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________。
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
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:
晶体
熔点/℃
硬度
水溶性
导电性
水溶液与Ag+反应
A
801
较大
易溶
水溶液(或熔融状态)导电
白色沉淀
B
3550
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:
金刚石>碳化硅>晶体硅
C.熔点由高到低:
Na>Mg>Al
D.晶格能由大到小:
NaF>NaCl>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Mg>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。
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________。
解析:
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。
答案:
(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
解析:
选C。
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
解析:
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
晶体结构
晶体详解
原子晶体
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
分子晶体
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
离子晶体
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-
金属晶体
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·mol-1。
解析:
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·mol-1。
答案:
(1)①E ②C ③D ④B ⑤A
(2)简单立方堆积 体心立方堆积 (3)B (4)20
名师点拨
“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________。
答案:
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
解析:
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________。
答案:
(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.
.
解析:
选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)。
解析:
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)。
答案:
12
×
=1.28×10-8
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