晶体结构与性质
1.(2019·伊犁模拟)下图为CaF2、H3BO3(层状结构,层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图,请回答下列问题:
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca最近且等距离的F数为________,图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为________。
(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外能层已达8电子结构的原子是________,H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________。
(3)三种晶体中熔点最低的是________,其晶体受热熔化时,克服的微粒之间的相互作用为__________________________________________________。
(4)结合CaF2晶体的晶胞示意图,已知,两个距离最近的Ca核间距离为a× 10 cm,计算CaF2晶体的密度为________。
【解析】(1)CaF2晶体中Ca的配位数为8,F的配位数为4,Ca和F个数比为1∶2,铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层1、2、3,同层的4、5、6、7、8、9,下层的10、11、12,共12个。
(2)H3BO3中B原子,最外层共6个电子,H是2电子结构,只有氧原子达到8电子稳定结构。H3BO3晶体是分子晶体,相互之间通过氢键相连,每个B原子形成3个 B—O极性键,每个O原子形成1个O—H共价键,共6个键。
(3)H3BO3晶体是分子晶体,熔点最低,熔化时克服了分子间作用力和氢键。
2+
-2+
--8
2+
2+
-
(4)一个晶胞中实际拥有的Ca为8×+6×=4,F为8个,晶胞顶点及六个面上的离子为Ca,晶胞内部的离子为F,1个晶胞实际拥有4个“CaF2”。则CaF2晶体的密度:4×78 g·mol
2+
--1
2+-
÷[(a×10 cm)×6.02×10 mol]≈
-8323-1
g·cm。
-3
答案:(1)8 12 (2)O 1∶6 (3)H3BO3 分子间作用力和氢键
(4) g·cm
-3
2.(2019·宁夏吴忠模拟)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题: (1)镍元素基态原子的电子排布式为________,3d能级上的未成对电子数为________。 (2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
氨的沸点________(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是__________________。 氨是________分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为________。 (3)单质铜及镍都是由________键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·mol、INi=1 753 kJ·mol,ICu>INi的原因是__ __________。 (4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
-1
-1
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。 ②若合金的密度为d g/cm,晶胞参数a=________nm。
【解析】(1)镍是28号元素,位于第四周期第Ⅷ族,根据核外电子排布规则,其基态原子的电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s,3d能级有5个轨道,这5个轨道先占满5个自旋方向相同的电子,再分别占据三个轨道,电子自旋方向相反,所以未成对的电子数为2。
(2)氨气分子间存在氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3);根据价层电子对互斥
2
2
6
2
6
8
2
3
理论,氨气中心原子N的σ键电子对数等于3,孤电子对数杂化,分子成三角锥形,正负电荷重心不重叠,氨气是极性分子。
=1,则中心原子N是sp
3
(3)铜和镍属于金属,所以单质铜及镍都是由金属键形成的晶体;铜和镍分别失去一个电子后若再失去电子,铜失去的是全充满的3d电子,镍失去的是4s电子,所以ICu>INi。
10
1
(4)①晶胞中Ni处于顶点,Cu处于面心,则晶胞中Ni原子数目为8×=1、Cu原子数目=6×
=3,故Cu与Ni原子数目之比为3∶1。
②属于面心立方密堆积,晶胞质量为×(a×
g,则 g=d g·cm
-3
10 cm),解得a=
2
2
6
2
6
-73
×10。
8
2
8
2
7
答案:(1)1s2s2p3s3p3d4s(或[Ar]3d4s) 2 (2)高于 氨气分子间可形成氢键 极性 sp
(3)金属 铜和镍分别失去一个电子后若再失去电子,铜失去的是全充满的3d电子,镍失去的是4s电子
1
10
3
(4)①3∶1 ②×10
7
3.(2019·宜宾模拟节选)一种铜的氯化物晶胞结构如下图所示。
该化合物的化学式为______________________,已知P、Q、R的原子坐标分别(0,0,0)、
(1,1,1)、,若Cu原子与最近的Cl原子的核间距为a pm,则该晶体的密度计算
表达式为__________________________。
【解析】铜的氯化物晶胞结构中Cu占据了顶点和面心,Cl占据了体内4个位置,故该化合物
的化学式为CuCl,已知P、Q、R的原子坐标分别(0,0,0)、(1,1,1)、,若Cu原
子与最近的Cl原子的核间距为a pm,即为体对角线的四分之一,故则该晶体的边长为×
10 cm,该晶胞的体积为:
-10
×10cm,一个晶胞的质量为
-303
g,故晶胞的密
度计算表达式为10 g·cm。
30
-3
=×
答案:CuCl 【加固训练】
×10 g·cm
30-3
碳和硅属于同主族元素,在生活生产中有着广泛的用途。
(1)在基态C原子中,核外存在________对自旋方向相反的电子。
(2)Fe(CO)5又名羰基铁,常温下为黄色油状液体,则Fe(CO)5的晶体类型是__________,与CO互为等电子体的分子的分子式为____________________。 (3)C、O和Si的成键情况如下:
化学键 C—O CO Si—O SiO 14
键能/(kJ·mol) -1360 803 464 640 C和O之间易形成含有双键的CO2分子晶体,而Si和O之间则易形成含有单键的SiO2原子晶体,请结合数据分析其原因为________________________________。 (4)观察C60晶胞(如图所示),回答下列问题:
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