版高考化学一轮复习第十二章有机化学基础第39讲晶体结构与性质学案.docx

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版高考化学一轮复习第十二章有机化学基础第39讲晶体结构与性质学案

第39讲　晶体结构与性质

考纲要求　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结构微粒、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。

考点一　晶体和晶胞

1．晶体与非晶体

晶体

非晶体

结构特征

结构微粒周期性有序排列

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

各向同性

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.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．晶胞组成的计算——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。

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，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占。

（1）冰和碘晶体中相互作用力相同（　　）

（2）晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列（　　）

（3）凡有规则外形的固体一定是晶体（　　）

（4）固体SiO2一定是晶体（　　）

（5）缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块（　　）

（6）晶胞是晶体中最小的“平行六面体”（　　）

（7）区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×　（7）√

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.下图是由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

解析　R：

8×＋1＝2

G：

8×＋8×＋4×＋2＝8

Q：

8×＋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。

3．

（1）硼化镁晶体在39K时呈超导性。

在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。

则硼化镁的化学式为________。

（2）在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。

下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。

答案　

（1）MgB2　

（2）BO

解析　

（1）每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。

（2）从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶（1＋2/2）＝1∶2，化学式为BO。

4．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。

则该化合物的化学式为________。

答案　CuH

解析　根据晶胞结构可以判断：

Cu（）：

2×＋12×＋3＝6；H（）：

6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。

考点二　常见晶体结构模型的微观结构分析

1．原子晶体（金刚石和二氧化硅）

（1）金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。

含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

（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个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1molSiO2中含有4molSi—O键。

2．分子晶体

（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。

（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”。

3．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。

4．石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，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。

5．常见金属晶体的原子堆积模型

结构型式

常见金属

配位数

晶胞

面心立方最密堆积

Cu、Ag、Au

12

体心立方堆积

Na、K、Fe

8

六方最密堆积

Mg、Zn、Ti

12

1．判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在线上。

（1）干冰晶体②；

（2）氯化钠晶体①；

（3）金刚石③；

（4）钠④；

（5）冰晶体⑤；

（6）铜晶体⑥。

2．下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。

A．NaCl（含________个Na＋，________个Cl－）

B．干冰（含________个CO2）

C．CaF2（含________个Ca2＋，________个F－）

D．金刚石（含________个C）

E．体心立方（含________个原子）

F．面心立方（含________个原子）

答案　A．4　4　B．4　C．4　8　D．8　E．2　F．4

3．（常见晶体结构模型）填空。

（1）在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子；每个C原子被________个最小碳环共用。

（2）在干冰中粒子间作用力有_____________________________________________________。

（3）含1molH2O的冰中形成氢键的数目为________。

（4）在NaCl晶体中，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Na＋，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Cl－，其立体构型为____________。

（5）在CaF2晶体中，每个Ca2＋周围距离最近且等距离的F－有________个；每个F－周围距离最近且等距离的Ca2＋有________个。

答案　

（1）6　12　

（2）共价键、范德华力　（3）2NA（4）12　6　正八面体形　（5）8　4

1．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，若晶体密度为ag·cm－3，则Cu与F最近距离为________________________________________________________________________

________________pm。

（NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达式，不用化简；图中为Cu，为F）

答案　×1010

解析　设晶胞的棱长为xcm，在晶胞中，Cu：

8×＋6×＝4；F：

4，其化学式为CuF。

a·x3·NA＝4M（CuF），

x＝。

最短距离为小立方体体对角线的一半，小立方体的体对角线为＝x。

所以最短距离为x·＝·×1010pm。

2．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－的最短距离为________________cm（NA表示阿伏加德罗常数的值，只写出计算式）。

答案　

解析　晶胞中，●个数为8×＋6×＝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·ρ·NA＝4×78

a＝

面对角线为×cm

面对角线的为×cm

边长的为×cm

所以其最短距离为

cm

＝cm。

3．用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：

Cu的晶胞为面心立方最密堆积（如下图），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）。

答案　12　×≈1.28×10－8

解析　设晶胞的边长为acm，则a3·ρ·NA＝4×64

a＝

面对角线为a

面对角线的为Cu原子半径

r＝×cm≈1.28×10－8cm。

考点三　四种晶体的性质与判断

1．四种晶体类型比较

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

原子

金属阳离子和自由电子

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

电和热的良导体

晶体不导电，水溶液或熔融态导电

2.离子晶体的晶格能

（1）定义

气态离子形成1mol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）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（　　）

（7）原子晶体的熔点一定比离子晶体的高（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

1．在下列物质中：

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

（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_______