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第三讲 晶体结构与性质

一、选择题

1．(2016·赤峰高三模拟)有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( )

A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个、②2个、③2个、④4个 C．晶胞中原子的配位数分别为①6、②8、③8、④12 D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④

解析：选B。本题考查金属晶体的堆积方式。准确理解并记忆金属晶体的四种常见堆积方式是解答本题的关键。①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，④为面心

111

立方最密堆积，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1，②8×＋1＝2，③8×

888

11

＋1＝2，④8×＋6×＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，C项错误；四种晶

82

体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，④＝③>②>①，D项错误。 2．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：选A。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。 3．(2016·衡水中学高三调研)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：选B。由分子式及信息可知该物质为分子晶体，A错误，B正确；Si的原子半径大于C，所以Si60的体积大于C60的体积，C错误；相对分子质量为(12＋28)×60＝2 400，D错误。 4．高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是( )

A．晶体中与K最近且距离相等的K有6个

＋－

B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K和1个O2

＋－

C．晶体中与每个K距离最近的O2有6个 D．晶体中，所有原子之间都以离子键相结合

－＋

解析：选C。根据题给信息超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O2、K，

＋－－

晶体中K与O2间形成离子键，O2中O—O键为共价键。由晶胞结构可知，每个晶胞中含有K中小学最新教育资料

＋＋

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111－＋－

：8×＋×6＝4(个)，O2：1＋×12＝4(个)，晶胞中与每个K距离相等且最近的O2有6

824

＋

个，最近且距离相等的K有12个。

5．下列有关化学键和晶体的说法中正确的是( )

A．离子键的本质是静电作用，阴阳离子电荷越大、离子半径越小，静电作用越强 B．共价键的本质是共用电子对，因此必须由成键的两原子各提供一个电子形成 C．分子晶体的基本微粒是分子，分子晶体熔沸点由分子内部共价键强弱决定 D．原子晶体由于是空间网状结构，因此只能由碳、硅两种元素构成 答案：A

6．下列说法正确的是( )

A．由于铵盐中是由离子键构成的，因而化学性质相当稳定 B．分子晶体中都存在分子间作用力，但可能不存在共价键

C．在常见的四种晶体类型中，都有“原子(离子)半径越大，物质熔点越低”的规律 D．常温下为气态或液态的物质，其固态时一定会形成分子晶体 答案：B

7．下列物质中一定含有离子的是( ) A．晶体氯 B．液态氯化铝 C．液态氯化氢 D．次氯酸钙 答案：D

8．(2016·盐城高三模拟)钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的晶胞结构示意图如图所示，它的化学式是( )

＋

A．BaTi8O12 B．BaTi4O5 C．BaTi2O4 D．BaTiO3

2＋

解析：选D。仔细观察钛酸钡晶体的晶胞结构示意图可知：Ba在立方体的中心，完全属于

4＋4＋

该晶胞；Ti处于立方体的8个顶角，每个Ti为与之相连的8个立方体所共用，即每个

14＋2－

Ti只有属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每条棱为4个立方体共用，即每

81112－2＋4＋2－

个O只有属于该晶胞。则晶体中Ba、Ti、O的个数比为1∶(8×)∶(12×)＝1∶1∶3。

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9．下列有关说法不正确的是( )

A．水合铜离子的模型如图甲所示，1个水合铜离子中有4个配位键

2＋

B．CaF2晶体的晶胞如图乙所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca

C．H原子的电子云如图丙所示，H原子核外大多数电子在原子核附近运动

D．金属Cu中Cu原子堆积模型如图丁所示，为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12 解析：选C。电子云是用来表示电子出现的概率，但不代表有一个电子在那里，C项错。 二、非选择题

10．[2015·高考全国卷Ⅰ，37－(2)～(5)]碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：

(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是__________________________________________。

(2)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与中小学最新教育资料

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CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。

(3)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。

(4)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。 ②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

解析：(1)碳原子核外最外层有4个电子且半径小，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子。因此，碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。

(2)CS2分子中，存在σ键和π键。CS2分子中，C原子的价层电子对数为2，杂化轨道类型为sp。根据等电子理论，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子有CO2、COS和N2O，

＋－

离子有NO2、SCN。

(3)因Fe(CO)5熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。

1

(4)①由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×63

＝2。

②由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每

3

个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。

答案：(1)C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构

－

(2)σ键和π键 sp CO2、SCN(或COS等) (3)分子

(4)①3 2 ②12 4

11．碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物，而且还能形成多种无机化合物，同时自身可以形成多种单质，碳及其化合物的用途广泛。

(1)C60分子能与F2发生加成反应，其加成产物为______，C60分子的晶体中，在晶胞的顶点和面心均含有一个C60分子，则一个C60晶胞的质量为________。

(2)干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较中正确的是________(填字母)。

a．晶体的密度：干冰＞冰 b．晶体的熔点：干冰＞冰

c．晶体中的空间利用率：干冰＞冰 d．晶体中分子间相互作用力类型相同

(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的是________(填字母)。

32

a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp杂化 b．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C＜石墨中C—C c．晶体的熔点：金刚石＞石墨

d．晶体中共价键的键角：金刚石＞石墨 中小学最新教育资料

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e．金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体

(4)金刚石晶胞结构如下图，立方BN结构与金刚石相似，在BN晶体中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为________，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为________，一个晶胞中N原子数目为________。

(5)C与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为________，金属铜采用面心立方最密堆积(在晶胞的顶点和面心均含有一个Cu原子)，则Cu的晶体中Cu原子的配位数为________。

解析：(1)C60中每个碳原子的连接方式为，所以C60中共有双键0.5×60＝30个，则与F2加成的产物应为C60F60；C60为面心立方堆积，则

2 880

m·NA＝4×12×60 g，m＝ g。

NA

(2)在冰中存在氢键，空间利用率较低，密度较小，a、c正确。

(3)石墨中C—C键键长小于金刚石中C—C键键长，所以熔点：石墨＞金刚石，金刚石的碳

32

原子呈sp杂化，而石墨中的碳原子呈sp杂化，所以共价键的键角：石墨大于金刚石，石墨属于混合型晶体，a正确。

(4)在BN中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为正四面体形，在四个共价键中，

11

其中有一个配位键，其共价键与配位键数之比为3∶1，在晶胞中，含N：8×＋6×＝4个，

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含B：4个。

(5)根据铜的堆积方式，Cu原子的配位数应为12。

2 880

答案：(1)C60F60 g (2)ac (3)a

NA

(4)正四面体 3∶1 4

(5) 12 12．(2016·威海高三质检)碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。

(1)与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是________(写出元素符号)。 (2)石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样(如图甲)，石墨烯中碳原子的杂化方式为________；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

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