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专题八 晶体结构与性质２７ 专题八晶体结构与性质对应学生用书起始页码Ｐ６６考点一晶体常识高频考点 １.晶体与非晶体的特征(１)晶体与非晶体的比较晶体非晶体结构特征结构粒子有序排列结构粒子无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无二者区别方法间接方法:测定其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)获得晶体的三条途径①熔融态物质凝固ꎮ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)ꎮ③溶质从溶液中析出ꎮ２.晶胞(１)概念:晶胞是描述晶体结构的基本单元ꎮ(２)晶体与晶胞的关系:数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体ꎮ(３)晶胞中粒子数目的计算———均摊法如某个粒子为ｎ个晶胞所共有ꎬ则该粒子有１ｎ属于这个晶胞ꎮ(２０１６海南单科ꎬ１９－Ⅱꎬ１４分)Ｍ是第四周期元素ꎬ最外层只有１个电子ꎬ次外层的所有原子轨道均充满电子ꎮ元素Ｙ的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同ꎮ回答下列问题:(１)单质Ｍ的晶体类型为 ꎬ晶体中原子间通过 作用形成面心立方密堆积ꎬ其中Ｍ原子的配位数为 ꎮ(２)元素Ｙ基态原子的核外电子排布式为 ꎬ其同周期元素中ꎬ第一电离能最大的是 (写元素符号)ꎮ元素Ｙ的含氧酸中ꎬ酸性最强的是 (写化学式)ꎬ该酸根离子的立体构型为 ꎮ(３)Ｍ与Ｙ形成的一种化合物的立方晶胞如图所示ꎮ①该化合物的化学式为 ꎬ已知晶胞参数ａ＝０.５４２ｎｍꎬ此晶体的密度为 ｇｃｍ–３ꎮ(写出计算式ꎬ不要求计算结果ꎮ阿伏加德罗常数为ＮＡ)②该化合物难溶于水但易溶于氨水ꎬ其原因是 ꎮ此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色ꎬ深蓝色溶液中阳离子的化学式为 ꎮ本题涉及的考点有晶体类型的判断、配位数、化学式的确定和密度计算等ꎬ考查了考生根据题给信息、图形等提取实质性内容ꎬ并能与已有知识块整合ꎬ重组为新知识块的能力ꎬ体现了“证据推理与模型认知”学科核心素养ꎮ解析 根据题给信息可推断出Ｍ为铜元素ꎬＹ为氯元素ꎮ(１)单质铜的晶体类型为金属晶体ꎬ晶体中原子间通过金属键作用形成面心立方密堆积ꎬ其中铜原子的配位数为１２ꎮ(２)氯元素为１７号元素ꎬ其基态原子的核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ５ꎻ其同周期元素中ꎬ第一电离能最大的是Ａｒꎻ氯元素的含氧酸中ꎬ酸性最强的是ＨＣｌＯ４ꎬ该酸根离子中氯原子为ｓｐ３杂化ꎬ没有孤电子对ꎬ该酸根离子的立体构型为正四面体ꎮ(３)①每个晶胞中含有铜原子个数为８×１/８＋６×１/２＝４ꎬ氯原子个数为４ꎬ该化合物的化学式为ＣｕＣｌꎻ１ｍｏｌ晶胞中含有４ｍｏｌＣｕＣｌꎬ１ｍｏｌ晶胞的质量为４×９９.５ｇꎬ晶胞参数ａ＝０.５４２ｎｍꎬ此晶体的密度为４×９９.５ＮＡ×(０.５４２)３×１０－２１ｇｃｍ－３ꎮ②该化合物难溶于水但易溶于氨水ꎬ其原因是Ｃｕ＋可与氨形成易溶于水的配位化合物ꎻ该溶液在空气中Ｃｕ(Ⅰ)被氧化为Ｃｕ(Ⅱ)ꎬ故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Ｃｕ(ＮＨ３)４]２＋ꎮ答案 (１)金属晶体 金属键 １２(２)１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ５ Ａｒ ＨＣｌＯ４ 正四面体(３)①ＣｕＣｌ ４×９９.５ＮＡ×(０.５４２)３×１０－２１或４×Ｍ(ＣｕＣｌ)ＮＡ×ａ３×１０－２１②Ｃｕ＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子)[Ｃｕ(ＮＨ３)４]２＋１.铁和钴是两种重要的过渡元素ꎮ(１)钴位于元素周期表的第 族ꎬ其基态原子中未成对电子个数为 ꎮ２８ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)(２)[Ｆｅ(Ｈ２ＮＣＯＮＨ２)６](ＮＯ３)３的名称是三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)ꎬ是一种重要的配合物ꎮ该化合物中Ｆｅ３＋的核外电子排布式为 ꎬ所含非金属元素的电负性由大到小的顺序是 ꎮ(３)尿素[ＣＯ(ＮＨ２)２]分子中ꎬ碳原子为 杂化ꎬ分子中σ键与π键的数目之比为 ꎮ(４)Ｃｏ(ＮＨ３)５ＢｒＳＯ４可形成两种钴的配合物ꎬ结构分别为[Ｃｏ(ＮＨ３)５Ｂｒ]ＳＯ４和[Ｃｏ(ＳＯ４)(ＮＨ３)５]Ｂｒꎮ已知Ｃｏ３＋的配位数为６ꎬ为确定钴的配合物的结构ꎬ现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀ꎬ在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀ꎮ则第二种配合物的配体为 ꎮ(５)奥氏体是碳溶解在γ－Ｆｅ中形成的一种间隙固溶体ꎬ无磁性ꎬ其晶胞如图所示ꎬ则该物质的化学式为 ꎮ若晶体密度为ｄｇｃｍ－３ꎬ则晶胞中最近的两个碳原子的距离为 ｐｍ(阿伏加德罗常数的值用ＮＡ表示ꎬ写出简化后的计算式即可)ꎮ１.答案 (１)Ⅷ ３(２)[Ａｒ]３ｄ５或１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ５ ＯＮＣＨ(３)ｓｐ２ ７∶１ (４)ＳＯ２－４、ＮＨ３ (５)ＦｅＣ ２２×３２７２ｄＮＡ×１０１０解析 (１)钴的原子序数为２７ꎬ位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族ꎬ其基态原子的核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ７４ｓ２ꎬ所以未成对电子个数为３ꎮ(２)铁的原子序数为２６ꎬＦｅ３＋的核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ５ꎻ[Ｆｅ(Ｈ２ＮＣＯＮＨ２)６](ＮＯ３)３所含非金属元素为Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎꎬ根据非金属性越强ꎬ电负性越大ꎬ可得电负性由大到小的顺序是ＯＮＣＨꎮ(３)根据尿素[ＣＯ(ＮＨ２)２]分子的结构式ＣＨ２ＮＯＮＨ２ꎬ可知Ｃ原子上没有孤对电子ꎬ形成３个σ键ꎬ１个π键ꎬ所以尿素分子中碳原子的杂化方式为ｓｐ２杂化ꎻ１个尿素分子中有１个碳氧双键ꎬ２个碳氮单键、４个氮氢键、则分子中σ键与π键的数目之比为７∶１ꎮ(４)溴离子为配合物的外界时ꎬ在水溶液中以离子形式存在ꎬ若加入ＡｇＮＯ３溶液ꎬ会产生淡黄色溴化银沉淀ꎬ所以第二种配合物的配体为ＳＯ２－４、ＮＨ３ꎮ(５)晶胞中Ｆｅ原子数:８×１８＋６×１２＝４ꎬ晶胞中Ｃ原子数:１２×１４＋１＝４ꎬ所以铁碳原子数之比为１∶１ꎬ化学式为ＦｅＣꎻ设晶胞棱长为ｘꎬ根据晶体密度列等式为ｄｇｃｍ－３＝ｍＶ＝５６＋１２ＮＡｇ×４ｘ３ꎬ得出ｘ＝３２７２ｄＮＡｃｍ＝３２７２ｄＮＡ×１０１０ｐｍꎬ根据勾股定理可知两个碳原子间的最近距离为２２×３２７２ｄＮＡ×１０１０ｐｍꎮ２.砷(Ａｓ)可作为半导体材料锗(Ｇｅ)和硅的掺杂元素ꎬ这些材料广泛应用于发光二极管、红外线发射器等ꎮ回答下列问题:(１)天然的ＳｉＯ２存在形态有结晶形和无定形两大类ꎬ结晶形ＳｉＯ２能自发地呈现规则多面体外形的性质被称为晶体的 性ꎬ区分这两种形态的ＳｉＯ２最可靠的方法是对固体进行 实验ꎮ(２)基态砷原子的价电子排布图为 ꎬ最高能层符号为 ꎬＧｅ、Ａｓ、Ｓｅ的第一电离能从大到小的顺序为 ꎮ(３)锗元素与碳元素类似ꎬ可形成锗烷(ＧｅｎＨ２ｎ＋２)ꎬ但至今没有发现ｎ大于５的锗烷ꎬ根据下表提供的数据分析其中的原因: ꎮ化学键Ｃ—ＣＣ—ＨＧｅ—ＧｅＧｅ—Ｈ键能(ｋＪｍｏｌ－１)３４６４１１１８８２８８(４)ＧｅＣｌ４分子中的键角为 ꎬＧｅＨ４分子中Ｇｅ的 轨道和Ｈ的 轨道重叠形成σ键ꎮ(５)立方砷化镓的晶胞如下图所示ꎬ已知晶胞边长为５６５ｐｍꎬ则Ｇａ—Ａｓ键的键长为 ｐｍ(只列出算式即可)ꎬＧａ—Ａｓ键中共用电子对偏向 (填“Ｇａ”或“Ａｓ”)ꎮ２.答案 (１)自范 Ｘ－射线衍射(２)↑↓４ｓ ↑↑↑４ｐ Ｎ ＡｓＳｅＧｅ(３)锗烷中Ｇｅ—Ｇｅ键和Ｇｅ—Ｈ键键能较小ꎬ易断裂ꎬ导致长链锗烷难以形成(４)１０９°２８′ ｓｐ３杂化 １ｓ (５)３４×５６５ Ａｓ解析 (１)晶体能自发呈现规则多面体外形的性质称作晶体的自范性ꎮ区分晶体与非晶体的最可靠的方法是进行Ｘ－射线衍射实验ꎮ(２)砷为３３号元素ꎬ其基态原子的核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ１０４ｓ２４ｐ３ꎬ价电子排布式为４ｓ２４ｐ３ꎬ所以价电子排布图为↑↓４ｓ ↑↑↑４ｐꎮ最高能层符号是ＮꎮＡｓ位于元素周期表第四周期ⅤＡ族ꎬＧｅ为３２号元素ꎬ位于元素周期表第四周期ⅣＡ族ꎬＳｅ为３４号元素ꎬ位于元素周期表第四周期ⅥＡ族ꎬ同一周期从左到右元素第一电离能呈增大的趋势ꎬ但是ⅡＡ族和ⅤＡ族元素的第一电离能比相邻的元素高ꎬ所以第一电离能大小顺序为ＡｓＳｅＧｅꎮ(３)由表格数据可知ꎬＣ—Ｃ键的键能大于Ｇｅ—Ｇｅ键ꎬＣ—Ｈ键的键能大于Ｇｅ—Ｈ键ꎬ因此锗烷中Ｇｅ—Ｇｅ键、Ｇｅ—Ｈ键都容易发生断裂ꎮ(４)ＧｅＣｌ４、ＧｅＨ４分子的中心原子Ｇｅ都采用ｓｐ３杂化ꎬ所以ＧｅＣｌ４分子中键角为１０９°２８′ꎮＧｅＨ４分子中ꎬＧｅ原子的ｓｐ３杂化轨道与Ｈ原子的１ｓ轨道重叠形成σ键ꎮ(５)立方砷化镓晶胞中ꎬＡｓ位于立方体的顶点和面心的位置ꎬＧａ位于立方体体对角线上ꎬ距离顶点１/４处ꎬ立方体体对角线长３×５６５ｐｍꎬ则Ｇａ—Ａｓ键键长３×５６５４ｐｍꎮＧａ和Ａｓ同处于第四周期ꎬ原子序数相对较小的Ｇａ位于Ａｓ左侧ꎬ电负性较专题八 晶体结构与性质２９ 小ꎬ所以Ｇａ—Ａｓ键中共用电子对偏向电负性较大的Ａｓꎮ３.Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｆｅ是重要的化学元素ꎬ在中学化学中对它们的单质和化合物的研究颇多ꎮ(１)Ｃ、Ｏ、Ｓｉ三种元素第一电离能由大到小的顺序是 ꎮ(２)ＣＳ２是重要的溶剂ꎬＣＳ２中Ｃ原子的杂化方式为 ꎬ其空间构型为 ꎮ(３)基态Ｆｅ原子中ꎬ核外电子占据最高能层的符号是 ꎬ占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 ꎮ(４)晶胞推导有助于我们理解晶体结构ꎮ①将ＮａＣｌ晶胞(如下图)中的所有Ｃｌ－去掉ꎬ并将Ｎａ＋全部换成Ｓｉ原子ꎬ再在间隔的“小立方体”中心处各放置一个Ｓｉ原子便构成了晶体Ｓｉ的一个晶胞ꎬ若再在每两个距离最近的Ｓｉ原子中心连线的中点处增添一个Ｏ原子ꎬ便构成了ＳｉＯ２晶胞ꎮ由此可推算ＳｉＯ２晶胞中有 个Ｓｉ原子ꎬ 个Ｏ原子ꎮ②简述利用ＮａＣｌ晶胞推导出ＣｓＣｌ晶胞的方法: ꎮ３.答案 (１)ＯＣＳｉ (２)ｓｐ 直线形 (３)Ｎ 球形(４)①８ １６ ②将ＮａＣｌ晶胞中面心上的Ｎａ＋和棱上的Ｃｌ－全部去掉ꎬ将顶角上的Ｎａ＋替换为Ｃｓ＋(或其他合理答案)解析 (１)同周期主族元素第一电离能从左到右呈增大的趋势ꎬ同一主族元素从上到下ꎬ原子半径增加ꎬ第一电离能逐渐变小ꎬ所以元素的第一电离能由大到小的顺序是ＯＣＳｉꎮ(２)ＣＳ２分子中的碳原子的价层电子对数是２ꎬ所以碳原子采用ｓｐ杂化ꎬ该分子空间构型为直线形ꎮ(３)基态Ｆｅ原子的核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ６３ｄ６４ｓ２ꎬ所以核外电子占据的最高能层的符号为ＮꎻＦｅ原子最外层４ｓ轨道电子云轮廓为球形ꎮ(４)①结合ＮａＣｌ的晶胞结构图ꎬ由题述晶胞推导过程可知ꎬ８个Ｓｉ位于顶角ꎬ６个Ｓｉ位于面心ꎬ晶胞内部有４个Ｓｉꎬ则１个晶胞中Ｓｉ原子数为１８×８＋１２×６＋４＝８ꎬ每两个距离最近的Ｓｉ原子中心连线的中点处增添一个Ｏ原子ꎬ则Ｓｉ、Ｏ原子的个数比为１∶２ꎬＯ原子个数为１６ꎮ考点二晶体结构与性质低频考点 １.晶体的基本类型与性质离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体举例ＮａＣｌ、ＣｓＣｌＣＯ２、ＨＣｌＳｉＯ２、金刚石Ｎａ、Ｆｅ构成晶体粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间的相互作用离子键分子间作用力共价键金属键续表离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体物理性质熔、沸点较高较低高