优化方案版高考化学大一轮复习 第三讲 晶体结构与性质讲义选修3文档格式.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空隙。

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。

二、四种晶体类型的比较

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　

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

溶解性

相似相溶

难溶于任何溶剂

难溶于常见溶剂

大多易溶于水等极性溶剂

导电、传热性

一般不导电，溶于水后有的能导电

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）

三、晶体熔、沸点的比较

1．不同类型晶体熔、沸点的比较

（1）不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：

原子晶体>

离子晶体>

分子晶体。

（2）金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。

2．同种晶体类型熔、沸点的比较

（1）原子晶体

―→

如熔点：

金刚石>

碳化硅>

硅。

（2）离子晶体

①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：

MgO>

MgCl2>

NaCl>

CsCl。

②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。

（3）分子晶体

①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；

具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高，如H2O>

H2Te>

H2Se>

H2S。

②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>

GeH4>

SiH4>

CH4。

③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、沸点越高，如CO>

N2、CH3OH>

CH3CH3。

④同分异构体支链越多，熔、沸点越低。

例如：

CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>

（4）金属晶体

金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：

Na<

Mg<

Al。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（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．在下列物质中：

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

其中：

（1）只含有离子键的离子晶体是________；

（2）既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________；

（3）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）既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________；

（5）含有极性共价键的非极性分子是________；

（6）含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________；

（7）含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________；

（8）含有极性共价键的原子晶体是________。

（1）NaCl、Na2S　

（2）NaOH、（NH4）2S　（3）（NH4）2S

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

名师点拨

1常温下为气态或液态的物质，其晶体类型一般为分子晶体Hg除外。

2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1.42×

10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长键长为1.54×

10－10m短，所以熔、沸点高于金刚石。

3AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低熔点190℃。

　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组成，对这三种晶体进行实验，结果如下表：

熔点/℃

水溶性

导电性

水溶液与Ag＋反应

A

801

易溶

水溶液（或熔融状态）导电

白色沉淀

B

3550

不溶

不导电

不反应

C

－114.2

很小

液态不导电

（1）晶体的化学式分别为A___________，B___________，

C__________。

（2）晶体的类型分别为A__________，B________，C________。

（3）晶体中微粒间作用力分别是A________，B________________________________________________________________________，

C____________。

[解析]　由A在水溶液中（或熔融状态）导电，可知A为离子晶体，即为NaCl，其中含离子键；

B的硬度很大，不溶于水，又不导电，则知B为原子晶体，即为金刚石，其中含共价键；

C的熔点很低，可知C为分子晶体，即为HCl，是靠分子间作用力形成的晶体。

[答案]　

（1）NaCl　C　HCl

（2）离子晶体　原子晶体　分子晶体

（3）离子键　共价键　范德华力

晶体类型的五种判断方法

1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断

（1）离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。

（2）原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。

（3）分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用是范德华力或氢键。

（4）金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。

2．依据物质的类别判断

（1）金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（NaOH、KOH等）和绝大多数盐类是离子晶体。

（2）大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅等）、非金属氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、几乎所有的酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。

（3）常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。

（4）金属单质、合金是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

（1）离子晶体的熔点较高。

（2）原子晶体的熔点高。

（3）分子晶体的熔点低。

（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

（1）离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。

（2）原子晶体一般为非导体。

（3）分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（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。

（4）金属晶体是电的良导体。

5．依据硬度和机械性能判断

（1）离子晶体硬度较大或硬而脆。

（2）原子晶体硬度大。

（3）分子晶体硬度小且较脆。

（4）金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

题组一　四种晶体类型的性质

1．（2016·

上海高三模拟）下面的排序不正确的是（　　）

A．晶体熔点的高低：

对羟基苯甲醛>

邻羟基苯甲醛

B．硬度由大到小：

晶体硅

C．熔点由高到低：

Na>

Mg>

Al

D．晶格能由大到小：

NaF>

NaBr>

NaI

解析：

选C。

A项形成分子间氢键的物质的熔、沸点要大于形成分子内氢键的物质，正确；

B项均为原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，硬度越大，键长有：

C—C键<

C—Si键<

Si—Si键，故硬度相反，正确；

C项均为金属晶体，熔点大小取决于原子半径大小以及阳离子所带电荷数，其规律是离子半径越小，所带电荷数越多，熔点越高，则熔点Al>

Na，不正确；

D项离子所带电荷相同时离子键的强弱与离子半径有关，半径越小，则离子键越强，晶格能越大，正确。

2．（教材改编）下列物质：

①水晶　②冰醋酸　③氧化钙　④白磷　⑤晶体氩　⑥氢氧化钠　⑦铝　⑧金刚石　⑨过氧化钠　⑩碳化钙　⑪碳化硅　⑫干冰　⑬过氧化氢。

（1）属于原子晶体的化合物是________。

（2）直接由原子构成的晶体是________。

（3）直接由原子构成的分子晶体是________。

（4）由极性分子构成的晶体是________，含有非极性键的离子晶体是________，属于分子晶体的单质是________。

（5）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________，受热熔化后需克服共价键的是________。

属于原子晶体的化合物是水晶和碳化硅；

属于分子晶体的有氩（无化学键）、白磷（非极性分子）、干冰（极性键构成的非极性分子）、过氧化氢和冰醋酸（由极性键和非极性键构成的极性分子）；

属于离子晶体的有CaO（离子键）、NaOH（既存在离子键又存在极性共价键）、Na2O2和CaC2（既存在离子键又存在非极性共价键）。

金属导电过程不发生化学变化，晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。

（1）①⑪　

（2）①⑤⑧⑪　（3）⑤

（4）②⑬　⑨⑩　④⑤

（5）⑦　②④⑫⑬　①⑧⑪

题组二　晶体熔、沸点的比较

3．（教材改编）离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。

判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是（　　）

A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaO

B．NaCl＞KCl＞CaO＞BaO

C．CaO＞BaO＞NaCl＞KCl

D．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl

离子晶体中，离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高。

4．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是（　　）

①O2、I2、Hg　②CO、KCl、SiO2　③Na、K、Rb

④Na、Mg、Al

A．①③　　　　　　　　B．①④

C．②③D．②④

选D。

①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；

②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；

③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；

④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。

（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℃。

考点二　几种常见晶体类型及晶胞计算[学生用书P274]

一、典型晶体模型

晶体结构

晶体详解

金刚石

（1）每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构

（2）键角均为109°

28′（3）最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内（4）每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2

SiO2

（1）每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构

（2）每个正四面体占有1个Si，4个“

O”，n（Si）∶n（O）＝1∶2（3）最小环上有12个原子，即6个O，6个Si

干冰

（1）8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子

（2）每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个

NaCl型

（1）每个Na＋（Cl－）周围等距且紧邻的Cl－（Na＋）有6个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个

（2）每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－

CsCl型

（1）每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋（Cl－）周围等距且紧邻的Cs＋（Cl－）有6个

（2）如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－

简单立方堆积

典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%

面心立方最密堆积

典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%

体心立方堆积

典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%

六方最密堆积

典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%

二、晶胞中微粒的计算方法——均摊法

　（2016·

南京高三质检）下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图（未按顺序排序）。

（1）辨别晶胞（请用相应的编号）

①钠晶胞是________；

②钋晶胞是________；

③金刚石晶胞是________；

④干冰晶胞是________；

⑤氯化钠晶胞是________。

（2）钋晶胞的堆积方式是________，钠晶胞的堆积方式是________。

（3）与冰的晶体类型相同的是________（填编号）。

（4）在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键（如图所示），已知冰的升华热是51kJ·

mol－1，除氢键外，水分子间还存在范德华力（11kJ·

mol－1），则冰晶体中氢键的“键能”是________kJ·

A为NaCl的晶胞，B为干冰的晶胞，C为钋的晶胞，D为金刚石的晶胞，E为钠的晶胞，与冰的晶体类型相同的是B。

（4）冰晶体中每摩尔水形成2mol氢键，冰升华吸热51kJ，需破坏范德华力及氢键，故氢键的“键能”是

＝20kJ·

（1）①E　②C　③D　④B　⑤A　

（2）简单立方堆积　体心立方堆积　（3）B　（4）20

　“均摊法”拓展

（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。

　（2014·

高考全国卷Ⅰ，37,15分）早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，回答下列问题：

（1）准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。

（2）基态Fe原子有________个未成对电子。

Fe3＋的电子排布式为________。

可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。

（3）新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。

乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。

（4）Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。

列式表示Al单质的密度________________________g·

cm－3（不必计算出结果）。

[解析]　

（1）晶体是内部质点（原子、分子或离子）在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射的方法进行区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。

（2）基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。

Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

用硫氰化钾检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。

（3）中心原子形成的杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键电子。

乙醛的结构简式为

，其中—CH3上的碳原子形成4个σ键，采取sp3杂化，而—CHO上的碳原子形成3个σ键和1个π键，且不含未成键电子，采取sp2杂化。

共价单键都是σ键，双键中有一个是σ键，另一个是π键，1mol乙醛分子中含有4molC—H键、1molC—C键和1molC===O键，故1mol乙醛含有6molσ键。

乙酸和乙醛均能形成分子晶体，但乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛。

Cu2O立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则一个Cu2O晶胞含有氧原子个数为4＋

×

6＋

8＝8，那么该晶胞中含有铜原子个数为16。

（4）Al单质为面心立方晶体，则晶胞中Al原子的配位数为12。

每个晶胞中含有Al原子个数为8×

＋6×

＝4个，晶胞参数a＝0.405nm＝0.405×

10－7cm，晶胞的体积为（0.405×

10－7cm）3，因此晶胞的密度可表示为

g·

cm－3。

[答案]　

（1）X射线衍射　

（2）4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5　红色　（3）sp3、sp2　6NA　CH3COOH存在分子间氢键　16

（4）12　

　下列排列方式中：

A.ABCABCABC　B．ABABABABAB　C．ABBAABBA　D．ABCCBAABCCBA，

属于六方最密堆积方式的是________；

属于面心立方最密堆积方式的是________。

B　A

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（立方晶胞）]，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。

题组一　常见的晶体结构的考查

1．（教材改编）下面有关晶体的叙述中，不正确的是（　　）

A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子

B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有6个

C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围等距且紧邻8个Cl－

D．干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻12个CO2分子

选B。

氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有12个。

每个Na＋周围距离相等且紧邻的Cl－共有6个。

2．

（1）将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。

在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；

B属于________层，配位数是________。

（2）将非密置层一层一层的在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是________，平均每个晶胞所占有的原子数目是________。

（3）有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。

钋位于元素周期表的第________周期第______族，元素符号是________，最外电子层的电子排布式是________。

（1）非密置　4　密置　6　

（2）6　1

（3）六　ⅥA　Po　6s26p4

题组二　晶胞的计算

3．测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为acm，该晶体密度为dg·

cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为（　　）

A.

　　　　　　　　.

C.

.

一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。

由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为V＝

（2acm）3＝2a3cm3，由等式NA·

d·

V＝58.5，可得NA＝

。

4．用晶体的X射线衍射法对Cu的晶体测定得到以下结果：

Cu的晶胞为面心立方最密堆积（如图），已知该晶体的密度为9.00g·

cm－3，晶胞中该原子的配位数为__________；

Cu的原子半径为________________________________________________________________________

cm（阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算）。

设晶胞的边长为acm，则Cu原子半径为r，则a3·

ρ·

NA＝4×

64，a＝

面对角线为

a，面对角线的

为Cu原子半径，则r＝

＝1.28×

10－8（cm）。

12　

10－8

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