適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第5章物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)元素周期律第5講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)課件

第5講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第五章【課程標(biāo)準(zhǔn)】1.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性,認(rèn)識簡單的晶胞。2.借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點。3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。4.知道在一定條件下,物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的微粒種類、微粒間相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。5.知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì),通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料。強基礎(chǔ)增分策略一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化

物理變化、分子間距離發(fā)生變化(2)等離子體和離子液體

氣態(tài)和液體物質(zhì)不一定都由分子構(gòu)成等離子體是由

電子

、陽離子和

電中性

粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)。離子液體是熔點不高的僅由

離子

組成的液體物質(zhì)。

2.晶體與非晶體(1)得到晶體的三條途徑(2)晶體與非晶體的比較

類型晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒

無序

排列

性質(zhì)特征自范性

有

無

熔點

固定

不固定

異同表現(xiàn)

各向異性

各向同性

二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的

熔點

科學(xué)方法對固體進(jìn)行

X射線衍射

實驗

(3)晶胞①定義:描述晶體結(jié)構(gòu)的

基本單元

。

②晶體中晶胞的排列——“無隙并置”應(yīng)用提升

列表比較等離子體、液晶和離子液體

類別等離子體液晶離子液體構(gòu)成或存在狀態(tài)電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)體積很大的陰離子、陽離子特性具有良好的導(dǎo)電性和流動性具有液體的流動性、黏度、形變性等,具有類似晶體的各向異性難揮發(fā)、良好導(dǎo)電性、可作溶劑和催化劑易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)冰和碘固體都是晶體,內(nèi)部存在的相互作用力完全相同。(

×

)(2)晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律周期性排列。(

√

)(3)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,說明晶體具有自范性。(

√

)(4)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進(jìn)行X射線衍射實驗。(

√

)二、晶體類型與微粒間作用力1.四種晶體類型的比較晶體類型分子晶體共價晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成粒子

分子

原子

金屬陽離子

和

自由電子

陰、陽離子

粒子間的相互作用力分子間作用力共價鍵

金屬鍵

離子鍵

硬度較小

很大

有的很大,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一般溶劑難溶于常見溶劑大多易溶于水等極性溶劑導(dǎo)電、導(dǎo)熱性一般不導(dǎo)電,溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性電和熱的

良

導(dǎo)體

晶體

不導(dǎo)

電,水溶液或熔融態(tài)

導(dǎo)

電

2.金屬鍵的本質(zhì)——“電子氣理論”3.典型晶體的結(jié)構(gòu)及分析(1)共價晶體金剛石晶體中,每個C與另外

4

個C形成共價鍵,C—C之間的夾角是109°28',最小的環(huán)是

六

元環(huán)。含有1mol碳的金剛石中,形成的共價鍵為

2

mol。

①金剛石

②二氧化硅

a.Si原子采取sp3雜化,正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為109°28'。b.每個Si原子與

4

個O原子形成4個共價鍵,Si原子位于正四面體的中心,O原子位于正四面體的頂點,同時每個O原子被

2

個硅氧正四面體共用,晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為

1:2

。

c.最小環(huán)上有

12

個原子,包括

6個O原子和

6

個Si原子。

d.設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則1molSiO2晶體中含Si—O數(shù)目為

4NA。

e.SiO2晶胞中有

8

個Si原子位于立方晶胞的頂點,有

6

個Si原子位于立方晶胞的面心,還有

4

個Si原子與

16

個O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有

8

個Si原子和

16

個O原子。

(2)分子晶體①干冰晶體中,每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有

12

個。

②冰的結(jié)構(gòu)模型中,每個水分子與相鄰的

4

個水分子以氫鍵相連接,含1molH2O的冰中,最多可形成

2NA

mol氫鍵。

(3)離子晶體①NaCl型:在晶體中,每個Na+同時吸引

6

個Cl-,每個Cl-同時吸引

6

個Na+,配位數(shù)為

6

。每個晶胞含

4

個Na+和

4

個Cl-。

②CsCl型:在晶體中,每個Cl-吸引

8

個Cs+,每個Cs+吸引

8

個Cl-,配位數(shù)為

8

。

(4)混合型晶體—石墨晶體

石墨晶體結(jié)構(gòu)石墨層狀晶體中,每個碳原子的配位數(shù)為

3

,有1個未參與雜化的2p軌道,該軌道垂直于碳原子平面,平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是

2

;石墨的導(dǎo)電性只能沿著

石墨平面

的方向。

易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。(

×

)(2)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(

×

)(3)共價晶體的熔點不一定比離子晶體的高,如MgO的熔點高于SiO2。(√

)(4)CO2由分子晶體轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r晶體,碳原子的雜化方式發(fā)生變化。(

√

)(5)NaCl晶體和CsCl晶體的結(jié)構(gòu)相似,配位數(shù)均為6。(

×

)(6)金剛石晶體中,最小環(huán)上有6個原子。(

√

)(7)熔點:金剛石>碳化硅>硅,其原因是鍵能和鍵長:C—C>C—Si>Si—Si。(

×

)(8)金剛石受較大外力作用會發(fā)生原子錯位而破碎,與共價鍵的方向性有關(guān)。(

√

)(9)高溫、高壓、催化劑條件下,石墨轉(zhuǎn)化為金剛石,碳原子的雜化方式由sp2轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3。(

√

)應(yīng)用提升

共價晶體的硬度和熔點及影響因素(1)共價晶體的硬度、熔點都與共價鍵的強弱有關(guān),一般來說,共價鍵的鍵長越短、鍵能越大,共價晶體的硬度越大,熔點越高。(2)分析思路:原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大→共價鍵越強→共價晶體的熔點越高、硬度越大。增素能精準(zhǔn)突破考點一晶體類型的判斷及性質(zhì)比較考向1.晶體類型的判斷典例突破下列各組物質(zhì)的晶體類型相同的是(

)

A.SiO2和SO3

B.I2和NaClC.Cu和Ag D.SiC和MgO答案

C解析

SiO2的晶體類型為共價晶體,SO3的晶體類型為分子晶體,晶體類型不同,A錯誤;I2的晶體類型為分子晶體,NaCl的晶體類型為離子晶體,晶體類型不同,B錯誤;Cu和Ag的晶體類型都為金屬晶體,晶體類型相同,C正確;SiC的晶體類型為共價晶體,MgO的晶體類型為離子晶體,晶體類型不同,D錯誤。針對訓(xùn)練1.分析下列物質(zhì)的物理性質(zhì),判斷其晶體類型。(1)碳化鋁,黃色晶體,熔點2200℃,熔融態(tài)不導(dǎo)電:

。

(2)溴化鋁,無色晶體,熔點98℃,熔融態(tài)不導(dǎo)電:

。

(3)五氟化礬,無色晶體,熔點19.5℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等:

。(4)溴化鉀,無色晶體,熔融狀態(tài)或溶于水中都能導(dǎo)電:

。

(5)SiI4,熔點120.5℃,沸點287.4℃,易水解:

。

(6)硼,熔點2300℃,沸點2550℃,硬度大:

。

(7)硒,熔點217℃,沸點685℃,溶于氯仿:

。

(8)銻,熔點630.74℃,沸點1750℃,導(dǎo)電:

。

答案

(1)共價晶體(2)分子晶體(3)分子晶體(4)離子晶體(5)分子晶體(6)共價晶體(7)分子晶體(8)金屬晶體解析

共價晶體和離子晶體的熔點一般較高,兩者最大的差異是熔融態(tài)的導(dǎo)電性不同。共價晶體熔融態(tài)不導(dǎo)電,離子晶體熔融時或其水溶液能導(dǎo)電。共價晶體和分子晶體的區(qū)別則主要在于熔、沸點有很大差異。一般共價晶體和分子晶體熔融態(tài)時都不能導(dǎo)電。另外易溶于某些有機溶劑往往也是分子晶體的特征之一。通常金屬晶體都能導(dǎo)電。2.(1)(2023全國甲卷,節(jié)選)圖中所示的幾種碳單質(zhì),它們互為

,其中屬于共價晶體的是

,C60間的作用力是

。

(2)(2023山東卷,節(jié)選)-40℃時,F2與冰反應(yīng)生成HOF利HF。常溫常壓下,HOF為無色氣體,固態(tài)HOF的晶體類型為

,HOF水解反應(yīng)的產(chǎn)物為

(填化學(xué)式)。

答案

(1)同素異形體金剛石范德華力(2)分子晶體HF、H2O2解析

(1)金剛石、石墨、C60和碳納米管都是由碳元素形成的單質(zhì),它們互稱為同素異形體。金剛石中每個C原子處于其他4個C原子構(gòu)成的正四面體的中心,向周圍無限延伸,形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),為共價晶體。C60為分子晶體,微粒間作用力為范德華力。(2)依據(jù)HOF在常溫常壓下為無色氣體,可判斷固態(tài)HOF為分子晶體。因為F2+H2O(冰)

HOF+HF,可知產(chǎn)物中氧元素為0價,氟元素均為-1價,則HOF水解反應(yīng)為HOF+H2O===HF+H2O2,故水解產(chǎn)物為HF和H2O2。歸納總結(jié)判斷晶體類型的“兩種”常用方法(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間作用力判斷由陰、陽離子形成離子鍵構(gòu)成的晶體為離子晶體;由原子形成的共價鍵構(gòu)成的晶體為共價晶體;由分子依靠分子間作用力形成的晶體為分子晶體;由金屬陽離子、自由電子以金屬鍵形成的晶體為金屬晶體。(2)依據(jù)晶體的熔點判斷不同類型晶體熔點的一般規(guī)律:共價晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔點差別很大,如鎢、鉑等熔點很高,銫等熔點很低?？枷?.晶體的熔、沸點比較及原因分析典例突破(1)OF2的熔、沸點

(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是

。

(2)硅、鍺(Ge)及其化合物廣泛應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域,晶體硅和碳化硅熔點較高的是

(填化學(xué)式)。

(3)H2Se、CH4、H2O的沸點由高到低的順序為

。

答案

(1)低于OF2相對分子質(zhì)量小,分子間作用力小(2)SiC

(3)H2O>H2Se>CH4解析

(1)OF2和Cl2O的晶體都是分子晶體,范德華力影響其熔、沸點,而相對分子質(zhì)量越大,范德華力越強,其熔、沸點越高。(2)晶體硅和碳化硅都是共價晶體,硅原子半徑大于碳原子的,則鍵長:Si—Si>Si—C,鍵能:Si—Si<Si—C,而鍵能越大,共價晶體的熔點越高,故熔點較高的是SiC。(3)固態(tài)H2Se、CH4、H2O都屬于分子晶體,H2O分子間存在氫鍵,H2Se、CH4分子間只存在范德華力,且H2Se的相對分子質(zhì)量大,范德華力大,其沸點高于CH4,故沸點由高到低的順序為H2O>H2Se>CH4。針對訓(xùn)練1.元素X位于第四周期,其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,且最外層電子數(shù)為2;元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有1對成對電子。X與Y形成的化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,下列關(guān)于該晶體的說法正確的是(

)A.該晶體屬于共價晶體B.X2+的配位數(shù)為8,Y2-的配位數(shù)為4C.與每個X2+距離最近且相等的X2+共有12個D.該晶體的熔點比氧化鋅高答案

C解析

元素X位于第四周期,其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,則內(nèi)層電子數(shù)=2+8+18=28,且最外層電子數(shù)為2,所以該原子有30個電子,為Zn元素;元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有1對成對電子,說明3p軌道上有4個電子,核外電子排布為1s22s22p63s23p4,則Y是S元素,則晶體的化學(xué)式為ZnS。ZnS含有Zn2+和S2-,屬于離子晶體,A錯誤;晶體的化學(xué)式為ZnS,Y2-的配位數(shù)為4,則X2+的配位數(shù)也為4,B錯誤;由晶胞可知,與每個X2+距離最近的X2+有12個,C正確;離子晶體ZnO的離子鍵比ZnS的離子鍵強,則ZnO的熔點比ZnS高,D錯誤。2.(1)Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素。三種元素二價氧化物的晶體類型相同,其熔點由高到低的順序為

。

(2)Ti的四鹵化物熔點如下表所示,TiF4熔點高于其他三種鹵化物,自TiCl4至TiI4熔點依次升高,原因是

。

化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔點/℃377-24.1238.3155(4)NaF的熔點

(填“>”“=”或“<”)的熔點,其原因是

。

(3)①K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子構(gòu)型相同,但金屬K的熔、沸點等都比金屬Cr低,原因是

。

②在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2+3H2══CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為

,原因是

。

答案

(1)NiO>CoO>FeO(2)TiF4為離子化合物,熔點高,其他三種均為共價化合物,隨相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大,熔點逐漸升高(3)①K原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵較弱②H2O>CH3OH>CO2>H2

H2O與CH3OH均為極性分子,H2O中氫鍵數(shù)目比甲醇中多;CO2與H2均為非極性分子,CO2相對分子質(zhì)量較大,分子間作用力較大(4)>

NaF中Na+、F-的電荷數(shù)與

中陽、陰離子的電荷數(shù)相同,但Na+、F-的半徑小,因此NaF的離子鍵強,熔點高解析

(1)三種元素二價氧化物的晶體類型相同,離子半徑Fe2+>Co2+>Ni2+,離子鍵按FeO、CoO、NiO的順序依次增強,而離子鍵越強,離子晶體的熔點越高,故其熔點由高到低的順序為NiO>CoO>FeO。(2)根據(jù)題表數(shù)據(jù),可以得出TiF4的熔點最高,其晶體類型應(yīng)該為離子晶體,其他三種鹵化物晶體類型應(yīng)該為分子晶體,根據(jù)影響晶體熔點的因素,離子鍵強度大于分子間作用力,所以TiF4熔點最高,其他三種鹵化物隨相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大,熔點逐漸升高。歸納總結(jié)不同晶體熔點高低的比較(1)看物質(zhì)所屬晶體類型,一般情況下,晶體的熔點:共價晶體>離子晶體>分子晶體。(2)同類晶體熔點比較思路(逆向思維)考點二晶胞的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算考向1.計算晶胞中粒子數(shù)及晶體的密度典例突破理論計算預(yù)測,由汞(Hg)、鍺(Ge)、銻(Sb)形成的一種物質(zhì)X為潛在的拓?fù)浣^緣體材料。X的晶體可視為Ge晶體(晶胞如圖a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。(1)圖b為Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一種單元結(jié)構(gòu),它不是晶胞單元,理由是

。(2)圖c為X的晶胞,X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為

;該晶胞中粒子個數(shù)比Hg∶Ge∶Sb=

。

(3)設(shè)X的最簡式的式量為Mr,則X晶體的密度為

g·cm-3(列出算式)。

答案

(1)圖b不具有“無隙并置”的特點(2)4

1∶1∶2

(3)×1021解析

(1)對比圖b和圖c可知,圖b不符合晶胞是晶體的最小重復(fù)單元的要求。(2)以晶胞上方立方體中右側(cè)面心中Hg原子為對象,同一晶胞中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為2,同時右側(cè)晶胞中有2個Sb與該Hg距離最近,因此X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為4。該晶胞中Sb原子均位于晶胞內(nèi),因此1個晶胞中含有Sb原子數(shù)為8,Ge原子位于晶胞頂點、面上、體心,則1個晶胞中含有Ge的個數(shù)為

;Hg原子位于棱心、面上,則1個晶胞中含有Hg的個數(shù)為

,則該晶胞中粒子個數(shù)比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。針對訓(xùn)練1.一種鈦硅碳新型材料可用作高鐵車體與供電網(wǎng)的連接材料。該材料的晶胞屬于六方晶系(x、y方向的夾角為120°,z方向垂直于x、y方向,底面棱長均為anm,側(cè)面棱長為c

nm),其晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示;晶胞中碳原子的投影位置如圖乙所示。(1)該鈦硅碳新型材料的化學(xué)式為

。

(2)已知該材料的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1,密度為dg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示,則c=

(用含a、d、NA、M的計算式表示)。

2.下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。(1)已知化合物中Ge和O的原子個數(shù)比為1∶4,圖中Z表示

原子(填元素符號),該化合物的化學(xué)式為

。

(2)已知該晶胞的晶胞參數(shù)分別為anm、bnm、cnm,α=β=γ=90°,則該晶體的密度ρ=

g·cm-3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、b、c、NA的代數(shù)式表示)。

3.(2023全國甲卷,節(jié)選)氣態(tài)AlCl3通常以二聚體Al2Cl6的形式存在,其空間結(jié)構(gòu)如圖a所示,二聚體中Al的軌道雜化類型為

。AlF3的熔點為1090℃,遠(yuǎn)高于AlCl3的192℃,由此可以判斷鋁氟之間的化學(xué)鍵為______

鍵。AlF3結(jié)構(gòu)屬立方晶系,晶胞如圖b所示,F-的配位數(shù)為

。若晶胞參數(shù)為apm,晶體密度ρ=

g·cm-3(列出計算式,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。

圖a

Al2Cl6的分子結(jié)構(gòu)

圖b

AlF3的晶體結(jié)構(gòu)

解析

Al2Cl6中Al形成4條σ鍵(其中一條由Cl提供孤電子對形成配位鍵),Al為sp3雜化。AlF3的熔點高,應(yīng)為離子晶體,鋁氟之間的化學(xué)鍵為離子鍵。Al3+與F-具有相同的電子層結(jié)構(gòu),F-的半徑大于Al3+的半徑,故F-處于晶胞的棱心,則F-的配位數(shù)是2。根據(jù)均攤法,每個AlF3晶胞中含有Al3+的個數(shù)為歸納總結(jié)

利用“均攤法”進(jìn)行晶胞的相關(guān)計算(1)長方體(包括立方體)晶胞中不同位置粒子數(shù)的計算:(2)“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子數(shù)的計算:三棱柱

六棱柱(3)確定晶體的化學(xué)式

(4)計算晶體的密度

考向2.晶胞參數(shù)的有關(guān)計算典例突破(2023湖北卷)鑭La和H可以形成一系列晶體材料LaHn,在儲氫和超導(dǎo)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。LaHn屬于立方晶系,晶胞結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖所示。高壓下,LaH2中的每個H結(jié)合4個H形成類似CH4的結(jié)構(gòu),即得到晶體LaHx。下列說法錯誤的是(

)

A.LaH2晶體中La的配位數(shù)為8B.晶體中H和H的最短距離:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一個頂點數(shù)為40的閉合多面體籠答案

C解析

LaH2中頂點La和面心La的配位數(shù)都是8,A正確;LaH2的晶胞邊長大于LaHx,且LaHx中的每個H結(jié)合4個H形成類似甲烷的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致氫原子密度大,距離近,故晶體中H和H的最短距離:LaH2>LaHx,B正確;LaHx中共有40個氫原子,其中一部分H在形成的閉合多面體籠的內(nèi)部,因此H形成的閉合多面體籠的頂點數(shù)小于40,C錯誤;每個LaHx晶胞中有40個氫原子,晶胞體積為(4.84×10-8)3

cm3,故LaHx單位體積中含氫質(zhì)量為針對訓(xùn)練1.(2023浙江卷,節(jié)選)氮的化合物種類繁多,應(yīng)用廣泛。某含氮化合物晶胞如圖,其化學(xué)式為

,每個陰離子團(tuán)的配位數(shù)(緊鄰的陽離子數(shù))為

。

答案

CaCN2

6解析

Ca2+個數(shù)為

,則其化學(xué)式為CaCN2;以夾角為60°的側(cè)棱上的CN2-為例,該CN2-周圍緊鄰的有6個晶胞,其中的3個晶胞中各有1個Ca2+位于該CN2-的上面,另3個晶胞中各有1個Ca2+位于該CN2-的下面,與該CN2-距離最近的Ca2+有6個,即每個陰離子團(tuán)的配位數(shù)為6。2.As與Co形成的某種化合物的晶胞如圖a所示,其中部分晶胞中As的位置如圖b所示。(1)該化合物的化學(xué)式為

。

(2)若化合物的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1,密度為ρg·cm-3。Co和As的原子半徑分別為r1pm和r2pm,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為

(列出表達(dá)式即可)。

歸納總結(jié)計算原子的空間利用率研專項前沿命題坐標(biāo)參數(shù)、晶胞投影圖的分析與應(yīng)用

題型考查內(nèi)容非選擇題考查知識考查原子坐標(biāo)參數(shù)(或分?jǐn)?shù)坐標(biāo)),結(jié)合晶胞投影圖推測晶胞的結(jié)構(gòu),并進(jìn)行相關(guān)計算核心素養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知考向1確定原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)例1.(1)XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有

個XeF2分子。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),如A點原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為

。已知Xe—F鍵長為rpm,則B點原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為

;晶胞中A、B間距離d=

pm。

(2)以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。四方晶系CdSnAs2的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,晶胞中部分原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)如下表所示。坐標(biāo)xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一個晶胞中有

個Sn,找出距離Cd(0,0,0)最近的Sn

(用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示)。CdSnAs2晶體中與單個Sn鍵合的As有

個。

思路指導(dǎo)(1)(2)解析

(2)坐標(biāo)原點是黑球Cd(0,0,0),又知晶體的化學(xué)式為CdSnAs2,結(jié)合晶胞結(jié)構(gòu)推知,Sn是白球,As是灰球。有4個Sn位于棱上(折合為1個),另外有6個Sn位于面上(折合為3個),共4個Sn。距離Cd(0,0,0)最近的Sn有兩個,分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)。觀察圖中白球和灰球的關(guān)系,可知與單個Sn結(jié)合的As有4個。(2)4

(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)

4突破方法“三步法”確定晶胞中原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)以金剛石晶胞為例,晶胞內(nèi)部有4個原子。(1)明確晶胞內(nèi)部四個原子的相對位置關(guān)系(2)明確“左”“右”“前”“后”“上”“下”的含義

(3)寫出各原子的坐標(biāo)參數(shù)①圖中O為坐標(biāo)原點,坐標(biāo)參數(shù)為O(0,0,0)。針對訓(xùn)練1.(2023廣西百色模擬)以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo),例如圖中原子1的坐標(biāo)為,則原子2和3的坐標(biāo)分別為

、

。

2.(1)ZnGeP2晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。①Ge的配位數(shù)為

,以Ge為頂點的晶胞中,Zn原子位于

。

②原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),即將晶胞參數(shù)a、b、c均看作“1”所得出的三維空間坐標(biāo),則晶胞圖中“2”位置的P原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為

。

(2)硒化鋅晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,其晶胞參數(shù)為apm。

①相鄰的Se2-與Zn2+之間的距離為

pm。

②已知原子的坐標(biāo):A點為(0,0,0),B點為(1,1,1),則C原子的坐標(biāo)為

。

考向2晶胞投影圖的分析及應(yīng)用例2.分別用

、

表示

和K+,KH2PO4晶體的四方晶胞如圖(a)所示,圖(b)、圖(c)分別顯示的是

、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:(1)若晶胞底邊的邊長均為apm、高為cpm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶體的密度為

g·cm-3(寫出表達(dá)式)。

(2)晶胞在x軸方向的投影圖為

(填字母)。

思路指導(dǎo)(2)突破方法分析晶胞投影圖的方法分析晶胞沿x軸方向、y軸方向、z軸方向、體對角線方向的投影圖,確定晶胞中各粒子的具體位置。(1)金剛石晶胞模型投影圖x、y平面上的投影圖:(2)沿體對角線投影(以體心立方和面心立方為例)①體心立方堆積②面心立方最密堆積

針對訓(xùn)練3.(1)(2022湖南卷,節(jié)選)鉀、鐵、硒可以形成一種超導(dǎo)材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示:①該超導(dǎo)材料的最簡化學(xué)式為

;

②Fe原子的配位數(shù)為

;

③該晶胞參數(shù)a=b=0.4nm、c=1.4nm。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度為

g·cm-3(列出計算式)。

(2)(2022廣東卷,節(jié)選)我國科學(xué)家發(fā)展了一種理論計算方法,可利用材料的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)預(yù)測其熱電性能,該方法有助于加速新型熱電材料的研發(fā)進(jìn)程?；衔颴是通過該方法篩選出的潛在熱電材料之一,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1,沿x、y、z軸方向的投影均為圖2。①X的化學(xué)式為

。

②設(shè)X的最簡式的相對分子質(zhì)量為Mr,晶體密度為ρg·cm-3,則X中相鄰K之間的最短距離為

nm(列出計算式,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

明考向真題演練1.(2023北京卷)中國科學(xué)家首次成功制得大面積單晶石墨炔,是碳材料科學(xué)的一大進(jìn)步。下列關(guān)于金剛石、石墨、石墨炔的說法正確的是(

)A.三種物質(zhì)中均有碳碳原子間的σ鍵B.三種物質(zhì)中的碳原子都是sp3雜化C.三種物質(zhì)的晶體類型相同 D.三種物質(zhì)均能導(dǎo)電答案

A解析

原子間優(yōu)先形成σ鍵,三種物質(zhì)中均存在σ鍵,A項正確;金剛石中所有碳原子均采用sp3雜化,