高考化学二轮精品复习讲义选修3第三讲晶体结构与性质Word文件下载.docx
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（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：
所有晶胞都是平行排列、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。
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、导热性
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）
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强，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。
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。
[自我检测]
1．（教材改编题）下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ）
A．Si和CO2 B．NaBr和O2
C．CH4和H2OD．HCl和KCl
解析：
选C。
A项，晶体类型不同；
B项，化学键和晶体类型均不同；
D项，化学键和晶体类型均不同。
2．（教材改编题）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。
其中：
（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；
属于分子晶体的有晶体氩（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；
分子晶体受热熔化时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、金属晶体受热熔化时均需破坏化学键。
答案：
（1）①⑪
（2）①⑤⑧⑪ （3）⑤
（4）②⑬ ⑨⑩ ④⑤ （5）⑦ ②④⑫⑬ ①⑧⑪
（1）具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。
（2）晶体与非晶体的本质区别：
是否有自范性。
（3）晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
（4）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）。
（5）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。
（6）AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低（熔点190℃）。
（1）[2016·
高考全国卷丙，37－（4）]GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是________________________________________________________________________
____________________。
（2）[2015·
高考全国卷Ⅰ，37－（4）]CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。
（3）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]
（1）根据晶体类型比较熔点。
一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。
（2）因Fe（CO）5熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。
（3）由A水溶液（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）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
（2）分子
（3）①NaCl 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，微粒间的作用为分子间作用力。
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）依据物质的分类判断
①金属氧化物（如K2O、Na2O等）、强碱（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）根据各类晶体的特征性质判断
一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；
熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；
熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属原子晶体；
能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。
晶体类型的判定
1．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ）
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑥D．①③⑤
本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘；
属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石；
晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子内不存在化学键。
2．（教材改编题）下列数据是对应物质的熔点（℃），据此做出的下列判断中错误的是（ ）
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920
1291
190
BCl3
Al2O3
CO2
SiO2
－107
2073
－57
1723
A.铝的化合物形成的晶体中有的是离子晶体
B．表中只有BCl3和CO2是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
选B。
从表中各物质的熔点可以看出，Na2O、NaCl、AlF3、Al2O3是离子晶体，SiO2是原子晶体，AlCl3、BCl3、CO2是分子晶体。
四种晶体类型的性质比较
3．下列各组物质中，按熔点由低到高顺序排列正确的是（ ）
①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb
④Na、Mg、Al
A．①③B．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。
4．
（1）碳化硅（SiC）是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。
在下列各种晶体：
①晶体硅；
②硝酸钾；
③金刚石；
④碳化硅；
⑤干冰；
⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是____________（填序号）。
（2）继C60后，科学家又合成了Si60、N60。
请解释如下现象：
熔点Si60＞N60＞C60，而破坏分子所需要的能量N60＞C60＞Si60，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（1）这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。
一般来说，原子晶体的熔点＞离子晶体的熔点＞分子晶体的熔点；
对于原子晶体，键长：
Si—Si＞Si—C＞C—C，相应键能：
Si—Si＜Si—C＜C—C，故它们的熔点：
金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
（2）熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
（1）③④①②⑥⑤
（2）结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力（或范德华力）越强，熔化所需的能量越多，故熔点：
Si60＞N60＞C60；
而破坏分子需断开化学键，元素原子半径越小，其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60＞C60＞Si60。
晶体组成与结构的5点误区
（1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体；
金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体；
含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属离子。
（2）含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。
（3）易误认为原子晶体的熔点一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710℃，MgO的熔点为2852℃。
（4）石墨属于混合型晶体，不是原子晶体，其晶体含有范德华力和共价键，熔点比金刚石高。
（5）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℃。
典型晶体模型与晶胞计算[学生用书P272]
1．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原子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
（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%
体心立方堆积
典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%
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%
六方最密堆积
典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%
2.晶胞中微粒的计算方法——均摊法
（1）原则：
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是
（2）方法
①长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算
图示：
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占
1．如图为离子晶体立体构型示意图：
（
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________。
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），N（M）∶N（N）＝
∶
＝1∶3；
在C中，含M：
4＝
（个），含N为1个。
MN MN3 MN2
2．（教材改编题）请列表比较金属晶体的简单立方、体心立方、六方和面心立方四种堆积模型的配位数，原子空间利用率、堆积方式和晶胞的区别以及列举代表物。
堆积模型
采纳这种堆积的典型代表
空间利用率
配位数
晶胞
Po（钋）
52%
6
Na、K、Fe
68%
8
Mg、Zn、Ti
74%
12
Cu、Ag、Au
“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。
高考全国卷乙，37－（6）]晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。
如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0，0，0）；
B为（
，0，
）；
C为（
，
，0）。
则D原子的坐标参数为______________。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。
已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为________________________________________________________________________
g·
cm－3（列出计算式即可）。
（2）[2016·
高考全国卷甲，37－（4）]某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
②若合金的密度为dg·
cm－3，晶胞参数a＝__________________nm。
（3）[（2016·
高考全国卷丙，37－（5）]GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·
cm－3，其晶胞结构如图所示。
该晶体的类型为________________，Ga与As以________键键合。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag·
mol－1和MAsg·
mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。
[解析]
（1）①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置（体对角线
处），由B、C点坐标可以推知D点坐标。
②1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝
107g·
cm－3。
（2）①Cu原子位于面心，个数为6×
＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×
＝1，铜原子与镍原子的数量比为3∶1。
②以该晶胞为研究对象，则
g＝dg·
cm－3×
（a×
10－7cm）3，解得a＝
107。
（3）根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。
首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：
8×
1/8＋6×
1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。
4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×
cm3；
1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即
g，所以1个晶胞的体积V2＝
（MAs＋MGa）cm3。
最后由V1/V2即得结果。
[答案]
（1）①
②
107
（2）①3∶1 ②
（3）原子晶体 共价
100%
金属晶体的晶胞有多种排列方式，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
（1）
（2）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。
常见的晶体结构的考查
1．（教材改编题）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
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）[2015·
高考全国卷Ⅰ，37－（5）]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。
（2）[2014·
高考全国卷Ⅰ，37－（3）]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。
（1）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。
（2）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＋
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