Question

19．如圖1表示一些晶體中的某些結(jié)構(gòu)，他們分別是氯化鈉、氯化銫、干冰、金剛石、石墨結(jié)構(gòu)中的某一種的某一部分（黑點(diǎn)可表示不同或相同的粒子）．

（1）其中代表金剛石的是D（填編號(hào)字母，下同），金剛石中每個(gè)碳原子與4個(gè)碳原子最接近且距離相等．
（2）其中代表石墨的是E，其中每個(gè)正六邊形占有的碳原子數(shù)平均為2個(gè)；
（3）其中表示氯化鈉的是A，每個(gè)鈉離子周圍與它最接近且距離相等的鈉離子有12個(gè)；
（4）代表氯化銫的是C，每個(gè)銫離子與8個(gè)氯離子緊鄰；
（5）代表干冰的是B，每個(gè)二氧化碳分子與12個(gè)二氧化碳分子緊鄰；
（6）由Mg、C、Ni三種元素形成的一種具有超導(dǎo)性的晶體，晶胞如圖2所示．Mg位于C和Ni原子緊密堆積所形成的空隙當(dāng)中．與一個(gè)Ni原子距離最近的Ni原子的數(shù)目為8，該晶體的化學(xué)式為MgNi₃C．若該晶體的相對(duì)分子質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，Mg、C、Ni三種元素的原子半徑分別為r₁pm、r₂pm、r₃pm，則該晶體的密度表達(dá)式為$\frac{1{0}^{30}M}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）在金剛石晶胞中，每個(gè)碳可與周圍四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，將這四個(gè)碳原子連結(jié)起來后可以形成正四面體，體心有一個(gè)碳原子；由共價(jià)鍵結(jié)合形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體；
（2）石墨是層狀結(jié)構(gòu)，在層與層之間以范德華力相互作用，在層內(nèi)碳與碳以共價(jià)鍵相互作用，形成六邊形；
（3）在NaCl晶胞中，每個(gè)鈉離子周圍有六個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍也有六個(gè)鈉離子，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，每個(gè)鈉離子周圍距離最近的鈉離子在小立方體的面對(duì)角線的位置，每個(gè)鈉離子周圍有八個(gè)這樣的立方體，所以面對(duì)角線上的鈉離子就有12個(gè)；
（4）CsCl的晶胞中銫離子和氯離子的配位數(shù)都是8，即每個(gè)銫離子周圍有8個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍也有8個(gè)銫離子；
（5）干冰是分子晶體，CO₂分子位于立方體的頂點(diǎn)和面心上，以頂點(diǎn)上的CO₂分子為例，與它距離最近的CO₂分子分布在與該頂點(diǎn)相連的12個(gè)面的面心上；
（6）根據(jù)圖知，同一個(gè)晶胞中每個(gè)Ni原子距離最近的Ni原子是4個(gè)，在空間中每個(gè)Ni原子距離最近的Ni原子是8個(gè)；根據(jù)均攤法確定化學(xué)式；晶胞質(zhì)量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，上底面對(duì)角線長(zhǎng)度=（2r₂+2r₃）pm=（2r₂+2r₃）×10^-10cm，故晶胞棱長(zhǎng)=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×（2r₂+2r₃）×10^-10cm=$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm，晶胞體積=[$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm]³=2$\sqrt{2}$（r₂+r₃）³×10^-30cm³，其密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）在金剛石晶胞中，每個(gè)碳可與周圍四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，將這四個(gè)碳原子連結(jié)起來后可以形成正四面體，體心有一個(gè)碳原子，所以圖D為金剛石，每個(gè)碳原子與四個(gè)碳原子最近且距離相等；金剛石晶體是由共價(jià)鍵結(jié)合形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體屬于原子晶體；
故答案為：D；4；
（2）石墨是層狀結(jié)構(gòu)，在層與層之間以范德華力相互作用，有分子晶體的特點(diǎn)，在層內(nèi)碳與碳以共價(jià)鍵相互作用，形成六邊形，所以圖E為石墨的結(jié)構(gòu)，為混合晶體，每個(gè)碳原子被三個(gè)六邊形共用，所以每個(gè)正六邊形占有碳原子數(shù)平均為6×$\frac{1}{3}$=2，
故答案為：E；2；
（3）在NaCl晶胞中，每個(gè)鈉離子周圍有六個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍也有六個(gè)鈉離子，所以圖A為NaCl的結(jié)構(gòu)，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，每個(gè)鈉離子周圍距離最近的鈉離子在小立方體的面對(duì)角線的位置，每個(gè)鈉離子周圍有八個(gè)這樣的立方體，形成12個(gè)面，所以面對(duì)角線上的鈉離子就有12個(gè)，
故答案為：A；12；
（4）CsCl是由離子鍵形成的離子晶體，CsCl的晶胞中銫離子和氯離子的配位數(shù)都是8，即每個(gè)銫離子周圍有8個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍也有8個(gè)銫離子，所以圖C為CsCl的結(jié)構(gòu)；
故答案為：C；8；
（5）干冰是分子晶體，CO₂分子位于立方體的頂點(diǎn)和面心上，以頂點(diǎn)上的CO₂分子為例，與它距離最近的CO₂分子分布在與該頂點(diǎn)相連的12個(gè)面的面心上，所以圖B為干冰晶體，
故答案為：B；12；
（6）根據(jù)圖知，同一個(gè)晶胞中每個(gè)Ni原子距離最近的Ni原子是4個(gè)，在空間中每個(gè)Ni原子距離最近的Ni原子是8個(gè)；該晶胞中Mg原子個(gè)數(shù)=1、C原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1，Ni原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，所以其化學(xué)式為MgNi₃C；晶胞質(zhì)量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，上底面對(duì)角線長(zhǎng)度=（2r₂+2r₃）pm=（2r₂+2r₃）×10^-10cm，故晶胞棱長(zhǎng)=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×（2r₂+2r₃）×10^-10cm=$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm，晶胞體積=[$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm]³=2$\sqrt{2}$（r₂+r₃）³×10^-30cm³，其密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}×1{0}^{-30}}$g•cm^-3=$\frac{1{0}^{30}M}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：8；MgNi₃C；$\frac{1{0}^{30}M}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、配位數(shù)的計(jì)算、化學(xué)式確定等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷、計(jì)算及空間想象能力，注意均攤法的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是（6）題晶胞體積的計(jì)算，題目難度中等．