《晶體結(jié)構(gòu)的分析與計算》1.常見共價晶體結(jié)構(gòu)的分析晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析金剛石

(1)每個C與相鄰4個C以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)鍵角均為109°28′(3)最小碳環(huán)由6個C組成且6個C不在同一平面內(nèi)(4)每個C參與4個C—C的形成，C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2(5)密度＝

(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)SiO2

(1)每個Si與4個O以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)每個正四面體占有1個Si，4個“O”，因此二氧化硅晶體中Si與O的個數(shù)比為1∶2(3)最小環(huán)上有12個原子，即6個O，6個Si(4)密度＝

(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)SiC、BP、AlN

(1)每個原子與另外4個不同種類的原子形成正四面體結(jié)構(gòu)晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析干冰

(1)每8個CO2構(gòu)成1個立方體且在6個面的面心又各有1個CO2(2)每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子有12個(3)密度＝

(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)白磷

密度＝

(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)2.常見分子晶體結(jié)構(gòu)的分析

NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型晶胞

配位數(shù)684F－：8；Ca2＋：4密度的計算(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)3.常見離子晶體結(jié)構(gòu)的分析1.AB型化合物形成的晶體結(jié)構(gòu)多種多樣。右圖所示的幾種結(jié)構(gòu)所表示的物質(zhì)最有可能是分子晶體的是A.①③

B.②⑤C.⑤⑥

D.③④⑤⑥1234567解析從各圖中可以看出②⑤都不能再以化學鍵與其他原子結(jié)合，所以最有可能是分子晶體。√跟蹤訓練2.如圖為幾種晶體或晶胞的示意圖：請回答下列問題：(1)上述晶體中，微粒之間以共價鍵結(jié)合形成的晶體是____________。1234567金剛石晶體(2)冰、金剛石、MgO、CaCl2、干冰5種晶體的熔點由高到低的順序為______________________________。金剛石＞MgO＞CaCl2＞冰＞干冰解析離子晶體的熔點與離子半徑及離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，則離子晶體熔點越高，故MgO的熔點高于CaCl2；金剛石是共價晶體，熔點最高；冰、干冰均為分子晶體，冰中存在氫鍵，冰的熔點高于干冰。1234567(3)NaCl晶胞與MgO晶胞相同，NaCl晶體的離子鍵_____(填“大于”或“小于”)MgO晶體的離子鍵，原因是_________________________________________________________________________________________。(4)CaCl2晶體中Ca2＋的配位數(shù)_____。小于解析氯化鈣類似氟化鈣，Ca2＋的配位數(shù)為8，Cl－的配位數(shù)為4。1234567MgO晶體中離子所帶電荷數(shù)大于NaCl晶體中離子所帶電荷數(shù)；且r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－)8(5)冰的熔點遠高于干冰，除H2O是極性分子、CO2是非極性分子外，還有一個重要的原因是___________________。1234567水分子之間形成氫鍵3.[2017·全國卷Ⅲ，35(5)]MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖)，其中陰離子采用解析由題意知在MgO中，陰離子作面心立方堆積，氧離子沿晶胞的面對角線方向接觸，所以

a＝2r(O2－)，r(O2－)≈0.148nm；MnO的晶胞參數(shù)比MgO更大，說明陰離子之間不再接觸，陰、陽離子沿坐標軸方向接觸，故2[r(Mn2＋)＋r(O2－)]＝a′，r(Mn2＋)＝0.076nm。1234567面心立方最密堆積方式，X--射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420nm，則r(O2－)為_______nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a′＝0.448nm，則r(Mn2＋)為_______nm。0.1480.0764.Li2O具有反螢石結(jié)構(gòu)，晶胞如圖所示。已知晶胞參數(shù)為0.4665nm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Li2O的密度為__________________g·cm－3(列出計算式)。12345675.[2018·全國卷Ⅱ，35(5)]FeS2晶體的晶胞如圖所示。晶胞邊長為anm、FeS2相對分子質(zhì)量為M、阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，其晶體密度的計算表達式為__________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于

所形成的正八面體的體心，該正八面體的邊長為_____nm。123456712345676.CaF2的晶胞為立方晶胞，結(jié)構(gòu)如下圖所示：(1)CaF2晶胞中，Ca2＋的配位數(shù)為_____。1234567解析以面心Ca2＋為研究對象，在一個晶胞中連接4個F－，通過該Ca2＋可形成2個晶胞，所以與該Ca2＋距離相等且最近的F－共有8個，因此Ca2＋的配位數(shù)是8。8(2)“原子坐標參數(shù)”可表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置，已知A、B兩點的原子坐標參數(shù)如圖所示，則C點的“原子坐標參數(shù)”為(___，___，

)1234567(3)晶胞中兩個F－的最近距離為273.1pm，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則晶胞的密度為___________________g·cm－3(列出計算式即可)。123456712345677.Cu與Cl形成某種化合物的晶胞如圖所示，該晶體的密度為ρg·cm－3，晶胞邊長為acm，則阿伏加德羅常數(shù)為____________(用含ρ、a的代數(shù)式表示)。1234567專題一晶體的熔、沸點比較典例1(高考題改編)完成下列空白:(1)苯胺()的晶體類型是

。苯胺與甲苯()的相對分子質(zhì)量相近,但苯胺的熔點(-5.9℃)、沸點(184.4℃)分別高于甲苯的熔點(-95.0℃)、沸點(110.6℃),原因是

。

(2)一些氧化物的熔點如表所示:解釋表中氧化物之間熔點差異的原因:

。Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素,這三種元素+2價氧化物的晶胞類型相同,其熔點由高到低的順序為

。

氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔點/℃1570280023.8-75.5(3)GaF3的熔點高于1000℃,GaCl3的熔點為77.9℃,其原因是

。

(4)比較下列鍺鹵化物的熔點和沸點,分析其變化規(guī)律及原因:

。

鍺鹵化物GeCl4GeBr4GeI4熔點/℃-49.526146沸點/℃83.1186約400(5)A、B、C、D為原子序數(shù)依次增大的四種元素,A2-和B+具有相同的電子層結(jié)構(gòu);C、D為同周期元素,C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍;D元素最外層有一個未成對電子?；卮鹣铝袉栴}:單質(zhì)A有兩種同素異形體,其中沸點較高的是

(填分子式),原因是

;A和B的氫化物所屬的晶體類型分別為

和

。

答案

(1)分子晶體苯胺分子之間存在氫鍵(2)Li2O、MgO為離子晶體,P4O6、SO2為分子晶體。離子鍵強弱:MgO>Li2O;分子間作用力強弱:P4O6>NiO>CoO>FeO(3)GaF3為離子晶體,GaCl3為分子晶體(4)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高,原因是鍺的鹵化物分子結(jié)構(gòu)相似,隨相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力逐漸增強(5)O3

O3相對分子質(zhì)量較大且分子具有弱極性,分子間范德華力大分子晶體離子晶體解析

(1)苯胺為有機化合物,結(jié)合題給信息中苯胺的熔、沸點可知,苯胺為分子晶體。苯胺分子中有—NH2,分子間可形成氫鍵,而甲苯分子間不能形成氫鍵,分子間氫鍵可使分子晶體的熔、沸點較高。(2)氧化鋰、氧化鎂是離子晶體,六氧化四磷和二氧化硫是分子晶體,離子鍵比分子間作用力強。因為Fe、Co、Ni的+2價氧化物是離子化合物,Fe2+、Co2+、Ni2+的半徑依次減小,形成的離子鍵依次增強,熔點依次升高,故熔點順序是NiO>CoO>FeO。方法點撥晶體熔、沸點高低的判斷方法四種晶體熔、沸點的高低,取決于組成晶體的粒子間作用力的大小,粒子間作用力越大,晶體的熔、沸點就越高;粒子間的作用力越小,其熔、沸點就越低,具體有以下規(guī)律:一般來說,不同晶體類型的物質(zhì)的熔、沸點存在如下關(guān)系:共價晶體>離子晶體>分子晶體。同類型晶體熔、沸點的比較如下:(1)分子晶體熔、沸點的高低取決于分子間作用力的大小,而分子間作用力與其相對分子質(zhì)量的大小及分子的極性有關(guān)。①組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強,物質(zhì)的熔、沸點就越高。②組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量相近),分子的極性越大,其熔、沸點就越高。③同分異構(gòu)體的比較。一般是支鏈越多,熔、沸點越低。結(jié)構(gòu)越對稱,沸點越低。例如,沸點:鄰二甲苯>間二甲苯>對二甲苯。④氫鍵的影響。若分子間可以形成氫鍵,則分子間作用力比結(jié)構(gòu)相似的同類物質(zhì)大,熔、沸點較高。例如,沸點:HF>HI>HBr>HCl。(2)共價晶體熔、沸點的高低取決于共價鍵的強弱,鍵能越大,鍵長越小,共價鍵越強,熔、沸點就越高。例如,熔、沸點:金剛石>金剛砂(SiC)>晶體硅。(3)離子晶體一般地說,陰、陽離子的電荷數(shù)越多,離子半徑越小,則離子間的作用力就越強,其離子晶體的熔、沸點就越高,如熔點:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。(4)金屬晶體①熔、沸點的高低取決于金屬鍵的強弱,離子半徑越小,陽離子所帶的電荷越多,金屬鍵越強,其熔、沸點就越高。例如,熔點:Al>Mg>Na。②金屬晶體的熔、沸點差別很大,如鎢、鉑等熔、沸點很高,汞、銫等熔、沸點很低。對點訓練

1-1下列每組物質(zhì)發(fā)生狀態(tài)變化所克服的粒子間的相互作用屬于同種類型的是(

)A.食鹽和蔗糖熔化 B.鈉和硫熔化C.碘和干冰升華 D.二氧化硅和氧化鈉熔化答案

C解析

根據(jù)構(gòu)成晶體的粒子種類(離子、原子、分子等),以及粒子之間相互作用的強弱不同來判斷。A項中食鹽為離子晶體,蔗糖為分子晶體;B項中鈉為金屬晶體,硫為分子晶體;D項中SiO2為共價晶體,Na2O為離子晶體,以上三組物質(zhì)均不屬于同類晶體,其粒子間相互作用也就不屬于同種類型。選項C,碘和干冰均屬于分子晶體,二者升華都是克服范德華力,屬于同種類型。對點訓練

1-2四種物質(zhì)的某些性質(zhì)如下表所示:物質(zhì)熔點/℃沸點/℃其他性質(zhì)單質(zhì)硫120.5271.5—單質(zhì)硼23002550硬度大氯化鋁190182.7177.8℃升華苛性鉀3001320晶體不導電,熔融態(tài)導電晶體類型:單質(zhì)硫是

晶體;單質(zhì)硼是

晶體;氯化鋁是

晶體;苛性鉀是

晶體。

答案

分子共價分子離子解析

單質(zhì)硫為非金屬單質(zhì),由于其熔、沸點都較低,則晶體為分子晶體;單質(zhì)硼為非金屬單質(zhì),其熔、沸點都很高,則晶體為共價晶體;氯化鋁為化合物,其熔、沸點都較低,并能在較低溫度下升華,則晶體為分子晶體;苛性鉀為化合物,其熔、沸點較高,晶體不導電,熔融態(tài)導電,則晶體為離子晶體。專題二晶胞結(jié)構(gòu)的分析與計算典例2(高考題改編)完成下列空白:(1)氧與鈉所形成的一種離子化合物Na2O晶體的晶胞如圖所示,則圖中黑球代表的離子是

(填離子符號)。

(2)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dg·cm-3,晶胞參數(shù)a=

nm。

(3)GaAs的熔點為1238℃,密度為ρg·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。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半徑分別為rGapm和rAspm,阿伏加德羅常數(shù)值為NA,則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為

。

(4)晶胞有兩個基本要素:①原子坐標參數(shù),表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。如圖為Ge單晶的晶胞,其中原子坐標參數(shù)A為(0,0,0);B為

。則D原子的坐標參數(shù)為

。

②晶胞參數(shù),描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a=565.76pm,其密度為

g·cm-3(列出計算式即可)。

解析

(1)由“均攤法”可知晶胞中白球有4個,黑球有8個,由化學式Na2O可知黑球代表鈉離子。方法點撥1.均攤法確定晶胞的化學組成(1)方法晶胞中任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有,那么,每個原子對這個晶胞的貢獻就是

。(2)類型①長方體(含正方體)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻:②非長方體晶胞中粒子對晶胞的貢獻視具體情況而定。如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形,其頂點(1個碳原子)對六邊形的貢獻為

。再如圖所示的正三棱柱形晶胞中:2.晶體密度及微粒間距離的計算(1)計算晶體密度的方法(2)微粒間距離的計算方法:依據(jù)粒子半徑和晶胞結(jié)構(gòu),利用立體幾何知識計算。3.熟悉幾種常見的晶胞結(jié)構(gòu)及晶胞含有的粒子數(shù)目

A.NaCl型(含4個Na+,4個Cl-)B.干冰型(含4個CO2)C.CaF2型(含4個Ca2+,8個F-)D.金剛石型(含8個C)E.體心立方(含2個原子)F.面心立方(含4個原子)對點訓練

2完成下列空白:(1)元素X位于第四周期,其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p能級上有4個電子。元素Z的原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層的3倍。X與Y所形成的化合物晶體的晶胞如圖所示。①在1個晶胞中,X離子的數(shù)目為

。

②該化合物的化學式為

。

(2)RCl可用作有機合成催化劑,并用于顏料、防腐等工業(yè)。R+中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層,它與Cl-形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。R的元素符號是

,與同一個Cl-相連的R+有

個。

(3)ZnS的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,其晶胞邊長為xpm,則ZnS晶體的密度為

g·cm-3(列式即可,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值);a與b之間的距離為

pm(用含x的式子表示)。

解析

(1)X的核外電子排布式為[Ar]3d104s2,則X為Zn;Y的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4,則Y為S;Z為O。一個晶胞中Zn2+的數(shù)目==4,S2-的數(shù)目=4(4個S2-在晶胞內(nèi)部)。(2)R+中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層,說明R+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d10,是銅元素,從圖中看出,一個R+與4個Cl-相連,同理與同一個Cl-相連的R+有4個。實驗活動簡單配合物的形成【實驗目的】1.加深對配合物的認識。2.了解配合物的形成?！緦嶒炗闷贰繉嶒瀮x器:試管、膠頭滴管;實驗試劑:硫酸銅溶液、氨水、硝酸銀溶液、氯化鈉溶液、氯化鐵溶液、硫氰化鉀溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、蒸餾水、乙醇、氯化鋇溶液、氫氧化鈉溶液、濃硝酸?！緦嶒炦^程和結(jié)論】1.簡單配合物的形成序號實驗步驟實驗現(xiàn)象解釋(1)向盛有硫酸銅溶液的試管中加入氨水

繼續(xù)滴加氨水

再加入乙醇

(2)向盛有氯化鈉溶液的試管里滴幾滴硝酸銀溶液

再滴入氨水

提示

(1)生成藍色絮狀沉淀

Cu2++2NH3·H2O→Cu(OH)2↓+2

藍色絮狀沉淀溶解,得到深藍色溶液

Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-析出深藍色的晶體

乙醇的極性較小,降低了鹽的溶解度(2)生成白色沉淀

Ag++Cl-===AgCl↓

白色沉淀溶解,得到無色溶液

AgCl+2NH3===[Ag(NH3)2]++Cl-2.簡單離子與配離子的區(qū)別

實驗步驟實驗現(xiàn)象解釋(1)向盛有少量蒸餾水的試管里滴加2滴氯化鐵溶液,然后再滴加2滴硫氰化鉀溶液

(2)向盛有少量蒸餾水的試管里滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,然后再滴加2滴硫氰化鉀溶液

提示

(1)溶液變紅色

Fe3+可與SCN-形成紅色的配離子

(2)無明顯現(xiàn)象

K3[Fe(CN)6]與SCN-