高考人教版化学一轮第5章 第4节 晶体结构与性质.docx

高考人教版化学一轮第5章 第4节 晶体结构与性质.docx

《高考人教版化学一轮第5章 第4节 晶体结构与性质.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考人教版化学一轮第5章 第4节 晶体结构与性质.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考人教版化学一轮第5章第4节晶体结构与性质

第四节　晶体结构与性质

考纲定位

核心素养

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。

3．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。

4．了解分子晶体结构与性质的关系。

5．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。

6．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。

7．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。

1.微观探析——从微观角度认识不同类型晶体的组成粒子，空间分布特点，理解“结构决定性质”的观念。

2．模型认知——根据典型物质的晶体晶胞结构模型推测各类物质的晶体晶胞结构。

3．证据推理——根据晶胞参数进行晶体密度、粒子空间利用率的有关计算。

4．宏观辨识——根据晶体的不同类型分析判断晶体的有关性质（如熔沸点、硬度等）。

考点一|晶体与晶胞

1．晶体与非晶体

（1）晶体与非晶体比较

晶体

非晶体

结构特征

结构微粒在三维空间里呈周期性有序排列

结构微粒

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

无各向异性

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。

2．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。

①无隙：

相邻晶胞之间没有任何间隙；

②并置：

所有晶胞平行排列，取向相同。

（3）一般形状为平行六面体。

（4）晶胞中粒子数目的计算——均摊法

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。

长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算

[深度归纳]　其他结构单元的粒子数的计算分析

（1）三棱柱

（2）六棱柱

⊙考法1　晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断

1．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的个数为________。

答案：

（1）X2Y　

（2）1∶3∶1　（3）8　（4）12

2．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe（x－n）CunNy。

FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。

解析：

能量越低越稳定，故更稳定的Cu替代型为Cu替代a位置，故晶胞中Cu为1个，Fe为3个，N为1个，故化学式为Fe3CuN。

答案：

Fe3CuN

⊙考法2　晶体密度、晶胞参数和空间利用率的计算

3．（2018·全国卷Ⅰ，T35（5））Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。

已知晶胞参数为0.4665nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________g·cm－3（列出计算式）。

解析：

1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝4，含Li的个数为8,1cm＝107nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为g·cm－3。

答案：

4．（2018·惠州二模，节选）金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。

如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295nm，c＝0.469nm，则该钛晶体的密度为________g·cm－3（用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可）。

解析：

该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为6×g，又该晶胞的体积为a×10－7×a×10－7××6×c×10－7，所以该钛晶体的密度为g·cm－3。

答案：

5．（2019·唐山统考）NiO的立方晶体结构如图所示，则O2－填入Ni2＋构成的________（填“正四面体”“正八面体”“立方体”或“压扁八面体”）空隙。

NiO晶体的密度为ρg·cm－3，Ni2＋和O2－的半径分别为r1pm和r2pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析：

1个O2－周围有6个距其最近且距离相等的Ni2＋，分别在O2－的上、下、左、右、前、后，其构成了正八面体。

运用均摊法，每个晶胞中含有4个Ni2＋、4个O2－，晶胞的体积为g÷ρg·cm－3＝cm3，原子的体积为[π（r1×10－10cm）3＋π（r2×10－10cm）3]×4＝π（r＋r）×10－30cm3，故该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为π（r＋r）×10－30cm3÷cm3×100%＝×100%。

答案：

正八面体　×100%

（1）晶胞计算公式（立方晶胞）

a3ρNA＝nM（a：

棱长，ρ：

密度，NA：

阿伏加德罗常数的值，n：

1mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量，M：

组成的摩尔质量）。

（2）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＝。

②体对角线长＝。

③体心立方堆积4r＝（r为原子半径）。

④面心立方堆积4r＝（r为原子半径）。

（3）空间利用率＝。

考点二|常见晶体模型的微观结构分析

1．原子晶体——金刚石与SiO2

（1）①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是6元环。

每个C被12个六元环共用。

含有1molC的金刚石中形成的C—C有2mol。

②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。

每个晶胞含有8个C。

（2）SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。

1molSiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。

2．分子晶体——干冰和冰

（1）干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个，属于分子密堆积。

晶胞中含有4个CO2分子。

同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。

（2）冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键。

晶胞结构与金刚石相似，含有8个H2O。

3．金属晶体

（1）“电子气理论”要点

该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。

（2）金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。

（3）金属晶体的常见堆积

结构型式

常见金属

配位数

晶胞

面心立方最密堆积

（铜型）

Cu、Ag、Au

12

体心立方堆积

Na、K、Fe

8

六方最密堆积

（镁型）

Mg、Zn、Ti

12

简单立方堆积

Po

6

说明：

六方最密堆积是按ABABAB……的方式堆积，面心立方最密堆积是按ABCABCABC……的方式堆积。

4．离子晶体

（1）NaCl型：

在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。

每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。

（2）CsCl型：

在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。

（3）CaF2型：

在晶体中，F－的配位数为4，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个Ca2＋，含8个F－。

晶胞中Ca2＋在体对角线的处。

5．石墨晶体——混合型晶体

（1）石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力。

（2）平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。

（3）在每层内存在共价键和金属键。

（4）C—C的键长比金刚石的C—C键长短，熔点比金刚石的高。

（5）能导电。

晶体中每个C形成3个共价键，C的另一价电子在电场作用下可移动，形成电流。

⊙考法☆　晶体的微观结构

1．（2015·全国卷Ⅰ，节选）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

（1）在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

（2）在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

解析：

（1）由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。

（2）由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边（共价键）可以构成2个六元环。

根据组合知识可知四条边（共价键）任选其中两条有6组，6×2＝12。

因此每个C原子连接12个六元环。

六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。

答案：

（1）3　2　

（2）12　4

2．D与E所形成化合物晶体的晶胞如图所示。

（1）在该晶胞中，E的配位数为________。

（2）原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。

如图晶胞中，原子坐标参数a为（0,0,0）；b为；c为。

则d的坐标参数为________。

答案：

（1）4　

（2）

3．过氧化钙晶体的晶胞结构如图所示，已知该晶胞的密度是ρg·cm－3，则晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为________________nm（列算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的数值），与Ca2＋紧邻O的个数为________。

解析：

根据过氧化钙晶体的晶胞结构，晶胞中含有Ca2＋的数目为8×＋6×＝4，含有O的数目为12×＋1＝4，设晶胞的边长为x，则晶胞的密度是ρg·cm－3＝，解得x＝cm＝×107nm，因此晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为面对角线的一半＝××107nm，与Ca2＋紧邻O的个数为6个。

答案：

107××　6

4．（2017·全国卷Ⅰ，节选）

（1）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a＝0.446nm，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________。

（2）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：

（1）K与O间的最短距离为a＝×0.446nm≈0.315nm；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。

（2）根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如下图，可看出K处于体心，O处于棱心。

答案：

（1）0.315　12　

（2）体心　棱心

考点三|四种晶体的性质与判断

1．晶格能

（1）定义

气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，单位kJ·mol－1，通常取正值。

（2）影响因素

①离子所带电荷数：

离子所带电荷数越多，晶格能越大。

如CaO＞KCl。

②离子的半径：

离子的半径越小，晶格能越大。

如NaCl＞KCl。

（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。

【注意】　晶格能只描述离子晶体的性质。

2．四种晶体类型比较

　　类型

比较　　

分子晶体

原子晶体

金属晶体

离子晶体

构成粒子

分子或