晶体复习与练习（一）
[网上课堂]
一．复习内容
1．晶体：晶体的外观特征是有一定的，整齐的，有规则的几何外形。如图1。食盐是具有立方体外形，虽然有时由于生成晶体的条件不同，所得到的晶体在外形上可能有些歪曲，但晶体表面的夹角（称为晶角）总是不变的，如图2，正六方体型晶体的α、β、γ角均为90°。
晶体还有固定的熔点。加热晶体，达到熔化时，即开始熔化。在没有全部熔化以前，继续加热，温度不再上升。这时所供给的热都用来使晶体熔化，完全熔化后，温度才开始上升。说明晶体有固定的熔点。晶体的这些特性是固体内部结构的反映。所以可以把晶体认为是质点（结构粒子，可以是分子、离子、原子）在空间有规则地排列成的，具有整齐外形，以多面体出现的固体物质。
2．莫氏硬度：莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，1824年由德国矿物学家莫斯首先提出，确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物表面而产生划痕，用测得划痕的深度表示硬度。
表1 几种矿物莫氏硬度
矿物
滑石
石膏
方解石
萤石
磷灰石
硬度
1
2
3
4
5
矿物
正长石
石英
黄玉
刚玉
金刚石
6
7
8
9
10
注：几种矿物的主要化学成分：滑石：Mg3(Si4O10)(OH)2，可改写成：3MgO·4SiO2·H2O；石膏：CaSO4·2H2O；方解石：CaCO3；萤石：CaF2；磷灰石：Ca5(PO4)3F；正长石：KAlSi3O8，可改写成K2O·Al2O3·6SiO2；石英：SiO2；黄玉的化学成分为Al2(SiO4)(F，OH)2，有时还含有锂、铍、镓、锗，铊等的铝硅酸盐矿物；刚玉：Al2O3；金刚石：C。
3．离子晶体，离子间通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。我们学过的如CaF2、KNO3、CsCl、Na2O和NH4Cl等都属于离子晶体。
表2 NaCl和CsCl离子晶体空间结构类型的特征
晶体图示
离子的化学环境
NaCl
每个Na+离子，同时吸引着6个Cl-离子，每个Cl-离子同时吸引着6个Na+离子；每个Na+离子周围与它最近且距离相等的Na+离子有12（Cl-离子也与Na+环境相同），离子个数比为1:1，化学式NaCl。
CsCl
每个Cs+离子，同时吸引着8个Cl-离子；每个Cl-离子同时引吸8个Cs+离子，晶体中离子个数比为1:1。化学式CsCl。
常见的属于NaCl型离子晶体有：Li+、Na+、K+、Rb+的卤化物，AgF、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+的氧化物，硫化物等，常见的属于CsCl型离子晶体有：CsBr、CsI、NH4Cl等。
在离子晶体中，离子间存在较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且要使离子晶体由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键。因此，一般讲，离子晶体有较高的熔点和沸点。如NaCl熔点为801℃，沸点为1413℃；CsCl的熔点为645℃，沸点为1290℃。
离子晶体受热熔化时，离子运动加快，克服了阴、阳离子间的引力，产生了能自由移动的阴、阳离子，所以熔融状态的离子化合物能导电。
离子晶体化合物溶于水时，发生电离，其水溶液导电。但离子化合物在水中的溶解性能差别较大，有的是易溶物（常温下，溶解度大于10g），有些是微溶的（常温下，溶解度小于1g，大于0.1g）有些是难溶的，比如BaSO4、CaCO3等。
4．原子晶体，构成原子晶体的结构粒子是原子，原子间以共价键结合。由于共价键键能较大，所以这类晶体的熔点极高，硬度极大。金刚石就是原子晶体（熔点3750℃），每个碳原子都处于与它直接相邻的四个碳原子所组成的正四面体的中心，组成了整个一块晶体，所以原子晶体中也不存在单个的小分子。图3为金刚石晶体结构。
元素周期表第ⅣA主族元素碳（金刚石）、硅、锗等单质的晶体都是原子晶体。周期表ⅢA，ⅣA，ⅤA主族元素彼此组成的某些化合物，如碳化硅（SiC），氮化铝（AlN）、石英（SiO2）也是原子晶体。如碳化硅（俗称金刚砂）与金刚石结构一样，只是碳原子与硅原子相间地排列起来。
表3 某些原子晶体物质的熔点
物质
熔点/K
物质
熔点/K
C
Si
Ge
3844
1688
1200
SiC
BN
SiO2
>2973
3774
1973
元素符号，如金刚石用元素符号“C”表示。但要注意：不少非金属单质是由有限的，小分子组成的，它们的相对分子质量是可以测定的，并具有恒定的数值。这些单质最常见的有稀有气体（单原子分子，He、Ne、Ar、Kr、Xe等）；卤素（双原子分子，F2、Cl2、Br2、I2等）；氧（O2，O3）；硫（S）；氮（N2）和白磷（P4）等。它们不同于原子晶体的单质。在一般情况下，它们常以气体，易挥发的液体或易熔化，易升华的固体存在，属于另一种晶体——分子晶体。
[例题精析]
1．图4，是NaCl晶体中的最小重复单元，称其为晶胞。
在NaCl的晶胞中共有几对Na+—Cl-离子对？
（2）由x射线衍射测定；氯化钠的晶胞边长为5.64×10-8cm，M(NaCl)=58.45g·mol-1，ρ=2.165g·cm-3，求阿伏加德罗常数？
解答：
（1）从图4上可以分析出，Na+有两种位置，其中有8个Na+离子处于立方体的8个顶点，每个Na+离子对晶胞的贡献为，则相当于八个顶点共具有1个Na+离子；有6个Na+离子均处于立方体的六个面的面心上，每个Na+离子对晶胞的贡献为，6个Na+为晶胞献上3个Na+离子；合计为：每个晶胞有Na+离子是4个。Cl-离子也有两种位置，其一12个Cl-离子处于晶胞12个棱边的中心，每个Cl-离子为晶胞贡献，12个Cl-离子为晶胞贡献为3个Cl-离子；有一个Cl-离子处于正方体的中心，这个Cl-离子完全为晶胞所有，总和起来，每个晶胞中也含有4个Cl-离子。所以在NaCl的晶胞中，有4对Na+—Cl-离子对。
答案：4。
（2）通过NaCl的摩尔质量，体积，密度求阿伏加德罗常数，实质上就是求1molNaCl晶体中Na+—Cl-离子对的对数。解题思路：计算NaCl的摩尔体积，计算Na+—Cl-离子对体积，求出1molNaCl中含Na+—Cl-离子对的对数，则为NA。
NaCl的摩尔体积（即1molNaCl的体积）=
NaCl晶胞的体积=(边长)3=(5.64×10-8cm)3
每个晶胞中有4个Na+—Cl-离子对，每个Na+—Cl-离子对的体积
2．图5，是CsCl的晶胞，用M代表CsCl的摩尔质量，用ρ代表其密度（g·cm-3），用NA代表阿伏加德罗常数，推导在CsCl晶体中，Cs+离子与Cl-离子核间的距离d。
解：CsCl晶胞为正立方体结构，从立体几何知识解题。
设正方晶胞边长为a，作辅助图。
连接Cl2-—Cl4-，则Cl2-—Cl4-核间距为。
连接Cl2-—Cl8-，则体对角线长，即，。
在CsCl的晶胞中，有1个Cs+—Cl-离子对，其体积为，即
CsCl的摩尔体积
[网上能力训练题]
基础性训练题
一．选择题：
1．下列物质中熔点最高的是（ ）
A．单晶硅 B．干冰
C．碳化硅 D．氯化钾
2．某元素的最高正价和最低负价的绝对值相等，且最高正价氧化物的相对分子质量与其气态氢化物相对分子之比为15:8，则该元素最高正价氧化物形成的晶体是（ ）
A．分子晶体 B．离子晶体
C．原子晶体 D．其元素的卤化物为分子晶体
3．第3周期元素R，它的原子核外最外层上的电子达到稳定结构所需的电子数小于次外层和K层电子数之差，且等于K层电子数的正整数倍，则关于R的正确叙述是（ ）
A．常温下能稳定存在的R的氧化物都能与烧碱溶液反应
B．R对应的最高价氧化物对应的水化物都是强酸
C．R的气态氢化物在常温下都能稳定地在空气中存在
D．R的单质在固体时，属于同一种类型的晶体
4．下列叙述肯定正确的是（ ）
A．在离子晶体中不可能存在着非极性键
B．在共价化合物的分子晶体中不可能存在着离子键
C．直接由原子构成的晶体一定是原子晶体
D．由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
5．根据下列物质的性质，判断属于原子晶体的物质是（ ）
A．微溶于水，硬度小，熔点-56.6℃，固体或液体时不导电
B．溶点3410℃，导电性能好，延展性强
C．熔点3550℃，不导电，不溶于水及有机溶剂，质硬
D．熔点800℃，易溶于水，熔化时能导电
二．填空题：
6．铵盐受热分解的过程就是铵根离子把质子转移给酸根离子的过程。对于晶体类型相同的铵盐，可根据上述反应判断其热稳定性，试比较：NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I的热稳定性，由强到弱的顺序是__________；你判断的理由是__________。
7．参考下表中物质的熔点，回答下列有关问题：
物质
NaF
NaCl
NaBr
NaI
NaCl
KCl
RbCl
CsCl
熔点/℃
995
801
755
651
801
776
715
646
物质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
SiCl4
GeCl4
SnCl4
PbCl4
熔点/℃
-90.2
-70.4
5.2
120.5
-70.4
-49.5
-36.2
-15.0
（1）钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与________有关，随着________增大，________减小，故熔点依次降低。
（2）硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与________有关，随着________增大，________增大，使熔点依次升高。
（3）钠的卤化物熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与________有关，因为________故前者熔点远远高于后者。
8．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的主族元素。已知A、C、F三原子的最外层共有11个电子，且这三种元素的最高价氧化物的水化物之间两两皆能反应，均能生成盐和水，D元素原子的最外层电子数比次外层电子数少4，E元素原子次外层电子数比最外层电子数多3。回答：
（1）写出下列元素的符号：A_____，D______，E______。
（2）用电子式表示出B、F形成化合物的过程__________。
（3）A、C两种元素最高价氧化物的水化物反应的离子方程式__________。
（4）D的固态氧化物是________晶体，含n摩D的氧化物的晶体中含D-O共价键为________摩。
提高性训练题：
一．选择题：
9．axn+和bym-两种元素的简单离子，它们的电子层结构相同，则下列关系成立的是（ ）
A．b-a=n+m B．离子半径 Ym-Y D．原子半径 Y>X
10．下列各组物质的性质排列规律正确的是（ ）
A．还原性：Cl->S2->Fe>Fe2+
B．熔点：RbNH4Br>NH4Cl>NH4F
离子半径：F-Cl->Br->I-，氢化物的稳定性：HF>HCl>HBr>HI，故四种离子化合物的热稳定性：NH4I>NH4Br>NH4Cl>NH4F
7．
（1）离子半径 离子半径 离子键键能（或静电引力）
（2）相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力（或范德华力）
（3）晶体类型 化学键键能比范德华力大得多
8．
（1）Na，Si，P
（2）
（3）OH-+Al(OH)3=AlO2-+2H2O
（4）原子晶体 4n
提高性训练题：
一．
9．C
A选项不对，阳离子aXn+与阴离子bYm-电子层结构相同，则它们原子核外电子数必相等，所以a-n=b+m才正确。B选项不对，当两个离子电子层结构相同时，其阴离子半径要大于阳离子半径，即γ(Ym-)>γ(Xn+)，D选项也不正确，阴离子的元素的原子序数大于阴离子的元素的原子序数。
10．B
A不正确，一般规律是：还原性Fe>S2->Fe2+>Cl-，B正确，C不正确，硬度是金刚石>晶体硅>石墨。D也不正确，一般规律是：C-H>Si-H
11．B
分析BGO化学式正确与否，首先要确定在锗酸铋中，Ge的化合价为+4；Bi的化合介为+3或+5；其次再考虑化合物中各元素的化合价代数和为零。最后考虑把盐的化学式能改写成氧化物形式且满足两种氧化物中氧元素质量相等。能满足这三个条件的只有Bi4Ge3O12，它可以改写成2Bi2O3·3GeO2。
12．A
分析：[Co(NH3)6]3+为称双锥结构，6个NH3分子居6个顶角位置，其中2个NH3分子只有两种相对位置，一种是相邻，一种是相隔，所以无论是变成[Co(NH3)4Cl2]+还是[Co(NH3)4Cl4]-，只能有2种同分异构体。
二．
13．
解：由1molNaCl的体积求出1个Na+-Cl-离子对的体积。
1molNaCl的体积
1个Na+-Cl-离子对体积
设晶格中Na+-Cl-核间距离（即立方体棱边长）为a则晶格体积为a3。每个晶格中实际拥有0.5个Na+-Cl-离子对，每个Na+-Cl-离子对体积
则有
14．
（1）6 109°28’ 2
（2）4，4，1:1，SiC，Si-C键键长大于C-C键键长。
（3）视图9，晶胞边长a，对角线长，体对角线上，体对角线长等于4个C-C键键长。即4个C-C长=，则C-C键长=。
（4）晶胞体积为a3m3，每个晶胞中有8个C原子，晶胞质量
（4）因为C-C键长
所以C-C键长
（5）金刚石晶胞中有8个C原子，C原子的半径为键键长，
C原子占晶胞的体积分数=
研究性习题：
15．解题思路是：NA指1molNaCl晶胞中含有Na+-Cl-离子对的数目。计算方法是：用NaCl的摩尔质量被NaCl的密度去除，得到NaCl的摩尔体积。NaCl的密度是通过实验测定的。NaCl的质量，在实验中乙被称出，NaCl的体积等于25mL减C6H6或CCl4的体积。
1molNaCl体积=
指5实验中值的平均值。
相对误差是以6.02×1023为基准，实验出对它的误差百分率。
表1
1．2.73 6.05
2．4.33 5.96
3．5.25 5.97 6.03 约0.2%
4．6.86 6.03
5．8.30 6.07
表2
2.57 5.96
5.21 5.93
6.71 6.04 6.01 约0.2%
8.35 6.05
8.29 6.06
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