1、第3节晶体结构与性质课标要求核心素养1.了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。2.知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。3.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。4.知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。5.能列举金属晶体的基本堆积模型。1.微观探析 能从晶体的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；能根据晶体的微观结构推测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化。2.模型认识 能认识晶体结构与模型之间的联系，能运用多种模型来描述和解
2、释晶体微观结构和性质，同时能自己建构模型解决一些问题。项目晶体非晶体结构特征结构微粒_排列结构微粒_排列性质特征自范性_熔点_异同表现_考点一晶体和晶胞1.晶体与非晶体周期性有序无序有无固定不固定各向异性无各向异性项目晶体非晶体两者区别方法间接方法看是否有固定的_科学方法对固体进行_实验获得晶体的三条途径熔融态物质凝固；气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；溶质从溶液中析出（续表）熔点X-射线衍射2.晶胞(1)概念：描述晶体结构的_。(2)晶体中晶胞的排列“无隙并置”“无隙”：相邻晶胞之间没有_。“并置”：所有晶胞都是_排列，_相同。(3)晶胞中粒子数目的计算均摊法基本单元任何间隙平行取向 自
3、主测评 1.易错易混辨析(正确的画“”，错误的画“”)。(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同()(3)固体 SiO2 一定是晶体()(4)通过 X-射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体()(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列()(6)缺角的 NaCl 晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.【深度思考】(1)硼化镁晶体在 39 K 时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的
4、化学式为_。(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为_。解析：(1)每个 Mg 周围有 6 个 B，而每个 B 周围有 3 个Mg，所以其化学式为 MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个 B 和一个 O 完全属于这个单元，剩余的 2 个(2)BO2答案：(1)MgB2(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元，而不一定是最小的“平行六面体”。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710，MgO 的熔点为 2852。考向1晶体与非晶体1.(20
5、20年北京第十中学检测)下列关于晶体的说法正确的是()A.将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体B.假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品C.石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同解析：选项 A，将饱和 CuSO4 溶液降温可析出胆矾，胆矾属于晶体；选项 B，宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以利用划痕法根据有无划痕来鉴别；选项 C，非晶体没有固定熔点；选项 D，晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度存在差异。答案：B2.(2020 年晋城检测)下列叙述中正确的是()A.具有规则几何外形的固体一定是晶体B.晶体与非晶体的根本
6、区别在于是否具有规则的几何外形C.具有各向异性的固体一定是晶体D.依据构成微粒的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体解析：有些经人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，但不一定是晶体，A 错误；晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列，晶体所具有的规则几何外形、各向异性是其内部微粒按一定规律做周期性重复排列的外部反映，B 错误；具有各向异性的固体一定是晶体，C 正确；晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体的依据是构成晶体的内部微粒的种类及微粒间的相互作用的不同，D 错误。答案：C考向2晶胞中原子个数的计算与化学式的确定3.(201
7、9 年安阳模拟)某晶体的一部分如图所示，这种晶体中 A、B、C 三种粒子数之比是()A.394B.142C.294D.384答案：B4.(2019 年阜阳模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示，A 为阴离子，在正方体内，B 为阳离子，分别在)顶点和面心，则该晶体的化学式为(A.B2AB.BA2C.B7A4D.B4A7答案：B归纳提升均摊法计算晶胞组成(1)平行六面体形晶胞中粒子数目的计算(2)其他结构单元的粒子数的计算分析三棱柱六棱柱考向 3 晶胞的密度及微粒间距离的计算5.(2020 年山东月考)已知干冰晶胞属于面心立方最密堆积，晶胞中相邻最近的两个 CO2 分子间距为 a pm，
8、阿伏加德罗常数为 NA，下列说法正确的是()A.晶胞中一个 CO2 分子的配位数是 8C.一个晶胞中平均含 6 个 CO2 分子D.CO2 分子的立体构型是直线形，中心 C 原子的杂化类型是 sp3 杂化答案：B6.(2019 年亳州模拟)如图为Na2S 的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是 gcm3，试计算Na与S2的最短距离为_cm(阿伏加德罗常数用 NA 表示，只写出计算式)。7.(2020 年泰安二模节选)钛晶体有两种晶胞，如图所示。图 1图 2考向4金属晶胞中原子半径与空间利用率的计算8.(2020 年威海一模节选)我国学者研制出低成本的电解“水制氢”催化剂镍掺杂的磷化
9、钴三元纳米片电催化剂(Ni0.1Co0.9P)。回答下列问题：磷化硼是一种备受关注的耐磨涂料，其晶体中磷原子作面心立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中(如图)。已知磷化硼晶体密度为 gcm3，计算晶体中硼原子和磷原子的最近核间距为_cm。归纳提升晶体结构的相关计算(1)晶胞质量晶胞占有的微粒的质量晶胞占有的微粒数 MNA(2)空间利用率晶胞微粒占有的体积晶胞体积。(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为 a，原子半径为 r)考向5 晶胞中原子坐标分析与计算9.(2020年威海二模节选)钛、镍、铅单质及其化合物在工业生产中有广泛的应用。回答下列问题：甲乙10.(2020
10、年泰安一模节选)超分子在生命科学和物理学等领域中具有重要意义。已知：某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示，其中所有顶点的原子坐标均可以为(0,0,0)。钼(Mo)的一种立方晶系的晶体结构中，每个晶胞有 2 个 Mo 原子，其中晶体类型 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子_金属阳离子、自由电子_粒子间的相互作用力_硬度_ 有的很大，有的很小较大考点二常见晶体类型1.晶体的基本类型和性质比较原子分子间作用力阴、阳离子分子很大共价键金属键离子键较小晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体熔、沸点较低_ 有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂难溶于常见溶剂大多易溶于水等
11、极性溶剂导电、传热性一般不导电，有的溶于 水 后 导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，在水溶液中或熔融状态下导电(续表)很高(续表)晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体物质类别及实例 部分非金属单质、气态氢化物、酸、部分非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)的晶体某些单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)2.离子晶体的晶格能(1)定义：_形成 1 mol 离子晶体释放的能量，通常取正值。单位：_。(2)影
12、响因素气态离子kJmol1大小离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越_。离子的半径：离子的半径越_，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系稳定高大晶格能是最能反映离子晶体稳定性的数据。晶格能越大，形成的离子晶体越_，且熔点越_，硬度越_。晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个碳与相邻_ 个碳以共价键结合，形成正四面体结构；键角均为_；最小碳环由_个 C 原子组成且 6 个 C 原子不在同一平面内；每个 C 参与 4 个 CC 键的形成，C 原子数与 CC 键数之比为_SiO2每个 Si 与_个 O 以共价键结合，形成正四面体结构；每个正四面体占有 1 个 Si,4 个“O”，n(Si)n
13、(O)_；最小环上有_个原子，即 6 个 O,6 个 Si3.常见典型晶体模型4109286121241212(续表)612868晶体晶体结构晶体详解离子晶体NaCl型每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有_个，每个Na周围等距且紧邻的Na有_个；每个晶胞中含4个Na和4个ClCsCl型每个Cs周围等距且紧邻的Cl有_个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有_个；如图为_个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、1个Cl(续表)12分子间作用力2sp2晶体晶体结构晶体详解分子晶体干冰8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子；每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有_个
14、石墨晶体层状晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是_，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是_，碳原子采取的杂化方式是_晶体晶体结构晶体详解金属晶体简单立方堆积典型代表：Po，配位数为_，空间利用率为_面心立方最密堆积典型代表：Cu、Ag、Au，配位数为_，空间利用率为_(续表)652%1274%晶体晶体结构晶体详解金属晶体体心立方堆积典型代表：Na、K、Fe，配位数为_，空间利用率为_六方最密堆积典型代表：Mg、Zn、Ti，配位数为_，空间利用率为_(续表)868%1274%自主测评 1.易错易混辨析(正确的画“”，错误的画“”)。(1)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有
15、8 个()(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有 6 个()(4)CO2 和 SiO2 是同主族元素的氧化物，它们的晶体结构相似，性质也非常相似()(5)金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高(6)原子晶体的熔点一定比离子晶体的熔点高()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.【深度思考】碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：(1)在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接_个六元环，每个六元环占有_个 C 原子。(2)在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接_个六元环。六元环中最多有_个 C 原子在同一平面。解析：(1)由石墨
16、烯的结构可知，每个 C 原子连接 3 个六元13构可知，每个 C 可参与形成 4 条 CC 键，其中任意两条边(共价键)可以构成 2 个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有 6 组，6212，因此每个 C 原子连接 12 个六元环。六元环中 C 原子采取 sp3 杂化，为空间六边形结构，最多有 4 个 C 原子位于同一平面。答案：(1)3 2(2)124环，每个六元环占有的C原子数为62。(2)由金刚石的结晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯
17、等熔、沸点很低。(2)同种类型晶体熔、沸点的比较原子晶体比较共价键强弱。原子半径越小键长越短键能越大共价键越强熔、沸点越高。如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。离子晶体比较离子键强弱或晶格能大小。a.一般来说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越大，其离子晶体的熔、沸点就越高。如熔点：MgONaClCsCl。b.衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。分子晶体比较分子间作用力大小。a.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；分子间存在氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如沸点：H2OH2TeH2SeH2S。b.组成和结构相似的分子晶体，
18、相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。c.组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如 CON2，CH3OHCH3CH3。d.同分异构体支链越多，熔、沸点越低。如熔、沸点：CH3CH2CH2CH2CH3金属晶体比较金属键的强弱。金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点就越高。如熔、沸点：NaMgSiSi、CHSiH，因此 C2H6 稳定性大于 Si2H6B.立方型 SiC 是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度C.SiH4 中 Si 的化合价为4，CH4 中 C 的化合价为4，因此
19、 SiH4 还原性小于 CH4D.Si 原子间难形成双键而 C 原子间可以，是因为 Si 的原子半径大于 C，难形成 pp 键解析：因键能CCSiSi、CHSiH，故C2H6 的键能总和大于 Si2H6，键能越大越稳定，故 C2H6 的稳定性大于Si2H6，A 正确；SiC 的成键和结构与金刚石类似，均为原子晶体，金刚石的硬度很大，类比可推测 SiC 的硬度也很大，B 正确；SiH4 中 Si 的化合价为4 价，C 的非金属性强于 Si，则 C的氧化性强于 Si，则 Si 的阴离子的还原性强于 C 的阴离子，则SiH4 的还原性较强，C 错误；Si 原子的半径大于 C 原子，在形成化学键时纺锤
20、形的 p 轨道很难相互重叠形成键，故 Si 原子间难形成双键，D 正确。答案：C2.(2020 年新课标卷节选)LiFePO4 的晶胞结构示意图如(a)所示。其中 O 围绕 Fe 和 P 分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有_个。电池充电时，LiFePO4 脱出部分 Li，形成 Li1xFePO4，结构示意图如(b)所示，则 x _，n(Fe2)n(Fe3)_。解析：由题干可知，LiFePO4 的晶胞中，Fe 存在于由 O 构成的正八面体内部，P 存在于由 O 构成的正四面体内部；再分析题干中给出的(a)，(b)和(c)三个不同
21、物质的晶胞结构示意图，对比(a)和(c)的差异可知，(a)图所示的 LiFePO4 的晶胞中，小球表示的即为 Li，其位于晶胞的 8 个顶点，4 个侧面面心以及上下底面各自的相对的两条棱心处，经计算一个晶胞中 Li的个数的晶胞中，八面体结构和四面体结构的数目均为 4，即晶胞中含 Fe 和 P 的数目均为 4；考虑到化学式为 LiFePO4，并且一个晶胞中含有的 Li，Fe 和 P 的数目均为 4，所以一个晶胞中含有4个 LiFePO4 单元。对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知，Li1xFePO4 相比于 LiFePO4 缺失一个面心的 Li以及一个棱心的Li；结合上一个空的分析可知，Li
22、FePO4 晶胞的化学式 为Li4Fe4P4O16，那么Li1xFePO4 晶胞的化学式为Li3.25Fe4P4O16，所以有 1x3.254 即 x0.1875。结合上一个空计算的结果可知，Li1xFePO4 即 Li0.8125FePO4；假设Fe2和Fe3数目分别为x 和 y，则列方程组：x y 1,0.8125 2x 3y 5 42，解得 x 0.8125，y 0.1875，则 Li1x FePO4中 n(Fe2)n(Fe3)0.81250.1875133。答案：4316或 0.1875133图(a)图(b)氨硼烷晶体的密度_gcm3(列出计算式，设4.(2020 年新课标卷节选)研究
23、发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为 a pm、b pm、c pm，90。氨硼烷的 222 超晶胞结构如图所示。NA 为阿伏加德罗常数的值)。abc10gcm3。解析：在氨硼烷的222 的超晶胞结构中，共有16 个氨硼烷分子，晶胞的长、宽、高分别为 2a pm、2b pm、2c pm，若将其平均分为 8 份可以得到 8 个小长方体，则平均每个小长方体中占有2个氨硼烷分子，小长方体的长、宽、高分别为a pm、b pm、c pm，则小长方体的质量为312 gNA，小长方体的体积为312 gNA30 cm3abc1030 cm3，因此，氨硼烷晶体的密度为62NAabc10306
24、2答案：NAabc10305.(2020年天津卷节选)Fe、Co、Ni 是三种重要的金属元素。CoO 的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为 NA，则 CoO 晶体的密度为_gcm3，三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为_。元素二价氧化物的晶胞类型相同，离子半径 Fe2Co2Ni2，NiO、CoO、FeO，离子键键长越来越长，键能越来越小，晶格能按 NiO、CoO、FeO 依次减小，因此其熔点由高到低的顺序为 NiOCoOFeO。答案：3a3NA1023NiOCoOFeO6.(2020 年山东卷节选)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系 CdSnAs2 的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为 90，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示：原子坐标xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有_个 Sn，找出距离 Cd(0,0,0)最近的Sn_(用分数坐标表示)。CdSnAs2 晶体中与单个 Sn 键合的 As 有_个。