全国通用版版高考化学大一轮复习第47讲晶体结构与性质优选学案.docx

全国通用版版高考化学大一轮复习第47讲晶体结构与性质优选学案.docx

《全国通用版版高考化学大一轮复习第47讲晶体结构与性质优选学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国通用版版高考化学大一轮复习第47讲晶体结构与性质优选学案.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

全国通用版版高考化学大一轮复习第47讲晶体结构与性质优选学案

第47讲　晶体结构与性质

考纲要求

考情分析

命题趋势

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计算。

2017，全国卷Ⅰ，35T

2017，全国卷Ⅱ，35T

2017，全国卷Ⅲ，35T

2016，全国卷甲，37T

2016，全国卷乙，37T

2016，全国卷丙，37T

高考对本部分的考查主要从两个方面切入：

（1）关于晶胞的计算；

（2）晶体微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。

预计2019年高考将主要考查晶体类型、四种晶体的区别、晶体的结构特点以及晶胞的相关计算。

题型以非选择题为主，分值约为4分。

分值：

4～6分

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__

实例

冰、NaCl、Fe

玻璃、石蜡

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

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）晶胞中粒子数目的计算——均摊法

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。

“均摊法”原理及其注意事项

（1）基本原理（适用长方体晶胞）

（2）注意事项

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。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。

（1）具有规则几何外形的固体一定是晶体。

（　×　）

（2）晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列。

（　√　）

（3）晶体与非晶体的本质区别：

是否有自范性。

（　√　）

（4）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。

（　√　）

2．区别晶体与非晶体的最科学的方法是（　D　）

A．观察自范性　　B．观察各向异性

C．测定固定熔点　　D．进行X－射线衍射实验

3．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__2∶1__，乙中a与b的个数比是__1∶1__，丙中一个晶胞中有__4__个c离子和__4__个d离子。

　晶体中常见的四种计算

1．计算1个晶胞中的粒子数目

例如：

NaCl晶胞（如图）

非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。

例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）对六边形的贡献为，那么每一个六边形实际有6×＝2个碳原子。

2．计算原子晶体中共价键的数目

例如：

在金刚石晶体中，每个C参与了4个C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半。

因此，平均每一个碳原子形成共价键的数目为4×＝2。

则1mol金刚石中碳碳键的数目为2NA。

3．化学式计算

运用均摊法计算出一个晶胞中的粒子数目，然后再求其比值，得出化学式。

例如：

元素Cu的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，晶胞中有4个铜原子，4个氯原子，化学式为CuCl。

4．计算晶体密度和晶体中微粒间距离

（1）计算晶体密度的方法

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）；又1个晶胞的质量为ρa3g（a3为晶胞的体积），则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。

（2）计算晶体中微粒间距离的方法

[例1]

（1）立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为540.0pm，密度为__＝4.1__g·cm－3（列式并计算），a位置S2－离子与b位置Zn2＋离子之间的距离为____pm（列式表示）。

（2）（2017·江苏卷节选）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Fex－nCunNy。

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__Fe3CuN__。

（3）（2017·全国卷Ⅱ节选）我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表）。

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　（或×10－21）　。

解析

（1）用均摊法算出每个晶胞中含4个Zn2＋和4个S2－。

其质量为4×g，其体积是（540.0×10－10cm）3，所以其密度为＝4.1g·cm－3。

每个黑色小球连接4个白色小球，构成正四面体结构，白球和黑色之间的夹角为109°28′，两个白球之间的距离为270pm，设S2－离子与Zn2＋离子之间的距离为x，则2x2－2x2cos109°28′＝（270）2，x＝＝pm。

（2）由图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型，利用均摊法可得晶胞中各原子个数Cu：

8×＝1，Fe：

6×＝3，N：

1，故化学式为Fe3CuN。

（3）该晶胞的体积为（a×10－7cm）3，根据×M＝（a×10－7）3d，可求出y＝（或×10－21）。

[例1]（2017·全国卷Ⅲ）研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2＋3H2===CH3OH＋H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。

回答下列问题：

（1）Co基态原子核外电子排布式为______。

元素Mn与O中，第一电离能较大的是______，基态原子核外未成对电子数较多的是______。

（2）CO2和CH3OH分子中碳原子的杂化形式分别为______和________。

（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______。

原因是_______________________________________。

（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn（NO3）2中的化学键除了σ键外，还存在______。

（5）MgO具有NaCl型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X－射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420nm，则r（O2－）为__________nm。

MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r（Mn2＋）为______nm。

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

（3）

没弄清H2O、CH3OH沸点存在差异的主要原因

－3

（5）

MgO晶胞中，边长与离子半径间的定量关系（4r＝a）记忆不牢导致计算错误

－4

[解析]

（1）Co为第四周期第Ⅷ族的27号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。

Mn是金属元素，而O元素是非金属元素，难失去电子，所以O元素的第一电离能较大。

O基态原子价电子为2s22p4，未成对电子是p轨道的2个电子，而Mn基态原子价电子排布为3d54s2，未成对电子是d轨道的5个电子，因此核外未成对电子数较多的是Mn。

（2）CO2为直线形结构，碳原子为sp杂化，CH3OH分子中碳原子的价层电子对数为4，所以碳原子为sp3杂化。

（3）常温下水和甲醇是液体，二氧化碳和氢气是气体，液体的沸点高于气体；水分子中有两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可以形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇；CO2的相对分子质量比H2大，分子间作用力较大，熔、沸点较高。

（4）硝酸锰中硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中N原子得到1个电子后共6个价电子，3个电子与3个O原子形成3个σ键，N原子剩余3个电子，与3个O原子形成π键（Π）。

（5）根据晶胞结构，面对角线是O2－半径的4倍，即4r（O2－）＝a，解得r（O2－）＝×0.420nm＝0.148nm；根据MgO晶胞的结构，a′＝2r（O2－）＋2r（Mn2＋），则r（Mn2＋）＝nm＝0.076nm。

[答案]

（1）[Ar]3d74s2　O　Mn

（2）sp杂化　sp3杂化

（3）H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2的分子量较大，范德华力较大

（4）离子键和π键（Π键）

（5）0.148　0.076

1．（2017·全国卷Ⅰ节选）

（1）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。

K与O间的最短距离为__0.315__nm，与K紧邻的O个数为__12__。

（2）在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于__体心__位置，O处于__棱心__位置。

解析

（1）二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即×0.446nm≈0.315nm。

与钾紧邻的氧原子有12个。

（2）想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。

1．（2017·海南卷节选）碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图所示。

K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为__K3C60__；其晶胞参数为1.4nm，晶体密度为__2.03__g·cm－3。

解析每个晶胞中含有K的个数为12×＋9×1＝12，含C60的个数为8×＋6×＝4，所以化合物的化学式为K3C60；每个晶胞中含有4个“K3C60”，则晶胞质量为g，晶胞的体积为（1.4×10－7）3cm3，所以晶体密度为g÷（1.4×10－7）3cm3＝2.03g/cm3。

2．

（1）（2016·全国卷甲节选）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。

①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为__3∶1__。

②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝　×107　nm（Ni的相对原子质量取59）。

（2）（2016·全国卷乙节选）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为（，，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__×107__g·cm－3（列出计算式即可）。

考点二　四类晶体的组成和性质

1．金属键、金属晶体

（1）金属键：

__金属阳离子__与__自由电子__之间的作用。

（2）本质——电子气理论

该理论认为金属原子脱落下来的__价电子__形成遍布整块晶体的“__电子气__”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。

（3）金属晶体的物理性质及解