[考試要求] 1．理解晶體與非晶體的區(qū)別；能結(jié)合實(shí)例描述晶體中微粒排列的周期性規(guī)律。 2.能借助分子晶體、原子晶體(共價(jià)晶體)、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。 3.能從微粒的空間排布及其相互作用的角度對生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究中的安全進(jìn)行分析，舉例說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的應(yīng)用價(jià)值，如配合物在生物、化學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，氫鍵對于生命的重大意義。
1知識梳理1.晶體(1)晶體與非晶體
(2)得到晶體的三條途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接__________。③溶質(zhì)從溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的________。(2)晶體中晶胞的排列——無隙并置①無隙：相鄰晶胞之間沒有________。②并置：所有晶胞____排列、____相同。
3．晶格能(1)定義：氣態(tài)離子形成1摩爾離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：________。(2)影響因素①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越____。②離子的半徑：離子的半徑越____，晶格能越大。(3)與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系晶格能越大，形成的離子晶體越____，且熔點(diǎn)越____，硬度越____。
[判斷]　(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)晶體的熔點(diǎn)一定比非晶體的熔點(diǎn)高(　　)(2)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體(　　)(3)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊(　　)(4)通過X-射線衍射實(shí)驗(yàn)的方法可以區(qū)分晶體和非晶體(　　)(5)晶胞是晶體中的最小的“平行六面體”(　　)(6)晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列(　　)(7)在分子晶體中一定有范德華力和化學(xué)鍵(　　)(8)原子晶體(共價(jià)晶體)的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高(　　)(9)分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低(　　)
[提醒](1)晶胞是從晶體中“截取”出來具有代表性的“平行六面體”，但不一定是最小的“平行六面體”。(2)常溫下為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，其晶體應(yīng)屬于分子晶體(Hg除外)。(3)原子晶體(共價(jià)晶體)中一定含有共價(jià)鍵，而分子晶體中不一定有共價(jià)鍵，如稀有氣體的晶體。(4)原子晶體(共價(jià)晶體)熔化時(shí)，破壞共價(jià)鍵，分子晶體熔化時(shí)破壞的是分子間作用力，分子內(nèi)的共價(jià)鍵不被破壞。
2對點(diǎn)速練練點(diǎn)一　晶胞與晶體類型判斷1．下圖為碘晶體晶胞結(jié)構(gòu)。有關(guān)說法中正確的是(　　)A.碘分子的排列有2種不同的取向，2種取向不同的碘分子以4配位數(shù)交替配位形成層結(jié)構(gòu)B．用切割法可知平均每個(gè)晶胞中有4個(gè)碘原子C．碘晶體為無限延伸的空間結(jié)構(gòu)，是原子晶體(共價(jià)晶體)D．碘晶體中的碘原子間存在非極性鍵和范德華力
解析：碘分子的排列有2種不同的取向，在頂點(diǎn)和面心不同，2種取向不同的碘分子以4配位數(shù)交替配位形成層結(jié)構(gòu)，A選項(xiàng)正確；每個(gè)晶胞中有4個(gè)碘分子，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)，此晶體是分子晶體，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，碘原子間只存在非極性共價(jià)鍵，范德華力存在于分子與分子之間，錯(cuò)誤。
2．下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)：據(jù)此做出的下列判斷中錯(cuò)誤的是(　　)A．鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B．表中只有BCl3和干冰是分子晶體C．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體
解析：A項(xiàng)，氧化鋁的熔點(diǎn)高，屬于離子晶體，則鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體，正確；B項(xiàng)，BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶體，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體，例如CO2是分子晶體，二氧化硅是原子晶體，正確。
3．GaF3的熔點(diǎn)高于1 000 ℃，GaCl3的熔點(diǎn)為77.9 ℃，其原因是______________________________。GaAs的熔點(diǎn)為1 238 ℃，密度為ρ g·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體的類型為________，Ga與As以________鍵鍵合。
GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體
解析：GaF3、CaCl3的熔點(diǎn)相差較大，是因?yàn)榫w類型不同，GaF3熔點(diǎn)高，為離子晶體，而GaCl3的熔點(diǎn)低，為分子晶體。GaAs的熔點(diǎn)高，晶胞為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則為原子晶體，Ga與As以共價(jià)鍵結(jié)合。
練后歸納晶體類型與物質(zhì)類別
練點(diǎn)二　晶體的類型與性質(zhì)4．北京大學(xué)和中國科學(xué)院的化學(xué)工作者成功研制出堿金屬與C60形成的球碳鹽K3C60。實(shí)驗(yàn)測知該物質(zhì)屬于離子晶體，具有良好的超導(dǎo)性。下列關(guān)于K3C60的組成和結(jié)構(gòu)的分析中正確的是(　　)A．K3C60晶體中既有離子鍵又有極性鍵B．K3C60晶體的熔點(diǎn)比C60晶體的熔點(diǎn)低C．該晶體熔化時(shí)能導(dǎo)電D．C60分子中碳原子是采用sp3雜化的
解析：該晶體為離子晶體，故熔化時(shí)能導(dǎo)電，C項(xiàng)正確；C60內(nèi)部為非極性鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；離子晶體K3C60比分子晶體C60的熔點(diǎn)高，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C60中每個(gè)碳形成四條鍵，其中有一個(gè)為雙鍵，故應(yīng)為sp2雜化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5．現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)數(shù)據(jù)：據(jù)此回答下列問題：(1)A組屬于________晶體，其熔化時(shí)克服的微粒間的作用力是________。(2)B組晶體共同的物理性質(zhì)是________(填序號)。①有金屬光澤　②導(dǎo)電性?、蹖?dǎo)熱性?、苎诱剐?3)C組中HF熔點(diǎn)反常是由于__________________________。
HF分子間能形成氫鍵，其熔化時(shí)需要消耗的能量更多
(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是________(填序號)。①硬度小?、谒芤耗軐?dǎo)電　③固體能導(dǎo)電?、苋廴跔顟B(tài)能導(dǎo)電(5)D組晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镹aCl＞KCl＞RbCl＞CsCl，其原因?yàn)開_________________________。
D組晶體都為離子晶體，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在離子所帶電荷數(shù)相同的情況下，半徑越小，晶格能越大，熔點(diǎn)就越高
解析：(1)A組熔點(diǎn)很高，為原子晶體(共價(jià)晶體) ，是由原子通過共價(jià)鍵形成的。(2)B組為金屬晶體，具有①②③④四條共性。(3)HF中含有分子間氫鍵，故其熔點(diǎn)反常。(4)D組屬于離子晶體，具有②④兩條性質(zhì)。(5)D組屬于離子晶體，其熔點(diǎn)與晶格能有關(guān)，離子半徑越小晶格能越大熔點(diǎn)越高。
6．(1)碳化硅(SiC)是一種晶體，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各種晶體：①晶體硅；②硝酸鉀；③金剛石；④碳化硅；⑤干冰；⑥冰，它們的熔點(diǎn)由高到低的順序是________________________(填序號)。(2)繼C60后，科學(xué)家又合成了Si60、N60。請解釋如下現(xiàn)象：熔點(diǎn)Si60>N60>C60，而破壞分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是______________________________________。
結(jié)構(gòu)相似的分子晶體的相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力(或范德華力)越強(qiáng)，熔化所需的能量越多，故熔點(diǎn)：Si60>N60>C60；而破壞分子需斷開化學(xué)鍵，元素電負(fù)性越強(qiáng)其形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定，斷裂時(shí)所需能量越多，故破壞分子需要的能量大小順序?yàn)镹60>C60>Si60。
解析：(1)這些晶體屬于原子晶體的有①③④、離子晶體的有②、分子晶體的有⑤⑥。一般來說，原子晶體的熔點(diǎn)>離子晶體的熔點(diǎn)>分子晶體的熔點(diǎn)；對于原子晶體，鍵長Si—Si>Si—C>C—C，相應(yīng)鍵能Si—Si晶體硅。(2)熔點(diǎn)與分子間作用力大小有關(guān)，而破壞分子則是破壞分子內(nèi)的共價(jià)鍵。
方法總結(jié)晶體熔沸點(diǎn)高低的比較方法1．首先看物質(zhì)的狀態(tài)，一般情況下固體>液體>氣體；二是看物質(zhì)所屬類型，一般是原子晶體>離子晶體>分子晶體。2．同類晶體熔沸點(diǎn)比較思路為：原子晶體→共價(jià)鍵鍵能→鍵長→原子半徑；分子晶體→分子間作用力→相對分子質(zhì)量；離子晶體→離子鍵強(qiáng)弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑。
考點(diǎn)二晶體結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算
1知識梳理1.典型晶體結(jié)構(gòu)模型分析
(2)體心立方堆積如圖所示，設(shè)原子半徑為r，則體對角線c為________，面對角線b為________(用a表示)，a＝________(用r表示)，空間利用率為________。
(3)六方最密堆積如圖所示，設(shè)原子半徑為r，則棱長為________(用r表示，下同)，底面面積S＝________，h＝________，V晶胞＝________，空間利用率＝________。
(4)面心立方最密堆積如圖所示，設(shè)原子半徑為r，則面對角線為________(用r表示)，a＝________(用r表示)，V晶胞＝________(用r表示)，空間利用率＝________。
[判斷]　(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)金屬鈉形成的晶體中，每個(gè)鈉原子周圍與其距離最近的鈉原子有8個(gè)(　　)(2)金屬鎂形成的晶體中，每個(gè)鎂原子周圍與其距離最近的原子有6個(gè)(　　)(3)在NaCl晶體中，每個(gè)Na＋周圍與其距離最近的Na＋有12個(gè)(　　)(4)在CsCl晶體中，每個(gè)Cs＋周圍與其距離最近的Cl－有8個(gè)(　　)(5)立方晶胞中，頂點(diǎn)上的原子被4個(gè)晶胞共用(　　)(6)石墨晶體中每個(gè)正六邊形結(jié)構(gòu)中平均占有碳原子數(shù)為2(　　)
2對點(diǎn)速練練點(diǎn)一　晶體結(jié)構(gòu)中微粒數(shù)分析1．下列是幾種常見的晶胞結(jié)構(gòu)，填寫晶胞中含有的粒子數(shù)。A.NaCl(含________個(gè)Na＋，________個(gè)Cl－)B．干冰(含________個(gè)CO2)C．CaF2(含________個(gè)Ca2＋，________個(gè)F－)D．金剛石(含________個(gè)C)E．體心立方(含________個(gè)原子)F．面心立方(含________個(gè)原子)
2．下圖為離子晶體空間構(gòu)型示意圖：(●陽離子，○陰離子)以M代表陽離子，以N表示陰離子，寫出各離子晶體的組成表達(dá)式：A________、B________、C________。
3．(1)硼化鎂晶體在39 K時(shí)呈超導(dǎo)性。在硼化鎂晶體中，鎂原子和硼原子是分層排布時(shí)，下圖是該晶體微觀結(jié)構(gòu)的透視圖，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。則硼化鎂的化學(xué)式為________。(2)在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)形式。下圖是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，則多硼酸根離子符號為________。
4．某FexNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產(chǎn)物Fe(x－n)CunNy。FexNy轉(zhuǎn)化為兩種Cu替代型產(chǎn)物的能量變化如圖2所示，其中更穩(wěn)定的Cu替代型產(chǎn)物的化學(xué)式為________。
練點(diǎn)三　晶胞結(jié)構(gòu)中常見物理量的計(jì)算7．(1)金剛石晶胞含有________個(gè)碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率________(不要求計(jì)算結(jié)果)。
(2)Cu與F形成的化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，若晶體密度為a g·cm－3，則Cu與F最近距離為______________ pm。(阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，列出計(jì)算表達(dá)式，不用化簡；其中○為Cu， 為F)
(3)O和Na能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a＝0.566 nm，F(xiàn)的化學(xué)式為___________；晶胞中O原子的配位數(shù)為_____；列式計(jì)算晶體F的密度(g·cm－3)_____________。
2.27 g·cm－3
8．(1)某鎳白銅合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。①晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為________。②若合金的密度為d g·cm－3，晶胞參數(shù)a＝_____________nm。
(2)一種Fe、Si金屬間化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示：晶胞中含鐵原子為________個(gè)，已知晶胞參數(shù)為0.564 nm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Fe、Si金屬間化合物的密度為________g·cm－3(列出計(jì)算式)。
方法總結(jié)?立方晶胞各物理量的關(guān)系對于立方晶胞，可簡化成下面的公式進(jìn)行各物理量的計(jì)算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱長，ρ表示密度，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，n表示1 ml晶胞中所含晶體的物質(zhì)的量，M表示摩爾質(zhì)量，a3×ρ×NA表示1 ml晶胞的質(zhì)量。
本講真題研練1．[2020·全國卷Ⅰ，35]Gdenugh等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。回答下列問題：(1)基態(tài)Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數(shù)之比為________。(2)Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na), 原因是__________________________________________。I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是____________________________。
Na與Li同族，Na電子層數(shù)多，原子半徑大，易失電子
Li、Be、B同周期，核電荷數(shù)依次增加。Be為1s22s2全滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，第一電離能最大。與Li相比，B核電荷數(shù)大，原子半徑小，較難失去電子，第一電離能較大
(3)磷酸根離子的空間構(gòu)型為________， 其中P的價(jià)層電子對數(shù)為________、雜化軌道類型為________。(4)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點(diǎn)、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有________個(gè)。電池充電時(shí)，LiFePO4脫出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示，則x＝________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。
2．[2020·全國卷Ⅲ，35]氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好，是一種具有潛力的固體儲氫材料?；卮鹣铝袉栴}：(1)H、B、N中，原子半徑最大的是______。根據(jù)對角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與元素________的相似。(2)NH3BH3分子中，N—B化學(xué)鍵稱為________鍵，其電子對由________提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：在該反應(yīng)中，B原子的雜化軌道類型由________變?yōu)開_______。
(3)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性(Hδ＋)，與B原子相連的H呈負(fù)電性(Hδ－)，電負(fù)性大小順序是________。與NH3BH3原子總數(shù)相等的等電子體是____________(寫分子式)，其熔點(diǎn)比NH3BH3________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之間，存在________________，也稱“雙氫鍵”。
Hδ＋與Hδ－的靜電引力
(4)研究發(fā)現(xiàn)，氨硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)分別為a pm、b pm、c pm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ＝________________ g·cm－3(列出計(jì)算式，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
3．[2020·山東卷，17]CdSnAs2是一種高遷移率的新型熱電材料，回答下列問題：(1)Sn為ⅣA族元素，單質(zhì)Sn與干燥Cl2反應(yīng)生成SnCl4。常溫常壓下SnCl4為無色液體，SnCl4空間構(gòu)型為________，其固體的晶體類型為________。(2)NH3、PH3、AsH3的沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開_____________(填化學(xué)式，下同)，還原性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)開______________，鍵角由大到小的順序?yàn)開______________________。
NH3、AsH3、PH3
AsH3、PH3、NH3
NH3、PH3、AsH3
(3)含有多個(gè)配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的配合物為螯合物。一種Cd2＋配合物的結(jié)構(gòu)如圖所示，1 ml該配合物中通過螯合作用形成的配位鍵有________ ml，該螯合物中N的雜化方式有________種。
(4)以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。四方晶系CdSnAs2的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，晶胞中部分原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)如表所示。一個(gè)晶胞中有________個(gè)Sn，找出距離Cd(0，0，0)最近的Sn________________________(用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示)。CdSnAs2晶體中與單個(gè)Sn鍵合的As有________個(gè)。
(0.5，0，0.25)、(0.5，0.5，0)
4．[2019·全國卷組合，35](全國卷Ⅰ)：(4)圖(a)是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu)，Mg以金剛石方式堆積，八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中，填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖?？梢?，Cu原子之間最短距離x＝__________pm，Mg原子之間最短距離y＝__________pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則MgCu2的密度是____________g·cm－3(列出計(jì)算表達(dá)式)。
SmFeAsO1－xFx
(全國卷Ⅲ)：(3)苯胺(NH2)的晶體類型是________。苯胺與甲苯(CH3)的相對分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(diǎn)(－5.9 ℃)、沸點(diǎn)(184.4 ℃)分別高于甲苯的熔點(diǎn)(－95.0 ℃)、沸點(diǎn)(110.6 ℃)，原因是___________________________________________。
(5)NH4H2PO4和LiFePO4屬于簡單磷酸鹽，而直鏈的多磷酸鹽則是一種復(fù)雜磷酸鹽，如：焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如下圖所示：這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為____________(用n代表P原子數(shù))。
(PnO3n＋1)(n＋2)－
5．[2018·全國卷組合，35](全國卷Ⅰ)：(4)Li2O是離子晶體，其晶格能可通過圖(a)的Brn-Haber循環(huán)計(jì)算得到?？芍琇i原子的第一電離能為______kJ·ml－1，O＝O鍵鍵能為________kJ·ml－1，Li2O晶格能為________kJ·ml－1。
(5)Li2O具有反螢石結(jié)構(gòu)，晶胞如圖(b)所示。已知晶胞參數(shù)為0.466 5 nm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Li2O的密度為________________ g·cm－3(列出計(jì)算式)。
(全國卷Ⅲ)：(5)金屬Zn晶體中的原子堆積方式如圖所示，這種堆積方式稱為______________________。六棱柱底邊邊長為a cm，高為c cm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，Zn的密度為________________ g·cm－3(列出計(jì)算式)。
六方最密堆積(A3型)
6．[2017·全國卷組合，35](全國卷Ⅰ)：鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：(4)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料，具有鈣鈦礦型的立體結(jié)構(gòu)，邊長為a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與O間的最短距離為__________nm，與K緊鄰的O個(gè)數(shù)為__________。(5)在KIO3晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于________位置，O處于________位置。
(全國卷Ⅱ)：(4)R的晶體密度為d g·cm－3，其立方晶胞參數(shù)為a nm，晶胞中含有y個(gè)[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]單元，該單元的相對質(zhì)量為M，則y的計(jì)算表達(dá)式為______________________。
(全國卷Ⅲ)：(5)MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X－射線衍射實(shí)驗(yàn)測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420 nm，則r(O2－)為________nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a′＝0.448 nm，則r(Mn2＋)為________nm。

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