第三节 晶体结构与性质
非选择题(共100分)
1.(16分)(2020·西安高新一中等校联考)1967年舒尔滋提出金属互化物的概念,其定义为固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素,如Cu9Al4、Cu5Zn8等。回答下列问题:
(1)某种金属互化物具有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,该金属互化物属于
晶体 (填“晶体”或“非晶体”)。
(2)基态铜原子有 1 个未成对电子,二价铜离子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 ,在CuSO4溶液中滴入过量氨水,形成配合物的颜色为 深蓝色 。
(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1 mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为 5NA ;类卤素(SCN)2对应的酸有两种,理论上硫氰酸(H—S—C≡N)的沸点低于异硫氰酸(H—NCS)的沸点,其原因是 异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能 。
(4)ZnS的晶胞结构如图1所示,在ZnS晶胞中S2-的配位数为 4 。
(5)铜与金形成的金属互化物结构如图2,其晶胞边长为a nm,该金属互化物的密度为 (用含a、NA的代数式表示)。
【解析】本题考查晶体结构、核外电子排布、配合物以及晶胞的计算等知识。(1)晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列,有自范性;而非晶体中原子排列相对无序,无自范性。(2)Cu为29号元素,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,只有4s轨道上的电子未成对,Cu2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9,在CuSO4溶液中滴入过量氨水,形成的配合物为[Cu(NH3)4]2+,为深蓝色。(3)(SCN)2分子的结构式为N≡C—S—S—C≡N,1 mol该分子中含有σ键的数目为5NA,异硫氰酸(H—NCS)分子中N原子上连接有H原子,分子间能形成氢键,故沸点较高。(4)根据题图1,距离S2-最近的Zn2+有4个,即S2-的配位数为4。(5)Cu原子位于晶胞面心,数目为6×=3,Au原子位于晶胞顶点,数目为8×=1,晶胞体积V=(a×10-7)3 cm3,密度ρ= g·cm-3= g·cm-3。
第3节 晶体结构与性质
1．[2017·高考全国卷Ⅲ，35(5)]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为 nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为 nm。
解析：因为O2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2－半径的4倍，则有[4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝24×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入数据解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。
答案：0.148 0.076
2．[2016·高考全国卷Ⅱ，37(4)]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d g/cm3，晶胞参数a＝ nm。
解析：(1)Cu原子位于面心，个数为6×12＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×18＝1，铜原子与镍原子的数量比为 3∶1。(2)以该晶胞为研究对象，则64×3＋59NA g＝d g/cm3×(a×10－7 cm)3，解得a＝32516.02×1023×d×107。
答案：(1)3∶1 (2)2516.02×1023×d13×107
3．[2016·高考全国卷Ⅲ，37(4)(5)]砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：
(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9
℃，其原因是 。
(2)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ，Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积2 占晶胞体积的百分率为 。
第三单元 晶体的结构与性质
1．理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 4.了解分子晶体结构与性质的关系。 5.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。 6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。 7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
晶体的组成与性质
[知识梳理]
一、晶体
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
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：描述晶体结构特征的基本重复单位。
(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。
4．晶格能
(1)定义：拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量，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：离子半径越小，晶格能越大。
二、四种类型晶体的比较
类型
比较 分子晶体 原子晶体
金属晶体 离子晶体
构成微粒 分子 原子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子
微粒间的相互作用力 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 难溶于任何常见溶剂 难溶(有的能发生反应) 大多易溶于水等极性溶剂
天津高考化学专项训练 晶体结构与性质
基础题
1.下表所列物质晶体的类型全部正确的一组是( )
原子晶体 离子晶体 分子晶体
A 氮化硅 磷酸 单质硫
B 单晶硅 氯化铝 白磷
C 金刚石 烧碱 冰
D 铁 尿素 冰醋酸
解析：A项，磷酸属于分子晶体；B项，氯化铝属于分子晶体；D项，铁属于金属晶体，尿素属于分子晶体。
答案：C
2．根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中，错误的是( )
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 810 710 190 －68 2 300
沸点/℃ 1 465 1 418 182.7 57 2 500
注：AlCl3熔点在2.5×105 Pa条件下测定。
A．SiCl4是分子晶体
B．单质B是原子晶体
C．AlCl3加热能升华
D．MgCl2所含离子键的强度比NaCl大
解析：三类不同的晶体由于形成晶体的粒子和粒子间的作用力不同，因而表现出不同的性质。原子晶体具有高的熔、沸点，硬度大、不能导电；而离子晶体也具有较高的熔、沸点、较大的硬度，在溶液中或熔化状态下能导电；分子晶体熔、沸点低，硬度小、不导电，熔化时无化学键断裂，据这些性质可确定晶体类型。根据上述性质特点及表中数据进行分析，NaCl的熔、沸点均比MgCl2高，所以NaCl晶体中的离子键应比MgCl2强，故D不正确。
答案：D
3．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
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。 答案：A
4．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( )
