优化方案版高考化学大一轮复习 第三讲 晶体结构与性质讲义选修3.docx

1、优化方案版高考化学大一轮复习 第三讲 晶体结构与性质讲义选修3第三讲晶体结构与性质2017高考导航考纲要求真题统计命题趋势1.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。2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。3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。4了解分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。5能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。2015，卷 37T(4)(5)；2015，卷 37T(5)；2014，卷 37T(3)(

2、4)；2014，卷 37T(4)(5)；2013，卷 37T(3)；2013，卷 37T(3)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2017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。考点一四种晶体性质比较学生用书P271一、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.得到晶体的途径(1)熔融态物质

3、凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。3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无隙：相邻晶胞之间没有任何空隙。并置：所有晶胞平行排列、取向相同。4晶格能(1)定义：气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol1。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。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、四种晶体类型的比较类型比较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

4、相互作用范德华力(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难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的能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)三

5、、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大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。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

6、H2OH2TeH2SeH2S。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SnH4GeH4SiH4CH4。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CON2、CH3OHCH3CH3。同分异构体支链越多，熔、沸点越低。例如：CH3CH2CH2CH2CH3 (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，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMg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：NaMgAlD晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaI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

7、，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：CC键CSi键MgNa，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：水晶冰醋酸氧化钙白磷晶体氩氢氧化钠铝金刚石过氧化钠碳化钙碳化硅干冰过氧化氢。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

8、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)(2)(3)(4)(5)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、

9、BaO四种晶体熔点的高低顺序是()AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaONaClKClDCaOBaOKClNaCl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()O2、I2、HgCO、KCl、SiO2Na、K、RbNa、Mg、AlA BC D解析：选D。中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故错；中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故正确；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，故错；中Na、Mg、Al价电子

10、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1 710 ，MgO的熔点为2 852 。(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10928(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CC键的形成，C原子数与CC键数之比为12SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面

11、体结构(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)n(O)12(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ClCsCl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

12、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)钠晶胞是_；钋晶胞是_；金刚石晶胞是_；干冰晶胞是_；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

13、知冰的升华热是51 kJmol1，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11 kJmol1)，则冰晶体中氢键的“键能”是_ kJmol1。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2 mol氢键，冰升华吸热51 kJ，需破坏范德华力及氢键，故氢键的“键能”是20 kJmol1。答案：(1)ECDBA(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，

14、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，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_，1 mol乙醛分子中含有的键的

15、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a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(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Ar3d64s2，

16、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Ar3d5。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个键，采取sp3杂化，而CHO上的碳原子形成3个键和1个键，且不含未成键电子，采取sp2杂化。共价单键都是键，双键中有一个是键，另一个是键，1 mol乙醛分子中含有4 mol CH键、1 mol CC键和1 mol C=O键，故1 mol乙醛含有6 mol

17、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4688，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864个，晶胞参数a0.405 nm0.405107 cm，晶胞的体积为(0.405107 cm)3，因此晶胞的密度可表示为gcm3。答案(1)X射线衍射(2)41s22s22p63s23p63d5或Ar3d5红色(3)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间

18、氢键16(4)12下列排列方式中：A.ABCABCABC BABABABABABCABBAABBA DABCCBAABCCBA，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：BA晶体微粒与M、之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量)；1个晶胞的质量为 a3 ga3为晶胞的体积(立方晶胞)，则1 mol晶胞的质量为 a3NA g，因此有xM a3NA。 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

19、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ClD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

20、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)61(3)六APo6s26p4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a cm，该晶体密度为d gcm3，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(2a cm)32a3 cm3，由等式NAdV58.5，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 9.00 gcm3，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a cm，则Cu原子半径为r，则a3NA464，a。面对角线为a，面对角线的为Cu原子半径，则r1.28108 (cm)。答案：121.28108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