第3讲　晶体结构与性质

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第3讲　晶体结构与性质[考纲要求]　1.理解离子键的含义，能说明离子键的形成。2.了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。3.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。4.能用金属键的自由电子理论解释金属的某些物理性质。5.知道金属晶体的基本堆积方式，了解简单晶体的晶胞结构特征。6.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒、微粒间作用力的区别。考点一　晶体常识1．晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验2.得到晶体的途径(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．晶胞(1)概念描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。深度思考判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)固态物质一定是晶体(　　)-28- (2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同(　　)(3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列(　　)(4)凡有规则外形的固体一定是晶体(　　)(5)固体SiO2一定是晶体(　　)(6)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√1．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b的个数比是__________，丙中一个晶胞中有________个c离子和______个d离子。答案　2∶1　1∶1　4　4解析　甲中N(x)∶N(y)＝1∶(4×)＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×)＝1∶1；丙中N(c)＝12×＋1＝4，N(d)＝8×＋6×＝4。2．下图为离子晶体空间构型示意图：(阳离子，阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、C________。答案　MN　MN3　MN2解析　在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，M∶N＝∶＝1∶3；在C中含M：×4＝(个)，含N为1个。3．已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。-28- 答案　5解析　La：2×＋12×＝3Ni：12×＋6×＋6＝15所以n＝5。4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．3∶9∶4B．1∶4∶2C．2∶9∶4D．3∶8∶4答案　B解析　A粒子数为6×＝；B粒子数为6×＋3×＝2；C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。5．如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。答案　＋3价解析　R：8×＋1＝2-28- G：8×＋8×＋4×＋2＝8Q：8×＋2＝4R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。6.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如右图所示。则该化合物的化学式为________。答案　CuH解析　根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H()：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。7．科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为________。答案　3∶1解析　根据晶胞结构可以判断C60：8×＋1＝2，K：2×6×＝6，所以K原子与C60分子的个数之比为3∶1。　晶胞计算的思维方法1．晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。2．“均摊法”原理-28- 特别提醒　①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。②在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。考点二　突破四类晶体的组成和性质1．四类晶体的比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力分子间作用力共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多数易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素X2)、部分非金属氧化物(如CO2、SO2)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)-28- 、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)2．离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。(2)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。深度思考1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(　　)(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(　　)(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(　　)(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(　　)(5)离子晶体一定都含有金属元素(　　)(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(　　)答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√2．CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似，你知道原因吗？答案　决定二者物理性质的因素：晶体类型及结构、微粒间的作用力。CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而C—O与Si—O键都是极性键。特别提醒　(1)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710℃，MgO的熔点为2852℃。(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97℃，尿素的熔点为132.7℃。3．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。(1)其中只含有离子键的离子晶体是_______________________________________________。(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________。(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________。(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。(5)其中含有极性共价键的非极性分子是__________________________________________。-28- (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________。(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________________。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是_________________________________。答案　(1)NaCl、Na2S　(2)NaOH、(NH4)2S(3)(NH4)2S　(4)Na2S2　(5)CO2、CCl4、C2H2(6)C2H2　(7)H2O2　(8)SiO2、SiC题组一　晶体类型的判断1．有下列八种晶体：A.水晶　B．冰醋酸　C．氧化镁　D．白磷　E．晶体氩　F．铝　G．氯化铵　H．金刚石。用序号回答下列问题：(1)直接由原子构成的晶体是________，属于原子晶体的化合物是__________。(2)由极性分子构成的晶体是________，含有共价键的离子晶体是________，属于分子晶体的单质是________。(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_____________________________；受热熔化后化学键不发生变化的是__________，需克服共价键的是__________。答案　(1)AEH　A　(2)B　G　DE　(3)F　BDF　AH2．现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶体：1410℃Na：98℃HCl：－115℃KCl：776℃硼晶体：2300℃K：64℃HBr：－89℃RbCl：718℃二氧化硅：1723℃Rb：39℃HI：－51℃CsCl：645℃据此回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于__________________________________________________。(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为________________________________________________________________________。解题指导　通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。-28- 答案　(1)原子　共价键　(2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)　(4)②④(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)I2B．SiCl4PH3D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3-28- 答案　C解析　A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。5．离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是(　　)A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl答案　C解析　离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大。6．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)A．O2、I2、HgB．CO、KCl、SiO2C．Na、K、RbD．Na、Mg、Al答案　BD解析　A项，中Hg在常温下为液态，而I2为固态；B项，中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低；C项，中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低；D项，中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高。　分类比较晶体的熔、沸点1．不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。2．原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>硅。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，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。4．分子晶体-28- (1)分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。(2)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，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4，F2N2，CH3OH>CH3CH3。(4)同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。考点三　突破五类晶体模型1．原子晶体(金刚石和二氧化硅)(1)金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。(2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1molSiO2中含有4molSi—O键。2．分子晶体(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。(2)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1molH2O的冰中，最多可形成2mol“氢键”。3．离子晶体-28- (1)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－。(2)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。4．石墨晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。5．常见金属晶体的原子堆积模型结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积Cu、Ag、Au12体心立方堆积Na、K、Fe8六方最密堆积Mg、Zn、Ti12特别提醒　(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)：每个面上有4个，共计12个。(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。深度思考1．在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？-28- 答案　不一样，金刚石中表示的是C—C共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力；分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的C===O键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。2．下列排列方式中，A.ABCABCABC　B．ABABABABAB　C．ABBAABBA　D．ABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是____________；属于铜型堆积方式的是______。答案　B　A题组一　重视教材习题，做好回扣练习1．(选修3P82－2)下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是(　　)A．O2和SiO2B．NaI和I2C．CO2和H2OD．CCl4和NaCl答案　C2．(选修3P84－1)在单质的晶体中，一定不存在(　　)A．离子键B．分子间作用力C．共价键D．金属离子与自由电子间的作用答案　A3．(选修3P84－7)X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法中不正确的是(　　)A．X的单质固态时为分子晶体B．Y的单质为原子晶体C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体D．X与碳形成的化合物为分子晶体答案　C4．(选修3P84－8)下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是(　　)A．Na2O和SiO2熔化B．Mg和S熔化C．氯化钠和蔗糖熔化D．碘和干冰升华答案　D题组二　强化记忆晶胞结构5．判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在线上。-28- (1)干冰晶体②；(2)氯化钠晶体①；(3)金刚石④；(4)碘晶体③；(5)氟化钙⑥；(6)钠⑤；(7)冰晶体⑧；-28- (8)水合铜离子⑦；(9)H3BO3晶体⑩；(10)铜晶体⑨。题组三　对晶胞结构的考查6．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　)A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻6个Cl－D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子答案　BC解析　氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，距离相等且最近的Cl－共有6个。7．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是______，平均每个晶胞所占有的原子数目是__________。(3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第__________周期第________族，元素符号是________，最外层电子排布式是__________。答案　(1)非密置　4　密置　6(2)6　1(3)六　ⅥA　Po　6s26p4探究高考　明确考向　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.[2014·江苏，21(A)—(5)]Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为__________。-28- 答案　122．[2014·四川理综，8(3)]Z基态原子的M层与K层电子数相等，它与某元素形成的化合物的晶胞如下图所示，晶胞中阴离子和阳离子的个数之比是_____________________。答案　2∶13．[2014·新课标全国卷Ⅰ，37(3)(4)]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。Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为______。列式表示Al单质的密度________g·cm－3。答案　16　12　4．[2014·新课标全国卷Ⅱ，37(4)(5)]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。(5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是____________________________________________________________________________________________________________________。答案　(4)＋1(5)SO　共价键和配位键　H2O　H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱解析　(4)e为Cu，c为O，由图1可知，晶胞中含Cu原子为4个，含O原子为8×＋1＝2个，故化学式为Cu2O，O为－2价，则Cu为＋1价。(5)含有H、N、O、S、Cu5种元素的化合物，结合课本选修3络合物有关知识和题目所给信息，观察中心为1个Cu2＋，周围为4个NH3-28- 分子和2个H2O分子，得到该化合物化学式为[Cu(NH3)4]SO4·2H2O，加热时，由于H2O和Cu2＋作用力较弱会先失去。5．[2014·福建理综，31(2)(3)(4)]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。(2)关于这两种晶体的说法，正确的是________(填序号)。a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c．两种晶体中的B—N键均为共价键d．两种晶体均为分子晶体(3)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构型为______________，其结构与石墨相似却不导电，原因是____________________________________________。(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为____________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是______________________________________________。答案　(2)bc(3)平面三角形　层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3　高温、高压解析　(2)立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有σ键和π键无关，与晶体的结构有关，即立方相氮化硼晶体为原子晶体，硬度较大，a错误；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的，故其作用力小，质地较软，b正确；B和N都是非金属元素，两种晶体中的B—N键都是共价键，c正确；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，属于混合型晶体，立方相氮化硼晶体为原子晶体，d错误。(3)六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，同一层上的原子在同一平面内，根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知，1个B原子与3个N原子相连，故为平面三角形结构；由于B最外层有3个电子都参与了成键，层与层之间没有自由移动的电子，故不导电。(4)立方相氮化硼晶体的结构与金刚石相似，故B原子为sp3杂化；该晶体存在地下约300km的古地壳中，因此制备需要的条件是高温、高压。-28- 6．(2014·海南，19节选)Ⅰ.对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是(　　)A．SiX4难水解B．SiX4是共价化合物C．NaX易水解D．NaX的熔点一般高于SiX4答案　BD解析　A项，硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl、SiF4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HF，错误；B项，硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成，属于共价化合物，正确；C项，钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐，不发生水解，错误；D项，钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，正确。Ⅱ.碳元素的单质有多种形式，下图依次是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。(5)金刚石晶胞含有____________个碳原子。答案　(1)同素异形体　(2)sp3　sp2(3)分子　混合(4)σ　σ　π(或大π或ppπ)(5)8解析　(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们的组成元素相同，结构不同、性质不同，互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体；石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在C—C之间的σ键；石墨层内的C—C之间不仅存在σ-28- 键，还存在π键。(5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，所以金刚石晶胞中C原子数目为4＋6×＋8×＝8。7．(2014·山东理综，33)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。答案　(1)3　(2)sp3　<　(3)O、H　(4)12　M3C60解析　(1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都可与其他3个碳原子形成共价键。(2)图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109°28′。(3)只有电负性较大的非金属元素与氢元素才可形成氢键。(4)一个晶胞中M原子的个数为12×＋9＝12；一个晶胞中C60的个数为8×＋6×＝4，M与C60的个数比为3∶1，故该材料的化学式为M3C60。8．[2013·新课标全国卷Ⅰ，37(2)(3)(4)(6)](2)硅主要以硅酸盐、________等化合物的形式存在于地壳中。(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________-28- 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为__________________。(6)在硅酸盐中，SiO四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中Si原子的杂化形式为______________，Si与O的原子数之比为______________化学式为________________。答案　(2)二氧化硅(3)共价键　3(4)Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2(6)sp3　1∶3　[SiO3](或SiO)解析　(3)金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是(6)在多硅酸根中每个硅原子都与4个O形成4个Si—O单键，因而Si原子都是sp3杂化；观察图(b)可知，每个四面体通过两个氧原子与其他四面体连接形成链状结构，因而每个四面体中硅原子数是1，氧原子数为＝2＋2×＝3，即Si与O的原子个数比为1∶3，化学式为[SiO3]。9．[2013·新课标全国卷Ⅱ，37(3)①(4)]前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。①该化合物的化学式为______________；D的配位数为__________。-28- (4)A－、B＋和C3＋三种离子组成的化合物B3CA6，其中化学键的类型有______________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________________，配位体是____________。答案　(3)①K2NiF4　6(4)离子键、配位键　[FeF6]3－　F－解析　有4个未成对电子的一定是过渡金属，前四周期元素中只有3d64s2符合，因而C为Fe元素，顺推出D为Ni，B为K，A为F。(3)①A(F)原子数＝×16＋×4＋2＝8B(K)原子数＝×8＋2＝4D(Ni)原子数＝×8＋1＝2即该化合物的化学式为K2NiF4D的配位体是距其最近的异种原子A，分别在它的前面、后面、左边、右边、上边、下边，共6个A原子。(4)在K3FeF6中含有K＋与[FeF6]3－之间的离子键和[FeF6]3－中Fe3＋与F－之间的配位键，在配离子[FeF6]3－中F－是配位体。练出高分一、单项选择题1．下列对晶体类型判断正确的是(　　)选项Na2B2O7CaF2H3BO3NH3A原子晶体金属晶体原子晶体分子晶体B离子晶体分子晶体离子晶体分子晶体C离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体D分子晶体离子晶体分子晶体离子晶体答案　C2．关于晶体的叙述中，正确的是(　　)A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高B．分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定C．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高D．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体答案　A解析　B项，分子的稳定性取决于分子内部的共价键强弱，与分子间作用力无关；C项，分子晶体熔、沸点高低，取决于分子间作用力的大小；D项，也可能是分子晶体，如HCl。3.-28- 右图是金刚石晶体的结构示意图，则关于金刚石的描述不正确的是(　　)A．C—C键键角都为109°28′B．最小的环由6个C原子构成C．可溶于非极性溶剂D．1mol金刚石含有2molC—C键答案　C4．近年来，科学家合成一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知，最简单的氢铝化合物Al2H6的球棍模型如下图所示，它的熔点为150℃，燃烧热极高。下列说法肯定错误的是(　　)A．Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体B．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水C．氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料D．氢铝化合物中可能存在组成为AlnH2n＋2的物质(n为正整数)答案　D解析　D项，其通式应为AlnH3n。5．有关化学键和晶体的说法中正确的是(　　)A．离子键的本质是静电作用，阴阳离子电荷越大、离子半径越小，静电作用越强B．共价键的本质是共用电子对，因此必须由成键的两原子各提供一个电子形成C．分子晶体的基本微粒是分子，分子晶体溶沸点由分子内部共价键强弱决定D．原子晶体由于是空间网状结构，因此只能由碳、硅两元素构成答案　A6．下列说法正确的是(　　)A．由于铵盐中是有离子键构成的，因而化学性质相当稳定B．分子晶体中都存在分子间作用力，但可能不存在共价键C．在常见的四种晶体类型中，都有“原子(离子)半径越大，物质熔点越低”的规律D．常温下为气态或液态的物质，其固态时一定会形成分子晶体答案　B-28- 7．下列物质中一定含有离子的是(　　)A．晶体氯．液态氯化铝C．液态氯化氢．次氯酸钙答案　D二、不定项选择题8．下列叙述正确的是(　　)A．离子晶体中，一定存在离子键，也可能存在其他化学键B．在氧族元素(O、S、Se、Te)的氢化物中，水的沸点最低C．NaHSO4、Na2O2晶体中的阴阳离子个数比均为1∶2D．晶体的熔点：金刚石>碳化硅>单晶硅答案　AD解析　B中氧族元素的氢化物都是分子晶体，其熔沸点的高低取决于分子间作用力，水分子之间存在氢键使得其熔沸点特别高。9.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。如右图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是(　　)A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个OB．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O周围有8个K＋C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个D．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有6个答案　AC解析　由题中的晶胞结构知：有8个K＋位于顶点，6个K＋位于面心，则晶胞中含有的K＋数为(8×)＋(6×)＝4(个)；有12个O位于棱上，1个O处于中心，则晶胞中含有O数为12×＋1＝4(个)，所以超氧化钾的化学式为KO2；每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，与每个K＋距离最近的K＋有12个。10．下列有关说法不正确的是(　　)-28- A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2＋C．H原子的电子云图如图丙所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图丁所示，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12答案　C解析　电子云是用来表示电子出现的概率，但不代表有一个电子在那里，C项错。三、非选择题11．下图为几种晶体或晶胞的示意图：请回答下列问题：(1)上述晶体中，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，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，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是________________________________。答案　(1)金刚石晶体(2)金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰(3)小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)