第02讲 几种简单的晶体结构模型（寒假预习讲义）高二化学鲁科版

第02讲 几种简单的晶体结构模型 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点一 金属晶体 1.概念 金属原子通过 形成的晶体。 2.结构 3.常见金属晶体的结构 常见金属 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Li、Na、K、Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 结构示意图 晶胞中的微粒数 4.金属晶体的结构与物理性质 （1）金属晶体具有良好的延展性、导电性、导热性。这些性质均与 有关。 （2）金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比具有其他结构的金属的延展性 。 （3）金属晶体熔、沸点变化规律 ①同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点： 。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 ③合金的熔点一般 其成分金属的熔点。 【特别提醒】金属晶体的堆积模型： 1.由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球在平面上的堆积方式很多，如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，如图2所示。 2.配位数 晶体学中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目，叫配位数。体心立方晶系中原子配位数为8，在面心立方最密堆积和六方紧密堆积结构中，配位数均为12。 离子晶体中，配位数指一个离子周围距离相等且最近的异电性离子的数目。 知识点二 离子晶体 1.离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl ①每个晶胞中有 个Na+和 个Cl- ②在NaCl晶体中，Na+的配位数为 ，Cl-的配位数为 ③与Na+（Cl-）等距离且最近的Na+（Cl-）有 个 ④每个Cl-（Na+）周围的Na+（Cl-）构成 CsCl ①每个晶胞中有 个Cs+和 个Cl- ②在CsCl晶体中，Cs+的配位数为 ，Cl-的配位数为 ③每个Cs+（Cl-）与 个Cs+（Cl-）等距离相邻 ④每个Cl-（Cs+）周围的Cs+（Cl-）构成 CaF2 ①每个晶胞中有 个Ca2+、 个F- ②Ca2+的配位数为 ，F-的配位数为 ，二者的配位数之比等于二者电荷数（绝对值）之比 ③每个F-周围紧邻的 个Ca2+构成正四面体，每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成 ④Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 3.晶格能 （1）定义：将1 mol 离子晶体完全 为气态阴、阳离子所吸收的能量。 （2）意义：晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越 。 （3）下表中是几种离子晶体的晶格能和熔点： 晶体 离子间距 /pm 晶格能/ （kJ·mol-1） 熔点/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3 890 2 800 4.离子晶体的一般性质 性质 规律 硬度、熔点 硬而脆，熔点较高，且 越大，熔点越高 溶解性 一般易溶于水，难溶于非极性溶剂 导电性 固态时 ，熔融状态或在水溶液中 5.离子晶体的复杂性 构成离子晶体的离子可能不是单原子离子，如N、吡啶阳离子（）等阳离子，以及S、CH3COO-、苯甲酸根离子（）等阴离子。由这些离子构成的离子晶体中，随着离子体积的增大，阴、阳离子间的距离增大，离子间的作用力 ，晶体的熔点也随之 。在许多离子晶体中，微粒间的相互作用不再是典型的离子键，而存在 、 等作用力。 知识点三 共价晶体 1.概念 相邻原子间以 结合而形成的具有 结构的晶体。 2.构成微粒及微粒间作用 3.常见共价晶体及物质类别 物质类别 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金 属化合物 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物 二氧化硅（SiO2）等 4.常见共价晶体的结构 （1）金刚石晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①碳原子采取 杂化，键角为 ； ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成 结构，向空间伸展形成空间立体网状结构； ③最小碳环由 个碳原子组成，每个碳原子被 个六元环共用 晶胞的每个 和 均有1个C原子，晶胞内部有 个C原子，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有 个C原子 （2）二氧化硅晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①Si原子采取 3杂化，正四面体内O—Si—O键角为 ； ②每个Si原子与 个O原子形成 个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被 个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为 ； ③最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为 SiO2晶胞中有 个Si原子位于立方晶胞的顶点，有 个Si原子位于立方晶胞的面心，还有 个Si原子与 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 个Si原子和 个O原子 5.共价晶体的物理性质 下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度： 晶体 键能/（kJ·mol-1） 熔点/℃ 硬度 金刚石 （C—C）347 大于3 500 10 碳化硅 （C—Si）301 2 830 9 晶体硅 （Si—Si）226 1 412 7 【特别提醒】共价晶体的结构、性质与判断： 1.共价晶体的结构特征 （1）在共价晶体中，各原子间均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。 （2）空间网状结构 共价晶体的构成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。 2.共价晶体熔点和硬度的决定影响因素 对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越强，熔点越高，硬度越大。 3.共价晶体的判断依据 （1）根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。 （2）根据共价晶体的物理性质判断。 由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体： ①熔点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。 知识点四 分子晶体 1.概念 之间通过 结合形成的晶体。 2.结构 3.常见物质类型 类型 实例 大部分 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体等 大部分 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 H2O、NH3、CH4等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 多数 物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4.典型的分子晶体 单质碘 干冰 冰 晶胞或结构模型 微粒间作用力 晶胞中微粒数 — 配位数 — 5.分子晶体的物理性质 （1）分子晶体由于以比较弱的 相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。 （2）对组成和结构 ，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力 ，熔点 。 （3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”原理，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 （4）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 知识点五 晶体结构的复杂性 1.混合型晶体——石墨晶体的结构与性质 （1）结构模型 （2）结构特点 ①石墨晶体具有 结构，同一层中的每个碳原子以 杂化轨道与邻近的三个碳原子以 相结合，形成无限的 平面网状结构，键角为120°。 ②每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能形成遍及整个平面的 键，具有 的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。 ③层与层之间以 相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。 ④石墨晶体中存在的作用力有 、 、类似 的作用力，我们将这类晶体称为 晶体。 （3）物理性质 熔点高、质软、导电。 （4）主要用途 制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。 2.晶体结构复杂性的原因 （1）物质 的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间 。例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，Ca5（PO4）3OH含有一种阳离子和多种阴离子。 （2）金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于 的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 （3）金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。 【例1】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为 A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 【例2】下列性质中适合离子晶体的是 ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为-7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm-3 ⑤熔点为-218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤ 【例3】（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<”）。 ①CO2　　　　SO2；②NH3　　　　PH3；  ③O3　　　　O2；④Ne　　　　Ar；  ⑤CH3CH2OH　　　　CH3OH。  （2）已知AlCl3的熔点为190 ℃（2.202×105 Pa），但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是　　　　晶体。  ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是　　　 　。  【例4】碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图： 回答下列问题： （1）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化方式分别为　　　　、　　　　。  （2）C60属于　　　　晶体，石墨属于　　　　晶体。  （3）在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为　　　　　　　；在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为　　　　，该晶体中碳原子数与共价键数之比为　　　　。  （4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。推测金刚石的熔点　　　　（填“>”“<”或“=”）石墨的熔点。  考点一 金属晶体的结构和性质 1．下列有关金属的说法正确的是 A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 D.金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 2．下列四种性质的叙述，可能属于金属晶体的是 A.由分子间作用力结合而成，熔点低 B.固态或熔融态易导电，熔点在1 000 ℃左右 C.以共价键结合成空间网状结构，熔点高 D.固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电 3．金属晶体熔、沸点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是 A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属锂的硬度小于金属钠 考点二 离子晶体的结构和性质　 1．下列关于金属晶体和离子晶体的说法错误的是 A.都可采取“紧密堆积”结构 B.晶体中都含有阳离子 C.离子晶体的熔点不一定比金属晶体高 D.离子晶体都能导电 2．离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl 3．已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F-；用“”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是 考点三 晶格能及其应用 1．下列有关晶格能的叙述正确的是 A.晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体吸收的能量 B.晶格能通常取正值，但是有时也取负值 C.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定 D.晶格能越大，物质的硬度反而越小 2．下列关于晶格能的说法中正确的是 A.晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量 B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量 C.晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量 D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关 3．Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图中Born⁃Haber循环计算得到。下列说法错误的是 A.Li原子的第一电离能为520 kJ·mol-1 B.OO键的键能为249 kJ·mol-1 C.Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol-1 D.1 mol Li（s）转变成Li（g）需要吸收的能量为159 kJ 考点四 共价晶体及其性质 1．下列说法错误的是 A.凡是共价晶体都含有共价键 B.凡是共价晶体都有正四面体结构 C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构 D.凡是共价晶体都具有很高的熔点 2．下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是 ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 3．据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是 A.该晶体不可用作制冷剂 B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料 C.该晶体具有很高的熔点 D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键 考点五 共价晶体的结构 1．二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是 A.n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4 B.CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同 C.晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp D.晶体中最小环上的原子数为6 2．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是 A.磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体 B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键 D.磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力 3．最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T⁃碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代（如图所示，所有小球代表碳原子）。下列说法不正确的是 A.T⁃碳与金刚石互为同位素 B.T⁃碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同 C.T⁃碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同 D.T⁃碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键 考点六 分子晶体及结构 1．下列说法正确的是 A.范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B.H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D.氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 2．北京2022年冬奥会采用CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是 A.冰、干冰晶体类型不同 B.“水立方”变为“冰立方”，密度减小 C.用干冰制冷比用氟利昂制冷环保 D.1个干冰晶胞的质量约为 g 3．碘的晶胞结构如图，下列说法正确的是 A.碘晶体熔化时需克服共价键 B.1个碘晶胞中含有4个碘分子 C.碘晶体为共价晶体 D.氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构类似，晶胞大小也相同 考点七 分子晶体的性质 1．分子晶体具有某些特征的本质原因是 A.组成晶体的基本微粒是分子 B.熔融时不导电 C.晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D.熔点一般比较低 2．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是 ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③②① 3．医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述正确的是 A.HgCl2晶体属于分子晶体 B.HgCl2属于离子化合物 C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质 D.HgCl2属于非电解质 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。 2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其性质的关系。 3.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。 4.了解分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体，能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。 5.会比较判断晶体类型。 6.能根据晶胞中微粒的位置计算晶胞的化学式，掌握晶体密度与晶胞参数计算的一般步骤。 【学习重难点】 1.金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 2.比较判断晶体类型与性质，晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 3.晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是 (　　) A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 2.金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是 (　　) A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐升高 C.金属镁的熔点高于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 3.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用，在一定外力的作用下，不因形变而消失 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好 4.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C.Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D.金属晶体一定是无色透明的固体 5．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示（黑球代表Fe，白球代表Mg）。则下列说法错误的是 （　　） A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.晶胞中铁的配位数为8 6.离子晶体一般不具有的特征是 (　　) A.熔点较高，硬度较大 B.易溶于水而难溶于有机溶剂 C.固体时不能导电 D.离子间距离较大，其密度较大 7.KO2的晶体结构和NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，NaCl晶体的结构如图所示。下列对于KO2晶体结构的描述，正确的是 (　　) A.和K＋距离相同且最近的O共有8个 B.和K＋距离相同且最近的K＋有8个 C.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正八面体 D.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正六面体 8.下列叙述中错误的是 (　　) A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定 B.由于金属晶体中“自由电子”的运动，使金属易导电、导热 C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 D.金属晶体都有银白色的金属光泽 9.石墨晶体是层状结构（如图），下列有关石墨晶体的说法正确的一组是 （　　） ①石墨层与层间靠范德华力维系　②石墨中的C为sp2杂化　③石墨的熔、沸点都比金刚石低　④石墨和金刚石的硬度相同　⑤石墨层内导电性和层间导电性不同 A.全对 B.①②③ C.①②⑤ D.②③④ 1.自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的是 （　　） A.CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱 B.CaF2的熔、沸点较高，硬度较大 C.CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电 D.CaF2在有机溶剂（如苯）中的溶解度极小 11.有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：NaCl<CsCl B.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成的正八面体空隙中 C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键 D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50% 12.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断错误的是 (　　) A.该晶体属于离子晶体 B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等 C.阳离子的配位数为4 D.氧化锌的熔点高于硫化锌 13.已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示，Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。 已知图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），则晶胞中与A距离最近的Cu+的原子分数坐标为　　　　　　。  14.金属铜的晶胞结构如图所示。晶胞中A、B两铜原子的核间距为d pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  15.某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，则该物质的化学式为　　　　； 晶体中Pb2+与Cs+最短距离为　　　　pm；晶体的密度ρ=　　　　　g·cm-3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、NA的代数式表示）。  16.某些共价晶体的熔点如下表所示： 共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗 熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211 根据上表中的数据回答下列问题： （1）从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是　　　 　　　　。  （2）ⅣA族与ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　　　　　　　　（用化学式表示）。  17.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示，请回答： （1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。 （2）该晶体中Xn＋中n＝_______。 （3）X元素的原子序数是________。 （4）晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。 （5）该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是____________g·pm－3。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第02讲 几种简单的晶体结构模型 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点一 金属晶体 1.概念 金属原子通过金属键形成的晶体。 2.结构 3.常见金属晶体的结构 常见金属 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Li、Na、K、Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 结构示意图 晶胞中的微粒数 4 2 2 4.金属晶体的结构与物理性质 （1）金属晶体具有良好的延展性、导电性、导热性。这些性质均与金属键有关。 （2）金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比具有其他结构的金属的延展性好。 （3）金属晶体熔、沸点变化规律 ①同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 ③合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。 ( 【 特别提醒 】 金属晶体的堆积模型 ： 1 .由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球在平面上的堆积方式很多，如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，如图2所示。 2.配位数 晶体学中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目，叫配位数。体心立方晶系 中原子配位数为8，在面心立方最密堆积 和六方紧密堆积 结构中，配位数均为12。 离子晶体中，配位数指一个离子周围距离相等且最近的异电性离子的数目。 ) 知识点二 离子晶体 1.离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl ①每个晶胞中有4个Na+和4个Cl- ②在NaCl晶体中，Na+的配位数为6，Cl-的配位数为6 ③与Na+（Cl-）等距离且最近的Na+（Cl-）有12个 ④每个Cl-（Na+）周围的Na+（Cl-）构成正八面体 CsCl ①每个晶胞中有1个Cs+和1个Cl- ②在CsCl晶体中，Cs+的配位数为8，Cl-的配位数为8 ③每个Cs+（Cl-）与6个Cs+（Cl-）等距离相邻 ④每个Cl-（Cs+）周围的Cs+（Cl-）构成立方体 CaF2 ①每个晶胞中有4个Ca2+、8个F- ②Ca2+的配位数为8，F-的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷数（绝对值）之比 ③每个F-周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体，每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成立方体 ④Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 3.晶格能 （1）定义：将1 mol 离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。 （2）意义：晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。 （3）下表中是几种离子晶体的晶格能和熔点： 晶体 离子间距 /pm 晶格能/ （kJ·mol-1） 熔点/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3 890 2 800 4.离子晶体的一般性质 性质 规律 硬度、熔点 硬而脆，熔点较高，且晶格能越大，熔点越高 溶解性 一般易溶于水，难溶于非极性溶剂 导电性 固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电 5.离子晶体的复杂性 构成离子晶体的离子可能不是单原子离子，如N、吡啶阳离子（）等阳离子，以及S、CH3COO-、苯甲酸根离子（）等阴离子。由这些离子构成的离子晶体中，随着离子体积的增大，阴、阳离子间的距离增大，离子间的作用力减弱，晶体的熔点也随之降低。在许多离子晶体中，微粒间的相互作用不再是典型的离子键，而存在氢键、范德华力等作用力。 知识点三 共价晶体 1.概念 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。 2.构成微粒及微粒间作用 3.常见共价晶体及物质类别 物质类别 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金 属化合物 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物 二氧化硅（SiO2）等 4.常见共价晶体的结构 （1）金刚石晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①碳原子采取sp3杂化，键角为109°28'； ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间立体网状结构； ③最小碳环由6个碳原子组成，每个碳原子被12个六元环共用 晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有8个C原子 （2）二氧化硅晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28'； ②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2； ③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子 5.共价晶体的物理性质 下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度： 晶体 键能/（kJ·mol-1） 熔点/℃ 硬度 金刚石 （C—C）347 大于3 500 10 碳化硅 （C—Si）301 2 830 9 晶体硅 （Si—Si）226 1 412 7 ( 【 特别提醒 】 共价晶体的结构、性质与判断 ： 1.共价晶体的结构特征 （1） 在共价晶体中，各原子间均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。 （2） 空间网状结构 共价晶体的构成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。 2.共价晶体熔点和硬度的决定影响因素 对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越强，熔点越高，硬度越大。 3.共价晶体的判断依据 （1） 根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。 （2） 根据共价晶体的物理性质判断。 由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体： ①熔点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。 ) 知识点四 分子晶体 1.概念 分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。 2.结构 3.常见物质类型 类型 实例 大部分非金属单质 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体等 大部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 多数有机化合物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4.典型的分子晶体 单质碘 干冰 冰 晶胞或结构模型 微粒间作用力 范德华力 范德华力 范德华力和氢键 晶胞中微粒数 4 4 — 配位数 — 12 4 5.分子晶体的物理性质 （1）分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。 （2）对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。 （3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”原理，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 （4）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 知识点五 晶体结构的复杂性 1.混合型晶体——石墨晶体的结构与性质 （1）结构模型 （2）结构特点 ①石墨晶体具有层状结构，同一层中的每个碳原子以sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，键角为120°。 ②每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能形成遍及整个平面的大π键，具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。 ③层与层之间以范德华力相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。 ④石墨晶体中存在的作用力有共价键、范德华力、类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体。 （3）物理性质 熔点高、质软、导电。 （4）主要用途 制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。 2.晶体结构复杂性的原因 （1）物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，Ca5（PO4）3OH含有一种阳离子和多种阴离子。 （2）金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 （3）金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。 【例1】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为 A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 【答案】A 【解析】根据“切割法”可推知，第一个为六方最密堆积的晶胞，此晶胞中有两个金属原子；第二个为面心立方最密堆积的晶胞，此晶胞中有4个金属原子；第三个为体心立方堆积的晶胞，此晶胞中有2个金属原子；所以原子个数比为2∶4∶2=1∶2∶1。 【例2】下列性质中适合离子晶体的是 ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为-7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm-3 ⑤熔点为-218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤ 【答案】A 【解析】离子晶体固体时不导电，熔融态时能导电，易溶于水的离子晶体的水溶液能导电，一般难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥所表示的物质熔点达3 900 ℃，硬度很大，不导电，应是共价晶体，故只有①⑧符合题意。 【例3】（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<”）。 ①CO2　　　　SO2；②NH3　　　　PH3；  ③O3　　　　O2；④Ne　　　　Ar；  ⑤CH3CH2OH　　　　CH3OH。  （2）已知AlCl3的熔点为190 ℃（2.202×105 Pa），但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是　　　　晶体。  ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是　　　 　。  【答案】（1）①<　②>　③>　④<　⑤> （2）①分子　②在熔融状态下，检测AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物 【解析】（1）①CO2和SO2相对分子质量后者大，且CO2为非极性分子，SO2为极性分子，以范德华力而论，CO2小于SO2，所以熔、沸点：CO2<SO2；②尽管NH3的相对分子质量小于PH3，但NH3分子间存在氢键，所以熔、沸点：NH3>PH3；③O3为极性分子，O2为非极性分子，且相对分子质量O3大于O2，所以范德华力：O3>O2，因此熔、沸点：O3>O2；④Ne、Ar均为稀有气体，范德华力随相对分子质量的增大而递增，所以Ar的熔、沸点高于Ne；⑤组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，分子晶体的熔、沸点越高，故熔、沸点：CH3CH2OH>CH3OH。 （2）①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。②若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。 【例4】碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图： 回答下列问题： （1）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化方式分别为　　　　、　　　　。  （2）C60属于　　　　晶体，石墨属于　　　　晶体。  （3）在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为　　　　　　　；在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为　　　　，该晶体中碳原子数与共价键数之比为　　　　。  （4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。推测金刚石的熔点　　　　（填“>”“<”或“=”）石墨的熔点。  【答案】（1）sp3杂化　sp2杂化　（2）分子　混合型 （3）1∶2　3　2∶3　（4）< 【解析】（1）金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂化方式），构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化方式，形成平面六元环结构。（2）C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨晶体有共价键、范德华力和类似金属键的作用力，所以石墨属于混合型晶体。（3）金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为4×=2，则碳原子数与化学键数之比为1∶2。石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分别为6×=2和6×=3，每个碳原子平均拥有的共价键数为3×=，则碳原子数与共价键数之比值为2∶3。（4）石墨中的C—C键比金刚石中的C—C键键长短，键能大，故石墨的熔点高于金刚石的熔点。 考点一 金属晶体的结构和性质 1．下列有关金属的说法正确的是 A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 D.金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 【答案】D 【解析】因金属的价电子受原子核的吸引力小，则金属原子中的价电子在金属晶体中为自由电子，而不是所有的核外电子，A错误；金属导电的实质是在外电场作用下自由电子定向移动而产生电流的结果，B错误；金属原子在化学变化中失去电子越容易，其还原性越强，C错误；金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质，如延展性，D正确。 2．下列四种性质的叙述，可能属于金属晶体的是 A.由分子间作用力结合而成，熔点低 B.固态或熔融态易导电，熔点在1 000 ℃左右 C.以共价键结合成空间网状结构，熔点高 D.固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电 【答案】B 【解析】由分子间作用力结合而成，熔点低，为分子晶体的特点，A错误；以共价键结合成空间网状结构，熔点高，是共价晶体的特点，C错误；固态时不导电，不符合金属晶体的特征，D错误。 3．金属晶体熔、沸点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是 A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属锂的硬度小于金属钠 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大而所带电荷数少，金属键弱，所以金属镁比金属铝的熔、沸点和硬度都小，A项错误；从Li到Cs，阳离子所带电荷数相等，离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐减小，B项错误；镁离子比钠离子的半径小且所带电荷数多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大，C项正确。 考点二 离子晶体的结构和性质　 1．下列关于金属晶体和离子晶体的说法错误的是 A.都可采取“紧密堆积”结构 B.晶体中都含有阳离子 C.离子晶体的熔点不一定比金属晶体高 D.离子晶体都能导电 【答案】D 【解析】金属键和离子键均无方向性和饱和性，使金属晶体和离子晶体均能形成紧密堆积结构，A项正确；两类晶体都含有阳离子，B项正确；离子晶体熔、沸点较高，金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异，但大多数的熔、沸点是比较高的，C项正确；离子晶体在固态时不导电，D项错误。 2．离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl 【答案】D 【解析】对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，离子键越强，熔点越高。一般首先看离子所带电荷数，CaO、BaO所带电荷数都大于KCl、NaCl，所以CaO、BaO的熔点大于KCl、NaCl；其次在电荷数相当时，看阴、阳离子的核间距离，r（Ba2+）>r（Ca2+），熔点：CaO>BaO，r（K+）>r（Na+），熔点：NaCl>KCl。 3．已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F-；用“”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是 【答案】B 【解析】A项，Ca2+占据体心位置，个数为1，F-占据顶点位置，个数为4×=，Ca2+和F-个数比为2∶1，错误；B项，F-占据体心位置，个数为1，Ca2+占据顶点位置，个数为4× =，Ca2+和F-个数比为1∶2，正确；C项，Ca2+占据体心位置，个数为1，F-占据顶点位置，个数为8×=1，Ca2+和F-个数比为1∶1，错误；D项，Ca2+位于体心和棱上，个数为12×+1=4，F-占据顶点和面心位置，个数为8×+6×=4，Ca2+和F-个数比为1∶1，错误。 考点三 晶格能及其应用 1．下列有关晶格能的叙述正确的是 A.晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体吸收的能量 B.晶格能通常取正值，但是有时也取负值 C.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定 D.晶格能越大，物质的硬度反而越小 【答案】C 【解析】晶格能是1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，A错误；晶格能通常取正值，而不取负值，B错误；晶格能越大，离子键越强，形成的离子晶体越稳定，C正确；晶格能越大，离子键越强，物质的硬度越大，D错误。 2．下列关于晶格能的说法中正确的是 A.晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量 B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量 C.晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量 D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关 【答案】C 【解析】晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，故A、B项错误，C正确；晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大，故D错误。 3．Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图中Born⁃Haber循环计算得到。下列说法错误的是 A.Li原子的第一电离能为520 kJ·mol-1 B.OO键的键能为249 kJ·mol-1 C.Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol-1 D.1 mol Li（s）转变成Li（g）需要吸收的能量为159 kJ 【答案】B 【解析】Li原子的第一电离能是由气态原子失去1个电子形成气态离子所需要的能量，应为520 kJ·mol-1，故A正确；OO键的键能为1 mol O2（g）分解为2 mol O（g）所吸收的能量，即249×2 kJ·mol-1=498 kJ·mol-1，故B错误。 考点四 共价晶体及其性质 1．下列说法错误的是 A.凡是共价晶体都含有共价键 B.凡是共价晶体都有正四面体结构 C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构 D.凡是共价晶体都具有很高的熔点 【答案】B 【解析】共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，所以共价晶体中都含有共价键，故A正确；共价晶体具有空间立体网状结构，并不都是正四面体结构，故B错误；共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，具有三维骨架结构，故C正确；共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点，故D正确。 2．下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是 ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 【答案】B 【解析】Al2O3 是两性氧化物，属于物质的分类，与晶体类型无关，①错误；硬度很大、熔点为2 045 ℃（很高），都是共价晶体的物理性质，②③正确；红宝石、蓝宝石是刚玉在自然界中的存在形式，与晶体类型无关，④错误。 3．据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是 A.该晶体不可用作制冷剂 B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料 C.该晶体具有很高的熔点 D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键 【答案】D 【解析】由题述信息可知，制得的CO2晶体为共价晶体，具有很高的熔点，不易升华，不可用作制冷剂，故A、C项正确；共价晶体硬度大，可用作耐磨材料，故B项正确；CO2共价晶体的结构类似于SiO2的结构，碳原子和氧原子间应为单键，每个碳原子形成4个C—O键，故D项错误。 考点五 共价晶体的结构 1．二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是 A.n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4 B.CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同 C.晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp D.晶体中最小环上的原子数为6 【答案】A 【解析】根据图知，该晶体中每个Si原子连接4个O原子、每个O原子连接2个Si原子，则Si、O原子个数之比为2∶4 =1∶2，每个Si原子含有4个硅氧键，则n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4，A正确；CO2晶体是由分子构成的，SiO2晶体是由原子构成的，则前者为分子晶体、后者为共价晶体，晶体类型不同，B错误；该晶体中每个Si原子形成4个共价键，每个O原子形成2个共价键且每个O原子还含有2对孤电子对，则Si、O原子的价电子对数都是4，则Si、O原子都采用sp3杂化，C错误；由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，所以最小环上的原子数为12，D错误。 2．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是 A.磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体 B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键 D.磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力 【答案】C 【解析】由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶角和面心，数目为×8+6×=4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。 3．最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T⁃碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代（如图所示，所有小球代表碳原子）。下列说法不正确的是 A.T⁃碳与金刚石互为同位素 B.T⁃碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同 C.T⁃碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同 D.T⁃碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键 【答案】A 【解析】T⁃碳是由C元素组成的单质，与金刚石互为同素异形体，A选项错误；T⁃碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键，B选项正确；T⁃碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，C选项正确；T⁃碳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正四面体结构单元替代，属于共价晶体，两者熔化时均需破坏共价键，D选项正确。 考点六 分子晶体及结构 1．下列说法正确的是 A.范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B.H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D.氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 【答案】D 【解析】液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A不正确；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B不正确；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时，水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。 2．北京2022年冬奥会采用CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是 A.冰、干冰晶体类型不同 B.“水立方”变为“冰立方”，密度减小 C.用干冰制冷比用氟利昂制冷环保 D.1个干冰晶胞的质量约为 g 【答案】A 【解析】冰、干冰都属于分子晶体，A项错误；在冰晶体中，每个水分子周围只有四个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力为氢键，而氢键具有饱和性和方向性，所以冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，使得冰的密度比液态水的小，故“水立方”变为“冰立方”，密度减小，B项正确；氟利昂排放到大气中会破坏臭氧层，干冰不会，C项正确；由干冰的晶胞可知，1个晶胞中含CO2的个数为8×+6×=4，则1个干冰晶胞的质量约为 g= g，D项正确。 3．碘的晶胞结构如图，下列说法正确的是 A.碘晶体熔化时需克服共价键 B.1个碘晶胞中含有4个碘分子 C.碘晶体为共价晶体 D.氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构类似，晶胞大小也相同 【答案】B 【解析】碘晶体为分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故A、C错误；1个碘晶胞中8个碘分子位于顶点，6个位于面心，则含有8×+6×=4个碘分子，故B正确。 考点七 分子晶体的性质 1．分子晶体具有某些特征的本质原因是 A.组成晶体的基本微粒是分子 B.熔融时不导电 C.晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D.熔点一般比较低 【答案】C 【解析】分子晶体相对于其他晶体，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其微粒间以分子间作用力相结合，相对于化学键来说比较弱。 2．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是 ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③②① 【答案】C 【解析】相对分子质量越大，范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高。 3．医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述正确的是 A.HgCl2晶体属于分子晶体 B.HgCl2属于离子化合物 C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质 D.HgCl2属于非电解质 【答案】A 【解析】由HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，属于共价化合物，是弱电解质。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。 2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其性质的关系。 3.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。 4.了解分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体，能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。 5.会比较判断晶体类型。 6.能根据晶胞中微粒的位置计算晶胞的化学式，掌握晶体密度与晶胞参数计算的一般步骤。 【学习重难点】 1.金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 2.比较判断晶体类型与性质，晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 3.晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是 (　　) A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 【答案】B 【解析】A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和金属晶体无关。 2.金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是 (　　) A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐升高 C.金属镁的熔点高于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点低和硬度小；从Li到Cs，离子的半径逐渐增大，离子所带电荷数相等，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐降低；镁离子比钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点高和硬度都大；镁离子比钙离子的半径小，而所带电荷数相等，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点高和硬度都大。 3.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用，在一定外力的作用下，不因形变而消失 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好 【答案】B 【解析】A项，Hg在常温下为液态，错误；C项，r(Ca2＋)<r(K＋)且电荷数Ca2＋>K＋，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K，错误；D项，金属的导电性随温度升高而降低，错误。 4.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C.Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D.金属晶体一定是无色透明的固体 【答案】B 【解析】用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误。 5．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示（黑球代表Fe，白球代表Mg）。则下列说法错误的是 （　　） A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.晶胞中铁的配位数为8 【答案】B 【解析】晶胞中含有铁原子的数目为8×+6×=4，含有镁原子的数目为8，B项错误。 6.离子晶体一般不具有的特征是 (　　) A.熔点较高，硬度较大 B.易溶于水而难溶于有机溶剂 C.固体时不能导电 D.离子间距离较大，其密度较大 【答案】D 【解析】离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。 7.KO2的晶体结构和NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，NaCl晶体的结构如图所示。下列对于KO2晶体结构的描述，正确的是 (　　) A.和K＋距离相同且最近的O共有8个 B.和K＋距离相同且最近的K＋有8个 C.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正八面体 D.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正六面体 【答案】C 【解析】由信息可知，KO2中存在的阴、阳离子为O和K＋，又与NaCl结构相似，我们可以依据熟悉的NaCl结构进行判断。K＋位于晶胞棱心，与K＋距离相同且最近的O共有6个，A项错误；K＋位于晶胞棱心，其横平面、竖平面和正平面与其距离相同且最近的K＋有4×3＝12个，B项错误；与K＋距离最近且相同的O有6个，构成正八面体，C项正确，D项错误。 8.下列叙述中错误的是 (　　) A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定 B.由于金属晶体中“自由电子”的运动，使金属易导电、导热 C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 D.金属晶体都有银白色的金属光泽 【答案】D 【解析】金属键的实质是“自由电子”与金属阳离子之间强烈的相互作用，而金属键的强弱决定金属的熔点、沸点、硬度等物理性质，故A、C正确。当金属受热时，“自由电子”与金属阳离子相互碰撞，把能量由温度高处向温度低处传递，使金属易于导热；在外加电场的作用下，金属晶体中的“自由电子”做定向移动而形成电流，表现出良好的导电性，故B正确。绝大多数金属都有银白色的金属光泽，而少数金属具有其他颜色，如Au呈金黄色，Cu呈紫红色，Cs略带金色，故D不正确。 9.石墨晶体是层状结构（如图），下列有关石墨晶体的说法正确的一组是 （　　） ①石墨层与层间靠范德华力维系　②石墨中的C为sp2杂化　③石墨的熔、沸点都比金刚石低　④石墨和金刚石的硬度相同　⑤石墨层内导电性和层间导电性不同 A.全对 B.①②③ C.①②⑤ D.②③④ 【答案】C 【解析】③不正确，石墨的熔点比金刚石高；④不正确，石墨质软，金刚石的硬度大。 1.自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的是 （　　） A.CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱 B.CaF2的熔、沸点较高，硬度较大 C.CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电 D.CaF2在有机溶剂（如苯）中的溶解度极小 【答案】C 【解析】离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。 11.有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：NaCl<CsCl B.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成的正八面体空隙中 C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键 D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50% 【答案】A 【解析】NaCl与CsCl均为离子晶体，离子半径：Na+<Cs+，故晶格能：NaCl>CsCl，A项错误；NaCl晶体中Na+和Cl-的配位数均为6，根据图示， Na+ 位于最近的 Cl- 形成的正八面体空隙中，B项正确；1个CuS晶胞中共含有8个正四面体空隙，有 8×+6×=4 个 S2- ，根据化学式CuS， Cu2+ 也有4个，填充率为 ×100%=50%，D项正确。 12.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断错误的是 (　　) A.该晶体属于离子晶体 B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等 C.阳离子的配位数为4 D.氧化锌的熔点高于硫化锌 【答案】B 【解析】A项，该晶体含活泼金属元素Zn，则该晶体属于离子晶体，正确；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等，错误；C项，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4，正 13.已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示，Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。 已知图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），则晶胞中与A距离最近的Cu+的原子分数坐标为　　　　　　。  【答案】 （，，） 【解析】在Cu2S晶胞中，正四面体中心共有8个，每个正四面体中心均分布着一个Cu+，每个S2-周围有8个Cu+，图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），A与相邻的三个面心原子形成一个正四面体，与A距离最近的Cu+位于此正四面体的中心，则Cu+的原子分数坐标为（，，）。 14.金属铜的晶胞结构如图所示。晶胞中A、B两铜原子的核间距为d pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  【答案】 【解析】根据题意可知，晶胞边长为d pm，晶胞中铜原子个数为8×+6×=4，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为 g·cm-3。 15.某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，则该物质的化学式为　　　　； 晶体中Pb2+与Cs+最短距离为　　　　pm；晶体的密度ρ=　　　　　g·cm-3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、NA的代数式表示）。  【答案】CsPbI3　　 【解析】Cs+有8个位于顶点，个数为8×=1；I-有6个位于面心，个数为6×=3，Pb2+有1个位于体心，则该晶胞的化学式：CsPbI3，晶体中Pb2+与Cs+最短距离为体对角线长的一半，即为 pm；晶胞质量为 g，晶胞体积为（a×10-10）3 cm3，则晶体密度为 g·cm-3。 16.某些共价晶体的熔点如下表所示： 共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗 熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211 根据上表中的数据回答下列问题： （1）从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是　　　 　　　　。  （2）ⅣA族与ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　　　　　　　　（用化学式表示）。  【答案】（1）碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键键能逐渐减小　（2）C3N4>Si3N4 【解析】（1）金刚石、硅、锗晶体的结构相似，都属于共价晶体，由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键的键能逐渐减小，所以金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低。（2）由于C的原子半径比Si的原子半径小，则键长：C—N键<Si—N键，键能：C—N键>Si—N键，故熔点：C3N4>Si3N4。 17.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示，请回答： （1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。 （2）该晶体中Xn＋中n＝_______。 （3）X元素的原子序数是________。 （4）晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。 （5）该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是____________g·pm－3。 【答案】（1）3∶1　（2）1　（3）29　（4）6 （5） 【解析】　（1）Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1个，故其个数比为3∶1。 （2）由晶体的化学式X3N知X所带电荷数为1。（3）因为Xn＋电子刚好充满K、L、M三个电子层，故分别有2、8、18个电子，所以X的原子序数为29。（4）N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。（5）该晶胞中含Xn＋和N3－分别为3个和1个，1个晶胞质量为 g，体积为a3 pm3，故晶体密度为 g·pm－3。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $