全国1卷第37题：物质结构与性质 晶体晶胞分析

已知晶体硼的基本结构单元是 由硼原子组成的正二十面体，如图 所示：其中有二十个等边三角形的 面和一定数目的顶点，每个顶点为 一个硼原子，试通过观察分析右图 回答：此基本结构单元是由___个硼 原子构成，有___个B-B化学键，相 邻B-B键的键角为____.此基本结构 单元是一个正____面体。
遵循欧拉定理:
第37题：物质结构与性质
命题的方向根据前几年已考查过的分 析可知，知识载体趋向于氮族元素、 卤素等元素化合物，无论考查何种 素材的晶胞，均摊法的思想不变。
命题的特点：
1.近三年的新课标卷该题基本没涉及元素 的推断过程，主要采用直接。 2.新课标卷考查频率高的是金刚石晶胞或 其迁移。 3.有机物中碳原子的杂化方式经常考查。 如：乙醛、碳酸甲酯等
(2)试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生反应生成C60F60(填“可能”或 “不可能”)__________, 并简述其理由： 可能
因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60 (只 要指出“C60含30个双键”即可,但答“因C60含有双键”不行) ________________________________________________________. (3)通过计算,确定C60分子所含单键数.C60分子所含单键数为___________. 可由欧拉定理计算键数(即棱边数):60+(12+20)-2=90 C60分子中单键为:90-30=60 (4)C70 分子也已制得 ,它的分子结构模型可以与 C60 同样考虑而推知 . 通过 计算确定C70分子中五边形和六边形的数目. 12 25 C70分子中所含五边形数为____________, 六边形数为_________.
•常见晶体模型与晶胞计算
晶体 NaC l 离 ( 型) 子 晶 体 CsCl ( 型) 晶体结构 晶体详解 (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
12 个 邻的 Na＋有____
(2)每个晶胞中含4 __个 Na＋和4 __个 Cl－
8__ (1)每个 Cs＋周围等距且紧邻的 Cl－有
12 30
600
顶点数+面数--棱边数=2 20
1996 年诺贝化学奖授予对发现 C60 有重大贡献的三位科学家 .C60 分子是 形如球状的多面体(如图),该结构的建立基于以下考虑:
①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;
②C60分子只含有五边形和六边形; ③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理: 顶点数+面数-棱边数=2 据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所 含的双键数为30.请回答下列问题: 金刚石 理由是: (1)固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应是____________, _ 金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高. (答出“金刚石属原子晶体”即可) ________________________________________________________.
金刚石晶胞的出现频率高居不下
【2013】(3)单质硅存在与金刚石结构类似的 晶体，其中原子与原子之间以 共价键 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面 心位置贡献 3 个原子。 【2012】立方ZnS中晶胞中离子间距计算。 【2011】⑸六方氮化硼在高温高压下，可以 转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似， 硬度与金刚石相当，晶苞边长为361.5pm， 立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、 4 个硼原 25 4 子，立方氮化硼的密度是 （361.5 10 ） N _______g· cm−3(只要求列算式，不必计算 出数值，阿伏伽德罗常数为NA)。
•①该化合物的化学式为________；D的配位数为 ________； •②列式计算该晶体的密度__________g·cm－3。 •(2)[2012·全国新课标，37(6)]立方ZnS晶体结构如图所
示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为________g·cm －3(列式并计算)，a位置S2－离子与b位置Zn2＋离子 之间的距离为____pm(列式表示)。
• 2．(1)[2013·新课标Ⅱ，37(3)] 前四周期原子序数依次增大 的元素A、B、C、D中，A 和B的价电子层中未成对电 子均只有1个，并且A－和B＋ 的电子相差为8；与B位于同 一周期的C和D，它们价电 子层中的未成对电子数分别 为4和2，且原子序数相差为 2。A、B和D三种元素组成 的一个化合物晶胞如图所示：
答案 ②
(1)①K2NiF4
6
39×4＋59×2＋19×8 ＝3.4 － 6.02×1023×4002×1 308×10 30
－
4×65＋32g· mol 1 6.02×1023 mol－1 (2) ＝4.1 540.0×10－10 cm3
135 3
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－
晶体 简单 金 属 晶 体 立方 堆积 面心 立方 最密 堆积
晶体结构
晶体详解 典型代表 Po，配位数为__，空间利用 率 52%
6
又称为 A1 型或铜型， 典型代表 Cu、为 ×8＋ ×6＝4，根据(0.405×10 7)3×ρ＝ 8 2 4×27 4 － 27× ，解得 ρ＝ cm 3)。 －7 3(g· 23 NA 6.02×10 ×0.405×10 (2)由金刚石形成的晶胞结构可知，C 原子位于 8 个顶点、6 个 面心、体内还有 4 个碳原子，所以晶胞中平均含有的碳原子数 1 1 为 8× ＋6× ＋4＝8 个，由晶胞示意图可知：8r＝ 3a，即 r 8 2 4 3 8× πr 3 3π ＝ 3a/8；晶胞中碳原子的占有率为 ＝ 。 a3 16
12 ，空间利用率 74% Au，配位数为___
典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%
A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
体 心 立 方 堆 积
面心立方最密堆积:铜型
ccp
C
B
A
正四面体的高 立方面心最密堆积（ccp） （a为边长）
6 a 3
解析
(1)面心立方堆积晶体中， 原子的配位数为 12； 该晶胞中
涉及的知识：
•
原子核外电子的排布（能层、能级、 原子轨道 数及排布电子数的确定）
• 分子结构中分子的构型，价层电子对 互斥与杂化轨道理论用于杂化类型、 粒子构型的判定
• 分子性质中的氢键、极性、溶解性、 含氧酸酸性比较（R-OH规则），等 电子原理的应用 • 晶体结构之配位数、化学式的确定， 晶体类型、密度、粒子间距的确定 ， 晶体性质中熔沸点的比较等
闪锌矿型结构（ZnS) A原子填充在B原子构成的四 面体空隙中。A、B原子的配位数均为4属.闪锌矿型结 构类型的化合物有：亚铜的卤化物，铍的氧化物，硼、 铝、镓和铟的磷化物，砷化物和锑化物，以及碳化硅， 单质碳和单质硅等。其中III～V族和II-VI族化合物是重 要的半导体材料，
ZnS晶胞 CaF2晶胞
-10 3 A
【2015-37】（5）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：
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。 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。
考查结构非常到位，需要考生能真正理 解石墨烯和金刚石的成键情况。