1、第3讲 晶体结构与性质【2020备考】最新考纲：1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。5.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。6.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。核心素养：1.宏观辨识与微观探析：认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知：能
2、运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。3.变化观念与平衡思想：认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态的分析不同晶体的组成及相应物质的性质。考点一 晶体的常识和常见四种晶体性质(频数：难度：)本考点主要考查晶体类型判断，以及借助晶体类型比较熔沸点高低。名师课堂导语1.晶体(1)晶体与非晶体 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周期性有序无序有无固定不固定各向异性各向同性二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熔点X射线衍射(2)晶胞概念：描述晶体结构的。晶体中晶胞的排列无隙并置a.无隙：相邻晶胞之间没有。b.并置：所有晶胞排列
3、、相同。(3)晶格能定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：。基本单元任何间隙平行取向kJmol1影响因素a.离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越。b.离子的半径：离子的半径越，晶格能越大。与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越，且熔点越，硬度越。大小稳定高大具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。2.四种晶体类型的比较 比较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(某些含氢键)硬度有的
4、，有的分子原子阴、阳离子范德华力共价键金属键离子键较小很大很大很小较大熔、沸点有的，有的溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(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)较低很高很高很低较高3.
5、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：。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种晶体类型熔、沸点的比较原子晶体：原子晶体离子晶体分子晶体小短大高如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体：a.一般地说，阴、阳离子的电荷数越，离子半径越，则离子间的作用力就越，其离子晶体的熔、沸点就越，如熔点：MgOMgCl2NaCl CsCl。b.衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越，形成的离子晶体越，熔点越，硬度越。分子晶体：a.分子间作用力越，物质的熔、沸点越；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地。如H2O H2Te H
6、2SeH2S。多小强高大稳定高大大高高b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越，熔、沸点越，如SnH4 GeH4SiH4CH4。c.组成和结构不相似的物质(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CH3CH2CH2CH2CH3大高金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属阳离子与自由电子静电作用越强，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。原子晶体熔化时破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子
7、内的共价键不被破坏。原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1 710，MgO的熔点为2 852。速查速测 1.(易混点排查)正确的打“”，错误的打“”(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()2.(教材改编题)(RJ选修3P848、9、10整合)下列说法正确的是(双选)()A.Na2O和SiO2熔化克服的作用力属于同种类型B.氯化钠和HCl溶于水克服的作用力均是离子键C.HF、HCl、H
8、Br、HI中的熔点HF反常高的原因是HF分子之间能形成氢键D.某晶体的熔点为112.8，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推导该晶体可能为分子晶体答案 CD3.(思维探究题)判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序，并说明原因。_。答案 CaOBaONaClKCl四种物质皆为离子晶体，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，因为r(K)r(Na)，r(Ba2)r(Ca2)，所以熔点的高低顺序为CaOBaONaClKCl A组 基础知识巩固 1.下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()O2、I2、Hg CO、KCl、SiO2 Na、K、R
9、b Na、Mg、AlA.B.C.D.解析 中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故错；中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故正确；中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故错；中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故正确。答案 D2.(2019新疆喀什模拟)现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3 550 Li：181 HF：83 NaCl：801 硅晶体：1 410 Na：98 HCl：115 KCl：776 硼晶体：2 300 K：64 HBr：89 RbCl：718
10、 二氧化硅：1 723 Rb：39 HI：51 CsCl：645 据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽 导电性 导热性 延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为_。解析(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有两条性质
11、。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。答案(1)原子 共价键(2)(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高【归纳总结】晶体的熔、沸点比较首先看物质的状态，一般情况下固体液体气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体离子晶体分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路为：原子晶体共价键键能键长原子半径；分子晶体分子间作用力相对分子质量；
12、离子晶体离子键强弱离子所带电荷数、离子半径。B组 考试能力过关 3.按要求完成以下题目(1)(2018课标全国)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过下图的BornHaber循环计算得到。Li2O晶格能为_kJmol1。解析 晶格能是指气态离子结合生成1 mol晶体所释放的能量或1 mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2 908 kJmol1答案 2 908(2)(2017全国卷)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_。答案 K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱(3)(2016全国卷)GaF3的熔点高于1 0
13、00，GaCl3的熔点为77.9，其原因是_。答案 GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(4)(2015全国卷)碳及其化合物广泛存在于自然界中。CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，该固体属于_晶体。答案 分子(5)(2015全国卷)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型，C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是_(填分子式)，原因是_；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为_和_。答案 O3 O3的相对分子质量较大，范德华
14、力大 分子晶体 离子晶体考点二 五类常见晶体模型与晶胞计算(频数：难度：)本考点是高考必考点，主要考查晶体堆积方式和晶胞的计算，特 名师课堂导语别是晶胞的计算是考查重点，要重点落实。1.典型晶体模型(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)金刚石晶体中，每个C与另外 个C形成共价键，CC键之间的夹角是10928，最小的环是元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有mol。SiO2晶体中，每个Si原子与个O成键，每个O原子与个硅原子成键，最小的环是元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是原子，1 mol SiO2中含有 mol SiO键。六4242十二Si4(2)分子晶体干冰晶体中，每个CO2分子
15、周围等距且紧邻的CO2分子有个。12冰的结构模型中，每个水分子与相邻的个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成mol“氢键”。42(3)离子晶体 NaCl型：在晶体中，每个Na同时吸引个Cl，每个Cl同时吸引个Na，配位数为。每个晶胞含个Na和个Cl。CsCl型：在晶体中，每个Cl吸引个Cs，每个Cs吸引个Cl，配位数为。66644888(4)石墨晶体 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，C原子采取的杂化方式是。分子间作用力2sp22.晶胞中微粒数的计算方法均摊法(1)原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被 n 个晶胞所共有，那么，每个晶
16、胞对这个原子分得的份额就是1n在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3NAnM，a表示晶胞的棱长，表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3NA表示1 mol晶胞的质量。速查速测 1.(教材改编题)下面有关晶体的叙述中，不正确的是()A.金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子B.氯化钠晶体中，每个
17、Na周围距离相等且紧邻的Na共有6个C.氯化铯晶体中，每个Cs周围等距且紧邻8个ClD.干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻12个CO2分子解析 氯化钠晶体中，每个Na周围距离相等且紧邻的Na共有12个。答案 B2.下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。A.NaCl(含_个Na，_个Cl)B.干冰(含_个CO2)C.CaF2(含_个Ca2，_个F)D.金刚石(含_个C)E.体心立方(含_个原子)F.面心立方(含_个原子)答案 A.4 4 B.4 C.4 8 D.8 E.2 F.43.(思维探究题)列表比较金属晶体的简单立方、体心立方、六方和面心立方四种堆积模型的配位数，原子空间
18、利用率、堆积方式和晶胞的区别以及列举代表物。答案 堆积模型采用这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积Na、K、Fe68%8六方最密堆积Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积Cu、Ag、Au74%12A组 基础知识巩固 1.Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。(1)在1个晶胞中，Zn离子的数目为_。(2)该化合物的化学式为_。解析(1)从晶胞图分析，含有 Zn 离子为 8186124。(2)S 为 4 个，所以化合物中 Zn与 S 数目之比为 11，则化学式为 ZnS。答案(1)4(2)ZnS 2.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：C
19、u的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，已知该晶体的密度为9.00 gcm3，晶胞中该原子的配位数为_；Cu的原子半径为_cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。解析 设晶胞的边长为 a cm，则 a3NA464a3 464NA面对角线为 2a面对角线的14为 Cu 原子半径 r 2434649.006.021023cm1.28108cm。答案 12 24 34649.006.0210231.281083.某离子晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点，Y()位于立方体中心。试分析：(1)晶体的化学式为_。(2)晶体中距离最近的 2 个 X 与 1 个 Y 形成的夹角XYX 是_。(3)设
20、该晶体的摩尔质量为 M gmol1，晶体的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数的值为 NA，则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为_cm。解析(1)采用均摊法，X 的个数41812，Y 在体内，个数是 1 个，则 X 与 Y 的个数比是 12，晶体化学式为 XY2 或 Y2X。(2)若将 4 个 X 连接，构成 1 个正四面体，Y 位于正四面体的中心，可联系 CH4 的键角，知XYX10928。(3)由题意知，该晶胞中含有12个 XY2 或 Y2X，设晶胞的边长为 a cm，则有 a3NA12M，a3M2NA，则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为 23M2NAcm。答案(1)XY2 或 Y2
21、X(2)10928(3)23M2NA【方法技巧】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.空间利用率晶胞占有的微粒体积晶胞体积。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)(1)面对角线长 2a。(2)体对角线长 3a。(3)体心立方堆积 4r 3a(r 为原子半径)。(4)面心立方堆积 4r 2a(r 为原子半径)。B组 考试能力过关 4.按要求完成以下题目(1)(2018课标全国)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为_gcm3(列出计算式)。解析 1
22、 个氧化锂晶胞含 O 的个数为 8186124，含 Li 的个数为 8，1 cm107 nm，代入密度公式计算可得 Li2O 的密度为87416NA（0.466 5107）3 gcm3。答案 87416NA（0.466 5107）3(2)(2018课标全国)FeS2 晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为 a nm，FeS2 相对式量为 M，阿伏加德罗常数的值为 NA，其晶体密度的计算表达式为_gcm3；晶胞中 Fe2位于S22 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为_nm。解析 该晶胞中 Fe2位于棱上和体心，个数为 121414，S22 位于顶点和面心，个数为8186124，故晶体密度为 MN
23、A4 g(a107 cm)3 4MNAa31021 gcm3。根据晶胞结构，S22 所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的22，故该正八面体的边长为 22 a nm。答案 4MNAa31021 22 a(3)(2018课标全国)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_：六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为_gcm3(列出计算式)。解析 由图示，原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积6 34 a2cm2，六棱柱的体积6 34 a2c cm3，该晶胞中 Zn 原子个数为 121621236
24、，已知 Zn 的相对原子质量为 65，阿伏加德罗常数的值为 NA，则 Zn 的密度 mV656NA6 34 a2cgcm3。答案 六方最密堆积(A3 型)656NA6 34 a2c(4)(2017全国卷)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为_ nm，与K紧邻的O个数为_。在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于_位置，O处于_位置。解析 根据晶胞结构可知，K 与 O 间的最短距离为面对角线的一半，即 20.4462nm0.315 nm。K、O
25、 构成面心立方，配位数为 12(同层 4 个，上、下层各 4 个)。由可知 K、I 的最短距离为体对角线的一半，I 处于顶角，K 处于体心。由可知 I、O 之间的最短距离为边长的一半，I 处于顶角，O 处于棱心。答案 0.315 或 22 0.446 12 体心 棱心(5)(2017全国卷)MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a0.420 nm，则r(O2)为_nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a0.448 nm，则r(Mn2)为_nm。解析 由题意知在 MgO 中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向
26、接触，所以 22 a2r(O2)，r(O2)0.148 nm；MnO 的晶胞参数比 MgO 更大，说明阴离子之间不再接触，阴阳离子沿坐标轴方向接触，故 2r(Mn2)r(O2)a，r(Mn2)0.076 nm。答案 0.148 0.076(6)(2016全国卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_ nm。解析 根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为 6123，镍原子的个数为 8181，则铜原子和镍原子的数量比为 31；根据上述分析，该晶胞的组成为 Cu3Ni，若合金的密度为 dgcm3，根据 mV，则晶胞参数 a3 251dNA107 nm。答案 31 3 251dNA107
