最新高中化学晶体结构与性质学案 精品Word文档格式.docx

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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。

4．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。

深度思考

1．判断下列叙述是否正确：

（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（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

2．

（1）立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？

答案　立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被8、4、2个晶胞共用。

（2）六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用？

答案　六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞共用。

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。

题组二　晶体的密度及微粒间距离的计算

3．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。

4.

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]3d118s1　（3）5　0.183g·

cm－3

解析　

（1）Ca位于第四周期第ⅡA族，处于s区。

（2）Cu的外围电子构型是3d118s1，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

≈0.183g·

　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　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。

（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）；

又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　四种晶体性质比较

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、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

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）

1．判断下列说法是否正确：

（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（　　）

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

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、SiC

题组一　晶体类型的判断

1．有下列八种晶体：

A.水晶　B．冰醋酸　C．氧化镁　D．白磷　E．晶体氩　F．铝　G．氯化铵　H．金刚石。

用序号回答下列问题：

（1）直接由原子构成的晶体是________，属于原子晶体的化合物是__________。

（2）由极性分子构成的晶体是__________，含有共价键的离子晶体是__________，属于分子晶体的单质是________。

（3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是____________________________，

受热熔化后化学键不发生变化的是__________，需克服共价键的是__________。

答案　

（1）AEH　A　

（2）B　G　DE　（3）F　F　AH

2．现有几组物质的熔点（℃）数据：

A组

B组

C组

D组

金刚石：

3550℃

Li：

181℃

HF：

－83℃

NaCl：

801℃

硅晶体：

1410℃

Na：

98℃

HCl：

－115℃

KCl：

776℃

硼晶体：

2300℃

K：

64℃

HBr：

－89℃

RbCl：

718℃

二氧化硅：

1723℃

Rb：

39℃

HI：

－51℃

CsCl：

645℃

据此回答下列问题：

（1）A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。

（2）B组晶体共同的物理性质是________（填序号）。

①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性

（3）C组中HF熔点反常是由于______________