选修3物质结构与性质 晶体结构与性质

第3讲晶体结构与性质

命题一晶体类型的判断及熔、沸点高低的比较

1.(1)(2018年全国Ⅲ卷,35节选)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型

是,ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是。

(2)(2017年全国Ⅰ卷,35节选)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。

(1)ZnF2的熔点较高,故为离子晶体。离子晶体难溶于乙醇等有机溶剂,分子晶体可以溶于乙醇等有机溶剂。(2)金属键的强弱与半径成反比,与所带的电荷成正比。

(1)离子键;ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小

(2)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱

2.(2016年全国Ⅰ卷,37节选)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原

因: 。

GeCl4GeBr4GeI4

熔点/℃-49.5 26 146

沸点/℃83.1 186 约400

GeCl4、GeBr4、GeI4熔沸点依次升高;原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强

3.(2016年全国Ⅱ卷,37节选)单质铜及镍都是由键形成的晶体。

金属

4.(2016年全国Ⅲ卷,37节选)GaF3的熔点高于1000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是。

GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,离子晶体GaF3的熔沸点更高

5.(2015年全国Ⅰ卷,37节选)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。

分子

6.(2014年全国Ⅰ卷,37节选)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。

X-射线衍射

命题二晶胞分析及计算

7.(1)(2018年全国Ⅰ卷,35节选)Li2O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 2O 晶格能为 kJ·mol -1。 Li 2O 具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 nm,阿伏加德罗常数的值为N A ,则Li 2O 的密度为 g·cm -3(列出计算式)。

(2)(2018年全国Ⅱ卷,35节选)FeS 2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为a nm 、FeS 2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Fe 2+位于S 22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为 nm 。

(3)(2018年全国Ⅲ卷,35节选)金属Zn 晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为 。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为N A ,Zn 的密度为 g·cm -3(列出计算式)。

解析 (1)根据晶格能概念(气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量)和图中数据可得Li 2O 晶格能是2908 kJ·mol -1。根据分割法可得,1个晶胞中含有Li +的个数为8,O 2-的个数为8×1

8

+6×1

2

=4,1个晶胞中含有4个Li 2O,Li 2O 的密度为

8×7+4×16N A (0.4665×10-7)

3

g·cm -3。(2)晶胞边长

为a nm=a×10-7 cm,则晶胞的体积V=(a×10-7 cm)3=a 3×10-21 cm 3;由晶胞结构可知,12个

Fe 2+处于晶胞的棱上,1个Fe 2+处于晶胞体心,S 22-处于晶胞的8个顶点和6个面心,则每个晶胞中含有Fe 2+的个数为12×1

4+1=4,含有S 22-的个数为8×1

8+6×1

2=4。FeS 2的相对分子质量为

M,阿伏加德罗常数的值为N A ,则晶体的密度为4M

N

A

·a 3×10-21

g·cm -3=4M

N

A a

3

×1021 g·cm -3。晶胞

中Fe 2+位于S 22-所形成的正八面体的体心,则该正八面体的边长为a

2×√2 nm=√2

2a nm 。(3)由

晶胞图可知,Zn 为六方最密堆积。1个Zn 晶胞中含有的原子数为12×16+2×1

2+3=6,正六边

形底面积S=6×正三角形面积=6×√34a 2 cm 2,则Zn 晶胞的体积V=6×√34

a 2c cm 3,1个Zn 晶胞的质量为

6×65N A

g,则ρ=m

V =

6×65N A 6×√34

a g·cm -3=

A ×6×√3

4

a g·cm -3。

(1)2908;8×7+4×16

N A (0.4665×10-7)

3

(2)

4M N A

a 3

×1021;√22

a

(3)六方最密堆积(A 3型);

65×6

N A ×6×34

a 2c

8.(2017年全国Ⅰ卷,35节选)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,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 。在KIO 3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。

0.315;12;体心;棱心

9.(2017年全国Ⅱ卷,35节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N 5)6(H 3O)3(NH 4)4Cl(用R 代表)。R 的晶体密度为d g·cm -3,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y 个[(N 5)6(H 3O)3(NH 4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y 的计算表达式为 。

602a 3d M

(或

a 3dN A M

×10-21)