1、1课时43 晶体结构与性质【课时导航】复习目标1. 了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。2. 掌握有关晶胞的分析和计算。知识网络问题思考问题1：准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体?问题2：NaCl、CsCl、金属晶体、金刚石、干冰晶体的配位数是多少?【课前自测】1. (全国高考新课标卷组合)(1)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为 ，层间作用力为 。(2)六方氮化硼在高温高压下可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 p
2、m，立方氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子，立方氮化硼的密度是 gcm -3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数设为N A)。(3)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晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为 gcm -3(列式计算)，a位置S 2-与b位置Zn 2+之间的距离为 pm(列式计算)。2(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a=0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为 。列式表示Al单质的密度为 gcm -3。2. (2015海口模拟)现有五种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D、E为第4周期元素，它们的原子序数依
3、次增大。请根据表中相关信息，回答下列问题：A元素原子的核外p电子总数比s电子总数少1B原子核外所有p轨道全满或半满C元素的主族序数与周期序数的差为4D是前四周期中电负性最小的元素E在周期表的第11列(1)A基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有 个方向，原子轨道呈 形。(2)E在周期表的位置是 ，位于 区，其基态原子有 种运动状态。(3)BC3中心原子的杂化方式为 ，用价层电子对互斥理论推测其分子空间构型为 ，检验D元素的方法是 。(4)E单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示。则晶胞中该原子的配位数为 ，E单质晶体中原子的堆积方式为四种基本堆积方式中的 。若已知E的原子
4、半径为d cm，N A代表阿伏加德罗常数，E的相对原子质量为M，则该晶体的密度为 (用字母表示)gcm -3。【自主学习】3考点1： 常见晶体与晶体类型的判断【基础梳理】1. 晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元，晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的 重复单位。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。2. 常见晶体晶体类型 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体构成粒子 分子 原子 金属离子和自由电子 粒子间的作用力 金属键(复杂的静电作用) 硬度 较小 大 有的较小，有的较大 较大熔、沸点 较低 高 有的较低，有的较高 较高举例 CO2 SiO2 Na NaCl常见晶体及结构结构【举题说法】【例题1
5、】 (2016开封模拟)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。根据要求回答下列问题：(1)基态Ni的价电子构型(电子排布式)为 。(2)Ni(CO)4常温为液态，易溶于CCl 4、苯等有机溶剂，则Ni(CO) 4属于 晶体。(3)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni 2+和Fe 2+的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点：FeO (填“”)NiO，NiO晶胞中Ni的配位数为 。(4)据报道，某种含有镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性，该新型超导晶体的一个晶胞的结构如右图所示，则该晶体的化学式为 。4【答案】 (1)3d 84s2 (2)分子 (3)MgCl
6、2NaClCsCl。衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。2. 离子键、共价键和金属键的比较化学键类型离子键 共价键 金属键概念阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键原子间通过共用电子对所形成的化学键金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键成键微粒 阴、阳离子 原子 金属阳离子和自由电子成键性质 静电作用 共用电子对 电性作用形成条件活泼金属元素与活泼非金属元素非金属元素与非金属元素 金属内部实例 NaCl、MgO HCl、H 2SO4(特例：AlCl 3) Fe、Mg【随堂检测】1. 有下列八种晶体：A. 水晶 B. 冰醋酸 C. 氧
7、化镁 D. 白磷 E. 晶体氩 F. 氯化铵 G. 铝 H. 金刚石 用字母回答下列问题：(1)属于原子晶体的化合物是 ，由单原子分子构成的晶体是 。(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 ，受热熔化时需克服共价键的是 。132. (2016各地模拟汇集)(1)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如下图所示。体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为 ，Fe原子周围距离最 近的铁原子数目之比为 。(2)铁铝合金的一种晶体属于面心立方结构，其晶胞可看
8、成由8个小体心立方结构堆砌而成。已知小立方体如下图所示，该合金的化学式为 。(3)Cu晶体的堆积方式如下图所示，设Cu原子半径为r cm，阿伏加德罗常数用N A表示，则晶胞中Cu原子的配位数为 ，Cu晶体的密度为 (要求写表达式，可以不化简)gcm -3。3. (2015郑州第二次质测)硼(B)及其化合物在化学中有重要的地位。请回答下列问题：(1)Ga与B同主族，Ga的基态原子核外电子排布式为 ，B、C、O三元素的第一电离能由大到小的顺序是 。(2)硼酸(H 3BO3)是白色片状晶体(层状结构如下图)，有滑腻感，在冷水中溶解度很小，加热时溶解度增大。14硼酸中B原子的杂化轨道类型为 。硼酸晶体
9、中存在的作用力有范德华力和 。加热时，硼酸的溶解度增大，主要原因是 。硼酸是一元弱酸，在水中电离时，硼酸结合水电离出的OH -而呈酸性。写出硼酸的电离方程式： 。(3)硼氢化钠(NaBH 4)是有机化学中的一种常用还原剂，在热水中水解生成硼酸钠和氢气，用化学方程式表示其反应原理： 。BH 4-的空间构型是 。(4)B3N3H6可用来制造具有耐油、耐高温性能的特殊材料。写出它的一种等电子体物质的分子式：。(5)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，图1是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为 。(6)金刚石的晶胞如图
10、2。立方氮化硼的结构与金刚石相似，已知晶胞边长为361.5 pm，则立方氮化硼的密度是 gcm -3(只要求列计算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数用N A表示)。4. (2015石家庄一模)a、b、c、d、e均为周期表前4周期元素，原子序数依次增大，相关信息如下表所示：a 原子核外电子分占3个不同能级，且每个能级上排布的电子数相同15b 基态原子的p轨道电子数比s轨道电子数少1c 在周期表所列元素中电负性最大d 位于周期表中第4纵行e 基态原子M层全充满，N层只有一个电子(1)d属于 区的元素，其基态原子的价电子排布图为 。(2)b与其同周期相邻元素第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表
11、示)。(3)c的氢化物水溶液中存在的氢键有 种，任意画出一种： 。(4)a与其相邻同主族元素的最高价氧化物的熔点高低顺序为 (用化学式表示)。若将a元素最高价氧化物对应水化物的正盐酸根离子表示为A，则A的空间构型为 ；A的中心原子的轨道杂化类型为 ；与A互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。(5)e与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体，在晶胞中e原子处于面心，该晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由e原子与Au原子构成的四面体空隙中，储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构相似，该晶体储氢后的化学式为 ，若该晶体的相对分子质量为M，密度为a gcm-3，则晶胞的体积为 (用N A表示阿伏加德罗常数的
12、值)cm 3。【参考答案】【参考答案】问题思考问题1 利用X-射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。问题2金属晶体晶体 NaClCsCl 简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积金刚石干冰配位数 6 8 6 8 12 12 4 1216基础梳理【考点1】 1. 最小2. 阴、阳离子 分子间作用力 共价键 离子键【考点2】 1. (1)静电作用 (2)大 大 高 大2. (1)阴、阳 离子键 (2)6 6 4 4 8 8 1 1 (3)熔 沸 硬度趁热打铁，事半功倍。请同学们及时完成配套检测与评估中的练习。【课后检测】课时43 晶体结构与性质1. (1) Zn晶体属于六方堆积，其晶胞
13、结构见图1，则P点原子被 个晶胞所共用。ZnO的熔点比Zn的硫化物的熔点高，其原因是 。(2) 金属钾、铜的晶体的晶胞结构如图2、3(请先判断对应的图)，钾、铜两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为 。(3) 氮化铝(其晶胞如图4所示)可由氯化铝与氨经气相反应制得。氮化铝的化学式为 。图1 图2 图3 图42. (1) Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐低温等特点，在日本和中国已实现了产业化，该合金的晶胞结构如图1所示。17该晶体的化学式为 。已知该晶胞的摩尔质量为M gmol -1，密度为d gcm -3，设N A为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积是 (用含M、
14、D、N A的代数式表示)cm 3。该晶体的内部具有空隙，且每个晶胞的空隙中储存6个氢原子比较稳定.已知：a=511 pm，c=397 pm；标准状况下氢气的密度为8.9810 -5 gcm-3；储氢能力=储 储 后 储 储 的 密 度储 准 储 储 下 储 储 的 密 度，若忽略吸氢前后晶胞的体积变化，则该储氢材料的储氢能力为 。(2) (2015唐山一模)已知氧化镁与氯化钠具有相同的晶胞结构(如图2)，与镁离子最近的氧离子所构成的几何结构为 ，与镁离子最近的镁离子有 个；已知氧化镁的密度为3.58 gcm -3，则氧化镁的晶胞边长为 (列出表达式即可)cm。图1 图23. (2015商丘期末
15、)在元素周期表前四周期中原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A与其余五种元素既不同周期也不同主族，第2周期元素B原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍，C原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，D原子核外电子有8种不同的运动状态，E的基态原子在前四周期元素的基态原子中单电子数最多，F元素的基态原子最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。(1) 基态E原子的价电子排布图为 。(2) B、C、D三元素第一电离能由小到大的顺序为(用元素符号表示) 。(3) B的最高价氧化物对应水化物分子中，其中心原子杂化轨道的类型为 杂化；C4A的空间构型为 (用文字描述)。(4) C的单质与化
16、合物BD是等电子体，写出化合物BD的电子式： ；1 mol BC -中含有键的数目为 。18(5) 已知D、F能形成一种化合物，其晶胞的结构如右图所示，则该化合物的化学式为 ；若相邻D原子和F原子间的距离为a cm，阿伏加德罗常数为N A，则该晶体的密度为 (用含a、N A的符号表示)gcm -3。4. (1) (2013山东卷)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，右图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为 ，该功能陶瓷的化学式为 。(2) (2013新课标卷)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 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献 个
17、原子。(3) (2013海南卷)碳的一种同素异形体的晶胞如右图所示，右图对应的物质名称是 ，其晶胞中的原子数为 ，晶体类型为 。(4) (2013福建卷)NF 3可由NH 3和F 2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH 3+3F2 NF3+3NH4F，上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有 (填字母)。a. 离子晶体 b. 分子晶体 c. 原子晶体 d. 金属晶体195. (1) 以四氯化钛、碳化钙、叠氮酸盐作原料，可以生成碳氮化钛化合物。其结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构如图1)顶点的氮原子，这种碳氮化钛化合物的化学式为 。(2) 图2是由Q、Cu、O三种元素组成的一种高温超导体的晶
18、胞结构，其中Cu为+2价，O为-2价。Q的化合价为 价。(3) 一种新型阳极材料LaCrO 3的晶胞如图3所示，已知距离每个Cr原子最近的原子有6个，则图3中 原子代表的是Cr原子。图1 图2 图36. (2015河南模拟)CaO晶胞如右图所示，CaO晶体中Ca 2+的配位数为 ，Ca 2+采取的堆积方式为 ，O 2-处于Ca 2+堆积形成的 空隙中；CaO晶体和NaCl晶体的晶格能分别为CaO 3 401 kJ mol -1、NaCl 786 kJ mol -1，导致两者晶格能差异的主要原因是 。7. 已知，F单质晶体的原子堆积为ABAB型，那么该晶体的空间利用率为 ；如果F单质的摩尔质量为
19、M gmol -1，晶胞棱长为a cm，晶胞高度为c cm，则该晶体密度表达式为 gcm-3(阿伏加德罗常数用N A表示，不化简)。如果F的原子半径为R，用R表示的晶胞高度为 。208. 有A、B、C、D四种元素，其中A元素和B元素的原子都有1个未成对电子，A +比B -少一个电子层，B原子得一个电子后3p轨道全满；C原子的p轨道中有3个未成对电子，其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大；D的最高化合价和最低化合价的代数和为4，其最高价氧化物中含D的质量分数为40%，且其核内质子数等于中子数。R是由A、D两元素形成的离子化合物，其中A与D离子数之比为21。请回答下列问题：(1
20、) A单质、B单质、化合物R的熔点大小顺序为 (填字母)。a. A单质B单质R b. RA单质B单质c. B单质RA单质 d. A单质RB单质(2) 在CB 3分子中C元素原子的原子轨道发生的是 杂化，其固体时的晶体类型为 。(3) 写出D原子的核外电子排布式： ，C的氢化物比D的氢化物在水中的溶解度大得多的原因是 。(4) 下图是D和Fe形成的晶体FeD 2最小单元“晶胞”，FeD 2晶体中阴、阳离子数之比为 ，FeD 2物质中具有的化学键类型为 。【课后检测答案】课时43 晶体结构与性质1. (1) 12 O 2-半径小于S 2-，氧化锌晶格能比硫化锌晶格能大 (2) 23 (3) AlN
21、【解析】 (1) 因为根据图示可知，夹角为60，在同一平面方向有六个晶胞共用P点原子，同时上一个平面还有六个晶胞共用P点原子；因O 2-半径小于S 2-，氧化锌晶格能比硫化锌晶格能大，故熔点高。(2) 首先，图2为体心立方，一个钾原子周围同时有8个钾原子，所以配位数为8，图3为面心立方，一个铜原子周围同时有12个铜原子，所以配位数为12，两种晶胞中金属原21子的配位数之比为23。(3) 晶胞中N原子数目为818+1=2，Al原子数目为414+1=2，原子个数比为11，所以化学式是AlN。2. (1) LaNi 5 AMNd1 236(2) 正八面体 12 340.8A【解析】 (1) 该合金的
22、晶胞中心有一个镍原子，其他8个镍原子都在晶胞面上，镧原子都在晶胞顶点，所以晶胞实际含有的镍原子为1+128=5，晶胞实际含有的镧原子为 818=1，所以晶体的化学式为LaNi 5。一个晶胞的质量m= AMN，根据m=V，即V= AMNd。LaNi 5合金储氢后的密度=()mHV晶 胞 中 的晶 胞=-1020-106(5)sin(397)A=0.111 gcm-3，由定义式：储氢能力=储 储 后 储 储 的 密 度储 准 储 储 下 储 储 的 密 度=-53.8gcm1 236。(2) 以位于体心微粒为镁离子进行研究，与之最近的氧离子位于面心，6个氧离子形成正八面体结构；与之最近的镁离子位于棱上，共有12个；晶胞中Mg原子数目为1+1214=4，故氧原子数目为4，则晶胞质量为440ANg，氧化镁的密度为3.58 gcm -3，则晶胞体积为40ANg3.58 gcm-3，晶胞棱长=3V晶 胞=340.58Acm。3. (1) (2) CA单质B单质。(2) CB 3是NCl3，其中N原子发生sp 3杂化，是分子晶体。(4) 根据晶胞示意图，FeD 2晶体中阴、阳离子数之比为148 =11，说明形成的是2-S，故存在离子键和非极性键。
