1、 第3节晶体结构与性质考试说明1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中微粒结构、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。命题规律本部分内容在高考中占有极其重要的地位。高考主要考查晶体类型的判断，晶体熔、沸点高低的比较，晶胞的有关计算等，其中晶体密度的计算具有一定难度。考点1晶体和晶胞知识梳理1.晶体与非晶体
2、晶体非晶体结构特征组成微粒周期性有序排列组成微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性实例冰、NaCl、Fe玻璃、石蜡二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验2获得晶体的三条途径(1)熔融态物质凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。3晶胞(1)概念描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列无隙并置无隙相邻晶胞之间没有任何间隙。并置所有晶胞平行排列、取向相同。形状一般而言晶胞都是平行六面体。 (1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。(3)习惯上晶胞
3、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”。1.判断正误，正确的画“”，错误的画“”，错误的指明错因。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。()错因：非晶体也可能具有规则的外形，如玻璃有规则的几何外形，所以具有规则外形的固体不一定是晶体。(2)冰和碘晶体中相互作用力完全相同。()错因：冰中除存在分子间作用力还存在氢键。(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔、沸点。()错因：区分晶体与非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。(4)固体SiO2一定是晶体。()错因：无定型的SiO2并不是晶体。(5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用。
4、()错因：立方晶胞中，顶点上的原子被8个晶胞共用。2如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为_。(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是_。(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数是_。答案(1)X2Y(2)131(3)8(4)12解析(3)丙中每个D周围的E的个数与每个E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围结合有8个E。(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数是3812。题组训练题组一 晶体与非晶体的区别1如图是物质的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()A两种物质在一定条件下都会自动形成
5、有规则几何外形的晶体B形成的固体物理性质有各向异性C形成的固体一定有固定的熔点D二者的X射线衍射图谱是相同的答案B2如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是()a是晶体a是非晶体b是晶体b是非晶体A B C D答案A题组二 晶胞中微粒个数的计算3某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为()A131 B231C121 D133答案A解析利用均摊法计算。据图知，该正方体中A原子个数81，B原子个数63，C原子个数1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为131。4(1)Ti的氧化物和CaO相互作
6、用形成钛酸盐，其晶胞结构如图所示。该晶胞中Ca2的配位数是_。 (2)M原子的外围电子排布式为3s23p5，与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子)，该晶体的化学式为_。答案(1)12(2)CuCl解析(1)根据晶胞图可知，距离Ca2最近且距离相等的O2有12个，故Ca2的配位数为12。(2)根据M的外围电子排布式为3s23p5，确定M为Cl元素，该晶胞中Cl原子数目864，Cu原子数目4，故化学式为CuCl。晶胞中粒子数目的计算方法均摊法(1)晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是。(2)方法长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计
7、算非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。考点2四类晶体的组成和性质知识梳理1.四种类型晶体的比较类型比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力(某些含氢键)共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高导电、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2离子晶体的晶格能(1)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：k
8、Jmol1。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。 (1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(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 。 (4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ，尿素的熔点为132.7 。(5)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42101
9、0 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.541010 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(6)由原子形成的晶体不一定是原子晶体，如由稀有气体形成的晶体是分子晶体。(7)依据导电性判断晶体类型离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。原子晶体一般为非导体。分子晶体为非导体，而某些分子晶体(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。金属晶体是电的良导体。1.判断正误，正确的画“”，错误的画“”，错误的指明错因。(1)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。()错因：由金属与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3属于分子晶体。(2)在晶体
10、中只要有阳离子就一定有阴离子。()错因：金属晶体由自由电子与金属阳离子构成，则在晶体中有阳离子，不一定有阴离子。(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。()错因：原子晶体的熔点可能比金属晶体的低，如钨的熔点比硅的熔点高。(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。()错因：金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高，如金属汞在常温下为液体，硫为固体。(5)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其熔点由高到低的顺序为：C60金刚石石墨。()错因：石墨的熔点比金刚石高，C60为分子晶体，熔点最低，故熔点由高到低的顺序为：石墨金刚石C60。2教材改编题。(据人教选修三P84 T8、T9、T10)(双选)下列
11、说法正确的是()ANa2O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CHF、HCl、HBr、HI中HF的熔点反常高的原因是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CD题组训练题组一 晶体类型的判断1NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH33F2NF33NH4F。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金属晶体答案C2(1)金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色易挥发性液体Ni(CO)4，呈正四面体构型。试推测Ni(CO
12、)4的晶体类型是_，Ni(CO)4易溶于_(填标号)。A水 B四氯化碳C苯 D硫酸镍溶液(2)实验测得铝元素与氯元素形成化合物的实际组成为Al2Cl6，其球棍模型如图所示。已知Al2Cl6在加热时易升华，Al2Cl6属于_(填晶体类型)晶体。NaAl(OH)4属于_(填晶体类型)晶体，存在的化学键有_。 (3)磷化硼(BP)是一种有价值的耐磨硬涂层材料，它是在高温(750 )氢气氛围下通过三溴化硼和三溴化磷反应制得的，可知BP为_晶体。(4)原子簇是由几个到几百个原子形成的聚集体，如铝原子簇Al13、Al14。已知原子簇价电子总数为2,8,20,40,58时，原子簇通常可稳定存在。其中Al13
13、的性质与卤素性质相似，则铝原子簇Al13属于_晶体，铝原子之间的作用力为_。答案(1)分子晶体BC(2)分子离子离子键、极性共价键、配位键(3)原子(4)分子共价键解析(1)由“易挥发性液体”可知Ni(CO)4是分子晶体，由“正四面体构型”可知Ni(CO)4是非极性分子，易溶于非极性溶剂四氯化碳和苯中。(3)磷化硼(BP)是一种有价值的耐磨硬涂层材料，说明硬度比较大；它是在高温(750 )氢气氛围下通过三溴化硼和三溴化磷反应制得的，说明耐高温；熔、沸点比较高，是原子晶体。(4)由题目信息可知，铝原子簇Al13应为分子晶体，内部铝原子之间的作用力为共价键。题组二 晶格能及晶体溶、沸点高低的比较3
14、下面的排序不正确的是()A熔点由高到低：NaMgAlB硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅C晶体熔点由低到高：CF4CCl4CBr4 NaClNaBrNaI答案A解析A项，金属晶体中金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为AlMgNa，错误。4(2020成都模拟)几组物质的熔点()数据如表所示：A组熔点/B组熔点/ C组熔点/D组熔点/金刚石：3550Li：181HF：83NaCl硅晶体：1410Na：98HCl：115KCl硼晶体：2300K：64HBr：89RbCl二氧化硅：1732Rb：39HI：51MgO：2800据此回答下列问题：(1)由表格中数据可知，A组中物质的熔点
15、普遍偏高，A组物质属于_晶体，其熔化时克服的粒子间作用力是_；二氧化硅的熔点高于硅晶体，原因是_。(2)B组晶体中存在的作用力是_，其共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电导热具有延展性(3)C组中HF的熔点反常是由于_。(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组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为_，MgO晶体的熔点高于其他三者，其原因是_。答案(1)原子共价键SiO键的键长小于SiSi键的，SiO2的键能大(2)金属键(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(4)(5)NaClKClRbClMgO为
16、离子晶体，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高同种晶体熔点高低的比较(1)原子晶体如熔点：金刚石碳化硅硅。(2)离子晶体一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔点就越高，如熔点：Al2O3NaClCsCl。晶格能越大，离子晶体熔点越高。(3)分子晶体具有氢键的分子晶体熔点反常地高。如熔点：H2OH2TeH2Se H2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：SnH4GeH4SiH4CH4。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，其熔点越高，如熔点：CON2。对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：CH2C
17、H2CH3CH2CH3(4)金属晶体金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：NaMgLi2O，分子间作用力(相对分子质量)P4O6SO2aa(2)SmFeAsO1xFx解析(1)由图b可知，立方格子面对角线长为a pm，即为4个Cu原子直径之和，则Cu原子之间最短距离为a pm。由图b可知，若将每个晶胞分为8个小立方体，则Mg原子之间最短距离y为晶胞内位于小立方体体对角线中点的Mg原子与顶点Mg原子之间的距离(如图所示)，即小立方体体对角线长的一半，则y pma pm。由图a可知，每个晶胞含Mg原子8648个，含Cu原子16个，则MgCu2的密度 gcm3。(2)由
18、题图可知，As、Sm都在晶胞的面上，该晶胞中As的原子个数42，Sm的原子个数42，Fe在晶胞的棱上和体心，Fe的原子个数142，F和O2在晶胞的顶点和上下底面，F和O2的个数和282，已知F和O2的比例依次为x和1x，所以该物质的化学式为SmFeAsO1xFx。1个晶胞的质量 g，晶胞的体积a2c1030cm3，所以晶胞的密度 gcm3。根据图1中原子1的坐标为，可看出原子2的z轴为0，x、y轴均为，则原子2的坐标为；原子3的x、y轴均为0，z轴为，则原子3的坐标为。2(2018高考题组)(1)(全国卷)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图a的BornHaber循环计算得到。可知，Li原子的
19、第一电离能为_kJmol1，O=O 键键能为_kJmol1，Li2O晶格能为_kJmol1。Li2O具有反萤石结构，晶胞如图b所示，已知晶胞参数为0.4665 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为_gcm3(列出计算式)。(2)(全国卷)金属Zn晶体中的原子堆积方式如右图所示，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)。答案(1)5204982908(2)六方最密堆积(A3型)解析(1)根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是 gcm3。(2)由图可
20、知，堆积方式为六方最密堆积。为了计算方便，选取该六棱柱结构进行计算。六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的，面心是两个六棱柱共用，所以该六棱柱中的锌原子为12236个，所以该结构的质量为 g。该六棱柱的底面为正六边形，边长为a cm，底面的面积为6个边长为a cm的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为6a2 cm2，高为c cm，所以体积为6a2c cm3。所以密度为 gcm3。3(2017高考题组)(1)(全国卷)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：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
21、因是_。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。(2)(全国卷)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题：R的晶体密度为d gcm3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为_。(3)(全国卷)研究发现，
22、在CO2低压合成甲醇反应(CO23H2=CH3OHH2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：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。答案(1)K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱0.31512体心棱心(2)(3)0.1480.076解析(1)Cr的原子半径小于K且其价电子数较多，则Cr的金属键强于K，故Cr的熔、沸点较高。K与O间的最短距离为a
23、0.446 nm0.315 nm；由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与K紧邻的O原子为12个。根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如图，可看出K处于体心，O处于棱心。(2)晶胞的质量为d g/cm3(a107 cm)3a3d1021 g，NA个该单元的质量为M g，则，故y。(3)因为O2采用面心立方最密堆积方式，面对角线是O2半径的4倍，即4r(O2)a，解得r(O2)0.148 nm；根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此2r(Mn2)2r(O2)0.448 nm，所以r(Mn2)0.076 nm。4(2016高考题组)(1)(全国卷改编)下图为Ge单晶
24、的晶胞。已知a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。(2)(全国卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如下图所示。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。(3)(全国卷)GaAs的熔点为1238 ，密度为 gcm3，其晶胞结构如右图所示。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MGa gmol1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_。答案(1)107(2)31107(3)原子晶体共价100%解析(2)以该晶胞为研究对象，则 gd gcm3(a107 cm)3，解得a107 nm。(3)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：864，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V141030r1030r cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即 g，所以1个晶胞的体积V2(MAsMGa) cm3。最后由即得结果。