3.4 分子间作用力 分子晶体 第3课时（同步讲义）化学苏教版选择性必修2

专题3 微粒间作用力与物质性质 第四单元 分子间作用力 分子晶体 第3课时 常见晶体结构的计算与分析 教学目标 1．掌握晶体结构的相关计算。 2．能辨识晶体所属类型，熟知每种晶体典型代表的结构。 重点和难点 重点：常见晶体的结构。 难点：晶体结构的相关计算。 ◆知识点一 有关晶体结构的计算 1．晶胞参数 晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ，即晶格特征参数，简称晶胞参数。 2．原子分数坐标 (1)定义：以单位长度建立的坐标系来表示晶胞中各原子的位置。 (2)原子分数坐标的确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 说明：这里的“原子”是泛指，即形成晶体的微粒、还包括阴、阳离子等。例如，图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为___________、___________。 3．空间利用率 空间利用率=×100%。 将原子（离子）设想为一个球，依据1个晶胞内所含原子（离子）数目计算原子（离子）的体积，再确定晶胞的体积，即可计算晶胞的空间利用率。 4．宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系 假设某晶体的晶胞如右图所示： 以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下： 【特别提醒】定性判断键长的方法几种典型晶胞的配位数、粒子个数及棱长与半径的关系 晶胞模型 配位数 晶胞中 粒子个数 晶胞棱长(a)与 粒子半径(r)关系 6 1 a＝2r 8 2 a＝4r 12 4 a＝4r 12 2 a＝2r 4 8 a＝8r 即学即练 1．磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是(　　) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．晶体中与Cu等距离且最近的Cu有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 2．回答下列问题： (1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。 (2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。 (3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。 (4)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为______、______。 3．铜镍合金的立方晶胞结构如图所示： (1)原子B的分数坐标为________。 (2)若该晶体密度为d g·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则铜镍原子间最短距离为________cm。 ◆知识点二 常见晶体结构的分析 1．常见共价晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析 金刚石 (1)每个C与相邻____个C以共价键结合，形成________结构 (2)键角均为_______ (3)最小碳环由____个C组成且____个C不在同一平面内 (4)每个C参与____个C—C键的形成，C原子数与C—C键个数之比为____ (5)ρ＝________ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) SiO2 (1)每个Si与____个O以共价键结合，形成________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_______ (3)最小环上有12个原子，即6个O、6个Si (4)ρ＝________ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) SiC、BP、AlN (1)每个原子与另外____个不同种类的原子形成________结构 (2)密度：ρ(SiC)＝________ g· cm－3； ρ(BP)＝________ g·cm－3； ρ(AlN)＝________ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 2．常见分子晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析 干冰 (1)8个CO2分子占据立方体顶点且在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____个 (3)ρ＝________ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 白磷 ρ＝________ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 3．常见离子晶体结构的分析 NaCl型 CsCl型 CaF2型 晶胞 配位数 F－：____；Ca2＋：____ 密度的计算(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) ________ g·cm－3 ________ g·cm－3 ________ g·cm－3 即学即练 1．下列关于晶体的说法中，不正确的是(　　) ①CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数相同； ②共价键可决定分子晶体的熔、沸点； ③MgO和NaCl两种晶体中，MgO的离子键键能较小，所以其熔点比较低； ④晶胞是晶体结构的基本单位，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列； ⑤晶体中的晶胞尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定； ⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻 A．①②③ B．②③⑥ C．④⑤⑥ D．②③④ 2．金属晶体和离子晶体是重要晶体类型。下列关于它们的说法正确的是(　　) A．金属晶体只包括金属单质 B．在镁晶体中，1个Mg2＋只与2个电子存在强烈的相互作用 C．图中的(1)和(4)可以是从NaCl晶体结构中分割出来的部分结构图 D．金属晶体和离子晶体分别存在金属键和离子键等相互作用，很难断裂，因而都具有延展性 3．如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体(或晶胞)的结构示意图，请回答下列问题： (1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，图Ⅲ中一个铜原子周围紧邻的铜原子数为________。 (2)图Ⅱ所示的物质结构中最外电子层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数之比为________。 (3)三种晶体中熔点最低的是________，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________________。 一、常见晶体的结构 实践应用 1．下列各图为几种晶体或晶胞的构型示意图。 请回答下列问题：(本题前两空用示意图下的序号填空) (1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是______。 (2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为__________________。 (3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能______(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是____________________________________________________________________________________。 (4)每个Cu晶胞中实际占有______个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为______。 (5)冰的熔点远高于干冰的重要原因是______________________________。 2．碳化硅(SiC)晶体具有多种结构，其中一种晶体的晶胞(如图所示)与金刚石的类似。下列判断正确的是(　　) A．该晶体属于分子晶体 B．该晶体中存在极性键和非极性键 C．该晶体中Si的化合价为－4 D．该晶体中C的杂化类型为sp3 3．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，距Cl－最近的Na＋形成正八面体 B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均含有4个Ca2＋ C．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 D．该气态团簇分子的分子式为EF 考点一 晶胞参数及晶体的有关计算 【例1】(1)Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。Zn2＋的配位数是_______，S2－填充在Zn2＋形成的正四面体空隙中。若该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞参数a＝______ nm。 (2)如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为d g·cm－3，铁原子的半径为________ nm(用含有d、NA的代数式表示)。 (3)立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于________晶体，其中硼原子的配位数为________。 解题要点 (1)计算晶体的密度 (2)计算晶体中微粒间距离的方法 (3)晶胞计算公式(立方晶胞)。 a3ρNA＝nM(a为棱长；ρ为密度；NA为阿伏加德罗常数的数值；n为1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量；M为该粒子或特定组合的摩尔质量)。 (4)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。 ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 (5)空间利用率＝×100%。 【变式1-1】氮化硼是一种性能优异的新型材料，主要结构有六方氮化硼(图1)和立方氮化硼(图2)。前者与石墨结构类似。 (1)50.0 g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为______。 (2)立方氮化硼中N的配位数为________。已知立方氮化硼密度为d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，立方氮化硼晶胞中面心上6个N原子相连构成正八面体，该正八面体的边长为________ pm(列式即可)。 【变式1-2】一种由Cu、In、Te组成的晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示。 (1)晶胞棱边夹角均为90°，晶体中Te原子填充在Cu、In围成的四面体空隙中，则四面体空隙的占有率为________；该晶体的化学式为________。 (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，称为原子的分数坐标，如A点、B点原子的分数坐标分别为(0,0,0)、，则C点原子的分数坐标为_________；晶胞中C、D间距离d＝_______pm。 基础达标 1．如图所示是金属钠的晶胞示意图，该晶胞平均含有的钠原子数是(　　) A．9 B．5 C．3 D．2 2．某研究小组发现首例带结晶水的晶体在5 K下呈现超导性。据报道，该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构，结构如图(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单位)示意图不符合化学式的是(　　) 3．晶体有规则几何外形，但有些晶体存在“缺陷”，从而引起含有的离子数量比发生变化，但整体仍呈电中性。如某种氧化镍(NiO)晶体中存在1个Ni2＋空缺，另有2个Ni2＋被Ni3＋取代，其组成可表示为Ni0.97O，则其中Ni2＋和Ni3＋的离子数比为(　　) A．3∶2 B．2∶3 C．6∶91 D．91∶6 4．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为ρ g·cm－3，下列说法正确的是(　　) A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1 B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4 C．该晶胞可能是CsCl的晶胞 D．该晶体中两个距离最近的阴、阳离子的核间距为 cm 5．由K、I、O构成的立方晶胞如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．该化合物的化学式为KIO3 B．微粒a的分数坐标为(0，，) C．该晶体密度的表达式为 g·cm－3 D．该晶胞的另一种表示中，I处于各顶点，则K处于体心位置 6．下列说法正确的有(　　) ①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关 ②离子键是阴、阳离子间的相互吸引作用 ③分子晶体的熔点一定比金属晶体低 ④共价晶体中一定含有共价键 ⑤含有离子的晶体一定是离子晶体 ⑥硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅 ⑦NaCl晶体中，阴离子周围紧邻的阳离子数为8 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 7．有关晶体(或晶胞)的结构如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个 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∶2 D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE 8．下列关于CaF2的表述正确的是(　　) A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用 B．F－的半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2 C．阴、阳离子个数比为2∶1的物质，均与CaF2晶体结构相同 D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电 9．我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图，下列说法不正确的是(　　) A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用 C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2 10．Mg2Si具有反萤石结构，晶胞结构如图所示，其晶胞参数为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是( ) A．电负性：Mg>Si B．Mg核外电子有3种不同的运动状态 C．Mg与Si之间的最近距离为a nm D．Mg2Si的密度计算式为 g·cm－3 综合应用 11．CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如图所示： 原子分数坐标可以表示晶胞内部各原子的相对位置，其中A原子分数坐标为(0,0,0)，B原子分数坐标为(0，，)，下列说法正确的是(　　) A．CaF2晶胞中，Ca2＋的配位数为4 B．C点的原子分数坐标为(，，) C.若晶胞中两个最近的F－之间距离为273.1 pm，则晶体密度可表示为 g·cm－3 D．F－和Ca2＋之间的最短距离是晶胞体对角线的 12．磷锡青铜合金广泛用于仪表中的耐磨零件和抗磁元件的制作。其晶胞结构如图所示，已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是( ) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．该晶胞中与Cu原子等距离且最近的Sn原子有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于d区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 13．近日，科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是( ) A．F、Si和Ca电负性依次减小，原子半径依次增大 B．OF2与SiO2中含有的化学键类型和氧原子杂化方式均相同 C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为 D．脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，脱硅能力：BaF2<CaF2<MgF2 14．研究表明细菌病毒在铜表面存活时间最短，仅为4小时，铜被称为细菌病毒的“杀手”。回答下列问题： (1)铜的晶胞结构如图所示，铜原子的配位数为________，基态铜原子外围电子排布式为________。 (2)如果A原子的分数坐标为(0,1,0)，则B原子的分数坐标为________。 (3)与铜同周期，N电子层电子数与铜相同，熔点最低的金属是________。 拓展培优 15．FeO、NiO的晶胞结构和NaCl相同。 (1)已知离子半径r(Fe2＋)＞r(Ni2＋)，则熔点：FeO________(填“>”“<”或“＝”)NiO。 (2)FeO晶胞如图，Fe2＋的配位数为________。 (3)FeO在氧气中加热，部分Fe2＋被氧化为Fe3＋。晶体结构产生铁离子缺位的缺陷，其组成变为FexO(x＜1)，测得晶胞边长为a pm，密度为ρ g·cm－3，则x＝________(填写计算表达式)。 16．铁是地球表面最丰富的金属之一，其合金、化合物具有广泛用途。 (1)Fe3＋可以与SCN－、CN－、有机分子等形成配合物。基态Fe3＋的电子排布式为___________。 (2)普鲁士蓝俗称铁蓝，结构如图所示(K＋未画出)，平均每两个立方体中含有一个K＋，该晶体的化学式为__________________。又知该晶体中铁元素有＋2价和＋3价两种，则Fe3＋与Fe2＋的个数比为________。 17．(1)Na2S的晶胞如图所示，设S2－的半径为r1 cm，Na＋的半径为r2 cm。试计算Na2S晶体的密度为____________(阿伏加德罗常数的值用NA表示，写表达式，不化简)。 (2)Na3OCl是一种良好的离子导体，其晶胞结构如图所示。已知：晶胞参数为a nm，密度为d g·cm－3。 ①Na3OCl晶胞中，Cl－位于各顶点位置，Na＋位于__________位置，两个Na＋之间的最短距离为________ nm。 ②用a、d表示阿伏加德罗常数NA＝__________mol－1(列计算式)。 18．(1)钛酸锶(SrTiO3)可用作电子陶瓷材料和人造宝石。其一种晶胞结构如图所示，Ti处于体心位置，则Sr原子处于________位置，O原子处于_________位置。已知晶胞参数a＝0.390 5 nm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。 (2)Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 ①该晶体的化学式为________。 ②已知该合金的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是________cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。 (3)立方NiO(氧化镍)晶体的结构如图所示，其晶胞边长为a pm，列式表示NiO晶体的密度为______________g·cm－3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为NA)。 人工制备的NiO晶体中常存在缺陷(如图)。一个Ni2＋空缺，另有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。已知某氧化镍样品组成为Ni0.96O，该晶体中Ni3＋与Ni2＋的离子个数之比为________。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题3 微粒间作用力与物质性质 第四单元 分子间作用力 分子晶体 第3课时 常见晶体结构的计算与分析 教学目标 1．掌握晶体结构的相关计算。 2．能辨识晶体所属类型，熟知每种晶体典型代表的结构。 重点和难点 重点：常见晶体的结构。 难点：晶体结构的相关计算。 ◆知识点一 有关晶体结构的计算 1．晶胞参数 晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ，即晶格特征参数，简称晶胞参数。 2．原子分数坐标 (1)定义：以单位长度建立的坐标系来表示晶胞中各原子的位置。 (2)原子分数坐标的确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 说明：这里的“原子”是泛指，即形成晶体的微粒、还包括阴、阳离子等。例如，图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为、。 3．空间利用率 空间利用率=×100%。 将原子（离子）设想为一个球，依据1个晶胞内所含原子（离子）数目计算原子（离子）的体积，再确定晶胞的体积，即可计算晶胞的空间利用率。 4．宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系 假设某晶体的晶胞如右图所示： 以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下： 【特别提醒】定性判断键长的方法几种典型晶胞的配位数、粒子个数及棱长与半径的关系 晶胞模型 配位数 晶胞中 粒子个数 晶胞棱长(a)与 粒子半径(r)关系 6 1 a＝2r 8 2 a＝4r 12 4 a＝4r 12 2 a＝2r 4 8 a＝8r 即学即练 1．磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是(　　) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．晶体中与Cu等距离且最近的Cu有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 答案　B 解析　根据晶胞的结构分析得到晶胞中原子个数分别为P：1，Sn：8×＝1，Cu：6×＝3，则磷锡青铜的化学式为Cu3SnP，A正确；以面心的铜分析，该晶胞中与Cu等距离且最近的Cu有8个，B错误；三种元素Cu、Sn、P的外围电子排布分别为3d104s1、5s25p2、3s23p3，则三种元素在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区，C正确；Sn和P原子间的最短距离为体对角线的一半即a pm，D正确。 2．回答下列问题： (1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。 (2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。 (3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。 (4)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为______、______。 答案　(1)CuCl　(2)16　(3)2　BN　(4)CoTiO3　6　12 解析　(1)由晶胞结构可知白球有8个位于顶点，6个位于面心，个数为8×＋6×＝4，灰球4个在体内，则Cu和Cl的原子个数比为1∶1，化学式为CuCl。(2)晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则氧原子个数为4＋6×＋8×＝8，结合化学式Cu2O可知铜原子个数为16。(3)灰球有1个在体内、4个在棱上，个数为1＋4×＝2，白球1个在体内、8个在顶点，个数为1＋8×＝2，则该晶胞中B、N个数均为2，化学式为BN。(4)该晶胞中6个O原子位于面心，个数为6×＝3，Co原子有8个位于顶点，个数为8×＝1，Ti原子在体内，个数为1，则该晶胞的化学式为CoTiO3，由晶胞结构可知1个Ti原子周围有6个O原子，1个Co原子周围有12个O原子。 3．铜镍合金的立方晶胞结构如图所示： (1)原子B的分数坐标为________。 (2)若该晶体密度为d g·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则铜镍原子间最短距离为________cm。 答案　(1) (，0，)　(2)× 解析　(1)由位于顶点的A原子的分数坐标为(1,1,1)可知，位于面心的B原子的分数坐标为(，0，)。(2)由晶胞结构可知，晶胞中镍原子个数为8×＝1，铜原子个数为6×＝3，则晶胞的化学式为Cu3Ni，设晶胞的边长为a cm，由晶胞的质量公式可得：＝a3d，解得a＝，晶胞中铜镍原子间最短距离为面对角线的，则最短距离为× cm。 ◆知识点二 常见晶体结构的分析 1．常见共价晶体结构的分析 晶体 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键的形成，C原子数与C—C键个数之比为1∶2 (5)ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 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)ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) SiC、BP、AlN (1)每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构 (2)密度：ρ(SiC)＝ g· cm－3； ρ(BP)＝ g·cm－3； ρ(AlN)＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 2．常见分子晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析 干冰 (1)8个CO2分子占据立方体顶点且在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)ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 白磷 ρ＝ g·cm－3(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) 3．常见离子晶体结构的分析 NaCl型 CsCl型 CaF2型 晶胞 配位数 6 8 F－：4；Ca2＋：8 密度的计算(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值) g·cm－3 g·cm－3 g·cm－3 即学即练 1．下列关于晶体的说法中，不正确的是(　　) ①CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数相同； ②共价键可决定分子晶体的熔、沸点； ③MgO和NaCl两种晶体中，MgO的离子键键能较小，所以其熔点比较低； ④晶胞是晶体结构的基本单位，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列； ⑤晶体中的晶胞尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定； ⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻 A．①②③ B．②③⑥ C．④⑤⑥ D．②③④ 答案　A 解析　②共价键可决定共价晶体的熔、沸点，分子晶体熔、沸点的高低是由分子间作用力的大小决定的，错误；③MgO和NaCl两种晶体中，MgO的离子键键能较大，所以其熔点比较高，错误。 2．金属晶体和离子晶体是重要晶体类型。下列关于它们的说法正确的是(　　) A．金属晶体只包括金属单质 B．在镁晶体中，1个Mg2＋只与2个电子存在强烈的相互作用 C．图中的(1)和(4)可以是从NaCl晶体结构中分割出来的部分结构图 D．金属晶体和离子晶体分别存在金属键和离子键等相互作用，很难断裂，因而都具有延展性 答案　C 解析　金属晶体中的电子属于整个晶体，B错误；在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引着最近且等距离的6个Cl－，同样每个Cl－周围同时吸引着最近且等距离的6个Na＋，图(1)符合条件，图(4)中选取其中一个离子，然后沿x、y、z三轴切割得到6个等距离的且最近的带相反电荷的离子，所以其配位数也是6，图(4)符合条件，C正确；离子晶体没有延展性，易断裂，D错误。 3．如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体(或晶胞)的结构示意图，请回答下列问题： (1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________，图Ⅲ中一个铜原子周围紧邻的铜原子数为________。 (2)图Ⅱ所示的物质结构中最外电子层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数之比为________。 (3)三种晶体中熔点最低的是________，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________________。 答案　(1)8　12　(2)O　1∶6　(3)H3BO3　分子间作用力 解析　(1)从图Ⅰ可看出面心上的1个Ca2＋连接4个F－，若将旁边的晶胞画出，也应连接4个F－，则1个Ca2＋连有8个F－。(2)从图Ⅱ看，B原子只形成3个共价键，最外电子层应为6个电子，只有O原子为8电子结构。H3BO3属于分子晶体，1个B连有3个O原子，3个O原子又连有3个H原子，所以1个B原子对应6个极性键。(3)熔点大小一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，金属晶体看具体情况，此题H3BO3为分子晶体，熔点最低，熔化时破坏分子间作用力。 一、常见晶体的结构 实践应用 1．下列各图为几种晶体或晶胞的构型示意图。 请回答下列问题：(本题前两空用示意图下的序号填空) (1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是______。 (2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为__________________。 (3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能______(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是____________________________________________________________________________________。 (4)每个Cu晶胞中实际占有______个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为______。 (5)冰的熔点远高于干冰的重要原因是______________________________。 答案 (1) ② (2) ②>④>⑤>①>⑥ (3) 小于 在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)，且MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数 (4)4 8 (5) H2O分子之间存在氢键 解析　(1)冰、干冰晶体属于分子晶体，构成微粒属于分子，分子之间以分子间作用力结合，不符合题意；金刚石属于共价晶体，原子之间以共价键结合，符合题意；Cu属于金属晶体，金属阳离子与自由电子之间以金属键结合，不符合题意；MgO、CaCl2属于离子晶体，离子之间以离子键结合，不符合题意；故这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是②金刚石晶体。 (2)一般情况下，微粒之间的作用力：共价晶体>离子晶体>分子晶体。在上述物质中，金刚石属于共价晶体，熔沸点最高；MgO、CaCl2属于离子晶体，熔沸点比金刚石的低，由于离子半径Mg2＋比Ca2＋的小，O2－比Cl－的小，离子半径越小，离子键越强，断键消耗的能量就越大，物质的熔点就越高，所以熔点：MgO>CaCl2；冰、干冰都属于分子晶体，分子之间以分子间作用力结合，由于H2O分子之间存在氢键，CO2分子之间只存在分子间作用力，所以熔点冰>干冰，故上述五种物质中熔点由高到低的顺序为金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰，即②>④>⑤>①>⑥。 (3)在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)，且MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，所以晶格能MgO比NaCl的大。 (4)Cu晶胞属于面心立方结构，每个晶胞中含有的Cu原子个数为8×＋6×＝4；Ca2＋位于晶胞的面心与顶点，每个CaCl2晶胞中实际占有Ca2＋离子数目为8×＋6×＝4，CaCl2晶体中Cl－周围有4个距离相等且最近的Ca2＋，所以Cl－的配位数为4，由化学式可知CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为Cl－的配位数的2倍，则Ca2＋的配位数为8。 (5)冰、干冰都是分子晶体，分子之间以分子间作用力结合，由于冰中水分子间形成了氢键，使冰的熔点远高于干冰的熔点。 2．碳化硅(SiC)晶体具有多种结构，其中一种晶体的晶胞(如图所示)与金刚石的类似。下列判断正确的是(　　) A．该晶体属于分子晶体 B．该晶体中存在极性键和非极性键 C．该晶体中Si的化合价为－4 D．该晶体中C的杂化类型为sp3 答案　D 解析　与金刚石类似，该晶体属于共价晶体，A错误；根据该晶体的晶胞结构图可知，该晶体只存在Si—C极性共价键，B错误；Si—C中，C的电负性更强，共用电子对偏向C原子，所以Si的化合价为＋4，C错误；每个C原子与4个Si原子形成4个σ键，C原子没有孤电子对，所以C的杂化类型为sp3，D正确。 3．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，距Cl－最近的Na＋形成正八面体 B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均含有4个Ca2＋ C．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 D．该气态团簇分子的分子式为EF 答案　D 解析　氟化钙晶胞中，Ca2＋位于顶点和面心，数目为8×＋6×＝4，故B正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子、4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误。 考点一 晶胞参数及晶体的有关计算 【例1】(1)Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。Zn2＋的配位数是_______，S2－填充在Zn2＋形成的正四面体空隙中。若该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞参数a＝______ nm。 (2)如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为d g·cm－3，铁原子的半径为________ nm(用含有d、NA的代数式表示)。 (3)立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于________晶体，其中硼原子的配位数为________。 答案　(1)4　×107 (2)××107 (3)共价　4 解析　(1)根据晶胞结构可知晶胞中含有Zn2＋个数为8×＋6×＝4，S2－全部在晶胞内，共4个，其化学式是ZnS。根据晶胞结构可知S2－位于4个Zn2＋形成的正四面体空隙中，S2－的配位数是4，根据化学式可判断Zn2＋的配位数也是4。若该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则d＝，因此该晶胞参数a＝ cm＝×107 nm。 (2)由Fe单质的晶胞图可知，晶胞中含铁原子个数为2，晶胞的质量为 g，晶胞体积为 cm3，则晶胞边长为 cm，设Fe原子的半径为r，则4r＝× cm，r＝××107 nm。 (3)立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，晶体类型类似于金刚石，是共价晶体；晶胞中每个N原子连接4个B原子，氮化硼的化学式为BN，所以晶胞中每个B原子也连接4个N原子，即硼原子的配位数为4。 解题要点 (1)计算晶体的密度 (2)计算晶体中微粒间距离的方法 (3)晶胞计算公式(立方晶胞)。 a3ρNA＝nM(a为棱长；ρ为密度；NA为阿伏加德罗常数的数值；n为1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量；M为该粒子或特定组合的摩尔质量)。 (4)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。 ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 (5)空间利用率＝×100%。 【变式1-1】氮化硼是一种性能优异的新型材料，主要结构有六方氮化硼(图1)和立方氮化硼(图2)。前者与石墨结构类似。 (1)50.0 g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为______。 (2)立方氮化硼中N的配位数为________。已知立方氮化硼密度为d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，立方氮化硼晶胞中面心上6个N原子相连构成正八面体，该正八面体的边长为________ pm(列式即可)。 答案　(1)2NA　(2)4　××1010 解析　(1)根据均摊法，一个六方氮化硼晶体的六元环含有一个N、一个B,50.0 g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为×NA＝2NA。 (2)由图2可知，立方氮化硼中N的配位数为4；面心上6个N原子构成正八面体，该正八面体的边长等于面对角线的一半，设BN晶胞边长为a cm,1个晶胞中含有4个B原子，含有N原子数为8×＋6×＝4，则1个晶胞中含有4个BN，所以d＝，解得a＝，故正八面体的边长为××1010 pm。 【变式1-2】一种由Cu、In、Te组成的晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示。 (1)晶胞棱边夹角均为90°，晶体中Te原子填充在Cu、In围成的四面体空隙中，则四面体空隙的占有率为________；该晶体的化学式为________。 (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，称为原子的分数坐标，如A点、B点原子的分数坐标分别为(0,0,0)、，则C点原子的分数坐标为_________；晶胞中C、D间距离d＝_______pm。 答案 (1) 50% CuInTe2 (2) 解析　(1)由晶胞结构可知，Cu、In原子形成的四面体空隙有16个，Te原子填充的四面体空隙有8个，则四面体空隙的占有率为×100%＝50%；晶胞中位于顶点、面上和体内的铜原子个数为8×＋4×＋1＝4，位于棱上、面心和面上的铟原子个数为6×＋4×＝4，位于体内的碲原子个数为8，则铜、铟、碲的原子个数比为4∶4∶8＝1∶1∶2，故晶体的化学式为CuInTe2。 (2)由位于顶点A点和体心B点原子的分数坐标可知，晶胞边长为1 pm，则位于体对角线的处、面对角线的处的C点原子的分数坐标分别为；由晶胞中C、D形成的直角三角形的边长为 pm、 pm可知，C、D间距离d＝＝ pm。 基础达标 1．如图所示是金属钠的晶胞示意图，该晶胞平均含有的钠原子数是(　　) A．9 B．5 C．3 D．2 答案　D 解析　金属钠的晶胞中，有8个原子处于顶点，有1个原子位于体心，故该晶胞平均含有的钠原子数为×8＋1＝2。 2．某研究小组发现首例带结晶水的晶体在5 K下呈现超导性。据报道，该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构，结构如图(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单位)示意图不符合化学式的是(　　) 答案　D 解析　A项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×＝2，所以Co原子数与O原子数之比为1∶2，正确；B项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1＋4×＝2，含有O原子数为4，所以Co原子数与O原子数之比为1∶2，正确；C项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为4×＝1，含有O原子数为4×＝2，所以Co原子数与O原子数之比为1∶2，正确；D项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×＝1，所以Co原子数与O原子数之比为1∶1，错误。 3．晶体有规则几何外形，但有些晶体存在“缺陷”，从而引起含有的离子数量比发生变化，但整体仍呈电中性。如某种氧化镍(NiO)晶体中存在1个Ni2＋空缺，另有2个Ni2＋被Ni3＋取代，其组成可表示为Ni0.97O，则其中Ni2＋和Ni3＋的离子数比为(　　) A．3∶2 B．2∶3 C．6∶91 D．91∶6 答案　D 解析　设1 mol Ni0.97O中含Ni3＋x mol，Ni2＋为(0.97－x) mol，根据晶体仍呈电中性，可知 3x＋2×(0.97－x)＝2×1，x＝0.06，Ni2＋为(0.97－x) mol＝0.91 mol，即N(Ni2＋)∶N(Ni3＋)＝0.91∶0.06＝91∶6。 4．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为ρ g·cm－3，下列说法正确的是(　　) A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1 B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4 C．该晶胞可能是CsCl的晶胞 D．该晶体中两个距离最近的阴、阳离子的核间距为 cm 答案　D 解析　据均摊法可知，该晶胞中阴离子位于棱上和体心，数目为12×＋1＝4，阳离子位于顶点和面心，数目为8×＋6×＝4；由晶胞结构可以看出每个阳离子周围有6个阴离子，每个阴离子周围有6个阳离子，所以晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，符合NaCl的晶胞特点；因为晶胞中阴、阳离子的个数都为4，则晶胞的体积为 cm3，晶胞的边长为 cm，因为两个距离最近的阴、阳离子的核间距为晶胞边长的一半即 cm，即为 cm。 5．由K、I、O构成的立方晶胞如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．该化合物的化学式为KIO3 B．微粒a的分数坐标为(0，，) C．该晶体密度的表达式为 g·cm－3 D．该晶胞的另一种表示中，I处于各顶点，则K处于体心位置 答案　C 解析　该晶胞中K原子的个数为8×＝1，O原子的个数为6×＝3，I原子的个数为1，则化学式为KIO3，故A正确；根据图示，a原子位于侧面面心，分数坐标为(0，，)，故B正确；1 mol晶胞的质量是214 g,1个晶胞的体积为(b×10－7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为NA(b×10－7)3 cm3，所以晶体的密度为 g·cm－3，故C错误；在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶点，个数为8×＝1，则K也为1个，应位于体心，故D正确。 6．下列说法正确的有(　　) ①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关 ②离子键是阴、阳离子间的相互吸引作用 ③分子晶体的熔点一定比金属晶体低 ④共价晶体中一定含有共价键 ⑤含有离子的晶体一定是离子晶体 ⑥硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅 ⑦NaCl晶体中，阴离子周围紧邻的阳离子数为8 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 答案　B 解析　②离子键是阴、阳离子间的静电作用力，包括吸引力和排斥力，故错误；③分子晶体的熔点不一定比金属晶体低，如汞在常温下为液体，碘是分子晶体，常温下为固体，故错误；⑤金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，所以含有离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故错误。 7．有关晶体(或晶胞)的结构如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个 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∶2 D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE 答案　D 解析　在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个，故A正确；在CaF2晶胞中，Ca2＋位于晶胞的顶点和面心，晶胞中含有Ca2＋的个数为8×＋6×＝4，故B正确；在金刚石晶体中，每个碳原子连接4个共价键，每2个碳原子形成1个共价键，则每个碳原子连接的共价键平均为4×＝2个，所以在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数之比为1∶2，故C正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子，4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误。 8．下列关于CaF2的表述正确的是(　　) A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用 B．F－的半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2 C．阴、阳离子个数比为2∶1的物质，均与CaF2晶体结构相同 D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电 答案　D 解析　Ca2＋与F－之间既有静电吸引作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷数相同，F－的半径小于Cl－，所以CaF2的熔点高，B错误；晶体结构还与离子的半径大小有关，所以阴、阳离子个数比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体结构相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，CaF2在熔融状态下能发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。 9．我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图，下列说法不正确的是(　　) A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用 C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2 答案　D 解析　由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连，而每个氧原子与两个硅原子相连，在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，不存在单个的SiO2分子，故D错误。 10．Mg2Si具有反萤石结构，晶胞结构如图所示，其晶胞参数为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是( ) A．电负性：Mg>Si B．Mg核外电子有3种不同的运动状态 C．Mg与Si之间的最近距离为a nm D．Mg2Si的密度计算式为 g·cm－3 答案 C 解析　电负性是衡量原子对键合电子的吸引能力，Si是非金属，Mg是金属，则电负性：Mg<Si，A错误；Mg原子核外有12个电子，每个电子的运动状态都不相同，则Mg核外电子有12种不同的运动状态，B错误；Mg与Si之间的最近距离为体对角线的，晶胞参数为a nm，则体对角线为a nm，则Mg与Si之间的最近距离为a nm，C正确；该晶胞含有4个Si、8个Mg，即含有4个Mg2Si，则一个晶胞的质量为 g＝ g，该晶体的密度为 g·cm－3，D错误。 综合应用 11．CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如图所示： 原子分数坐标可以表示晶胞内部各原子的相对位置，其中A原子分数坐标为(0,0,0)，B原子分数坐标为(0，，)，下列说法正确的是(　　) A．CaF2晶胞中，Ca2＋的配位数为4 B．C点的原子分数坐标为(，，) C.若晶胞中两个最近的F－之间距离为273.1 pm，则晶体密度可表示为 g·cm－3 D．F－和Ca2＋之间的最短距离是晶胞体对角线的 答案　B 解析　以面心Ca2＋为研究对象，在一个晶胞中连接4个F－，通过该Ca2＋可形成2个晶胞，所以与该Ca2＋距离相等且最近的F－共有8个，因此Ca2＋的配位数是8，A错误；观察A、B、C的相对位置可知，C点的x轴坐标是，y轴坐标是，z轴坐标是，B正确；根据晶胞结构可知，在一个晶胞中含有Ca2＋的个数：×8＋×6＝4，含有F－的个数：8，即一个晶胞中含有4个CaF2，晶胞中两个最近的F－之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶胞参数L＝2×273.1 pm＝546.2 pm，则该晶体的密度为 g·cm－3，C错误；根据C点坐标，利用几何知识可知Ca2＋和F－之间的最短距离是晶胞体对角线的，D错误。 12．磷锡青铜合金广泛用于仪表中的耐磨零件和抗磁元件的制作。其晶胞结构如图所示，已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是( ) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．该晶胞中与Cu原子等距离且最近的Sn原子有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于d区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 答案 C 解析　由均摊法可知，晶胞中Cu原子数目为6×＝3，Sn原子数目为8×＝1，P原子数目为1，Cu、Sn、P原子个数比为3∶1∶1，故其化学式为Cu3SnP，A正确；晶胞中与Cu原子等距离且最近的Sn原子位于晶胞的顶点，有4个，B正确；三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区，C错误；P原子位于体心而Sn位于顶点，Sn和P原子间的最短距离为体对角线长的一半，故距离为a pm，D正确。 13．近日，科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是( ) A．F、Si和Ca电负性依次减小，原子半径依次增大 B．OF2与SiO2中含有的化学键类型和氧原子杂化方式均相同 C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为 D．脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，脱硅能力：BaF2<CaF2<MgF2 答案 D 解析　一般情况下，金属元素的电负性小于非金属元素，非金属元素的非金属性越强，电负性越大，则F、Si和Ca电负性依次减小，电子层数越多，原子半径越大，则F、Si和Ca原子半径依次增大，A正确；OF2与SiO2都是含有极性共价键的共价化合物，化合物中氧原子的价层电子对数都为4，杂化方式都为sp3杂化，B正确；由晶胞结构可知，A处到B处的距离为体对角线的，若A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为，C正确；三种金属氟化物都为离子晶体，晶体提供自由氟离子的能力越强，阴阳离子间形成的离子键越弱，钡离子、钙离子和镁离子的电荷数相同，离子半径依次减小，则氟化钡、氟化钙、氟化镁三种晶体中的离子键能依次增大，晶体提供自由氟离子的能力依次减弱，D错误。 14．研究表明细菌病毒在铜表面存活时间最短，仅为4小时，铜被称为细菌病毒的“杀手”。回答下列问题： (1)铜的晶胞结构如图所示，铜原子的配位数为________，基态铜原子外围电子排布式为________。 (2)如果A原子的分数坐标为(0,1,0)，则B原子的分数坐标为________。 (3)与铜同周期，N电子层电子数与铜相同，熔点最低的金属是________。 答案　(1)12　3d104s1　(2)(，0，)　(3)钾(K) 解析　(1)铜晶胞是面心立方最密堆积，与顶点铜原子距离最近的铜原子共有3×8×＝12个，即铜原子的配位数为12；铜为29号元素，核外电子排布式为[Ar]3d104s1，则其外围电子排布式为3d104s1。(2)根据A原子的分数坐标，可以判断晶胞B原子的分数坐标为(，0，)。 (3)半径越大，外围电子数越少，金属晶体的熔、沸点越低，铜为第4周期元素，N电子层含有1个电子，同周期N电子层电子数与铜相同的元素中，熔点最低的金属是钾(K)。 拓展培优 15．FeO、NiO的晶胞结构和NaCl相同。 (1)已知离子半径r(Fe2＋)＞r(Ni2＋)，则熔点：FeO________(填“>”“<”或“＝”)NiO。 (2)FeO晶胞如图，Fe2＋的配位数为________。 (3)FeO在氧气中加热，部分Fe2＋被氧化为Fe3＋。晶体结构产生铁离子缺位的缺陷，其组成变为FexO(x＜1)，测得晶胞边长为a pm，密度为ρ g·cm－3，则x＝________(填写计算表达式)。 答案　(1)＜　(2)6　(3) 解析　(1)离子半径r(Fe2＋)＞r(Ni2＋)，离子半径越大，离子键键能越小，则熔点：FeO<NiO。(2)FeO晶胞中，离Fe2＋距离最近且相等的O2－有6个，Fe2＋的配位数为6。(3)根据均摊法，晶胞中含有O原子个数为12×＋1＝4 ，设晶胞中Fe原子个数为y，测得晶胞边长为a pm，密度为ρ g·cm－3，＝ρ，y＝，n(Fe)∶n(O)＝∶4＝∶1，则x＝。 16．铁是地球表面最丰富的金属之一，其合金、化合物具有广泛用途。 (1)Fe3＋可以与SCN－、CN－、有机分子等形成配合物。基态Fe3＋的电子排布式为___________。 (2)普鲁士蓝俗称铁蓝，结构如图所示(K＋未画出)，平均每两个立方体中含有一个K＋，该晶体的化学式为__________________。又知该晶体中铁元素有＋2价和＋3价两种，则Fe3＋与Fe2＋的个数比为________。 答案　(1)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5) (2)KFe2(CN)6　1∶1 解析　(2)平均每两个立方体中含有一个K＋，所以一个晶胞中K＋的个数为0.5，根据均摊法，该立方体中Fex＋的个数为8×＝1，CN－的个数为12×＝3，所以晶体化学式是KFe2(CN)6，化学式中铁元素的平均化合价为＋2.5，所以Fe3＋与Fe2＋的个数比为1∶1。 17．(1)Na2S的晶胞如图所示，设S2－的半径为r1 cm，Na＋的半径为r2 cm。试计算Na2S晶体的密度为____________(阿伏加德罗常数的值用NA表示，写表达式，不化简)。 (2)Na3OCl是一种良好的离子导体，其晶胞结构如图所示。已知：晶胞参数为a nm，密度为d g·cm－3。 ①Na3OCl晶胞中，Cl－位于各顶点位置，Na＋位于__________位置，两个Na＋之间的最短距离为________ nm。 ②用a、d表示阿伏加德罗常数NA＝__________mol－1(列计算式)。 答案　(1) g·cm－3 (2)①面心　a　② 解析　(1)在每个晶胞中含有Na＋数为8，S2－数为8×＋6×＝4，由题图可知，晶胞的体对角线长为4(r1＋r2) cm，晶胞的边长为(r1＋r2) cm，晶体的密度ρ＝＝ g·cm－3。(2)①Na3OCl晶胞中白球个数为6×＝3，灰球个数为8×＝1，黑球个数为1，根据Na3OCl的化学式，可判断Na＋应为白球，处在晶胞结构的面心，Na＋之间的最短距离为晶胞结构中两个面心的距离，即为一半边长的倍，即a nm。②已知：晶胞参数为a nm，密度为d g·cm－3，则d g·cm－3＝，解得NA＝ mol－1。 18．(1)钛酸锶(SrTiO3)可用作电子陶瓷材料和人造宝石。其一种晶胞结构如图所示，Ti处于体心位置，则Sr原子处于________位置，O原子处于_________位置。已知晶胞参数a＝0.390 5 nm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。 (2)Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 ①该晶体的化学式为________。 ②已知该合金的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是________cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。 (3)立方NiO(氧化镍)晶体的结构如图所示，其晶胞边长为a pm，列式表示NiO晶体的密度为______________g·cm－3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为NA)。 人工制备的NiO晶体中常存在缺陷(如图)。一个Ni2＋空缺，另有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。已知某氧化镍样品组成为Ni0.96O，该晶体中Ni3＋与Ni2＋的离子个数之比为________。 答案　(1)顶角　面心　 (2)①LaNi5　②　(3)　1∶11 解析　(1)已知钛酸锶的化学式为SrTiO3，Sr、Ti、O三种微粒的个数之比为1∶1∶3，既然Ti处于体心位置，根据均摊法，晶胞中Ti原子的数目为1，处于面心位置的属于一个晶胞的微粒数为3，所以处于面心位置的为O原子，那么，处于顶点位置的就是Sr原子。因为该晶胞是立方晶胞，且在一个晶胞中含有1个SrTiO3，则 ρ＝＝ g·cm－3。(2)①由晶胞结构图可知，1个晶胞中La原子的个数为8×＝1，Ni原子的个数为8×＋1＝5，则该晶体的化学式为LaNi5。②1个晶胞的质量m＝，由V＝可知，1个晶胞的体积V＝ cm3。(3)晶胞中Ni原子数目为1＋12×＝4，O原子数目为8×＋6×＝4，晶胞质量为 g，晶胞边长为a pm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3，NiO晶体的密度为＝ g·cm－3；设1 mol Ni0.96O中含Ni3＋的物质的量为x mol，Ni2＋的物质的量为(0.96－x)mol，根据晶体仍呈电中性可知，3x＋2×(0.96－x)＝2×1，x＝0.08，Ni2＋的物质的量为(0.96－x) mol＝0.88 mol，即离子数之比为N(Ni3＋)∶N(Ni2＋)＝0.08∶0.88＝1∶11。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $