第三章晶体结构与性质（知识清单）高二化学（人教版2019选择性必修2）

晶体结构与性质知识导引知识清单一、物质的聚集状态与晶体的常识（一）物质的聚集状态1．物质的聚集状态除了固态、液态和气态之外，还有晶态、非晶态和塑晶态、液晶态等。2．物质并不一定都由分子构成，如气态的等离子体、液态的离子液体、固态的氯化钠、金刚石、石墨、二氧化硅、金属等都无分子。（1）等离子体：由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。（2）离子液体：熔点不高的仅由离子组成的液体物质。（3）液晶：介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。（二）晶体与非晶体1．晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有原子排列相对无序2．获得晶体的途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中析出。3．晶体与非晶体的比较晶体非晶体微观结构特征粒子周期性有序排列粒子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无鉴别方法间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X射线衍射实验举例NaCl、I2、Na晶体等玻璃、橡胶等（三）晶胞1．概念：描述晶体结构的基本单元。2．晶胞与晶体的关系常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。（1）“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙。（2）“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。（3）所有晶胞的形状及内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。3．晶胞中粒子数目的计算(以铜的晶胞为例)①位于顶角上的铜原子为8个晶胞共用。②位于面心上的铜原子为2个晶胞共用。③晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。4．均摊法确定晶胞中粒子的个数如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有eq\f(1,n)属于这个晶胞。(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献5．求化学式根据均摊法计算出一个晶胞中所含微粒数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。（四）晶体结构的测定测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。当单一波长的X射线通过晶体时，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰，而非晶体图谱中没有。1．关于晶体和非晶体的说法，正确的是()A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质B．晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同D．晶体和非晶体之间不可以相互转化【答案】C2．下列有关晶体常识的叙述错误的是()A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线C．晶体都具有自范性。自范性是晶体的本质属性D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形【答案】D【解析】水晶的化学成分是二氧化硅，属于晶体，而玻璃是混合物，属于非晶体，A正确；当单一波长的X射线通过晶体时，可发生衍射，可以看到明显的分立的斑点或者谱线，B正确；在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质，即晶体的自范性，C正确；晶体具有规则的几何外形，但非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。3．下列有关晶体常识的叙述错误的是()A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线C．晶体都具有自范性，自范性是晶体的本质属性D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形【答案】D【解析】晶体具有规则的几何外形，但非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。4．下列关于晶体的说法正确的是()A．粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形，故为非晶体B．晶体呈现自范性的过程是非自发的过程C．玛瑙和水晶皆为晶体，二者都是熔融二氧化硅快速凝固所形成的D．当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形【答案】D【解析】A项，有的固体粉末肉眼看不到晶体外形，放到光学显微镜下才可以看到整齐规则的晶体外形，粉末状的KNO3为晶体，错误；C项，玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的，错误。5．下列关于聚集状态的叙述中，错误的是()A．物质只有气、液、固三种聚集状态B．气态是高度无序的体系存在状态C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性【答案】A【解析】物质的聚集状态，除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等聚集状态，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B正确；据物质固态时微粒间距离较小可判断，固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分子间作用力也较强，表现出明显的流动性，D正确。6．已知CsCl晶体的密度为ρg/cm3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为()A．NAa3ρ B．eq\f(NAa3ρ,6)C．eq\f(NAa3ρ,4) D．eq\f(NAa3ρ,8)【答案】A【解析】由题图可知，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，即晶胞棱长为acm，体积为a3cm3，顶点在空间被8个晶胞共用，体心为1个晶胞拥有，可知含1个氯离子，Cs＋个数为8×eq\f(1,8)＝1，则由ρV＝eq\f(N·M,NA)可知，M＝eq\f(ρVNA,1)＝NAa3ρ(g/mol)，摩尔质量在以g/mol为单位时在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是NAa3ρ。7．CaC2晶体的晶胞结构(如图所示)与NaCl晶体的相似，但因为CaC2晶体中含有的哑铃形Ceq\o\al(2－,2)的存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法中正确的是()A．1个Ca2＋周围距离最近且等距离的Ceq\o\al(2－,2)数目为4B．该晶体中的阴离子和O2所含电子数相同C．6．4gCaC2晶体中含阴离子0．2molD．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有12个【答案】A【解析】晶胞沿一个方向拉长，再由题图中体心可知，1个Ca2＋周围距离最近的Ceq\o\al(2－,2)有4个，A正确；Ceq\o\al(2－,2)含电子数为2×6＋2＝14，O2的电子数为16，二者电子数不同，B错误；6．4gCaC2的物质的量为0．1mol，CaC2晶体中含有的阴离子为Ceq\o\al(2－,2)，则含阴离子的物质的量为0．1mol，C错误；晶胞沿一个方向拉长，与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋应为4个，D错误。8．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是()A．超氧化钾的化学式为KO2B．每个晶胞中含有8个K＋和4个Oeq\o\al(－,2)C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个D．晶体中0价氧原子和－2价氧原子个数比为1∶3【答案】A【解析】由题中的晶胞结构知，有8个K＋位于晶胞顶角，6个K＋位于晶胞面心，则晶胞中含有K＋的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Oeq\o\al(－,2)有12个位于棱上，1个处于体心，则晶胞中含有Oeq\o\al(－,2)的个数为12×eq\f(1,4)＋1＝4；超氧化钾的化学式为KO2；晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个；设晶体中0价氧原子和－2价氧原子的个数分别为x、y，则有x＋y＝8，x×0＋y×(－2)＝－4，得x∶y＝3∶1。9．科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是()A．11BN和10BN的性质无差异B．该晶体中含有σ键和π键C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子D．N原子周围等距且最近的N原子数为12【答案】D【解析】11B和10B互为同位素，11BN和10BN的性质相似，但不是完全相同，A错误；该晶体中只含有σ键，B错误；该晶胞中B位于顶点和面心，个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，N位于体内，个数为4，C错误。10．热敏电阻的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图所示，晶胞棱长为acm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。(1)写出该晶体的化学式：____________。(2)若将Ti4＋置于晶胞的体心，Ba2＋置于晶胞顶点，则O2－处于立方体的________位置。(3)在该物质的晶体中，每个Ti4＋周围距离相等且最近的Ti4＋有________个；若将它们连接起来，形成的空间结构为________。(4)若晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a＝________。【答案】(1)BaTiO3(2)面心(3)6正八面体(4)eq\r(3,\f(233,NAρ))【解析】(1)在该晶胞中Ba2＋、Ti4＋和O2－的离子个数比为1∶(8×eq\f(1,8))∶(12×eq\f(1,4))＝1∶1∶3，则该晶体的化学式为BaTiO3。分子晶体和共价晶体（一）分子晶体1．典型的分子晶体及其类别物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等2．分子晶体的堆积方式分子密堆积分子非密堆积空间特点通常每个分子周围有12个紧邻的分子(见图Ⅰ)每个分子周围紧邻的分子小于12个，空间利用率不高(见图Ⅱ)举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰3．两种典型分子晶体的结构物质晶胞结构特点干冰a．相邻分子间只存在范德华力b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个冰a．水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键b．由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引4．分子晶体的物理性质(1)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。(2)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，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。(3)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，具体熔、沸点高低比较如下：①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CO>N2。③分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。④对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>>。⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。（二）分子晶体的判断方法以及熔沸点的判断方法1．分子晶体的判断方法（1）依据物质的类别判断:部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。（2）依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断：组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。（3）依据物质的性质判断：分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。2．分子晶体熔沸点的判断方法（1）若不含有氢键:①组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高；②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高（2）若含有氢键:①组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于不含有分子间氢键的分子晶体。②组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于含有分子内氢键的分子晶体。（三）共价晶体1．定义：相邻原子间以共价键结合形成共价键三维骨架结构的晶体，不存在单个的小分子。2．3．其他常见的共价晶体(1)某些单质，如硼、硅、锗和灰锡等。(2)某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)(俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等。（四）共价晶体的物理性质以及典型例子1．共价晶体的物理特性及熔点比较(1)共价晶体的物理性质①一般熔点都很高、硬度都很大。②一般不导电，但晶体硅是半导体。③难溶于常见的溶剂。（2）共价晶体熔点比较对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，晶体的熔点越高。如金刚石、碳化硅、晶体硅的物理性质见下表：晶体键能/(kJ·mol－1)熔点/℃硬度金刚石(C—C)347335010碳化硅(C—Si)30126009晶体硅(Si—Si)22614157由于金刚石、碳化硅、晶体硅的结构相似，C原子半径小于Si原子半径，键能：C—C键>C—Si键>Si—Si键，所以三者的熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。2．典型共价晶体的结构模型物质晶体结构结构特点金刚石a．在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构b．晶体中C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取sp3杂化c．最小环上有6个碳原子且六个碳原子不在同一平面内d．晶体中C原子个数与C—C键个数之比为1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2二氧化硅a．每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构b．每个正四面体占有1个Si，4个“eq\f(1,2)O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2c．最小环上有12个原子，即6个O，6个Si注意：(1)二氧化硅晶体中，没有独立存在的SiO2分子，所以SiO2仅是代表二氧化硅晶体的元素组成的化学式，而不是二氧化硅晶体的分子式。(2)金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目：①金刚石(或晶体硅)中，1molC(或Si)形成2molC—C(或Si—Si)键；②碳化硅晶体中，1mol碳或1mol硅均形成4molC—Si键；③SiO2晶体中，1molSiO2晶体中有4molSi—O键。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】C2．HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有几个()A．3B．4C．5D．12【答案】B【解析】根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。3．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是()A．正硼酸晶体属于原子晶体B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关C．分子中硼原子符合8电子稳定结构D．含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键【答案】D【解析】A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，中的3个氢均形成氢键。4．如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键()A．2B．4C．8D．12【答案】A【解析】每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故其氢键个数为4×125．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其做出如下推测，其中不正确的是()A．SiCl4晶体是分子晶体B．常温常压下SiCl4是液体C．SiCl4分子是由极性键形成的极性分子D．SiCl4中Si原子采取sp3杂化【答案】C【解析】CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子，C错误。6．自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。如图甲为XeF4的结构示意图，图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是()A．XeF4是非极性分子B．XeF2晶体属于分子晶体C．一个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2D．若XeF2晶胞被拉伸为立方体，则XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为eq\f(\r(2)a,2)(a为晶胞边长)【答案】D【解析】根据XeF2的晶胞结构可知，立方体体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近且相等，该距离为体对角线长度的一半，即为3a27．已知干冰的晶胞结构如图所示，晶胞中距离最近的两个CO2分子间的距离为apm。下列说法正确的是()A．晶胞中每个CO2分子周围有8个紧邻的CO2分子B．晶胞的体积为2eq\r(2)a3×10－30cm3C．一个晶胞中平均含6个CO2分子D．CO2分子的空间结构是直线形，中心C原子采用sp3杂化【答案】B【解析】晶胞中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子数为3×8÷2＝12，A错误；该晶胞中距离最近的两个CO2分子间的距离为apm，即晶胞同一平面上顶角和面心上的两个二氧化碳分子之间的距离为apm，则晶胞棱长为apm＝a×10－10cm，晶胞体积为(a×10－10cm)3＝2a3×10－30cm3，B正确；该晶胞中二氧化碳分子的个数为8×18＋6×18．下列物质属于共价晶体的是()①干冰②SiO2③晶体硅④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA．①③④⑤⑥ B．②③④⑥C．②③ D．①②⑤⑥【答案】C【解析】干冰、白磷、氨基乙酸和固态He属于分子晶体，SiO2和晶体硅属于共价晶体。9．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是()A．共价晶体硬度通常比分子晶体大B．共价晶体的熔点较高C．分子晶体中有的水溶液能导电D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体【答案】D【解析】由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故共价晶体比分子晶体的熔点高，硬度大，A、B正确。有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl，C正确。干冰(固态CO2)是分子晶体，D错误。10．为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．1mol被CO还原成Fe，转移个电子B．标准状况下，11．2LH2O含有的共价键总数为C．常温下，将0．5molFe投入浓硫酸中，反应转移的电子数为D．2mol中含个分子【答案】A【解析】A．用磁铁矿炼铁的反应中，lmolFe3O4被CO还原成Fe，得关系式Fe3O4(FeO·Fe2O3)~3Fe，Fe元素从+2、+3价均变为0价，共降低8价，根据得失电子守恒可知，转移8mol电子，A正确；B．标准状况下，H2O不是气体，无法计算11．2LH2O的物质的量，无法判断共价键总数，B错误；C．常温下铁遇浓硫酸钝化，反应不能持续进行，无法判断反应转移的电子数，C错误；D．SiO2是由Si原子和O原子构成的共价晶体，没有SiO2分子，D错误；故选A。11．下列晶体性质的比较中错误的是()A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B．沸点：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4【答案】C【解析】A项，三种物质都是共价晶体，因为C的原子半径小于Si的，所以键长：C—C键<C—Si键<Si—Si键，键能：C—C键>C—Si键>Si—Si键，键能越大，共价晶体的熔点越高，正确；B项，NH3和PH3都是分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3的沸点较高，正确；C项，二氧化硅是共价晶体，硬度较大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，错误；D项，卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，正确。12．下列说法正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)()A．在含2molSi—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NAB．30g二氧化硅晶体中含有0．5NA个二氧化硅分子C．金刚石的熔点高与C—C键的键能有关D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体【答案】C【解析】1molSiO2中含有4molSi—O键，所以在含2molSi—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为NA，A错误；二氧化硅晶体属于共价晶体，所以二氧化硅晶体中没有分子，B错误；晶体硅属于共价晶体，晶体氖是分子晶体，D错误。13．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是()A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同B．Si3N4晶体是立体网状结构C．C3N4的熔点比Si3N4的低D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂【答案】B【解析】SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂。Si3N4是共价晶体，其晶体为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能大，故C3N4的熔点比Si3N4的高。14．中外科学家团队共同合成了T­碳。T­碳是将金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子形成的正四面体结构单元取代形成的碳的一种新型三维立方晶体，结构如图1所示。下列说法错误的是()A．每个T­碳晶胞中含32个碳原子B．T­碳结构中的最小夹角为109°28′C．T­碳属于共价晶体D．如图2是T­碳晶胞的俯视图【答案】B【解析】一个金刚石晶胞中，含有C原子的数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，将每个C原子换成形成正四面体结构的4个C原子，则T­碳晶胞中含有碳原子的数目为8×4＝32，A正确；4个碳原子形成的正四面体结构单元中，两个碳碳键之间的夹角为60°，B错误；C原子间以共价键结合形成空间网状结构，故T­碳属于共价晶体，C正确；由T­碳晶胞结构可知，其俯视图正确，D正确。15．(1)金刚砂(SiC)的硬度为9．5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为apm，则金刚砂的密度表达式为______________。(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中，每个Ga原子与________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为______________。若该硅晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm(用代数式表示即可)。【答案】(1)共价晶体12eq\f(4×40g·mol－1,（a×10－10cm）3×6.02×1023mol－1)(2)4正四面体eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(224,ρNA))【解析】(1)金刚砂(SiC)的硬度为9．5，硬度大，属于共价晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×8×eq\f(1,2)＝12；该晶胞中C原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10cm，体积V＝(a×10－10cm)3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×40g·mol－1,（a×10－10cm）3×6.02×1023mol－1)。(2)在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，则V＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(\f(28×8,NA),ρ)cm3＝eq\f(224,ρNA)cm3，晶胞的边长a＝eq\r(3,V)＝eq\r(3,\f(224,ρNA))cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的eq\f(1,4)，即eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(224,ρNA))cm三、金属晶体与离子晶体（一）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(1)通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体，包括纯金属和合金。(2)用电子气理论解释金属的物理性质3．金属晶体熔、沸点的比较金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低(－38．9℃)，而铁(1535℃)等金属熔点很高。这是由于金属阳离子与自由电子的静电作用(金属键)不同而造成的差别。金属晶体的熔、沸点高低和金属键的强弱有关。金属原子价电子数越多，离子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔、沸点就越高，反之越低。例如：元素周期表中碱金属单质的熔、沸点从上到下逐渐降低——价电子数相同，离子半径逐渐增大。（二）离子晶体1．离子晶体(1)定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)微粒间的作用力：离子键。(3)离子晶体的性质熔、沸点熔、沸点较高，难挥发硬度硬度较大，难以压缩导电性固体不导电，但在熔融状态下或水溶液中能导电2．离子晶体的结构特点(1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键，由于离子键没有方向性和饱和性，故离子晶体一般采取密堆积方式。(2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。(3)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。3．离子晶体的性质性质原因熔、沸点离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。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。但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离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。熔融状态或溶于水时，解离成自由移动的离子而导电溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中延展性无延展性4．常见离子晶体的晶胞结构(1)NaCl型如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－是6个(上、下、左、右、前、后各1个，即配位数是6)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Na＋也是6个(即配位数是6)，构成正八面体。由此可推知该晶体的化学式为NaCl。每个Na＋周围距离最近的Na＋是12个(上层4个，同层4个，下层4个)，每个Cl－周围距离最近的Cl－也是12个。每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4，Cl－数是4。由此也可推知该晶体的化学式为NaCl。(2)CsCl型如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－是8个(即配位数是8)，构成正六面体；每个Cl－周围距离最近的Cs＋也是8个(即配位数是8)，构成正六面体。由此可推知该晶体的化学式为CsCl。每个Cs＋周围距离最近的Cs＋是6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Cl－也是6个，构成正八面体。每个晶胞中实际拥有的Cs＋数是1，Cl－数是1。由此也可推知该晶体的化学式为CsCl。(3)CaF2型如图所示，每个Ca2＋周围距离最近的F－是8个(即配位数是8)，构成正六面体；每个F－周围距离最近的Ca2＋是4个(即配位数是4)，构成正四面体。由此可推知该晶体的化学式为CaF2。每个Ca2＋周围距离最近的Ca2＋是12个(上层4个，同层4个，下层4个)；每个F－周围距离最近的F－是6个(上、下、左、右、前、后各1个)。每个晶胞中实际拥有的Ca2＋数是4，F－数是8。由此也可推知该晶体的化学式为CaF2。（三）过渡晶体与混合型晶体1．过渡晶体典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体，当某晶体中的离子键成分大于共价键成分时，通常当作离子晶体来处理，当离子键成分小于共价键成分时，通常当作共价晶体来处理，当离子键成分接近于共价键成分时我们称之为过渡晶体；四类晶体都有过渡型。2．混合型晶体——石墨石墨晶体中，既有共价键，又有类似金属键的作用力，还有范德华力，属于混合型晶体。石墨的结构特点及晶体类型3．石墨晶体的结构石墨晶体具有层状结构(如图所示)，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3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；每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。正是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大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。这些网络状的平面结构以范德华力结合形成层状结构，这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有类似金属键的作用力。因此石墨晶体是一种混合型晶体。在石墨晶体中，每个碳原子参与了3个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，每个碳原子被3个正六边形共用，故每个正六边形平均占有的碳原子数为6×eq\f(1,3)＝2，碳原子个数与C—C键键数之比为1∶(3×eq\f(1,2))＝2∶3。4．石墨晶体独特的性质(1)导电性：石墨有导电性，而且由于相邻碳原子平面相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿着石墨平面的方向。(2)润滑性：石墨晶体层与层之间存在范德华力，结合力弱，层与层之间可发生相对滑动，使之具有润滑性。可用作润滑剂、铅笔笔芯等。(3)石墨的熔、沸点很高，石墨的熔点比金刚石还高。1．下列有关金属元素特征的叙述正确的是()A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．一般情况下，金属元素在化合物中显正价C．金属元素在不同的化合物中的化合价均不同D．金属元素的单质在常温常压下均为金属晶体【答案】B【解析】A项，对于变价金属，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2＋；C项，有的金属元素只有一种正化合价，如Mg；D项，金属汞在常温常压下为液体。2．有关离子晶体的下列说法不正确的是()A．离子晶体在熔融状态时都能导电B．离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度C．离子晶体中阴、阳离子个数比为1∶1D．氯化钠溶于水时离子键被破坏【答案】C3．银是导电性最好的金属材料，银能导电的原因是()A．金属银晶体中银离子与自由电子间的相互作用力较大B．银晶体中的自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动C．银晶体中的银离子在外加电场的作用下可发生定向移动D．银晶体在外加电场作用下可失去电子【答案】B【解析】组成金属晶体的微粒为金属离子和自由电子，在外加电场的作用下自由电子可发生定向移动，故金属能导电，B正确。4．下列关于金属键或金属的性质说法正确的是()①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高④金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属A．①② B．②③C．③④ D．①④【答案】C5．氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列关于CaF2的表述正确的是()A．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电B．F－的半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2C．阴、阳离子数目之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体结构相同D．Ca2＋与F－间只存在静电吸引【答案】A【解析】F－的半径小于Cl－，则CaF2的离子键强度大于CaCl2，CaF2的熔点高于CaCl2，故B错误；阴、阳离子数目之比为2∶1的物质与CaF2晶体结构可能相同，也可能不同，故C错误；Ca2＋与F－间既存在静电吸引，又存在电子与电子、原子核与原子核之间的同性电荷产生的排斥力，故D错误。6．下列叙述正确的是()A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流C．金属导热是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而减弱【答案】D【解析】金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，故A错误；金属里的自由电子在外加电场作用下才能发生定向移动而形成电流，故B错误；金属导热是自由电子在热的作用下与金属原子碰撞将能量进行传递，故C错误。7．下列氧化物中所含离子键成分的百分数最小的是()A．N2O3 B．P2O3【答案】A8．某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：NaClMgCl2AlCl3SiCl4PCl5熔点/℃801712190－68148沸点/757160根据这些数据分析，下列说法正确的是()A．NaCl、MgCl2、AlCl3均为离子晶体B．AlCl3、SiCl4、PCl5均为分子晶体C．MgCl2的化学键离子成分低于SiCl4D．加热AlCl3晶体发生熔化时破坏的作用力为共价键【答案】B9．石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图：下列有关说法正确的是()A．石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化B．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子C．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键D．石墨烯具有导电性【答案】D【解析】石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，故A错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，不破坏化学键，故C错误。10．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。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，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是()A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电B．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大C．两种晶体均为分子晶体D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间结构为平面三角形【答案】D11．下表给出几种氯化物的熔点和沸点：NaClAlCl3SiCl4熔点/℃801190－70沸点/℃141318057．57有关表中所列三种氯化物的性质，以下叙述正确的是()①氯化铝在加热时能升华②四氯化硅在晶态时属于分子晶体③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合④氯化铝晶体属于离子晶体A．②③ B．③④C．①② D．①②③④【答案】C【解析】由表格中的数据可知，AlCl3的沸点低于熔点，加热时能升华，故①正确；SiCl4的熔、沸点较低，在晶态时属于分子晶体，故②正确；NaCl的熔、沸点较高，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，故③错误；AlCl3的熔、沸点都较低，属于分子晶体，故④错误。12．石墨烯是只由一层碳原子所构成的平面薄膜，其结构模型如图所示。下列有关说法错误的是()A．晶体中碳原子间全部是碳碳单键B．石墨烯与石墨都是碳的同素异形体C．石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面【答案】A13．黑磷晶体是一种比石墨烯更优秀的新型导电材料，其晶体结构是与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是()A．黑磷晶体中层与层之间的作用力是氢键B．黑磷晶体中磷原子均采用sp2杂化C．黑磷与红磷、白磷互为同素异形体D．黑磷晶体是分子晶体【答案】C【解析】黑磷晶体中层与层之间的作用力是范德华力，故A错误；黑磷晶体中磷原子杂化方式为sp3杂化，故B错误；黑磷晶体类似石墨，故是混合型晶体，故D错误。14．如图所示分别为四种物质对应的结构示意图，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是()A．18g冰中含O—H键数目为2NAB．28g晶体硅中含有Si—Si键数目为2NAC．44g干冰中含有NA个晶胞结构单元D．石墨烯是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含C—C键数目为1．5NA【答案】C【解析】1个水分子中含有2个O—H键，18g冰的物质的量为1mol，含O—H键数目为2NA，故A正确；28g晶体硅中含有1mol硅原子，1个硅原子与另外4个硅原子形成4个Si—Si键，每个Si—Si键被2个Si原子共用，则每个硅原子占有的共价键数目为eq\f(1,2)×4＝2，则1mol单质硅含有2NA个Si—Si键，故B正确；1个干冰晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44g干冰中含有晶胞结构单元个数为eq\f(NA,4)，故C错误；在石墨烯中，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子形成3个C—C键，每个C—C键被2个C原子共用，因此石墨烯中碳原子数与C—C键键数之比为2∶3，所以每个碳原子实际占有的化学键数目为1．5，12g石墨烯所含C—C键数目为1．5NA，故D正确。15．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为__________。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。【答案】(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合型(4)σσπ四、配合物与超分子（一）配合物1．配合物[Cu(H2O)4]2＋的名称为四水合铜离子，呈蓝色。在此离子中铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的，这类“电子对给予—接受”键被称为配位键。配合物：通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。2．配位键的形成条件(1)成键原子一方能提供孤电子对。能提供孤电子对的分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。(2)成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。(3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等。3．配合物的组成配合物由中心原子或离子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分为内界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为①中心原子(或离子)：提供空轨道接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Cu2＋、Zn2＋、Fe等。②配体：提供孤电子对的分子或离子。配体可以是阴离子，如X－(卤素离子)、OH－、SCN－等，也可以是中性分子，如H2O、NH3、CO等。配位原子必须是含有孤电子对的原子，通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。③配位数：直接同中心原子(或离子)配位的原子数目叫中心原子(或离子)的配位数，如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数是6。注意：配合物内界微粒很难电离(电离程度很小)，如[Co(NH3)5Cl]Cl2=[Co(NH3)5Cl]2＋＋2Cl－，因此，[Co(NH3)5Cl]Cl2内界中的Cl－不能被Ag＋沉淀，只有外界的Cl－才能与硝酸银溶液反应产生沉淀。4．配合物形成的实验探究实验操作实验现象有关离子/化学方程式滴加氨水后，试管中首先出现难溶物，氨水过量后难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋eq\a\vs4\al(2NHeq\o\al(＋,4))Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4](OH)2溶液颜色变为红色，可鉴定溶液中存在Fe3＋Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3试管中首先出现白色沉淀，滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈无色Ag＋＋Cl－=AgCl↓AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]Cl5．配合物的形成对物质性质的影响①对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以分别溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。难溶于水的金属化合物还可溶于过量氨水中，如银氨溶液的制备原理：Ag＋＋NH3·H2O=AgOH↓＋NHeq\o\al(＋,4)AgOH＋2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O②颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，形成的配离子的颜色是红色的，反应的离子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－=[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)③稳定性增强：配合物具有较强的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当配离子的中心原子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。6．配合物的应用配合物广泛存在于自然界中，在人和动物体内起输送O2作用的血红素是Fe2＋的配合物；在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。（二）超分子1．超分子的定义及其结构特点超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，分子间的相互作用有人将其概括为非共价键，有人则将其限于分子间作用力。超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。2．超分子的特性超分子的重要特征是分子识别和自组装。1．0．01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量的AgNO3处理，产生0．01molAgCl沉淀，此氯化铬最可能是()A．[Cr(H2O)6]Cl3B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2OC．[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2OD．[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O【答案】C【解析】0．01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量的AgNO3处理，产生0．01molAgCl沉淀，说明1mol氯化铬(CrCl3·6H2O)中有1mol氯离子在外界，其余在内界，而正三价铬为六配位，则此氯化铬最可能是[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O。2．向硫酸铜溶液中逐渐通入过量氨气，然后加入适量乙醇，溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O。关于该晶体下列说法中错误的是()A．加入乙醇的目的是降低溶剂的极性，促使[Cu(NH3)4]SO4·H2O析出B．该配合物晶体中，N是配位原子，NH3为三角锥形，配位数是4C．配离子内N原子排列成为平面正方形，可见Cu2＋采取sp3杂化D．向该晶体的水溶液中加入浓BaCl2溶液有白色沉淀生成【答案】C【解析】配离子内N原子形成平面正方形，Cu2＋不为sp3杂化，C错误。3．某物质的结构如图所示：下列有关该物质的分析中正确的是()A．该物质分子中不存在σ键B．该物质的分子内只存在共价键和配位键两种作用力C．该物质是一种配合物，其中Ni为中心原子D．该物质的分子中C、N、O均存在孤电子对【答案】C【解析】A项，该物质中碳原子之间、碳氢原子间、碳氮原子间等，均存在σ键；B项，该物质中H、O间存在氢键，C与其他原子间存在共价键，Ni、N之间存在配位键，所以该物质的分子内存在氢键、共价键、配位键三种作用力；C项，Ni具有空轨道，接受孤电子对，是配合物的中心原子；D项，C最外层的4个电子全部参与成键，没有孤电子对。4．关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是()A．配体是Cl－和H2O，配位数是9B．中心离子是Ti4＋，配离子是[TiCl(H2O)5]2＋C．内界和外界中的Cl－的数目比是1∶2D．加入足量AgNO3溶液，所有Cl－均被完全沉淀【答案】C【解析】配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中配体是Cl－和H2O，配位数是