届高考化学一轮知识梳理训练第11章 第3讲 晶体结构与性质.docx

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届高考化学一轮知识梳理训练第11章第3讲晶体结构与性质

第3讲　晶体结构与性质

[考纲要求]　1.理解离子键的含义，能说明离子键的形成。

2.了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。

3.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。

4.能用金属键的自由电子理论解释金属的某些物理性质。

5.知道金属晶体的基本堆积方式，了解简单晶体的晶胞结构特征。

6.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒、微粒间作用力的区别。

考点一　晶体常识

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。

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（　　）

（6）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（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√

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×

＋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．如图是由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×

＋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。

6.

Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如右图所示。

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。

7．科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图所示。

该化合物中的K原子和C60分子的个数比为________。

答案　3∶1

解析　根据晶胞结构可以判断C60：

8×

＋1＝2，K：

2×6×

＝6，所以K原子与C60分子的个数之比为3∶1。

　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。

考点二　突破四类晶体的组成和性质

1．四类晶体的比较

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。

深度思考

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（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）×　（5）×　（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、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　BDF　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__________________________________________________。

（4）D组晶体可能具有的性质是__________（填序号）。

①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电

（5）D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为________________________________________________________________________。

解题指导　通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。

答案　

（1）原子　共价键　

（2）①②③④

（3）HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多（只要答出HF分子间能形成氢键即可）　（4）②④

（5）D组晶体都为离子晶体，r（Na＋）

解析　

（1）根据A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。

（2）B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。

（3）HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。

（4）D组属于离子晶体，具有②④两条性质。

（5）D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。

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，结果如表：

序号

熔点/℃

硬度

水溶性

导电性

水溶液与Ag＋反应

A

811

较大

易溶

水溶液或熔融导电

白色沉淀

B

3500

很大

不溶

不导电

不反应

C

－114.2

很小

易溶

液态不导电

白色沉淀

（1）晶体的化学式分别为A______________、B________________________________________、

C____________。

（2）晶体的类型分别是A______________、B________________________、C____________。

（3）晶体中微粒间作用力分别是A________、B____________________、C________。

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

解析　根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。

　晶体类型的5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、Na2O2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，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。

（4）金属单质是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

（1）离子晶体的熔点较高。

（2）原子晶体熔点很高。

（3）分子晶体熔点低。

（4）金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。

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、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。

注意　

（1）常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体（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。

（3）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℃）。

（4）合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。

题组二　晶体熔、沸点的比较

4．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是（　　）

A．Cl2>I2

B．SiCl4

C．NH3>PH3

D．C（CH3）4>CH3CH2CH2CH2CH3

答案　C

解析　A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。

5．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

答案　C

解析　离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷总数越多，半径越小，晶格能越大。

6．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是（　　）

A．O2、I2、HgB．CO、KCl、SiO2

C．Na、K、RbD．Na、Mg、Al

答案　BD

解析　A项，中Hg在常温下为液态，而I2为固态；B项，中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低；C项，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；D项，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。

　分类比较晶体的熔、沸点

1．不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律

原子晶体>离子晶体>分子晶体。

金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。

2．原子晶体

由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。

如熔点：

金刚石>石英>碳化硅>硅。

3．离子晶体

一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：

MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。

4．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、沸点反常的高。

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，F2

（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>

。

考点三　突破五类晶体模型

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

特别提醒　

（1）判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。

如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目（Na＋用“○”表示）：

每个面上有4个，共计12个。

（2）常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。

当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。

深度思考

1．在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？

分子晶体中有化学键吗？

答案　不一样，金刚石中表示的是C—C共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力；分子晶体中多数含有化学键（如CO2中的C===O键），少数则无（如稀有气体形成的晶体）。

2．下列排列方式中，A.ABCABCABC　B．ABABABABAB　C．ABBAABBA　D．ABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是____________；属于铜型堆积方式的是______。

答案　B　A

题组一　重视教材习题，做好回扣练习

1．（选修3P82－2）下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是（　　）

A．O2和SiO2B．NaI和I2

C．CO2和H2OD．CCl4和NaCl

答案　C

2．（选修3P84－1）在单质的晶体中，一定不存在（　　）

A．离子键

B．分子间作用力

C．共价键

D．金属离子与自由电子间的作用

答案　A

3．（选修3P84－7）X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。

下列说法中不正确的是（　　）

A．X的单质固态时为分子晶体

B．Y的单质为原子晶体

C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体

D．X与碳形成的化合物为分子晶体

答案　C

4．（选修3P84－8）下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是（　　）

A．Na2O和SiO2熔化B．Mg和S熔化

C．氯化钠和蔗糖熔化D．碘和干冰升华

答案　D

题组二　强化记忆晶胞结构

5．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④；

（4）碘晶体③；

（5）氟化钙⑥；

（6）钠⑤；

（7）冰晶体⑧；

（8）水合铜离子⑦；

（9）H3BO3晶体⑩；

（10）铜晶体⑨。

题组三　对晶胞结构的考查

6．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＋周围距离相等的Na＋共有6个

C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻6个Cl－

D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子

答案　BC

解析　氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，距离相等且最近的Cl－共有6个。

7．

（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地在三维空间里堆积，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________，最外层电子排布式是__________。

答案　

（1）非密置　4　密置　6

（2）6　1

（3）六　ⅥA　Po　6s26p4

探究