课时分层训练(三十九) 晶体结构与性质
(建议用时：45分钟) A级 基础达标
1．(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________。SiC晶体和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________。
(2)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是___________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：_______________________________
________________________________________________________________，
SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MgO、CO2、Mg六种晶体的构成微粒分别是______________________________________________________________， 熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________________ _______________________________________________________________。
【解析】 (1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以C原子杂化方式是sp，因为Si—C的键长小于Si—Si，所以熔点碳化硅＞晶体硅。 (2)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所构成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg半径比Ca小，MgO晶格能大，熔点高。
(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键，SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。 (4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；Mg为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，熔化时克服金属键；CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合；MgO为离子晶体，由Mg和O构成，熔化时破坏离子键。
【答案】 (1)sp 共价键 SiC＞Si (2)Mg Mg半径比Ca小，MgO晶格能大
(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形
1
2＋
2＋
3
2＋
2－
2＋
2＋
3
成上述稳定的π键 原子 分子 ＜
(4)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子 共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键
2．(1)氮化铝是一种新型无机非金属材料，具有耐高温、耐磨等特性，空间结构如图1所示。铝的配位数为________。氮化铝的晶体类型是________。
图1
(2)N和Cu形成的化合物的晶胞结构如图2所示，则该化合物的化学式为________。该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是________g·cm。
－3
图2
(3)F元素基态原子M层上有5对成对电子，F形成的单质有δ、γ、α三种结构，三种晶胞(分别如下图3所示)中F原子的配位数之比为________，δ、γ、α三种晶胞的边长之比为________。
图3
【解析】 (1)由氮化铝的空间结构知，1个铝连接4个氮，铝的配位数为4；根据氮化铝具有耐高温、耐磨等特性，推知它属于原子晶体。(2)根据均摊法，每个晶胞平均含有Cu原子数为12×1/4＝3，N原子数为8×1/8＝1，故其化学式为Cu3N。根据密度的定义式：ρ＝m/V＝
M30－3
。(3)三种晶胞分别为体心立方(配位数为8)，面心立3×10 g·cm
aNA
方(配位数为12)，简单立方(配位数为6)，则配位数之比为4∶6∶3。由半径表示边长，则体心立方4r＝3a1，面心立方4r＝2a2，简单立方2r＝a3，故边长之比为22∶23∶6。
【答案】 (1)4 原子晶体 (2)Cu3N
M30
3×10 aNA
2
(3)4∶6∶3 22∶23∶6
3．(2018·石家庄模拟)现有某第四周期过渡金属元素A，其基态原子排布中有四个未成对电子，由此元素可构成固体X。 【导学号：97500222】
(1)区分固体X为晶体或非晶体的方法为________。若此固体结构如图甲、乙所示，则按甲虚线方向切乙得到的A～D图中正确的是________。
甲 乙
A B C D
(2)A可与CO反应生成A(CO)5，常压下熔点为－20.3 ℃，沸点为103.6 ℃，试推测：该晶体类型是________。
(3)A可与另两种元素B、C构成某种化合物，B、C的外围电子排布分别为3d4s、3s3p，其晶胞如图所示，则其化学式为________________。该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度d＝________ g·cm。(保留两位小数)
－310
1
2
4
【解析】 (1)根据题干信息可知元素A为Fe。甲中Fe位于顶点和体心，乙由8个甲组成，按甲虚线方向切乙形成的截面是长方形，则排除B、D，由于甲的体心含有1个Fe原子，则A图符合题意。(3)根据B、C的外围电子排布式分别为3d4s、3s3p可判断B11为Cu、C为S。该晶胞中，Fe原子有6个位于面上、4个位于棱上，个数为4×＋6×＝4211
4，Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点，个数为8×＋4×＋1＝4，
82S原子数为8。晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)＝4∶4∶8＝1∶1∶2，故该晶体的化学式为CuFeS2。晶胞质量＝
＋56＋
23－1
6.02×10 mol
－1
10
1
2
4
×4
，晶胞体积＝(524×10
－10
cm)×1
2
3
030×10
－3
－10
cm，故该晶体的密度d＝
＋56＋×4
23－16.02×10 mol
≈4.32 g·cm－102－10 ×1 030×10 cm
－1
。
【答案】 (1)X-射线衍射 A (2)分子晶体
＋56＋×4
23－1
6.02×10 mol
≈4.32 －102－10
×1030×10 cm
－1
(3)CuFeS2
4. (1)①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为________。
②继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是_______________________
_________________________________________________________________ ________________________________________________________________。
(2)铜晶体为面心立方最密堆积，铜的原子半径为127.8 pm，列式计算晶体铜的密度_________________________________________________________。
(3)A是周期表中电负性最大的元素，A与钙可组成离子化合物，其晶胞结构如图所示，该化合物的电子式是__________________。已知该化合物晶胞1/8的体积为2.0×10
3
－23
cm，求该离子化合物的密度，请列式并计算(结果保留一位小数)：__________________________________。
11
【解析】 (1)①K处于晶胞表面：12×＝6，C60处于晶胞顶点和体心：8×＋1＝2。故
28K原子和C60分子的个数比为6∶2＝3∶1。
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。 (2)晶胞边长22r(Cu)，晶胞含有Cu为4，M(Cu)＝64 g·mol，
－1
ρ＝NA
64×42×127.8×10
－10
3
g·cm≈9.0 g·cm。
－3－3
(3)A为F，与Ca形成CaF2，电子式为，
4
1
19＋×40
2－3－3
ρ＝－2323 g·cm≈3.2 g·cm。
2.0×10×6.02×10 【答案】 (1)①3∶1
②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：Si60>N60>C60；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，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60>C60>Si60 (2)
4×64
NA2×127.8×10
－10
g·cm≈9.0 g·cm 3
－3－3
(3)
1－1
＋2－3
－23323－1≈3.2 g·cm 2.0×10 cm×6.02×10 mol
B级 能力提升
5．(1)比较下列卤化锡的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_______________。
熔点/℃ 沸点/℃ SnCl4 －33 114.1 SnBr4 31 202 SnI4 144.5 364 (2)灰锡具有金刚石型结构，其中Sn原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________________。
(3)①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图为灰锡的晶胞，其中原子坐1??1?1?标参数A为(0,0,0)、B为?，0，?，则D为?， ， ?。锡的配位数2??2?4?为________。
②已知灰锡的晶胞参数a＝0.648 9 nm，其密度为______ g·cm(NA为6.02×10 mol
1
－3
23
－
，不必算出结果，写出简化后的计算式即可)。
【解析】 (1)锡元素的卤化物都为分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。对于组成类型相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。由于相对分子质量：SnCl4 (2)灰锡具有金刚石型结构，其中Sn原子的杂化方式为sp杂化。灰锡是同一元素的原 5 3 子通过共用电子对形成的单质，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键(或共价键)。 (3)①根据各个原子的相对位置可知，D在体对角线的1/4处，所以其坐标参数是 ?1，1，1?。②根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Sn原子个数是8×1/8＋6×1/2＋4?444??? ＝8，所以晶胞的密度为g·cm。 【答案】 (1)SnCl4、SnBr4、SnI4熔、沸点依次升高；原因是它们分子结构相似，随相对分子质量增大，分子间相互作用力逐渐增强 (2)sp杂化 非极性共价键(或共价键) 118×118.77 (3)① 4 ②3×10 446.02×648.9 (1)(2016·全国Ⅰ卷，节选)下图为Ge单晶的晶胞。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为________g·cm(列出计算式即可)。 －3 3－3 8×118.7 6.02×10 23－73 g·cm＝ －3 8×118.77 3×10 6.02×648.9 (2)(2014·全国Ⅰ卷，节选)①Cu2O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。 ②Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________g·cm(不必计算出结果)。 (3)(2013·全国Ⅱ卷，节选)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示(已知A、B、D分别为F、K、Ni元素)。 －3 ①该化合物的化学式为________；D的配位数为________； 6