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1、第 3 节物质的聚集状态与物质性质考纲定位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。3. 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。4.了解晶体类型， 了解不同类型晶体中结构微粒及微粒间作用力的区别。5. 了解晶胞概念， 能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。6. 了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。 7. 了解分子晶体结构与性质关系。考点 1|晶体与晶胞1晶体与非晶体(1) 晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈周结构微粒
2、期性有序排列无序排列自范性有无性质熔点固定不固定特征异同表现各向异性无各向异性二者区间接方法看是否有固定的熔点别方法科学方法对固体进行 X-射线衍射实验(2) 获得晶体的途径熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固 ( 凝华 ) 。溶质从溶液中析出。2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。无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；并置：所有晶胞平行排列、取向相同。(3) 一般形状为平行六面体。(4) 晶胞中粒子数目的计算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1的份额就是 n。长方体 ( 包括立方体 ) 晶胞中不同位
3、置的粒子数的计算第1页共15页非长方体：如三棱柱示例CaF2 的晶胞如下图所示。该晶胞含Ca2 4 个 ， F 8 个。 高考命题点突破命题点 1晶体的性质1如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()A两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体B形成的固体物理性质有各向异性C形成的固体一定有固定的熔、沸点D二者的X-射线图谱是相同的B 会自动形成规则几何外形的晶体，具有各向异性，X射线图谱有明锐的谱线。不会形成晶体。第2页共15页2(2014 全国卷，节选) 准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。【
4、解析】晶体是内部质点( 原子、分子或离子 ) 在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X-射线衍射的方法进行区分，晶体能使X-射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。【答案】X-射线衍射命题点 2晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断3如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出： (1) 甲晶体化学式 (X 为阳离子 ) 为 _。(2) 乙晶体中 A、 B、 C 三种微粒的个数比是 _。(3) 丙晶体中每个 D 周围结合 E 的个数是 _。(4) 乙晶体中每个 A 周围结合 B 的个数为 _。【答案】(1)X 2Y(2)1 31(3)8(4)124.Z
5、n 与 S 所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。(1) 在 1 个晶胞中， Zn2的数目为 _。(2) 该化合物的化学式为 _。211【解析】(1) 从晶胞图分析， 1个晶胞含有 Zn的个数为8 86 2 4。 (2)S为 4个，所以化合物中 Zn 与 S 数目之比为11，则化学式为 ZnS。【答案】(1)4 (2)ZnS5Cu 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 _。111【解析】Cu 个数： 12 62 2 3 6，H 个数： 6 3 4 6。【答案】CuH 易错防范 均摊法计算应注意的问题第3页共15页在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意
6、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。命题点 3晶体密度及粒子间距的计算6(2017 全国卷组合 )(1)( 卷，节选 )KIO3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为 a 0.446 nm ，晶胞中 K、 I 、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K 与O间的最短距离为 _nm，与 K 紧邻的 O个数为 _。在 KIO3 晶胞结构的另一种表示中， I 处于各顶角位置， 则 K 处于 _位置，O处于 _位置。(2)( 卷，节选 )(N563
7、34 4 3a nm，)(H O) (NH ) Cl 的晶体密度为 d gcm，其立方晶胞参数为晶胞中含有 y 个 (N 5) 6(H3O)3(NH4) 4Cl 单元，该单元的相对质量为M，则 y 的计算表达式为_ 。【解析】(1) K与 O间的最短距离为2a20.446 nm0.315 nm；由于 K、 O分22别位于晶胞的顶角和面心，所以与K 紧邻的 O原子为 12 个。根据 KIO 的化学式及晶胞结构可画出KIO 的另一种晶胞结构，如下图，可看出K 处33于体心， O处于棱心。3733 21AMg ，则(2) 晶胞的质量为 d g/cm(a10cm) a d10g ，N 个该单元的质量为
8、310 21g60233 21a dMa dNa dAy，故 yM或M10。NA【答案】(1) 0.31512体心棱心602a3da3dNA 21(2) M 或 M107(2016 全国卷，节选)GaAs的熔点为1 238 ，密度为 gcm 3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为第4页共15页_，Ga与 As 以 _键键合。 Ga和 As 的摩尔质量分别为MGagmol 1 和 MAs gmol 1，原子半径分别为rGa pm 和rAs pm，阿伏加德罗常数值为A，则 GaAs 晶胞中原子的体积N占晶胞体积的百分率为_。【解析】GaAs的熔点为1 238，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体
9、， Ga 与As 原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构， 4 个 Ga原子处于晶胞体内，8 个 As 原子处于晶胞的顶点、6 个 As 原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有 4 个 Ga原子，含有 As 原子个数为81/8 61/2 4，Ga和 As 的原子半径分别为r Gapm r10 10cm，rpmr 10 10cm，则原子的总体积为 V4 10cm)3As原子4 ( r 10GaAs3Ga( r10 1031610303 r33的摩尔质量分别为Mgmolcm) ( r)cm 。又知 Ga和 AsAs3GaAsGa 1 和As gmol 1，晶胞的密度为 g
10、cm3，则晶胞的体积为V晶胞 4(Ga As)/ Acm3，MMMN故 GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为161030333V3r Gar As4 10 30r3 r3 NAs原子AGaV晶胞 100%MGa MAscm3100%MGa MAs100%。 NA【答案】原子晶体共价4 10 30 NA33r Ga r As100%GaAsMM8(2016 全国卷，节选)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。(1) 晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。(2) 若合金的密度为 d gcm3，晶胞参数 a _nm。【解析】(1) 由晶胞结构图可知，Ni 原子处于立方晶胞的顶点，Cu 原子处于立方
11、晶胞11的面心，根据均摊法， 每个晶胞中含有Cu 原子的个数为6 2 3，含有 Ni 原子的个数为8 8 1，故晶胞中 Cu 原子与 Ni 原子的数量比为 31。(2) 根据 m V 可得， 1 mol 晶胞的质量为 (64 3 59)g a3d gcm 3 NA，则 a2511251176.02 10 23 d 3cm 6.02 10 23 d 310nm。第5页共15页2511732517【答案】 (1)3 1(2) 6.02 1023 d10或A103Nd 方法技巧 晶体结构的相关计算晶胞计算公式立方晶胞a3AnM a：棱长， ：密度，A：阿伏加德罗NN常数的值， n： 1 mol 晶胞
12、所含基本粒子或特定组合的个数，M：组成的摩尔质量。金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式设棱长为 a面对角线长2a 。体对角线长3 a。体心立方堆积4r 3ar 为原子半径。面心立方堆积4r 2ar 为原子半径。晶胞中微粒体积空间利用率。晶胞体积第6页共15页考点 2|常见晶体模型的微观结构分析1原子晶体金刚石与SiO2(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 10928，最小的环是 6元环。每个 C 被 12 个六元环共用。含有 1 mol C的金刚石中形成的 C C 有 2 mol 。C 在晶胞的体对角线的18个
13、 C。在金刚石的晶胞中，内部的4处。每个晶胞含有(2)SiO 2晶体中，每个 Si 原子与 4 个 O原子成键，每个 O原子与 2 个 Si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Si 原子。 1 mol SiO2 晶体中含 Si O键数目为4 A，在 SiO2 晶体中 Si 、O原子均采取 sp3 杂化。N2分子晶体干冰和冰(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 CO分子。同类晶体还有晶体I 、晶体O 等。222(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1 mol H
14、 2O 的冰中，最多可形成2 mol 氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有8 个 H2O。3金属晶体(1) “电子气理论”要点该理论把金属键描述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”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。(2) 金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。第7页共15页(3) 金属晶体的常见堆积结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积Cu、 Ag、 Au12(铜型)体心立方Na、 K、 Fe8堆积六方最密堆积Mg、 Zn、 Ti12(镁型)简单立方Po6堆积说明：六方最密堆积是按ABABAB的方式堆积，面心立方最密堆积是按ABCABCABC 的方式堆
15、积。4离子晶体(1)NaCl型：在晶体中，每个Na 同时吸引 6 个 Cl ，每个 Cl 同时吸引6 个 Na，配位数为 6。每个晶胞含4 个 Na 和4 个 Cl 。(2)CsCl型：在晶体中，每个Cl 吸引 8 个 Cs ，每个 Cs吸引 8 个 Cl ，配位数为 8。(3)CaF 2型：在晶体中， F 的配位数为4， Ca2 的配位数为8，晶胞中含4 个 Ca2，含 82在体对角线的1个 F 。晶胞中 Ca处。45. 石墨晶体混合型晶体(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 sp 2。(3) 每层中存在
16、 键和 键，还有金属键。(4)C 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。 高考命题点突破命题点常见晶体的微观结构分析1(2017 全国卷，节选)MgO具有 NaCl 型结构 ( 如图 ) ，其中第8页共15页阴离子采用面心立方最密堆积方式，X 射线衍射实验测得 MgO的晶胞参数为a 0.420 nm ，则r(O2) 为 _nm。MnO也属于 NaCl 型结构，晶胞参数为 0.448 nm ，则r(Mn2)a为_nm。【解析】O2采用面心立方最密堆积方式，面对角线是 O2半径的 4 倍，即 4r (O2 ) 22) 0.148 nm；根据晶胞的结构可知，22a，解
17、得 r (O棱上阴阳离子相切， 因此 2r (Mn) 2r (O ) 0.448 nm ，所以 r (Mn2) 0.076 nm 。【答案】 0.148 0.0762(2016 全国卷，节选 ) 原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为1111Ge单晶的晶胞， 其中原子坐标参数A 为 (0,0,0)；B 为 2，0，2；C 为2，2， 0 。则 D原子的坐标参数为 _。111【解析】根据题给图示可知，D 原子的坐标参数为4，4， 4 。111【答案】4， 4，43(2015 全国卷，节选) 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
18、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。【解析】(1) 由石墨烯的结构可知，每个C 原子连接3 个六元环，每个六元环占有的1C原子数为 36 2。(2) 由金刚石的结构可知，每个C 可参与形成 4 条 C C 键，其中任意两条边 ( 共价键 )可以构成2 个六元环。根据组合知识可知四条边( 共价键 ) 任选其中两条有6 组， 62 12。第9页共15页因此每个C 原子连接12 个六元环。六元环中C 原子采取sp3 杂化，为空间六边形结构，最多有 4 个 C原子位于同
19、一平面。【答案】(1)3 2 (2)12 44(2018 衡水模拟 )CaC2 晶体的晶胞结构与NaCl 晶体的相似 ( 如图所示 ) ，但 CaC2 晶体中由于哑铃形的2存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC 晶体的说法中正确的是C22() 【导学号：95160414】2周围距离最近且等距离的2数目为 6A 1 个 CaC2B该晶体中的阴离子与 F2 是等电子体C 6.4 g CaC 2 晶体中含阴离子0.1 molD与每个 Ca2距离相等且最近的Ca2 共有 12 个C A 项，依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心2周围距离最近的22含电子数为26可知，
20、1 个 CaC2 有 4 个，而不是 6个，错误； B 项， C22 14， F2 的电子数为18，二者电子数不同，不是等电子体，错误；C 项， 6.4 g CaC 2 为0.1 mol ，则含阴离子0.1 mol，正确； D 项，与每个22个，Ca 距离相等且最近的 Ca 为 4错误。 题后归纳 立方体中粒子周围粒子的个数判断周围有 4个 B， B周围有 12个A周围有 2个 C， C周围有 6个A周围有 6个 D， D周围有 2个B周围有 8个 C， C周围有 8个B周围有 12个 D， D周围有 4个 C周围有 4个 D，D周围有 4个 A考点 3|四种晶体的性质与判断1晶格能(1) 定
21、义第10页共15页1 mol 离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量，单位kJ/mol ，通常取正值。(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。(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。【注意】 晶格能只描述离子晶体的性质。实例：比较下列晶格能大小：(1)NaClKCl ；(2)CaF 2MgO；(3)Na 2SKCl 。2四种晶体类型比较类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体比较构成粒子分子原子金属阳离子阴、阳离子和自由电子粒子间的分子间作用力共价键金属键离子键相互作用力硬度较小很
22、大有的很大， 有较大的很小熔、沸点较低很高有的很高， 有较高的很低溶解性相似相溶难溶于任常见溶剂难大多易溶于水等极何溶剂溶性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于一般不具电和热的良晶体不导电，水溶水后有的导电有导电性导体液或熔融态导电【注意】石墨晶体为混合型晶体，为层状结构，熔点比金刚石的高，导电。 高考命题点突破 命题点 1晶体类型的判断1在下列物质中： NaCl 、 NaOH、 Na2S、 H2 O2、 Na2S2、 (NH4) 2S、 CO2、 CCl4、 C2H2、 SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。(1) 其中只含有离子键的离子晶体是_ ；第11页共15页(2) 其中既含有离子键又含有极性
23、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原子晶体是_ ；(6) 其中属于分子晶体的是 _ 。【答案】(1)NaCl 、 Na S (2)NaOH、 (NH )S242(3)(NH)2S(4)Na S (5)SiO、SiC (6)HO 、CO、 CCl、C H42222224222(1)(2016 全国卷，节选)GaF3 的熔点高于1 000， GaCl3 的熔点为 77.9 ，其原因是 _ 。(2)(2015全国卷，节选)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO)
24、，该化合物的熔点为 253 K ，5沸点为 376 K ，其固体属于 _晶体。(3)(2015全国卷，节选)O 和 Na 的氢化物所属的晶体类型分别为_ 和_。(4)(2013福建高考，节选)NF3 可由 NH3 和 F2 在 Cu 催化剂存在下反应直接得到： 4NH3Cu3F2=NF3 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原子晶体d 金属晶体【答案】(1)GaF 3 为离子晶体，GaCl3 为分子晶体(2) 分子 (3) 分子晶体 离子晶体 (4)abd3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
25、，对这三种晶体进行实验，结果如表：熔点/ 硬度水溶性导电性水溶液与Ag 反应A811较大易溶水溶液或白色沉淀熔融导电B3 500很大不溶不导电不反应C 114.2很小易溶液态不导白色沉淀电(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_。【解析】根据所述A、B、C 晶体的性质可知，A 为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B 应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C 应为分子第12页共15页晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。【答案】(1)NaClCH
26、Cl(2) 离子晶体原子晶体分子晶体(3) 离子键共价键范德华力 题后归纳 三角度判断晶体类型(1) 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键。原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用力为分子间作用力。金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用力是金属键。(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、非金属氧化物( 除SiO2 外
27、) 、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， 常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。(3) 根据各类晶体的特征性质判断一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属于原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。命题点 2晶体主要性质 ( 熔沸点、硬度等) 比较4(1)(2017 全国卷，节选 )K 和 Cr 属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属 K 的熔点、沸点等都比金属 Cr
28、 低，原因是 _。(2)(2016 全国卷，节选) 比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_ 。GeCl4GeBr4GeI4熔点/ 49.526146沸点/ 83.1186约 400(3)(2015 全国卷，节选 ) 已知 A、 B 分别为 O、 Na元素。单质 A 有两种同素异形体，其中沸点高的是 _( 填分子式 ) ，原因是 _ ；A 和 B 的氢化物所属的晶体类型分别为_ 和 _。【答案】(1)Cr的原子半径小于K 且其价电子数较多，则Cr 的金属键强于K(2)GeCl 4、GeBr4、GeI4 的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强第13页共15页(3)O3O 相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体35(2015 浙江高考，改编)