晶体结构与性质

晶体结构与性质1．练中回扣晶体结构与性质的基本点(1)用“”“”或“＝”表示下列物质的熔沸点关系：①H2O______H2S②CH4______CCl4③Na______Mg④CaO______MgO⑤金刚石______石墨⑥SiO2______CO2(2)如图为NaCl晶胞示意图，边长为acm，在1mol的晶胞中，①含有________个Na＋，1个Na＋周围与其距离最近并且距离相等的Cl－有________个，形成________构型。②NaCl的密度为____________。答案：(1)①②③④⑤⑥(2)①4NA6正八面体②ρ＝4×58.5a3NAg·cm－32．掌握比较晶体熔、沸点高低的规律方法(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、铂等熔点很高，汞、铯等熔点很低。(2)同类型晶体的熔、沸点高低一般规律①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＞碳化硅＞硅。②离子晶体一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞NaCl＞CsCl。③分子晶体a．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、沸点反常地高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b．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。SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．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，其熔、沸点越高。如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。④金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，金属熔、沸点就越高。如熔、沸点：Al＞Mg＞Na。3．辨清析透几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目A．NaCl(含4个Na＋，4个Cl－)B．干冰(含4个CO2)C．CaF2(含4个Ca2＋，8个F－)D．金刚石(含8个C)E．体心立方(含2个原子)F．面心立方(含4个原子)考向一晶体的类型与性质判断1．按要求回答下列问题：(1)(2016·全国甲卷)单质铜及镍都是由________键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICuINi的原因是______________________。(2)(2016·全国丙卷)①GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是______________________________。②GaAs的熔点为1238℃，其晶胞结构如图所示，该晶体的类型为______，Ga与As以________键结合。(3)(2015·全国卷Ⅱ)单质O有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是______________________________________；O和Na的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。解析：(1)单质铜及镍都是由金属键形成的晶体，Cu、Ni失去一个电子后电子排布式分别为[Ar]3d10、[Ar]3d84s1，铜的3d轨道全充满，达到稳定状态，所以Cu的第二电离能相对较大。(2)①根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。②根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知其是原子晶体。(3)O元素形成O2和O3两种同素异形体，固态时均形成分子晶体，而分子晶体中，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点越高，故O3的沸点高于O2。O元素形成的氢化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶体。Na元素形成的氢化物为NaH，属于离子晶体。答案：(1)金属铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(2)①GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体②原子晶体共价(3)O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体2．(1)C60和金刚石都是碳的同素异形体，二者相比较熔点高的是________。(2)超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛，氮化铝晶体与金刚石类似，每个Al原子与________个N原子相连，与同一个N原子相连的Al原子构成的空间构型为__________，氮化铝晶体属于________晶体。(3)金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液态Ni(CO)4，呈正四面体构型。试推测Ni(CO)4的晶体类型是________，Ni(CO)4易溶于下列______(填字母)。A．水B．四氯化碳C．苯D．硫酸镍溶液(4)AlCl3在177.8℃时升华，蒸气或熔融状态以Al2Cl6形式存在。下列关于AlCl3的推断错误的是________。A．氯化铝为共价化合物B．氯化铝为离子化合物C．氯化铝难溶于有机溶剂D．Al2Cl6中存在配位键解析：(1)C60是分子晶体、金刚石是原子晶体，所以金刚石的熔点远远高于C60的。(2)由金刚石结构每个C原子均以sp3杂化与其他四个C原子相连形成四个共价键构成正四面体结构可推测。(3)由挥发性液体可知Ni(CO)4是分子晶体，由正四面体构型可知Ni(CO)4是非极性分子。(4)由AlCl3易升华可知AlCl3是分子晶体，Al—Cl键不属于离子键应该为共价键，Al原子最外层三个电子全部成键，形成三个Al—Clσ键，无孤电子对，是非极性分子，易溶于有机溶剂，Al有空轨道，与Cl的孤电子对能形成配位键，A、D正确。答案：(1)金刚石(2)4正四面体形原子(3)分子晶体B、C(4)B、C备考锦囊晶体类型的判断方法(1)据各类晶体的概念判断，即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断。①由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体；②由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；③由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；④由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体，或由金属原子形成的晶体属于金属晶体。(2)据各类晶体的特征性质判断。①低熔、沸点的晶体属于分子晶体；②熔、沸点较高，且在水溶液中或熔化状态下能导电的晶体属于离子晶体；③熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的晶体属于原子晶体；④能导电、传热、具有延展性的晶体属于金属晶体。考向二晶胞的计算3．按要求回答下列问题：(1)(2016·全国甲卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝________nm。(2)(2016·全国乙卷)晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为12，0，12；C为12，12，0。则D原子的坐标参数为________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。(3)(2016·全国丙卷)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。解析：(1)①由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×12＝3，含有Ni原子的个数为8×18＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。②根据m＝ρV可得，1mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×dg·cm－3×NA，则a＝2516.02×1023×d13cm＝2516.02×1023×d13×107nm。(2)①根据题给图示可知，D原子的坐标参数为14，14，14。②每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8(个)，每个晶胞的质量为8×73g·mol－1NA，晶胞的体积为(565.76×10－10cm)3，所以晶胞的密度为8×73g·mol－1NA×565.76×10－10cm3。(3)分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10cm，则原子的总体积为V原子＝4×43π×[(rGa×1010cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝16π3×10－30(r3Ga＋r3As)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，晶胞的密度为ρg·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNAcm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为V原子V晶胞×100%＝16π3×10－30r3Ga＋r3Ascm34MGa＋MAsρNAcm3×100%＝4π10－30×NAρr3Ga＋r3As3MGa＋MAs×100%。答案：(1)①3∶1②2516.02×1023×d13×107(2)①14，14，14②8×736.02×565.763×107(3)4π10－30×NAρr3Ga＋r3As3MGa＋MAs×100%4．填写下列空白：(1)(2015·全国卷Ⅱ)Na和O能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为________；晶胞中O原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)________。(2)(2013·新课标卷Ⅱ)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。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________。②列式计算该晶体的密度_________________g·cm－3。③A－、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________。(3)(2012·新课标全国卷)ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为540.0pm，密度为________________________g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为____________________pm(列式表示)。解析：(1)O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×18＋6×12＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566nm＝0.566×10－7cm，则晶胞的体积为(0.566×10－7cm)3，从而可知晶体F的密度为4×62g·mol－10.566×10－7cm3×6.02×1023mol－1＝2.27g·cm－3。(2)①一个该晶胞中，有16个F－位于晶胞的棱上，2个F－位于晶胞内部，4个F－位于晶胞的面上，根据均摊法，该晶胞中真正占有的F－数为16×14＋2＋4×12＝8；有8个K＋位于晶胞的棱上，2个K＋位于晶胞内部，故该晶胞中真正占有的K＋数为8×14＋2＝4；有8个Ni2＋位于晶胞的顶点，1个Ni