第十二章第39讲晶体结构与性质.pdf

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1、1 考纲要求1.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。2.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。3.了解晶格能的概念，了 解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.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。6.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。7.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。 考点一晶体常识 1晶体与非晶体 晶体非晶体 结构特征结构微粒 _排列结构微粒 _排列 性质 特征 自范性_ _ 熔点_ 异同表现_

2、 二者区 别方法 间接方法看是否有固定的_ 科学方法对固体进行 _实验 2.得到晶体的途径 (1)_物质凝固。 (2)_物质冷却不经液态直接凝固(凝华 )。 (3)溶质从溶液中_。 3晶胞 (1)概念 描述晶体结构的_。 (2)晶体中晶胞的排列 无隙并置 无隙：相邻晶胞之间没有_。 并置：所有晶胞_排列、 _相同。 2 深度思考 1正误判断，正确的打“” ，错误的打 “” (1)冰和碘晶体中相互作用力相同() (2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列() (3)凡有规则外形的固体一定是晶体() (4)固体 SiO2一定是晶体 ( ) (5)缺角的 NaCl 晶体在饱和NaCl 溶液中会慢慢变

3、为完美的立方体块() (6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体 ”() (7)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() 2如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x 与 y 的个数比是 _，乙中 a 与 b 的个数比是 _，丙中一个晶胞中有_个 c 离子和 _个 d 离子。 3下图为离子晶体空间构型示意图：( 阳离子， 阴离子 )以 M 代表阳离子，以N 表示 阴离子，写出各离子晶体的组成表达式： A_、 B_、C_。 题组一认识各类晶胞 1下图是由Q、 R、 G 三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R 为 2 价， G 为 2 价，则 Q 的化合价为 _。 2某晶

4、体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C 三种粒子数之比是() 3 A394 B 142 C294 D384 3已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则 LaNin中 n_。 4Cu 元素与 H 元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化 学式为 _。 5(1)硼化镁晶体在39K 时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下 图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学 式为 _。 (2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则 多硼酸根离子符号为_。 6已知下图所示晶体的硬度很可

5、能比金刚石大，且原子间以单键结合，试根据下图确定该晶 体的化学式为_。 题组二晶胞的密度及微粒间距离的计算 7Cu 与 F 形成的化合物的晶胞结构如下图所示，若晶体密度为ag cm 3，则 Cu 与 F 最近距 离为 _pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中 为 Cu， 为 F) 4 8如图为 Na2S 的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是 g cm 3，试计算 Na 与 S2 的最短距离为 _cm(阿伏加德罗常数用NA表示，只写出计算式)。 晶胞计算的思维方法 (1)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

6、体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒 半径、夹角等， 密度的表达式往往是列等式的依据。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。 (2)“ 均摊法 ”原理 特别提醒在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，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有，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。 在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。 (3)晶体微粒与M、 之间的关系 若 1 个晶

7、胞中含有x 个微粒， 则 1mol 晶胞中含有xmol 微粒， 其质量为 xM g(M 为微粒的相对 “分子”质量)；1 个晶胞的质量为a 3g(a3 为晶胞的体积， 为晶胞的密度)，则 1mol 晶胞的 质量为 a 3N Ag，因此有xMa 3N A。 5 考点二晶体的组成和性质 1四类晶体的比较 类型 比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体 构成粒子_ 粒子间的相 互作用力 _ 硬度_ 有的 _， 有的 _ _ 熔、沸点_ 有的 _， 有的 _ _ 溶解性相似相溶 难溶于任何溶 剂 常见溶剂难溶 大多数易溶于水 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，

8、个别为 半导体 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 所有非金属氢化物 (如水、硫化氢)、部 分非金属单质(如卤 素 X2)、部分非金属 氧化物 (如 CO2、 SO2)、 几乎所有的酸、 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

9、：kJ mol 1。 (2)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。 6 (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，硬度越大。 深度思考 1正误判断，正确的打“” ，错误的打 “” (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)原子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() (7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高() (8)

10、金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高() 2在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、 SiC、晶体硅、金刚石，晶体氩。 (1)其中只含有离子键的离子晶体是_。 (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是_。 (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是_。 (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是_。 (5)其中含有极性共价键的非极性分子是_。 (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是_。 (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_。 (8)其中含有极性共价键的

11、原子晶体是_。 (9)不含共价键的分子晶体是_，只含非极性键的原子晶体是_。 题组一晶体类型的判断 1分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。 (1)碳化铝，黄色晶体，熔点2200，熔融态不导电：_。 (2)溴化铝，无色晶体，熔点98，熔融态不导电：_。 (3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：_。 (4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：_。 (5)SiI4：熔点 120.5，沸点 287.4，易水解：_。 (6)硼：熔点2300，沸点 2550，硬度大：_。 (7)硒：熔点217，沸点685，溶于氯仿：_。 7 (8)锑：熔点630.74，沸点1750，

12、导电： _。 2现有几组物质的熔点()数据： A 组B 组C 组D 组 金刚石： 3550Li ：181HF： 83NaCl：801 硅晶体： 1410Na：98HCl ： 115KCl ：776 硼晶体： 2300K：64HBr ： 89RbCl：718 二氧化硅： 1723Rb：39HI ： 51CsCl：645 据此回答下列问题： (1)A 组属于 _晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。 (2)B 组晶体共同的物理性质是_(填序号 )。 有金属光泽导电性导热性延展性 (3)C 组中 HF 熔点反常是由于_。 (4)D 组晶体可能具有的性质是_(填序号 )。 硬度小水溶液能导电固体能导

13、电熔融状态能导电 (5)D 组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为 _。 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 离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。 原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。 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。 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 金属氧化物 (如 K2O、Na2O2等)、强碱 (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、晶体硅等)、非金属氢化物、非金

14、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。 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。 金属单质是金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高。 原子晶体的熔点很高。 分子晶体的熔点低。 8 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 离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。 原子晶体一般为非导体。 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。 金属晶体是电的良导体。 (5)依据硬度和机械

15、性能判断 离子晶体硬度较大、硬而脆。 原子晶体硬度大。 分子晶体硬度小且较脆。 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1.4210 10m，比金刚石中 碳碳共价键的键长(键长为 1.5410 10m)短，所以熔、沸点高于金刚石。 (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 )。 (4)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。 题组二晶体熔、沸点的比较 3下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的

16、是() ACl2I2 BSiCl4CCl4 CNH3PH3 DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3 4离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl 、NaCl、CaO、BaO 四种晶体 熔点的高低顺序是() AKCl NaCl BaOCaO BNaClKCl CaOBaO CCaOBaONaCl KCl DCaOBaO KClNaCl 5下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是() O2、 I2、HgCO、KCl 、SiO2Na、K、Rb Na、Mg、Al AB CD 9 分类比较晶体的熔、沸点 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律 原子晶体 离子晶体 分子晶体

17、。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低， 金属晶体一般不参与比较。 (2)原子晶体 由共价键形成的原子晶体中，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 石英 碳化硅 硅。 (3)离子晶体 一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶 体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl 2NaClCsCl 。 (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、沸点反常的高。如 H2OH2TeH2SeH2S。 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

18、SnH4GeH4SiH4CH4， F2Cl2Br2 I2。 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 CON2， CH3OHCH3CH3。 同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 如： CH 3CH2 CH2CH2CH3 CHCH3CH3CH2CH3CCH3CH3CH3CH3。 考点三突破五类晶体模型 1原子晶体 (金刚石和二氧化硅) 10 (1)金刚石晶体中，每个C 与另外 _个 C 形成共价键，CC 键之间的夹角是109 28， 最小的环是 _元环。含有1molC 的金刚石中，形成的共价键有_mol。 (2)SiO2晶体中，每个 Si 原子与 _个 O

19、成键，每个O 原子与 _个硅原子成键，最小的 环 是 _元 环 ，在 “ 硅氧 ” 四 面 体中 ， 处 于中心的 是 _原 子， 1molSiO 2 中 含 有 _molSiO 键。 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 _个。 (2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的_个水分子以氢键相连接，含 1molH2O 的冰中， 最多可形成 _mol“氢键”。 3离子晶体 (1)NaCl 型：在晶体中，每个Na 同时吸引 _个 Cl，每个 Cl同时吸引 _个 Na ，配 位数为 _。每个晶胞含 _个 Na 和 _个 Cl。 (2)CsCl 型： 在晶体中， 每个

20、 Cl 吸引 _个 Cs， 每个 Cs吸引 _个 Cl， 配位数为 _。 4石墨晶体 石墨层状晶体中，层与层之间的作用是_，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 _，C 原子采取的杂化方式是_。 5常见金属晶体的原子堆积模型 结构型式常见金属配位数晶胞 面心立方 最密堆积 Cu、Ag、Au 12 11 体心立方 堆积 Na、 K、 Fe 8 六方最 密堆积 Mg、Zn、Ti 12 特别提醒(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，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。 (2)常考的几种晶体主要有干冰、

21、冰、金刚石、SiO2、石墨、 CsCl、NaCl、K、 Cu 等，要熟悉 以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结 构。 深度思考 1正误判断，正确的打“” ，错误的打 “” (1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8 个() (2)在 NaCl 晶体中，每个Na 周围与其距离最近的 Na 有 12 个( ) (3)在 CsCl 晶体中，每个Cs 周围与其距离最近的 Cl 有 8 个( ) (4)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6 个 () 2 在晶体模型中， 金刚石中的 “棍”和干冰中的 “棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化 学键吗？ 3下列排列方式中：A.ABCABCABCBABABABABAB CABBAABBADABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是_；属于铜型堆积 方式的是 _。 题组一强化记忆晶体结构 1判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在线上。