第32讲晶体结构与性质（讲）原卷版

第32讲晶体结构与性质【核心素养发展目标】1．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3．了解分子晶体结构与性质的关系。4．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。5．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。6．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。【知识点解读】知识点一晶胞、晶体结构模型1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别比较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测定其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)获得晶体的三条途径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2．晶胞(1)概念：晶胞是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：所有晶胞平行排列、取向相同。【特别提醒】(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。(3)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。3．常见晶体的结构模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石①每个碳与相邻eq\a\vs4\al(4)个碳以共价键结合，形成正四面体结构②键角均为109°28′③最小碳环由eq\a\vs4\al(6)个C组成且六原子不在同一平面内④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∶2SiO2①每个Si与eq\a\vs4\al(4)个O以共价键结合，形成正四面体结构②每个正四面体占有1个Si,4个eq\f(1,2)O，n(Si)∶n(O)＝1∶2③最小环上有eq\a\vs4\al(12)个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰①8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子②每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有eq\a\vs4\al(12)个冰每个水分子与相邻的eq\a\vs4\al(4)个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成eq\a\vs4\al(2)mol氢键离子晶体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eq\a\vs4\al(12)个②每个晶胞中含eq\a\vs4\al(4)个Na＋和eq\a\vs4\al(4)个Cl－CsCl型①每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有eq\a\vs4\al(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－金属晶体简单立方堆积典型代表Po，配位数为eq\a\vs4\al(6)，空间利用率52%面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au，配位数为eq\a\vs4\al(12)，空间利用率74%体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，配位数为eq\a\vs4\al(8)，空间利用率68%六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为eq\a\vs4\al(12)，空间利用率74%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eq\a\vs4\al(2)，C原子采取的杂化方式是sp2③每层中存在σ键和π键④石墨的C—C的键长比金刚石的C—C的键长短，熔点比金刚石的高⑤硬度不大、有滑腻感、能导电知识点二四种晶体的性质与判断1．金属键、金属晶体(1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。(2)本质——电子气理论该理论认为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。(3)金属晶体的物理性质及解释2．离子晶体的晶格能(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，单位为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eq\a\vs4\al(大)。②离子的半径：离子的半径越eq\a\vs4\al(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eq\a\vs4\al(大)。3．四种晶体类型的比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成微粒分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间的相互作用力范德华力(某些含氢键)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、导热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举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)【特别提醒】(1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。4．晶体熔、沸点高低的比较(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原子晶体eq\x(原子半径越小)→eq\x(键长越短)→eq\x(键能越大)→eq\x(熔、沸点越高)如熔点：金刚石eq\a\vs4\al(＞)碳化硅eq\a\vs4\al(＞)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eq\a\vs4\al(高)，如熔点：MgOeq\a\vs4\al(＞)MgCl2，NaCleq\a\vs4\al(＞)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H2Oeq\a\vs4\al(＞)H2Teeq\a\vs4\al(＞)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CH3Cleq\a\vs4\al(＞)CH3CH3。d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3eq\a\vs4\al(＞)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：Naeq\a\vs4\al(<)Mgeq\a\vs4\al(<)Al。【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℃。【方法技巧】判断晶体类型的方法(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断如低熔、沸点的化合物形成分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物形成离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质形成原子晶体；晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。(2)根据物质的类别判断金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的原子晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注：汞在常温为液体)与合金是金属晶体。【典例剖析】高频考点一考查晶体与非晶体例1.下列有关晶体的叙述不正确的有________(填序号)。①固体物质一定是晶体②铁、冰、玻璃是晶体③缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体晶体体现了晶体的自范性④晶体的熔点一定比非晶体的熔点高⑤晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列⑥区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验高频考点二晶体熔、沸点的比较例2．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述正确的是()A．Cl2>I2B．SiCl4＜CCl4C．NH3>PH3D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3【变式探究】下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()A．O2、I2、Hg B．CO、KCl、SiO2C．Na、K、Rb D．Na、Al、Mg高频考点三考查晶胞、晶体结构模型例3．下面有关晶体的叙述中，错误的是()A．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子B．在CaF2晶体中每个Ca2＋周围紧邻8个F－，每个F－周围紧邻4个Ca2＋C．白磷晶体中，微粒之间通过共价键结合，键角为60°D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏【变式探究】硫化锂是目前正在开发的锂离子电池的新型固体电解质，为立方晶系晶体。离子位置按图示坐标系为：Li＋(0.25，0.25,0.25)；(0.25,0.75,0.25)；(0.75,0.25,0.25)；(0.75,0.75,0.25)；…S2－：(0,0,0)；(0.5,0.5,0)；(0.5,0,0.5)；(0,0.5,0.5)；…则硫化锂晶胞沿z轴投影的俯视图(其中“”表示Li＋，“”表示S2－)为()高频考点四四种晶体的类型与性质的判断例4．下列晶体的分类正确的一组是()选项离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体ACaC2石墨ArHgB玻璃金刚石CH3CH2OHAgCCH3COONaSiCMgDBa(OH)2SiC60NaH【变式探究】(1)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为____________________________________________________________________。(2)ZnF2具有较高的熔点(872℃)，其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是______________________________________________________________。(3)①碳的一种单质的结构如图