Question

观察如图1所示的部分图形，并按要求回答下列问题

（1）由金刚石晶体结构和晶胞图知，金刚石是原子晶体，晶体中碳原子取

 

杂化轨道形成σ键，每个晶胞中含碳原子数为

 

个．
（2）白磷分子（P₄）中键角为

 

，分子的空间结构为

 

，每1mol白磷分子含

 

mol P-P共价键．若将1分子白磷中所有P-P键打开并各插入一个氧原子所得氧化物的分子式为

 

，若每个P原子的孤对电子再与氧原子配位，就可得到磷的另一种氧化物

 

（填分子式）．
（3）由SiO₂晶体结构知SiO₂晶体是

 

晶体，每1mol SiO₂晶体含

 

mol Si-O共价键．
（4）已知CaC₂晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似，（如图2）但CaC₂晶体中哑铃形C₂^2-的存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC₂晶体中Ca²⁺配位数（C．N）为

 

．C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式为

 

，1molO₂²⁺中含π键数目为

 

．
（5）晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体．其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角各有一个原子，观察图形回答．这个基本结构单元由

 

个硼原子组成，共含有

 

个B-B键．
（6）若测得mg NaCl固体的体积为Vcm³，已知NaCl晶体中，靠得最近的Na⁺、Cl^-间的距离为a cm，则阿佛加德罗常数N_A的表达式为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,判断简单分子或离子的构型,配合物的成键情况

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）在金刚石晶体中C原子周围有4个σ键，所以C的杂化方式为：SP³，根据均摊法算得晶胞中碳原子数目为：8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，据此答题；
（2）在白磷分子（P₄）中，P原子在由4个P原子构成的正四面体上，以P-P单键作用，所以键角为60°，分子的空间结构为正四面体，每1mol白磷分子含6mol P-P共价键，若将1分子白磷中所有P-P键打开并各插入一个氧原子（即1分子中可插入6个O原子）所得氧化物的分子式为P₄O₆，由于每个P原子形成三个共价键，所以每个P原子还有一对孤对电子，若每个P原子的孤对电子再与氧原子配位，就还可再结合4个O原子，所以可得到磷的另一种氧化物P₄O₁₀，据此答题；
（3）因为SiO₂晶体是由Si原子和O原子通过共价键相互作用而构成的，所以是原子晶体，Si原子最外层有四个电子，可以形成四个Si-O键，所以每1mol SiO₂晶体含 4mol Si-O共价键，据此答题；
（4）由CaC₂晶体的晶胞结构图可以看出在每个Ca²⁺周围距离最近的C₂^2-在同一层上的四个，所以Ca²⁺的配位数是4，因为C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似，含有2个π键，所以O₂²⁺的电子式为，在1个O₂²⁺含有2个π键，故1 mol O₂²⁺中，含有2N_A个 π键，据此答题；
（5）根据晶体硼的基本结构单元图可知，基本结构单元中含有20个正三角形，每个顶角各有一个原子，每个顶点被5个正三角形共用，所以基本结构单元中含有硼原子个数为

20×3

5

=12，每个B-B键被两个三角形共用，所以B-B键（即基本结构单元的棱边数）为：

20×3

2

=30；据此答题；
（6）根据NaCl的质量和体积求得密度，再由密度和晶胞的体积计算出一个NaCl晶胞的质量，根据1molNaCl的质量、摩尔质量和阿伏加德罗常数的关系计算阿伏加德罗常数．

解答： 解：（1）在金刚石晶体中C原子周围有4个σ键，所以C的杂化方式为sp³，根据均摊法算得晶胞中碳原子数目为：8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，故答案为：sp³；8；
（2）在白磷分子（P₄）中，P原子在由4个P原子构成的正四面体上，以P-P单键作用，所以键角为60°，分子的空间结构为正四面体，每1mol白磷分子含6mol P-P共价键，若将1分子白磷中所有P-P键打开并各插入一个氧原子（即1分子中可插入6个O原子）所得氧化物的分子式为P₄O₆，由于每个P原子形成三个共价键，所以每个P原子还有一对孤对电子，若每个P原子的孤对电子再与氧原子配位，就还可再结合4个O原子，所以可得到磷的另一种氧化物P₄O₁₀，
故答案为：60°；正四面体；6；P₄O₆；P₄O₁₀；
（3）因为SiO₂晶体是由Si原子和O原子通过共价键相互作用而构成的，所以是原子晶体，Si原子最外层有四个电子，可以形成四个Si-O键，所以每1mol SiO₂晶体含 4mol Si-O共价键，故答案为：原子；4；
（4）由CaC₂晶体的晶胞结构图可以看出在每个Ca²⁺周围距离最近的C₂^2-在同一层上的四个，所以Ca²⁺的配位数是4，因为C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似，含有2个π键，所以O₂²⁺的电子式为，在1个O₂²⁺含有2个π键，故1 mol O₂²⁺中，含有2N_A个 π键，
故答案为：4；；2N_A个；
（5）根据晶体硼的基本结构单元图可知，基本结构单元中含有20个正三角形，每个顶角各有一个原子，每个顶点被5个正三角形共用，所以基本结构单元中含有硼原子个数为

20×3

5

=12，每个B-B键被两个三角形共用，所以B-B键（即基本结构单元的棱边数）为：

20×3

2

=30，
故答案为：12；30；
（6）根据NaCl的质量和体积求得NaCl的密度为

m

V

g/cm³，NaCl晶胞的体积为（2a）³cm³，
则NaCl晶胞的质量为：

m

V

g/cm³×（2a）³cm³=

m

V

×（2a）³g，一个NaCl晶胞含4个“NaCl”，
而每个“NaCl”的质量为

M(NaCl)

NA

，根据

m

V

×（2a）³=4×

58.5

NA

，得N_A=

4×58.5×V

m×(2a)3

=

58.5×V

2ma3

，
故答案为：

58.5×V

2ma3

．

点评：本题主要考查了晶胞的计算、简单离子分子的构型、晶体的结构等知识，中等难度，解题关键要熟练掌握基础知识的灵活运用．