高中化学选修三晶体结构与性质.docx

1、高中化学选修三晶体结构与性质晶体结构与性质一、晶体的常识1.晶体与非晶体晶体与非晶体的本质差异自性微观结构晶体有（能自发呈现多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序晶体呈现自性的条件：晶体生长的速率适当得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出特性：自性；各向异性（强度、导热性、光学性质等）固定的熔点；能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法）2.晶胞-描述晶体结构的基本单元.即晶体中无限重复的部分一个晶胞平均占有的原子数=晶胞顶角上的原子数+晶胞棱上的原子+晶胞面上的粒子数+1晶胞体心的原子数思考：下图依次是金属

2、钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图.它们分别平均含几个原子？ eg：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al2O3SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（ ）硬度 导热性 导电性 光学性质A. B. C. D.2.下列关于晶体与非晶体的说确的是（ ）A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体C.非晶体无自性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体3.下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图.其中有多少个原子？二、分子晶体与原子晶体1.分子晶体-分子间以分子间作用力（

3、德华力、氢键）相结合的晶体注意：a.构成分子晶体的粒子是分子b.分子晶体中.分子的原子间以共价键结合.相邻分子间以分子间作用力结合物理性质a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度c.一般都是绝缘体.熔融状态也不导电d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂.极性分子一般能溶于极性溶剂典型的分子晶体a.非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等b.酸：H2SO4 、HNO3、H3PO4等c.部分非金属单质:：X2、O2、H2、S8、P4、C60d.部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、N2O4、P4O6、P4O10等f.大多数有机物：乙醇.冰醋酸.蔗糖等结构特征a.只有德华力-

4、分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子） CO2晶体结构图b.有分子间氢键-分子的非密堆积 以冰的结构为例.可说明氢键具有方向性笼状化合物-天然气水合物2.原子晶体-相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体注意：a.构成原子晶体的粒子是原子 b.原子间以较强的共价键相结合物理性质a.熔点和沸点高 b.硬度大c.一般不导电 d.且难溶于一些常见的溶剂常见的原子晶体a.某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等b.某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体c.某些氧化物：二氧化硅（ SiO2）晶体、Al2O3 金刚石的晶体结构示意图

5、 二氧化硅的晶体结构示意图思考：1.怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降2.“具有共价键的晶体叫做原子晶体”.这种说法对吗？eg：1.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时.与键能无关的变化规律是（ ） A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱B.金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高 D.N2可用做保护气2.氮化硼是一种新合成的无机材料.它是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。下列各组物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硼熔化所克服的微粒间的作用力类型相同的是（ ）A.氯化钠和金刚石 B.冰和干冰C.晶体

6、硅和水晶 D.硼和苯3.单质硼有无定形和晶体两种.参考下表数据回答下面问题金刚石晶体硅晶体硼熔点/382316832573沸点/510026282823硬度107.09.5（1）晶体硼的晶体类型属于 晶体.理由是 （2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体.其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点.每个顶点上各有1个硼原子。通过分析图形及推算.此晶体结构单元由_个硼原子构成.其中B-B键的键角为 .共含有 个B-B键三、金属晶体1.电子气理论-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2.物理性质（电子气理论可进行解释）微粒导

7、电性导热性延展性金属原子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用熔点的变化规律-金属键的强弱决定金属阳离子半径越小.所带电荷越多.自由电子越多.金属键越强.熔点就越高.硬度也越大如：KNaMgNaKRbCs3.金属晶体的原子堆积模型金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式配位数=6（密置层）配位数=4（非密置层）金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成.有四种基本模式简单立方堆积-Po 配位数为6.空间占用率52%.每个晶胞含1个原子体心立方堆积-K型（Na、K、Fe）配位数为8.空间占用率68%.每个晶胞含2个原

8、子六方最密堆积-Mg型（Mg、Zn、Ti） 每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式配位数为12空间利用率74%每个晶胞含2个原子 面心立方堆积-Cu型（Cu、Ag、Au）每三层形成一个周期，即ABCABC堆积方式配位数为12空间利用率74%每个晶胞含4个原子 4.混合晶体-石墨晶体 石墨质软：石墨为层状结构.各层之间是德华力结合.容易滑动石墨的熔沸点很高（熔点高于金刚石）：石墨各层均为平面网状结构.碳原子以sp2杂化与周围三个碳原子形成键.垂直平面的pz轨道形成大键eg：1.在下列有关晶体的叙述中错误的是（ ）A.分子晶体中.一定存在极性共价键B.原子晶体中.只存在共价键C.金属晶体的熔沸点差

9、别很大D.稀有气体的原子能形成分子晶体2.下列叙述正确的是（ ）A.任何晶体中.若含有阳离子也一定含有阴离子的B.原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键.不含有共价键D.分子晶体中只存在分子间作用力.不含有其他化学键3.金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用叫金属键。金属键越强.其金属的硬度越大.熔沸点越高.且据研究表明.一般说来金属原子半径越小.价电子数越多.则金属键越强。由此判断下列说法中错误的是（ ）A.镁的硬度小于铝B.镁的熔沸点低于钙C.镁的硬度大于钾D.钙的熔沸点高于钾四、离子晶体1.离子晶体-由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体物理性质：a.硬度较大 b.熔、沸

10、点较高 c.固态时不导电.熔化状态才导电2.结构模型每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Na+有6个，这几个Na+构成正八面体；Na+同理NaCl型晶体Na+位于顶点和面心Cl-位于棱心和体心在NaCl 晶体的一个晶胞中含Na+：1+121/4=4 含Cl-：81/8+61/2=4 CsCl型晶体Cs+位于体心Cl-位于顶点在CsCl 晶体的一个晶胞中含Cs+：1含Cl-：81/8=1 CaF2型晶体Ca2+的配位数为8，构成立方体F-的配位数为4，构成正四面体Ca2+位于顶点和面心F-位于内部在CaF2 晶体的一个晶胞中含Ca2+：81/8+61/2=4含F-：8注意：审题时注意是“分子结构

11、”还是“晶体结构”.若是分子结构.其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定.且原子个数比不约简3.晶格能-气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量.或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量晶格能越大.离子晶体越稳定.熔沸点越高.硬度越大离子晶体中阴、阳离子半径越小.所带电荷越多.离子键越强.晶格能越大岩浆晶出规则与晶格能的关系-晶格能高的晶体熔点较高.更容易在岩浆冷却过程中冷却下来.从而先结晶晶体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和自由电子阴、阳离子相互作用分子间作用力共价键金属键离子键物理性质熔沸点很低很高一般较高.部分较低较高硬度很小很大一般

12、较大.部分较小较大导电性差差（Si为半导体）良好固态不导电熔化状态和溶液导电实例冰、干冰、碘等金刚石、SiO2Na、Fe、Au等NaCl、CsCl等eg：1. 下列说确的是（ ）A.一种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物B.离子键只存在于离子化合物中C.共价键只存在于共价化合物中D.离子化合物中必定含有金属元素2.下列大小关系正确的是（ ）A.晶格能：NaClCaOC.熔点：NaINaBr D.熔沸点：CO2NaCl3.钙钛矿晶胞结构如下图所示（1）该晶体结构中氧、钛、钙的离子个数比是 .化学式可表示为 （2）在该物质的晶体结构中.每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子、钙离子各

13、有 、 个（3）若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a.b.c.晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为dnm（1nm=10-9m）.则该晶体的密度为 g/cm3（阿伏加德罗常数用NA表示）习题精选1.晶体与非晶体的本质区别是（ ） A.晶体有规则的几何外形.而非晶体没有规则的几何外形 B.晶体粒子有序排列.而非晶体粒子无序排列 C.晶体有固定熔、沸点.而非晶体没有固定熔、沸点 D.晶体的硬度大.而非晶体的硬度小2.石墨晶体的层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数分别为（ ）A.6.6 B.2.4 C.2.3 D.3.23.X是核外电子数最少的元素.Y是地壳中含量最丰富的元素.Z在地

14、壳中的含量仅次于Y.W可以形成自然界中最硬的原子晶体.下列叙述错误的是（ ）A.WX4是沼气的主要成分B.固态X2Y是分子晶体C.ZW是原子晶体D.ZY2的水溶液俗称“水玻璃”4.下列有关晶体结构的叙述中.不正确的是（ ）A.冰晶体中.每个水分子与周围最近的4个水分子通过氢键相吸引.并形成四面体B.干冰晶体中.每个晶胞平均含有8个氧原子C.金刚石晶体中.碳原子与C-C键之比为12D.二氧化硅晶体中.最小环是由6个硅原子组成的六元环5.下列有关原子晶体的叙述中.不正确的是（ ）A.原子晶体中可能存在非极性共价键B.原子晶体的硬度一般比分子晶体的高C.在SiO2晶体中.1个硅原子和2个氧原子以共价

15、键结合D.金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体6.关于晶体的下列说确的是（ ）A.1mol金刚石晶体中含有4mol共价键B.金属镁、金刚石和固体氖都是由原子直接构成的单质晶体C.金属晶体的熔点可能比分子晶体的低.也可能比原子晶体的高D.铜晶体中.1个铜离子跟2个价电子间有较强的相互作用7.某晶体的部分结构为正三棱柱.这种晶体中A、B、C三种微粒数目之比为（ ）A.394 B.142 C.294 D.3848.前些年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱.且棱柱的上下底面还各有1个镁原子.

16、6个硼原子位于棱柱。则该化合物的化学式可表示为（ ）A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.Mg3B29.根据下列性质判断.属于离子晶体的是（ ）A.熔点2700.导电性好.延展性强B.无色晶体.熔点3550.不导电.质硬.难溶于水和有机溶剂C.无色晶体.能溶于水.质硬而脆.熔点800.熔化时能导电D.熔点-56.6.微溶于水.硬度小.固态或液态时不导电10.下列有关晶体的叙述中不正确的是（ ）A.金刚石的网状结构中,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子B.NaCl晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+离子共有6个C.CsCl晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-D.干冰晶体中,

17、每个二氧化碳分子周围紧邻12个二氧化碳分子11.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是（ ）A.熔点：NaFMgF2AlF3B.晶格能：NaFNaClNaBrC.阴离子的配位数：CsClNaClCaF2D.硬度：MgOCaOBaO12.有关物质的结构和组成如图所示.下列说法中不正确的是（ ）A.在NaCl晶体中.距Na+最近的Cl-形成正八面体B.该气态团簇分子的分子式为EF或FEC.在CO2 晶体中.一个CO2 分子周围有12个CO2 分子紧邻D.在碘晶体中.碘分子的排列有两种不同的方向13.BCl3的熔点为10.7.沸点为12.5。在BCl3分子中.Cl-B-Cl键角为120.它可以水解

18、.水解产物之一是HCl。下列对BCl3的叙述中正确的是（ ）A.BCl3是原子晶体B.熔化时BCl3能导电C.BCl3分子是一种极性分子D.水解方程式：BCl3 + 3H2O H3BO3 + 3HCl14.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示.有关说确的是（ ）A.为简单立方堆积.为六方最密堆积.为体心立方堆积.为面心立方最密堆积B.每个晶胞含有的原子数分别为：1个.2个.3个.4个C.晶胞中原子的配位数分别为：6.8.12.12D.空间利用率的大小关系为： INi的原因是 （4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示晶胞中铜原子与镍原子的数量比为 若合金的密度为d gcm-3.晶胞参数a= nm（Cu、Ni的相对原子质量分别为64、59）