第五章物质结构与性质第4讲 晶体结构与性质Word文档下载推荐.docx

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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.得到晶体的途径

（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。

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

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。

深度思考

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×

”

（1）固态物质一定是晶体（　　）

（2）冰和固体碘晶体中相互作用力相同（　　）

（3）晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列（　　）

（4）凡有规则外形的固体一定是晶体（　　）

（5）固体SiO2一定是晶体（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）×

题组一　晶胞中原子个数的计算

1．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。

答案　2∶1　1∶1　4　4

解析　甲中N（x）∶N（y）＝1∶（4×

）＝2∶1；

乙中N（a）∶N（b）＝1∶（8×

）＝1∶1；

丙中N（c）＝12×

＋1＝4，N（d）＝8×

＋6×

＝4。

2．下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________。

答案　MN　MN3　MN2

解析　在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；

在B中，含M：

×

4＋1＝（个），含N：

4＋2＋4×

＝（个），M∶N＝∶＝1∶3；

在C中含M：

4＝（个），含N为1个。

3．已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。

答案　5

解析　La：

2×

＋12×

＝3

Ni：

12×

＋6＝15

所以n＝5。

4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是（　　）

A．3∶9∶4B．1∶4∶2

C．2∶9∶4D．3∶8∶4

答案　B

解析　A粒子数为6×

＝；

B粒子数为6×

＋3×

＝2；

C粒子数为1；

故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。

5.右图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。

答案　＋3价

解析　●R：

8×

＋1＝2

○G：

＋8×

＋4×

＋2＝8

●Q：

＋2＝4

R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。

由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。

6.右图是金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，则其分子式为________。

答案　M14N13

解析　由于M、N原子并不存在共用关系，而是形成一个独立的气态团簇分子，其分子式可由原子个数来确定，而不能用均摊法。

题组二　晶胞的密度及微粒间距离的计算

7．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X（）位于立方体的顶点，Y（○）位于立方体的中心。

试分析：

（1）晶体中每个Y同时吸引______个X。

（2）该晶体的化学式为__________。

（3）设该晶体的摩尔质量为Mg·

mol－1，晶体的密度为ρg·

cm－3，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。

答案　

（1）4　

（2）XY2或Y2X　（3）

解析　

（1）从晶胞结构图中可直接看出，每个Y同时吸引4个X。

（2）在晶胞中，平均包含X：

4×

＝，平均包含Y：

1，所以在晶体中X和Y的个数之比为1∶2，晶体的化学式为XY2或Y2X。

（3）摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量，数值上等于该物质的相对分子（或原子）质量。

由题意知，该晶胞中含有1/2个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝M，a＝，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为cm。

8.镧镍合金、铜钙合金及铈钴合金都具有相同类型的晶胞结构XYn，它们有很强的储氢能力，其中铜钙合金的晶胞结构如右图。

试回答下列问题：

（1）在周期表中Ca处于周期表____________区。

（2）铜原子的基态原子核外电子排布式为___________________________________。

（3）已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9.0×

10－23cm3，储氢后形成LaNinH4.5的合金（氢进入晶胞空隙，体积不变），则LaNin中，n＝__________（填数值）；

氢在合金中的密度为______________。

答案　

（1）s　

（2）[Ar]3d104s1　（3）5　0.083g·

cm－3

解析　

（1）Ca位于第四周期第ⅡA族，处于s区。

（2）Cu的外围电子排布式是3d104s1，而不是3d94s2。

（3）铜、钙合金中，n（Cu）＝12×

＋6＝15。

n（Ca）＝12×

＋2×

＝3，＝＝，所以n＝5，即LaNi5H4.5。

ρ·

9.0×

10－23cm3·

NA＝M，其中氢在合金中的密度为≈0.249g·

9.如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是ρg·

cm－3，试计算Na＋与S2－的最短距离________（阿伏加德罗常数用NA表示，只写出计算式）。

答案　

解析　晶胞中，●个数为8×

＝4，○个数为8，

其个数之比为1∶2，所以●代表S2－，○代表Na＋。

设晶胞边长为acm，则a3·

NA＝4×

78

a＝

面对角线为×

其为×

边长的为×

所以其最短距离为

＝cm。

反思归纳

晶胞计算的思维方法

（1）晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。

晶体结构的计算常常涉及如下数据：

晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。

解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。

（2）“均摊法”原理

特别提醒　①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，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、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。

②在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。

（3）晶体微粒与M、ρ之间的关系

若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg（M为微粒的相对“分子”质量）；

1个晶胞的质量为ρa3g（a3为晶胞的体积），则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。

考点二　突破四类晶体的组成和性质

1．四类晶体的比较

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

大多数易溶于水等极性溶剂

导电、导热性

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

所有非金属氢化物（如水、硫化氢）、部分非金属单质（如卤素X2）、部分非金属氧化物（如CO2、SO2）、几乎所有的酸、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）

2．离子晶体的晶格能

（1）定义

气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：

kJ·

mol－1。

（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。

②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．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×

（1）在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子（　　）

（2）在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子（　　）

（3）原子晶体的熔点一定比金属晶体的高（　　）

（4）分子晶体的熔点一定比金属晶体的低（　　）

（5）离子晶体一定都含有金属元素（　　）

（6）金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体（　　）

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（6）√

2．CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似，你知道原因吗？

答案　决定二者物理性质的因素：

晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。

二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而C—O与Si—O键都是极性键。

特别提醒　

（1）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℃。

（2）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℃。

3．在下列物质中：

NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、（NH4）2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。

（1）其中只含有离子键的离子晶体是_______________________________________；

（2）其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________；

（3）其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________；

（4）其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________；

（5）其中含有极性共价键的非极性分子是___________________________________；

（6）其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________；

（7）其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_______________________。

（8）其中含有极性共价键的原子晶体是____________________________________。

答案　

（1）NaCl、Na2S　

（2）NaOH、（NH4）2S　（3）（NH4）2S

（4）Na2S2　（5）CO2、CCl4、C2H2　（6）C2H2　（7）H2O2　（8）SiO2、Si