1、第3讲 晶体结构与性质最新展示1.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。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.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。4.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。热点定位1.根据晶胞的结构确定物质的化学式以及判断特定微粒周围微粒的个数。2.晶体的空间结构与物质性质之间的关系。3.晶体中微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。一、晶体与晶胞1晶体(1)结构特性：结构微粒周期性有序排列。(2)性质特性：有自范性、固定熔点、对称性、各向异性。2晶胞(1)晶胞
2、是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。(2)晶胞中粒子数的计算方法分摊法分摊法的根本原则晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。若每个晶胞涉及同类原子A数目m个，则每个晶胞占有A：m 。立方晶胞中粒子数的计算方法如下a处于立方体顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有1/8属于该晶胞；b处于立方体棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有；每个粒子有1/4属于该晶胞；c处于立方体面上的粒子，同时为2个晶胞所共有；每个粒子有1/2属于该晶胞；d处于立方体内部的粒子，完全属于该晶胞。如右图所示的NaCl晶胞中，Na+占据立方体的体心和
3、12条棱的棱心，Cl-占据立方体的顶点和面心。则Na+在晶胞中的数目为：12 (棱心)+11(体心)=4(个)。Cl-在晶体中的数目为：8 (顶点)+6(面心)=4(个)。因此，在NaCl晶胞中，Na+的个数与Cl-的个数为44，即11，故NaCl晶体的化学式为NaCl。六方晶胞：在六方顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。六方晶胞中微粒数为：12+2+3=6。【应用指南】对于其他形状的晶胞，与立方晶胞不同的主要是在计算顶点以及侧棱上的点。如图所示的正三棱柱形晶胞为例，要12个正三棱柱才能将一个顶点完全盖住，所以顶点为12个晶胞所共有，相应地，其侧棱被6个
4、晶胞所共有。其实只要你细心，就会发现，要想把一个顶点盖住，你要看这个晶胞的面的夹角是多少。立方晶胞的面的夹角是90，只要4个晶胞就可以将它们共有的顶点围成一圈360，该点被8个晶胞共有；正三棱柱晶胞的面的夹角是60，要用6个晶胞才可以将它们共有的顶点围成一圈360，该点被12个晶胞共有。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)晶体中每个Y同时吸引着个X，每个X同时吸引着个Y，该晶体的化学式为。(2)晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有个。(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角XYX是。(4)设该晶体的摩尔质量为M g/mol，晶体
5、密度为 g/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距为cm。【名师解析】(1)同时吸引的原子个数指在某原子周围距离最近的其他种类的原子个数，观察图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，晶体的化学式应为阴、阳离子的个数比，X、Y的个数比为48，所以化学式为XY2或Y2X。(2)以标注X为标准，在该晶胞中与它距离最近且相等的其他X有3个。标注X被8个晶胞共用，而与它距离最近且相等的其他X又都用了两次，故与标注X距离最近且相等的其他X又都用了两次，故与标注X
6、距离最近且相等的其他X共有12个。(3)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。(4)解此类问题比较简便的方法是把摩尔质量表示出来。摩尔质量在数值上即为1 mol物质的质量，等于1个粒子的质量乘以NA，而1个粒子的质量等于1个粒子的体积乘以密度。设正方体的边长为a，每个X被8个正方体共用，每个正方体实际独占X：4 ，且晶体的化学式为XY2(或Y2X)，由X的数目可知每个粒子的体积为正方体体积的2倍，则a32NAM或由一个晶胞中含个“XY2”，利用质量相等列等式为：。，晶体中两个距离最近的X之间的距离为【答案】(1)48XY2(或Y2X)(
7、2)12 (3)10928 (4)二、晶体空间结构1常见的晶体结构模型晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解氯化铯晶体每8个Cs、8个Cl各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异种离子(Cs或Cl)。在每个Cs周围最近的等距离(设为)的Cl有8个，在每个Cs周围最近的等距离(必为a)的Cs有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl周围最近的等距离的Cl也有6个二氧化碳晶体每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(，a为立方体棱长)的最近的CO2有12个(同层4个、上层4个、下层4个)晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解金刚石晶体金刚石晶体是一种空间网
8、状结构每个C与另外4个C以共价键结合，前者位于正四面体的中心。晶体中所有CC键键长相等，键角相等(均为10928)；晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；晶体中每个C参与了4个CC键的形成，C原子数与CC键数之比为12SiO2晶体每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后者在正四面体的顶点；同时每个O被两个正四面体所共用。每个正四面体占有一个完整的硅原子，四个“半氧原子”，故晶体中Si与O的原子个数比为1 122.常见的几种金属晶体的堆积方式三种典型结构类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位数81212常见金属的晶体结构(有些金属晶体可能有两种或三种晶格)Li、Na、K、R
9、b、Cs、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Nb、Ta、Cr、W、FeCa、Sr、Cu、Ag、Al、Pb、Ni、Pd、PtBe、Mg、Ca、Sr、Co、Ni、Zn、Cd、Ti结构示意图空间利用率68.02%74.05%74.05%堆积形式体心立方最密堆积面心立方最密堆积六方最密堆积如下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
10、它最接近且距离相等的Na+有 -个。(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。【名师解析】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-，可Cl-组成立方的中心又镶入1个Cs+，可称为“体心立方”结构。
11、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CO2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1/3，所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6=2个。晶体熔点通常由晶格质点间作用力而定。原子晶体中原子间共价键牢固，熔点很高。分子晶体中分子间的分子间作用力较弱，熔沸点较低；石墨层内的碳原子间键
12、长短于金刚石中碳原子的键长，且石墨层之间还有范德华力，所以石墨的熔点高于金刚石。【答案】(1)D4 原子 (2)E2(3)A12 (4)C 离子 8(5)B 分子 12三、四种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分子间作用力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类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类
13、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)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形成，对这三种晶体进行实验，结果如下：熔点(C)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 550很大不溶不导电不反应C114.2易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为：A_，B_
14、，C_。(2)晶体中微粒间的作用分别为：A_，B_，C_。【名师解析】由晶体的性质可知C为分子晶体且能溶于水又与Ag生成白色沉淀则应为HCl，其微粒间相互作用力为范德华力。A水溶液或熔融状态能导电则为离子晶体，且与Ag生成白色沉淀则应为NaCl，其微粒间相互作用为离子键。B由其性质可知应为原子晶体，由提供的元素推测B只能为金刚石，微粒间的相互作用为共价键。【答案】(1)NaClC(金刚石)HCl(2)离子键 共价键 分子间作用力(或范德华力)【规律方法】判断晶体类型的依据1依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断(1)离子晶体的晶格质点是阴、阳离子，质点间的作用是离子键。(2)原子晶体的晶格质
15、点是原子，质点间的作用是共价键。(3)分子晶体的晶格质点是分子，质点间的作用为分子间作用力，即范德华力。(4)金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子，质点间的作用是金属键。2依据物质的分类判断(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅、四氮化三硅等。(4)金属单质与合金是金属晶体。3依据晶体的熔点判断(
16、1)离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度。(2)原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度。(3)分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度。(4)金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。4依据导电性判断离子晶体水溶液及熔化时能导电。原子晶体一般为非导体。分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。金属晶体是电的良导体。5依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或略硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是()ACH4SiH4G
17、eH4SnH4BKClNaClMgCl2MgOCRbKNaLiD石墨金刚石SiO2钠【名师解析】晶体熔点的高低取决于构成该晶体的结构粒子间作用力的大小。A项物质均为结构相似的分子晶体，其熔点取决于分子间作用力的大小，一般来说，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大者分子间作用力也越大，故A项各物质熔点应为逐渐升高的顺序；B项物质均为离子晶体，离子晶体熔点高低取决于离子键键能的大小，一般来说，离子的半径越小，电荷越多，离子键的键能就越强，故B项各物质熔点也应为升高顺序；C项物质均为同主族的金属晶体，其熔点高低取决于金属键的强弱，而金属键键能与金属原子半径成反比，与价电子数成正比，碱金属原子半径依L
18、iCs的顺序增大，价电子数相同，故熔点应是Li最高，Cs最低；原子晶体的熔点取决于共价键的键能，后者则与键长成反比，石墨中CC键键长比金刚石CC键的键长更短些，所以熔点石墨比金刚石略高，金刚石熔点又比二氧化硅高。【答案】D【规律方法】物质熔、沸点高低的比较方法1由晶体结构来确定首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。(1)一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。(2)同属原子晶体一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高。(3)同类型的离子晶体离子电荷数越大，阴、阳离子核间距越小，则离子键越牢固，晶体的熔、沸点一般越高。(4)分子晶体分子间范德华力越强，熔、沸点越高。分子组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，晶体熔、沸点越高。相对分子质量相同的分子晶体，分子极性越强，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如互为同分异构体，则支链数越多，熔、沸点越低。若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体强，故熔、沸点特别高。(5)金属晶体金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。2根据物质在相同条件下的状态不同一般熔、沸点：固液气。如果常温下即为气态或液态的物质，其晶体应属分子晶体(Hg除外)。如惰性气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看做单原子分子，因为相互间的作用力为范德华力，而并非共价键。
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