届高考化学总复习第11章物质结构与性质第3讲晶体结构与性质配套练习新人教版选修3.docx

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届高考化学总复习第11章物质结构与性质第3讲晶体结构与性质配套练习新人教版选修3

第3讲　晶体结构与性质

【2019·备考】

最新考纲：

1.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。

2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。

3.了解分子晶体结构与性质的关系。

4.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。

5.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。

6.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　晶体的常识和常见四种晶体性质

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

1．晶体

（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）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

a．无隙：

相邻晶胞之间没有任何间隙。

b．并置：

所有晶胞平行排列、取向相同。

（3）晶格能

①定义：

气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：

kJ·mol－1。

②影响因素

a．离子所带电荷数：

离子所带电荷数越多，晶格能越大。

b．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具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。

②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”。

2．四种晶体类型的比较

比较

类型

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

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

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，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

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）

3.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：

a．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。

b．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：

a．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。

b．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。

c．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。

d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞

CHCH3CH3CH2CH3＞CCH3CH3CH3CH3。

④金属晶体：

金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属阳离子与自由电子静电作用越强，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：

Na＜Mg＜Al。

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原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。

③原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。

1．（RJ选修3·P844改编）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CO2B．NaBr和O2

C．CH4和H2OD．HCl和KCl

解析　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。

答案　C

2．（RJ选修3·P848、9、10整合）下列说法正确的是（双选）（　　）

A．Na2O和SiO2熔化克服的作用力属于同种类型

B．氯化钠和HCl溶于水克服的作用力均是离子键

C．HF、HCl、HBr、HI中的熔点HF反常高的原因是HF分子之间能形成氢键

D．某晶体的熔点为112.8℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推导该晶体可能为分子晶体

解析　A项，Na2O和SiO2熔化克服的作用力分别为离子键和共价键；B项，NaCl和HCl溶于水克服的作用力分别是离子键和共价键。

答案　CD

3．（溯源题）

（1）[2017·江苏化学，21（5）]某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe（x－n）CunNy。

FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。

（2）[2016·课标全国Ⅲ，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。

（3）[2014·课标Ⅰ理综，37

（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。

答案　

（1）Fe3CuN　

（2）原子晶体　共价　（3）X－射线衍射

探源：

本高考题组源于教材RJ选修3P62“科学视野”、P65“2分子晶体与原子晶体”、P78“4离子晶体”及其拓展，对晶体类型的判断及其熔、沸点高低的比较进行了考查。

题组一　晶体类型的判断

1．下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是（　　）

A．分子晶体中一定含有共价键

B．原子晶体中共价键越强，熔点越高

C．离子晶体中含有离子键，不含有共价键

D．金属阳离子只能存在于离子晶体中

答案　B

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______________________________________________________________。

解析　

（1）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。

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＋）＜r（K＋）＜r（Rb＋）＜r（Cs＋），在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高

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

【规律总结】

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、晶体硼等）、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）常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。

（4）金属单质（注：

汞在常温为液体）与合金是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

（1）离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。

（2）原子晶体熔点高，常在一千摄氏度至几千摄氏度。

（3）分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。

（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）离子晶体溶于水形成的溶液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

离子晶体硬度较大且脆。

原子晶体硬度大。

分子晶体硬度小且较脆。

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，其熔、沸点低（熔点190℃）。

（4）合金的硬度比成分金属大，但熔、沸点比成分金属低。

题组二　晶体熔、沸点的判断

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．①③B．①④

C．②③D．②④

解析　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。

答案　D

5．

（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。

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______________________

__________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

解析　

（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。

答案　

（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，元素电负性越强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

【方法规律】

分类比较晶体的熔、沸点

首先看物质的状态，一般情况下固体>液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体（注意：

不是绝对的，如氧化铝熔点大于晶体硅），结构类型相同时再根据相应规律进行判断。

同类晶体熔、沸点比较思路为：

原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。

考点二　五类常见晶体模型与晶胞计算

（频数：

★★★　难度：

★★★）

1．典型晶体模型

（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。

②SiO2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

①NaCl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－。

②CsCl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

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

（3）图示：

在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，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、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。

3．几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目

A．NaCl（含4个Na＋，4个Cl－）

B．干冰（含4个CO2）

C．CaF2（含4个Ca2＋，8个F－）

D．金刚石（含8个C）

E．体心立方（含2个原子）

F．面心立方（含4个原子）

4．有关晶胞各物理量的关系

对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：

a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。

1．基础知识正误判断

（1）晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。

（　　）

（2）在分子晶体中一定有范德华力和化学键。

（　　）

（3）金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。

（　　）

（4）在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。

（　　）

（5）原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。

（　　）

（6）分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。

（　　）

（7）离子晶体一定都含有金属元素。

（　　）

解析　

（1）金属晶体中存在金属阳离子，但不存在阴离子。

（2）稀有气体为单原子分子，形成的晶体为分子晶体，晶体中不存在化学键。

（3）金属镁为六方最密堆积模型，每个镁原子周围与其距离最近的原子有12个。

（4）在NaCl晶体中，所有的Na＋呈面心立方最密堆积，因此每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。

（5）有些金属晶体的熔点高于某些原子晶体，如钨的熔点高于SiO2。

（6）像硫单质、碘单质等常温下为固态，金属汞常温下为液态，因此硫、碘等分子晶体的熔点高于金属汞晶体。

（7）铵盐如NH4Cl形成离子晶体，不含金属元素。

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×

2．（RJ选修3·P776改编）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。

答案　

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

简单立

方堆积

Po（钋）

52%

6

体心立

方堆积

Na、K、Fe

68%

8

六方最

密堆积

Mg、Zn、Ti

74%

12

面心立方

最密堆积

Cu、Ag、Au

74%

12

3.（溯源题）

（1）[2017·课标全国Ⅱ，35（4）]R的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为__________________________________________。

（2）[2016·课标全国Ⅰ，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（

，

，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）。

答案　

（1）

（2）①（

，

，

）　②

×107

探源：

该高考题组源于教材RJ选修3P76“资料卡片”及其拓展，考查的是对晶胞的分析和计算。

题组一　晶胞中原子个数的计算

1.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

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。

答案　B

2．已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝________。

解析　La：

2×

＋12×

＝3

Ni：

12×

＋6×

＋6＝15

所以n＝5。

答案　5

3．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________。

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。

答案　CuH

4．

（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________。

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N（B）∶N（O）＝1∶（1＋2/2）＝1∶2，化学式为BO

。

答案　

（1）MgB2　

（2）BO

题组二　晶胞密度、原子半径及空间利用率质量的计算

5．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（如右图），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（阿伏加德罗常数的值为NA，要求列式计算）。

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，则r＝

×

cm≈1.27×10－8cm。

答案　12　

×

≈1.27×10－8

6．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。

（阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为Cu，●为F）

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。

答案　

×1010

【练后反思】

晶体结构的相关计算

1．晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×

。

2．空间利用率＝

。

3．金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式（设棱长为a）

（1）面对角线长＝

a。

（2）体