1、课时35晶体结构与性质【课时导航】课时35 晶体结构与性质(本课时对应学生用书第158161页)【课时导航】复习目标1. 了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。2. 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。3. 能用金属键的自由电子理论解释金属的某些物理性质。4. 知道金属晶体的基本堆积方式，了解常见金属晶体的晶胞结构特征。5. 知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。6. 了解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。知识网络问题思考问题1准晶体是一种无
2、平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体?问题2NaCl、CsCl、金属晶体、金刚石、干冰晶体的配位数是多少?【自主学习】 考点1常见晶体与晶体类型的判断【基础梳理】1. 晶胞：是描述晶体结构的基本单元，晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的重复单位。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。2. 常见晶体晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属离子和自由电子粒子间的作用力金属键(复杂的静电作用)硬度较小大有的较小，有的较大较大熔、沸点较低高有的较低，有的较高较高常见晶体及结构举例CO2SiO2NaNaCl结构【举题说法】例题1(2011
3、海南高考)(1) 一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为；该晶体中原子之间的作用力是。(2) 上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(见右图)的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为。【答案】(1) 31金属键(2) H8AuCu3【解析】(1) 由于是面心立方最密堆积，晶胞内N(Cu)=6=3，N(Au)=8=1。(2) 根据CaF2结构图可以知道，氢原子在晶胞内(大球)，数目是8个，储氢后的化学式为H8AuC
4、u3。变式1(1) (2015盐城期中)立方BP(磷化硼)的晶胞结构如图1所示，晶胞中含B原子数目为。 图1 图2(2) (2015徐州期中)科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图2所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为。(3) (2015南京调研)铁有、三种同素异形体，晶体晶胞中所含有的铁原子数为，、两种晶胞中铁原子的配位数之比为。【答案】(1) 4(2) 31(3) 443【解析】(1) 晶胞中B原子位于顶点和面心，数目为8+6=4。(2) 晶胞中K原子数目=26=6、C60分子数目=1+8=2，故晶胞中K原子、C60分子数目之比为31。(3) 利用均摊
5、法计算得晶体晶胞中所含有的铁原子数为8+6=4；根据晶胞的结构可知，晶胞中以顶点铁原子为例，与之距离最近的铁原子是体心上的铁原子，这样的原子有8个，所以铁原子的配位数为8，晶胞中以顶点铁原子为例，与之距离最近的铁原子是与之相连的顶点上的铁原子，这样的原子有6个，所以铁原子的配位数为6，所以、两种晶胞中铁原子的配位数之比为43。晶胞中微粒数的计算方法均摊法如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如下： 考点2离子键与典型的离子晶体【基础梳理】1. 离子键：阴、阳离子通过形成的化学键。2. 离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量，晶格
6、能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越。晶格能越，离子晶体的熔点越、硬度越。3. 离子晶体：由离子通过结合而成的晶体。4. 典型的离子晶体有两种结构：NaCl型和CsCl型。氯化钠晶体中，每个钠离子周围有个氯离子，每个氯离子周围有个钠离子，每个氯化钠晶胞中含有个钠离子和个氯离子；氯化铯晶体中，每个铯离子周围有个氯离子，每个氯离子周围有个铯离子，每个氯化铯晶胞中含有个铯离子和个氯离子。NaCl型晶体CsCl型晶体每个Na+被6个Cl-所包围，同样，每个Cl-也被6个Na+所包围每个Cs+被8个Cl-所包围，同样，每个
7、Cl-也被8个Cs+所包围5. 物理性质：一般地说，离子晶体具有较高的点和点，较大的、难于压缩。这些性质都是因为离子晶体中存在着较强的离子键，若要破坏这种作用需要较多的能量。【举题说法】例题2(1) (2014江苏高考)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图1所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为。(2) (2013江苏高考)Zn(X)与S(Y)所形成化合物晶体的晶胞如图2所示。在1个晶胞中，X离子的数目为。该化合物的化学式为。(3) (2011江苏高考)元素Cu的一种氯化物晶体的晶胞结构如图3所示，该氯化物的化学式为。(4) (2010江苏高考)CaC2晶体的晶胞
8、结构与NaCl晶体的相似(如图4所示)，但由于CaC2晶体中哑铃形的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中，1个Ca2+周围距离最近的数目为。 图1 图2 图3 图4【答案】(1) 12(2) 4ZnS(3) CuCl(4) 4【解析】(1) 铜为面心立方堆积，配位数为12。(2) X处于晶胞的顶点和面心，故数目为8+6=4，Y处于晶胞内部，数目是4，所以X与Y的个数比为11，化学式是ZnS。(3) 根据图示，晶胞中白球数目是8+6=4，黑球数目是4，所以铜的氯化物化学式是CuCl。(4) 从晶胞结构图中可以看出，1个Ca2+周围距离最近的有4个，而不是6个，要特别注意题给的信息(使晶胞沿
9、一个方向拉长)。变式2(1) 钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs+位于该晶胞的，而Cl-位于该晶胞的，Cs+的配位数是。(2) 铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：。(3) 图3为F-与Mg2+、K+形成的某种离子晶体的晶胞，其中“”表示的离子是(填离子符号)。(4) 实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种离子晶体的晶格能数据如下表：离子晶体NaClKClCaO晶格能/kJmol-17867153 401则
10、这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是。其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有个。 图1 图2 图3 图4【答案】(1) 2体心顶点8(2) 2CuH+3Cl22CuCl2+2HCl(3) F-(4) TiNMgOCaOKCl12【解析】(1) 体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原子数为8+1=2；氯化铯晶胞中，Cs+位于体心，Cl-位于顶点，Cs+的配位数为8。(2) 由晶胞可知，粒子个数比为11(铜为8+6=4，H为4)，化学式为CuH，+1价的铜与-1价的氢均具有较强的还原性，氯气具有强氧化性，产物为CuCl
11、2和HCl。(3) 由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知n(Mg2+)n(K+) n(F-)=113，故白球为F-。(4) 从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越大、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3+Mg2+，离子半径：Mg2+MgOCaOKCl；MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有12个。1. 一般地说，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强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。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
12、点越高，硬度越大。2. 离子键、共价键和金属键的比较化学键类型离子键共价键金属键概念阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键原子间通过共用电子对所形成的化学键金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键成键微粒阴、阳离子原子金属阳离子和自由电子成键性质静电作用共用电子对电性作用形成条件活泼金属元素与活泼非金属元素一般是非金属与非金属元素金属内部实例NaCl、MgOHCl、H2SO4(特例：AlCl3)Fe、Mg【随堂检测】1. 有下列八种晶体：A. 水晶B. 冰醋酸C. 氧化镁D. 白磷E. 晶体氩 F.氯化铵G. 铝H. 金刚石用字母回答下列问题：(1) 属于原子晶体的化合物是，直接由原子构
13、成的晶体是，由单原子分子构成的晶体是。(2) 由极性分子构成的晶体是，含有共价键的离子晶体是，属于分子晶体的单质是。(3) 在一定条件下能导电而不发生化学变化的是，受热熔化后化学键不发生变化的是，需克服共价键的是。【答案】(1) AAEHE(2) BFDE(3) GBDE AH【解析】属于原子晶体的是金刚石和水晶，金刚石由C原子构成，水晶即SiO2，由Si和O原子构成；属于分子晶体的是冰醋酸、白磷和晶体氩，冰醋酸是极性分子，白磷是非极性分子，晶体氩是由氩原子构成的分子晶体；属于离子晶体的是氧化镁、氯化铵，氧化镁由镁离子和氧离子构成，氯化铵由铵根离子与氯离子构成；铝属于金属晶体，金属的导电是靠自
14、由电子的移动，并不发生化学变化，但金属熔化时，金属键被破坏；分子晶体的熔化只需要克服分子间作用力，而原子晶体、离子晶体的熔化分别需要克服共价键、离子键。2. (1) (2015淮安联考)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如下图所示。体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为，Fe原子周围距离最近的铁原子数目之比为。(2) (2015南通模拟)铁铝合金的一种晶体属于面心立方结构，其晶胞可看成由8个小体心立方结构堆砌而成。已知小立方体如下图所示，该合金的化学式为。 (3) (2015宿迁联考)钛酸钡的晶胞如右图所示，其化学式为。【答案】(1) 1223 (2) AlFe
15、3(3) BaTiO3【解析】(1) 体心立方晶胞中含有Fe原子的个数为8+1=2，面心立方晶胞中含有Fe原子的个数为8+6=4，所以Fe原子个数之比为12；体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子，面心立方晶胞中每个Fe原子周围有12个Fe原子，故Fe原子配位数之比为812=23。(2) Fe的数目为4+1=，Al的数目为4=，所以该合金的化学式为AlFe3。(3) Ba位于体心，数目为1，Ti位于顶点，数目为8=1，O位于棱上，数目为12=3，化学式为BaTiO3。3. 下图分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。 A B C D E(1) 代表金刚石的是
16、(填字母)，其中每个碳原子与个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于晶体。(2) 代表石墨的是(填字母)，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为个。(3) 表示NaCl的是(填字母)，每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有个。(4) 代表CsCl的是(填字母)，它属于晶体，每个Cs+与个Cl-紧邻。(5) 代表干冰的是(填字母)，它属于晶体，每个CO2分子与个CO2分子紧邻。(6) 已知石墨中碳碳键的键长比金刚石中碳碳键的键长短，则上述五种物质熔点由高到低的排列顺序为。【答案】(1) D4原子(2) E2(3) A12(4) C离子8(5) B分子12(6) 石墨金刚石NaClCsCl干冰【解
17、析】(1) 金刚石具有正四面体网状结构，为原子晶体，每个C与另外4个C以共价键结合。(2) 石墨结构中具有层状网状结构，每个正六边形占有的碳原子数是6=2。(5) B结构代表干冰，为分子晶体，每个CO2分子与12个CO2分子紧邻。(6) 不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体，其中Na+半径小于Cs+半径，NaCl晶格能CsCl晶格能，所以五种物质熔点由高到低的排列顺序为石墨金刚石NaClCsCl干冰。4. 右图为某种晶胞结构示意图。试回答下列问题：(1) 若这是一个分子晶体的晶胞，其代表物质是。(2) 若这是一个金属晶体的晶胞，其代表物质是 。(3) 若这是一个不完整的
18、金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置是。(4) 若这是一个不完整的NaCl晶胞，且顶点和面心的实心球表示Na+，则晶胞中Cl-位置是 。【答案】(1) 干冰、碘等(2) 铜(3) 其他4个碳原子位于4个互不相邻小立方体的中心(4) 体心和12条棱边的中心【解析】(1) 该晶胞是面心立方，对应分子晶体有干冰、碘等。(2) 该晶胞是面心立方，对应金属晶体有铜。(3) 如果是金刚石晶胞，金刚石晶体中5个碳原子构成正四面体结构，即其他4个碳原子位于4个互不相邻小立方体的中心。(4) NaCl晶胞中每个Na+被6个Cl-所包围，同样每个Cl-也被6个Na+所包围，所以晶胞中Cl-位置是体心和12条
19、棱边的中心。【问题思考和基础梳理答案】【参考答案】问题思考问题1利用X-射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。问题2晶体NaClCsCl金属晶体金刚石干冰简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积配位数68681212412基础梳理考点11. 最小2. 阴、阳离子分子间作用力共价键离子键考点21. 静电作用2. 大大高大3. 阴、阳离子键4. 664488115. 熔沸硬度趁热打铁，事半功倍。请老师布置同学们完成配套检测与评估中的练习第5556页。【课后检测】课时35晶体结构与性质1. (1)Zn晶体属于六方堆积，其晶胞结构见图1，则P点原子被个晶胞所共用。ZnO的熔点比ZnS的熔点
20、高，其原因是 。(2)金属钾、铜晶体的晶胞结构如下图2、3(请先判断对应的图)，钾、铜两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为。(3)氮化铝(其晶胞如图4所示)可由氯化铝与氨经气相反应制得。氮化铝的化学式为。 图1 图2 图3 图42. (1)(2014新课标卷)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有个铜原子。(2)(2014新课标卷改编)Cu和O形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则铜离子的电荷为。(3)(2014四川高考)Mg与某元素形成的化合物的晶胞如图2所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是。 图1 图2 图3(4)(2014山东高考)石
21、墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图3所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为，该材料的化学式为。3. (2013泰州期末)单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得下图所示的金刚砂(SiC)结构；若在晶体硅中所有SiSi键中插入O原子即得SiO2晶体。(1)在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为。(2)判断：a. SiO2，b.干冰，c.冰3种晶体的熔点从小到大的顺序是(填字母)。4. (1)(2013山东理综)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，右图为其晶胞结构示
22、意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为，该功能陶瓷的化学式为。(2)(2013新课标卷)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献个原子。(3)(2013海南高考)碳的一种同素异形体的晶胞如右图所示，右图对应的物质名称是，其晶胞中的原子数为，晶体类型为。(4)(2013福建理综)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3+3F2NF3+3NH4F，上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有(填字母)。a. 离子晶体b. 分子晶体c. 原子晶体 d. 金属晶体5. (1)(2013南通三模)以四氯化钛、碳化钙、叠氮酸盐
23、作原料，可以生成碳氮化钛化合物。其结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构如图)顶点的氮原子，这种碳氮化钛化合物的化学式为。(2)(2013南通二模)图是由Q、Cu、O三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中Cu为+2价，O为-2价，则Q的化合价为价。(3)(2013南通一模)一种新型阳极材料LaCrO3的晶胞如图所示，已知距离每个Cr原子最近的原子有6个，则图中原子代表的是Cr原子。 图 图 图6. (1)(2015新课标卷)O和Na形成某种化合物的晶胞结构如图1所示， 此化合物的化学式为，晶胞中O原子的配位数为。(2)(2013新课标卷)A(F元素)、B(K元素)和D(Ni元素)三种元素组成
24、的一种化合物的晶胞如图2所示。该化合物的化学式为，D的配位数为。 图1 图2(3)(2014海南高考)金刚石晶胞结构如图3所示，则其晶胞中含有个碳原子。图37. CaF2晶体结构如图所示，H3BO3(硼酸)晶体结构如图所示，铜形成晶体的结构如图所示。 图 图图(1)图所示的CaF2晶体中与钙离子最近且等距离的氟离子数为，图中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为。(2)晶体CaF2和H3BO3(硼酸)晶体之间的熔点由高到低的排列顺序为(填化学式)，H3BO3(硼酸)晶体存在的作用力除共价键以外含有。8. (1)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图1所示，则该化合物的
25、化学式是。(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图2所示，请改正图中错误：。(3)X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3-形成的晶胞结构如图3所示。X的元素符号是，与同一个N3-相连的X+有个。 图1 图2 图3【课后检测答案】课时35晶体结构与性质1. (1) 12O2-半径小于S2-，氧化锌晶格能比硫化锌晶格能大(2) 23(3) AlN【解析】(1) 根据图示知夹角为60，在同一平面有六个晶胞共用P点原子，同时上一个平面还有六个晶胞共用P点原子。ZnO和ZnS为离子晶体，因O2-半径小于S2-，故氧化锌晶格能比硫化锌晶格能大，熔点高。(
26、2) 图2为体心立方，为金属钾，一个钾原子周围有8个钾原子，所以配位数为8，图3为面心立方，一个铜原子周围有12个铜原子，所以配位数为12，两种晶体配位数之比为23。(3) 晶胞中N原子数目为8+1=2，Al原子数目为4+1=2，原子个数比为11，所以化学式是AlN。2. (1) 16(2) +1(3) 21(4) 12M3C60【解析】(1) 该晶胞中含氧原子数为8+6+4=8，则该晶胞中含铜原子数目是氧原子的2倍，即16个。(2) Cu与O能形成两种化合物，根据均摊法可由原子数比确定该化合物的化学式为Cu2O，Cu为+1价。(3) 该晶胞中阳离子的个数为1+8=2，阴离子的个数为4+2=4
27、，则阴离子与阳离子的个数比为21。(4) 该晶胞中M原子的个数为12+9=12，该晶胞中含有C60的个数为8+6=4，因此该晶胞的化学式为M3C60。3. (1) 12(2) bca【解析】(1) 从图示可以看出金刚砂中Si原子位置构成面心立方，每个Si原子周围最近的Si原子数目为12，则每个C原子周围最近的C原子数目也为12。(2) SiO2属于原子晶体，熔点很高，干冰与冰都是分子晶体，冰的熔点是0，而干冰在0时为气体，所以熔点从小到大的顺序是bcH3BO3分子间作用力、氢键【解析】(1) 由图可以看出与钙离子最近且等距离的氟离子数目为8，由图可以看出未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原
28、子数为3+6+3=12。(2) CaF2为离子晶体，H3BO3为分子晶体，离子晶体的熔点一般高于分子晶体，H3BO3晶体存在的作用力除共价键以外，分子和分子之间存在分子间作用力，因为氧的电负性大，分子之间还存在氢键。8. (1) ZXY3(2) 应为黑色，且黑球应为Mg2+，白球为O2-(3) Cu6【解析】(1) 利用均摊法计算，该晶胞中N(Z)N(X)N(Y)=1812=113，该化合物的化学式为ZXY3。(2) 由于MgO晶体结构属于NaCl型，Mg2+与O2-应交替排列，结合MgO晶胞图示，应为黑色，并且黑球应为Mg2+，白球为O2-。(3) X+所含电子：2+8+18=28，则X为29号铜元素。从图上看，少多，结合X3N可知，为N3-，以顶角上的为中心，距离最近的X+有3个，构成一个完整的三维空间需8个这样的立方体晶胞，则每个N3-周围有X+：83=6(棱上原子为4个晶胞所共用)。