2025届高三化学二轮复习 基础专题　简单晶体结构分析及性质 讲义

2025高考化学二轮复习 基础专题　简单晶体结构分析及性质 1、 必备知识 1.掌握典型物质晶体结构特点 典型物质 晶体结构 结构分析 金刚石 　(1)每个C与相邻4个C以共价键结合,形成正四面体结构 　(2)键角均为109°28' 　(3)最小碳环由6个C组成且6个C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数之比为1∶2 　(5)密度= g·cm-3(a cm为晶胞边长,设NA为阿伏伽德罗常数的值) SiO2 　(1)每个Si与4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”,因此二氧化硅晶体中Si与O的个数比为1∶2 　(3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si 　(4)密度= g·cm-3(a cm为晶胞边长,设NA为阿伏伽德罗常数的值) 干冰 　(1)每8个CO2分子构成1个立方体且在6个面的面心又各有1个CO2分子 　(2)每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个 　(3)密度= g·cm-3(a cm为晶胞边长,设NA为阿伏伽德罗常数的值) NaCl 　(1)Na+和Cl-的配位数均为6,与Na+等距离且最近的Na+个数为12 　(2)密度= g·cm-3(a cm为晶胞边长,设NA为阿伏伽德罗常数的值) CsCl 　(1)Cs+和Cl-的配位数均为8,与Cs+等距离且最近的Cs+个数为6 　(2)密度= g·cm-3(a cm为晶胞边长,设NA为阿伏伽德罗常数的值) 2.晶体类型的判断方法 判断依据 判断方法 粒子间作用力 　阴、阳离子离子晶体　　　原子共价晶体 　相邻分子分子晶体　　金属阳离子、自由电子金属晶体 物质的分类 　①活泼金属氧化物和过氧化物、强碱、绝大多数的盐是离子晶体 　②部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物是分子晶体 　③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合物类共价晶体有SiC、SiO2、AlN、BP、GaAs等 　④金属单质、合金是金属晶体 熔点 　一般来说,共价晶体>离子晶体(离子液体例外)>金属晶体(有例外)>分子晶体 导电性 　①离子晶体溶于水和熔融状态时均能导电 　②共价晶体一般为非导体 　③分子晶体为非导体,但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水时,分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电 　④金属晶体是电的良导体 硬度和机械性能 　一般情况下,硬度:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体多数硬度大,但也有较小的,且具有较好的延展性 3.“均摊法”的原则及应用 (1)晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 非长方体晶胞中粒子视具体情况而定,如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共用,每个六边形占。 (2)确定晶体的化学式 分析晶胞结构晶胞中同种粒子的位置及个数晶胞中各种粒子的个数 各种粒子的个数比晶体的化学式 练真题 例1　[2024·湖南卷] Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为2LiH+C+N2Li2CN2+H2,晶胞如图所示,下列说法错误的是 (　) A.合成反应中,还原剂是LiH和C B.晶胞中含有的Li+个数为4 C.每个C周围与它最近且距离相等的Li+有8个 D.C为V形结构 例2　[2024·安徽卷] 研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是 (　) A.导电时,Ti和La的价态不变 B.若x=,Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时,空位移动方向与电流方向相反 例3　(1)[2023·广东卷节选] 由CoCl2可制备AlxCoOy晶体,其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距,x、y为整数,则Co在晶胞中的位置为　;  晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为　　　　。  (2)[2023·福建卷节选] 铜的硫化物结构多样。天然硫化铜俗称铜蓝,其晶胞结构如图。 晶胞中含有　　　个,N(Cu+)∶N(Cu2+)=　　　　　。晶体中微粒间作用力有　　　　(填标号)。  a.氢键 b.离子键 c.共价键 d.金属键 练模拟 1.[2024·湖北襄阳五中模拟] 某种新型导电材料将锂原子嵌入石墨烯层间,晶体结构如图。下列说法正确的是 (　) A.石墨单质片层间作用力较弱,故硬度和熔点都较低 B.这种新型材料有望应用于水性锂离子电池中 C.晶体的化学式为LiC2 D.距离Li原子最近的Li原子有6个 2.[2024·辽宁沈阳二中五模] 采用了氮化镓元件的充电器体积小、质量轻,在发热量、效率转换上相比普通充电器也有更大的优势,被称为“快充黑科技”,图甲、乙、丙是氮化镓的三种晶体结构(NA表示阿伏伽德罗常数的值)。下列说法错误的是 (　) A.Ga、N均属于p区元素 B.图甲晶体结构中含有5个Ga、4个N C.图乙晶体结构中Ga的配位数是4 D.三种晶体结构中Ga原子的配位数之比为2∶2∶3 3.[2024·湖北黄冈中学四模] 科研工作者合成了低温超导化合物M,再利用低温去插层法,获得了一个新化合物N。二者的晶体结构如图所示,下列说法不正确的是(　) A.去插层过程实质是将M中Cs元素转化为CsI去除 B.N的化学式为V2Se2O C.N中V原子填充了Se原子构成的正八面体空隙 D.M中与Cs原子最临近的Se原子有8个 课后练 1.[2024·广东东莞七校联考]如图为几种晶胞的结构示意图,下列说法错误的是( ) A.晶胞A的化学式是LaNi4 B.在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1∶2 C.碘单质是分子晶体,碘单质在CCl4中比在水中溶解度更大 D.金刚石、MgO、碘单质三种晶体的熔点顺序:金刚石>MgO>碘单质 2.冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状醚,X是其中的一种,Li+因其体积大小与X的空腔大小相近而恰好能进入X的环内形成超分子Y。下列说法错误的是( ) A.X形成的晶体为分子晶体 B.电负性:O>C>H>Li C.K+不能与X形成超分子 D.Y中Li+与氧原子间形成的是离子键 3.[2024·辽宁葫芦岛一模]近日,我国科研团队发表了对新型单元素半导体材料黑砷晶体b-As的研究成果,其三维结构如图所示。下列说法错误的是( ) A.与石墨相比,黑砷晶体中的As更易结合H+ B.As原子的杂化方式与石墨中C原子不同 C.与C60相比,同压下黑砷晶体的沸点更低 D.As原子与As—As的个数比为2∶3 4.[2024·湖南部分校联考模拟]硒是第四周期第ⅥA族的元素,硒化锌是一种黄色晶体,可用于荧光材料、半导体掺杂物。硒化锌的立方晶胞结构如图所示,其晶胞边长为apm。下列叙述错误的是( ) A.Se中O—Se—O的键角比SeO3的键角小 B.图中相邻的Se与Zn之间的距离为apm C.硒原子的配位数为4 D.若阿伏伽德罗常数的值为NA,则144gZnSe晶体中的晶胞数是0.25NA 5.[2024·湖北高中名校联盟联考]科研团队通过皮秒激光照射悬浮在甲醇溶液中的多臂碳纳米管合成T-碳。T-碳的晶体结构可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的一个正四面体结构单元替代(如图所示,所有小球都代表碳原子),T-碳的密度约为金刚石的一半。下列说法正确的是( ) A.1个金刚石晶胞含4个碳原子 B.T-碳中键角是109°28' C.T-碳属于分子晶体 D.a∶b=1∶2 6.[2024·广东汕头潮阳区模拟]钠和硒组成了一种对蛋白质的合成和糖代谢有保护作用的无机化合物,其晶胞立体结构如图所示。下列有关说法错误的是( ) A.该晶体的化学式为Na2Se B.硒离子的配位数为4 C.Na+位于Se2-构成的四面体空隙中 D.基态Na+的电子排布式为1s22s22p6 答案解析 练真题· 例1　D　[解析] LiH中H元素为-1价,C中N元素为-3价,C元素为+4价,根据反应2LiH+C+N2Li2CN2+H2可知,H元素由-1价升高到0价,C元素由0价升高到+4价,N元素由0价降低到-3价,由此可知还原剂是LiH和C,故A正确;根据均摊法可知,晶胞中C位于顶角和体内,个数为8×+1=2,由化学式可知,晶胞中Li+有4个,则Li+位于晶胞的面上,故B正确;观察位于体心的C可知,与它最近且距离相等的Li+有8个,故C正确;C的中心C原子的价层电子对数为2+×(4+2-2×3)=2,可知C为直线形分子,故D错误。 例2　B　[解析] 根据题意,导电时Li+发生迁移,原空位处变为Li+,原Li+处变为空位,其他原子的位置不变,则Ti和La的价态不变,A项正确;根据“均摊法”,在题图立方晶胞中,Ti的个数为8×=1个,O的个数为12×=3个,La或Li或空位有1个,若x=,则La和空位共有个,其中La的个数为y,结合正负化合价代数和为0,(+1)×+(+3)×y+(+4)×1+(-2)×3=0,解得y=,则空位个数为,Li+与空位数目不相等,B项错误;由立方晶胞的结构可知,与体心最邻近的O原子数为12,即位于棱心的12个O原子,C项正确;导电时Li+移动方向与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D项正确。 例3　(1)体心　12 (2)2　2∶1　bc [解析] (1)由CoCl2可制备AlxCoOy晶体,其立方晶胞如题图。x、y为整数,根据图中信息Co、Al都只有一个原子,而氧(白色)原子有3个,Al与O最小间距大于Co与O最小间距,则Al在顶角,因此Co在晶胞中的位置为体心;晶体中一个Al周围与其最近的O原子,以顶角Al分析,面心的氧原子一个横截面有4个,三个横截面共12个,因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。 (2)由俯视图可知,俯视图处于顶角位置的S位于晶胞图棱上,且该位置的S实际存在形式为,则的个数为=2;俯视图处于内部的S位于晶胞图的体内,且该位置的S实际存在形式为S2-,则S2-的个数为2,因此晶胞中S的总价态为2×(-2)+2×(-2)=-8;由俯视图和晶胞图可知Cu位于晶胞内部,则晶胞中Cu的总个数为6,设Cu+的个数为x,Cu2+的个数为y,则x+y=6,x×(+1)+y×(+2)=+8,联立两式解得x=4,y=2,故N(Cu+)∶ N(Cu2+)=2∶1;晶体中微粒间作用力有离子键及共价键。 模拟练 1.D　[解析] 石墨单质片层内碳原子间通过共价键连接,故熔点较高,A项错误;锂原子嵌入石墨烯层间无法阻隔水分子进入直接与其反应,B项错误;根据晶胞结构均分理念计算,Li位于顶角,晶胞含有1个Li原子,中间的碳原子环,有8个碳原子位于面上,有2个位于晶胞体内,晶胞中碳原子数共有6个,晶体的化学式为 LiC6,C项错误;晶胞中Li原子层如图,1号Li原子距其他3个Li原子的距离相等,则距Li原子最近的同层Li原子有6个,不同层距离较远,故距离锂原子最近的Li原子有6个,D项正确。 2.B　[解析] Ga、N的价层电子排布分别是4s24p1、2s22p3,Ga、N均属于p区元素,故A正确;图甲晶体结构中含有12×+2×+3=6个Ga、6×+4=6个N,故B错误;以晶胞上平面中心的Ga原子为研究对象,可知:在该晶胞中Ga与2个N原子距离相等且最近,在该平面上边还存在1个晶胞,其中Ga与2个N原子距离相等且最近,故Ga原子的配位数是4,C正确;甲的晶体结构中Ga原子的配位数为4,乙晶胞中Ga的配位数是4,丙晶胞中Ga原子的配位数为6,则三种晶体结构中Ga原子的配位数之比为2∶2∶3,D正确。 3.C　[解析] 去插层过程中Cs元素均转化为CsI,故A正确;根据均摊原则,N晶胞中含有V原子数为8×+4×=4、Se原子数为8×+2=4、O原子数为8×+1=2,N的化学式为V2Se2O,故B正确;N中V原子位于Se原子围成的正方形中心,故C错误;根据图示,观察M的结构,与Cs原子最临近的Se原子有8个,故D正确。 课后练 1.A　[解析] 晶胞A的结构中La位于顶角,个数为8×=1,Ni位于面上及体心,个数为8×+1=5,化学式是LaNi5,A错误;在金刚石晶体中,每个碳原子与相邻的4个碳原子形成4个碳碳键,每个碳碳共价键为2个碳原子共同形成,故碳原子与碳碳键个数的比为1∶(4×)=1∶2,B正确;碘单质是分子晶体,I2与CCl4均为非极性分子,H2O为极性分子,根据“相似相溶”规律,碘单质在CCl4中比在水中溶解度更大,C正确;金刚石为共价晶体、MgO为离子晶体、碘单质为分子晶体,根据一般规律,熔点高低顺序为共价晶体>离子晶体>分子晶体,三种晶体的熔点顺序:金刚石>MgO>碘单质,D正确。 2.D　[解析] X是醚类物质,熔点、沸点较低,是分子晶体,A项正确;由同周期主族元素从左至右电负性逐渐增大的递变规律知,电负性:O>C>Li,由烃中碳元素显负价而氢元素显+1价知,电负性:C>H,非金属元素的电负性大于金属元素的电负性,故电负性:O>C>H>Li,B项正确;K+半径比Li+大许多,其体积比X的空腔大,无法进入X的空腔内,C项正确;Li+与氧原子形成的是弱配位键,D项错误。 3.C　[解析] 与石墨相比,黑砷晶体中的As还有孤电子对,因此黑砷晶体更易结合H+,A正确;石墨中C原子为sp2杂化,黑砷晶体中As原子的杂化方式为sp3,B正确;C60是分子晶体,黑砷晶体类似于石墨,石墨晶体中既有共价键,又有类似金属键,还有范德华力,属于混合型晶体,故同压下黑砷晶体的沸点更高,C错误;每个As原子与周围三个As原子结合形成共价键,因此As原子与As—As的个数比为2∶3,D正确。 4.B　[解析] Se的空间结构为正四面体,键角为109°28',SeO3的空间结构为平面正三角形,键角为120°,Se中O—Se—O的键角比SeO3的键角小,A正确;相邻的Se与Zn之间的距离为体对角线的,体对角线为a pm,则相邻的Se和Zn之间的距离为a pm,B错误;由晶胞结构可知,Se的配位数为4,C正确;在硒化锌(ZnSe)晶胞中,根据均摊法可求出1个ZnSe晶胞中有Se的个数为8×+6×=4,所以Zn的个数也是4,假设阿伏伽德罗常数的值为NA,则NA个晶胞的质量为144 g×4=576 g,故144 g ZnSe晶体中的晶胞数是0.25NA ,D正确。 5.D　[解析] 每个金刚石晶胞中的碳原子数为8×+6×+4=8,A错误;T-碳中距离最近的4个C原子形成正四面体结构,其键的最小夹角为60°,B错误;T-碳属于共价晶体,C错误;金刚石晶胞中有8个碳原子,则T-碳晶胞中碳原子数是金刚石的4倍,T-碳晶胞质量为金刚石晶胞的4倍,由于T-碳的密度约为金刚石的一半,根据ρ=可推出,T-碳晶胞体积是金刚石晶胞的8倍,而晶胞棱长=,则T-碳晶胞的棱长是金刚石晶胞棱长的2倍,D正确。 6.B　[解析] 该晶胞中Se2-位于顶角和面心,共8×+6×=4个,Na+位于体内,共8个,其化学式为Na2Se,A正确;Se2-的配位数是指Se2-周围最近的Na+的数目,共有8个,B错误;由图可知,Na+周围有4个最近的Se2-,Na+位于Se2-构成的四面体空隙中,C正确;基态Na+的电子排布式为1s22s22p6,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$