第3讲 晶体结构与性质

第3讲晶体结构与性质

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(1)了解晶体的类型，了解不同类型晶体中构成微粒及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。

1.常见晶体模型

晶体晶体结构晶体详解

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12个。(2)每个晶胞中含4个

Na＋和4个Cl－

CsCl

(型)

(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8

个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs

＋(Cl－)有6个。(2)如图为8个晶胞，每个

晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－

CaF2

(型)

在晶体中，每个F－吸引4个Ca2＋，每个

Ca2＋吸引8个F－，Ca2＋的配位数为8，F

－的配位数为4

金属晶体简单立

方堆积

典型代表Po，空间利用率52%，配位数

为6

体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，空间利用率68%，

配位数为8

六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，空间利用率74%，

配位数为12

面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au，空间利用率74%，

配位数为12

分子晶体干冰

(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面

心又各占据1个CO2分子。(2)每个CO2

分子周围等距紧邻的CO2分子有12个

混合型晶体石墨

晶体

层与层之间的作用力是分子间作用力，

平均每个正六边形拥有的碳原子个数是

2，C采取的杂化方式是sp2杂化

原子晶体金刚石

(1)每个碳原子与相邻的4个碳原子以共

价键结合，形成正四面体结构。(2)键角

均为109°28′。(3)最小碳环由6个C组成

且六原子不在同一平面内。(4)每个C参

与4条C—C键的形成，C原子数与C—C

键数之比为1∶2

SiO2

(1)每个Si与4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“

1

2O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2。

(3)最小环上有12个原子，即6个O，6

个Si

2.物质熔沸点高低比较规律

(1)不同类型晶体熔沸点高低的比较

一般情况下，不同类型晶体的熔沸点高低规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体，如：金刚石>NaCl>Cl2；金属晶体>分子晶体，如：Na>Cl2(金属晶体熔沸点有的很

高，如钨、铂等，有的则很低，如汞等)。

(2)同种类型晶体熔沸点高低的比较

①原子晶体：

如：金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。

②离子晶体：

a.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。

b.一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大，熔沸点就越高，如：MgO>MgCl2，NaCl>CsCl。

③金属晶体：金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越强，金属单质的熔沸点就越高，如Al>Mg>Na。

④分子晶体

a.分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔沸点反常地高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。

b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。

c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔沸点越高，如CO>N2。

d.在同分异构体中，一般支链越多，熔沸点越低，如正戊烷>异戊烷>新戊烷。

3.晶胞求算

晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法

(1)

(2)晶体密度的计算

(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系

若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M 为微粒的摩尔质量)；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，a为晶胞边长)，则1 mol晶胞的质量为ρa3N A g，因此有xM＝ρa3N A。

(4)空间利用率的计算

①空间利用率：构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间所占的体积百分比，

即V

球/V

晶胞

。

②计算a.确定晶胞中的微粒数 b.计算晶胞体积如简单立方堆积如图所示

立方体的棱长为2r，球的半径为r

过程：V(球)＝

4

3π

r3V(晶胞)＝(2r)3＝8r3

空间利用率＝V（球）

V（晶胞）×100%＝

4

3πr

3

8r3≈52%

1.(1)[2019·课标全国Ⅰ，35(3)(4)]①一些氧化物的熔点如表所示：

氧化物Li2O MgO P4O6SO2

熔点/℃ 1 570 2 800 23.8 －75.5

解释表中氧化物之间熔点差异的原因___________________________ _____________________________________________________。

②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________g·cm －3(列出计算表达式)。

(2)[2019·课标全国Ⅱ，35(3)(4)]①比较离子半径：F －________O 2－(填“大于”“等于”或“小于”)。

②一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ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x 值，完成它们关系表达式：ρ＝________g·cm －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(12，12，12)，则原子2和3的坐标分别为________、________。

(3)[2019·课标全国Ⅲ，35(5)]NH 4H 2PO 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)。

解析 (1)①氧化锂、氧化镁是离子晶体，六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体，离子键比分子间作用力强。②观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平

行，有(4x )2＝2a 2

，x ＝24a 。镁原子堆积方式类似金刚石，有y ＝34a 。已知1 cm ＝1010 pm ，晶胞体积为(a ×10－10)3 cm 3，代入密度公式计算即可。

(2)①F －与O 2－电子层结构相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越大，离子半径越小，故离子半径F －

胞中Sm 个数为4×12＝2，Fe 个数为1＋4×14＝2，As 个数为4×12＝2，O 或F 个

数为8×18＋2×12＝2，即该晶胞中O 和F 的个数之和为2，F －的比例为x ，O 2－的比例为1－x ，故该化合物的化学式为SmFeAsO 1－x F x 。1个晶胞的质量为2×[150＋56＋75＋16×（1－x ）＋19x ]N A

g ＝ 2[281＋16（1－x ）＋19x ]N A

g ，1个晶胞的体积为a 2c pm 3＝a 2c ×10－30 cm 3，故密度ρ＝2[281＋16（1－x ）＋19x ]a 2cN A ×10－30

g·cm －3。原子2位于底面面心，其坐标为(12，12，0)；原子3位于棱上，其坐标为(0，0，12)。

(3)由三磷酸根离子的结构可知，中间P 原子连接的4个O 原子中，2个O 原子完全属于该P 原子，另外2个O 原子分别属于2个P 原子，故属于该P 原子的O

原子数为2＋2×12＝3，左、右两边的2个P 原子的O 原子数为3×2＋12×2＝7，

故若这类磷酸根离子中含n 个P 原子，则O 原子个数为3n ＋1，又O 元素的化合价为－2，P 元素的化合价为＋5，故该离子所带电荷为－2×(3n ＋1)＋5n ＝－n －2，这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(P n O 3n ＋1)(n ＋2)－。

答案 (1)①Li 2O 、MgO 为离子晶体，P 4O 6、SO 2为分子晶体。晶格能MgO ＞Li 2O 。

分子间作用力(分子量)P 4O 6＞SO 2 ②24a 34a 8×24＋16×64N A a 3×10－30

(2)①小于 ②SmFeAsO 1－x F x

2[281＋16（1－x ）＋19x ]a 2cN A ×10－30

(12，12，0) (0，0，12) (3)(P n O 3n ＋1)(n ＋2)－

2.[2018·课标全国Ⅰ，35(4)(5)](1)Li 2O 是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born －Haber 循环计算得到。

可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol－1，O===O键键能为________kJ·mol －1，Li2O晶格能为________kJ·mol－1。

(2)Li2O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Li2O的密度为________g·cm－3(列出计算式)。

解析(1)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1 040 kJ·mol－1

2＝520 kJ·mol

－1。O===O键键能是

指1 mol氧气分子中化学键断裂生成气态氧原子所吸收的能量，即为249 kJ·mol－1×2＝498 kJ·mol－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Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol

－1。(2)1个氧化锂晶胞含O的个数为8×1

8＋6×

1

2＝4，含Li的个数为8，1 cm＝

107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为

8×7＋4×16

N A（0.466 5×10－7）3

g·cm－3。

答案(1)520498 2 908(2)

8×7＋4×16

N A（0.466 5×10－7）3

3.[2018·课标全国Ⅱ，35节选]硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

H2S S8FeS2SO2SO3H2SO4

熔点/℃－85.5 115.2 ＞600

(分解) －75.5 16.8 10.3

沸点/℃－60.3 444.6 －10.0 45.0 337.0

①图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_____________________________________________________

_____________________________________________________。

②FeS2晶体的晶胞如图(b)所示。晶胞边长为a nm，FeS2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________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S2－2所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。

解析①S8和SO2均为分子晶体，分子间存在的作用力均为范德华力，S8的相对分子质量大，分子间范德华力强，故熔点和沸点高。②该晶胞中Fe2＋位于棱上和

体心，个数为12×1

4＋1＝4，S

2－

2

位于顶点和面心，个数为8×

1

8＋6×

1

2＝4，故晶

体密度为M

N A×4 g÷(a×10－7 cm)3＝

4M

N A a3×10

21 g·cm－3。根据晶胞结构，S2－2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

2

2，故该正八面体的边长为

2

2a nm。

答案①S8相对分子质量大，分子间范德华力强

②

4M

N A a3×10

21

2

2a

4.[2017·课标全国Ⅰ，35(2)(4)(5)](1)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________ nm，与K紧邻的O个数为________。

(3)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。

解析(1)K原子半径大，且价电子数少(K原子价电子数为1，Cr原子价电子排布为3d54s1，价电子数为6)，金属键弱，熔沸点低。(2)根据晶胞结构可知，K与O

间的最短距离为面对角线的一半，即

2×0.446

2nm＝0.315 nm。K、O构成面心

立方，配位数为12(同层4个，上、下层各4 个)。由(2)可知K、I的最短距离为体对角线的一半，I处于顶角，K处于体心。由(2)可知I、O之间的最短距离为边长的一半，I处于顶角，O处于棱心。

答案(1)K的原子半径较大且价电子数较小，金属键较弱(2)0.315或

2

2×0.446

12(3)体心棱心

5.[2016·课标全国Ⅲ，37(4)(5)](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M Ga g·mol －1和M As g·mol－1，原子半径分别为r Ga pm和r As pm，阿伏加德罗常数值为N A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_____________________________________________________。

解析(1)二者熔点的差异是因为GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。(2)GaAs 的熔点很高，则其晶体为原子晶体，Ga和As以共价键键合。由晶胞结构可知一

个晶胞中含有As、Ga原子的个数均为4个，则晶胞的体积为（M Ga＋M As）

N A×4÷ρ，

又知二者的原子半径分别为r Ga pm和r As pm，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞

体积的百分率为4×

4

3π（r

3

Ga

＋r3As）×10－30

4

N A×（M Ga＋M As）

ρ

×100%＝

4π×10－30N Aρ（r3Ga＋r3As）

3（M Ga＋M As）

×100%。

答案(1)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体

(2)原子晶体共价4π×10－30N Aρ（r3Ga＋r3As）

3（M Ga＋M As）

×100%

6.[2017·江苏化学，21(A)—5]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1Fe x N y晶胞结构示意图图2转化过程的能量变化

解析能量低更稳定，Cu代替a位置的Fe(顶点上的Fe)，晶胞中Cu个数为8×1 8

＝1，Fe个数为6×1

2＝3，N个数为1，化学式为Fe3CuN。

答案Fe3CuN

题组一晶体类型与物理性质

1.下列排序不正确的是()

A.晶体熔点：对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛

B.硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅

C.熔点：Na>Mg>Al

D.晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI

解析A项，能形成分子间氢键的对羟基苯甲醛的熔、沸点大于能形成分子内氢键的邻羟基苯甲醛的熔、沸点；B项，对于原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，硬度越大，键长：C—C键碳化硅>晶体硅；C项，金属晶体的熔点取决于原子半径以及价电子数，其规律是原子半径越小，价电子数越多，熔点越高，则熔点：Al>Mg>Na；D项，离子所带电荷相同时，离子键的强弱与离子半径有关，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大。

答案 C

2.据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定，其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是()

A.该物质有很高的熔点、很大的硬度

B.该物质形成的晶体属于分子晶体

C.该物质分子中Si60被包裹在C60里面

D.该物质的相对分子质量为1 200

解析A项，由分子式及信息可知该物质为分子晶体，分子晶体熔、沸点低；B 项，该物质是分子晶体；C项，Si的原子半径大于C，该物质分子中应为C60被包裹在Si60里面；D项，相对分子质量为(12＋28)×60＝2 400。

答案 B

3.(1)钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是_____________________________________________________。

(2)已知MgO与NiO的晶体结构相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66 pm 和69 pm。则熔点：MgO________NiO(填“>”“<”或“＝”)，理由是_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(3)砷化镓以第三代半导体著称，熔点为1 230 ℃，具有空间网状结构。已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是________(填化学式)，其理由是

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

答案(1)Ti原子的价电子数比Al多，Ti4＋比Al3＋半径小，金属键强

(2)＞Mg2＋半径比Ni2＋小，MgO的晶格能比NiO大

(3)BN两种晶体均为原子晶体，N与B原子半径较小，键能较大，熔点更高

4.(1)①ScCl3易溶于水，熔点为960 ℃，熔融状态下能够导电，据此可判断ScCl3晶体属于________(填晶体类型)。

②元素Ce与Sc同族，其与O形成的化合物晶体的晶胞结构如图所示，该化合物

的化学式为_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)①C60和金刚石都是碳的同素异形体，二者相比较熔点高的是________。

②超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛，氮化铝晶体与金刚石类似，每个Al原子与________个N原子相连，与同一个N原子相连的Al原子构成的空间构型为________。

③金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液态Ni(CO)4，呈正四面体构型。试推测Ni(CO)4的晶体类型是________，Ni(CO)4易溶于下列________(填字母)。

A.水

B.四氯化碳

C.苯

D.硫酸镍溶液

④AlCl3在177.8 ℃时升华，蒸气或熔融状态以Al2Cl6形式存在。下列关于AlCl3的推断错误的是________(填字母)。

A.氯化铝为共价化合物

B.氯化铝为离子化合物

C.氯化铝难溶于有机溶剂

D.Al2Cl6中存在配位键

解析(1)①根据熔融状态下能够导电，ScCl3属于离子化合物；②根据晶胞的结构，O原子全部在体内，故含有8个O原子，Ce原子位于顶点和面心，含有Ce

原子的个数＝8×1

8＋6×

1

2＝4，故化学式为CeO2。(2)①C60是分子晶体，金刚石

是原子晶体，所以金刚石的熔点远远高于C60的。②由金刚石结构可知每个C原子均以sp3杂化与其他四个C原子相连形成四个共价键构成正四面体结构可推测。

③由挥发性液体可知Ni(CO)4是分子晶体，由正四面体构型可知Ni(CO)4是非极性分子。④由AlCl3易升华可知AlCl3是分子晶体，Al—Cl键不属于离子键应该为共价键，Al原子最外层三个电子全部成键，形成三个Al—Cl σ键，无孤电子对，是非极性分子，易溶于有机溶剂，Al有空轨道，与Cl的孤电子对能形成配位键，

A 、D 正确。

答案 (1)①离子晶体 ②CeO 2 (2)①金刚石 ②4 正四面体形 ③分子晶体 BC ④BC

题组二 晶体结构

5.(1)某钙钛矿型复合氧化物如图甲所示，以A 原子为晶胞的顶点，A 位可以是Ca 、Sr 、Ba 或Pb ，当B 位是V 、Cr 、Mn 、Fe 等时，这种化合物具有CMR 效应。

①用A 、B 、O 表示这类特殊晶体的化学式：________。

②已知La 为＋3价，当被钙等二价元素A 替代时，可形成复合钙钛化合物La 1－

x A x MnO 3(x <0.1)，此时一部分锰转变为＋4价。导致材料在某一温度附近有反铁磁

－铁磁、铁磁－顺磁及金属－半导体的转变，则La 1－x A x MnO 3中三价锰与四价锰的物质的量之比为________(用x 表示)。

(2)用CuSO 4和NaOH 制备的Cu(OH)2检验醛基时，生成红色的Cu 2O ，其晶胞结构如图乙所示。

①该晶胞原子坐标参数A 为(0，0，0)，B 为(1，0，0)，C 为(12，12，12)。则D 原

子的坐标参数为________，它代表________原子。

②若Cu 2O 晶体密度为d g·cm －3，晶胞参数为a pm ，则阿伏加德罗常数的值N A ＝________。

(3)磷化铝熔点为2 000 ℃，它与晶体硅互为等电子体，磷化铝晶胞结构如图丙所示：

①图中A 点和B 点的原子坐标参数如图丙所示，则C 点的原子坐标参数为________。

②磷化铝晶体的密度为ρ g·cm －3，用N A 表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为________cm 。

解析 (1)①由图甲可知，晶胞中含有A 原子的个数为8×18

＝1，B 位于晶胞的体心，含有1个，O 位于面心，含有6×12＝3个，则晶体的化学式为ABO 3；②设

La 1－x A x MnO 3中三价锰与四价锰的物质的量分别为m mol 和n mol ，则有3(1－x )＋2x ＋3m ＋4n ＝6、m ＋n ＝1，解得m ＝1－x ，n ＝x ，则La 1－x A x MnO 3中三价锰与四价锰的物质的量之比为(1－x )∶x 。

(2)①根据各个原子的相对位置可知，D 的坐标是(14，14，14)，根据均摊法，白球的

数目为8×18＋1＝2，灰球有4个，因为化学式为Cu 2O ，故灰球是Cu ；②晶胞质

量为2×144N A

g ，晶胞的体积为(a ×10－10)3 cm 3，根据密度的定义知d g·cm －3＝2.88×1032N A a 3 g·cm －3，则阿伏加德罗常数的值N A ＝2.88×1032

d ×a 3

。 (3)①根据A 点和B 点的坐标参数可知，C 点的坐标参数为? ??

??14，14，14。 ②在该晶胞中，Al 原子数＝18×8＋12×6＝4，P 原子数＝4，所以晶胞质量m ＝232N A

g ，则晶胞棱长＝3

232N A g

ρ g/cm 3＝3232ρN A cm ，最近的两个铝原子间的距离是面对角

线的一半，所以最近的两个铝原子之间的距离为22×3232ρN A

cm 。 答案 (1)①ABO 3 ②(1－x )∶x (2)①? ????14，14，14 Cu ②2.88×1032d ×a 3

(3)①? ????14，14，14 ②22×3232ρN A

6.(1)钙钛矿(CaTiO 3)型的结构可看作氧化物超导相结构的基本单元：

①图A 为立方钙钛矿(CaTiO 3)结构的晶胞，晶胞边长为a nm 。Ca 处于晶胞的顶点，则Ti 处于________位置，O 处于________位置；与Ca 紧邻的O 个数为________，Ti 与O 间的最短距离为________nm 。

②在图B 中画出立方钙钛矿晶胞结构的另一种表示(要求：Ti 处于晶胞的顶点；△、●、○所代表的原子种类与图A 中相同)。

(2)GaAs 是一种重要的半导体材料，按图示掺杂锰后可得稀磁性半导体材料(晶体结构不变)，则该材料晶体中n (Ga)∶n (Mn)∶n (As)＝________。

(3)硒化锌的晶胞结构如图所示，图中X 和Y 点所堆积的原子均为________(填元素符号)；该晶胞中硒原子所处空隙类型为________(填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)；若该晶胞密度为ρ g·cm －3，硒化锌的摩尔质量为M g·mol －1。用N A 代表阿伏加德罗常数的数值，则晶胞参数a 为________nm 。

解析 (1)①由晶胞图分析，一个晶胞中●为1个，○为3个，△为1个，Ti 位于体心位置，O 位于立方体棱上；与Ca 紧邻的O 个数为6，Ti 与O 间的最短距离

是面对角线的一半，即22a nm ；②不论如何画图，原子个数比不变，原子配位数

不变，故新的结构图为。

(2)根据均摊法计算，该材料晶体中含7×1

8＋5×

1

2＝

27

8个Ga，1×

1

8＋1×

1

2＝

5

8个

Mn，4个As，故n(Ga)∶n(Mn)∶n(As)＝27

8∶

5

8∶4＝27∶5∶32。

(3)硒化锌的晶胞结构中原子个数比为1∶1，其中Se原子4个，若X和Y点所堆

积的原子均为锌原子，则8×1

8＋6×

1

2＝4，符合；则图中X和Y点所堆积的原子

均为Zn原子，根据图中原子的位置可知，该晶胞中硒原子所处空隙类型为正四面体；若该晶胞密度为ρ g·cm－3，硒化锌的摩尔质量为M g·mol－1。用N A代表阿

伏加德罗常数的数值，根据ρ＝m

V＝

4M

N A·V，则V＝

4M

ρN A，则晶胞的边长a为

34M

N Aρ

×107 nm。

答案(1)①体心棱心6

2 2a

(2)27∶5∶32

(3)Zn正四面体34M

N Aρ×10

7

专题强化练11物质结构与性质

1.科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(结构如图所示)，已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是()

A.分子中所有共价键均为非极性键

B.分子中四个氮原子共平面

C.该分子属于非极性分子

D.该分子易溶于极性溶剂

解析同种非金属元素原子间形成非极性键，不同种非金属元素原子间形成极性键，故N与N之间形成非极性键，N与O之间形成极性键，A错误；该分子中N—N—N键角都是108.1°，则分子中4个氮原子不可能共平面，B错误；该分子中正、负电荷中心不重合，属于极性分子，C错误；根据相似相溶原理，由于该分子属于极性分子，故易溶于极性溶剂，D正确。

答案 D

2.硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子X m－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示。下列叙述正确的是()

A.X m－的化学式为B4O8H2－4

B.硼原子轨道的杂化类型有sp2、sp3

C.配位键存在于4、6原子之间

D.硼砂晶体中有离子键、配位键两种化学键

解析由原子半径可知，模型中1、3、5、6代表O原子，2、4代表B原子，可知X m－是(H4B4O9)m－，H为＋1价，B为＋3价，O为－2价，依据化合价原则可得m＝2，则X m－的化学式为(H4B4O9)2－，A错误；2号B原子形成3个键，价

层电子对数＝σ键数＋1

2(a－xb)＝3＋

1

2×(3－3×1)＝3，则2号B原子为sp

2杂化，

4号B原子形成4个键，其中1个键是配位键，价层电子对数为4，则4号B原子为sp3杂化，B正确；B原子含有空轨道，O原子含有孤对电子，4、5原子之间存在配位键，C错误；硼砂晶体中有离子键、共价键、配位键三种化学键，D 错误。

答案 B

3.下列元素或化合物的性质变化顺序正确的是(双选)()

A.第一电离能：Cl>S>P>Si

B.共价键的极性：HF>HCl>HBr>HI

C.晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI

D.热稳定性：MgCO 3>CaCO 3>SrCO 3>BaCO 3

答案 BC

4.(2020·山东高考模拟卷，7改编)利用反应CCl 4＋4Na =====973K Ni －Co C(金刚石)＋4NaCl

可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是(双选)( )

A.C(金刚石)属于共价晶体

B.该反应利用了Na 的强还原性

https://www.360docs.net/doc/162461561.html,l 4和C(金刚石)中的C 的杂化方式不相同

D.NaCl 晶体中每个Cl －周围有8个Na ＋

解析 A.金刚石晶体：每个C 与另外4个C 形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构。形成的晶体为原子晶体，故A 正确；B.该反应中Na 由0价→＋1价，作还原剂将CCl 4还原，故B 正确；https://www.360docs.net/doc/162461561.html,l 4和C(金刚石)中的C 的杂化方式都是sp 3杂化，故C 错误；D.NaCl 晶体：每个Na ＋同时吸引6个Cl －，每个Cl －同时吸引6个Na ＋，配位数为6，故D 错误。

答案 CD

5.由短周期前10号元素组成的物质T 和X ，存在如图所示的转化关系，X 不稳定，易分解。下列有关说法正确的是( )

A.为使该转化成功进行，Y 可以是酸性KMnO 4溶液

B.等物质的量的T 、X 分子中含有π键的数目均为N A

C.T 、X 分子中的“●”原子分别采用sp 2杂化和sp 3杂化

D.T 分子中只含有极性键，X 分子中既含有极性键又含有非极性键

解析 由球棍模型可知，T 为HCHO ，X 不稳定，易分解，则X 为H 2CO 3，则Y 为氧化剂。酸性KMnO 4溶液能氧化HCHO 生成H 2CO 3，A 正确；等物质的量的HCHO 、H 2CO 3分子中含有π键的数目相等，但物质的量未定，含有π键数目不一定为N A ，B 错误；T 、X 分子中的●均为碳原子，均形成3个σ键，无孤对电子，采取sp 2杂化，C 错误；H 2CO 3分子中只有极性键，无非极性键，D 错误。 答案 A

6.图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)，分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。

下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是( )

A.CF 4

B.CH 4

C.NH ＋4

D.H 2O

解析 只有NH ＋4空间构型为正四面体，4个H 原子位于四个顶点，恰好对应该有机化合物的4个N 原子，形成4个氢键。故选C 。

答案 C

7.(2019·山东济宁二模)2019年1月3日上午，嫦娥四号探测器翩然落月，首次实现人类飞行器在月球背面的软着陆。所搭载的“玉兔二号”月球车，通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作。回答下列问题：

(1)基态As 原子的核外价电子排布图为________，基态Ga 原子核外有________个未成对电子。

(2)镓失去电子的逐级电离能(单位：kJ·mol －1)的数值依次为577、1 985、2 962、6 192，由此可推知镓的主要化合价为________和＋3，砷的电负性比镓________(填“大”或“小”)。

(3)1918年美国人通过反应：HC ≡CH ＋AsCl 3――→AlCl 3CHCl===CHAsCl 2制造出路易

斯毒气。在HC ≡CH 分子中σ键与π键数目之比为________；AsCl 3分子的空间构型为________。

(4)砷化镓可由(CH 3)3Ga 和AsH 3在700 ℃制得，(CH 3)3Ga 中碳原子的杂化方式为________。

(5)GaAs 为原子晶体，密度为ρ g·cm －3，其晶胞结构如图所示，Ga 与As 以________键键合。Ga 和As 的原子半径分别为a pm 和b pm ，设阿伏加德罗常数的值为N A ，则GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_____________________________________________________

(列出计算式，可不化简)。

解析(1)基态Ga 原子价电子排布图为，故未成对电子数为1。(2)由逐级电离能数值577?1 985＜2 962?6 192知Ga的主要化合价为＋1和＋3。同一周期元素电负性随原子序数增大而增大，砷的电负性大于镓。(3)HC≡CH 中σ键数目为3，π键数目为2；AsCl3中As为sp3杂化，As原子有一对孤对电子，故分子空间构型为三角锥形。(4)(CH3)3Ga中C原子形成4个σ键，故为sp3杂化。

(5)GaAs为原子晶体，故Ga与As之间以共价键结合。GaAs晶胞中含Ga原子个

数为4×1＝4，As原子个数为8×1

8＋6×

1

2＝4，V球＝?

?

?

?

?

4×

4

3πa

3＋4×

4

3πb

3×10－30，

V晶胞＝4M GaAs

ρN A＝

4×（70＋75）

ρN A，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率

为V球

V晶胞

×100%＝

4×?

?

?

?

?

4

3πa

3＋

4

3πb

3×10－30

4×（70＋75）

ρN A

×100%＝

4π×ρN A（a3＋b3）×10－30

3×（70＋75）

×100%。

答案(1)(2)＋1大

(3)3∶2三角锥形

(4)sp3

(5)共价4π×10－30N Aρ（a3＋b3）

3×（70＋75）

×100%

8.(2019·山东烟台一模)微量元素硼对植物的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用。请回答下列问题：

(1)区分晶体硼和无定形硼科学的方法为______________________

_____________________________________________________。