1、第41讲 晶体结构与性质考 纲 展 示KAOGANGZHANSHI1.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。2.了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒和微粒间作用力的区别。3.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。4.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。了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。考点 晶体的类型与性质1晶体(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各向同性熔点X射线衍射(2)得到晶体的途径熔融态物质凝固。
2、气态物质冷却不经液态直接 11 _。溶质从溶液中析出。(3)晶胞概念：描述晶体结构的 12 _。晶体中晶胞的排列无隙并置。凝固(凝华)基本单元(4)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：13 _。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 14_。b离子的半径：离子的半径越15_，晶格能越大。kJ mol1大小与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越 16 _，且熔点越17 _，硬度越 18 _。稳定高大2四种晶体类型的比较类型比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子19 _20_金属阳离子、自由电子21 _粒子间的相互作用力22 _(某
3、些含氢键)23_24_25 _分子原子阴、阳离子范德华力共价键金属键离子键硬度26_27_有的 28 _，有的 29 _30 _熔、沸点31_32_有的 33 _，有的 34 _35 _较小很大很大很小较大较低很高很高很低较高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、iO2)金属单质与合金(
4、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)3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：36 _ 37 _ 38 _。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。原子晶体离子晶体分子晶体(2)同种晶体类型熔、沸点的比较原子晶体：如熔点：金刚石 43 _碳化硅 44 _硅。小短大高离子晶体：a一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越 45_，则离子间的作用力就越 46 _，其离子晶体的熔、沸点就越 47 _，如熔点：MgO 48 _MgCl2 49_
5、NaCl 50 _CsCl。b衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越 51_，形成的离子晶体越52_，熔点越53_，硬度越 54 _。小强高大稳定高大分子晶体：a分子间作用力越 55 _，物质的熔、沸点越 56_；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地 57 _。如H2O 58 _H2Te 59 _H2Se 60 _H2S。b组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越 61 _，如SnH4 62 _GeH4 63 _SiH4 64_CH4。大高高高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 65 ，如CO 66 N2，CH3OH 67 CH3CH3。
6、d同分异构体，支链越多，熔、沸点越 68 _。高低金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。12016全国新课标卷GaF3的熔点高于1 000，GaCl3的熔点为77.9，其原因是_。GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体22016海南卷M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。则单质M的晶体类型为_，晶体中原子间通过_作用形成面心立方最密堆积，其中M原子的配位数为_。32015全国新课标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
7、固体属于_晶体。金属晶体金属键12分子42015全国新课标卷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_。O3O3的相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体52015福建卷下列关于 CH4 和 CO2 的说法正确的是_(填序号)。a固态 CO2 属于分子晶体bCH4 分子中含有极性共价键，是极性分子c因为碳氢键键能小于碳氧键，所以 CH4
8、 熔点低于 CO2dCH4 和 CO2 分子中碳原子的杂化类型分别是 sp3 和 spad题组一 晶体类型的判断12017浙江宁波模拟NF3 可由 NH3 和 F2 在 Cu 催化剂存在下反应直接得到：4NH33F2=Cu NF33NH4F。上述化学方程式中的 5 种物质没有涉及的晶体类型为()A离子晶体B分子晶体C原子晶体D金属晶体C 解析：在反应中 NH3、F2、NF3 的晶体类型为分子晶体，Cu 为金属晶体，NH4F 为离子晶体。2下列晶体分类中，正确的一组是()选项离子晶体原子晶体分子晶体ANaOH晶体氩SO2BH2SO4石墨SCCH3COONa水晶DBa(OH)2金刚石玻璃C 解析：
9、A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体，石墨为混合型晶体；D项中玻璃为非晶体。3有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：熔点/硬度水溶性导电性水溶液与Ag反应A811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀B3 500很大不溶不导电不反应C114.2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别是A_、B_、C_。(2)晶体的类型分别是A_、B_、C_。(3)晶体中微粒间作用力分别是A_、B_、C_。NaClCHCl离子晶体原子晶体分子晶体离子键共价键范德华力解析：根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为N
10、aCl，微粒间的作用力为离子键；B为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C为分子晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。题组二 晶体熔、沸点的高低比较4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、SiO2Na、K、Rb Na、Mg、AlABCDD 解析：中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故错误；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，故错误；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
11、升高，故正确。5下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是()AF2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高BHF、HCl、HBr的熔、沸点顺序为HFHBrHClC金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅DNaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低C 解析：A项、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间的作用力有关，含有氢键时会出现反常现象，与分子内共价键无关。D项离子晶体内存在的是离子键。探规寻律 “两角度”比较晶体熔、沸点的高低1不同类型晶体熔、沸点的比较(1)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。(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、
12、铯等熔、沸点很低。2同种类型晶体熔、沸点的比较(1)原子晶体如熔点：金刚石碳化硅硅。(2)离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力越强，其晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgOMgCl2，NaClCsCl。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。(3)分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如H2OH2TeH2SeH2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大
13、，熔、沸点越高，如CH3OHCH3CH3。同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3(4)金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：NaMgAl。考点 常见晶体模型与晶胞计算1典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻 1 _个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为 2 _(3)最小碳环由 3 _个C组成且六原子不在同一平面内(4)每个C参与4个CC键的形成，C原子数与CC键数之比为4 410928612原子晶体 SiO2(1)每个Si与 5 _个O以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个
14、正四面体占有1个Si,4个“12O”，n(Si)n(O)6_(3)最小环上有 7 _个原子，即6个O,6个Si分子晶体 干冰(1)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(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有 8 _个4121212NaCl(型)(1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有 9 _个。每个Na周围等距且紧邻的Na有10 _个(2)每个晶胞中含 11 _个Na和 12 _个Cl离子晶体CsCl(型)(1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有 13 _个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有14 _个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、
15、1个Cl6124486简单立方堆积典型代表Po，配位数为15 ，空间利用率52%金属晶体面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为 16_，空间利用率74%612体心立方密堆积又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为 17_，空间利用率68%金属晶体六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为 18_，空间利用率74%8122晶胞中微粒的计算方法切割法(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，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1n。(3)图示：12016全国新课标卷某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。(1)晶胞
16、中铜原子与镍原子的数量比为_。(2)若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。313 251dNA107解析：(1)根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6 12 3，镍原子的个数为8 18 1，则铜和镍的数量比为31；(2)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。22016全国新课标卷晶胞有两个基本要素：(1)原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(12，0，12)；C为(12，12，0)。则D原子的坐标参数为_。(14，14，14)(2)晶胞参数
17、，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。8736.02565.763107解析：(1)由Ge单晶晶胞结构示意图，可知D原子与A原子及位于3个相邻面面心的3个原子构成了正四面体结构，D原子位于正四面体的中心，再根据A、B、C三个原子的坐标参数可知D原子的坐标参数为(14，14，14)。(2)由锗单晶的晶胞结构示意图，可知该晶胞中位于顶点的有8个原子，位于面心的有6个原子，位于内部的有4个原子，则一个晶胞中所含有的锗原子个数为81861248，再由晶胞参数可知该晶胞的边长为565.76 pm的正方体，则其密度为8NA73565.76
18、10103 gcm3。32016全国新课标卷GaAs的熔点为1 238，密度为 gcm3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_，Ga与As以_键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGagmol1和MAs gmol1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。原子晶体共价41030NAr3Gar3As3MGaMAs100%解析：GaAs的熔点很高，则其晶体为原子晶体，Ga和As以共价键键合。由晶胞结构可知一个晶胞中含有As、Ga原子的个数均为4个，则晶胞的体积为MGaMAsNA4，又知二者的原子半径分别为rGapm和rAsp
19、m，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为443r3Gar3As10304NAMGaMAs100%41030NAr3Gar3As3MGaMAs100%。42016海南卷M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为_，已知晶胞参数a0.542 nm，此晶体的密度为_gcm3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA)答案：CuCl 499.5NA0.54231021或4MCuClNAa31021解析：根据晶胞结构利用切割法分析，每个
20、晶胞中含有铜原子个数为81/861/24，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl；则1 mol晶胞中含有4 mol CuCl,1 mol晶胞的质量为499.5 g，又知晶胞参数a0.542 nm，此晶体的密度为mV499.5NA0.54231021gcm3或4MCuClNAa31021gcm3。题组一 晶胞结构1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Na周围距离相等的Na共有6个C氯化铯晶体中，每个Cs周围紧邻8个ClD干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子B 解析：氯化钠晶体中，每个Na周围
21、距离相等的Na共12个，距离相等且最近的Cl共有6个。2如图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是_(填编号字母，下同)，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)其中代表石墨的是_，其中每个正六边形占有碳原子数平均为_个。(3)其中代表NaCl晶体的是_，每个Na周围与它最接近且距离相等的Na有_个。D4原子E2A12(4)代表CsCl晶体的是_，它属于_晶体，每个Cs与_个Cl紧邻。(5)代表干冰的是_，它属于_晶体，每个CO2分子与_个CO2分子紧邻。C离子8B分子12解析
22、：根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体的晶胞是简单的立方单元，每个Na与6个Cl紧邻，每个Cl又与6个Na紧邻，但观察与Na距离最近且距离相等的Na数目时要抛开Cl，从空间结构上看是12个Na，即x、y、z轴面上各有4个Na。CsCl晶体的晶胞由Cs、Cl分别构成立方结构，但Cs组成立方的中心有1个Cl，Cl组成立方的中心又镶入 1个Cs，可称为“体心立方”结构，Cl紧邻8个Cs，Cs紧邻8个Cl。干冰的晶胞也是立方体结构，但立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子也组成立方结构，彼此相互套入面的中心，每个CO2分子在三维空间里三个面各紧邻4个CO2分子，共12个C
23、O2分子。金刚石的基本单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻另外3个碳原子，每个碳原子为三个六边形共用，即每个六边形占有1个碳原子的 13，所以石墨晶体中每个六边形占有的碳原子数是6132个。题组二 晶胞中粒子个数及化学式的计算3如图为离子晶体空间构型示意图(阳离子，阴离子)：以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A_，B_，C_。MNMN3MN2解析：在A中，含M、N的个数相等，故组成表达式为MN；在B中，含M：184132(个)，含N：1242418 92(个)，MN 32 92 13，故组成表达式为MN3；在C中，
24、含M：18412(个)，含N为1个，故组成表达式为MN2。4如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是_，乙中a与b的个数比是_，丙中一个晶胞中有_个c离子和_个d离子。211144解析：甲中N(x)N(y)1(418)21；乙中N(a)N(b)1(818)11；丙中N(c)121414，N(d)8186124。题组三 晶体的密度及微粒间距离的计算5(1)2017山东潍坊模拟N和Cu元素形成的化合物的晶胞结构如图(1)所示，则该化合物的化学式为_。该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是_gpm3。图1图2Cu3NMNAa3(
25、2)2017江苏泰州模拟F跟Ca可形成离子化合物，其晶胞结构如图(2)所示。该离子化合物晶体的密度为 gcm3，则晶胞的体积是_。(用含的代数式表示)。5.21022cm3(3)2017河南开封模拟立方氮化硼和金刚石是等电子体，其晶胞结构如图(3)所示，则处于晶胞顶点上的原子的配位数为_，若晶胞边长为361.5 pm，则立方氮化硼的密度是_ gcm3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。图34254361.510103NA(4)2017辽宁阜新模拟图(4)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_cm(阿伏加德罗常
26、数用NA表示，只写出计算式)。图4343 478NA解析：(2)根据晶胞结构可以知道一个CaF2晶胞中有4个Ca2和8个F，氟化钙的摩尔质量为78 gmol1，一个晶胞的质量为 478NA g，则晶胞的体积为 478NA cm3，带入NA的值可求得为 5.21022 cm3。(3)一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子。一个晶胞的质量为25NA4 g，一个立方氮化硼晶胞的体积是361.53pm3，因此立方氮化硼的密度是254361.510103NAgcm3。(4)晶胞中，个数为8186124，个数为8，其个数之比为12，所以代表S2，代表Na。设晶胞边长为acm，则a3NA478，得a3 478NA，则面对角线为23 478NA cm，其 14 为24 3 478NA cm，边长的14为143 478NA cm，所以其最短距离为 24 3 478NA 2143 478NA 2 cm343 478NA cm。反思归纳晶体微粒与M、(晶体密度，gcm3)之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又知1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为 a3NA g，因此有xM a3NA。(1)计算晶体密度的方法(2)计算晶体中微粒间距离的方法完成课时作业(三十六)谢谢观看！
