3.3 金属晶体与离子晶体（培优竞赛训练）化学人教版选择性必修2

3.3 金属晶体与离子晶体 内容概览 01 竞赛技巧通关 核心策略精讲，高效解题通法提炼 技巧1 金属晶体 技巧2 离子晶体 02 综合培优精练 高阶思维拓展，综合问题融合演练 03 竞赛真题精练 实战命题解密，赛场节奏模拟特训 技巧1 金属晶体 1.金属晶体的原子堆积模型 （1）二维空间（平面）堆积方式： 非密置层：配位数（与一个原子紧密接触的原子数）为4； 密置层：配位数为6。 （2）三维空间堆积方式： Ⅰ. 简单立方堆积 形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％ ，金属钋（Po）采取这种堆积方式。 这是非密置层的另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积。这种堆积方式形成的每个晶胞含2个原子，配位数为8。 IA，VB，VIB，如钾、钠、铬、钼、钨等金属采用这种堆积方式，简称为钾型。这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了。立方体 8 个顶点上的球互不相切, 但均与体心位置上的球相切. 配位数 8, 空间利用率为 68.02%。 （3）金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的. 下面的刚性球模型来讨论堆积方式. 在一个层中，最紧密的堆积方式是，一个球与周围 6 个球相切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。 第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1, 3, 5 位 （若对准2, 4, 6 位，其情形是一样的）。 关键是第三层, 对第一、二层来说, 可以有两种最紧密的堆积方式：第一种是将球对准第一层的球，于是每两层形成一个周期，即 ABAB 堆积方式，形成六方紧密堆积，配位数 12 （同层 6，上下各 3）。此种六方紧密堆积的前视图。 另一种是将球对准第一层的 2, 4, 6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层. 第四层再排 A，于是形成 ABCABC 三层一个周期. 得到面心立方堆积，配位数 12。 这两种堆积都是最紧密堆积, 空间利用率为 74.05%。 2.四种堆积方式，最常见的堆积为三种。 金属晶体的常见的三种堆积方式： （1）简单立方堆积：如钋等。配位数为6，空间利用率为52.36%。 （2）体心立方堆积：如钠、钾、铬、钨。配位数为8，空间利用率为68.02%。 （3）六方堆积：如镁、锌、钛等。配位数为12，空间利用率为74.05%。 （4）面心立方堆积：如金、银、铜、铝等。配位数为12，空间利用率为74.05%。 3.晶胞中金属原子数目的计算（平均值） （1）立方体晶胞中原子的计算方法 ① 顶点占 1/8 ，棱边占 1/4 ，面上占 1/2 ，内部占 1 。 ② 晶胞内含的原子数 = a×1/8 + b×1/4 + c×1/2 + d a位于顶点的原子或离子数； b为位于棱边的原子或离子数； c为位于面上的原子或离子数； d为位于晶胞内的原子或离子数 （2）金属晶体三种晶胞的计算 ① 体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2 ② 面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4 ③ 六方：在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6 1．下列关于晶体的说法正确的组合是 ①分子晶体中都存在共价键 ②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ③晶格能由大到小顺序： ④晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑤分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 ⑥离子化合物在室温下可能是液体 A．①②③ B．①②④ C．③ D．③⑥ 2．下列说法正确的是 A．北京冬奥会采用石墨烯材料制造户外保暖穿戴设备，石墨烯属于共价化合物 B．晶体X射线衍射实验可以用于键长、键角和晶体结构的测定 C．金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关，金属光泽与金属键无关 D．玻尔原子结构模型成功的解释了多电子原子光谱的复杂现象 3．金属铁因生产工艺和温度不同，会有不同的晶体结构。α-Fe和γ-Fe的晶体结构如图所示，下列说法正确的是 A．金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性 B．1个γ-Fe晶胞的质量约为(4×56)g C．γ-Fe中铁原子的配位数为12 D．α-Fe与γ-Fe的性质相同 4．下列说法正确的是 A．钛和钾都采取图1的堆积方式 B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，按此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积 C．图3是干冰晶体的晶胞，在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个 D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果 5．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 技巧2 离子晶体 1.离子晶体的性质 （1）无单个分子存在；NaCl不表示分子式。 （2）熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩，水溶液或者熔融状态下均导电。 2.离子键的强度——晶格能 （1）晶格能（符号为U）：拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 例如：拆开 1mol NaCl 晶体使之形成气态钠离子和氯离子时，吸收的能量。用 U 表示。 NaCl(s) Na+(g) + Cl—(g) U = 786 KJ·mol—1 晶格能 U 越大，表明离子晶体中的离子键越牢固。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。通常晶格能比较常用。 （2） 晶格能越大，离子晶体中的离子键越牢固。一般而言，晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。 （3）影响晶格能大小（即离子键强弱）的因素是离子的电荷和离子半径。 规律：离子带电荷数越多，离子半径越小则晶格能越大，离子键越强，离子晶体熔点越高。 （4）离子电荷数越大，核间距越小，晶格能越大，离子键越牢，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 3.离子晶体的配位数以及与 r+/r- 的关系 离子晶体中离子的电荷分布是对称的。阴、阳离子之间的作用力的强弱取决于它们所带电荷的数目以及它们之间的距离。 在离子晶体中，阴、阳离子总是尽可能紧密地排列，带相反电荷的离子尽可能相互接触，带相同电荷的离子尽可能不接触，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所形成的离子晶体就越稳定。离子形成晶体时，所环绕的带离子晶体中一种离子周围所环绕的带相反电荷的离子的数目的多少，与阴、阳离子半径比r+/r — 有关。 从六配位的介稳状态出发，进行半径比与配位数之间关系的探讨： 此时，为介稳状态。如果r+ 再大些，则出现上述 b) 种情况，即阴离子同号相离，异号相切的稳定状态。亦即 当 r+ 继续增加，达到并超过：时，即阳离子离子周围可容纳更多阴离子，为8配位，CsCl型。 若r+ 变小，即:，则出现 a)种情况， 阴离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定状态。配位数减少， 4配位，ZnS型。 4.阴、阳离子半径比与配位数的关系 r+/r - 配位数 实例 0.225~0.414 4 ZnS、ZnO、BeO、BeS、CuCl、CuBr 0.414~0.732 6 NaCl、KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO 0.732~1.0 8 CsCl、CsBr、NH4Cl、TlCN ＞1.0 12 CsF 总之，配位数与 r+/r- 之比相关，且r+ 再增大，则达到12 配位；r- 再减小，则达到3配位。 注意：讨论中将离子视为刚性球体，这与实际情况有出入。但仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以用离子间的半径比值去判断配位数。 1．下列说法正确的是 A．冰晶体内水分子间以共价键结合 B．C60晶体中每个C60分子等距且最近的C60分子有6个 C．NaCl晶胞中，每个Na+周围最近且等距离的Cl-有6个 D．石墨晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1︰2 2．材料在新能源电池领域中具有重要的应用价值，其一种立方晶胞结构如图甲所示(其中○代表)。下列说法错误的是 A．Pb元素位于元素周期表的p区 B．图乙为图甲晶胞沿体对角线方向的投影图 C．图甲中位于由形成的正八面体空隙中 D．图甲中与等距离且最近的有12个 3．、、在光电领域有重要作用，三种晶体的立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 A．和结构不同的主要原因是离子半径比不同 B．的熔点主要取决于所含键的键能 C．和中均含有属于周期表s区的元素 D．和中阳离子配位数之比为1：2 4．下列哪种离子晶体的晶格能最大 A． B． C． D． 5．钛酸钴是一种重要的无机材料，在环境治理、能源转化等领域展现出广阔的应用潜力，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞的参数为a pm，为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 A．Co位于元素周期表第四周期第Ⅷ族 B．晶胞中与的最短距离为 C．晶胞中每个周围与它距离最近且相等的有8个 D．晶体密度为 1．已知如图甲为金属钠的晶胞，其晶胞截面如图乙所示，将原子位置的坐标表示为晶胞棱长的分数。图丙为晶胞的截面，已知属于立方晶体，晶胞参数为。设表示阿伏加德罗常数的值，下列关于晶胞的描述错误的是 A．该晶体中的配位数为8 B．该晶胞中正四面体空隙填充率为100% C．该晶胞中与紧邻的有12个 D．该晶体的密度为 2．铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，晶胞结构如图所示。储氢时，分子在晶胞的体心和棱的中心位置，且最近的两个氢气分子之间的距离为a nm，表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 A．镁原子位于铁原子构成的四面体空隙中 B．Mg与Fe之间的最近距离为 nm C．在铁镁合金晶胞中，与铁原子等距离且最近的铁原子数有12个 D．储氢后的晶体密度为 3．物质的结构决定其性质。下列结论、解释不正确的是 选项 结论 解释 A 金属不透明并具有金属光泽 固态金属中的“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放 B 第一电离能： 失去的电子是能级的，该电子的能量比失去的能级电子更高 C 沸点： 的极性大于 D 酸性：邻羟基苯甲酸>苯甲酸 邻位上的羟基与苯甲酸根生成带氢键的稳定的阴离子，增加了羧基中氢原子的电离度 A．A B．B C．C D．D 4．可组成一种拓扑绝缘体材料，其立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为，为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A．La原子位于Bi原子构成的正四面体空隙中 B．Bi原子和Pt原子之间的最短距离为 C．该晶体的密度为 D．若坐标取向不变，将a点Pt原子平移至晶胞面的面心，则b点Pt原子位于棱上 5．金晶体是铜型堆积，制作出不同形貌的纳米金具有不同的应用。纳米金的形貌有球形、棒状、片状、花状、笼状及多面体等。下列说法错误的是 A．金晶体的空间利用率约为74% B．纳米金的熔点比大块金晶体更低 C．观察纳米金的形貌可以使用电子显微镜 D．由于自范性的存在，各种形貌的纳米金颗粒中只有一种形貌能稳定存在 6．某晶体的晶胞示意图如下。每个Mg原子位于Si原子组成的四面体的中心。已知下列晶胞的晶胞边长为acm，阿伏加德罗常数的值为。下列说法错误的是 A．Si是p区元素 B．该晶体的化学式为 C．1个Si原子周围有4个紧邻的Mg原子 D．该晶体的密度为g·cm-3 7．铜与硫形成的化合物晶体的晶胞如图所示，晶胞参数为，下列说法错误的是 A．晶胞中两个间的最短距离为 B．晶胞中的配位数为2 C．设为阿伏加德罗常数的值，则晶体密度为 D．铜(Cu)位于第四周期第IB族，其基态原子价层电子排布式是 8．某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。下列说法正确的是 A．结构1钴硫化物的化学式为CoS B．晶胞2中距Li最近的S有5个 C．晶胞2中S与S的最短距离为 D．晶胞2和晶胞3表示的是不同的晶体 9．已知熔点最高的单一化合物——碳化铪()具有面心立方晶胞结构(如图所示)，该晶胞的参数为，设为阿伏加德罗常数的值，下列说法不正确的是 A．铪原子位于晶胞的顶点以及面心处 B．碳原子的配位数为6 C．晶体密度为 D．该晶胞中有6个正八面体空隙 10．一种立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示，晶胞边长为 nm。下列说法错误的是 A．该晶体的化学式为 B．每个周围与其最近且距离相等的有4个 C．该晶胞沿体对角线方向的投影为 D．若的半径为 nm，则在晶胞中的空间利用率为 1．（2023高三·贵州·竞赛）下列物质中熔点最高的是 A．Li B．Na C．K D．Rb 2．（2024高二下·河南洛阳·竞赛）设想从CsCl晶格中除去一半Cs+离子，使Cl-周围成为四面体配位，这样得到的MX2是结构。 A．NaCl B．CaF2 C．ZnS D．石墨 3．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）下列有关化学用语表示错误的是 A．中，238代表质量数 B．杂化轨道的空间构型为八面体 C．乙炔和苯的实验式都是CH D．与不同，是分子晶体 4．（2023高三·福建·竞赛）下列化合物在水中溶解性大小，错误的是 A． B． C．邻硝基苯酚>对硝基苯酚 D． 5．（2023高三·福建·竞赛）下列哪种离子晶体的晶格能最大 A． B． C． D． 6．（2023高二下·安徽·竞赛）科学家早就预言、(M代表碱金属)的存在，并通过计算确认可由和在大于20GPa的条件下合成，其中比、稳定。下列有关推测正确的是 A．热稳定性： B．中，C原子杂化方式为 C．中，C原子杂化方式为 D．合成的温度应该选择高温 7．能证明晶体类型为离子晶体的方法是 A．测定溶液能否导电 B．X射线衍射法 C．测定熔融能否导电 D．测定是否有确定的熔点 8．下列有关说法不正确的是 A．四水合铜离子的模型如图1所示，1个四水合铜离子中有4个配位键 B．晶体的晶胞如图2所示，设半径分别为和，晶胞边长为a，则有 C．H原子的电子云图如图3所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动 D．金属Cu中原子堆积模型如图4所示，为最密堆积，Cu原子的配位数为12 9．（2020高二上·陕西渭南·竞赛）卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示。下列判断不正确的是 A．TiCl4为共价化合物 B．NaX随 X-半径增大，离子键减弱 C．NaX均为离子化合物 D．TiF4的熔点反常升高是由于氢键的作用 10．萤石（CaF2）晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca2+被8个F-所包围，则每个F-周围最近距离的Ca2+数目为（　　） A．2 B．4 C．6 D．8 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.3 金属晶体与离子晶体 内容概览 01 竞赛技巧通关 核心策略精讲，高效解题通法提炼 技巧1 金属晶体 技巧2 离子晶体 02 综合培优精练 高阶思维拓展，综合问题融合演练 03 竞赛真题精练 实战命题解密，赛场节奏模拟特训 技巧1 金属晶体 1.金属晶体的原子堆积模型 （1）二维空间（平面）堆积方式： 非密置层：配位数（与一个原子紧密接触的原子数）为4； 密置层：配位数为6。 （2）三维空间堆积方式： Ⅰ. 简单立方堆积 形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％ ，金属钋（Po）采取这种堆积方式。 这是非密置层的另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积。这种堆积方式形成的每个晶胞含2个原子，配位数为8。 IA，VB，VIB，如钾、钠、铬、钼、钨等金属采用这种堆积方式，简称为钾型。这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了。立方体 8 个顶点上的球互不相切, 但均与体心位置上的球相切. 配位数 8, 空间利用率为 68.02%。 （3）金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的. 下面的刚性球模型来讨论堆积方式. 在一个层中，最紧密的堆积方式是，一个球与周围 6 个球相切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。 第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1, 3, 5 位 （若对准2, 4, 6 位，其情形是一样的）。 关键是第三层, 对第一、二层来说, 可以有两种最紧密的堆积方式：第一种是将球对准第一层的球，于是每两层形成一个周期，即 ABAB 堆积方式，形成六方紧密堆积，配位数 12 （同层 6，上下各 3）。此种六方紧密堆积的前视图。 另一种是将球对准第一层的 2, 4, 6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层. 第四层再排 A，于是形成 ABCABC 三层一个周期. 得到面心立方堆积，配位数 12。 这两种堆积都是最紧密堆积, 空间利用率为 74.05%。 2.四种堆积方式，最常见的堆积为三种。 金属晶体的常见的三种堆积方式： （1）简单立方堆积：如钋等。配位数为6，空间利用率为52.36%。 （2）体心立方堆积：如钠、钾、铬、钨。配位数为8，空间利用率为68.02%。 （3）六方堆积：如镁、锌、钛等。配位数为12，空间利用率为74.05%。 （4）面心立方堆积：如金、银、铜、铝等。配位数为12，空间利用率为74.05%。 3.晶胞中金属原子数目的计算（平均值） （1）立方体晶胞中原子的计算方法 ① 顶点占 1/8 ，棱边占 1/4 ，面上占 1/2 ，内部占 1 。 ② 晶胞内含的原子数 = a×1/8 + b×1/4 + c×1/2 + d a位于顶点的原子或离子数； b为位于棱边的原子或离子数； c为位于面上的原子或离子数； d为位于晶胞内的原子或离子数 （2）金属晶体三种晶胞的计算 ① 体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2 ② 面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4 ③ 六方：在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6 1．下列关于晶体的说法正确的组合是 ①分子晶体中都存在共价键 ②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ③晶格能由大到小顺序： ④晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑤分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 ⑥离子化合物在室温下可能是液体 A．①②③ B．①②④ C．③ D．③⑥ 【答案】D 【解析】①中分子晶体如稀有气体为单原子分子，不存在共价键，①错误； ②中金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，有阳离子但无阴离子，②错误； ③中NaF、NaCl、NaBr、NaI阳离子均为Na⁺，阴离子半径F⁻<Cl⁻<Br⁻<I⁻，离子半径越小晶格能越大，顺序正确，③正确； ④晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合，④错误； ⑤分子的稳定性与共价键有关，和分子间作用力无关，⑤错误； ⑥中离子化合物为离子液体（如题干所示结构）在室温下可呈液态，⑥正确； 故答案选D。 2．下列说法正确的是 A．北京冬奥会采用石墨烯材料制造户外保暖穿戴设备，石墨烯属于共价化合物 B．晶体X射线衍射实验可以用于键长、键角和晶体结构的测定 C．金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关，金属光泽与金属键无关 D．玻尔原子结构模型成功的解释了多电子原子光谱的复杂现象 【答案】B 【解析】A．石墨烯属于碳的单质，故A错误； B．判断晶体与非晶体最科学的方法是X−射线衍射实验，X−射线衍射实验可以用于键长、键角和晶体结构的测定，故B正确； C．金属的导电性、导热性、延展性与金属键有关，由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽，因此金属光泽都与金属键有关，故C错误； D．玻尔电子分层排布结构模型只引入了一个量子化，只能解释H原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，而量子力学模型能合理解释多电子原子光谱现象的复杂性及其在外磁场存在时的谱线分裂现象，故D错误； 故答案选B。 3．金属铁因生产工艺和温度不同，会有不同的晶体结构。α-Fe和γ-Fe的晶体结构如图所示，下列说法正确的是 A．金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性 B．1个γ-Fe晶胞的质量约为(4×56)g C．γ-Fe中铁原子的配位数为12 D．α-Fe与γ-Fe的性质相同 【答案】C 【解析】A．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A错误； B．1个γ-Fe晶胞中有个铁原子，故质量约为，故B错误； C．γ-Fe属于面心立方最密堆积，配位数为12，故C正确； D．α-Fe与γ-Fe晶体结构不同，故性质不相同，故D错误； 故答案选C。 4．下列说法正确的是 A．钛和钾都采取图1的堆积方式 B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，按此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积 C．图3是干冰晶体的晶胞，在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个 D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果 【答案】D 【解析】A．图1表示的堆积方式为A3型紧密堆积，K采用A2型密堆积，A项错误； B．图2在二维空间里的非密置层放置，在三维空间可以堆积形成A2型密堆积，得到体心立方堆积，B项错误； C．干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为12，即每个CO2周围距离相等的CO2分子有12个，C项错误； D．图4晶胞类型为面心立方，则为A1型密堆积，金属原子在三维空间里密置层采取ABCABC…堆积，D项正确； 故选D。 5．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 【解析】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。 技巧2 离子晶体 1.离子晶体的性质 （1）无单个分子存在；NaCl不表示分子式。 （2）熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩，水溶液或者熔融状态下均导电。 2.离子键的强度——晶格能 （1）晶格能（符号为U）：拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 例如：拆开 1mol NaCl 晶体使之形成气态钠离子和氯离子时，吸收的能量。用 U 表示。 NaCl(s) Na+(g) + Cl—(g) U = 786 KJ·mol—1 晶格能 U 越大，表明离子晶体中的离子键越牢固。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。通常晶格能比较常用。 （2） 晶格能越大，离子晶体中的离子键越牢固。一般而言，晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。 （3）影响晶格能大小（即离子键强弱）的因素是离子的电荷和离子半径。 规律：离子带电荷数越多，离子半径越小则晶格能越大，离子键越强，离子晶体熔点越高。 （4）离子电荷数越大，核间距越小，晶格能越大，离子键越牢，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 3.离子晶体的配位数以及与 r+/r- 的关系 离子晶体中离子的电荷分布是对称的。阴、阳离子之间的作用力的强弱取决于它们所带电荷的数目以及它们之间的距离。 在离子晶体中，阴、阳离子总是尽可能紧密地排列，带相反电荷的离子尽可能相互接触，带相同电荷的离子尽可能不接触，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所形成的离子晶体就越稳定。离子形成晶体时，所环绕的带离子晶体中一种离子周围所环绕的带相反电荷的离子的数目的多少，与阴、阳离子半径比r+/r — 有关。 从六配位的介稳状态出发，进行半径比与配位数之间关系的探讨： 此时，为介稳状态。如果r+ 再大些，则出现上述 b) 种情况，即阴离子同号相离，异号相切的稳定状态。亦即 当 r+ 继续增加，达到并超过：时，即阳离子离子周围可容纳更多阴离子，为8配位，CsCl型。 若r+ 变小，即:，则出现 a)种情况， 阴离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定状态。配位数减少， 4配位，ZnS型。 4.阴、阳离子半径比与配位数的关系 r+/r - 配位数 实例 0.225~0.414 4 ZnS、ZnO、BeO、BeS、CuCl、CuBr 0.414~0.732 6 NaCl、KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO 0.732~1.0 8 CsCl、CsBr、NH4Cl、TlCN ＞1.0 12 CsF 总之，配位数与 r+/r- 之比相关，且r+ 再增大，则达到12 配位；r- 再减小，则达到3配位。 注意：讨论中将离子视为刚性球体，这与实际情况有出入。但仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以用离子间的半径比值去判断配位数。 1．下列说法正确的是 A．冰晶体内水分子间以共价键结合 B．C60晶体中每个C60分子等距且最近的C60分子有6个 C．NaCl晶胞中，每个Na+周围最近且等距离的Cl-有6个 D．石墨晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1︰2 【答案】C 【解析】A．冰晶体内水分子间以弱作用力氢键结合，A错误； B．C60晶体是分子密堆积，配位数为12，即每个C60分子等距且最近的C60分子有12个，B错误； C．NaCl晶胞中，位于体心和棱上，位于顶角和面心，所以每个周围最近且等距离的有6个，所围成的空间构型为正八面体，C正确； D．石墨晶体中，每个碳原子周围连有3个碳原子，根据均摊法计算每个碳原子周围形成碳碳键个数为，故碳原子与碳碳键个数的比为1：1.5=2：3，D错误； 故选C。 2．材料在新能源电池领域中具有重要的应用价值，其一种立方晶胞结构如图甲所示(其中○代表)。下列说法错误的是 A．Pb元素位于元素周期表的p区 B．图乙为图甲晶胞沿体对角线方向的投影图 C．图甲中位于由形成的正八面体空隙中 D．图甲中与等距离且最近的有12个 【答案】B 【解析】A．Pb元素位于第六周期ⅣA族，价电子构型为6s26p2，属于p区元素，A正确； B．由图甲可知，中Pb2+与I-的个数比为1:3，Pb2+位于体心，有1个Pb2+，则I-位于面心，位于顶点，该晶胞沿体对角线方向的投影，体对角线方向的2个顶角和体心Pb2+原子投到1个点，另外6个顶角原子在平面上投出1个六边形，面心6个I-在投出六边形内部组成1个小六边形，如图所示：，B错误； C．晶胞中Pb2+位于体心，I-位于面心，甲中位于由形成的正八面体空隙中，C正确； D．由B可知，，位于顶点，I-位于面心，面心I-与顶点距离最近，每个顶点周围有12个面心I-（面心立方结构顶点配位数12），D正确； 故选B。 3．、、在光电领域有重要作用，三种晶体的立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 A．和结构不同的主要原因是离子半径比不同 B．的熔点主要取决于所含键的键能 C．和中均含有属于周期表s区的元素 D．和中阳离子配位数之比为1：2 【答案】B 【分析】根据均摊法可知，晶胞中，黑色小球有4个，白色小球有个，因此白色小球为O2-，黑色小球为Cu+；晶胞中，黑色小球有8个，白色小球有个，因此白色小球为O2-，黑色小球为Li+，据此作答。 【解析】A．和均为离子晶体，但是结构不同的主要原因为离子半径比不同，故A正确； B．为离子晶体，而离子晶体的熔点主要是取决于离子键的强弱，故B错误； C．Li和Ca均属于周期表s区，故C正确； D．根据晶胞的位置关系，晶胞中，Li+周围有4个O2-，Li+的配位数为4，晶胞中，Cu+周围有2个O2-，因此Cu+的配位数为2，可知和中阳离子配位数之比为1：2，故D正确； 故答案选B。 4．下列哪种离子晶体的晶格能最大 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】离子的半径越小，所带电荷数目越多，晶格能的大小越大。 分析选项可知，组成氧化镁的离子所带的电荷数比氯化钠的要多，其阳离子半径又比钙离子和锶离子小，氧离子又比硫离子的半径小，故氧化镁的晶格能最大，本题选B。 5．钛酸钴是一种重要的无机材料，在环境治理、能源转化等领域展现出广阔的应用潜力，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞的参数为a pm，为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 A．Co位于元素周期表第四周期第Ⅷ族 B．晶胞中与的最短距离为 C．晶胞中每个周围与它距离最近且相等的有8个 D．晶体密度为 【答案】C 【解析】A．Co位于元素周期表第四周期第VⅢ族，A正确； B．晶胞中O与O的最短距离为面对角线长的一半，即，B正确； C．由晶胞图可知，氧原子位于立方晶胞的面心，Co位于晶胞顶点，晶胞中每个周围与它距离最近且相等的O有12个，C错误； D．晶胞中原子数：1个Ti位于体心，数目为1，8个Co原子位于顶点，数目为=1，6个氧原子位于面心，数目为=3，晶胞化学式为TiCoO3，摩尔质量为（48+59+163）=155 g/mol，晶胞体积为（a10-10 cm）3= a310-30 cm3，密度为，D正确； 故选C。 1．已知如图甲为金属钠的晶胞，其晶胞截面如图乙所示，将原子位置的坐标表示为晶胞棱长的分数。图丙为晶胞的截面，已知属于立方晶体，晶胞参数为。设表示阿伏加德罗常数的值，下列关于晶胞的描述错误的是 A．该晶体中的配位数为8 B．该晶胞中正四面体空隙填充率为100% C．该晶胞中与紧邻的有12个 D．该晶体的密度为 【答案】A 【解析】A．Li2S为反萤石结构，S2-作面心立方堆积，Li+填充四面体空隙。四面体空隙中阳离子配位数为4（周围4个S2-），A错误； B．面心立方晶胞有8个四面体空隙，反萤石结构中Li+填充全部8个四面体空隙，填充率100%，B正确； C．S2-采用面心立方堆积，面心立方结构中每个原子紧邻的原子数为12，C正确； D．晶胞中S2-有4个（8×1/8+6×1/2=4），Li+有8个（填充8个四面体空隙），质量为(8×7+4×32)/NA=184/NA g，体积为(d×10-10cm)3=d3×10-30 cm3，密度=184/(d3NA)×1030g/cm3，D正确； 故选A。 2．铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，晶胞结构如图所示。储氢时，分子在晶胞的体心和棱的中心位置，且最近的两个氢气分子之间的距离为a nm，表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 A．镁原子位于铁原子构成的四面体空隙中 B．Mg与Fe之间的最近距离为 nm C．在铁镁合金晶胞中，与铁原子等距离且最近的铁原子数有12个 D．储氢后的晶体密度为 【答案】B 【解析】A．铁镁合金晶胞中Fe原子形成面心立方堆积，此结构有8个四面体空隙，Mg原子恰好位于这些四面体空隙中，A正确； B．储氢时H2分子在体心和棱心，最近H2距离为体心到棱心距离：（c为晶胞棱长），解得。Mg位于四面体空隙，与Fe最近距离为，而非，B错误； C．以顶点铁原子为中心，有三个互相垂直的面，每个面上有4个铁原子离该铁原子距离相等且最近，则与铁原子最近的铁原子数有12个，C正确； D．储氢后晶胞含Mg原子8个，Fe原子位于顶点和面心，共，H2位于棱心和体心，共，1个晶胞质量，体积，则密度为，D正确； 故答案选B。 3．物质的结构决定其性质。下列结论、解释不正确的是 选项 结论 解释 A 金属不透明并具有金属光泽 固态金属中的“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放 B 第一电离能： 失去的电子是能级的，该电子的能量比失去的能级电子更高 C 沸点： 的极性大于 D 酸性：邻羟基苯甲酸>苯甲酸 邻位上的羟基与苯甲酸根生成带氢键的稳定的阴离子，增加了羧基中氢原子的电离度 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】A．金属具有金属光泽是由于金属的“自由电子”能吸收所有频率光并迅速释放，A正确； B．B的第一电离能失去的电子是2p能级的，该能级电子的能量比Be失去的2s能级电子的高，并且Be原子的2s轨道为全充满稳定结构，较稳定，则Be的第一电离能大于B，B错误； C．CO和N2二者都是分子晶体，分子量相同，CO的沸点高于N2的原因是CO的极性大于N2，CO的分子间作用力更大，C正确； D．邻羟基苯甲酸邻位上的羟基与苯甲酸根生成带氢键的稳定的阴离子，相比苯甲酸氢离子更易电离，酸性更强，D正确； 故选B。 4．可组成一种拓扑绝缘体材料，其立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为，为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A．La原子位于Bi原子构成的正四面体空隙中 B．Bi原子和Pt原子之间的最短距离为 C．该晶体的密度为 D．若坐标取向不变，将a点Pt原子平移至晶胞面的面心，则b点Pt原子位于棱上 【答案】C 【解析】A．观察晶胞体心的La原子可知，La原子周围距离最近的Bi有6个，位于Bi原子构成的正八面体空隙中，A错误； B．Bi原子和Pt原子之间的最短距离为晶胞体对角线长的，为，B错误； C．1个晶胞中含有La原子的个数为，Pt原子的个数为4，Bi原子的个数为，则该晶体的化学式为LaPtBi，该晶体的密度为，C正确； D．若坐标取向不变，将a点Pt原子平移至晶胞xy面的面心，则b点Pt原子位于顶点，D错误； 故选C。 5．金晶体是铜型堆积，制作出不同形貌的纳米金具有不同的应用。纳米金的形貌有球形、棒状、片状、花状、笼状及多面体等。下列说法错误的是 A．金晶体的空间利用率约为74% B．纳米金的熔点比大块金晶体更低 C．观察纳米金的形貌可以使用电子显微镜 D．由于自范性的存在，各种形貌的纳米金颗粒中只有一种形貌能稳定存在 【答案】D 【解析】A．铜型堆积是面心立方，则空间利用率约为，A正确； B．这是由于纳米金微粒比表面积大,表面能及界面能高,熔化时所需内能较小,因而使纳米金熔点较低，B正确； C．纳米颗粒,尺寸只有头发的一百分之一，肉眼根本分辨不出，但可以通过透射电镜来观察，C正确； D．纳米金的形貌有球形、棒状、片状、花状、笼状及多面体，D错误； 故选D。 6．某晶体的晶胞示意图如下。每个Mg原子位于Si原子组成的四面体的中心。已知下列晶胞的晶胞边长为acm，阿伏加德罗常数的值为。下列说法错误的是 A．Si是p区元素 B．该晶体的化学式为 C．1个Si原子周围有4个紧邻的Mg原子 D．该晶体的密度为g·cm-3 【答案】C 【解析】A．硅元素位于第三周期第IVA族，属于p区元素，A正确； B．根据晶胞示意图，利用均摊法可计算一个晶胞中含有Si的个数，Mg的个数=8，化学式为，B正确； C．根据晶胞中面心处Si原子可看出连有8个Mg，故1个Si原子周围有8个紧邻的Mg原子，C错误； D．晶胞密度，D正确； 故选C。 7．铜与硫形成的化合物晶体的晶胞如图所示，晶胞参数为，下列说法错误的是 A．晶胞中两个间的最短距离为 B．晶胞中的配位数为2 C．设为阿伏加德罗常数的值，则晶体密度为 D．铜(Cu)位于第四周期第IB族，其基态原子价层电子排布式是 【答案】B 【解析】A．由晶胞图可知，晶胞中两个间的最短距离为顶点到面心的距离，为，A正确； B．由晶胞示意图可知，每个周围相邻且最近的有4个，晶体的化学式为，故每个周围相邻且最近的有4个，的配位数为4，B错误； C．由均摊法计算出一个晶胞有4个，根据晶体密度的计算公式计算得其密度为，C正确； D．根据铜是29号元素，根据其在周期表中的位置和电子排布式规则得的价层电子排布式为，D正确； 故选B。 8．某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。下列说法正确的是 A．结构1钴硫化物的化学式为CoS B．晶胞2中距Li最近的S有5个 C．晶胞2中S与S的最短距离为 D．晶胞2和晶胞3表示的是不同的晶体 【答案】C 【解析】A．由均摊法得，结构1中含有的数目为，含有的数目为，与的原子个数比为，因此结构1的化学式为，A错误； B．如图：，以图中的为例，与其最近的共4个，B错误。 C．由图可知，晶胞2中与的最短距离为面对角线的一半，晶胞边长为，即与的最短距离为，C正确； D．如图，当2个晶胞2放在一起时，图中框截取的部分就是晶胞3，晶胞2和晶胞3表示同一晶体，D错误； 故选C。 9．已知熔点最高的单一化合物——碳化铪()具有面心立方晶胞结构(如图所示)，该晶胞的参数为，设为阿伏加德罗常数的值，下列说法不正确的是 A．铪原子位于晶胞的顶点以及面心处 B．碳原子的配位数为6 C．晶体密度为 D．该晶胞中有6个正八面体空隙 【答案】D 【分析】结合面心立方晶胞结构图可知，图中有灰球较大，黑球较小，结合碳化铪原子半径可知，灰球为铪，黑球为碳，铪位于晶胞顶点和面心，碳位于晶胞的棱心和体心； 【解析】A．结合以上分析，灰球为铪，铪位于晶胞顶点和面心，故A正确； B．以体心的碳原子为例，其与6个面心的铪原子距离最近且相等，均为，因此碳原子的配位数为6，故B正确； C．由分析可知，一个晶胞中含有4个HfC单元，晶胞体积。若取Hf的摩尔质量为，则晶胞质量，晶体密度，故C正确； D．面心立方晶胞正八面体空隙位于晶胞的体心和棱心的位置，数量为个，故D错误； 故答案选D。 10．一种立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示，晶胞边长为 nm。下列说法错误的是 A．该晶体的化学式为 B．每个周围与其最近且距离相等的有4个 C．该晶胞沿体对角线方向的投影为 D．若的半径为 nm，则在晶胞中的空间利用率为 【答案】B 【解析】A．晶胞中各离子个数，K+位于顶点：8×=1；Ca2+位于体心：1×1=1；F-位于面心：6×=3；化学式为KCaF3，A正确； B．F-位于面心，每个F-被2个晶胞共用，F-周围最近且等距的Ca2+（体心）有2个，B错误； C．沿体对角线投影时，顶点K+投影为正六边形顶点，体心Ca2+投影为中心，面心F-投影为中心周围6个等距点，晶胞沿体对角线方向的投影为，C正确； D．F⁻总体积=3×πr3nm3=4πr3nm3，晶胞体积a3nm3，F-在晶胞中的空间利用率=，D正确； 故选B。 1．（2023高三·贵州·竞赛）下列物质中熔点最高的是 A．Li B．Na C．K D．Rb 【答案】A 【解析】同周期元素价电子数相同，从上到下电子层数依次增多，半径依次增大，金属键减弱，所以熔点依次降低，熔点Li>Na>K>Rb，熔点最高的是Li，选A。 2．（2024高二下·河南洛阳·竞赛）设想从CsCl晶格中除去一半Cs+离子，使Cl-周围成为四面体配位，这样得到的MX2是结构。 A．NaCl B．CaF2 C．ZnS D．石墨 【答案】B 【解析】如果从CsCl晶格中除去一半Cs+离子，则阳离子与阴离子的数目之比为1∶2； A．NaCl中阳离子与阴离子数目之比为1∶1，故A不符合题意； B．CaF2阳离子与阴离子数目之比为1∶2，故B符合题意； C．ZnS中阳离子与阴离子数目之比为1∶1，故C不符合题意； D．石墨是单质，是层状结构，故D不符合题意； 答案选B。 3．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）下列有关化学用语表示错误的是 A．中，238代表质量数 B．杂化轨道的空间构型为八面体 C．乙炔和苯的实验式都是CH D．与不同，是分子晶体 【答案】D 【解析】A．左上角数值表示的是原子的质量数，则质量数为238，A正确； B．中心原子采取sp3d2杂化的，有6个sp3d2杂化轨道，空间构型为八面体，B正确； C．乙炔C2H2和苯C6H6的实验式都是CH，C正确； D．Na2O2与 Na2O均是由离子组成，属于离子晶体，D错误； 故选D。 4．（2023高三·福建·竞赛）下列化合物在水中溶解性大小，错误的是 A． B． C．邻硝基苯酚>对硝基苯酚 D． 【答案】A 【解析】A．根据对角线规则，氟化锂的溶解性与氟化镁一致，均不易溶于水，而氟化钠易溶于水，A正确； B．离子电荷越高，半径越小，越有利于盐的溶解，钠离子和钾离子电荷数一致，但钠离子的半径较小，故六氯合铂酸钠的溶解性大于六氯合铂酸钾，B正确； C．邻硝基苯酚形成分子内氢键削弱溶解性，而对硝基苯酚形成分子间氢键增强溶解性，因此邻硝基苯酚的溶解性小于对硝基苯酚，C错误； D．碳酸氢根之间由于氢键缔合，降低了碳酸氢钠的溶解度，故碳酸氢钠的溶解性小于碳酸钠，D正确； 故选C。 5．（2023高三·福建·竞赛）下列哪种离子晶体的晶格能最大 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】离子的半径越小，所带电荷数目越多，晶格能的大小越大。 分析选项可知，组成氧化镁的离子所带的电荷数比氯化钠的要多，其阳离子半径又比钙离子和锶离子小，氧离子又比硫离子的半径小，故氧化镁的晶格能最大，本题选B。 6．（2023高二下·安徽·竞赛）科学家早就预言、(M代表碱金属)的存在，并通过计算确认可由和在大于20GPa的条件下合成，其中比、稳定。下列有关推测正确的是 A．热稳定性： B．中，C原子杂化方式为 C．中，C原子杂化方式为 D．合成的温度应该选择高温 【答案】C 【解析】A．类比其他酸和对应的盐的热稳定性，可以得出结论：，A错误； B．碳酸根中C原子采取杂化，B错误； C．中C原子采取杂化，C正确； D．高温时会分解生成和，D错误； 故选C。 7．能证明晶体类型为离子晶体的方法是 A．测定溶液能否导电 B．X射线衍射法 C．测定熔融能否导电 D．测定是否有确定的熔点 【答案】C 【分析】鉴定化合物属于离子晶体的方法是熔融状态是否导电，据此分析； 【解析】A．有些分子晶体的水溶液也能导电，如HCl、H2SO4等，故A错误； B．X射线衍射法用于判断晶体与非晶体，不能判断晶体类型，故B错误； C．离子晶体是由阴阳离子组成，熔融状态破坏离子键，产生自由移动的阴阳离子，能导电，故C正确； D．有无确定的熔点适用于判断物质是晶体还是非晶体，故D错误； 答案为C。 8．下列有关说法不正确的是 A．四水合铜离子的模型如图1所示，1个四水合铜离子中有4个配位键 B．晶体的晶胞如图2所示，设半径分别为和，晶胞边长为a，则有 C．H原子的电子云图如图3所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动 D．金属Cu中原子堆积模型如图4所示，为最密堆积，Cu原子的配位数为12 【答案】C 【解析】A．由图可以看出，1个铜离子与4个水分子结合成[Cu(H2O)4]2+，Cu2+与H2O分子之间通过配位键相结合，则1个水合铜离子中有4个配位键，A正确； B．CaF2晶体为六方最密堆积，设半径分别为和，晶胞边长为a，晶胞体对角线上有2个和3个，其中2个在顶点有一部分属于另一个晶胞，那么属于体对角线的就有4个半径和4个半径，则有，B正确； C．H原子核外只有1个电子，所以电子云图中，黑点不表示电子，只表示电子出现的机会多少，H原子核外电子大多在原子核附近运动，C不正确； D．金属Cu原子形成的金属晶体为最密堆积，每个Cu原子周围同一层有6个Cu原子，上、下层各有3个Cu原子，所以其配位数均为12，D正确； 故选C。 9．（2020高二上·陕西渭南·竞赛）卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示。下列判断不正确的是 A．TiCl4为共价化合物 B．NaX随 X-半径增大，离子键减弱 C．NaX均为离子化合物 D．TiF4的熔点反常升高是由于氢键的作用 【答案】D 【解析】A．由四卤化钛(TiX4)的熔点图可知，TiCl4的熔点很低，属于分子晶体，只含有共价键，是共价化合物，A选项正确； B．NaX属于离子晶体，X-的半径越大，晶格能越小，离子键越弱，故NaX随 X-半径增大，离子键减弱，B选项正确； C．NaX属于离子晶体，存在离子键，均为离子化合物，C选项正确； D．TiF4的熔点反常升高是因为F的电负性很强，F-和Ti4+形成离子键，是离子晶体，熔沸点较高，与氢键没有关系，D选项错误； 答案选D。 10．萤石（CaF2）晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca2+被8个F-所包围，则每个F-周围最近距离的Ca2+数目为（　　） A．2 B．4 C．6 D．8 【答案】B 【解析】设每个F-周围最近距离的Ca2+数目为x，CaF2中，解得x=4，答案选B。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $