3.3 金属晶体与离子晶体（举一反三题型专练，浙江专用）化学人教版选择性必修2

第三节 金属晶体与离子晶体 (题型突破·举一反三) 题型01 金属键与金属晶体 题型02 离子晶体 题型03 过渡晶体与混合型晶体 题型04 典型晶体模型结构分析 题型05 晶体类型的比较 题型06 晶胞计算 ▌题型01 金属键与金属晶体 1．金属键 (1)概念：______________和______________之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 (2)本质：金属原子脱落下来的_______形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的______________维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 2．金属晶体的组成和性质 (1)组成：除纯金属外，还有大量_______，大多数合金以一种金属为主要组成，如碳钢、锰钢、不锈钢的主要成分为铁；黄铜、青铜、白铜的主要成分为铜。 (2)性质 ①“电子气理论”解释金属的性质 延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生______________，但______________不变，金属晶体中的化学键没有被破坏，所以金属有良好的延展性。 导电性 在外加电场的作用下，金属晶体中的“______________”做______________而形成电流，呈现良好的导电性。 导热性 “自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者能量的交换 颜色/光泽 自由电子_______所有频率光释放一定频率光。 ②金属键的强弱决定着金属晶体的性质 金属原子半径_______，价电子数_______，金属键越强，金属晶体的熔、沸点_______，硬度_______。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属，铬是硬度最大的金属。 3．常见金属晶体的三种结构型式 结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 结构 示意图 配位数 _______ _______ _______ 实例 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 【典例01】3．(25-26·浙江ZBD联盟高三一模)下图1是两种金属单质A和B组成的储氢合金的立方晶胞结构示意图，晶体储氢时，H2可以位于晶胞的体心和棱长中心，晶胞边长为apm，白球表示A原子，黑球表示B原子，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( ) A．该晶体的体对角面的截面图如图2所示 B．A的配位数为4 C．当储氢率为50%时，晶体的化学式为B2AH D．熔化该晶体需要破坏极性共价键 【变式1-1】(25-26·浙江省Flawless线上联考)一种由Fe和N组成的六方晶体的结构如图1所示，其中大球为Fe原子，小球为N原子。图2为该晶胞沿z轴的投影图。下列说法错误的是( ) A．该晶体的化学式为Fe3N B．晶体中每个Fe原子都与2个N原子相邻 C．该晶体中存在层状结构，层与层之间仅存在范德华力 D．该晶体中所有Fe原子的化学环境相同，所有N原子的化学环境也相同 【变式1-2】(26-27·浙江A9协作体高三返校学校诊断)一种硼镁化合物具有超导性能，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示。下列说法不正确的是( ) A．晶胞中含有1个Mg B．Mg原子的配位数为12 C．B-B的最近距离为 D．晶体中含共价键和离子键，为离子晶体 【变式1-3】(25-26·浙江嘉兴高三基础测试)金属钼(Mo)形成的某种硫化物可用作固态钠离子电池正极材料，其晶体结构如图1所示(A、B两层不断重复)，图2为单层俯视图的一部分。下列说法不正确的是( ) A．该晶体属于混合型晶体 B．该化合物的化学式为MoS2 C．该物质也可用作润滑剂 D．S原子的配位数为6 ▌题型02 离子晶体 1．离子晶体 离子晶体 构成微粒 ______________ 粒子间的相互作用力 _______ 方向性和饱和性 _______方向性，_______饱和性 离子键强弱 阴、阳离子半径越_______，所带电荷数越_______，离子键越强。 硬度 _______ 熔、沸点 较高 溶解性 大多易溶于水等极性溶剂 导电、导热性 _______不导电，_____________________导电 物质类别及举例 金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) 2．离子晶体的性质 性质 原因 熔沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越_______，熔、沸点越_______ 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的_______。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能_______。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而_______。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而_______ 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无_______性 3．结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引____个Cl－，每个Cl－同时吸引____个Na＋，配位数为____。每个晶胞含____个Na＋和____个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引____个Cs＋，每个Cs＋吸引____个Cl－，配位数为____ CaF2型 在晶体中，F－的配位数为____，Ca2＋的配位数为____，晶胞中含____个Ca2＋，含____个F－。晶胞中F－在体对角线的____处 【典例02】(25-26·浙江宁波中学高二期中)一定条件下，CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X，化合物X的晶胞结构如图所示(晶胞参数，)，其中灰球代表Cu、黑球代表K、白球代表F。设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法不正确的是( ) A．上述反应中CuCl2与F2的物质的量之比为1：4 B．该晶体中Cu的化合价为+2价 C．Cu原子填充在由F原子构成的八面体空隙中 D．化合物X的密度 【变式2-1】(26-27·浙江省江浙皖共同体高三一模)一种含K+和Na+高铁酸盐晶体的晶胞结构示意图如下，下列说法不正确的是( ) A．该晶体为离子晶体 B．该晶胞中Fe-O键的键长有2种，其比例是1∶1 C．高铁酸盐在碱性溶液中较稳定，在中性或酸性溶液中能快速产生O2 D．高铁酸盐能杀菌消毒，其还原产物还能进一步起到净水作用 【变式2-2】(25-26·浙江宁波高二期末)一种含硫超导材料的晶胞示意图如下，下列说法不正确的是( ) A．28Ni位于元素周期表的第四周期第VIII族 B．该物质的化学式为KNi2S2 C．与每个K+紧邻且等距离的K+的个数为8个 D．该材料中+1、+2价Ni的个数比为1∶1 【变式2-3】(26-27·浙江嘉兴一中高三模拟)新型钙钛矿材料可用于太阳能电池，一种钙钛矿晶体由Sn2+、I－和有机阳离子(CH3NH3+)构成，其立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( ) A．晶体的化学式为CH3NH3SnI3 B．晶胞中Sn2+和I－构成正八面体 C．Sn2+的配位数是8 D．晶体密度为(晶胞边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值) ▌题型03 过渡晶体与混合晶体 1．过渡晶体 (1)四类典型晶体是______________、______________、______________、______________。 (2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。 (3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越_______，其中作为离子晶体处理的是______________；作为共价晶体处理的是______________；作为分子晶体处理的是_____________________。 2．混合型晶体——石墨 (1)结构特点——层状结构 ①同层内，碳原子采用____杂化，以_______相结合形成______________结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 ②层与层之间以______________相结合。 (2)晶体类型 石墨晶体中，既有_______，又有_______和______________，属于______________。 (3)物理性质：①导电性，②导热性，③润滑性。 【典例03】(24-25·浙江省名校新高考研究联盟一模)氮化硼(BN)晶体有多种结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，质地软，可作润滑剂。立方相氮化硼与金刚石相似，是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构及晶胞如图所示。下列说法不正确的是( ) A．六方相氮化硼为混合晶体 B．立方相氮化硼晶体中与氮原子紧邻且最近的氮原子数为12 C．六方相氮化硼导电能力强于石墨 D．立方相氮化硼熔点高于单晶硅 【变式3-1】(25-26·浙江宁波三模)新型半导体材料黑砷晶体具有层状结构，每层内砷原子与三个砷相连，以褶皱蜂窝状排列，其三维结构如左图，晶体结构的放大图如右图所示。下列说法错误的是( ) A．黑砷晶体为混合型晶体 B．每个砷原子被二个六元砷环所共有 C．黑砷晶体与石墨有类似的结构，但晶体中As原子为sp3杂化 D．由于褶皱晶格结构，电子沿锯齿和扶手椅方向的传导性质不同，具有各向异性 【变式3-2】(25-26·浙江台州二模)化合物X因优异的锂离子导电性与高储氢容量备受关注，其晶体由A层和B层按ABAB交替堆叠的方式构成，A层的Li+位于正六边形的顶点，N3-位于正六边形的中心，B层全部由Li+构成且这些Li+恰好位于A层N3-的正下方，结构如图所示。下列说法不正确的是( ) A．X属于混合型晶体 B．X的化学式为Li3N C．X和水反应生成LiOH和NH3 D．X和H2反应可生成LiNH2 【变式3-3】(24-25·浙江大学附中一模)石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层碳原子中，其化学式为KCx，它的平面图如图所示，单层化合物厚度为b nm，下列说法错误的是( ) A．该石墨间隙化合物能导电 B．与K距离最近的C原子数为6 C．该石墨间隙化合物的化学式为KC8 D．该石墨间隙化合物单层的密度为： ▌题型04 典型晶体模型结构分析 1．典型离子晶体的结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引_____个Cl－，每个Cl－同时吸引_____个Na＋，配位数为_____。每个晶胞含_____个Na＋和_____个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引_____个Cs＋，每个Cs＋吸引_____个Cl－，配位数为_____ CaF2型 在晶体中，F－的配位数为_____，Ca2＋的配位数为_____，晶胞中含_____个Ca2＋，含_____个F－。晶胞中F－在体对角线的_____处 2．典型共价晶体的结构模型 金刚石晶体 ①金刚石晶体中，每个C与另外_____个C形成共价键，碳原子采取_____杂化，C—C—C夹角是_______，最小的环是_____元环。每个C被_____个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C共价键有_____ mol。 ②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的_____处。每个晶胞含有_____个C 二氧化硅晶体 SiO2晶体中，每个Si原子与_____个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是_____元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是_____原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为_______，在SiO2晶体中Si、O原子均采取_____杂化。低温石英结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，具有_______。 3．典型分子晶体的结构模型 干冰的晶体结构 干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有_____个，属于分子_______。每个晶胞中含有_____个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等 冰的晶体结构 冰的结构模型中，每个水分子与相邻的_____个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成_____mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有_____个H2O 4．典型混合型晶体的结构模型 (1)晶体模型 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取_______杂化，以共价键(σ键)结合，形成______________。 ②)层与层之间靠______________维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于______________。 (4)性质：熔点_______、质软、_____导电等。 【典例04】(25-26·浙江绍兴高二期末)下列说法正确的是( ) A．每个氯化钠晶胞中含有4个NaCl分子 B．CaF2晶胞中，每个Ca2+周围距离最近且等距的F-有8个 C．冰中平均1个H2O分子内含两个氢键 D．干冰晶胞和冰晶胞中分子分别采用密堆积和非密堆积是因为分子空间结构不同 【变式4-1】(24-25·浙江台金七校联盟高二期中联考)氯化钠、金刚石、干冰、石墨四种晶体的结构模型如图所示，下列说法正确的是( ) A．在NaCl晶体中，每个晶胞含有4个NaCl分子 B．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1：4 C．干冰晶胞中，1个CO2分子周围与它等距离且最近的CO2分子有12个 D．从结构可知，金刚石的熔点高于石墨的熔点 【变式4-2】(25-26·浙江宁波高二期末)下列关于晶体的说法不正确的是( ) A．图①：熔融态SiO2快速冷却形成水晶 B．图②：液态水结冰时，由于氢键的作用，每个水分子紧邻的4个水分子构成四面体，体现氢键的方向性和饱和性 C．图③：根据金属晶体的电子气理论，一小块钠可以看成是一个“巨分子” D．图④：氯化铯晶体熔点较高，一个Cl-周围有8个Cs+ 【变式4-3】(23-24·浙江台州高二期末)下图(1)是常见的几种物质的晶胞，从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠，下列说法不正确的是( ) A．Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形，则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个 B．碘晶胞中I2分子有两种不同的取向，一个晶胞中有4个I2分子 C．金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm D．Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为 pm ▌题型05 晶体类型的比较 1．四种晶体的比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶 机械加工性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电 作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定 2．晶体类型的判断方法 晶体类型 根据晶体的概念判断 根据物质的类别判断 根据晶体的特征性质判断 离子晶体 通过阴、阳离子相互作用形成的晶体 金属氧化物、强碱和绝大多数盐类 熔、沸点较高，且在熔融状态下导电的化合物 分子晶体 由分子通过分子间作用力形成的晶体 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸和绝大多数有机物(除有机盐外) 熔、沸点较低且不导电的单质和化合物，溶解性符合“相似相溶”规律 共价晶体 由原子通过共价键形成的晶体 金刚石、晶体硅、晶体硼、SiC和SiO2等 熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质 金属晶体 由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体 纯金属、合金 有延展性、导电性、导热性，熔、沸点一般较高 3．晶体熔、沸点的比较方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 (2)相同类型晶体 ①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg<Al。 ②离子晶体：A．晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。B．阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。 ③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。 ④分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 (3)离子晶体：一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高 【典例05】(25-26高二上·浙江杭州高二期末)以下说法正确的是( ) A．在NH4F中存在离子键、极性共价键和氢键的作用 B．F原子的半径小，键长短，键能大，故晶体的熔点：NCl3＞NF3 C．邻二甲苯，间二甲苯和对二甲苯的沸点依次升高 D．由于分子量较大，C2H5NH3NO3的熔点远高于NH4NO3 【变式5-1】(24-25·浙江三锋联盟高二期中)下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是( ) A．晶体氖和晶体氮 B．SO3和SiO2 C．CO2和冰 D．NaCl和HCl 【变式5-2】(25-26·浙江第二届NBchem高考模拟考试第二次联考)化合物Li3N的晶体结构如图所示，Li3N在水中的溶解度约为13g/100gH2O下列说法不正确的是( )    A．N3-的配位数为8 B．晶体类型为离子晶体 C．该化合物的热稳定性低于Na3N D．1mol该化合物与100mL水反应，有气体和沉淀生成 【变式5-3】(25-26·浙江嘉兴八校联盟高二期中)完成下面各题： (1)甲、乙两种晶体的性质如下，试推断它们的晶体类型：甲：___________；乙：___________。 甲．熔点120.5℃，能溶于CS2，不溶于水 乙．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水 (2)某含铅化合物A的晶胞如图。 则A化学式为___________；距离Pb2+最近且等距的个数为___________。 (3)MgO晶胞空间构型与NaCl晶体相同，则MgO晶体的熔点___________NaCl晶体(填“>”或“<”)，并分析原因___________。 ▌题型06 晶胞计算 1．微粒间距离的计算 计算晶体中微粒间距离的方法 2．晶胞密度的有关计算 (1)晶胞参数与晶胞密度的关系 (2)晶胞中的几组几何公式(设棱长为a) ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③4r＝a(r为原子半径)。 ④4r＝a(r为原子半径)。 3．晶胞参数(边长)与半径的关系 晶体 晶体结构 图示关系 晶胞参数与边长关系 简单立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有a=2r 体心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，体对角线长为c，则有c＝a＝4r 面心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4r＝a 六方最密堆积晶胞 晶胞中原子球半径为r，六棱柱边长为a，高为h，则有a＝2r，h＝2倍四面体高 石墨 晶胞 设石墨晶胞的底边长为a cm，原子球直径为r，高为h cm，层间距d cm，则h＝2d，由图可知：a/2＝r×sin60°，得a＝r 金刚石晶胞 ( 金刚石晶胞 ) G点是空的，没有球，是正立方体的体心，A球心到E球心，是2个半径，即一个直径；同样，E球心到G，是2个半径，即一个直径，所以AG是两个直径，体对角线是AG的两倍，所以体对角线是4个直径，即8r，则有8r＝a 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有8r＝a。(体对角线上五球相切，其中有两个假想球) CaF2型晶胞(与金刚石类似) 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4(r+ + r－)＝a 4．金属晶体空间利用率的计算方法 (1)空间利用率的定义及计算步骤 ①空间利用率(η)：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比 ② (2)金属晶体空间利用率分类简析 ①简单立方堆积：如图所示，原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球＝πr3，V晶胞＝(2r)3＝8r3 空间利用率＝×100%＝×100%＝≈52% ②体心立方堆积：如图所示，原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2＝a2＋b2得a＝r。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%＝≈68% ③面心立方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ④六方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ⑤金刚石型堆积：设原子半径为R，由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出晶胞参数：a＝b＝c＝R，α＝β＝γ＝90°。每个晶胞中包含八个原子。 η＝×100%＝×100%≈34.01% 5．确定晶胞中原子坐标的方法 晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别≤1的数在立体坐标系中表示出来，如下图所示。 注意：在确定各原子的坐标时，要注意x、y、z轴的单位标准不一定相同。 【典例06】(26-27·浙江杭州学军中学返校考试)某氧化物立方晶胞结构如图1所示，已知该晶体晶胞体心存在空位时可导电，图2阴影表示晶胞的体对角面，晶胞参数为apm，设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是( ) A．若使该晶体导电，则 B．若，则该晶体密度为 C．与O最近且等距的Ti有2个 D．阴影截面单位面积的O原子数为个 【变式6-1】(25-26·浙江北斗联盟高三一模)α-Fe可用作合成氨催化剂、其立方晶胞如图所示(晶胞边长为a pm)。已知截面单位面积含有原子个数越多，催化活性越低。下列说法不正确的是( ) A．铁的配位数是8 B．α-Fe晶胞中Fe原子的半径为 C．n截面单位面积含有的Fe原子为(个/) D．m、n截面中，催化活性较低的是n 【变式6-2】(25-26·浙江省宁波市镇海中学三模)我国在处理柴油车尾气中氮氧化物的排放方面取得突破性进展。一种二氧化铈(CeO2)晶体中，铈元素能在Ce4+和Ce3+之间改变氧化状态，将NO氧化为NO2，并引起氧空位的形成，得到新的铈氧化物，变化过程如图所示。下列说法错误的是( ) A．CeO2晶胞中Ce4+的配位数为8 B．CeO2晶胞中沿所有晶胞边长投影的俯视图都为 C．当1molCeO2发生变化时，可吸收标准状况下NO的体积为11.2 L D．若晶胞边长为a pm，CeO2晶体的密度为 【变式6-3】(22-23·浙江金华一中高三模拟检测)形形色色的物质，构成了我们这个五彩缤纷的世界。世上万物，神奇莫测，常常超乎人们按“常理”的想象。学习物质结构和性质的知识，能使你想象的翅膀变得更加有力。 (1)基态Ga原子简化的核外电子排布式是_______。 (2)HC≡CNa(乙炔钠)广泛用于有机合成，乙炔钠中C原子的杂化类型为_______。乙炔钠中存在_______(填字母)。 A．金属键    B．σ键    C．π键    D．氢键    E．配位键 F．离子键    G．范德华力 (3)钙和铁都是第四周期元素，且原子的最外层电子数相同，铁的熔沸点远高于钙，其原因是_______。 (4)某离子晶体的晶胞结构如图所示。 ①晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有_______个。 ②设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1晶胞的密度为ρg·cm-3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为_______cm。 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 金属晶体与离子晶体 (题型突破·举一反三) 题型01 金属键与金属晶体 题型02 离子晶体 题型03 过渡晶体与混合型晶体 题型04 典型晶体模型结构分析 题型05 晶体类型的比较 题型06 晶胞计算 ▌题型01 金属键与金属晶体 1．金属键 (1)概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 (2)本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 2．金属晶体的组成和性质 (1)组成：除纯金属外，还有大量合金，大多数合金以一种金属为主要组成，如碳钢、锰钢、不锈钢的主要成分为铁；黄铜、青铜、白铜的主要成分为铜。 (2)性质 ①“电子气理论”解释金属的性质 延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属晶体中的化学键没有被破坏，所以金属有良好的延展性。 导电性 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，呈现良好的导电性。 导热性 “自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者能量的交换 颜色/光泽 自由电子吸收所有频率光释放一定频率光。 ②金属键的强弱决定着金属晶体的性质 金属原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，硬度越大。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属，铬是硬度最大的金属。 3．常见金属晶体的三种结构型式 结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 结构 示意图 配位数 12 8 12 实例 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 【典例01】(25-26·浙江ZBD联盟高三一模)下图1是两种金属单质A和B组成的储氢合金的立方晶胞结构示意图，晶体储氢时，H2可以位于晶胞的体心和棱长中心，晶胞边长为apm，白球表示A原子，黑球表示B原子，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( ) A．该晶体的体对角面的截面图如图2所示 B．A的配位数为4 C．当储氢率为50%时，晶体的化学式为B2AH D．熔化该晶体需要破坏极性共价键 【答案】C 【解析】A项，由图可知，该晶体的体对角面的截面图为边上是白球，中间为黑球,A错误；B项，由图可知，与A距离最近且等距的B原子有8个，故该晶胞中A球的配位数为8，B错误；C项，由题可知，H2可以位于晶胞的体心和棱长的中心，A位于顶点和面心，B位于体内，根据均摊法计算，当储氢率为50%时，晶胞中含A原子的个数为=4，B原子的个数为8，H2的个数为，H原子个数为4，故晶体的化学式为B2AH，C正确；D项，该晶体为金属晶体，熔化该晶体需要破坏金属键，D错误；故选C。 【变式1-1】(25-26·浙江省Flawless线上联考)一种由Fe和N组成的六方晶体的结构如图1所示，其中大球为Fe原子，小球为N原子。图2为该晶胞沿z轴的投影图。下列说法错误的是( ) A．该晶体的化学式为Fe3N B．晶体中每个Fe原子都与2个N原子相邻 C．该晶体中存在层状结构，层与层之间仅存在范德华力 D．该晶体中所有Fe原子的化学环境相同，所有N原子的化学环境也相同 【答案】C 【解析】A项，在六方晶胞中，Fe原子位于顶点、面心和内部，根据均摊法，Fe原子个数为，N在晶胞内部，共2个，Fe与N个数比为3：1，化学式为Fe3N，A正确；B项，由晶体结构可知，每个N原子周围有6个等距的Fe原子，而每个Fe原子周围有2个等距的N原子，B正确；C项，该晶体是铁和氮形成的金属氮化物，属于金属晶体，晶体中存在金属键，并非层与层之间仅存在范德华力，C错误；D项，由晶体结构和投影图可知，所有N原子的成键情况和周围环境完全一致，所有Fe原子的成键情况和周围环境也完全一致，D正确；故选C。 【变式1-2】(26-27·浙江A9协作体高三返校学校诊断)一种硼镁化合物具有超导性能，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示。下列说法不正确的是( ) A．晶胞中含有1个Mg B．Mg原子的配位数为12 C．B-B的最近距离为 D．晶体中含共价键和离子键，为离子晶体 【答案】D 【解析】A项，右侧的图为晶胞投影图，则左侧实线围成部分为晶胞，Mg位于平行六面体晶胞的顶点，利用均摊法计算一个晶胞内Mg的个数为，A正确；B项，Mg采取六方最密堆积，配位数为12(同层相邻6个，上下层各3个)，B正确；C项，晶胞底面为边长a、夹角120o的菱形，其长对角线长度为，相邻B原子将长对角线三等分，因此B-B的最近距离为，C正确；D项，该硼镁化合物具有超导性能，说明存在自由电子，属于金属晶体，并非离子晶体，D错误；故选D。 【变式1-3】(25-26·浙江嘉兴高三基础测试)金属钼(Mo)形成的某种硫化物可用作固态钠离子电池正极材料，其晶体结构如图1所示(A、B两层不断重复)，图2为单层俯视图的一部分。下列说法不正确的是( ) A．该晶体属于混合型晶体 B．该化合物的化学式为MoS2 C．该物质也可用作润滑剂 D．S原子的配位数为6 【答案】D 【解析】A项，该晶体层内存在共价键，层间通过范德华力结合，同时具有共价晶体和分子晶体的特征，属于混合型晶体，A正确；B项，由单层俯视图可知，每个Mo原子周围有6个S原子，每个S原子周围有3个Mo原子，故Mo与S的原子个数比为，化学式为MoS2，B正确；C项，该晶体层间存在范德华力，层间易滑动，类似石墨，可用作润滑剂，C正确；D项，S原子的配位数指其周围距离最近且等距离的Mo原子数，由单层俯视图可知，每个S原子周围有3个Mo原子，故S原子的配位数为3，D错误；故选D。 ▌题型02 离子晶体 1．离子晶体 离子晶体 构成微粒 阴、阳离子 粒子间的相互作用力 离子键 方向性和饱和性 没有方向性，没有饱和性 离子键强弱 阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。 硬度 较大 熔、沸点 较高 溶解性 大多易溶于水等极性溶剂 导电、导热性 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 物质类别及举例 金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) 2．离子晶体的性质 性质 原因 熔沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 3．结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8 CaF2型 在晶体中，F－的配位数为4，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个Ca2＋，含8个F－。晶胞中F－在体对角线的处 【典例02】(25-26·浙江宁波中学高二期中)一定条件下，CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X，化合物X的晶胞结构如图所示(晶胞参数，)，其中灰球代表Cu、黑球代表K、白球代表F。设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法不正确的是( ) A．上述反应中CuCl2与F2的物质的量之比为1：4 B．该晶体中Cu的化合价为+2价 C．Cu原子填充在由F原子构成的八面体空隙中 D．化合物X的密度 【答案】A 【解析】A项，由晶胞结构图可知，晶胞中Cu原子的个数为，K原子的个数为，F原子的个数为，则Cu、K、F的个数比为1：2：4，所以化合物X的化学式为K2CuF4，反应的化学方程式为4K+CuCl2+2F22KCl+ K2CuF4。由分析可知，反应中CuCl2与F2的物质的量之比为1：2，A错误；B项，根据化合物X的化学式为K2CuF4可知，Cu的化合价为+2价，B正确；C项，由晶胞结构图可知，Cu原子填充在由F原子构成的八面体空隙中，C正确；D项，化合物X的密度，D正确；故选A。 【变式2-1】(26-27·浙江省江浙皖共同体高三一模)一种含K+和Na+高铁酸盐晶体的晶胞结构示意图如下，下列说法不正确的是( ) A．该晶体为离子晶体 B．该晶胞中Fe-O键的键长有2种，其比例是1∶1 C．高铁酸盐在碱性溶液中较稳定，在中性或酸性溶液中能快速产生O2 D．高铁酸盐能杀菌消毒，其还原产物还能进一步起到净水作用 【答案】B 【解析】A项，该晶体含有阳离子K+、Na+与阴离子FeO42-，依靠离子键结合而成，属于离子晶体，A正确；B项，FeO42-内部共有4条Fe-O键，受晶胞中周围K+、Na+静电作用影响，4个氧原子分为两组，3个氧受Na+影响，1个氧受K+影响，因此存在两种键长的Fe-O键，数目之比为3：1，不是1：1，B错误；C项，高铁酸盐中Fe为+6价，具有强氧化性，在碱性环境下稳定性较好，在中性或者酸性环境中可以发生反应4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O，快速释放出O2，C正确；D项，高铁酸盐的Fe处于+6高价态，强氧化性可以破坏细菌结构，实现杀菌消毒；其还原产物为Fe3+，Fe3+在水溶液中水解生成Fe(OH)3胶体，胶体可以吸附水中悬浮杂质，起到净水作用，D正确；故选B。 【变式2-2】(25-26·浙江宁波高二期末)一种含硫超导材料的晶胞示意图如下，下列说法不正确的是( ) A．28Ni位于元素周期表的第四周期第VIII族 B．该物质的化学式为KNi2S2 C．与每个K+紧邻且等距离的K+的个数为8个 D．该材料中+1、+2价Ni的个数比为1∶1 【答案】C 【解析】A项，28Ni的核外电子排布为[Ar]3d84s2，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，A正确；B项，用均摊法计算晶胞内原子个数：K位于顶点和体心，个数为，Ni位于面上，个数为，S的位于棱上和体内，个数为，原子个数比，化学式为KNi2S2，B正确；C项，由图，以体心的K+为研究对象，由于晶胞的高度大于底面边长，其周围紧邻K+仅有同层4个，不是8个，C错误；D项，该晶体的化学式为KNi2S2，设+1价Ni个数为x，+2价Ni个数为2-x，根据化合物总电荷为0：，解得x=1，二者个数比为1：1，D正确；故选C。 【变式2-3】(26-27·浙江嘉兴一中高三模拟)新型钙钛矿材料可用于太阳能电池，一种钙钛矿晶体由Sn2+、I－和有机阳离子(CH3NH3+)构成，其立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( ) A．晶体的化学式为CH3NH3SnI3 B．晶胞中Sn2+和I－构成正八面体 C．Sn2+的配位数是8 D．晶体密度为(晶胞边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值) 【答案】C 【解析】该晶胞为立方晶胞，CH3NH3+位于晶胞顶点，Sn2+位于晶胞体心，I-位于晶胞面心。立方晶胞顶点微粒均摊占比为，面心微粒均摊占比为，体心微粒均摊占比为1，计算得晶胞内CH3NH3+实际数目为，Sn2+的实际数目为1，I-的实际数目为，因此晶体化学式为CH3NH3SnI3。A项，根据均摊法计算，晶胞内CH3NH3+、Sn2+、I-的数目比为1：1：3，故晶体的化学式为CH3NH3SnI3，A正确；B项，体心的Sn2+周围紧邻6个位于面心的I-，6个I-构成正八面体结构，Sn2+位于正八面体的体心，B正确；C项，Sn2+周围紧邻的I-数目为6，故Sn2+的配位数是6，不是8，C错误；D项，晶胞的总相对质量为532，晶胞体积为，晶体密度，D正确；故选 C。 ▌题型03 过渡晶体与混合晶体 1．过渡晶体 (1)四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体。 (2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。 (3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越小，其中作为离子晶体处理的是Na2O、MgO；作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2；作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。 2．混合型晶体——石墨 (1)结构特点——层状结构 ①同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 ②层与层之间以范德华力相结合。 (2)晶体类型 石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。 (3)物理性质：①导电性，②导热性，③润滑性。 【典例03】(24-25·浙江省名校新高考研究联盟一模)氮化硼(BN)晶体有多种结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，质地软，可作润滑剂。立方相氮化硼与金刚石相似，是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构及晶胞如图所示。下列说法不正确的是( ) A．六方相氮化硼为混合晶体 B．立方相氮化硼晶体中与氮原子紧邻且最近的氮原子数为12 C．六方相氮化硼导电能力强于石墨 D．立方相氮化硼熔点高于单晶硅 【答案】C 【解析】A项，六方相氮化硼与石墨相似，具有层状结构，属于混合晶体(层内共价键，层间分子间作用力)，A正确；B项，立方相氮化硼晶体中，N原子构成面心立方堆积，每个N原子周围距离最近且等距的N原子有12个，B正确；C项，石墨中存在自由移动的电子从而导电，而六方相氮化硼的层内结构中，由于 B 和 N 的电负性差异大，B-N 键具有部分离子键特性(与石墨中纯共价键不同)。离子键导致电子被束缚在原子附近，难以形成离域电子云，抑制了导电性，C错误； D项，立方相氮化硼与金刚石均为共价晶体，共价晶体的熔点与共价键键能有关，B-N键的键长比Si-Si键短，键能更大，因此立方相氮化硼熔点高于单晶硅，D正确；故选C。 【变式3-1】(25-26·浙江宁波三模)新型半导体材料黑砷晶体具有层状结构，每层内砷原子与三个砷相连，以褶皱蜂窝状排列，其三维结构如左图，晶体结构的放大图如右图所示。下列说法错误的是( ) A．黑砷晶体为混合型晶体 B．每个砷原子被二个六元砷环所共有 C．黑砷晶体与石墨有类似的结构，但晶体中As原子为sp3杂化 D．由于褶皱晶格结构，电子沿锯齿和扶手椅方向的传导性质不同，具有各向异性 【答案】B 【解析】A项，黑砷晶体为层状结构，层内原子间存在共价键，层间存在范德华力，与石墨结构类似，属于混合型晶体，A正确； B项，每个 As 原子连 3 个六元环，所以每个砷原子被3个六元砷环所共有，B错误； C项，黑砷晶体结构与石墨类似，As原子最外层有5个电子，形成3个共价键，还有一对孤电子对，价层电子对数为4，因此As原子为sp3杂化，C正确； D项，黑砷晶体具有褶皱晶格结构，沿锯齿和扶手椅方向的原子排列方式和键合环境不同，导致电子传导性质存在差异，具有各向异性，D正确； 故选B。 【变式3-2】(25-26·浙江台州二模)化合物X因优异的锂离子导电性与高储氢容量备受关注，其晶体由A层和B层按ABAB交替堆叠的方式构成，A层的Li+位于正六边形的顶点，N3-位于正六边形的中心，B层全部由Li+构成且这些Li+恰好位于A层N3-的正下方，结构如图所示。下列说法不正确的是( ) A．X属于混合型晶体 B．X的化学式为Li3N C．X和水反应生成LiOH和NH3 D．X和H2反应可生成LiNH2 【答案】A 【解析】A层的正六边形顶点的Li+，每个Li+被3个正六边形共用，因此1个正六边形内Li+的数量为；中心N3-完全属于该正六边形，数量为1。B层Li+位于A层N3-正下方，完全属于该结构单元，数量为1。晶体ABAB交替堆叠，因此一个重复单元内：Li+总数为2+1=3，N3-总数为1，化学式为Li3N。A项，Li3N是典型的离子晶体，由Li+和N3-通过离子键结合而成，并非混合型晶体，A错误；B项，由分析可知，Li与N的个数比为3：1，化学式为Li3N，B正确；C项，Li3N与水发生水解反应Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑，符合反应规律，C正确；D项，Li3N可与H2发生加氢反应Li3N+2H2=LiNH2+2LiH，因此可以生成LiNH2，D正确；故选A。 【变式3-3】(24-25·浙江大学附中一模)石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层碳原子中，其化学式为KCx，它的平面图如图所示，单层化合物厚度为b nm，下列说法错误的是( ) A．该石墨间隙化合物能导电 B．与K距离最近的C原子数为6 C．该石墨间隙化合物的化学式为KC8 D．该石墨间隙化合物单层的密度为： 【答案】D 【解析】A项，该石墨间隙化合物中碳原子为sp2杂化，未参与杂化的2p轨道形成离域大π键，2p电子可在整个碳原子平面自由移动，使该化合物能导电，A正确；B项，由图可知，每个钾原子位于碳原子构成的六元环中心，与钾原子最近的碳原子为该六元环的顶点碳原子，故与K距离最近的C原子数为6，B正确；C项，由图可知，可选择图中虚线框选的部分作为该石墨间隙化合物的晶胞，碳原子位于晶胞内部，有8个，钾原子位于晶胞的4个顶点上，有个，则化学式为KC8，C正确；D项，该石墨间隙化合物单层的密度，D错误；故选D。 ▌题型04 典型晶体模型结构分析 1．典型离子晶体的结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8 CaF2型 在晶体中，F－的配位数为4，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个Ca2＋，含8个F－。晶胞中F－在体对角线的处 2．典型共价晶体的结构模型 金刚石晶体 ①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是6元环。每个C被12个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C共价键有2 mol。 ②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。每个晶胞含有8个C 二氧化硅晶体 SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。低温石英结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，具有手性。 3．典型分子晶体的结构模型 干冰的晶体结构 干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个，属于分子密堆积。每个晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等 冰的晶体结构 冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有8个H2O 4．典型混合型晶体的结构模型 (1)晶体模型 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。 ②)层与层之间靠范德华力维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。 (4)性质：熔点很高、质软、易导电等。 【典例04】(25-26·浙江绍兴高二期末)下列说法正确的是( ) A．每个氯化钠晶胞中含有4个NaCl分子 B．CaF2晶胞中，每个Ca2+周围距离最近且等距的F-有8个 C．冰中平均1个H2O分子内含两个氢键 D．干冰晶胞和冰晶胞中分子分别采用密堆积和非密堆积是因为分子空间结构不同 【答案】B 【解析】A项，NaCl是离子晶体，晶体中不存在NaCl分子，A错误；B项，CaF2晶胞中Ca2+为面心立方堆积，F-填充四面体空隙，每个Ca2+周围距离最近且等距的F-有8个，B正确；C项，冰中的氢键属于分子间作用力，不存在于H2O分子内，且平均1个F-分子仅分摊2个分子间氢键，C错误；D项，干冰采用分子密堆积是因为分子间仅存在无方向性、无饱和性的范德华力，冰采用非密堆积是因为水分子间存在有方向性和饱和性的氢键，二者堆积方式差异的原因不是分子空间结构不同，D错误；故选B。 【变式4-1】(24-25·浙江台金七校联盟高二期中联考)氯化钠、金刚石、干冰、石墨四种晶体的结构模型如图所示，下列说法正确的是( ) A．在NaCl晶体中，每个晶胞含有4个NaCl分子 B．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1：4 C．干冰晶胞中，1个CO2分子周围与它等距离且最近的CO2分子有12个 D．从结构可知，金刚石的熔点高于石墨的熔点 【答案】C 【解析】A项，1个NaCl晶胞中含有4个Na+和4个Cl-，不存在NaCl分子，故A错误；B项，在金刚石晶体中，每个碳原子形成4个碳碳键，每个碳碳键属于2个碳原子共有，则平均每个碳原子形成2个碳碳键，即碳原子与碳碳键个数的比为1：2，故B错误；C项，CO2晶胞为面心立方晶胞，配位数为12，1个CO2分子周围与它距离最近且等距的分子有12个，故C正确；D项，石墨晶体层内是共价键，层间是范德华力，融化时要破坏共价键和范德华力，而石墨中的共价键键能大于金刚石，故石墨的熔点高于金刚石，故D错误；故选C。 【变式4-2】(25-26·浙江宁波高二期末)下列关于晶体的说法不正确的是( ) A．图①：熔融态SiO2快速冷却形成水晶 B．图②：液态水结冰时，由于氢键的作用，每个水分子紧邻的4个水分子构成四面体，体现氢键的方向性和饱和性 C．图③：根据金属晶体的电子气理论，一小块钠可以看成是一个“巨分子” D．图④：氯化铯晶体熔点较高，一个Cl-周围有8个Cs+ 【答案】A 【解析】A项，熔融态SiO2快速冷却时，原子来不及有序排列，会形成非晶态的石英玻璃，缓慢冷却才能形成晶体状态的水晶，A错误；B项，氢键具有饱和性和方向性：1个水分子最多可与4个水分子形成氢键，且氢键有固定取向，因此液态水结冰时每个水分子紧邻的4个水分子构成四面体，体现了氢键的饱和性和方向性，B正确；C项，根据金属晶体的电子气理论，金属晶体中金属阳离子被自由电子气维系，整块金属可看作一个靠金属键结合的“巨分子”，C正确；D项，氯化铯属于离子晶体，熔点较高，其晶胞为体心立方结构，每个Cl-周围紧邻8个Cs+，配位数为8，D正确；故选A。 【变式4-3】(23-24·浙江台州高二期末)下图(1)是常见的几种物质的晶胞，从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠，下列说法不正确的是( ) A．Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形，则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个 B．碘晶胞中I2分子有两种不同的取向，一个晶胞中有4个I2分子 C．金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm D．Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为 pm 【答案】D 【解析】A项，锌原子堆积方式为六方最密堆积，属于密堆积，由晶胞结构可知，晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个，A正确；B项，由晶胞结构可知，碘分子的排列有2种不同的取向，在顶点和面心的I2取向不同，一个晶胞中有 =4个I2分子，B正确；C项，由晶胞结构可知，金刚石晶胞的体对角线等于C原子半径的8倍，金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm，C正确；D项，由晶胞结构可知，Na晶胞体对角线的等于Na原子的半径，Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为nm=×103pm，D错误；故选D。 ▌题型05 晶体类型的比较 1．四种晶体的比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶 机械加工性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电 作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定 2．晶体类型的判断方法 晶体类型 根据晶体的概念判断 根据物质的类别判断 根据晶体的特征性质判断 离子晶体 通过阴、阳离子相互作用形成的晶体 金属氧化物、强碱和绝大多数盐类 熔、沸点较高，且在熔融状态下导电的化合物 分子晶体 由分子通过分子间作用力形成的晶体 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸和绝大多数有机物(除有机盐外) 熔、沸点较低且不导电的单质和化合物，溶解性符合“相似相溶”规律 共价晶体 由原子通过共价键形成的晶体 金刚石、晶体硅、晶体硼、SiC和SiO2等 熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质 金属晶体 由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体 纯金属、合金 有延展性、导电性、导热性，熔、沸点一般较高 3．晶体熔、沸点的比较方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 (2)相同类型晶体 ①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg<Al。 ②离子晶体：A．晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。B．阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。 ③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。 ④分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 (3)离子晶体：一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高 【典例05】(25-26高二上·浙江杭州高二期末)以下说法正确的是( ) A．在NH4F中存在离子键、极性共价键和氢键的作用 B．F原子的半径小，键长短，键能大，故晶体的熔点：NCl3＞NF3 C．邻二甲苯，间二甲苯和对二甲苯的沸点依次升高 D．由于分子量较大，C2H5NH3NO3的熔点远高于NH4NO3 【答案】A 【解析】A项，NH4F是离子晶体，NH4+与F-之间为离子键，NH4+内部N与H形成极性共价键，F电负性很强，NH4+中的H与F-之间可以形成氢键，因此晶体中存在氢键作用，A正确；B项，NF3和NCl3均为分子晶体，分子晶体的熔点由分子间作用力决定，与共价键键能无关；相对分子质量越大分子间作用力越强，熔点越高，因此熔点NCl3＞NF3，B错误；C项，邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯互为同分异构体，分子对称性越高，分子间作用力越弱，沸点越低，现有对称性：邻二甲苯间二甲苯对二甲苯，因此有沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯，沸点依次降低，C错误；D项，二者均为离子晶体，离子晶体的熔点由晶格能决定，C2H5NH3+的半径远大于NH4+，晶格能更小，因此C2H5NH3NO3的熔点低于NH4NO3，D错误；故选A。 【变式5-1】(24-25·浙江三锋联盟高二期中)下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是( ) A．晶体氖和晶体氮 B．SO3和SiO2 C．CO2和冰 D．NaCl和HCl 【答案】C 【解析】A项，晶体氖(分子晶体，无化学键)和晶体氮(分子晶体，含非极性共价键)，化学键类型不同，A不符合题意；B项，SO3(分子晶体，极性共价键)和SiO2(共价晶体，极性共价键)，晶体类型不同，B不符合题意；C项，CO2(分子晶体，极性共价键)和冰(分子晶体，极性共价键)，化学键类型和晶体类型均相同，C符合题意；D项，NaCl(离子晶体，离子键)和HCl(分子晶体，极性共价键)，化学键类型和晶体类型均不同，D不符合题意；故选C。 【变式5-2】(25-26·浙江第二届NBchem高考模拟考试第二次联考)化合物Li3N的晶体结构如图所示，Li3N在水中的溶解度约为13g/100gH2O下列说法不正确的是( )    A．N3-的配位数为8 B．晶体类型为离子晶体 C．该化合物的热稳定性低于Na3N D．1mol该化合物与100mL水反应，有气体和沉淀生成 【答案】C 【解析】A项，Li3N中N3-与Li+个数比为1：3，从左侧俯视图可看出，与N3-在同一平面有6个Li+最近邻，结合晶胞图，还有上下棱心2个Li+最近邻，故N3-的配位数为8，A正确；B项，Li3N由活泼金属Li与活泼非金属N形成，由Li+和N3-构成，属于离子晶体，B正确；C项，碱金属氮化物中，只有Li3N可稳定存在，Na3N稳定性极差，室温即可分解；且Li+半径更小，Li3N晶格能更大，因此Li3N热稳定性高于Na3N，C错误；D项，Li3N与水发生水解反应：Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑，1molLi3N生成3molLiOH，LiOH在水中溶解度较小(约13g/100g)，3 mol LiOH(约72g)不能完全溶解在100mL水中，因此会生成NH3气体和LiOH沉淀，D正确；故选C。 【变式5-3】(25-26·浙江嘉兴八校联盟高二期中)完成下面各题： (1)甲、乙两种晶体的性质如下，试推断它们的晶体类型：甲：___________；乙：___________。 甲．熔点120.5℃，能溶于CS2，不溶于水 乙．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水 (2)某含铅化合物A的晶胞如图。 则A化学式为___________；距离Pb2+最近且等距的个数为___________。 (3)MgO晶胞空间构型与NaCl晶体相同，则MgO晶体的熔点___________NaCl晶体(填“>”或“<”)，并分析原因___________。 【答案】(1) 分子晶体 离子晶体 (2)CH3NH3PbI3 6 (3) > 由于离子半径：Mg2+小于Na+，O2-小于Cl-，同时离子所带电荷数：Mg2+大于Mg2+，O2-大于Cl-，所以氧化镁的离子键比氯化钠的离子键强，故氧化镁的熔点高 【解析】(1)甲熔点低，符合分子晶体特征，且根据相似相溶，非极性分子易溶于非极性溶剂CS2，因此甲为分子晶体；乙固态不导电(离子不能自由移动)、液态(熔融)导电(电离出自由移动离子)，符合离子晶体的性质，因此乙为离子晶体； (2)Pb2+在晶胞顶点，数目；CH3NH3+在晶胞体心，数目为1；I-在晶胞棱上，数目，因此化学式为CH3NH3PbI3；以顶点Pb2+为中心，沿三个互相垂直的坐标轴的正负方向上各有1个与之等距的I-，因此最近且等距的I-共6个； (3)离子所带电荷越高、离子半径越小，离子键更强，熔点越高；MgO中的离子为Mg2+、O2-，NaCl中的离子为Na+、Cl-，由于离子半径：Mg2+小于Na+，O2-小于Cl-，同时离子所带电荷数：Mg2+大于Na+，O2-大于Cl-，所以氧化镁的离子键比氯化钠的离子键强，故氧化镁的熔点高。 ▌题型06 晶胞计算 1．微粒间距离的计算 计算晶体中微粒间距离的方法 2．晶胞密度的有关计算 (1)晶胞参数与晶胞密度的关系 (2)晶胞中的几组几何公式(设棱长为a) ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③4r＝a(r为原子半径)。 ④4r＝a(r为原子半径)。 3．晶胞参数(边长)与半径的关系 晶体 晶体结构 图示关系 晶胞参数与边长关系 简单立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有a=2r 体心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，体对角线长为c，则有c＝a＝4r 面心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4r＝a 六方最密堆积晶胞 晶胞中原子球半径为r，六棱柱边长为a，高为h，则有a＝2r，h＝2倍四面体高 石墨 晶胞 设石墨晶胞的底边长为a cm，原子球直径为r，高为h cm，层间距d cm，则h＝2d，由图可知：a/2＝r×sin60°，得a＝r 金刚石晶胞 ( 金刚石晶胞 ) G点是空的，没有球，是正立方体的体心，A球心到E球心，是2个半径，即一个直径；同样，E球心到G，是2个半径，即一个直径，所以AG是两个直径，体对角线是AG的两倍，所以体对角线是4个直径，即8r，则有8r＝a 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有8r＝a。(体对角线上五球相切，其中有两个假想球) CaF2型晶胞(与金刚石类似) 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4(r+ + r－)＝a 4．金属晶体空间利用率的计算方法 (1)空间利用率的定义及计算步骤 ①空间利用率(η)：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比 ② (2)金属晶体空间利用率分类简析 ①简单立方堆积：如图所示，原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球＝πr3，V晶胞＝(2r)3＝8r3 空间利用率＝×100%＝×100%＝≈52% ②体心立方堆积：如图所示，原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2＝a2＋b2得a＝r。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%＝≈68% ③面心立方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ④六方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ⑤金刚石型堆积：设原子半径为R，由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出晶胞参数：a＝b＝c＝R，α＝β＝γ＝90°。每个晶胞中包含八个原子。 η＝×100%＝×100%≈34.01% 5．确定晶胞中原子坐标的方法 晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别≤1的数在立体坐标系中表示出来，如下图所示。 注意：在确定各原子的坐标时，要注意x、y、z轴的单位标准不一定相同。 【典例06】(26-27·浙江杭州学军中学返校考试)某氧化物立方晶胞结构如图1所示，已知该晶体晶胞体心存在空位时可导电，图2阴影表示晶胞的体对角面，晶胞参数为apm，设阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是( ) A．若使该晶体导电，则 B．若，则该晶体密度为 C．与O最近且等距的Ti有2个 D．阴影截面单位面积的O原子数为个 【答案】A 【解析】A项， 题目说明“晶胞体心存在空位时可导电”，也就是导电时体心位置必须有空位，因此 。 再根据化合物正负化合价代数和为0，正价总和等于负价总和：，整理得x+3y=2 。 若要满足，把c=2-3y代入不等式可得：，即 ，解得 ，A错误；B项，若，代入得，则1个晶胞的总质量。晶胞体积，密度，B正确；C项，O位于棱心，以某一个O为中心，沿该O所在棱的两个顶点方向，各有1个紧邻的Ti，因此与O最近且等距的Ti共2个，C正确；D项，阴影为立方晶胞的体对角面，是边长为a和的矩形，面积。该截面上共分摊到1个O原子，因此单位面积O原子数为，D正确；故选A。 【变式6-1】(25-26·浙江北斗联盟高三一模)α-Fe可用作合成氨催化剂、其立方晶胞如图所示(晶胞边长为a pm)。已知截面单位面积含有原子个数越多，催化活性越低。下列说法不正确的是( ) A．铁的配位数是8 B．α-Fe晶胞中Fe原子的半径为 C．n截面单位面积含有的Fe原子为(个/) D．m、n截面中，催化活性较低的是n 【答案】C 【解析】A项，铁原子位于体心和顶点，以体心为例最近且等距的铁原子为8个，故铁的配位数是8，A正确；B项，3个铁原子沿体对角线相切，故α-Fe晶胞中Fe原子的半径为，B正确；C项，n截面面积为，每个顶点被8个相邻晶胞共享，该截面上的4个顶点原子，每个对该平面的贡献为，体心原子完全属于本截面，所含原子数为，故n截面单位面积含有的Fe原子为，C错误；D项，m截面面积a2pm2，每个顶点被8个相邻晶胞共用​​，每个晶胞的面被两个晶胞共用，每个晶胞的顶点原子贡献个原子给该晶面，所含原子数为，单位面积原子数为，n截面单位面积含有的Fe原子为，截面单位面积含有Fe原子个数越多，催化活性越低，故催化活性较低是n，D正确；故选C。 【变式6-2】(25-26·浙江省宁波市镇海中学三模)我国在处理柴油车尾气中氮氧化物的排放方面取得突破性进展。一种二氧化铈(CeO2)晶体中，铈元素能在Ce4+和Ce3+之间改变氧化状态，将NO氧化为NO2，并引起氧空位的形成，得到新的铈氧化物，变化过程如图所示。下列说法错误的是( ) A．CeO2晶胞中Ce4+的配位数为8 B．CeO2晶胞中沿所有晶胞边长投影的俯视图都为 C．当1molCeO2发生变化时，可吸收标准状况下NO的体积为11.2 L D．若晶胞边长为a pm，CeO2晶体的密度为 【答案】C 【解析】首先分析CeO2晶胞结构：Ce位于顶点和面心，数目为；O位于晶胞内部，数目为8，Ce：O=1：2，符合CeO2的组成，该晶胞为萤石型结构。A项，萤石结构中，阳离子Ce4+的配位数为8，A正确；B项，CeO2是立方晶胞，沿任意晶胞边长方向投影，Ce投影为正方形顶点、边中点和中心，O的投影对应题图位置，投影符合该图，B正确；C项，反应后，1个晶胞(含4个Ce)形成1个氧空位，O数目变为7。根据电荷守恒，设Ce3+数目为x，Ce4+为4-x，可得： ，解得x=2，即2个Ce4+总共得到2个电子； NO被氧化为NO2，每个NO失去2个电子，电子守恒可得：4molCeO2反应消耗1molNO，因此1molCeO2反应消耗0.25molNO，标准状况下体积为，不是11.2L，C错误；D项，晶胞质量()，晶胞体积，密度，D正确；故选C。 【变式6-3】(22-23·浙江金华一中高三模拟检测)形形色色的物质，构成了我们这个五彩缤纷的世界。世上万物，神奇莫测，常常超乎人们按“常理”的想象。学习物质结构和性质的知识，能使你想象的翅膀变得更加有力。 (1)基态Ga原子简化的核外电子排布式是_______。 (2)HC≡CNa(乙炔钠)广泛用于有机合成，乙炔钠中C原子的杂化类型为_______。乙炔钠中存在_______(填字母)。 A．金属键    B．σ键    C．π键    D．氢键    E．配位键 F．离子键    G．范德华力 (3)钙和铁都是第四周期元素，且原子的最外层电子数相同，铁的熔沸点远高于钙，其原因是_______。 (4)某离子晶体的晶胞结构如图所示。 ①晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有_______个。 ②设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1晶胞的密度为ρg·cm-3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为_______cm。 【答案】(1)［Ar］3d104s24p1 (2) sp BCF (3)Fe的价电子数较多且原子半径较小，金属键较强，所以铁的熔沸点远高于钙 (4)12 【解析】(1)Ga原子核外有31个电子，根据能量最低原理，基态Ga原子核外电子排布式是［Ar］3d104s24p1； (2)HC≡CNa中C原子的孤电子对数为0，价电子对数为2，所以C原子的杂化类型为sp杂化；乙炔钠中C-H键为σ键，C≡C有1个σ键、2个π键，Na与C≡CH之间为离子键，故选BCF； (3)Fe的价电子数较多且原子半径较小，金属键较强，所以铁的熔沸点远高于钙； (4)①根据晶胞结构图，X原子构成面心立方晶胞，以顶点为研究对象，距离最近的3个X位于面心，所以每个X周围与它最近且距离相等的X共有3×8×=12个；②根据均摊原则，每个晶胞含有个X原子、8个Y原子，化学式为XY2,设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1，密度为ρg·cm-3，阿伏加德罗常数为NA，晶胞边长为acm，则，则，晶体中两个最近的X间的距离为晶胞面对角线的一半，距离为cm。 试卷第1页(共3页) 试卷第1页(共3页) 学科网（北京）股份有限公司 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 金属晶体与离子晶体 ▌题型01 金属键与金属晶体 【典例01】C 【变式1-1】C 【变式1-2】D 【变式1-3】D ▌题型02 离子晶体 【典例02】A 【变式2-1】B 【变式2-2】C 【变式2-3】C ▌题型03 过渡晶体与混合晶体 【典例03】C 【变式3-1】B 【变式3-2】A 【变式3-3】D ▌题型04 典型晶体模型结构分析 【典例04】B 【变式4-1】C 【变式4-2】A 【变式4-3】D ▌题型05 晶体类型的比较 【典例05】A 【变式5-1】C 【变式5-2】C 【变式5-3】(1) 分子晶体 离子晶体 (2)CH3NH3PbI3 6 (3) > 由于离子半径：Mg2+小于Na+，O2-小于Cl-，同时离子所带电荷数：Mg2+大于Mg2+，O2-大于Cl-，所以氧化镁的离子键比氯化钠的离子键强，故氧化镁的熔点高 ▌题型06 晶胞计算 【典例06】A 【变式6-1】C 【变式6-2】C 【变式6-3】(1)［Ar］3d104s24p1 (2) sp BCF (3)Fe的价电子数较多且原子半径较小，金属键较强，所以铁的熔沸点远高于钙 (4)12 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $