通用版版高考化学一轮复习第十二章第三节晶体结构与性质学案.docx
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通用版版高考化学一轮复习第十二章第三节晶体结构与性质学案
晶体结构与性质
第三节
晶体结构与性质
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。
了解分子晶体结构与性质的关系。
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.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。
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。
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） 晶体常识和常见四种晶体的性质【精讲精练快冲关】
[知能学通]
（一）晶体
1.晶体与非晶体的比较
比较
晶体
非晶体
结构特征
构成粒子周期性有序排列
构成粒子无序排列
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
测定其是否有固定的熔点
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
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。
3．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。
（二）四种晶体类型的结构与性质
晶体类型
比较项目
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
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及实例
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Na2O）、强碱（如
KOH）、绝大部分盐（如NaCl）
[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。
[题点练通]
晶体微粒间作用力及晶体类型的判断
1．下列属于分子晶体的性质的是（ ）
A．组成晶体的微粒是离子
B．能溶于CS2，熔点为112.8℃，沸点为444.6℃
C．熔点为1400℃，可作半导体材料，难溶于水
D．熔点高，硬度大
解析：
选B 分子晶体的组成微粒是分子，A错误；分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小，晶体固态和熔融状态时均不导电，C、D错误；极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，B正确。
2．根据表中几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中错误的是（ ）
NaCl
MgO
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
801
2852
190
－68
2300
沸点/℃
1465
3600
182.7
57
2500
注：
AlCl3熔点在2.5×105Pa条件下测定。
A．SiCl4常温下是液态
B．单质B是原子晶体
C．AlCl3是分子晶体
D．MgO的晶格能比NaCl小
解析：
选D 根据晶体性质特点及表中数据进行分析，SiCl4熔点为－68℃，沸点为57℃，常温下为液体，A正确；单质B的熔、沸点很高，是原子晶体，B正确；AlCl3的熔、沸点低，是分子晶体，C正确；NaCl的熔点和沸点均比MgO低，其原因是MgO晶体的晶格能比NaCl大，D错误。
3．下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是（ ）
A．由分子间作用力结合而成，熔点低
B．固体或熔融后易导电，熔点在1000℃左右
C．由共价键结合网状结构，熔点高
D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电
解析：
选B 由分子间作用力结合而成，熔点低，属于分子晶体的性质，A错误；由共价键结合网状结构，熔点高，属于原子晶体的性质，C错误；固体不导电，但溶于水或熔融后能导电，属于离子晶体的性质，D错误。
4．在一定条件下，可得到一种原子晶体CO2（如图所示），下列对该物质的推断一定不正确的是（ ）
A．该晶体中含有极性键
B．该晶体易汽化，可用作制冷材料
C．该晶体有很高的熔、沸点
D．该晶体硬度大，可用作耐磨材料
解析：
选B 原子晶体CO2具有空间网状结构，其成键情况也发生了变化，由原来的碳氧双键变为碳氧单键，但化学键依然为极性共价键，故A正确；原子晶体具有硬度大，熔、沸点高等特点，故C、D正确，B错误。
5．
（1）金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色易挥发性液体Ni（CO）4，呈正四面体构型。
试推测Ni（CO）4的晶体类型是________，Ni（CO）4易溶于________（填标号）。
A．水 B．四氯化碳
C．苯D．硫酸镍溶液
（2）实验测得铝元素与氯元素形成化合物的实际组成为Al2Cl6，其球棍模型如图所示。
已知Al2Cl6在加热时易升华，Al2Cl6属于_________（填晶体类型）晶体。
Na[Al（OH）4]属于_________（填晶体类型）晶体，存在的化学键有________________________。
（3）磷化硼（BP）是一种有价值的耐磨硬涂层材料，它是在高温（>750℃）氢气氛围下通过三溴化硼和三溴化磷反应制得的，可知BP为____________晶体。
（4）原子簇是由几个到几百个原子形成的聚集体，如铝原子簇Al13、Al14。
已知原子簇价电子总数为2,8,20,40,58…时，原子簇通常可稳定存在。
其中Al13的性质与卤素性质相似，则铝原子簇Al13属于____________晶体，铝原子之间的作用力为________。
解析：
（1）由“易挥发性液体”可知Ni（CO）4是分子晶体，由“正四面体构型”可知Ni（CO）4是非极性分子，易溶于非极性溶剂四氯化碳和苯中。
（2）由图可知，Al2Cl6是分子晶体。
Na[Al（OH）4]是离子化合物，故是离子晶体，存在离子键、极性共价键、配位键。
（3）磷化硼（BP）是一种有价值的耐磨硬涂层材料，说明硬度比较大；它是在高温（>750℃）氢气氛围下通过三溴化硼和三溴化磷反应制得的，说明耐高温；熔、沸点比较高，是原子晶体。
（4）由题目信息可知，铝原子簇Al13应为分子晶体，内部铝原子之间的作用力为共价键。
答案：
（1）分子晶体 BC
（2）分子 离子 离子键、极性共价键、配位键 （3）原子 （4）分子 共价键
方法规律
“五依据”突破晶体类型判断
（1）依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断
①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。
②原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。
③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为范德华力或氢键。
④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。
（2）依据物质的类别判断
①金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（如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（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外）、气态氢化物、非金属氧化物（SiO2除外）、酸、绝大多数有机物（有机盐除外）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（常温汞除外）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1000余度。
②原子晶体熔点高，常在1000度至几千度。
③分子晶体熔点低，常在数XX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离子晶体水溶液及熔化时能导电。
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（主要指酸和非金属氢化物）溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。
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。
晶格能及晶体熔、沸点高低的比较
6.下列物质的熔点高低顺序正确的是（ ）
A．金刚石>碳化硅>晶体硅
B．氧化铝>氯化钾>氯化钠
C．H2O>NH3>PH3>AsH3
D．生铁>Na>纯铁
解析：
选A 键能：
C—C>Si—C>Si—Si，键能越大，物质的熔点越高，A正确；因为Na＋的离子半径比K＋小，NaCl的晶格能大于KCl的晶格能，故NaCl晶体的熔点高于KCl晶体，B错误；PH3和AsH3中不存在氢键，其熔点高低与范德华力有关，而相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔点越高，故PH3的熔点低于AsH3，C错误；纯铁的熔点高于生铁（合金），钠的熔点最低，D错误。
7．下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是（ ）
A．CaO与CO2B．NaCl与HCl
C．SiC与SiO2D．Cl2与I2
解析：
选C A项，CaO是离子化合物，熔化时断裂离子键，而CO2在固态时是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关；B项，NaCl是离子化合物，熔化时断裂离子键，而HCl在固态时是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关；C项，SiC和SiO2都是原子晶体，熔化时断裂的是共价键，与化学键有关；D项，Cl2和I2在固态时都是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关。
8．（2019·成都模拟）几组物质的熔点（℃）数据如表所示：
A组熔点/℃
B组熔点/℃
C组熔点/℃
D组熔点/℃
金刚石：
>3550
Li：
181
HF：
－83
NaCl
硅晶体：
1410
Na：
98
HCl：
－115
KCl
硼晶体：
2300
K：
64
HBr：
－89
RbCl
二氧化硅：
1732
Rb：
39
HI：
－51
MgO：
2800
据此回答下列问题：
（1）①由表格中数据可知，A组中物质的熔点普遍偏高，A组物质属于________晶体，其熔化时克服的粒子间作用力是______________；②二氧化硅的熔点高于硅晶体，原因是
________________________________________________________________________。
（2）B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________（填序号）。
①有金属光泽 ②导电 ③导热 ④具有延展性
（3）C组中HF的熔点反常是由于__________________________________________。
（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组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为__________________，MgO晶体的熔点高于其他三者，其原因是___________________________________________。
解析：
（5）晶格能与离子所带电荷数和离子半径有关，所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。
答案：
（1）①原子 共价键 ②Si—O键的键长小于Si—Si键的，SiO2的键能大
（2）金属键 ①②③④
（3）HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多
（4）②④ （5）NaCl>KCl>RbCl MgO为离子晶体，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高
9．
（1）（2018·全国卷Ⅰ）Li2O是离子晶体，其晶格能可通过如图所示的Born Haber循环计算得到。
可知Li2O晶格能为__________kJ·mol－1。
（2）（2017·全国卷Ⅰ）K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是__________________________________________。
（3）（2017·全国卷Ⅲ）在CO2低压合成甲醇反应（CO2＋3H2===CH3OH＋H2O）所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________________________，原因是____________________。
（4）（2016·全国卷Ⅲ）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是________________________________________________________________________。
（5）（2015·全国卷Ⅱ）单质氧有两种同素异形体，其中沸点高的是________（填分子式），原因是________________________________________________________________________。
答案：
（1）2908
（2）K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱
（3）H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多，CO2和H2均为非极性分子，CO2的相对分子质量较大，范德华力较大
（4）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
（5）O3 O3相对分子质量较大，范德华力大
10．
（1）Na2SO4的熔点为884℃，NaNO3的熔点为307℃，Na2SO4熔点更高的原因是__________________________________________________。
（2）晶体硅的结构与金刚石非常相似，金刚石、晶体硅和金刚砂（碳化硅）的熔点由高到低的顺序为______________（填化学式）。
（3）如表所示是一组物质的沸点数据：
有机物
甲醇（CH3OH）
丙烯（CH3CH===CH2）
一氟甲烷（CH3F）
相对分子质量
32
42
34
沸点/℃
64.7
－47.7
－78.2
甲醇相对分子质量较小，沸点却高于其他两种物质的原因是____________________。
解析：
（1）由于Na2SO4和NaNO3均为离子晶体，SO所带电荷比NO的多，故Na2SO4的晶格能较大，所以Na2SO4熔点较高。
（2）金刚石、晶体硅和金刚砂（碳化硅）均是原子晶体，原子半径：
CSiC>Si。
（3）由于甲醇分子间存在氢键，从而导致甲醇沸点高。
答案：
（1）Na2SO4和NaNO3均为离子晶体，SO所带电荷比NO的多，故Na2SO4晶格能较大，熔点较高
（2）C>SiC>Si （3）甲醇分子间存在氢键
[归纳拓展]
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．同种类型晶体熔、沸点的比较
（1）原子晶体
原子半径越小、键长越短、键能越大，物质的熔、沸点越高，如熔点：
金刚石＞碳化硅＞硅。
（2）离子晶体
一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：
MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。
（3）分子晶体
①分子间范德华力越大，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分子晶体（相对分子质量接近），其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3Cl＞CH3CH3。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷>异戊烷>新戊烷。
（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，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：
Na＜Mg＜Al。
考点
（二） 五类常见晶体模型与晶胞计算【精讲精练快冲关】
[知能学通]
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个水分子以氢链相连接，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．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）。
[题点练通]
晶胞中微粒数目的计算
1．石英晶体的晶胞结构图如图所示，在含xmolSiO2的石英晶体中，含有Si—O键为（ ）
A．xmol B．2xmol
C．3xmolD．4xmol
解析：
选D SiO2晶体中1个Si原子连接4个O原子形成4个Si—O键，故xmolSiO2晶体中含有4xmolSi—O键。
2．某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。
X为阴离子，在正方体内，Y为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为（ ）
A．Y2X B．YX2
C．Y7X4D．Y4X7
解析：
选B X在正方体内，晶胞中的8个X离子完全被这1个晶胞占有；Y分别在顶点和面心，顶点上的离子被1个晶胞占有，面心上的离子被1个晶胞占有，所以1个晶胞实际占有的Y离子为8×＋6×＝4，则该晶体的化学式为YX2。
3．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积（镁型）、面心立方堆积（铜型）和体心立方堆积（钾型），图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为（ ）
A．11∶8∶4B．3∶2∶1
C．9∶8∶4D．21∶14∶9
解析：
选B a中原子个数＝12×＋2×＋3＝6，b中原子个数＝8×＋6×＝4，c中原子个数＝1＋8×＝2，所以其原子个数比是6∶4∶2＝3∶2∶1。
4．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（ ）
A．3∶1B．1∶3
C．1∶20D．20∶1
解析：
选A 根据晶胞结构可以判断该晶胞中含C60分子数目为8×＋1＝2，含K原子数目为2×6×＝6，所以K原子与C60分子的个数比为3∶1。
5．某物质的晶体中含有a、b、c三种元素，其排列方式如图所示（其中前后两面面心中的b元素的原子未能画出）。
则晶体中a、b、c的原子个数比为（ ）
A．1∶3∶1B．2∶3∶1
C．2∶2∶1D．1∶3∶3
解析：
选A 利用均摊法计算。
据图知，该正方体中a原子个数＝8×＝1，b原子个数＝6×＝3，c原子个数＝1，所以晶体中a、b、c的原子个数比为1∶3∶1。
6．（2015·全国卷Ⅰ节选）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。
解析：
（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。
答案：
（1）3 2
（2）12 4
[方法规律] 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
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。
（3）图示：
（4）注意事项：
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。
晶体密度及微粒间距离的计算
7.（2018·全国卷Ⅰ节选）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。
已知晶胞参数为0.4665nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为__________g·cm－3（列出计算式）。
解析：
由题给图示可知，Li位于晶胞内部，O位于顶点和面心，因此一个晶胞有8个Li，O原子个数＝6×＋8×＝4。
因此一个Li2O晶胞的质量＝g，一个晶胞的体积为（0.4665×10－7）3cm3，即该晶体密度＝g·cm－3。
答案：
8.（2018·全国卷Ⅱ节选）FeS2晶体的晶胞如图所示。
晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的
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