第一章第1节--晶体结构与性质

1第一章晶体结构与性质第一节晶体的常识一、知识框架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二者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：描述晶体结构的基本单元。(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空隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。4.晶胞中微粒的计算方法——均摊法2二、典型例题例题1.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为（）A．Mg2CNi3B．MgCNi3C．MgCNi2D．MgC2Ni解析：利用均摊法确定晶胞的化学式，位于顶点的一个原子被8个晶胞占有，位于面心上的原子被2个晶胞占有，位于体心上的一个原子被一个晶胞占有，据此计算晶胞的化学式。根据晶胞结构可知，碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子；镁原子个数=8×1/8=1，所以该晶胞中含有一个镁于原子；镍原子位于面心上，因此镍原子个数=6×1/2=3，该晶胞中含有3个镍原子，所以该晶胞的化学式为MgBNi3，因此答案选B。【答案】B例题2.(2014·高考全国卷Ⅰ，37)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_____________________________________________。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________________________g·cm－3(不必计算出结果)。[解析](1)晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X­射线衍射的方法进行区分，晶体能使X­射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。(2)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。用硫氰化钾检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。(3)中心原子形成的杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键电子。乙醛的结构简式为，其中—CH3上的碳原子形成4个σ键，采取sp3杂化，而—CHO上的碳原子形成3个σ键和1个π键，且不含未成键电子，采取sp2杂化。共价单键都是σ键，双键中有一个是σ键，另一个是π键，1mol乙醛分子中含有4molC—H键、1molC—C键和1molC===O键，故1mol乙醛含有6molσ键。乙酸和乙醛均能形成分子晶体，但乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛。Cu2O立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则一个Cu2O晶胞含有氧原子个数为4＋12×6＋18×8＝8，那么该晶胞中含有铜原子个数为16。(4)Al单质为面心立方晶体，则晶胞中Al原子的配位数为12。每个晶胞中含有Al原子个数为8×18＋6×12＝4个，晶胞参数a＝0.405nm＝0.405×10－7cm，晶胞的体积为(0.405×10－7cm)3，因此晶胞的密度可表示为4×276.02×1023×0.405×10－73g·cm－3。[答案](1)X­射线衍射(2)41s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5红色(3)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间氢键16(4)124×276.02×1023×0.405×10－73三、夯实基础：31．关于晶体的下列说法正确的是（）A．化学键都具有饱和性和方向性B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子C．氢键具有方向性和饱和性，也属于一种化学键D．金属键由于无法描述其键长、键角，故不属于化学键2.下列说法正确的是（）A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性B．晶体中若有阳离子一定有阴离子C．金属键存在于任何含金属元素的物质中D．晶体中一定存在化学键3．某离子化合物的晶胞如右上图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。小黑球表示阳离子，小白球表示阴离子，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（）A．1∶8B．1∶4C．1∶2D．1∶14．物质的非晶体能自动转变为晶体，而晶体却不能自动地转变为非晶体，这说明（）A．非晶体是不稳定的，处于晶体时能量小B．晶体是稳定的，处于晶体时能量大C．非晶体是不稳定的，处于晶体时能量小D．晶体是不稳定的，处于晶体时能量小5．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（）A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体B．缺角的氯化钠晶体在饱和的NaCl溶液中慢慢变为完美的立方块C．圆形容器中结出的冰是圆形的D．由玻璃制成的圆形的玻璃球6．将晶体划分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是（）A．基本构成微粒种类B．晶体中最小重复结构单元的种类C．微观粒子的密堆积种类D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类7．下列物质属于非晶体的是（）①松香；②冰；③石英；④沥青；⑤铜；⑥纯碱A．①②③④⑤⑥B．①④C．①③D．⑤⑥8．铜单质及其化合物在很多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，无水合硫酸铜可用作杀菌剂等。（1）Cu2+的核外电子排布式为________________。（2）科学家通过X射线测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如下：①胆矾的化学式用配合物的形式表示为。②胆矾中SO42-的空间构型为_________，H2O中O原子的杂化方式为____________。（3）向硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成234CuNH配离子。已知33NFNH与的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2+形成配离子，其原因是_________________。（4）Cu3N形成的晶体结构如图所示，N3-的配位数是________。设晶胞边长为acm，密度为bg/cm3，则阿伏加德罗常数可表示为___________(用含a、b的式子表示)。49．Sn是人类最早使用的元素之一，能形成SnCl2，SnCl4两种氯化物，SnCl2常温下为白色晶体，具有一维链状的聚合结构，气态时以单分子形式存在，而SnCl4常温下为无色液体。白锡和灰锡是Sn的两种同素异形体，白锡的晶体结构中Sn原子的配位数为4和6，灰锡的晶体结构与金刚石的晶体结构相似。白锡的密度大于灰锡的密度。（1）Sn元素价层电子排布式为。（2）SnCl2的一维链状聚合结构如图所示，在分子结构中标出所含有的配位键。其固体分子及气体分子中Sn的杂化方式为。（3）SnCl4分子的空间构型为，SnCl4与CCl4中沸点较高的是。（4）锡的某种氧化物的晶胞如右图，其化学式为。（5）解释白锡分子的密度大于灰锡的密度的原因：。（6）若灰锡的晶胞边长为apm，计算灰锡的密度为。10．W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素，它们中的两种或三种元素组成化合物甲、乙、丙、丁，几种物质的转化关系如图I所示。常温下0．01mol/L-1丙溶液pH＝12；XY2分子是非极性分子，但科学家在特殊条件下制得了XY2的原子晶体，其晶胞结构如图II所示。请回答下列问题：（1）甲与乙反应的化学方程式是______。（2）甲的中心原子杂化轨道类型为_____；XY2分子中，键与π键的数目之比为_________；XY2原子晶体的1个晶胞中含有_______个原子。（3）W、X、Y、Z四种元素电负性由大到小的顺序是_______（用元素符号表示）。（4）工业上用氯气与潮湿的丁反应制备次氯酸的酸酐（棕黄色气体），同时生成小苏打和食盐混合物，反应的化学方程式是______________________________。四、能力提升：11．如图是氯化铯晶体的晶胞，已知晶体中2个最近的Cl-离子核间距为acm，氯化铯的摩尔质量为Mg／mol，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（）A．B．C．D．12．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为（）A．Mg2CNi3B．MgCNi3C．MgCNi2D．MgC2Ni13．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状（如图所示）相同。则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为（）5A．87.5％B．92.9％C．96.3％D．100％14．A～G是前四周期除稀有气体之外原子序数依次增大的七种元素。A与其他元素既不同周期又不同族；B、C的价电子层中未成对电子数都是2；E核外的s、p能级的电子总数相等；F与E同周期且第一电离能比E小；G的＋1价离子（G+）的各层电子全充满。回答下列问题：（1）写出元素名称：B，G。（2）写出F的价电子排布图：。（3）写出化合物BC的结构式：。（4）由A、C、F三元素形成的离子[F(CA)4]—是F在水溶液中的一种存在形式，其中F的杂化类型是。（5）在测定A、D形成的化合物的相对分子质量时，实验测定值一般高于理论值的主要原因是。（6）E的一种晶体结构如图甲，则其一个晶胞中含有个E；G与D形成的化合物的晶胞结构如图乙，若晶体密度为ag/cm3，则G与D最近的距离为pm。（阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；乙中○为G，●为D。）15．现有X、Y、Z、W、R五种元素，其中前四种为短周期主族元素。X原子的最外层电子数是核外电子层数的3倍，Y的最高正价与最低负价的代数和为6；X、Z同主族，W与X、Y均不同周期，R2+的价电子排布式为3d5。（1）R元素在周期表中的位置；W2X2的电子式。（2）X、Y、Z的最低价氢化物中：沸点最高的是（填化学式）；共价键键能最小的是；X、Y、Z的杂化类型（填相同或不相同）。（3）若R的晶体中每个晶胞平均含有2个R原子，请在下图晶胞中用•标出未画出的R原子。（4）将1.19gZXY2溶于100ml水中发生非氧化还原反应，生成2种酸，反应方程式为；所得溶液中阴离子浓度由大到小的顺序是。16．已知A、B、C、D、E、F、G和H都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。A是周期表中原子半径最小的元素，B原子最外层电子数是内层电子数的两倍，C的基态原子核外有7种不同运动状态的电子，E是电负性最大的元素，F的氢化物和最高价氧化物对应的水化物均为强酸，G、H分别是周期表中1—18纵列中的第10、12纵列元素。请回答下列问题：（1）D元素在周期表位置是，G的核外价层电子排布式为。（2）E与A形成的化合物比F与A形成的化合物的沸点（填“高”或“低”），其原因是。（3）B、C原子的第一电离能较大的是（填元素符号），其原因