Question

4．掌握晶體的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是我們深入研究晶體的基礎(chǔ)．根據(jù)所學(xué)知識按要求完成下列各小題：

（1）已知MgO的晶體結(jié)構(gòu)屬于NaCl型．某同學(xué)畫出的MgO晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖一所示，請改正圖中錯誤（將×球改為×色）：將⑧球改為黑色
（2）如圖二是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，則NaCl晶體結(jié)構(gòu)的圖象可以是（填編號）bc．                                                                
（3）用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成焰火．燃放時(shí)，焰火發(fā)出五顏六色的光，請用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋發(fā)光的原因：電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放能量．
（4）據(jù)最新一期的《新科學(xué)》雜志報(bào)道，科研人員在20℃、1個大氣壓和其它一定的實(shí)驗(yàn)條件下，給水施加一個弱電場，水就可以結(jié)成冰，稱為“熱冰”．圖三是水和“熱冰“微觀結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬圖．
回答下列問題：
①以上信息體現(xiàn)了水分子具有極性，
②參照熱冰的圖示，以一個水分子為中心，畫出水分子間最基本的連接方式（用結(jié)構(gòu)式表示）
（5）固體二氧化碳外形似冰，受熱氣化無液體產(chǎn)生，俗稱“干冰”．根據(jù)干冰的晶胞結(jié)構(gòu)回答：
二氧化碳晶體的空間利用率為74%．其堆積方式與干冰晶胞類型相同的金屬有（答一種即可）銅．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氯化鈉的晶胞結(jié)構(gòu)知，氧化鎂中鎂原子和鎂原子處于小正方形的對角線上；
（2）根據(jù)氯化鈉晶體中鈉離子或氯離子的配位數(shù)判斷其結(jié)構(gòu)圖是否正確，鈉離子或氯離子的配位數(shù)都是6；
（3）電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放能量；
（4）①給水施加一個弱電場，形成熱冰，水分子有規(guī)則的排列，說明水分子中正負(fù)電荷的重心不重合，具有極性；
②冰晶胞中存在氫鍵，氫鍵具有方向性，每個水分子與相鄰的4個水分子形成氫鍵；
（5）根據(jù)干冰的晶胞結(jié)構(gòu)可知，二氧化碳晶胞是面心立方結(jié)構(gòu)，其堆積方式與銅晶胞類型相同，根據(jù)銅晶胞的結(jié)構(gòu)可知，處于面上對角線物質(zhì)的3個銅原子相鄰，令Cu原子半徑為r，晶胞的棱$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r，進(jìn)而計(jì)算晶胞的體積，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Cu原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞中Cu原子實(shí)際占有的體積，晶胞空間利用率=晶胞中Cu原子實(shí)際占有的體積÷晶胞體積；

解答 解：（1）根據(jù)氯化鈉的晶胞結(jié)構(gòu)知，氧化鎂中鎂原子和鎂原子處于小正方形的對角線上，根據(jù)圖象知，⑧應(yīng)該為黑色，
故答案為：將⑧球改為黑色；
（2）由于在NaCl晶體中，每個Na⁺周圍同時(shí)吸引著最近的等距離的6個Cl^-同樣每個Cl^-周圍同時(shí)吸引著最近的等距離的6個Na⁺，圖b中符合條件，圖c中選取其中一個離子，然后沿X、Y、Z三軸切割得到6個等距離的且最近的帶相反電荷的離子，所以其配位數(shù)也是6，故符合條件，
故選bc；
（3）電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放能量，所以焰火與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關(guān)，
故答案為：電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放能量；
（4）①給水施加一個弱電場，形成熱冰，水分子有規(guī)則的排列，說明水分子中正負(fù)電荷的重心不重合，具有極性，
故答案為：極；
②冰晶胞中水分子的空間排列方式，冰晶胞中存在氫鍵，氫鍵具有方向性，每個水分子與相鄰的4個水分子形成氫鍵，
故答案為：；
（3）根據(jù)干冰的晶胞結(jié)構(gòu)可知，二氧化碳晶胞是面心立方結(jié)構(gòu)，其堆積方式與銅晶胞類型相同，處于面上對角線物質(zhì)的3個Cu原子相鄰，令Cu原子半徑為r，晶胞的棱長=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r，晶胞的體積=$（{2\sqrt{2}r）}^{3}$=16$\sqrt{2}$r³，晶胞中Cu原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中Cu原子實(shí)際占有的體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞空間利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{16\sqrt{2}{r}^{3}}$=74%，所以二氧化碳晶胞的空間利用率也為74%，
故答案為：74%；銅．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有關(guān)知識，同時(shí)考查學(xué)生的空間想象能力、分析問題及解決問題能力，難度中等．本題考查了電子的能級躍遷、晶胞的空間利用率的計(jì)算、氫鍵等，難度中等，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握，注意看清晶胞在有關(guān)原子所在的位置．