资源描述
第,3,讲晶体结构与性质,考点,一,考点,二,真题演练,素养通关,考,纲要求,1.,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。,2.,了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。,3.,了解分子晶体结构与性质的关系。,4.,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。,5.,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。,6.,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。,考点一晶体和晶体类型,基础梳理,自我排查,1.,晶体,(1),晶体与,非晶体,晶体,非晶体,结构特征,结构微粒,_,_,_,排列,结构微粒,_,排列,性质,特征,自范性,_,_,熔点,_,_,异同表现,_,_,二者区,别方法,间接方法,看是否有固定的,_,科学方法,对固体进行,_,实验,周期性有序,无序,有,无,固定,不固定,各向异性,各向同性,熔点,X,射线衍射,(,2),得到晶体的三条途径,熔融态物质凝固。,气态物质冷却不经液态直接,_,。,溶质从溶液中析出。,凝固,(,凝华,),2,晶胞,(1),概念：描述晶体结构的,_,。,(2),晶体中晶胞的排列,无隙并置,无隙：相邻晶胞之间没有,_,。,并置：所有晶胞,_,排列、,_,相同。,基本单元,任何间隙,平行,取向,3,晶格能,(1),定义：气态离子形成,1,摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：,_,。,(2),影响因素,离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越,_,。,离子的半径：离子的半径越,_,，晶格能越大。,(3),与离子晶体性质的关系,晶格能越大，形成的离子晶体越,_,，且熔点越,_,，硬度越,_,。,kJmol,1,大,小,稳定,高,大,4,四种常见晶体类型,类型,比较,分子晶体,原子晶体,金属晶体,离子晶体,构成粒子,_,_,金属阳离子、自由电子,_,粒子间的相,互作用力,_(,某些含氢键,),_,_,_,硬度,_,_,有的,_,，有的,_,_,熔、沸点,_,_,有的,_,，有的,_,_,分子,原子,阴、阳离子,范德华力,共价键,金属键,离子键,较小,很大,很大,很小,较大,较低,很高,很高,很低,较高,溶解性,相似相溶,难溶于任何溶剂,常见溶剂难溶,大多易溶于水等极性溶剂,导电、,传,热性,一般不导电，溶于水后有的导电,一般不具有导电性，个别为半导体,电和热的良导体,晶体不导电，水溶液或熔融态导电,判断,(,正确的打,“,”,，错误的打,“”,),(1),晶体的熔点一定比非晶体的熔点高,(,),(2),缺角的,NaCl,晶体在饱和,NaCl,溶液中会慢慢变为完美的立方体块,(,),(3),通过,X,射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体,(,),(4),晶胞是晶体中的最小的,“,平行六面体,”,(,),(5),晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,(,),(6),在分子晶体中一定有范德华力和化学键,(,),(7),原子晶体的熔点一定比金属晶体的高,(,),(8),分子晶体的熔点一定比金属晶体的低,(,),微点拨,1.,晶胞是从晶体中,“,截取,”,出来具有代表性的,“,平行六面体,”,，但不一定是最小的,“,平行六面体,”,。,2,常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体,(Hg,除外,),。,3,原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。,4,原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。,考点专练,层级突破,练点一,晶胞与晶体类型判断,1,下图为碘晶体晶胞结构。有关说法中正确的是,(,),A.,碘分子的排列有,2,种不同的取向，,2,种取向不同的碘分子以,4,配位数交替配位形成层结构,B,用切割法可知平均每个晶胞中有,4,个碘原子,C,碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体,D,碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力,答案：,A,解析,：,碘分子的排列有,2,种不同的取向，在顶点和面心不同，,2,种取向不同的碘分子以,4,配位数交替配位形成层结构，,A,选项正确；每个晶胞中有,4,个碘分子，,B,选项错误；,C,项，此晶体是分子晶体，错误；,D,项，碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，错误。,2,下列数据是对应物质的熔点,(,),：,据此,做出的下列判断中错误的是,(,),A,铝的化合物的晶体中有的是离子晶体,B,表中只有,BCl,3,和干冰是分子晶体,C,同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体,D,不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体,BCl,3,Al,2,O,3,Na,2,O,NaCl,AlF,3,AlCl,3,干冰,SiO,2,107,2 073,920,801,1 291,190,57,1 723,答案：,B,解析,：,A,项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；,B,项，,BCl,3,、,AlCl,3,和干冰均是分子晶体，错误；,C,项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，例如,CO,2,是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。,练后归纳,晶体类型与物质类别,原子晶体,金属晶体,离子晶体,分子晶体,物质,类别,及举,例,部分非金属单质,(,如金刚石、硅、晶体硼,),，部分非金属化合物,(,如,SiC,、,SiO,2,),金属单质与合金,(,如,Na,、,Al,、,Fe,、青铜,),金属氧化物,(,如,K,2,O,、,Na,2,O),、强碱,(,如,KOH,、,NaOH),、绝大部分盐,(,如,NaCl),大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物,(SiO,2,除外,),、绝大多数有机物,(,有机盐除外,),练点二,晶体的类型与性质,3,北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与,C,60,形成的球碳盐,K,3,C,60,。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于,K,3,C,60,的组成和结构的分析中正确的是,(,),A,K,3,C,60,晶体中既有离子键又有极性键,B,K,3,C,60,晶体的熔点比,C,60,晶体的熔点低,C,该晶体熔化时能导电,D,C,60,分子中碳原子是采用,sp,3,杂化的,答案：,C,解析,：,该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，,C,项正确；,C,60,内部为非极性键，,A,项错误；离子晶体,K,3,C,60,比分子晶体,C,60,的熔点高，,B,项错误；,C,60,中每个碳形成四条键，其中有一个为双键，故应为,sp,2,杂化，,D,项错误。,4,现有几组物质的熔点,(,),数据：,A,组,B,组,C,组,D,组,金刚石：,3 550,Li,：,181,HF,：,83,NaCl,：,801,硅晶体：,1 410,Na,：,98,HCl,：,115,KCl,：,776,硼晶体：,2 300,K,：,64,HBr,：,89,RbCl,：,718,二氧化硅：,1 723,Rb,：,39,HI,：,51,CsCl,：,645,据此回答下列问题：,(1)A,组属于,_,晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是,_,。,(2)B,组晶体共同的物理性质是,_(,填序号,),。,有金属光泽,导电性,导热性,延展性,(3)C,组中,HF,熔点反常是,由于,_,_,_,。,(4)D,组晶体可能具有的性质是,_(,填序号,),。,硬度小,水溶液能导电,固体能导电,熔融状态能导电,(5)D,组晶体的熔点由高到低的顺序为,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,，其原因,为,_,_,_,_,_,_,。,原子,共价键,HF,分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多,D,组晶体都为离子晶体，,r,(Na,),r,(K,),r,(Rb,),r,(Cs,),，在离子所,带,电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高,解析,：,(1)A,组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。,(2)B,组为金属晶体，具有,四条共性。,(3)HF,中含有分子间氢键，故其熔点反常。,(4)D,组属于离子晶体，具有,两条性质。,(5)D,组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关，离子半径越小晶格能越大熔点越高。,5,(1),碳化硅,(SiC),是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：,晶体硅；,硝酸钾；,金刚石；,碳化硅；,干冰；,冰，它们的熔点由高到低的顺序是,_(,填序号,),。,(2),继,C,60,后，科学家又合成了,Si,60,、,N,60,。请解释如下现象：熔点,Si,60,N,60,C,60,，而破坏分子所需要的能量,N,60,C,60,Si,60,，其原因是,_,_,_,_,。,结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力,(,或范德华力,),越强，熔化所需的能量越多，故熔点：,Si,60,N,60,C,60,；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断裂时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为,N,60,C,60,Si,60,。,解析,：,(1),这些晶体属于原子晶体的有,、离子晶体的有,、分子晶体的有,。一般来说，原子晶体的熔点,离子晶体的熔点,分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长,SiSiSiCCC,，相应键能,SiSiSiC,碳化硅,晶体硅。,(2),熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。,方法总结,晶体熔、沸点高低的比较方法,(1),首先看物质的状态，一般情况下固体,液体,气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体,离子晶体,分子晶体。,(2),同类晶体熔、沸点比较思路为：原子晶体,共价键键能,键长,原子半径；分子晶体,分子间作用力,相对分子质量；离子晶体,离子键强弱,离子所带电荷数、离子半径。,考点二晶体结构的分析与计算,基础梳理,自我排查,1.,典型晶体结构模型分析,晶体,晶体结构,晶体详解,原,子,晶,体,金,刚,石,(1),每个碳与相邻,_,个碳以共价键结合，形成正四面体结构,(2),键角均为,_,(3),最小碳环由,_,个,C,组成且六原子不在同一平面内,(4),每个,C,参与,4,条,CC,键的形成，,C,原子数与,CC,键数之比为,_,4,10928,6,1,2,原,子,晶,体,SiO,2,(1),每个,Si,与,_,个,O,以共价键结合，形成正四面体结构,(2),每个正四面体占有,1,个,Si,，,4,个,“,O,”,，,n,(Si),n,(O),_,(3),最小环上有,_,个原子，即,6,个,O,，,6,个,Si,4,1,2,12,分,子,晶,体,干冰,(1)8,个,CO,2,分子构成立方体且在,6,个面心又各占据,1,个,CO,2,分子,(2),每个,CO,2,分子周围等距紧邻的,CO,2,分子有,_,个,12,离,子,晶,体,NaCl,(,型,),(1),每个,Na,(Cl,),周围等距且紧邻的,Cl,(Na,),有,6,个。每个,Na,周围等距且紧邻的,Na,有,_,个,(2),每个晶胞中含,_,个,Na,和,_,个,Cl,CsCl,(,型,),(1),每个,Cs,周围等距且紧邻的,Cl,有,_,个，每个,Cs,(Cl,),周围等距且紧邻的,Cs,(Cl,),有,_,个,(2),如图为,8,个晶胞，每个晶胞中含,1,个,Cs,、,1,个,Cl,12,4,4,8,6,金,属,晶,体,简单立,方堆积,典型代表,Po,，配位数为,_,，空间利用率,52%,面心立,方最密,堆积,又称为,A,1,型或铜型，典型代表,Cu,、,Ag,、,Au,，配位数为,_,，空间利用率,74%,6,12,金,属,晶,体,体心立,方堆积,又称为,A,2,型或钾型，典型代表,Na,、,K,、,Fe,，配位数为,_,，空间利用率,68%,六方最,密堆积,又称为,A,3,型或镁型，典型代表,Mg,、,Zn,、,Ti,，配位数为,_,，空间利用率,74%,8,12,2.,金属晶胞中原子空间利用率的计算,空间利用率,100%,，球体积为金属原子的总体积。,(1),简单立方,堆积,如图所示，设原子半径为,r,，则立方体的棱长为,_,，,V,球,_,，,V,晶胞,_,，空间利用率,_,。,2,r,r,3,8,r,3,52%,(2),体心立方,堆积,如图所示，设原子半径为,r,，则体对角线,c,为,_,，面对角线,b,为,_(,用,a,表示,),，,a,_(,用,r,表示,),，空间利用率为,_,。,4,r,a,r,68%,(3),六方最密堆积,如,图所示，设原子半径为,r,，则棱长为,_(,用,r,表示，下同,),，底面面积,S,_,，,h,_,，,V,晶胞,_,，空间利用率,_,。,2,r,2,r,2,8,r,3,74%,(4),面心立方最密堆积,如,图所示，设原子半径为,r,，则面对角线为,_(,用,r,表示,),，,a,_(,用,r,表示,),，,V,晶胞,_(,用,r,表示,),，空间利用率,_,。,4,r,2,r,16,r,3,74%,3,晶胞中微粒的计算方法,均摊法,(1),原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被,n,个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是,(3),图示,判断,(,正确的打,“,”,，错误的打,“”,),(1),金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有,8,个,(,),(2),在,NaCl,晶体中，每个,Na,周围与其距离最近的,Na,有,12,个,(,),(3),在,CsCl,晶体中，每个,Cs,周围与其距离最近的,Cl,有,8,个,(,),(4),立方晶胞中，顶点上的原子被,4,个晶胞共用,(,),(5),石墨晶体中每个正六边形结构中平均占有碳原子数为,2(,),考点专练,层级突破,练点一,晶体结构中微粒数分析,1,下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数,。,A,NaCl(,含,_,个,Na,，,_,个,Cl,),B,干冰,(,含,_,个,CO,2,),C,CaF,2,(,含,_,个,Ca,2,，,_,个,F,),D,金刚石,(,含,_,个,C) E,体心立方,(,含,_,个原子,),F,面心立方,(,含,_,个原子,),4,4,4,4,8,8,2,4,2,(1),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时，下图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,_,。,MgB,2,解析,：,每个,Mg,周围有,6,个,B,，而每个,B,周围有,3,个,Mg,，所以其化学式为,MgB,2,。,(2),在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为,_,。,解析：,(2),从图可看出，,每个,单元,中，都有一个,B,和一个,O,完全属于这个单元，剩余的,2,个,O,分别被两个结构单元共用，所以,B,O,1,(1,2/2),1,2,，化学式为,。,3,某,Fe,x,N,y,的晶胞如图,1,所示，,Cu,可以完全替代该晶体中,a,位置,Fe,或者,b,位置,Fe,，形成,Cu,替代型产物,Fe,(,x,n,),Cu,n,N,y,。,Fe,x,N,y,转化为两种,Cu,替代型产物的能量变化如图,2,所示，其中更稳定的,Cu,替代型产物的化学式为,_,。,图,2,转化过程的能量变化,Fe,3,CuN,解析,：,能量低的晶胞稳定性强，即,Cu,替代,a,位置,Fe,型晶胞更稳定。每个晶胞均摊,Fe,原子数：,6,3,，,Cu,原子数：,8,1,，,N,原子数是,1,，则,Cu,替代,a,位置,Fe,型产物的化学式为,Fe,3,CuN,。,练点二,晶胞结构中原子坐标参数的分析,4,钙钛矿晶体的晶胞结构如图所示，则该晶体的化学式为,_,。晶胞中的原子可用,x,、,y,、,z,组成的三数组来表示它在晶胞中的位置，称为原子坐标。已知原子坐标为,A(0,，,0,，,0),，,B,；则,Ca,的原子坐标,为,_,_,_,。,CaTiO,3,5,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。如图为,Ge,单晶的晶胞，其中原子坐标参数,A,为,(0,，,0,，,0),；,B,为,；,C,。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,565.76 pm,，其密度为,_,(,列出计算式即可,),。,10,7,练点三,晶胞结构中常见物理量的计算,6,(1,),金刚石,晶胞含有,_,个碳原子。若碳原子半径为,r,，金刚石晶胞的边长为,a,，根据硬球接触模型，则,r,_,a,，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率,_(,不要求计算结果,),。,8,解析,：,(1),由金刚石形成的晶胞可知结构，,C,原子位于,8,个顶点、,6,个面心、体内还有,4,个碳原子，所以晶胞中平均含有的碳原子数为,8,6,4,8,个，由晶胞示意图可知：,8,r,a,，即,r,a,；晶胞中碳原子的占有率为,。,(2)Cu,与,F,形成的化合物的晶胞结构如右图所示，若晶体密度为,，则,Cu,与,F,最近距离为,_,_,_,pm,。,(,阿伏加德罗常数用,N,A,表示，列出计算表达式，不用化简；其中,为,Cu,，,为,F),10,10,pm,解析,：,(,2),设晶胞的棱长为,x,cm,，在晶胞中，,Cu,：,8,6,4,；,F,：,4,，其化学式为,CuF,。,a,x,3,N,A,4,M,(CuF),，,x,。最短距离为小立方体对角线的一半，小立方体的对角线为,x,。所以最短距离为,x,10,10,pm,。,(3)O,和,Na,能够形成化合物,F,，其晶胞结构如图所示，晶胞参数,a,0.566 nm,，,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,(gcm,3,)_,。,Na,2,O,8,2.27 gcm,3,解析,：,(,3),由晶胞结构可知，一个晶胞中小球个数为,8,，大球个数为,4,，小球代表离子半径较小的,Na,，大球代表离子半径较大的,O,2,，故,F,的化学式为,Na,2,O,；晶胞中与每个氧原子距离最近且相等的钠原子有,8,个；晶胞的质量为,4,，晶胞的体积为,(0.566,10,7,),3,cm,3,，晶体密度为,2.27 gcm,3,。,7,(1),某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示,。,晶胞中铜原子与镍原子的数量比为,_,。,若合金的密度为,d,gcm,3,，晶胞参数,a,_,_,_,nm,。,3,1,10,7,解析,：,(1),根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为,6,3,，镍原子的个数为,8,1,，则铜原子和镍原子的数量比为,3,1,；,根据上述分析，该晶胞的组成为,Cu,3,Ni,，若合金的密度为,d,gcm,3,，根据,，则晶胞参数,a,10,7,nm,。,(2),一种,Fe,、,Si,金属间化合物的晶胞结构如下图所示,：,晶胞中含铁原子为,_,个,，已知晶胞参数为,0.564 nm,，,阿伏加德罗,常数,的值为,N,A,，则,Fe,、,Si,金属间化合物的密度,为,_,_,_,(,列出计算式,),。,12,解析：,(,2),由晶胞的结构可知，,Fe,原子的个数为,8,6,12,5,12,，,Si,原子个数为,4,，则晶胞的化学式为,Fe,3,Si,，由晶胞的质量可得：,mol,196 gmol,1,(0.564,10,7,cm),3,d,，则,d,gcm,3,。,(3),铜与氧元素形成的晶胞如下图所示,：,晶胞中,Cu,均匀地分散在立方体内部，,a,、,b,的坐标参数依次为,(0,，,0,，,0),、,，则,d,的坐标参数,为,_,_,_,，已知该晶体的密度为,，,N,A,是阿伏加德罗常数值，则晶胞参数为,_cm(,列出计算式即可,),。,解析：,(,3),由晶胞示意图可知，位于顶点的,a,和体心的,b,的坐标参数依次为,(0,，,0,，,0),、,，,d,位于体对角线的,处，则,d,的坐标参数为,；晶胞中,Cu,原子的个数为,4,，,O,原子的个数为,8,1,2,，则化学式为,Cu,2,O,，,Cu,2,O,的摩尔质量为,144 gmol,1,，设晶胞的参数为,a,，晶胞的质量为,a,3,144,，则,a,cm,。,方法,总结,立方晶胞各物理量的关系,对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：,a,3,N,A,n,M,，,a,表示晶胞的棱长，,表示密度，,N,A,表示阿伏加德罗常数的值，,n,表示,1 mol,晶胞中所含晶体的物质的量，,M,表示摩尔质量，,a,3,N,A,表示,1 mol,晶胞的质量。,真题演练,素养通关,1.,2021,全国甲卷，,35,化学,选修,3,：物质结构与性质,我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为,“,液态阳光,“,计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：,(1),太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。,Si,的价电子层的电子排布式为,_,；单晶硅的晶体类型为,_,。,SiCl,4,是生产高纯硅的前驱体，其中,Si,采取的杂化类型为,_,。,SiCl,4,可发生水解反应，机理如下,：,含,s,、,p,、,d,轨道的杂化类型有：,dsp,2,、,sp,3,d,、,sp,3,d,2,，中间体,SiCl,4,(H,2,O),中,Si,采取的杂化类型为,_(,填标号,),。,3s,2,3p,2,原子晶体,sp,3,解析：,本题以,“,液态阳光,”,计划为素材考查物质结构性质，具体考查原子结构与性质、分子结构与性质、化学键数、晶胞结构及晶体密度的计算等，意在考查考生分析问题和解决问题的能力。,(1),基态硅原子,M,层有,4,个电子，分别填充于,3s,和,3p,能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为,3s,2,3p,2,。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子晶体。,SiCl,4,的中心原子硅原子周围有,4,对成键电子对，则,Si,采取,sp,3,杂化。由中间体,SiCl,4,(H,2,O),的结构可知，,Si,原子周围有,5,对成键电子对，故该杂化轨道含,1,个,s,杂化轨道、,3,个,p,杂化轨道和,1,个,d,杂化轨道，则,Si,采取的杂化类型为,sp,3,d,。,(2)CO,2,分子中存在,_,个,键和,_,个,键。,(3),甲醇的沸点,(64.7,),介于水,(100,),和甲硫醇,(CH,3,SH,，,7.6,),之间，其原因是,_,_,_,。,(4,),我国,科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为,ZnO/ZrO,2,固溶体。四方,ZrO,2,晶胞如右图所示。,Zr,4,在晶胞中的配位数是,_,，晶胞参数为,a,pm,、,a,pm,、,c,pm,，该晶体密度,为,_,gcm,3,(,写出表达式,),。在,ZrO,2,中掺杂少量,ZnO,后形成的催化剂，化学式可表示为,Zn,x,Zr,1,x,O,y,，则,y,_(,用,x,表达,),。,2,2,甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多,8,2,x,解析,：,(,2)CO,2,分子的结构为,O,=,=C,=,=O,，则,1,个,CO,2,分子中含,2,个,键和,2,个,键。,(3),甲醇的结构简式是,CH,3,OH,，,1,个甲醇分子可形成,1,个分子间氢键，而,1,个,H,2,O,分子可形成,2,个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。,(4),以,ZrO,2,晶胞结构的上面面心的,Zr,4,为研究对象，将晶体结构向上由,1,个晶胞延长为,2,个晶胞，可观察到与该,Zr,4,距离最近的,有,8,个，则,Zr,4,的配位数为,8,。该晶胞中含,8,个,，,Zr,4,个数为,8,6,4(,个,),，则,1,个晶胞的质量为,g,，,1,个晶胞的体积为,a,2,c,10,30,cm,3,，则该晶体的密度为,gcm,3,。该晶体中，,Zr,为,4,价，,Zn,为,2,价，,O,为,2,价，由化合物中各元素化合价代数和为,0,可得，,2,x,4,x,(1,x,),2,y,0,，解得,y,2,x,。,2,2021,全国乙卷，,35,化学,选修,3,：物质结构与性质,过渡金属元素铬,(Cr),是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：,(1),对于基态,Cr,原子，下列叙述正确的是,_(,填标号,),。,A,轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为,Ar 3d,5,4s,1,B,4s,电子能量较高，总是在比,3s,电子离核更远的地方运动,C,电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大,(2),三价铬离子能形成多种配位化合物。,Cr(NH,3,),3,(H,2,O),2,Cl,2,中提供电子对形成配位键的原子是,_,，中心离子的配位数为,_,。,AC,N,、,O,、,Cl,6,解析：,(1)Cr,是,24,号元素，基态,Cr,原子核外电子排布式为,Ar3d,5,4s,1,，,3d,和,4s,轨道均处于半充满状态，此时体系总能量低，,A,项正确；,4s,电子能量较高，但其并不总是在比,3s,电子离核更远的地方运动，,B,项错误；因为,Cr,原子半径小于,K,，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，,C,项正确。,(2),形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体,NH,3,、,H,2,O,、,Cl,中提供孤电子对形成配位键的原子是,N,、,O,、,Cl,，,Cr(NH,3,),3,(H,2,O),2,Cl,2,中中心离子的配位数为,3,2,1,6,。,(3) Cr(NH,3,),3,(H,2,O),2,Cl,2,中配体分子,NH,3,、,H,2,O,以及分子,PH,3,的空间结构和相应的键角如下图所示。,PH,3,中,P,的杂化类型是,_,，,NH,3,的沸点比,PH,3,的,_,，原因是,_,。,H,2,O,的键角小于,NH,3,的，分析原因,_,。,sp,3,高,NH,3,存在分子间氢键,NH,3,含有一对孤对电子，而,H,2,O,含有两对孤对电子。,H,2,O,中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大,解析,：,(,3)PH,3,中,P,原子的成键电子对数为,3,，孤电子对数为,1,，故价层电子对数是,4,，采用,sp,3,杂化；,NH,3,的沸点比,PH,3,高，是因为,NH,3,分子间存在氢键，,PH,3,分子间只有范德华力；由于,NH,3,中,N,原子含有,1,个孤电子对，而,H,2,O,中,O,原子含有,2,个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此,H,2,O,中的键角小于,NH,3,中的键角,。,(4),在金属材料中添加,AlCr,2,颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。,AlCr,2,具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是,_,原子。设,Cr,和,Al,原子半径分别为,r,Cr,和,r,Al,，则金属原子空间占有率为,_,_,_%(,列出计算表达式,),。,Al,100,解析：,(,4),由结构图可知，根据均摊法，该晶胞含有,4,个白球和,2,个黑球，则黑球代表,Al,原子，白球代表,Cr,原子，金属原子的总体积是,),，晶胞体积是,a,2,c,，故原子空间利用率是,100%,。,3,2020,全国卷,，,35,Goodenough,等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得,2019,年诺贝尔化学奖。回答下列问题：,(1),基态,Fe,2,与,Fe,3,离子中未成对的电子数之比为,_,。,(2)Li,及其周期表中相邻元素的第一电离能,(,I,1,),如表所示。,I,1,(Li),I,1(Na),原因是,_,。,I,1,(Be),I,1,(B),I,1,(Li),，原因是,_,_,_,_,。,I,1,/(kJmol,1,),Li 520,Be 900,B 801,Na 496,Mg 738,Al 578,Na,与,Li,同族，,Na,电子层数多，原子半径大，易失电子,Li,、,Be,、,B,同周期，核电荷数依次增加。,Be,为,1s,2,2s,2,全满稳定结构，第一电离能最大。与,Li,相比，,B,核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大,解析：,(1),根据构造原理可知基态,Fe,2,和,Fe,3,的价层电子排布式分别为,3d,6,和,3d,5,，其未成对电子数分别为,4,和,5,，即未成对电子数之比为,。,(2)Li,和,Na,均为第,A,族元素，由于,Na,电子层数多，原子半径大，故,Na,比,Li,容易失去最外层电子，即,I,1,(Li),I,1,(Na),。,Li,、,Be,、,B,均为第二周期元素，随原子序数递增，第一电离能有增大的趋势，而,Be,的,2s,能级处于全充满状态，较难失去电子，故第一电离能,Be,比,B,大,。,(3),磷酸根离子的空间构型为,_,，,其中,P,的价层电子对数为,_,、杂化轨道类型为,_,。,(4)LiFePO,4,的晶胞结构示意图如,(a),所示。其中,O,围绕,Fe,和,P,分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有,LiFePO,4,的单元数有,_,个,。,电池充电时，,LiFePO,4,脱出部分,Li,，形成,，结构示意图如,(b),所示，则,x,_,，,n,(Fe,2,),n,(Fe,3,),_,。,正四面体,4,sp,3,4,13,3,解析：,的中心原子,P,的价层电子对数为,4,，孤电子对数为,0,，中心原子,P,为,sp,3,杂化，故,的空间构型为正四面体。,(4),由题图可知，小白球表示锂原子，由图,(a),知，每个晶胞中的锂原子数为,8,4,4,4,，故一个晶胞中有,4,个,LiFePO,4,单元。由图,(b),知，,Li,1,x,FePO,4,结构中，一个晶胞含有,个锂原子，此时锂原子、铁原子的个数比为,13,16,，进而推出,x,。设,Li,13,Fe,16,(PO,4,),16,中二价铁离子的个数为,a,，三价铁离子的个数为,b,，由,2,a,3,b,13,48,，,a,b,16,，得到,a,b,13,3,，即,n,(Fe,2,),n,(Fe,3,),13,3,。,4,2020,全国卷,，,35,氨硼烷,(NH,3,BH,3,),含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题：,(1)H,、,B,、,N,中，原子半径最大的是,_,。根据对角线规则，,B,的一些化学性质与元素,_,的相似。,(2)NH,3,BH,3,分子中，,NB,化学键称为,_,键，其电子对由,_,提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：,9H,2,的结构为,。,在该反应中，,B,原子的杂化轨道类型由,_,变为,_,。,B,Si(,硅,),配位,N,sp,3,sp,2,解析：,(1),根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小，可知,H,、,B,、,N,中原子半径最大的是,B,。元素周期表中,B,与,Si(,硅,),处于对角线上，二者化学性质相似。,(2)NH,3,BH,3,中,N,有孤对电子，,B,有空轨道，,N,和,B,形成配位键，电子对由,N,提供。,NH,3,BH,3,中,B,形成四个,键，为,sp,3,杂化,中,B,形成,3,个,键，为,sp,2,杂化,。,(3)NH,3,BH,3,分子中，与,N,原子相连的,H,呈正电性,(H,),，与,B,原子相连的,H,呈负电性,(H,),，电负性大小顺序是,_,。与,NH,3,BH,3,原子总数相等的等电子体是,_(,写分子式,),，其熔点比,NH,3,BH,3,_(,填,“,高,”,或,“,低,”,),，原因是在,NH,3,BH,3,分子之间，,存在,_,_,_,，也称,“,双氢键,”,。,NHB,CH,3,CH,3,低,H,与,H,的静电引力,解析：,电负性,用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与,N,原子相连的,H,呈正电性，与,B,原子相连的,H,呈负电性，故电负性,NHB,。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与,NH,3,BH,3,互为等电子体的分子为,CH,3,CH,3,。带相反电荷的微粒能形成静电引力，,NH,3,BH,3,分子间存在,H,与,H,的静电引力，也称为,“,双氢键,”,，,“,双氢键,”,能改变物质的熔沸点，而,CH,3,CH,3,分子间不存在,“,双氢键,”,，熔沸点较低。,(4),研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为,a,pm,、,b,pm,、,c,pm,，,90,。氨硼烷的,2,2,2,超晶胞结构如图所示,。,氨硼烷晶体的密度,_,(,列出计算式，设,N,A,为阿伏加德罗常数的值,),。,解析,：,(,4),氨硼烷的相对分子质量为,31,，一个氨硼烷的,2,2,2,超晶胞中含有,16,个氨硼烷，该超晶胞的质量为,g,，体积为,2,a,10,10,cm,2,b,10,10,cm,2,c,10,10,cm,8,abc,10,30,cm,3,，则氨硼烷晶体的密度为,gcm,3,。,5,2019,全国卷组合，,35,(,全国卷,),：,(,4),图,(a),是,MgCu,2,的拉维斯结构，,Mg,以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的,Cu,。图,(b),是沿立方格子对角面取得的截图。可见，,Cu,原子之间最短距离,x,_pm,，,Mg,原子之间最短距离,y,_,pm,。设阿伏加德罗常数的值为,N,A,，则,MgCu,2,的密度是,_,_,gcm,3,(,列出计算表达式,),。,a,a,解析：,(,全国卷,),：,(4),由图,(b),可知，,x,等于立方体面对角线长度的,，即,4,x,a,，则,x,a,；根图,(a),、,(b),分析可知，,y,等于立方体体对角线长度的,，即,4,y,a,，则,y,a,；据图,(a),可知，该晶胞占用,Cu,原子数目为,4,4,16,，据,MgCu,2,可知，,Mg,原子数目为,8,，一个晶胞的体积为,(,a,10,10,),3,cm,3,，质量为,g,，则,MgCu,2,的密度为,gcm,3,。,(,全国卷,),：,(4),一种四方结构的超导化合物的晶胞如图,1,所示。晶胞中,Sm,和,As,原子的投影位置如图,2,所示,。,图中,F,和,O,2,共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用,x,和,1,x,代表，则该化合物的化学式表示,为,_,_,_,；通过测定密度,和晶胞参数，可以计算该物质的,x,值，完成它们关系表达式：,_,_,_,gcm,3,。,以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图,1,中原子,1,的坐标为,(,),，则原子,2,和,3,的坐标分别,为,_,_,_,、,_,。,SmFeAsO,1,x,F,x,解析：,(,全国卷,),：,(4),根据原子在长方体晶胞中位置可知，晶胞中,As,、,Fe,、,Sm,各有两个原子，,F,和,O,的原子数之和为,2,，则该化合物的化学式为,SmFeAsO,1,x,F,x,。每个晶胞中有,“,两个分子,”,，每个晶胞质量为,g,；该晶胞为长方体，其体积为,a,2,c,10,30,cm,3,，则,gcm,3,。根据坐标系和原子,1,的坐标可知，底面左后方的,O,或,F,原子为坐标系原点，其坐标是,(0,，,0,，,0),，则原子,2,的坐标为,，原子,3,的坐标为,。,(,全国卷,),：,(,3),苯胺,),的晶体类型是,_,。苯胺与甲苯,),的相对分子质量相近，但苯胺的熔点,(,5.9,),、沸点,(184.4,),分别高于甲苯的熔点,(,95.0,),、沸点,(110.6,),，原因是,_,。,分子晶体,苯胺分子之间存在氢键,解析：,(,全国卷,),：,中,只含有共价键，根据其熔、沸点数据可知，苯胺的晶体类型为分子晶体。苯胺分子间存在氢键，导致其熔、沸点高于甲苯。,(5)NH,4,H,2,PO,4,和,LiFePO,4,属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示,：,这类磷酸根离子的化学式可用通式表示,为,_,_,_(,用,n,代表,P,原子数,),。,(P,n,O,3,n,1,),(,n,2),解析：,磷酸,根离子为,，焦磷酸根离子为,，三磷酸根离子为,。结合图示可知，每增加,1,个,P,原子，,O,原子数增加,3,，离子所带负电荷数增加,1,，故可推出离子通式为,(P,n,O,3,n,1,),(,n,2),。,6,全国卷组合，,35,(,全国卷,),：,(4)Li,2,O,是离子晶体，其晶格能可通过图,(a),的,BornHaber,循环计算得到,。,可知，,Li,原子的第一电离能为,_kJmol,1,，,O,O,键键能为,_kJmol,1,，,Li,2,O,晶格能为,_,kJmol,1,。,520,498,2 908,解析,：,(,全国卷,),：,(4),锂原子的第一电离能是指,1 mol,气态锂原子失去,1 mol,电子变成,1 mol,气态锂离子所吸收的能量，即为,520 kJmol,1,。,O,=,=O,键键能是指,1 mol,氧气分子断裂生成气态氧原子所吸收的能量，即为,2,498 kJmol,1,。晶格能是指气态离子结合生成,1 mol,晶体所释放的能量或,1 mol,晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则,Li,2,O,的晶格能为,。,(5,),Li,2,O,具有反萤石结构，晶胞如图,(b),所示。已知晶胞参数为,0.466 5,nm,，阿伏加德罗常数的值为,N,A,，则,Li,2,O,的密度为,_ gcm,3,(,列出计算式,),。,解析：,(,5)1,个氧化锂晶胞含,O,的个数为,8,6,4,，含,Li,的个数为,8,，,1 cm,10,7,nm,，代入密度公式计算可得,Li,2,O,的密度为,gcm,3,。,(,全国卷,),：,(5)FeS,2,晶体的晶胞如图,(c),所示。晶胞边长为,a,nm,，,FeS,2,相对式量为,M,，阿伏加德罗常数的值为,N,A,，其晶体密度的计算表达式为,_,；晶胞中,Fe,2,位于,所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为,_ nm,。,10,21,a,解析,：,(,全国卷,),：,(5),该晶胞中,Fe,2,位于棱上和体心，个数为,12,1,位于顶点和面心，个数为,8,6,4,，故晶体密度为,4 g(,a,10,7,cm),3,。根据晶胞结构，,所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的,，故该正八面体的边长为,a,nm,。,(,全国卷,),：,(5),金属,Zn,晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为,_,。,六棱柱底边边长为,a,cm,，高为,c,cm,，,阿伏加德,罗,常数的值为,N,A,，,Zn,的密度为,_,gcm,3,(,列出计算式,),。,六方最密堆积,(A,3,型,),解析,：,(,全国卷,),：,(5),题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积,6,a,2,cm,2,，六棱柱的体积,，该晶胞中,Zn,原子个数为,12,2,3,6,，已知,Zn,的相对原子质量为,65,，阿伏加德罗常数的值为,N,A,，则,Zn,的密度,gcm,3,。,7,2019,江苏卷，,21,Cu,2,O,广泛应用于太阳能电池领域。以,CuSO,4,、,NaOH,和抗坏血酸为原料，可制备,Cu,2,O,。,(1)Cu,2,基态核外电子排布式为,_,_,_,。,的空间构型为,_(,用文字描述,),；,Cu,2,与,OH,反应能生成,Cu(OH),4,2,，,Cu(OH),4,2,中的配位原子为,_(,填元素符号,),。,(3),抗坏血酸的分子结构如图,1,所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为,_,；推测抗坏血酸在水中的溶解性
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