高考化学二轮精品复习讲义选修3第三讲晶体结构与性质.docx

1、高考化学二轮精品复习讲义选修3第三讲晶体结构与性质第三讲晶体结构与性质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。3了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。4了解分子晶体结构与性质的关系。5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。6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。7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。2016，卷甲 37T(3)(4)；2016，卷乙 37T(6)；2016，卷丙 37T(4)(

2、5)；2015，卷 37T(4)(5)；2015，卷 37T(2)(5)；2014，卷 37T(1)(3)(4)；2014，卷 37T(4)(5)晶体晶体的结构与性质知识梳理一、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间隙。并置：所有

3、晶胞都是平行排列、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。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、导热性一般不导电，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

4、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)、绝大多数酸、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、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

5、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强，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

6、多，熔、沸点越低。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：NaMgAl。自我检测1(教材改编题)下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()ASi和CO2 BNaBr和O2CCH4和H2O DHCl和KCl解析：选C。A项，晶体类型不同；B项，化学键和晶体类型均不同；D项，化学键和晶体类型均不同。2(教材改编题)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

7、_。(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；属于分子晶体的有晶体氩(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；分子晶体受热熔化时只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而

8、原子晶体、离子晶体、金属晶体受热熔化时均需破坏化学键。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。(3)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。(4)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)。(5)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1.421010 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.541010 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(6)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 )。(1)

9、2016高考全国卷丙，37(4)GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。(2)2015高考全国卷，37(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于_晶体。(3)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A801较大易溶水溶液(或熔融状态)导电白色沉淀B3 550很大不溶不导电不反应C114.2很小易溶液态不导电白色沉淀晶体的化学式分别为A_，B_，C_。晶体的类型分别为A_，B_，C_。晶体中微粒间作

10、用力分别是A_，B_，C_。解析(1)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。(2)因Fe(CO)5 熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。(3)由A水溶液(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)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(2)分子(3)NaClCHCl离子晶体原子晶体分子晶体离子键共价键范德华力晶体类型判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断离子晶

11、体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。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)依据物质的分类判断金属氧化物(如K2O、Na2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。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。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。金属单质、合金是金属晶体。(3)根据

12、各类晶体的特征性质判断一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。 晶体类型的判定1下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘A BC D解析：选C。本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘；属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石；晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子内不存在化学键。2(教材

13、改编题)下列数据是对应物质的熔点()，据此做出的下列判断中错误的是()Na2ONaClAlF3AlCl39208011 291190BCl3Al2O3CO2SiO21072 073571 723A.铝的化合物形成的晶体中有的是离子晶体B表中只有BCl3和CO2是分子晶体C同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体解析：选B。从表中各物质的熔点可以看出，Na2O、NaCl、AlF3、Al2O3是离子晶体，SiO2是原子晶体，AlCl3、BCl3、CO2是分子晶体。四种晶体类型的性质比较3下列各组物质中，按熔点由低到高顺序排列正确的是()O2、I2、HgCO、KC

14、l、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。4(1)碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：晶体硅；硝酸钾；金刚石；碳化硅；干冰；冰，它们的熔点由高到低的顺序是_(填序号)。(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解

15、释如下现象：熔点Si60N60C60，而破坏分子所需要的能量N60C60Si60，其原因是_。解析：(1)这些晶体属于原子晶体的有、离子晶体的有、分子晶体的有。一般来说，原子晶体的熔点离子晶体的熔点分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长：SiSiSiCCC，相应键能：SiSiSiCCC，故它们的熔点：金刚石碳化硅晶体硅。(2)熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。答案：(1)(2)结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60N60C60；而破坏分子需断开化学键，元素原子半径越小，其形成的化学键越稳定，断键时所需能

16、量越多，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60C60Si60。晶体组成与结构的5点误区(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体；金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体；含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属离子。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)易误认为原子晶体的熔点一定比离子晶体高，如石英的熔点为1 710 ，MgO的熔点为2 852 。(4)石墨属于混合型晶体，不是原子晶体，其晶体含有范德华力和共价键，熔点比金刚石高。(5)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如N

17、a的熔点为97 ，尿素的熔点为132.7 。 典型晶体模型与晶胞计算学生用书P272知识梳理1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原子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

18、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，空间利用率52%体心立方堆积 典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%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%六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率7

19、4%2.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)方法长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算图示：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，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。自我检测1如图为离子晶体立体构型示意图：(阳离子，阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A_、B_、C_。解析：在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：41(个)；含N：424(个)，N(M)N(N)13；在C中，含M：4(个)，含N

20、为1个。答案：MNMN3MN22(教材改编题)请列表比较金属晶体的简单立方、体心立方、六方和面心立方四种堆积模型的配位数，原子空间利用率、堆积方式和晶胞的区别以及列举代表物。答案：堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积Na、K、Fe68%8六方最密堆积Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积Cu、Ag、Au74%12“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

21、胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。(1)2016高考全国卷乙，37(6)晶胞有两个基本要素：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_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。(2)2016高考全国卷甲，37(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 gcm3，晶胞参数a_nm。(3)(2016高考全国卷丙，37(5)GaAs的熔点为1 238 ，

22、密度为 gcm3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_，Ga与As以_键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol1和MAs gmol1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。解析(1)对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置(体对角线处)，由B、C点坐标可以推知D点坐标。1个晶胞含有8个锗原子，107 gcm3。(2)Cu原子位于面心，个数为63，Ni原子位于顶点，个数为81，铜原子与镍原子的数量比为31。以该晶胞为研究对象，则 gd gcm3(a107 cm)3，解得a

23、107。(3)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：81/861/24，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V14 cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即 g，所以1个晶胞的体积V2(MAsMGa) cm3。最后由V1/V2即得结果。答案(1)107(2)31107(3)原子晶体共价100%金属晶体的晶胞有多种排列方式，下列排列方式中：AABCABCABCBABABABABABCABBAABBADABCCBA

24、ABCCBA，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(1) (2)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xMa3NA。常见的晶体结构的考查1(教材改编题)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ClD干冰晶体中

25、，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)2015高考全国卷，37(5)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：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。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。(2)2014高考全国卷，37(3)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。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62。由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条CC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，6212。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。 (2)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46