2020届高考化学一轮总复习专题突破25---晶体结构与性质、晶胞的相关计算

1、2020届高考化学一轮总复习专题突破25-晶体结构与性质、晶胞的相关计算【核心透析】 核心一晶体结构与性质1 .熟悉各类晶体的典型代表，并能用均摊法确定晶胞的化学组成：分子晶体（幻原子晶体（金刚石.晶体硅）:二 Q金刚石的晶体结构十七b（3）离子晶体晶体类型晶胞 类型晶胞结构 示意图配位数紧邻等 距相同 离子每个 晶胞含 有离子数实例ABNaClW1iNa+ ： 6Cl ：6Na :12CI : 12a+MCl ：4KBr AgCL Mg()CsCl隰gOCs ：8Cl ：8Cs1 ：6CI :6Cs ：1Cl JCsCK CsBr. CsI晶体 类型晶胞 类型晶胞结构 示意图配位数紧邻等 距

2、相同 离子每个 晶胞含 行离子数实例A民CqiICarF ：4/ F 1La-：4F ：8CaF?（4）金属晶体堆枳模型晶胞类型空间利用率配位数实例的单立方推枳正方体52%6Pd体心立方堆积体心立方68%8Na. K.Fe六方最密堆积平行六面体74%12Zn, Ti面心立方 筑密堆积面心、工方74%12Cll、AgrAu2 .晶体密度及微粒间距离的计算：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有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p a3 g（a3为晶胞的体积），则1 mol晶胞的质量为p a3NA g,因此有xM= p a3NA。【答题

3、技法】1 .明确晶体类型的判断方法：依据各类晶体的概念判断，即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力进行判断。如由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体, 由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体,由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体,由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。2 2) 依据各类晶体的特征性质判断。如低熔沸点的晶体属于分子晶体;熔沸点较高、且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体。熔沸点很高,不导电 ,不溶于水,硬度大的晶体属于原子晶体,能导热、导电,具有延展性的晶体属于金属晶体。2. 突破晶体熔、沸点高低的比较:(1) 一般情况下

4、, 不同类型晶体的熔沸点高低的比较规律:原子晶体>离子晶体> 分子晶体,如金刚石>NaCl>Cl 2;金属晶体的熔、沸点差别很大 ,如金属钨、铂等熔点很高,汞、铯等熔点很低。(2) 原子晶体由共价键形成的原子晶体中,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔沸点越高。如熔点:金刚石 >碳化硅 > 硅。(3) 离子晶体一般来说,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,其晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>NaCl>CsCl 。(4) 分子晶体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SnH 4>GeH

5、 4>SiH 4>CH 4。具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。如 H2O>H 2S0组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近),分子极性越大, 其熔、沸点越高。如 CO>N 2,CH3OH>CH 3CH3。同分异构体分子中，支链越少，其熔沸点就越高，如正戊烷 > 异戊烷> 新戊烷。金属晶体金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，金属键越强，金属熔沸点就越高。如熔沸点：Al>Mg>Na 。【题型突破】题型1 微粒作用与晶体结构例1.(1)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因是图2)K和Cr属于同一周

6、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GaAs的熔点为1 238 C,密度为p g cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ,GOJ As以键键合OAs *GaGaF3的熔点高于1 000 C, GaCl3的熔点为77.9 C ,其原因是 【解析】(1)S8与SO2均为分子晶体，而S8相对分子质量大，因此分子 间范德华力强，所以其熔沸点比SO2高。(2)K和Cr都属于金属晶体，Cr的价电子数多，半径小，金属键强，所以K 的熔点、沸点等都比金属Cr低。(3)因为GaAs的熔点为1 238 C,熔点很高，晶体结构为立体网状结构， 所以GaAs为原子晶体，

7、其中Ga与As以共价键键合。GaF3为离子晶体，靠比较强的离子键结合，GaCl3为分子晶体，靠很弱的范德华力结合，所以GaF3的熔点高。答案:(1)S8相对分子质量大，分子间范德华力强(2)K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱(3)原子晶体 共价GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体例2.(1)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。（2）c（氧）和e（铜）形成的一种离子化合物的晶体结构如图1,则e离子的电荷为H、N、O、S、Cu元素形成的一种1 ：1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图2所示）。化合

8、物中，阴离子为 胆离子中存在的化学键类型有该化合物加热时首先失去的组分 判断理由是【解析】（1）该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,熔沸点较低,所以为 分子晶体。1晶胞中氧原子有1+8X8 =2;铜原子的个数为4,因此该晶体为氧 化亚铜淇中铜原子为+1价;这5种元素形成的一种1 ： 1型离子化合 物中，阴离子呈四面体结构，则阴离子为硫酸根，根据阳离子的结构图 可以知道该阳离子中含有一个铜离子，四个氨分子，两个水分子，因此该物质的化学式为CU（NH 3）4（H2O）2SO4,阳离子中存在配位键和共 价键,该化合物加热时首先失去水，原因是铜离子与水所形成的配位键 要比与氨气所形成的配位键弱

9、。答案：（1）分子（2）+1SO42-共价键和配位键H2O H2O与Cu2+的配位键比NH 3与Cu2+的弱题型2晶体结构的有关计算例1.(1)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为 a nm,FeS2的相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为gcm-3;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心，该正 八面体的边长为 nmO Fe/ GDS?(2)KIO 3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 nm与K紧邻的O个数为在KIO3晶胞结构的

10、另一种表示中，1处于各顶角位置，则K处于切,0处于切。金刚石晶体（3）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石墨烯晶体在石墨烯晶体中，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。【解析】（DFcS?晶体的晶胞中位于立方体的棱上和体心,因此一个晶胞中含有的F审*为12 * - +1（个）, 1 1 1含方的 为6 万彳+8 K ； =4（个），因比一个晶胞中含有4个卜七1,晶体的麻原为。-v " 亡必】-ix（axlO-ry八 斗x 1011 g - cm-

11、醇彩成正八面体，其中四个型一影成的三方形的对角线即为晶胞的边长& nm,若三人面体的边 长为七则/x -h n叫因此x=-i nrn二mm根状晶胞集构，位于顶角的K和位于相邻面心的。之 间的距高呆短,又刚好等于晶胞面对角线长度的一半， 因此装短隹离=、业刨竺*0.315(1皿" 求与K 22紧邻的0个数，即求顶甭用国而心的个数，其实也就是面 心立方最密堆枳的配位数，为12。若将体心的位式设定 为顶角，原顶角的位望变成了体心，面心的位翌支成 了枝心。因此K位于休心住至，。住于枝心住至.(3)根据均摊法来计算。石墨烯晶体中，每个碳原子被3个六元环共i有，每个六元环占有的碳原子数是

12、6X3=2;每个碳原子与周围的4个 碳原子形成4个共价键，最小的环为六元环，每个共价键被3个六元环 共用，所以一个碳原子可连接12个六元环;六元环呈船式或椅式结构， 所以六元环中最多有4个碳原子共面。4MJ2答案：(1)犷/ *13 a A-(2)0, 315 12 体心棱心3 2 12 4例2.(1)硅的某种单质的晶胞如图所示。若该硅晶体的密度为pg cm-3,阿伏加德罗常数值为 NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 cm#代数式表示即可)。(2)科学家发现硼化镁在39 K时呈超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列。如图是该晶体微观空间中取出

13、的部分原子沿 Z轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据图示确定硼化镁的化学式为(3)钛晶体的晶胞如图所示，其配位数为 假设该晶胞中的钛 原子的直径为a pm,NA为阿伏加德罗常数，请列式表示该晶体的密度 为 gcm-3。Ar(Ti)=48【解析】(1)该晶胞中Si个数8翼!6冥：+4-8,故品 7748*胞质量为-Tj? & ,硅晶体的密度为P g * CD1 则晶胞枝长二C叫则晶胞体时为线长度为cm,故最近的两个珪原子之间的注离为(2)根据投影可知，1个硼原子为3个镁原子共用，故属于一个镁原子的1硼原子为3 ,1个镁原子为6个硼原

14、子共用，故属于一个硼原子的镁原1子为6,由此可知镁、硼原子个数比二1 ： 2，硼化镁的化学式为MgB2(3)由钛晶体的晶胞结构可知，为六方最密堆积，钛原子配位数为12,晶正四面体如故A0二a pm,故品肥的高 2 x apni口 ，即 pm, BO-a pm x x - - - a pm, 2 33=4 apm=3叵a / IO10 cm,晶胞底面面积二 33a x 1 () io cm x (a x 10 1Dcm x ) = x 10 3D cm2,22故晶胞体积=也M x 10 20C(Da x 壁 Ei * 10 1Dcm- 231尸。0吟晶胞中Ti原子数月=1+8、； =2,晶胞质量

15、=2 *寸g,故晶胞密度=(2冥学g)小展* 'AN工48&xl -10-30 c")= i-g cm-3 a xN、假设该晶胞中的钛原子的直径为 a pm,则正四面体的棱长为a pm,胞体内钛原子与如图虚线连接的钛原子形成正四面体结构【核心透析】 核心二 晶胞的相关计算【方法小结】 晶胞计算的思维方法(1) “均摊法”原理有+属于 该工方体 码属于 该立方体完全属于有森罕 该上方体该立方体特别提醒: 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

16、依次被 6、3、4、2个 晶胞所共有。在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可以用“均摊法”。(2)晶胞中各线段之间的关系晶体微粒与M、p之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有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p a3 g（a3为晶胞的体积），则1 mol晶胞的质量为p a3NA g,因此有xM= p a3NA 。【题型突破】例1. GaAs的熔点为1238 C ,密度为p g cm-3,其晶胞结构如图所示。Ga和As的摩尔质量分别为 MGa g -mol -1和MAs g mol-1, 原子半径分别为rGa pm和

17、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】根据晶胞结构可知晶胞中Ga和As的个数均是4个,所以晶4NA胞的体积是MGaMascm3。二者的原子半径分别为rGa pm 和 rAspm,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4x-n(rc； +rn? l 心 34叫p 0 +r：1，*100%=： J x 0-30 x-j(MGa +MAi)%P 100%.4kAP(i J+i a9 答食际E xl0-3Ox,00%例2.氧和钠能够形成化合物F,其晶胞结构如图所示，晶胞参数a=0.566 nm,F的化学式为晶胞

18、中氧原子的配位数为列；式计算晶体 F 的密度cgm -3。O氧原子钠原子11【解析】根据晶胞结构可知氧原子的个数 =8 x8+6 X2 =4,Na全部在晶胞中，共计是8个，则F的化学式为Na2O。以顶点氧原子为中心与氧原子距离最近的钠原子的个数是 8个，即晶胞中氧原子的配位数为8。晶体F的密度V (0.566 xlO-7 cm)3 x(5.O2xlO23 niol1-2. 27 g cn3答案:4x62 g*morL(0366*10=7 cmxe.OSxlOmor1=2.27 g*cin例3.在硅酸盐中，SiO44-四面体如图(a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型

19、式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中硅原子的杂化形式为 马O的原子数之比为 化学式为-图图(b)【解析】题干图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中每个硅原 子和4个氧原子形成四面体结构，所以硅原子的杂化形式为sp3,Si与 O的原子数之比为1 ：3,化学式为(SiO32-)n2n-(或SiO32-)。答案:sp3 1：3( SiO32-)n2n-(或 SiO32-)【专题提升】1.(1)钻的一种化合物晶胞结构如图所示已知A点的原子坐标参数为（0,0,0）,B点为（2,2,0），则C点的原子坐标参数为已知晶胞参数为a=0.5485 nm,则该晶体的密度为 cgm -3（列出计算

20、表达式即可）。（2）一种由铁、碳形成的间隙化合物的晶体结构如图 1所示，其中碳原 子位于铁原子形成的八面体的中心，每个铁原子又为两个八面体共用， 则该化合物的化学式为（3）TiO2通过复分解反应溶于浓硫酸并生成一种离子晶体，已知其中阳离子是以链状聚合物形式存在的钛酰阳离子，具结构如图2所示，其化学式为 3 3是钛晶体在空间的一种堆积方式，此堆积方式叫钛原子的配位数为 已知:a=0.295 nm,c=0.469 nm, 则该钛晶体的密度为gcm -3（NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可）。【解析】（1）已年A点的原子坐标参数为（0, 0, 0）, B是 面心，B点为（；，；，0）, C是

21、体心，则C点的原子坐标参数 为（:，：，）：立方晶胞顶点粒子占!，面粒子占1 , 2 22o2晶胞内部原子为整个晶胞所有，因此一个晶胞中含有Tio6的个数为I =1,0的个数为-=3,含有Co的个数为1,取 821皿01晶胞，则1 mol品胞的质量为（48+16 X 3+59） g二155g,1 mol晶胞含有丛个晶胞，记晶胞参数为a=0. 5485 nm= 0. 5485 x IO ? cm,则一个晶胞的体积为V°=a3 cm因此 品胞的密度为p= Jl =*Jgcm-3 =155 Na'o $ a6.02xl0nx（0.5485xl0'7）5 8 * Cm J&l

22、t;> 碳原子位于铁原子 形成的八面体的中心,每个铁原子又为两个人面体共用 可为FC和C的原子个数比为（62）： 1=3： 1,故化学式为F%C。由晶胞结构图可包化学式为（TiO）：（或 Ti"+）,由图2可与这种堆积方式为六方最密堆积,配位 数是12。由晶胞公式可痴，钛晶体的密度为48x6,rgcm ox（2.95x IO-8 > x 4.69 x IO_8 A7Ai 1 i155答案：（5, 5, 5）6.02 x（O.5485yx 100（2） Fc3c（3） （Tio） （或Ti。?，）六方最密堆积1248x6x（2.95x 10-8 y x 4.69x 10-8

23、 N.2A2.黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列 问题：(1)基态Cu原子的价电子排布式为 (2)从原子结构角度分析，第一电离能Ii(Fe)与Ii(Cu)的关系是:Ii(Fe)(填“>” “<”或 “ 二")ii(Cu)。(3)血红素是毗咯(C4H5N)的重要衍生物，血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。口比咯和血红素的结构如图：H.C CH2CH-OMJH蛇咯血红素已知口比咯中的各个原子均在同一平面内，则口比咯分子中N原子的杂化类型为1 mol吐匕咯分子中所含的"键总数为 个。分子中的大兀键可用表示，其中m代表参与形成大兀键

24、的原子数，n代表参与形成大兀 键的电子数，则毗咯环中的大兀键应表示为 C、N、。三种元素的简单氢化物中，沸点由低到高的顺序为堪化学式)血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的，则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过键相结合。黄铜矿冶炼铜时产生的 SO2可经过SO2-SO3fH2SO4途径形成酸雨。SO3的空间构型为 ±2SO4的酸性强于H2SO3的原因是(5)用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。石墨的晶体结构如图所示，虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞中含碳原子数为个。已知石墨的密度为p g cm-3,CC键的键长为r cm,设阿伏加德罗常数的值为Na,则石墨晶体的

25、层间距d=cm石墨的结构石墨的晶胞【解析】(1)基态Cu原子的价电子排布式为3d 104s1。(2)基态Fe和Cu原子的价电子排布式分别为3d 64s2和3d 104s1,前者最外层全满，更稳定，所以第一电离能I1(Fe)与Ii(Cu)的关系是:I1(Fe)>I i(Cu)。(3)咄咯中的各个原子均在同一平面内，结合结构式可知，毗咯分子中N的杂化类型为sp2杂化。1 mol毗咯分子中所含的0键总数为DC、N、。三种元素的简单氢化物中，沸点由低到高的顺序为10Na。毗咯分子有5个原子构成环，可知毗咯环中的大兀键可表示为CH4<NH 3<H2。血液中的O2是由血红素在人体内形成的

26、血红蛋白来输送的，则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过配位键相结合。(4)根据价层电子对互斥理论模型可知,SO3的空间构型为平面三角形,H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是SO2(OH)2(或H2SO4)中S的化合价为+6,S的正电性强于S0(0H)2(或H2SO3)中的S,使羟基中OH间的共用电子对更易偏向O,羟基更容易电离出H+,故酸性H2SO4 强于 H2SO3。(5)根据晶胞结构可知，石墨晶胞中含碳原子数为4个，由晶胞结构可求16 |出石墨晶体的层间距d= |%2叫|或3r2叫。答案:(1)3d 104s1 (2)>sp210Na国CH4<NH 3<H 2O 配位键(

27、4)平面三角形 H2SO4和H2SO3可分别写作SO2(OH)2和SO(OH) 2,SO2(OH) 2中S的化合价为+6价,S的正电性强于SO(OH) 2 中的S,使羟基中O H间的共用电子对更易偏向 。，羟基更容易电离出H+,故酸性H2SO4强于H2SO33.(17分)前四周期原子序数依次增大的元素 A、B、C、D、E中,A的 基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等，B原子 核外电子有7种不同的运动状态，C元素原子核外的M层中只有2对 成对电子，D +与C2-的电子数相等，E元素位于元素周期表的ds区，且基 态原子价电层电子均已成对。回答下列问题：(1)E2+的价电子排布图为

28、(2)五种元素中第一电离能最小的是 填元素符号),CAB-中,A原子的杂化方式是 (3)AB-、D+和E2+三种离子组成的化学物质 D2E(AB)4,其中化学键的类型有该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为配位体是-(4)C和E两种元素组成的一种化合物的晶胞如图所示O C E该化合物的化学式为葩配位数为强取填(“简单立方” “体心立方” “六方最密”或“面心立方最密”)堆积；列式表示该晶体的密度：典-3。(只列表达 式)【解析】(1)因E在ds区且基态原子均成对，可知E为Zn,失去4s能级上的两个电子的Zn 2+o(2)由题意可知，A为碳,B为氮,C为硫、D为钾，其中第一电离能最小的 是

29、K;SCN-中碳原子形成两个0键和两个兀键，为sp杂化。K2Zn(CN) 4中含有离子键和共价键，而Zn2+有空轨道，与CN-形成 配位键。(4)根据均摊原理知其化学式为 ZnS,由图中虚线连接可知Zn的配位数为4,S采取六方最密堆积；晶胞的体积V=a上Jxaxbx10-30 cm 3,所以密度p =2 x (65 + 32)6. 02 x 1023 Xx b x 10 - 302一一 3lg cm -3。答案:(1)：固皿血K sp杂化(3)共价键、配位键、离子键Zn(CN) 42- CN-(4)ZnS 4 六方最密2 X (65 + 32)6. 02 x 1023 xa2 xb x 10 - 30 I4.(17分)铀是原子反应堆的原料，常见铀的化合物有UF4、UO2及(NH4)4UO2(CO3)3等。回答下列问题：(1)UF4用Mg或Ca还原可得金属铀。与钙同周期基态原子的未成对电子数为2的元素共有 J中;原子序数为镁元素的二倍的元素的基态原子价电子排布图为 (2)已知:3(NH 4)4UO2(CO3)3-3UO2 + 10NH 3 任9CO 2 T+N 2 T+9H 2O T、O写出与N园互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式物质MC中与C一士J的碳原子杂化类型相同和不同的碳原子的个数比为。分解所得的气态化合物的分子键角由小到大