第十章第3讲晶体结构与性质

1、第3讲晶体结构与性质2013考纲要求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。4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒、微粒间作用力的区别。考点一晶体常识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

2、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：kJ·mol1。(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。深度思考1判断下列叙述是否正确：(1)固态物质一定是晶体()(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同()(3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的

3、排列()(4)凡有规则外形的固体一定是晶体()2(1)立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？(2)六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用？题组一晶胞中原子个数的计算1如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是_，乙中a与b的个数比是_，丙中一个晶胞中有_个c离子和_个d离子。2下图为离子晶体空间构型示意图：(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_。题组二晶体的密度及微粒间距离的计算3某离子晶体的晶胞结构如图所示，X()位于立方体的顶点，Y()位于立方体的中心。试分析：(1)晶体中每个Y同时

4、吸引_个X。(2)该晶体的化学式为_。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol1，晶体的密度为g·cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为_cm。4如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na或Cl所处的位置，这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。(1)请将其中代表Na的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个。(3)晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中C

5、l的个数等于_，即(填计算式)_；Na的个数等于_，即(填计算式)_。（4）与钠离子等距的氯离子有个，它们围成的几何图形是 (5)设NaCl的摩尔质量为Mrg·mol1，食盐晶体的密度为g·cm3，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为_cm。5最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为()ATi14C13BTiCCTi4C4DTi4C36.测知氯化钠晶体中相邻的Na与Cl的距离为acm，该晶体密度为dg·cm3，则阿伏加德罗常数可表示为()A.B.C

6、.D.【反思归纳】晶胞计算的思维方法(1)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、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。(2)“均摊法”原理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、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。(3)

7、晶体微粒与M、之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg(M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为a3g(a3为晶胞的体积)，则1mol晶胞的质量为a3NAg，因此有xMa3NA。考点二四种晶体性质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力分子间作用力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常见溶剂难溶大多数易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的

8、良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素X2)、部分非金属氧化物(如CO2、SO2)、几乎所有的酸、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)深度思考1判断下列说法是否正确：(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子()(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子()(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高()(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低

9、()2CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似，你知道原因吗？答案决定二者物理性质的因素：晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而CO与SiO键都是极性键。特别提醒(1)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710，MgO的熔点为2852。(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。3在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4

10、、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。(1)其中只含有离子键的离子晶体是_；(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是_；(3)其中既含有离子键，又含有极性共价键和配位键的离子晶体是_；(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是_；(5)其中含有极性共价键的非极性分子是_；(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是_；(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是_。题组一晶体类型的判断1有下列八种晶体：A.水晶B冰醋酸C氧化镁D白磷E晶体氩F铝G氯化铵H金刚石。用序号回答下列问题：(1)直接由原子构成的晶体是_，

11、属于原子晶体的化合物是_。(2)由极性分子构成的晶体是_，含有共价键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。(3)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_，需克服共价键的是_。2现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：83NaCl：801硅晶体：1410Na：98HCl：115KCl：776硼晶体：2300K：64HBr：89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：51CsCl：645据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导

12、电性导热性延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为_。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，结果如表：序号熔点/硬度水溶性导电性水溶液与Ag反应A811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀B3500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(1)晶体的化学式分别为A_、B_、C_。(2)晶体的类型分别是A_、B_、C_。(3)晶体中微粒间作

13、用力分别是A_、B_、C_。规律与方法晶体类型的5种判断方法1依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。(3)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。(4)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(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)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

14、分子晶体。(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质是金属晶体。3依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高。(2)原子晶体熔点高。(3)分子晶体熔点低。(4)金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。4依据导电性判断(1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。(4)金属晶体是电的良导体。5依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金

15、属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。注意(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。(2)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1.42×1010m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×1010m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)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)。(4)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。题组二晶体熔、沸点的比较4下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是()ACl2>I2BSiCl4<CCl4CNH3>PH3DC(CH3)4

16、>CH3CH2CH2CH2CH36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、AlABCD规律方法分类比较晶体的熔、沸点1不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，如汞、镓、铯等沸点很低，金属晶体一般不参与比较。2原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>硅。3离子晶体一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的

17、熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。4分子晶体(1)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、沸点反常的高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。(2)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SnH4>GeH4>SiH4>CH4，F2<Cl2<Br2<I2。(3)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CO>N2，CH3OH>CH3CH3。5金属晶体金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔

18、、沸点就越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs。特别提醒(1)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体Na晶体的熔点(98)小于分子晶体AlCl3晶体的熔点(190)。(3)并非存在氢键的分子晶体的熔、沸点就高，分子内形成氢键，一般会使分子晶体的熔、沸点降低。例如邻羟基苯甲醛()由于形成分子内氢键，比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低。考点四几种常见的晶体模型1原子晶体(金刚石和二氧化硅)(1)金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，CC键之间的夹角

19、是109°28，最小的环是六元环。含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。(2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。2分子晶体(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。(2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol“氢键”。3离子晶体(1)NaCl型：在晶体中，每个Na同时吸引6个Cl，每个Cl同时吸引6个Na，配位数为6。每个晶胞含4个Na和4个Cl。(2)CsCl型：在晶体中，每个Cl吸引8

20、个Cs，每个Cs吸引8个Cl，配位数为8。4石墨晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。5常见金属晶体的原子堆积模型结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积A1Cu、Ag、Au12体心立方堆积A2Na、K、Fe8六方最密堆积A3Mg、Zn、Ti12特别提醒(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na周围的Na数目(Na用“”表示)：每个面上有4个，共计12个。(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的

21、空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。深度思考1在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？答案不一样，金刚石中表示的是CC共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力，分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的C=O键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。2下列排列方式中，A.ABCABCABCBABABABABABCABBAABBADABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是_；属于铜型堆积方式的是_。答案BA题组一依据晶胞判断晶体类型1下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞示意图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型

22、相同的是_(请用相应的编号填写)。题组二对晶胞结构的考查2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周围距离相等的Na共有6个C氯化铯晶体中，每个Cs周围紧邻8个ClD干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子题组三教材习题回扣4(选修3P822)下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是()AO2和SiO2BNaI和I2CCO2和H2O DCCl4和NaCl5(选修3P841)在单质的晶体中，一定不存在()A离子键B分子间作用力C共价键D金属离子与自由电子间的作用6(选修3P847)X和Y两种元素的核电荷

23、数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法中不正确的是()AX的单质固态时为分子晶体BY的单质为原子晶体CX与Y形成的化合物固态时为分子晶体DX与碳形成的化合物为分子晶体7(选修3P848)下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是()ANa2O和SiO2熔化BMg和S熔化C氯化钠和蔗糖熔化D碘和干冰升华8(选修3P8513改编)下表列出了钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点：NaXNaFNaClNaBrNaI熔点/995801775651SiX4SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/90.270.45.2120.5(1)从表中可以看出，钠的卤化

24、物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，原因是_。(2)钠的卤化物熔点按F、Cl、Br、I的顺序依次降低，而硅的卤化物的熔点依次升高的原因是_。考场原题1.(15分)五种元素A、B、C、D、E，其中A元素形成的原子核内只有一个质子；B的基态原子s能级的总电子数比p能级的总电子数多1；C元素的原子最外层电子数是次外层的3倍；D在B的下一周期，在同周期元素中，D形成的简单离子半径最小；E是形成化合物种类最多的元素。(1)A、E形成的化合物E2A2分子中键和键数目之比为_；B、C、D三元素的第一电离能由大到小的顺序为_(填元素符号，下同)；A、B、C电负性由大到小的顺序为_。(2)与PH3相比，BA3易液化的主要原因是_；BA3分子中键角_(填“>”、“<”或“”)109°28，原因是_。(3)BC的立体构型为_。BC中B原子轨道的杂化类型为_。(4)化合物DB是人工合成的半导体材料，它的晶胞结构与金刚石(右图为金刚石晶胞的结构模型)相似，DB晶胞的边长为acm。该晶体的密度为_g·cm3(NA表示阿伏加德罗常数，DB的摩尔质量为bg·mol1)。2下列7种物质：白磷(P4)水晶氯化铵氢氧化钙氟化