2019-2020学年第二学期人教版化学选修3课时突破：第三章晶体结构与性质章节专题突破（二）【要点透析、提升训练】

1、知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。-培根选修3课时突破：晶体结构与性质 章节专题突破（二）专题1晶体类型与结构、性质的关系晶体的类型直接决定着晶体的物理性质，如熔、沸点、硬度、导电性、延展性、水溶性等。而晶体的类型本质上又是由构成晶体的微粒及微粒间作用力决定，通常可以由晶体的特征性质来判定晶体所属类型。下表内容是本章的重点之一。对一些常见物质，要会判断其晶体类型。比较四种晶体类型晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子、自由电子微粒间作用力或化学键类型离子键共价键分子间作用力金属键熔点、沸点较高很高低高低悬殊硬度大很大小差异大延展性差差差强导

2、电性差（水溶液、熔融态能导电）差差强水溶性大多易溶难溶相似相溶不溶或与H2O反应典型实例NaCl金刚石、二氧化硅等冰、干冰Na、Fe物质类别大部分盐、碱、金属氧化物等离子化合物部分非金属单质或化合物大多非金属单质、气态氢化物、大多非金属氧化物、酸、大多有机物金属【例1】某晶体中含有极性键，关于该晶体的说法错误的是（）A.不可能有很高的熔沸点B.不可能是单质C.可能是有机物 D.可能是离子晶体【解析】A.在SiO2晶体中含有极性共价键SiO键，由于该晶体是原子晶体，原子之间通过共价键结合，断裂需要吸收很高的能量，因此该物质的熔沸点很高，错误。B.同种元素的原子形成的共价键是非极性共价键，不同种元

3、素的原子形成的共价键是极性共价键，因此含有极性键的物质不可能是单质，正确。C.若该极性键存在于含有C元素的化合物，如CH4、CH3CH2OH等，则相应的物质是有机物，正确。D.离子化合物中一定含有离子键，可能含有极性共价键，如NaOH，也可能含有非极性共价键，如Na2O2，因此含有极性键的化合物可能是离子晶体，正确。【答案】B【点悟】在判断晶体的结构和性质时要注意特例（如不含化学键的晶体、含有阳离子而不含有阴离子的晶体、熔点特别高或特别低的晶体等）。专题2物质熔、沸点高低比较1.由晶体结构来确定首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。一般规律：原子晶体>

4、离子晶体>分子晶体 如：SiO2>NaCl>CO2（干冰），但也有特殊，如熔点：MgO>SiO2。同属原子晶体，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高。如：金刚石>金刚砂>晶体硅原因：rCCrCSirSiSi同类型的离子晶体，离子电荷数越大，阴、阳离子核间距越小，则离子键越牢固，晶体的熔、沸点一般越高。可根据FK进行判断（q1、q2分别为阴、阳离子所带电荷，r1、r2分别为阴、阳离子的半径）。如：MgONaCl分子晶体，分子间范德华力越强，熔、沸点越高。.分子组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，晶体熔、沸点越高

5、。如：F2Cl2Br2I2.若相对分子质量相同，如互为同分异构体，一般地支链数越多，熔、沸点越低；特殊情况下分子越对称，则熔点越高。如：沸点：CH3（CH2）3CH3CH3CCH3HCH2CH3CCH3CH3CH3CH3熔点：CCH3CH3CH3CH3CH3（CH2）3CH3CH3CCH3HCH2CH3注意：并非外界条件对物质熔、沸点的影响总是一致的。熔点常与晶体中微粒排布对称性有关。.若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体强，故熔、沸点特别高。如：氢化物的沸点如下图所示。从上图中看出，H2Te、H2Se、H2S的沸点都依次降低。按此变化趋势，H2O的沸点应为193 K左右，但实际

6、上为373 K，此种“反常”的升高，就是因为H2O分子间存在氢键。对比同主族氢化物的沸点，从中可清楚看到NH3、HF的沸点高得“反常”，也是因为分子间存在氢键。HF分子间氢键：H2O分子间氢键：氢键的生成对化合物性质有显著影响，一般分子间形成氢键时，可使化合物的熔、沸点显著升高。在极性溶剂中，若溶质分子和溶剂分子间形成氢键，则可使溶解度增大。如NH3极易溶于水就与此有关。除上述几种物质外，在醇、羧酸、无机酸、水合物、氨合物等中均有氢键。金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。如：NaMgAl2.根据物质在同条件下的状态不同一般熔、沸点：固>液>气。

7、如果常温下即为气态或液态的物质，其晶体应属分子晶体（Hg除外）。如惰性气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作为单原子分子。因为相互间的作用力是范德华力，而并非共价键。【例2】在通常条件下，下列各组物质的性质排列正确的是（）A.熔点：CO2>KCl>SiO2B.水溶性：HCl>H2S>SO2C.沸点：乙烷>戊烷>丁烷D.热稳定性：HF>H2O>NH3【解析】由中学化学所学：CO2为气体，熔点最低；H2S的溶解性小于SO2的溶解性；戊烷的沸点大于乙烷；而热稳定性为：HF>H2O>NH3。【答案】D【点悟】根据物质结构理论可知，决定物质熔

8、沸点大小的是构成物质的基本微粒之间的相互作用，由于分子晶体之间为范德华力，分子间相互作用较小，因此分子晶体熔沸点较小，而原子晶体之间作用是比较强的共价健，因此其熔沸点很高。即：分子晶体<离子晶体<原子晶体；烷烃同系物的沸点随着碳原子增加，其沸点升高；元素的非金属越强，其气态氢化物的稳定性越强；在元素化合物的学习中应知道：标准状况下，1体积水可溶2.6体积H2S和40体积SO2。专题3各类晶体中所含的化学键原子晶体分子晶体离子晶体【例3】将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化，需要克服相同类型作用力的物质有（）A.2种B.3种C.4种D.5种【解析】Na是金属

9、晶体，熔化破坏的是金属键。Na2O是离子晶体，熔化时破坏的是离子键。NaOH是离子化合物，熔化时断裂的是离子键。Na2S是离子化合物，熔化时断裂的是离子键。Na2SO4是离子化合物，熔化时断裂的是离子键。故上述五种物质分别加热熔化，需要克服相同类型作用力的物质有4种，答案选C。【答案】C专题4典型晶体的结构特征1.离子晶体CsClNaCl离子配位数 88 66一个晶胞中含阳离子和阴离子数 11 11晶胞构型 立方体 立方体重点掌握NaCl晶体结构，它具有的特征：一个Na周围等距且最近的Cl有6个，此6个Cl连线形成的空间几何体为正八面体，Na位于其中心。一个Na周围等距且最近的Na有12个。如

10、何计算离子晶体中不同部位的离子对晶胞的贡献：体心（内）面心棱上顶点 1 2.金刚石和石墨的比较金刚石石墨晶体结构正四面体、空间网状晶体平面层状正六边形结构层间以范德华力结合晶体类型原子晶体混合型晶体晶体外形正八面体鳞片状碳碳键长熔点沸点硬度很高质软、有滑腻感导电性无良主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、耐火材料等相互关系同素异形体注意：石墨有导电性，是因为层内有自由电子。碳还有多种同素异形体，如足球碳C60等。3.二氧化硅和二氧化碳晶体二氧化硅二氧化碳晶体结构型正四面体立方体构成微粒Si、O原子CO2分子结构特征一个Si与4个O成键一个O与2个Si成键一个CO2与最近且距离相等的有12个CO2分

11、子晶体类型原子晶体分子晶体熔点高低、易升华溶解性难溶于一般溶剂能溶于水【例4】某种晶体的晶胞为立方体，结构如下图所示。通过观察和计算，回答下列有关问题：（1）晶体中每个Mg2周围与它最邻近的Mg2围成的空间构型是，每个F周围与它最邻近的K有个，该晶体的化学式是。（2）若将该晶体重新切割晶胞，使Mg2置于晶胞的体心，K置于晶胞的顶点，F应占据立方体的位置。（3）设该晶体的密度为 g/cm3，阿伏加德罗常数为NA表示，求算晶体中两个距离最近的Mg2中心间距离为。【解析】（3）每个晶胞中含F：12×1/43，K：1，Mg2：8×1/81，该晶体的化学式为KMgF3，晶体中两个距离

12、最近的Mg2中心间距离，即为立方晶胞的边长，设为a cm，则有a3 cm3·NA mol1· g/cm3120 g/mol，解得a cm。【答案】（1）正八面体4KMgF3（2）面心（3） cm【例1】下列说法正确的是（）A.原子晶体中只存在非极性共价键B.稀有气体形成的晶体属于分子晶体C.干冰升华时，分子内共价键会发生断裂D.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物【解析】A错误，SiO2晶体中存在SiO极性共价键。C错误，干冰升华时，是物理变化使分子间作用力被破坏。D错误，AlCl3是共价化合物。【答案】B【例2】（2016年高考·上海卷）下列各组物质

13、的熔点均与所含化学键的键能有关的是（）A.CaO与CO2B.NaCl与HClC.SiC与SiO2 D.Cl2与I2【解析】A.CaO是离子化合物，熔化断裂离子键，而CO2在固态时是分子晶体，熔化破坏的是分子间作用力，与化学键无关，错误；B.NaCl是离子化合物，熔化断裂离子键，而HCl在固态时是分子晶体，熔化破坏的是分子间作用力，与化学键无关，错误；C.SiC和SiO2都是原子晶体，熔化断裂的是共价键，与化学键有关，正确；D.Cl2和I2在固态时都是分子晶体，熔化断裂的是分子间作用力，与化学键无关，错误。【答案】C【例3】石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，K原子填充在石墨各层碳原子中

14、。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如下，则x值为（）A.8B.12C.24D.60【解析】选取由邻近三个钾组成的三角形为研究对象，其中含有钾原子为：3×1/61/2个，碳原子为24×1/64个，即K与C原子个数比为1/2÷418，所以A项正确。【答案】A【例4】在常温常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于（）A.分子晶体 B.原子晶体C.离子晶体 D.何种晶体无法判断【解析】在常温常压下呈气态的化合物，一般是属于共价化合物，且溶沸点低，可以判断其固体为分子晶体。【答案】A【例5】（2019年高考·课标全

15、国卷）磷酸亚铁锂（LiFePO4）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题。（1）在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态（填“相同”或“相反”）。（2）FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为，其中Fe的配位数为。（3）苯胺（NH2）的晶体类型是。苯胺与甲苯（CH3）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（5.9 ）、沸点（184.4）分别高于甲苯的熔点（95.0）、沸点（110.6），原因是_

16、。（4）NH4H2PO4中，电负性最高的元素是；P的杂化轨道与O的2p轨道形成键。（5）NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为（用n代表P原子数）。【解析】（1）由元素周期表中的“对角线规则”可知，与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg；Mg为12号元素，M层只有2个电子，排布在3s轨道上，故M层的2个电子自旋状态相反。（2）Fe能够提供空轨道，而Cl能够提供孤电子对，故FeCl3分子双聚时可形成配位键。由常见AlCl3的双聚分子的结构可知FeCl3的

17、双聚分子的结构式为FeClClClClFeClCl，其中Fe的配位数为4。（3）苯胺为有机物，结合题给信息中苯胺的熔、沸点可知苯胺为分子晶体。苯胺中有NH2，分子间可形成氢键，而甲苯分子间不能形成氢键，分子间氢键可明显地提升分子晶体的熔、沸点。（4）同周期从左到右，主族元素的电负性逐渐增强，故O的电负性大于N，同主族从上到下，元素的电负性逐渐减小，故电负性N大于P，又H的电负性小于O，因此NH4H2PO4中电负性最高的元素是O。PO43中中心原子P的价层电子对数为4，故P为sp3杂化，P的sp3杂化轨道与O的2p轨道形成键。（5）由三磷酸根离子的结构可知，中间P原子连接的4个O原子中，2个O原

18、子完全属于该P原子，另外2个O原子分别属于2个P原子，故属于该P原子的O原子数为22×3，属于左、右两边的2个P原子的O原子数为3×2×27，故若这类磷酸根离子中含n个P原子，则O原子个数为3n1，又O元素的化合价为2，P元素的化合价为5，故该离子所带电荷为2×（3n1）5nn2，这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为（PnO3n1）（n2）。【答案】（1）Mg相反（2）FeClClClClFeClCl4（3）分子晶体苯胺分子之间存在氢键（4）Osp3（5）（PnO3n1）（n2）【例6】请完成下列各题。（1）前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在

19、周期数相同的元素有种。（2）第A、A族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与单晶硅相似。Ga原子的电子排布式为。在GaN晶体中，每个Ga原子与个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为。在四大晶体类型中，GaN属于晶体。（3）在极性分子NCl3中，N原子的化合价为3，Cl原子的化合价为1，请推测NCl3水解的主要产物是（填化学式）。【解析】（1）前4周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有：H（未成对电子数1，第一周期）、C、O（未成对电子数2，第二周期）、P（未成对电子数3，第三周期），Cr（未成对电子数4，第四

20、周期）、Fe（未成对电子数4，第四周期）共六种元素。（2）Ga原子序数为31，其原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，GaN晶体结构与单晶硅相似，为原子晶体。每个Ga与4个N原子相连，构成一个正四面体结构。（3）NCl3分子中N原子化合价显3价，Cl原子化合价显1价，当它水解时，水电离出的H与N3相结合成NH3，而NH3又与水结合成NH3·H2O；Cl与OH结合成HClO。【答案】（1）6（2）1s22s22p63s23p63d104s24p14正四面体原子（3）HClO、NH3·H2O【例7】（2019年高考·江苏卷）Cu2O广泛

21、应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu2O。（1）Cu2基态核外电子排布式为。（2）SO42的空间构型为（用文字描述）；Cu2与OH反应能生成Cu（OH）42，Cu（OH）42中的配位原子为（填元素符号）。（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为；推测抗坏血酸在水中的溶解性：（填“难溶于水”或“易溶于水”）。（4）一个Cu2O晶胞（如图2）中，Cu原子的数目为。【解析】（1）Cu为29号元素，根据构造原理可知，Cu的核外电子排布式为Ar3d104s1，失去2个电子后变为Cu2，则Cu2的核外电子排布式为Ar3d9。（2）SO42中S没有

22、孤对电子，价层电子对数为044，故S为sp3杂化，SO42的空间构型为正四面体形。该配离子中Cu提供空轨道，O提供孤对电子，故配位原子为O。（3）该分子中形成单键的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为sp2杂化。1个抗坏血酸分子中含有4个羟基，其可以与H2O形成分子间氢键，所以抗坏血酸易溶于水。（4）根据均摊法知，该晶胞中白球个数为8×12，黑球个数为4，白球和黑球数目之比为12，所以Cu为黑球，1个晶胞中含有4个Cu原子。【答案】（1）Ar3d9或1s22s22p63s23p63d9（2）正四面体O（3）sp3、sp2易溶于水（4）4【例8】（2017年高考·课标全国卷

23、）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）。回答下列问题：（1）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如下图所示。从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为，不同之处为。（填标号）A.中心原子的杂化轨道类型B.中心原子的价层电子对数C.立体结构D.共价键类型R中阴离子N5中的键总数为个。分子中的大键可用符号mn表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数（如苯分子中的大键可表示为66），则N5中的大键应表示为。上图中虚线代表氢键，其表示式为（NH4）NHCl、。（2）R的晶体密度为d g·cm3，其立

24、方晶胞参数为a nm，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_。【解析】（1）R中两种阳离子分别为H3O和NH4。A选项，两种阳离子中心原子的杂化轨道类型均为sp3，所以两者相同；B选项，H3O中心原子的价层电子对数为（631）/24，NH4中心原子的价层电子对数为（541）/24，所以两者相同；C选项，H3O和NH4的立体结构分别为三角锥形和正四面体形，所以两者不同；D选项，H3O和NH4均含有极性共价键和配位键，所以两者相同。由题给图示可知，N与N之间形成5个NN键，因此有5个键。N5中有5个氮原子参与形成大键，每个N原子与其他2

25、个N原子形成共价键，每个N原子还可以提供1个电子参与大键的形成，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大键，因此N5中的大键可表示为56。根据题给表示式可知，除表示出形成氢键的原子外，还要表示出形成氢键的原子所在的原子团和该原子在原子团中的成键情况，因此氢键的表示式为（NH4）NHCl、（H3O ）OHN（N5）、（NH4）NHN（N5）。（2）晶胞的质量为d g/cm3×（a×107 cm）3a3d×1021 g，NA个该单元的质量为M g，则，故y。【答案】（1）ABDC556（H3O）OHN（N5）（NH4）NHN（N5）（2）（或×1021）【

26、例9】A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：（1）四种元素中电负性最大的是（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为。（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是（填分子式），原因是；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为和。（3）C和D反应可生成组成比为13的化合物E，E的立体构型为，中心原子的杂化轨道类型为。（4）化合物D2A的立体构型为，中心原子的价层电子对数为，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为。（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞

27、结构如右图所示，晶胞参数a0.566 nm，F的化学式为；晶胞中A原子的配位数为；列式计算晶体F的密度（g·cm3）。【解析】A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素。A2和B具有相同的电子构型，则A是O，B是Na；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C是P；D元素最外层有一个未成对电子，所以D是氯元素。（1）非金属性越强，电负性越大，则四种元素中电负性最大的是O。P的原子序数是15，则根据核外电子排布可知C原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3（或Ne3s23p3）。（2）氧元素有氧气和臭氧两种单质，由于O3相对分子质量较大，范德华力大，所以其

28、沸点高；A和B的氢化物分别是水和NaH，所属的晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。（3）C和D反应可生成组成比为13的化合物E，即E是PCl3，其中P含有一对孤对电子，其价层电子对数是4，所以E的立体构型为三角锥形，中心原子的杂化轨道类型为sp3。（4）化合物Cl2O分子中氧元素含有2对孤对电子，价层电子对数是4，所以立体构型为V形。单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，则化学方程式为2Cl22Na2CO3H2O=Cl2O2NaHCO32NaCl。（5）根据晶胞结构可知氧原子的个数8×6×4，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

29、原子距离最近的钠原子的个数为8个，即晶胞中A原子的配位数为8，晶体F的密度2.27 g/cm3。【答案】（1）O1s22s22p63s23p3（或Ne3s23p3）（2）O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体（3）三角锥形sp3（4）V形42Cl22Na2CO3H2OCl2O2NaHCO32NaCl（或2Cl2Na2CO3Cl2OCO22NaCl）（5）Na2O82.27 g/cm3【例10】X、Y、Z、Q、W为按原子序数由小到大排列的五种短周期元素，已知：X元素与Q处于同一主族，其原子价电子排布式都为ns2np2，且X原子半径小于Q的。Y元素是地壳中含量最多的元素；W元素的电负性略小于Y元素，在W原子的电子排布中，p轨道上只有1个未成对电子。Z元素的电离能数据见下表（kJ·mol1）：I1I2I3I4496456269129540 请回答：（1）XY2分子空间构型为，X原子的轨道杂化方式为；QX的晶体结构与金刚石的相似，其中X原子的杂化方式为，微粒间存在的作用力是。（2）晶体ZW的熔点比晶体