Question

19．如图1表示一些晶体中的某些结构，他们分别是氯化钠、氯化铯、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分（黑点可表示不同或相同的粒子）．

（1）其中代表金刚石的是D（填编号字母，下同），金刚石中每个碳原子与4个碳原子最接近且距离相等．
（2）其中代表石墨的是E，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为2个；
（3）其中表示氯化钠的是A，每个钠离子周围与它最接近且距离相等的钠离子有12个；
（4）代表氯化铯的是C，每个铯离子与8个氯离子紧邻；
（5）代表干冰的是B，每个二氧化碳分子与12个二氧化碳分子紧邻；
（6）由Mg、C、Ni三种元素形成的一种具有超导性的晶体，晶胞如图2所示．Mg位于C和Ni原子紧密堆积所形成的空隙当中．与一个Ni原子距离最近的Ni原子的数目为8，该晶体的化学式为MgNi₃C．若该晶体的相对分子质量为M，阿伏加德罗常数为N_A，Mg、C、Ni三种元素的原子半径分别为r₁pm、r₂pm、r₃pm，则该晶体的密度表达式为$\frac{1{0}^{30}M}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）在金刚石晶胞中，每个碳可与周围四个碳原子形成共价键，将这四个碳原子连结起来后可以形成正四面体，体心有一个碳原子；由共价键结合形成的空间网状结构的晶体；
（2）石墨是层状结构，在层与层之间以范德华力相互作用，在层内碳与碳以共价键相互作用，形成六边形；
（3）在NaCl晶胞中，每个钠离子周围有六个氯离子，每个氯离子周围也有六个钠离子，根据晶胞的结构，每个钠离子周围距离最近的钠离子在小立方体的面对角线的位置，每个钠离子周围有八个这样的立方体，所以面对角线上的钠离子就有12个；
（4）CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8，即每个铯离子周围有8个氯离子，每个氯离子周围也有8个铯离子；
（5）干冰是分子晶体，CO₂分子位于立方体的顶点和面心上，以顶点上的CO₂分子为例，与它距离最近的CO₂分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上；
（6）根据图知，同一个晶胞中每个Ni原子距离最近的Ni原子是4个，在空间中每个Ni原子距离最近的Ni原子是8个；根据均摊法确定化学式；晶胞质量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，上底面对角线长度=（2r₂+2r₃）pm=（2r₂+2r₃）×10^-10cm，故晶胞棱长=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×（2r₂+2r₃）×10^-10cm=$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm，晶胞体积=[$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm]³=2$\sqrt{2}$（r₂+r₃）³×10^-30cm³，其密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）在金刚石晶胞中，每个碳可与周围四个碳原子形成共价键，将这四个碳原子连结起来后可以形成正四面体，体心有一个碳原子，所以图D为金刚石，每个碳原子与四个碳原子最近且距离相等；金刚石晶体是由共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于原子晶体；
故答案为：D；4；
（2）石墨是层状结构，在层与层之间以范德华力相互作用，有分子晶体的特点，在层内碳与碳以共价键相互作用，形成六边形，所以图E为石墨的结构，为混合晶体，每个碳原子被三个六边形共用，所以每个正六边形占有碳原子数平均为6×$\frac{1}{3}$=2，
故答案为：E；2；
（3）在NaCl晶胞中，每个钠离子周围有六个氯离子，每个氯离子周围也有六个钠离子，所以图A为NaCl的结构，根据晶胞的结构，每个钠离子周围距离最近的钠离子在小立方体的面对角线的位置，每个钠离子周围有八个这样的立方体，形成12个面，所以面对角线上的钠离子就有12个，
故答案为：A；12；
（4）CsCl是由离子键形成的离子晶体，CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8，即每个铯离子周围有8个氯离子，每个氯离子周围也有8个铯离子，所以图C为CsCl的结构；
故答案为：C；8；
（5）干冰是分子晶体，CO₂分子位于立方体的顶点和面心上，以顶点上的CO₂分子为例，与它距离最近的CO₂分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上，所以图B为干冰晶体，
故答案为：B；12；
（6）根据图知，同一个晶胞中每个Ni原子距离最近的Ni原子是4个，在空间中每个Ni原子距离最近的Ni原子是8个；该晶胞中Mg原子个数=1、C原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1，Ni原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，所以其化学式为MgNi₃C；晶胞质量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，上底面对角线长度=（2r₂+2r₃）pm=（2r₂+2r₃）×10^-10cm，故晶胞棱长=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×（2r₂+2r₃）×10^-10cm=$\sqrt{2}$（r₂+r₃）×10^-10cm，晶胞体积=[$\sqrt{2}$（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，
故答案为：8；MgNi₃C；$\frac{1{0}^{30}M}{2\sqrt{2}（{r}_{2}+{r}_{3}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、配位数的计算、化学式确定等知识点，侧重考查学生分析判断、计算及空间想象能力，注意均摊法的灵活运用，难点是（6）题晶胞体积的计算，题目难度中等．