.该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2 B.金属离子M2+的配位数为6 C.在晶胞体对角线的一维空间上会出 现的排布规律 D.金属M2+与B原子的最短距离为a nm C [解析] 根据晶胞结构,M2+与周围6个NH3配位,晶胞中共有8×+6×=4个八面体结构,B原子与周围4个H原子配位,晶胞中共有8个四面体,故其化学式为(BH4)2,A正确; M2+与周围6个NH3配位,形成正八面体,故M2+的配位数为6,B正确; 在晶胞体对角线的一维空间上应出现 的排布规律,C错误; 金属M2+与B原子的最短距离为体对角线长度的,即a nm,D正确。 4.(1)Cu与F形成的某化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为a g·cm-3, 则Cu与F的最近距离为　　　　　　　　　　pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu, 为F)。 ×1010　 [解析] (1)在晶胞中,Cu原子个数为8×+6×=4;F原子个数为4,其化学式为CuF。设晶胞边长为x cm,则a g·cm-3×(x cm)3×NA mol-1=4M(CuF),则晶胞棱长为 cm。Cu与F的最短距离为晶胞体对角线的,晶胞体对角线长度为x cm,所以Cu与F的最短距离为x cm=×1010 pm。 (2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞结构如图乙所示。已知晶胞参数为0.545 nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度 为　　 　　　　g·cm-3(列出计算式)。  [解析] (2)萤石的化学式为CaF2,即晶胞中钙离子与氟离子个数比为1∶2,从晶胞示意图看,每个晶胞中实际占有黑球的个数=8×+6×=4,晶胞中实际占有白球的个数为8,据此可知黑球代表Ca2+,白球代表F-。萤石的一个晶胞中实际占有4个Ca2+和8个F-。1个晶胞的质量为 g,则萤石的密度ρ=== g·cm-3。 【归纳总结】 计算晶体密度的方法 如立方晶胞密度的计算: (其中①M为微粒的相对“分子”质量;②另外关于晶胞参数单位换算也需注意:1 m=10 dm=102 cm=103 mm=106 μm=109 nm=1012 pm;③密度公式中共有四个未知量:密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA,知道3个可求另一个,因此可以围绕密度出现4种题型) 考点四　配合物与超分子 共用电子对 共价 孤电子对 1. 配位键 (1)概念 　　　　　　　　由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的　　　　键。   如在[Cu(H2O)4]2+中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供　 　　　给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。   (2)表示 例如,[Cu(NH3)4]2+中NH3的N给出孤电子对,Cu2+接受电子对, 其结构为 。 金属离子或原子 分子或离子 配体或配位体 配位键 2. 配位化合物 (1)定义 通常把　　　　　　　　　(称为中心离子或原子)与某些　　　　　　　(称为　　　　　　　　)以　　　　　　结合形成的化合物,简称配合物。   (2)配合物的组成及形成条件 ①配合物的组成 配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。 中心离子(或原子):一般是金属离子,特别是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。 配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的原子数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。 内界 外界 中心离子 配体 ②形成条件 实验操作 实验现象 有关离子方程式 　滴加氨水后,试管中首先出现 　　　　　　,氨水过量后沉淀逐渐　　　　,得到　　　　色的透明溶液;滴加乙醇后并用玻璃棒摩擦试管壁, 析出　   　Cu2++2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2N 　Cu(OH)2+4NH3 = [Cu(NH3)4]2++2OH- 　[Cu(NH3)4]2++S+H2O [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 蓝色沉淀 溶解 深蓝 深蓝色晶体 (3)配合物的形成举例 白色 无色 实验操作 实验现象 有关离子方程式 　向NaCl溶液中依次滴加AgNO3溶液和氨水 　向NaCl溶液中滴加AgNO3溶液,产生　　　　沉淀,再滴入氨水,沉淀消失,得到澄清的　　　　溶液  　Ag++Cl- = AgCl↓ 　AgCl+2NH3 = [Ag(NH3)2]++Cl- (1)定义 由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的　 　　　　　。其中的分子是广义的,包括离子。   (2)重要特征 ①　　　 　　;  ②　　　 　。   分子聚集体 分子识别 自组装 3. 超分子 题组一　配位键和配合物 1.[2024·重庆涪陵区统考] 铁是红细胞中血红蛋白的重要组成成分,缺铁时红细胞合成的血红蛋白量会减少,会使红细胞体积变小,携氧能力下降,形成缺铁性贫血,血红蛋白分子的结构如图所示。下列有关说法不正确的是 (　 ) A.该结构中,氧元素的第一电离能最大 B.基态Fe2+的价层电子排布为3d6 C.咪唑环上所有原子均在同一平面上 D.O2通过配位键与Fe2+相连 A [解析] 同一周期随着原子序数变大,第一电离能变大,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故N元素的第一电离能大于O元素,A错误; Fe为26号元素,Fe2+为铁原子失去2个电子后形成的,基态Fe2+的价层电子排布为3d6,B正确; 咪唑环中存在大π键,碳、氮原子均采用sp2杂化,该环上所有原子均在同一平面上,C正确; 亚铁离子提供空轨道,氧原子提供孤电子对,O2通过配位键与Fe2+相连,D正确。 2.(1)硼元素的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。 ①B2H6分子结构如图所示,则B原子的杂化方式为　　　　。  ②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是　　　　。  [解析] (1)①根据B2H6分子的空间结构知,B原子的轨道向4个方向延伸,则其杂化方式为sp3; ②氨硼烷(NH3BH3)中氮原子存在孤电子对,所以提供孤电子对的成键原子是N。 sp3 N (2)Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知Co3+的配位数为6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀,则第一种配合物的配体为　　　　　　。在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的配体为　 　　　　　。  [解析] (2)在第一种配合物溶液中加硝酸银溶液产生白色沉淀,白色沉淀是硫酸银,说明配体不是S,S是外界的离子,则第一种配合物的配体为NH3、Br-;在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,沉淀为溴化银,则配体不可能是Br-,即第二种配合物的配体为NH3、S。 NH3、Br- NH3、 S 【归纳总结】 判断配体及配位原子的方法 (1)分析配合物的内界,提供孤电子对的离子或分子为配体,可以是中性分子或阴离子,如H2O、NH3、Cl-、OH-等。 (2)分析配体的组成元素,一般是电负性较小的原子提供孤电子对。配位原子必须是含有孤电子对的原子,通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子,例如NH3中的N原子、H2O中的O原子等。 题组二　配合物的性质 3.[2024·北京海淀区统考] 已知:铜离子的配位数通常为4,[Cu(OH)4]2-和[Cu(NH3)4]2+均为深蓝色。某化学小组设计如下实验制备铜的配合物。 下列说法不正确的是 ( 　) A.b中得到配合物Na2[Cu(OH)4],其配体为OH- B.硫酸铜溶液呈蓝色的原因是[Cu(H2O)4]2+的 颜色所致 C.由实验可知,NH3的配位能力比OH-弱 D.加热c中溶液有可能得到蓝色浑浊液 C [解析] [Cu(OH)4]2-和[Cu(NH3)4]2+均为深蓝色,b加入过量的氢氧化钠得到配合物Na2[Cu(OH)4],由化学式可知,其配体为OH-,A正确; 水分子中氧原子可以提供孤电子对,能和铜离子形成配离子,硫酸铜溶液呈蓝色的原因是的颜色所致,B正确; 由实验a、c可知,NH3的配位能力比OH-强,C错误; 加热c中溶液,会促进NH3·H2O向电离的方向进行,使得NH3·H2O浓度减小,导致[Cu(NH3)4]2+转化为氢氧化铜沉淀,故有可能得到蓝色浑浊液,D正确。 4.[2024·湖北黄冈中学调研] Fe3+由于核外有空的d轨道,可与一些配体形成配位数为6的配离子。某同学将淡紫色的Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后再依次加KSCN和NaF,发现溶液出现下列变化: 已知:[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,[Fe(SCN)6]3-为红色,[FeF6]3-为无色。下列说法错误的是 (　 ) A.Fe(NH3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3所致 B.SCN-与Fe3+形成配位键时,S原子提供孤电子对 C.溶液Ⅱ加NaF后溶液由红色变为无色,说明SCN- 与Fe3+配位键强度不及F-与Fe3+配位键强度 D.焰色试验中可用无锈铁丝替代铂丝,说明铁灼烧时无焰色且不会产生发射光谱 D [解析] 根据[Fe(H2O)6]3+为浅紫色,将Fe(NO3)3·9H2O晶体溶于水后溶液不是浅紫色而是黄色,是因为Fe3+水解生成Fe(OH)3的红褐色与紫色共同作用所致,A正确; S的半径大于N,SCN-中S、N都含有孤电子对,电负性S<N,故SCN-与Fe3+形成配位键时,S原子提供孤电子对,B正确; 溶液Ⅱ加NaF后溶液由红色变为无色,[Fe(SCN)6]3-变为[FeF6]3-,说明SCN-与Fe3+配位键强度不及F-与Fe3+配位键强度,C正确; 铁灼烧时产生发射光谱,但无特殊焰色,故焰色试验中可用无锈铁丝替代铂丝,D错误。 【归纳总结】 配合物的稳定性及影响因素 (1)配合物的稳定性与配位键的强弱有关,配位键越强,配合物越稳定。 (2)当中心离子相同时,配合物的稳定性与配体中提供孤电子对的原子对应元素的电负性强弱有关。 例如,电负性:O>N,则配位键的牢固程度:Cu2+—NH3>Cu2+—OH2,故加热配合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4时,首先失去H2O。 题组三　超分子 5.[2024·河北邯郸模拟] “超分子”已经在很多领域广泛应用。下列关于超分子的说法正确的是 (　 ) A.冠醚的空穴结构对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂,图甲中K+与冠醚形成离子键 B.“杯酚”具有“分子识别”特征,图乙中“杯酚”与C60形成氢键 C.可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子,硫化氢分子间也能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼 D.烷基磺酸钠在水中聚集 形成胶束(图丁),这反映了 超分子的“自组装”特征 D 甲　　　　 乙 丙　　　 丁 [解析] 冠醚有空穴,不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂;离子键为离子间的强相互作用力,图甲中K+与冠醚没有形成离子键,A错误。 当氢原子连接在电负性大且原子半径小的原子(如氟、氧、氮)上时,可以形成氢键;“杯酚”具有“分子识别”特征,但是图乙中“杯酚”与C60没有形成氢键,B错误。 甲　　　　 乙 丙　　　 丁 水分子间能形成氢键,可燃冰(图丙)可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子;硫化氢分子间不能形成氢键,故不能通过与水分子间类似的相互作用形成分子笼,C错误。 超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的聚集体,烷基磺酸钠在水中聚集形成胶束(图丁),这反映了超分子的“自组装”特征,D正确。 甲　　　　 乙 丙　　　 丁 6.[2023·湖北鄂东南联盟模拟] 葫芦脲是超分子领域近年来发展迅速的环状分子之一,具有疏水的纳米空腔,其结构如图所示。对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔。下列叙述正确的是 (　 ) A.葫芦[6]脲是超分子且能发生丁达尔效应 B.葫芦[6]脲中C—N—C键角为109°28' C.可装入对甲基苯甲酸体现了超分子的“分子识别”功能 D.葫芦[6]脲形成的超分子中分子间存在范德华力、氢键、 共价键等作用 C [解析] 葫芦[6]脲是超分子,是纯净物,不能发生丁达尔效应,A错误; 葫芦[6]脲中每个氮有一个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对与成键电子对的排斥力,则C—N—C键角小于109°28',B错误; 对位取代的苯的衍生物恰好可以进入葫芦[6]脲的空腔,则体现了超分子的“分子识别”功能,C正确; 氢键是电负性大的原子与氢原子形成共价键,这个氢原子与另外电负性大的原子形成的一种作用力,葫芦[6]脲形成的超分子不存在氢键,D错误。 $$