专题12-3 晶体结构与性质讲-2018年高考化学一轮复习讲

第三讲晶体结构与性质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。了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成粒子及粒子间作用力的区别。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。了解晶格能的概念及其离子晶体的性质。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。能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。、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【特别提醒】在适宜的条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质称为晶体的自范性。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。有没有自范性是晶体与非晶体的本质差异。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：所有晶胞平行排列、取向相同。形状：一般而言晶胞都是平行六面体。4．立方晶胞中粒子数目的计算——均摊法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n1）长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：体心:处于晶胞内部，全部属于该晶胞1）长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：体心:处于晶胞内部，全部属于该晶胞~顶点:为8个晶胞共有,*属于该晶胞—棱:为4个晶胞共有,+属于该晶胞面心:为2个晶胞共有,*属于该晶胞2）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，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占1/3。【特别提醒】①具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如切割整齐的玻璃。②晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面体”。③在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时，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用，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。【典型例题1】【2017届河北省石家庄辛集中学高三上期中】有关晶体的下列说法中正确的是（）晶体中分子间作用力越大，分子越稳定原子晶体中共价键越强，熔点越高冰熔化时水分子中共价键发生断裂氯化钠熔化时离子键未被破坏【答案】B【解析】A.分子的稳定性与分子中的化学键有关，与分子间作用力无关，故A错误；B.原子晶体中物质的熔点与化学键强弱有关，所以原子晶体中共价键越强，熔点越高，故B正确；C.冰融化时，发生了变化的是水分子之间的距离，而水分子内部的O-H共价键没有发生断裂，故C错误；D.氯化钠熔化时，离子键被破坏，故D错误；故选B。【点评】本题考查了晶体的有关知识，注意分子晶体的稳定性与分子间作用力无关，与化学键的强弱有关明确不同类型的晶体在熔化时克服不同的作用力是解答本题的关键，注意把握晶体类型的判断方法和微粒间的作用。离子晶体熔化克服离子键，原子晶体熔化克服共价键，金属晶体熔化克服金属键，分子晶体熔化或升华克服分子间作用力或氢键，尤其注意氢键属于分子间作用力。【迁移训练1】【宁夏石嘴山市三中2018届高三9月月考】下列有关晶体的说法中正确的是（）原子晶体、离子晶体、金属晶体、分子晶体中都一定存在化学键熔点：离子晶体：MgO〉NaCl;分子晶体：HO>HS金属晶体：锂〈钠〈钾〈铷〈铯金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点晶体中有阴离子，必有阳离子；则晶体中有阳离子，必有阴离子【答案】C【解析】A、原子晶体中含有共价键，离子晶体中含有离子键，金属晶体中含有金属键，大部分分子晶体中含有共价键，稀有气体为单原子分子，不含化学键，A错误。吨NmCl均为离子晶体，前者的离子半径小于后者的粒子半径，且前者的阴阳离子所带的电荷大于后者的阴阳离子所带电荷，因而熔点：MgO>NaCl^thO.IhS均为分子晶体，组成和结构相似，一般可以根据相对分子质量的犬小来判断熔沸点的高低，但耳0分子间含有氢键，导致熔沸点反常，熔点大小关系为：H2O>H2"金属晶体熔点大小的比较方法为：原子半径越小、阳离子所带电荷越高，金属键越强，熔点就越高，所以熔点大小关系为：锂>钠>钾〉铷〉铯，B错误。C、金刚石和晶体硅都属于原子晶体，原子半径越小，共价键越强，硬度和熔点越大，故金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点，C正确。D、晶体中有阴离子，必有阳离子，但是晶体中有阳离子，必有阴离子是错误的，金属晶体为金属阳离子和自由电子构成，无阴离子，D错误。正确答案为Co二、四类晶体的组成和性质1．晶体的基本类型与性质晶体类型性质比较一、离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体结构组成粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子

粒子间作用离子键范德华力共价键金属键物理性质熔沸点较咼低很高有咼有低硬度硬而脆小很大有大有小、有延展性溶解性易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂极性分子易溶于极性溶剂不溶于常见溶剂难溶（钠等与水反应）导电性晶体不导电；能溶于水者，其水溶液导电；熔化时导电晶体不导电，溶于水后能电离的，其水溶液可导电；熔化不导电导电性较差（Si是半导体）良导体（导电传执）典型实例NaCl、NaOH、Na0、CaCO23干冰、白磷、冰、硫黄金刚石、Si°2、晶体硅、SiCNa、Mg、Al、Fe、Cu、Zn2．典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个C与相邻的4个C以共价键结合，形成正四面体结构键角均为109°28‘最小碳环由6个C组成且6个原子不在冋一平面内每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1.2SiO2每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构每个正四面体占有1个Si,4个“20”，n（Si）：n（O）=1：2最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰每8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个

离子晶体每个Na+(Cl-)周围等距离且紧邻的Cl-(Na+)有6个。每个Na+周围等距离且紧邻的Na+有12个离子晶体每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-每个Cs+(Cl-)周围等距离且紧邻的Cs+(Cl-)有6个；每个Cs+周围等距离且紧邻的Cl-有8个简单立方堆积典型代表为Po,配位数为6,空间利用率为52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表为Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率为74%简单立方堆积典型代表为Po,配位数为6,空间利用率为52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表为Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率为74%金属晶体体心立方堆积又称为A2型或钾型，典型代表为Na、K、Fe，配位数为8,空间利用率为68%六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表为Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率为74%特殊的晶体—石墨晶体石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面网状结构，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。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高,但硬度不大,有滑腻感,能导电。【方法总结】判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，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。3．晶体熔、沸点高低的比较（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，汞、铯等沸点很低。（2）原子晶体：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〉碳化硅〉硅。（3）离子晶体的晶格能定义气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：J・mol-1。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。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。（4）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、沸点反常高。如HO>HTe>HSe>HS。2222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>GeH>SiH>CHo4444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>N。2（5）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：NaVMgVAl。典型例题2】【上海市闵行区2017届高三一模】熔点最高的晶体是干冰B.食盐C.碳化硅D.金刚石【答案】D【解析】干冰是分子晶体，食盐是离子晶体，碳化硅和金刚石是原子晶体，碳化硅和金刚石熔点高于干冰和食盐，原子晶体中原子半径越小，共价键越强，熔点越高，所以金刚石的熔点最高；答案选D。【点评】本题考查了不同子晶体的熔点判断，根据不同晶体熔点比较一般规律：原子晶体〉离子晶体〉分子晶体分析，注意把握同种晶体熔点比较方法。【迁移训练2】【浙江教育绿色评价联盟2017届高三3月适应性试卷】下图分别代表NaCl、金刚石、干冰、石墨结构的一部分。下列说法正确的是（）NaCl晶体只有在熔融状态下离子键被完全破坏，才能形成自由移动的离子金刚石中存在的化学键只有共价键，不能导电干冰中的化学键只需吸收很少的热量就可以破坏，所以干冰容易升华石墨中碳原子的最外层电子都参与了共价键的形成，故熔点很高、硬度很大。【答案】B【解析】A.NaCl是离子化合物，在溶于水或熔融状态下离子键均能被完全破坏，故A错误；B.金刚石为原子晶体，化学键只有共价键，不能导电，故B正确；C.干冰属于分子晶体，干冰升华是物理变化，破坏的是分子间作用力，化学键不变，故C错误；D.石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以O键结合，形成正六角形的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子，这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大n键，因而这些n电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质，石墨为层状结构，层与层之间通过范德华力连接，所以石墨的熔点很高，但硬度较小，故D错误；故选B。考点一：四种晶体的比较与判断晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体晶体粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子、自由电子粒子间相互作用离子键分子间作用力共价键金属键熔沸点较咼很低很高无规律硬度较硬一般很软很硬无规律溶解性易溶于极性溶剂相似相溶难溶难溶（部分与水反应）导电情况晶体不导电，熔融状态下导电晶体和熔融状态下都不导电一般不导电，个别导电，还有半导体晶体导电导热性不良不良不良良物质类别离子化合物多数非金属单质及化合物金刚石、SiC、晶体硅、SiO2等少数非金属单质和化合物金属单质【归纳总结】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K20、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）原子晶体熔点很高。（3）分子晶体熔点低。（4）金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。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（1）离子晶体硬度较大、硬而脆。（2）原子晶体硬度大。（3）分子晶体硬度小且较脆。（4）金属晶体多数硬度大，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1.42X10-iom,比金刚石中碳碳共价键的键长（键长为1.54X10-10m）短，所以熔、沸点咼于金刚石。（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°C）。（4）合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。【典型例题3】【2018版咼考总复习专题十一跟踪训练】下列对晶体类型判断正确的是（）选项NaB0227CaF2HBO33NH3A原子晶体金属晶体原子晶体分子晶体B离子晶体分子晶体离子晶体分子晶体C离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体D分子晶体离子晶体分子晶体离子晶体A．AB．BC．CD．D【答案】C【解析】NaB0属于离子晶体，CaF属于离子晶体，HB0属于分子晶体，NH属于分子晶体，故选C。2272333【点评】判断晶体类型有多种方法，如依据构成晶体的微粒和微粒间的作用、物质的分类、晶体的熔点导电性、硬度和机械性能等进行判断，应根据题目所给信息选择恰当的方法，本题可根据所给物质的分类进行判断。【迁移应用3】【新疆呼图壁县一中2018届高三期初考试】下图中数据是对应物质的熔点(°C),据此做出的下列判断中正确的是()B•表中只有BCl3和CO2是分子晶体同族元素的氧化物只能形成同类型的晶体不同族元素的氧化物不能形成相同类型晶体【答案】A【解析】必.氧化铝是离子晶体，故A正确，B.AlCb也是分子晶体，故E错误；C.同族元素C、Ei的氧化物中如g是分子晶体，閃6是原子晶体，故C错误,D.IA的钠的氧化物氧化钠与IIA的镁的氧化物氧化镁都是离子晶体，故D错误。故选A。考点二：晶体结构的计算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、N、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往A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。1.晶体化学式的求法晶体的化学式的确定常用分摊法，其核心为若晶体中某位置上粒子被n个重复单元共用，那该粒子有属于这个晶胞。常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最为常见。如由立方晶胞中：处于顶点上的粒子被8个晶胞共用，该粒子有*属于这个晶胞；处于棱上的粒子被4个晶胞共用，该粒子有*属于这个晶胞；处于面心上的粒子被2个晶胞共用，该粒子有*属于这个晶胞；处于晶胞内部的粒子，该粒子完全属于这个晶胞。下表为不同晶胞不同位置微粒均摊的基本情况

顶点棱面心内部、.、.立力晶胞每个顶点上的粒子被8个晶胞共用，每个粒子只有1/8属于该晶胞每条棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞八方晶胞每个顶点上的粒子被6个晶胞共用，每个粒子只有1/6属于该晶胞每条横棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞；每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用，每个粒子只有1/3属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞三棱晶胞每个顶点上的粒子被12个晶胞共用，每个粒子只有1/12属于该晶胞每条横棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞；每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用，每个粒子只有1/6属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞2．有关晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3XpXNA=nXM,a表示晶胞的棱长，p表示密度，N表示阿伏加德罗常数，n表示lmol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3XpXNAfA表示1mol晶胞的质量。【典型例题4】【新疆呼图壁县一中2018届高三期初考试】如图是氯化铯晶体的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构单元)，已知晶体中2个最近的Cs+核间距为acm，氯化铯(CsCl)的式量为M,NA