高中化学选修三——晶体结构与性质

1、晶体结构与性质、晶体的常识1. 晶体与非晶体晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有能自发呈现多面体外形原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无不能自发呈现多面体外形原子排列相对无序晶体呈现自范性的条件：晶体生长的速率适当得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出 特性：自范性；各向异性强度、导热性、光学性质等固定的熔点；能使X-射线产生衍射区分晶体和非晶体最可靠的科学方法2. 晶胞-描述晶体结构的根本单元，即晶体中无限重复的局部一个晶胞平均占有的原子数 二X晶胞顶角上的原子数+ X晶胞棱上的原子+ X晶胞面上的粒子数+1X晶胞体心内的原子数思考：以下图依次是金属钠Na、金属锌Z

2、n、碘12、金刚石C晶胞的示意图，它们分 别平均含几个原子？eg： 1.晶体具有各向异性。如蓝晶Al2QSiO2在不同方向上的硬度不同；又如石墨与 层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为 1: 1000。晶体的各向异性主要表现在光学性质D.晶体一定是无色透明的固体 固体SiO2一定是晶体 硬度导热性导电性A. B. C. 2. 以下关于晶体与非晶体的说法正确的选项是A. 晶体一定比非晶体的熔点高B.C.非晶体无自范性而且排列无序D.3. 以下图是CO分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？二、分子晶体与原子晶体1. 分子晶体-分子间以分子间作用力范德华力、氢键相结合的晶体注意：

3、a.构成分子晶体的粒子是分子b. 分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 物理性质a. 较低的熔、沸点 b. 较小的硬度c. 一般都是绝缘体，熔融状态也不导电d. “相似相溶原理：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 典型的分子晶体a. 非金属氢化物：HS、NH、CH、HX等b. 酸：I4SQ、HNO HPQ等c. 局部非金属单质：夫、Q、H、S、P4、C6od. 局部非金属氧化物：CQ SO、NQ NQ4、RQ、P4Q0等f.大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等结构特征a.只有范德华力-分子密堆积每个分子周围有12个紧邻的分子 CO晶体结构图

4、b.有分子间氢键-分子的非密堆积以冰的结构为例，可说明氢键具有方向性笼状化合物-天然气水合物2.原子晶体-相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体 注意：a.构成原子晶体的粒子是原子b.原子间以较强的共价键相结合物理性质a.熔点和沸点咼b.硬度大c. 一般不导电d.且难溶于一些常见的溶剂常见的原子晶体a.某些非金属单质：金刚石C、晶体硅Si、晶体硼B、晶体锗Ge等b.某些非金属化合物:碳化硅SiC晶体、氮化硼BN晶体c.某些氧化物：二氧化硅SiO2晶体、AbQ金刚石的晶体结构示意图二氧化硅的晶体结构示意图思考：1.怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降2. “具有

5、共价键的晶体叫做原子晶体，这种说法对吗？eg： 1.在解释以下物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是A. HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱B. 金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降C. F2、Cl、Br2、丨2的熔、沸点逐渐升高D. N 2可用做保护气2. 氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。以下各 组物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硼熔化所克服的微粒间的作用力类型相同 的是A. 氯化钠和金刚石B.冰和干冰C.晶体硅和水晶D.硼和苯3.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据答复下面问题金刚石晶体硅晶体硼熔点厂c>

6、;382316832573沸点/ c510026282823硬度107.09.51 晶体硼的晶体类型属于 晶体，理由是 2 晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个硼原子。通过分析图形及推算，此晶体结构单元由 个硼原子构成，其中B-B键的键角为，共含有个B-B键三、金属晶体1. 电子气理论-金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气，被所有原子 共用，从而把所有的金属原子维系在一起2. 物理性质电子气理论可进行解释微粒导电性导热性延展性金属原子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶

7、体中各原子层相对滑动仍保持相互作用熔点的变化规律-金属键的强弱决定金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高，硬度也 越大如:K<Na<Mg<AI Li>Na>K>Rb>Cs3. 金属晶体的原子堆积模型金属原子在二维空间平面上有二种排列方式配位数=4 非密置层配位数=6 密置层金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成，有四种根本模式 简单立方堆积-Po配位数为6,空间占用率52%每个晶胞含1个原子 体心立方堆积-K型Na K、Fe配位数为8,空间占用率68%每个晶胞含2个原子 六方最密堆积-Mg型Mg Zn、Ti每两层形

8、成一个周期, 即ABAB堆积方式配位数为12空间利用率74% 每个晶胞含2个原子面心立方堆积-Cu型Cu Ag Au每三层形成一个周期,即ABCAB堆积方式配位数为12空间利用率74%每个晶胞含4个原子4. 混合晶体-石墨晶体石墨质软：石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动石墨的熔沸点很高熔点高于金刚石：石墨各层均为平面网状结构，碳原子以sp2杂化与周围三个碳原子形成c键，垂直平面的pz轨道形成大n键eg： 1.在以下有关晶体的表达中错误的选项是A. 分子晶体中，一定存在极性共价键B. 原子晶体中，只存在共价键C. 金属晶体的熔沸点差异很大D. 稀有气体的原子能形成分子晶体2. 以下

9、表达正确的选项是A. 任何晶体中，假设含有阳离子也一定含有阴离子的B. 原子晶体中只含有共价键C. 离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D. 分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键3. 金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高，且据研究说明，一般说来金属原子半径越小，价电子数越多，那么 金属键越强。由此判断以下说法中错误的选项是A. 镁的硬度小于铝B. 镁的熔沸点低于钙C. 镁的硬度大于钾D. 钙的熔沸点高于钾四、离子晶体1. 离子晶体-由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体物理性质：a.硬度较大b.熔、沸点较高c.固态时不导电，熔

10、化状态才导电2. 结构模型 NaCl型晶体Na位于顶点和面心Cl位于棱心和体心在NaCl晶体的一个晶胞中含 Na: 1+12X1/4=4含 Cl-: 8X 1/8+6 X 1/2=4CsCl型晶体Cs+位于体心c位于顶点在CsCl晶体的一个晶胞中含 CS : 1含 C: 8 X 1/8=1CaF2型晶体ca"位于顶点和面心F-位于内部在CaH晶体的一个晶胞中含 Ca+: 8 X 1/8+6 X 1/2=4每个ci-周围与之最接近且距离相等的Na有6个，这几个Nh构成正八面体；Na同理Ca+的配位数为8，构成立方体F-的配位数为4,构成正四面体含 F-: 8注意：审题时注意是“分子结构

11、 有实际存在的原子个数决定，且原子个数比不约简3.晶格能-气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量, 态阴离子和气态阳离子所吸收的能量还是“晶体结构，假设是分子结构，其化学式由图中所或拆开1mol离子晶体使之形成气 晶格能越大，离子晶体越稳定，熔沸点越高，硬度越大 离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，晶格能越大 岩浆晶出规那么与晶格能的关系-晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中冷 却下来，从而先结晶晶体类型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和自由电子阴、阳离子相互作用分子间作用力共价键金属键离子键物 理 性 质熔沸点很低很高一般较高，局部较低较

12、高硬度很小很大一般较大，局部较小较大导电性差差Si为半导体良好固态不导电.熔化状态和溶液导电实例冰、干冰、碘等金刚石、SQNa、Fe、Au 等NaCl、CsCl 等eg： 1.以下说法正确的选项是A. 种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物B. 离子键只存在于离子化合物中C. 共价键只存在于共价化合物中D. 离子化合物中必定含有金属元素2. 以下大小关系正确的选项是A. 晶格能：NaCKNaBr B. 硬度：MgO>CaOC.熔点：Nal>NaBrD.熔沸点：CO>NaCI3. 钙钛矿晶胞结构如以下图所示1 该晶体结构中氧、钛、钙的离子个数比是 ，化学式可表示为 2在

13、该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子、钙离子各有、个3 假设钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a，b，c，晶体结构图中正方体边长钛原子之间的距离为dnm1nm=10m，那么该晶体的密度为g/cm 3阿伏加德罗常数用Nx表示习题精选1. 晶体与非晶体的本质区别是A. 晶体有规那么的几何外形，而非晶体没有规那么的几何外形B. 晶体内粒子有序排列，而非晶体内粒子无序排列C. 晶体有固定熔、沸点，而非晶体没有固定熔、沸点D. 晶体的硬度大，而非晶体的硬度小2. 石墨晶体的层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数分别为A. 6，6B.2，4C.2，3D.3，23. X是核外

14、电子数最少的元素，丫是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的原子晶体，以下表达错误的选项是A. WX是沼气的主要成分B. 固态XY是分子晶体C. ZW是原子晶体D. ZY2的水溶液俗称“水玻璃4. 以下有关晶体结构的表达中，不正确的选项是A. 冰晶体中，每个水分子与周围最近的4个水分子通过氢键相吸引，并形成四面体B. 干冰晶体中，每个晶胞平均含有 8个氧原子C. 金刚石晶体中，碳原子与 C-C键之比为1 : 2D. 二氧化硅晶体中，最小环是由6个硅原子组成的六元环5. 以下有关原子晶体的表达中，不正确的选项是A. 原子晶体中可能存在非极性共价键B. 原子晶体

15、的硬度一般比分子晶体的高C. 在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子以共价键结合D. 金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体6. 关于晶体的以下说法正确的选项是A. 1mol金刚石晶体中含有4mol共价键B. 金属镁、金刚石和固体氖都是由原子直接构成的单质晶体C. 金属晶体的熔点可能比分子晶体的低，也可能比原子晶体的高D. 铜晶体中，1个铜离子跟2个价电子间有较强的相互作用7. 某晶体的局部结构为正三棱柱，这种晶体中A、B、C三种微粒数目之比为A. 3 : 9 : 4B.1: 4 : 2C.2: 9 : 4D.3: 8 : 48. 前些年报道的硼和镁形成的化合物

16、刷新了金属化合物超导温度的最高记录。 如下图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子， 6个硼原子位于棱柱内。那么该化合物的化学式可表示为A.MgB B.MgB 2 C.Mg2BD.Mg3B29. 根据以下性质判断，属于离子晶体的是A. 熔点2700 E，导电性好，延展性强B. 无色晶体，熔点3550E，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C. 无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800°C，熔化时能导电D. 熔点-56.6 C，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电10. 以下有关晶体的表达中不正确的选项是A. 金刚石的网状结构中，由共价键形成的碳原

17、子环中，最小的环上有6个碳原子B. NaCl晶体中,每个N扌周围距离相等的N扌离子共有6个C. CsCl晶体中,每个。6周围紧邻8个Cl-D. 干冰晶体中，每个二氧化碳分子周围紧邻12个二氧化碳分子11. 以下有关离子晶体的数据大小比拟不正确的选项是A. 熔点：NaF> MgF>AIF3B. 晶格能：NaF> NaCI> NaBrC. 阴离子的配位数：CsCl > NaCl> CaFD. 硬度：MgO> CaO BaO12. 有关物质的结构和组成如下图，以下说法中不正确的选项是A. 在NaCl晶体中，距Ns!最近的Cl-形成正八面体B. 该气态团簇分子

18、的分子式为 EF或FEC. 在CO晶体中，一个CO分子周围有12个CO分子紧邻D. 在碘晶体中，碘分子的排列有两种不同的方向13. BCI3的熔点为10.7 C,沸点为12.5 C。在BCb分子中，Cl-B-Cl键角为120°，它可以水解，水解产物之一是 HCl。以下对BCl3的表达中正确的选项是A. BCb是原子晶体B. 熔化时BCl3能导电C. BCb分子是一种极性分子D. 水解方程式：BCl3 + 3H 2O ? H3BO + 3HCl14. 有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如下图，有关说法正确的选项是A. 为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，为面心立方最密堆 积

19、B. 每个晶胞含有的原子数分别为：1个，2个，3个，4个C. 晶胞中原子的配位数分别为：6,8,12,12D. 空间利用率的大小关系为： < < <15. C6。、金刚石和石墨的结构模型如下图石墨仅表示出其中的一层结构1G。、金刚石和石墨三者的关系是互为 A.同分异构体B.同素异形体C. 同系物 D. 同位素2 固态时，C60属于L 填“原子或“分子晶体，其熔点比金刚石 填“高、“低或“无法确定3 晶体硅的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是_NA个；二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子，二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形

20、成的最小环上氧原子数目是 4 石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是 个16. 以下图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题(1) 该晶胞拥有的铜原子数是 个(2) 该晶胞称为 (A.六方晶胞B. 体心立方晶胞 C.面心立方晶胞(3) 此晶胞立方体的边长为a cm, Cu的相对原子质量为64,金属铜的密度为p g/cm图I所示的CaF晶体中与CsT最近且等距离的图®数为晶体中铜原子堆图模型中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为 图U所示的物质结构中最外能层已达 8电子结构的原子是, HBQ晶体中B原子个数与极性键个数比为 金属铜具有很好的延展性、导电性、传热性，对此现

21、象最简单的解释是用, 那么阿伏加德罗常数为 (用a、p表示)17. 现有几组物质的熔点(单位：C)的数据A组B组C组D组金刚石：3550Li : 181HF: 83NaCI: 801晶体硅：1410Na： 98HCI: 115KCI: 776晶体硼：2300K： 64HBr： 89RbCI: 718二氧化硅：1723Rb: 39HI : 51CsCI: 645据此答复以下问题：(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

22、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：NaCI>KCI>RbCI>CsCI，其原因解释为18. 氮化硼(BN是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反响可 以得到BF3和BN如以下图所示请答复以下问题：(1) 由BQ制备BN的化学方程式是 (2) 基态B原子的电子排布式为 ;B和N相比，电负性较大的是 ,BN中B元素的化合价为 (3) 在BF3分子中，F-B-F的键角是，B原子的杂化轨道类型为 ，BE和过量NaF作用可生成NaBF, BF4的立体构型为(4) 在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为

23、，层间作用力为(5) 六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm,立方氮化硼的一个晶胞中含有 个氮原子、个硼原子，立方氮化硼的密度是g?cm -3 (只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数为M,上图为金刚石晶胞)19. 以下图为CaF、HbBQ (层状结构，层内的HBO分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的 结构示意图，请答复以下问题：理论(4) 三种晶体中熔点最低的是 (填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为(5) 两个距离最近的Ca核间距离为ax 10-8cm结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2 晶

24、体的密度为 (列出表达式，MCa2=78 g mol-1)20. VIA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含 VIA族 元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请答复以下问题：(1) S单质的常见形式为S8，其环状结构如以下图所示，S原子采用的轨道杂化方式是 _(2) O S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为 (3) Se原子序数为，其核外M层电子的排布式为 4) HSe的酸性比H2S (填“强或“弱)。气态SeQ分子的立体构型为，sQ-离子的立体构型为(5) HSeQ的K和&分别为2.7 x 10-3和2.5 x 10-8，HSeQ第一步几乎

25、完全电离，&为1.2x 10-2，请根据结构与性质的关系解释： HSeQ和HSeQ第一步电离程度大于第二步电离的原因 HSeQ比HSeQ酸性强的原因 (6) ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方 ZnS晶体结构如 以下图所示，其晶胞边长为540.0 pm密度为g cm干冰和冰是两种常见的分子晶体，以下关于两种晶体的比拟中正确的选项是a.晶体的密度：干冰冰b.晶体的熔点：干冰冰c.晶体中的空间利用率：干冰冰d.晶体中分子间相互作用力类型相同 金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，以下关于这两种单质的表达中正确的有a. 金刚石中碳原子的杂化类型为 sp3杂化，石墨

26、中碳原子的杂化类型为 sp2杂化b. 晶体中共价键的键长：金刚石中 C-Cv石墨中C-Cc. 晶体的熔点：金刚石石墨d. 晶体中共价键的键角：金刚石石墨e. 金刚石晶体中只存在共价键，石墨晶体中那么存在共价键、金属键和范德华力f. 金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体 金刚石晶胞结构如图，立方 BN结构与金刚石相似，在BN晶体中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为 ，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为，一个晶胞中 N原子数目为 C与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为 ，金属铜采用面心立方最密堆积(在晶胞的顶点和面心均含有一个 Cu原子)，那么Cu的晶体中Cu原子 的配位数为。Cu单质的晶体密度为p g/cm3，Cu的相对原子质量为M,阿伏伽德罗常数2，那么Cu的原子半径为22