第37講晶體結構與性質

1、第3講晶體結構與性質考綱要求1.理解離子鍵的形成，能根據離子化合物的結構特征解釋其物理性質。2.了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。3.了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質的影響。4.了解分子晶體結構與性質的關系。5.了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系。6.理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質。了解金屬晶體常見的堆積方式。7.了解晶胞的概念，能根據晶胞確定晶體的組成并進行相關的計算?？键c一晶體的常識1晶體與非晶體晶體非晶體結構特征結構微粒周期性有序排列結構微粒無序排列性質特征自范性有無熔點固定不固定異同表現

2、各向異性各向同性兩者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點科學方法對固體進行X射線衍射實驗2.得到晶體的途徑(1)熔融態(tài)物質凝固。(2)氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)溶質從溶液中析出。3晶胞(1)概念：描述晶體結構的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列無隙并置。無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)形狀：一般而言晶胞都是平行六面體?！靖形驕y評】判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是測定其有無固定熔沸點。()(2)冰和固體碘晶體中微粒間作用力相同。()(3)晶體內部的微粒按一定規(guī)律周期性的排列。()(4

3、)凡有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。()(5)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。()答案：(1)×(2)×(3)(4)×(5)晶胞中粒子數目的計算(1)如圖：(2)當晶胞為六棱柱時，其頂點上的粒子被6個晶胞共用，每個粒子屬于該晶胞的部分為，而不是。(3)若1個晶胞中含有x個微粒，則1 mol晶胞中含有x mol微粒，其質量為xM g(M為微粒的相對“分子”質量)；1個晶胞的質量為a3 g(a3為晶胞的體積)，則1 mol晶胞的質量為a3 NA g，因此有xMa3NA。考向一晶胞中粒子個數的計算 1下圖為離子晶體空間構型示意圖：(

4、83;陽離子，o陰離子)以M代表陽離子，以N表示陰離子。寫出各離子晶體的組成表達式：A_、B_、C_。答案：MNMN3MN22已知鑭鎳合金LaNin的晶胞結構如下圖，則LaNin中n_。解析：La：2×12×3Ni：12×6×615所以n5。答案：53某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數之比是()A394B.142C294 D.384解析：A粒子數為6×；B粒子數為6×3×2；C粒子數為1；故A、B、C粒子數之比為142。答案：B4如圖是金屬原子M和非金屬原子N構成的氣態(tài)團簇分子，則其分子式為_解析：由于M

5、、N原子并不存在共用關系，而是形成一個獨立的氣態(tài)團簇分子，其分子式可由原子個數來確定，而不能用均攤法。 答案：M14N13考向二晶體的密度及晶體粒子間距的計算 5某離子晶體的晶胞結構如圖所示，X()位于立方體的頂點，Y()位于立方體的中心。試分析： (1)晶體中每個Y同時吸引_個X。 (2)該晶體的化學式為_。(3)設該晶體的摩爾質量為M g·mol1，晶體的密度為 g·cm3，阿伏加德羅常數的值為NA，則晶體中兩個距離最近的X之間的距離為_cm。答案：(1)4(2)XY2或Y2X(3) 6(2016·高考全國卷節(jié)選)某鎳白銅合金的立方晶胞結構如圖所示。(1)晶胞

6、中銅原子與鎳原子的數量比為_。(2)若合金的密度為d g·cm3，晶胞參數a_nm。解析：(1)根據均攤法計算，晶胞中銅原子個數為6×1/23，鎳原子的個數為8×1/81，則銅和鎳的數量比為31。(2)根據上述分析，該晶胞的組成為Cu3Ni，若合金的密度為d g/cm3，根據m÷V，則晶胞參數a×107。答案：(1)31(2)×107。考點二晶體的組成和性質1四種晶體類型比較分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構成粒子分子原子金屬離子、自由電子陽離子、陰離子粒子間的相互作用力分子間作用力 (某些含氫鍵)共價鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很

7、大，有的很小較大熔、沸點較低很高有的很高，有的很低較高溶解性相似相溶難溶于任何溶劑常見溶劑難溶大多易溶于水等極性溶劑導電性、傳熱性一般不導電，溶于水后有的導電一般不具有導電性電和熱的良導體晶體不導電，水溶液或熔融態(tài)導電物質類別及舉例部分非金屬單質、所有非金屬氫化物、幾乎所有的酸、部分非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數有機物的晶體(有機鹽除外)部分非金屬單質(如金剛石、硅、晶體硼)，部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質與合金(如Na、Al、Fe、青銅)金屬氧化物(如K2O、Na2O)、強堿(如KOH、NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl)2.離子晶體的晶格能(1)定義氣態(tài)離子形成1摩

8、離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ·mol1。(2)影響因素離子所帶電荷數：離子所帶電荷數越多，晶格能越大。離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。(3)與離子晶體性質的關系晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大?！靖形驕y評】判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。()(2)原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高。()(3)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。()(4)離子晶體一定都含有金屬元素。()(5)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體。()答案：(1)(2)×(3)×(4)

9、15;(5)晶體熔、沸點高低的判斷方法(1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律：原子晶體離子晶體分子晶體。(2)同種晶體類型熔、沸點的高低原子晶體離子晶體a一般地說，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，則離子間的作用力就越強，其離子晶體的熔、沸點就越高。b衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點越高，硬度越大。分子晶體a分子間作用力越大，熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常地高。b組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高。c組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近)，分子的極性越大，熔、沸點越高。d同分異構體，支鏈越多，熔、沸點

10、越低。如CH3CH2CH2CH2CH3>CH3CHCH3CH2CH3CH3CCH3CH3CH3。金屬晶體a金屬離子半徑越小，離子電荷數越多，金屬鍵越強，金屬熔、沸點越高，如熔、沸點：NaMgAl。b金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點很高，汞、銫等熔、沸點很低。考向一晶體類型的判斷 1根據下列幾種物質的熔點和沸點數據，判斷下列有關說法中，錯誤的是()NaClMgCl2AlCl3SiCl4單質B熔點/810710190682 300沸點/1 4651 418182.7572500A.SiCl4是分子晶體B單質B是原子晶體CAlCl3加熱能升華DMgCl2所含離子鍵的強度比NaCl

11、大解析：離子晶體具有高熔點、密度大、不能導電等性質，而MgCl2、NaCl等離子化合物形成的晶體雖然也具有較高的熔沸點、較大的硬度，但它們在水溶液或熔融狀態(tài)下能導電。分子晶體熔沸點低、硬度小、不導電，熔融時無化學鍵斷裂，據這些性質可確定晶體類型。根據上述性質特點及表中數據分析，NaCl的熔、沸點均比MgCl2高，所以NaCl晶體中的離子鍵應比MgCl2強，D不正確。答案：D2下列晶體分類中正確的一組是()離子晶體原子晶體分子晶體ANaOHArSO2BH2SO4石墨SCCH3COONaSiO2CO2DBa(OH)2金剛石玻璃解析：Ar屬于分子晶體，A錯誤；石墨屬于混合晶體，H2SO4屬于分子晶體

12、，B錯誤；CH3COONa屬于離子晶體，SiO2屬于原子晶體，CO2屬于分子晶體，C正確；玻璃屬于玻璃態(tài)物質，不屬于晶體，D錯誤。答案：C【題后悟道】確定晶體類型的方法(1)據各類晶體的概念判斷，即根據構成晶體的粒子和粒子間的作用力類別進行判斷。(2)據各類晶體的特征性質判斷，一般來說，低熔、沸點的化合物屬于分子晶體。熔、沸點較高，且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的化合物為離子晶體。熔、沸點很高，不導電，不溶于一般溶劑的物質為原子晶體。能導電、傳熱、具有延展性的晶體為金屬晶體。(3)據物質的分類判斷活潑金屬氧化物(如K2O、Na2O等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數的鹽是離子晶體。大多

13、數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、幾乎所有的酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)是分子晶體。常見的原子晶體單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等；常見的原子晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。固體金屬單質(注：汞在常溫為液體)是金屬晶體。考向二 晶體熔、沸點高低比較3(2018·浙江寧波慈溪滸山中學高三月考)下列物質的熔、沸點高低順序正確的是()A金剛石晶體硅二氧化硅碳化硅BCI4CBr4CCl4CH4CMgOH2ON2O2D.金剛石生鐵純鐵鈉解析：原子晶體中共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，熔沸點越高，則熔沸點為金剛石二氧化硅碳化硅晶體硅，A錯

14、誤；結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔沸點越高，則熔沸點為CI4CBr4CCl4CH4，B正確；離子晶體的熔沸點大于分子晶體，水中含有氫鍵，沸點比氮氣、氧氣的高，則熔沸點為MgOH2OO2N2，C錯誤；熔沸點一般為原子晶體金屬晶體，合金的熔點比純金屬的低，則熔沸點為金剛石純鐵生鐵鈉，D錯誤。答案：B4已知：CH4SiH4NH3PH3沸點(K)101.7161.2239.7185.4分解溫度(K)8737731 073713.2分析上表中四種物質的相關數據，請回答：(1)CH4和SiH4比較，NH3和PH3比較，沸點高低的原因是_。(2)CH4和SiH4比較，NH3和PH3比較，分解溫度高

15、低的原因是_；結合上述數據和規(guī)律判斷，一定壓強下HF和HCl的混合氣體降溫時_先液化。解析：(1)CH4和SiH4比較，相對分子質量大的沸點高，而NH3和PH3比較，氨氣分子間形成氫鍵沸點高。(2)鍵長越短，鍵能越大，分子越穩(wěn)定，分解溫度就越高，分解破壞的均為共價鍵，CH的鍵能大于SiH的鍵能，NH鍵的鍵能大于PH鍵的鍵能；一定壓強下，沸點高的氣體先液化，HF分子間存在氫鍵，沸點高，則HF和HCl的混合氣體降溫時HF先液化。答案：(1)CH4和SiH4比較，SiH4相對分子質量大，分子間作用力大，沸點高；NH3和PH3比較NH3分子間存在氫鍵，沸點高(2)分解破壞的均為共價鍵，CH的鍵能大于S

16、iH的鍵能，NH鍵的鍵能大于PH鍵的鍵能HF考點三典型的晶體模型1常見原子晶體、分子晶體、離子晶體的模型晶體晶體結構晶體詳解原子晶體金剛石(1)每個碳與相鄰4個碳以共價鍵結合，形成正四面體結構(2)鍵角均為109°28(3)最小碳環(huán)由6個C組成且六原子不在同一平面內(4)每個C參與4條CC鍵的形成，C原子數與CC鍵數之比為12SiO2(1)每個Si與4個O以共價鍵結合，形成正四面體結構(2)每個正四面體占有1個Si,4個“O”，n(Si)n(O)12(3)最小環(huán)上有12個原子，即6個O,6個Si分子晶體干冰(1)8個CO2分子構成立方體且在6個面心又占據1個CO2分子(2)每個CO2

17、分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有12個離子晶體NaCl(型) (1)每個Na(Cl)周圍等距且緊鄰的Cl(Na)有 6個。每個Na周圍等距且緊鄰的Na有12個(2)每個晶胞中含4個Na和4個Cl離子晶體CaCl(型)(1)每個Cs周圍等距且緊鄰的Cl有8個，每個Cs(Cl)周圍等距且緊鄰的Cs(Cl)有8個(2)如圖為8個晶胞，每個晶胞中含1個Cs、1個Cl2.常見金屬晶體的原子堆積模型結構型式常見金屬配位數晶胞面心立方最密堆積Cu、Ag、Au12體心立方堆積a、K、Fe8六方最密堆積Mg、Zn、Ti12【多維思考】1在晶體模型中，金剛石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意義一樣嗎？分子晶體中有

18、化學鍵嗎？提示：不一樣，金剛石中表示的是CC共價鍵，而干冰中的“棍”表示分子間作用力；分子晶體中多數含有化學鍵(如CO2中含CO鍵)，少數則不存在化學鍵(如稀有氣體形成的晶體)。2石墨晶體中粒子之間存在哪種作用力？碳原子采取什么雜化方式？提示：石墨晶體呈層狀結構，同層內每個碳原子與另外三個碳原子形成共價鍵，鍵角均為120°；層與層之間存在范德華力。碳原子采取sp2雜化。 (1)C60有固定組成，不屬于空間網狀結構，以此判斷晶體類型。(2)根據金剛石最小的環(huán)為六元環(huán)判斷二氧化硅中最小的環(huán)上原子數目。(3)利用均攤法計算晶胞所含微粒數。計算晶體密度的思路方法考向一對晶胞結構的考查 1(2

19、018·河北唐山月考)下面有關晶體的敘述中，不正確的是()A金剛石網狀結構中，由共價鍵形成的碳原子環(huán)中，最小的環(huán)上有6個碳原子B氯化鈉晶體中，每個Na周圍距離相等且最近的Na共有6個C氯化銫晶體中，每個Cs周圍緊鄰8個ClD干冰晶體中，每個CO2分子周圍緊鄰12個CO2分子解析：氯化鈉晶體中，每個Na周圍距離相等且最近的Na共12個，距離相等且最近的Cl共6個。答案：B2下面是C60、金剛石和二氧化碳的結構模型。請回答下列問題：(1)從晶體類型來看，C60屬于_晶體。(2)二氧化硅結構跟金剛石結構相似，即二氧化硅的結構相當于在硅晶體結構中每個硅與硅的化學鍵之間插入一個O原子。觀察圖乙

20、中金剛石的結構，分析二氧化硅的空間網狀結構中，Si、O原子形成的最小環(huán)上O原子的數目是_，晶體硅中硅原子與共價鍵的個數比為_。(3)圖丙是二氧化碳的晶胞模型，圖中顯示出的二氧化碳分子數為14個。實際上一個二氧化碳晶胞中含有_個二氧化碳分子，二氧化碳分子中鍵與鍵的個數比為_。解析：(1)C60有固定的組成，不屬于空間網狀結構，熔沸點遠低于金剛石等原子晶體，為分子晶體。(2)金剛石中最小的環(huán)為六元環(huán)，二氧化硅結構跟金剛石結構相似，Si、O原子形成的最小環(huán)上應有6個Si原子，每個硅與硅的化學鍵之間插入一個O原子，則Si、O原子形成的最小環(huán)上O原子的數目是6；在晶體中，每個Si原子形成4個共價鍵，每一

21、個共價鍵中Si的貢獻為，則平均1個Si原子形成2個共價鍵，所以晶體硅中硅原子與共價鍵的個數比為12。(3)干冰晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的頂點和面心位置，則晶胞中含有二氧化碳分子數為8×6×4，每個CO2分子中含有2個鍵和2個鍵，鍵與鍵的個數比為11。答案：(1)分子(2)612(3)411考向二 金屬晶胞中的有關計算 3金晶體是面心立方體，立方體的每個面上有5個金原子緊密堆砌(如圖)，金原子半徑為A cm，求：(1)金晶體中最小的一個立方體含有_個金原子。(2)金的密度為_g/cm3(帶A計算式表示)。解析：(1)根據均攤法，金晶體中最小立方體含有8×6&#

22、215;4(個)金原子。(2)金原子半徑為A cm，則晶胞中面對角線是4A cm，所以晶胞的邊長是2 A cm，所以 197 g·mol1，解得g/cm3(NA表示阿伏加德羅常數的值)。答案：(1)4(2)1(2017·高考全國卷節(jié)選)(1)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學材料，具有鈣鈦礦型的立體結構，邊長為a0.446 nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與O間的最短距離為_nm，與K緊鄰的O個數為_。(2)在KIO3晶胞結構的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于_位置，O處于_位置。解析：(1)根據晶胞結構，K與O間的最短距離是面對

23、角線的一半，即為×0.4460.315 nm，根據晶胞的結構，距離K最近的O的個數為12個；(2)根據KIO3的化學式，以及晶胞結構，K處于體心，O處于棱上。答案：(1)0.31512(2)體心棱2(2016·高考全國卷節(jié)選)晶胞有兩個基本要素：(1)原子坐標參數，表示晶胞內部各原子的相對位置。如圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標參數A為(0,0,0)；B為；C為。則D原子的坐標參數為_。(2)晶胞參數，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數a565.76 pm，其密度為_g·cm3(列出計算式即可)。解析：(1)根據各個原子的相對位置可知，D在各個方向的1/4處，所以其坐標是；(2)根據晶胞結構可知，在晶胞中含有的Ge原子是8×1/86×1/248，所以晶胞的密度是答案：(1)(；)(2)。3(2017·高考全國卷)我國科學家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)?；卮鹣铝袉栴}：(1)氮原子價層電子的軌道表達式(電子排布圖)為_。(2)元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個電子形成氣態(tài)負一價離子時所放出的能量稱作第一電子親和能(E1)。第二周期部分元素的E1變化趨勢如圖(a)所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是_；氮元素的