2025届高考一轮复习 晶体结构与性质 学案

第十一单元物质结构与性质第3节晶体结构与性质【高考考情分析】1.从考查题型和内容上看，高考命题以非选择题呈现，考查内容主要有以下两个方面：（1）晶体类型的判断，晶体熔沸点的判断；（2）晶体的密度、晶胞参数、核间距计算、晶体中原子的空间位置判断；2.从命题死路上看，侧重以陌生物质的晶胞结构为情境载体考查晶体的密度、晶胞参数计算、晶体中原子的空间位置判断等。3.根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方面：（1）晶胞中配位数、微粒间距离及原子分数坐标判断；（2）晶体化学式的计算及晶体密度的计算；（3）晶体类型的判断、熔点差异原因及熔沸点高低的比较等。【基础知识复习】一、晶体和晶胞1.晶体与非晶体的比较项目晶体非晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈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无各向异性区别方法熔点法有固定熔点无固定熔点X-射线对固体进行X-射线衍射实验2.获得晶体的三种途径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”①“无隙”：相邻晶胞之间没有任何间隙。②“并置”：所有晶胞都是平行排列、取向相同。4.晶胞中粒子数目的计算方法——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1/n。(1)长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算(2)非长方体：如三棱柱【基础知识复习】二、四种晶体的结构和性质比较1.四种晶体的比较晶体类型分子晶体共价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难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，有的溶于水后导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，在水溶液中或熔融状态下导电物质类别及实例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、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)2.离子晶体的晶格能(1)定义：气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，通常取正值。单位：kJ·mol－1。(2)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。②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是最能反映离子晶体稳定性的数据。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。3.物质熔、沸点高低比较的规律(1)不同类型晶体熔、沸点的比较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。②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种类型晶体熔、沸点的比较①共价晶体原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。②离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。③分子晶体a.分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b.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。c.组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3Cl＞CH3CH3。d.同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3>>。④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，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。【典型例题复习】1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(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)共价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 ()(5)离子晶体一定都含有金属元素 ()(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体 ()答案：√✕✕✕✕√2.【深度思考】用“>”或“<”填空:(1)晶体熔点:CF4CCl4CBr4CI4(2)硬度:金刚石碳化硅晶体硅(3)熔点:NaMgAl(4)晶格能:NaFNaClNaBrNaI答案(1)＜＜＜(2)＞＞(3)＜＜(4)＞＞＞3.NF3可由NH3和F2在Cu作催化剂条件下反应直接得到:4NH3+3F2NF3+3NH4F。上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有(填序号)。a.离子晶体b.分子晶体c.共价晶体d.金属晶体答案abd4.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,结果如下表: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态导电白色沉淀B3500很大不溶不导电不反应C-114.2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)晶体中微粒间作用力分别是A、B、C。答案(1)NaClCHCl(2)离子晶体共价晶体分子晶体(3)离子键共价键范德华力5.(1)Al2O3、SiC、Si、金刚石中属于共价晶体的有,其熔点由高到低的顺序为,理由是。(2)干冰、冰二者的熔点较高的是,其理由是。(3)CS2熔、沸点高于CO2的理由是 。(4)BN、MgBr2、SiCl4的熔点由高到低的顺序为 。(5)NaF的熔点(填“>”“=”或“<”)B的熔点,其原因是。答案(1)SiC、Si、金刚石金刚石>SiC>SiC—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大,键能依次减小,熔点依次降低(2)冰冰晶体中分子间存在氢键(3)CS2和CO2均为分子晶体,CS2的相对分子质量大,分子间作用力大,因此CS2熔、沸点高于CO2(4)BN>MgBr2>SiCl4(5)>两者均为离子化合物,且离子所带电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低6.(1)Zn与S形成的化合物晶体的晶胞如图a所示。(a)①在1个晶胞中,Zn2+的数目为。②该化合物的化学式为。(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,图b为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为,该功能陶瓷的化学式为。(b)A.原溶液中一定含有SB.原溶液中一定含有NC.原溶液中一定含有Cl-D.原溶液中一定含有Fe3+答案(1)①4②ZnS(2)2BN7.(1)ZnS的晶胞结构如图所示,在ZnS晶胞中,S2-的配位数为。(2)某离子晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点,Y()位于立方体中心。设该晶体的摩尔质量为Mg/mol,晶体的密度为ρg/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。(3)用晶体的X-射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,边长为361pm。又知铜的密度为9.00g·cm-3,则铜晶胞的体积是cm3,晶胞的质量是g,阿伏加德罗常数为[列式计算,已知Ar(Cu)=63.6]。(4)B、E两种元素形成的某种化合物的晶胞结构如图(白色球代表B原子)。已知B、E的原子半径分别为apm、bpm。在该晶胞中,B原子的配位数为。该晶胞的空间利用率φ为 。答案(1)4(2) (3)4.70×10-234.23×10-22NA=≈6.01×1023mol-1(4)6×100%【基础知识复习】三、五类晶体结构模型1.原子晶体①金刚石晶体中,每个C与另外4个C形成共价键,碳原子采取sp3杂化,C—C键之间的夹角是109°28′,最小的环是6元环,每个C被12个环共用。金刚石晶胞中,内部C在体对角线的处。每个晶胞含8个C。②SiO2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12元环,在“硅氧”四面体中,处于中心的是硅原子。1molSiO2晶体中含Si—O键数目为4NA,在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。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,属于分子密堆积。晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。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。晶胞结构与金刚石相似,含有8个H2O。3.混合晶体——石墨①石墨层状晶体中,层与层之间的作用是范德华力。②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。③每层中存在σ键和π键,还有金属键。④C—C的键长比金刚石的C—C键长短,熔点比金刚石的高。⑤能导电。 4.金属晶体晶体晶体结构晶体详解简单立方堆积典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%体心立方堆积又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率8。六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%。5.离子晶体晶体晶体结构晶体详解NaCl型①每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个；②每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－CsCl型①每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个；②如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－【典型例题复习】1.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:(1)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。(2)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。答案(1)32(2)1242.下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞(未按顺序排序)。 (1)辨别晶胞(请填相应的编号)。①钠晶胞是;②钋晶胞是;③金刚石晶胞是;

④干冰晶胞是;⑤氯