第68讲　晶体结构与性质.docx

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1、第68讲晶体结构与性质【复习目标】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 解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。3.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。考点一晶体与晶胞归纳整合夯实必备知识1.晶体与非晶体晶体与非晶体的比拟一晶体非晶体结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序性质特征自范性立无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别 方法间接方法看是否有固定的燎点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X-射线衍射实验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

2、从溶液中析出。2.晶胞概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复 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。晶胞中微粒数的计算方法均摊法长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：如某个粒子为N个晶胞所共有，那么 该粒子有土属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如体对角线长=小4。体心立方堆积4r=小。（广为原子半径）。面心立方堆积4r=y2a（r为原子半径）。（3）空间利用率=晶胞中微粒体积晶胞体积X100%o真题演练明确考向1. （2021 辽宁，7）单质硫和

3、氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。以下 说法错误的选项是（）A. S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3sC. S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体答案D2.（2021 天津，2）以下各组物质的晶体类型相同的是（）A. SiCh和 SO3B.卜和 NaClC. Cu 和 AgD. SiC 和 MgO答案C解析 SiCh为原子晶体，SO3为分子晶体，A错误；12为分子晶体，NaCl为离子晶体，B错 误；Cu和Ag都为金属晶体，C正确；SiC为共价晶体，MgO为离子晶体，D错误。3.（2020山东等级模拟考，4）以下关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的选

4、项是（）A.键能 CCSiSi、CHSiH,因此 C2H6 稳定性大于 Si2H6B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度SiE中Si的化合价为+4, CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4C. Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C,难形成p-p兀键 答案c解析 键长越短，键能越大，分子越稳定，A项正确；SiC与金刚石结构相似，属于共价晶 体，硬度大,熔点高，B项正确；SiFU中Si为一4价，且Sih还原性强于CH* C项错误； 兀键是p轨道电子以“肩并肩”方式相互重叠形成的，半径越大越不易形成，D项正确。4.2021.

5、全国乙卷，35（4）在金属材料中添加A1C2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和 机械性能。A1C2具有体心四方结构，如下图。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为Q和fAh那么金属原子空间占有率为% (列出计算表达式)。答案A18兀(2日+今)3crcX100解析 根据均摊法，该晶胞中灰球个数为8X5+1=2,白球个数为8X；+2=4,个数之比为 O41 ： 2,根据A1C12可知，灰球代表A1,白球代表Cr,故处于顶角位置的原子为AL晶胞的体4 Q Q4乎(4堵+24)积为6f2Xc,晶胞所含原子的体积为卒(4堵+2小)，那么金属原子的空间占有率为2ja cxioo%=8 兀(

6、26+Hi)3a1cX100%o5.2021 .天津，13(2)用X射线衍射测定，得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如下图。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 o每个晶胞B中含Fe原子数为晶胞A晶胞B答案8 46.2021 .浙江6月选考，26(1)3种共价晶体的熔点数据如下表:金刚石碳化硅晶体硅熔点/3 5502 6001 415金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是答案 共价晶体中，原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高，原子半径：CSi(或键长:CCSiSi7.2019全国卷I , 35(3)(4)(3)一些氧化物的熔点如表所示：氧化物Li20MgOP4O6SO2熔点/熔点/1 5702 800

7、23.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因图(a)是MgCuz的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中, 填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最 短距离x= pm, Mg原子之间最短距离y=pm。设阿伏加德罗常数的值为 Na，那么MgCuz的密度是 gcm一3列出计算表达式)。答案(3)Li2。、MgO为离子晶体，P4O6 SO2为分子晶体。离子键强度：MgOLi2Oo分子 间作用力(分子量)：P4O6SO2正 H 8X24+16X64 4 4 a 2X1035解析(4)观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并

8、与面对角线平行，有(4x)2 = 22,工=4a镁原子堆积方式类似金刚石，有 )=坐。1 cm= IO10 pm,晶胞体积为(3 5501 415沸点/178572 5504 8272 355A.SiCh是分子晶体B.晶体硼是原子晶体C. AlCh是分子晶体，加热能升华D.金刚石中的CC的键能比晶体硅中的SiSi的键能弱答案D解析 SiC14、A1CL的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCb的沸点低于其熔点，即在未熔化的 温度下它就能汽化，故AlCb加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点高，是共价晶体， B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知：金刚石中的CC的键能比晶体硅中 的SiSi的

9、键能强，D错误。5.以下说法错误的选项是（）A.分子晶体中一定存在分子间作用力B.原子晶体中只含有共价键C.任何晶体中，假设含有阳离子就一定含有阴离子D.单质的晶体中一定不存在离子键答案C解析相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫作原子晶体，原子 晶体中只含有共价键，故B正确；金属晶体中，含有阳离子却不含有阴离子，故C错误；金 属单质中只有金属键，非金属单质中可能存在共价键，单质的晶体中一定不存在离子键，故 D正确。6 .解释以下物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键强弱无关的变化规律 是（）HF、HC1、HBr、HI的热稳定性依次减弱A. NaF、NaCL

10、NaBr、Nai的熔点依次降低F2、CI2、Bn、b的熔、沸点逐渐升高B. Li、Na、K、Rb的熔点逐渐降低答案c解析 HF、HC1、HBr、HI的热稳定性依次减弱，是因为氢原子和卤素原子间共价键的键能 依次减小，不选A; NaF、NaCK NaBr. Nai的熔点依次降低，是因为钠离子和卤素离子间的离子键依次减弱，不选B； F2、C12、Bn、12的熔、沸点逐渐升高，是因为卤素单质分子间 作用力依次增大，与化学键的强弱无关，选C;碱金属元素从上到下，原子半径逐渐增大， 金属键逐渐减小，金属单质的熔点逐渐降低，不选D。7 .（2022沈阳模拟）以下有关晶体的表达中，错误的选项是（）A.金刚石

11、的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子8 .在CaF2晶体中每个Ca2+周围紧邻8个F，每个F周围紧邻4个Ca?+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，化学键不被破坏答案C9 .以下各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的选项是（）CH4SiH4GeH4SnH4A. KC1 NaClMgCl2MgOMgBr2SiCl4BND.金刚石晶体硅钠答案D9.金晶体是面心立方最密堆积，立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为 rem,那么金晶体的空间利用率为（）4 4X-JT4A羲X。%4C而 xioo%4 4X-r

12、D.萌X100%答案B解析 面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为rem,那么晶胞的边长为4rcmX坐=2吸rem,每个金晶胞中含有4个原子,子,那么金晶胞空间利用率为44X-；rr3（2而3X100%o4 4X-k 义】。=声10.非整比化合物Feo.95。具有NaCl型晶体结构，由于以Fe） :（0） ” “ V ” 或“ =）NiO ,理由是O假设NiO晶胞中离子坐标参数A为（0,0,0）, B（l,l,0）,那么C的坐标参数为 o一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为。2-作密置单层排 列，Ni2+填充其中（

13、如图2所示）。一的半径为m,每平方米上分散的该晶体的质量为g用。、Na（设Na为阿伏加德罗常数的值）表示。108义 1()238 QNa0答案（1）CH4（合理即可）4X96+2X14 M02N 刈。3义1021Mg2+的半径比Ni2+的小，MgO的离子键比NiO的强 （1,今；）翁: 乙 l乙a I va2a3 X 0.22a3 X 0.2力 1.08X 1023 Y gm = QNa g(m 一。解析（1）与A1HI空间结构相同的分子有CH4、CCL等；NaAlH4晶体中，与A1HI紧邻且等 距的Na卡有8个；该晶胞体积为（4NiOo题中给出了坐标系的三个方向示意图，因此C 的坐标参数是（

14、1,1）o在图2中的“单分子层”中可以画出二维重复单元，如王。重复单元呈菱形，是相邻四个氧离子球中心的连线组成的，每个重复单元包含1个氧离子和1个锲离子，NiO的相对分子质量为75;重复单元所占的面积 为（2X#）11? = 2小2 m2,那么每平方米上分散的该晶体的质量为募痣go 15.（l）SiC、Si、金刚石中熔点由高到低的顺序为,理由是（2）干冰、冰二者的熔点较高的是，其理由是（3）CS2的熔、沸点高于CO2的理由是NaF的熔点NaF的熔点或“ SiCSi CC、CSi、SiSi的键长依次增大，键能依次减小，熔点依 次降低(2)冰冰晶体中分子间存在氢键(3)CS2和C02均为分子晶体，

15、CS2的相对分子质量大，分子间作用力大(4) 两者均为离子化合物，且离子所带电荷数均为1,但后者离子半径大，离子键较弱， 其熔点较低图lo非长方体晶胞在六棱柱（如图2）中，顶角上的原子有、属于此晶胞，面上的原子有弓属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12x:+2xJ=3,硼原子个数为6。02位于顶角位于顶角位于棱上位于面上位于内部有1/8属于 该立方体有1/4属于该立方体有1/2属于该立方体完全属于该立方体ocOMg *B图1图2r易错辨析1 .冰和碘晶体中相互作用力相同（）.晶体内部的微粒按一定规律周期性排列（）2 .凡有规那么外形的固体一定是晶体（）.固体SiCh一定是晶体（）3 .缺角的

16、NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块（）.晶胞是晶体中最小的“平行六面体”（）4 .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（）答案 1.X 2. V 3.X 4.X 5. V 6.X 7. V专项突破提升关键能力一、晶胞及微粒配位数的判断CaTiO3的晶胞如下图，其组成元素的电负性大小顺序是;金属离子与氧离子间的作用力为, Ca2+的配位数是 o答案0TiCa离子键12C、N元素能形成一种类石墨的聚合物半导体g-C3W，其单层平面结构如图1,晶胞结构 如图2o根据图2,在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元。答案方法点拨晶胞中粒子配位数的计算一个粒子周围

17、最邻近的粒子的数目称为配位数（1）晶体中原子（或分子）的配位数：假设晶体中的微粒为同种原子或同种分子，那么某原子（或分子） 的配位数指的是该原子（或分子）最接近且等距离的原子（或分子）的数目。离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。二、晶胞中微粒数及化学式的计算，乙中a，乙中a1. 如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，那么甲晶体中x与y的个数比是与b的个数比是与b的个数比是,丙中一个晶胞中有y 甲个d粒子。个c粒子和答案 2 ： 1 1 ： 1 4 4解析 甲中 N(x) ： /V(y)=l - (4x1) = 2 ： 1;乙中 N(a) ： /V(b)=l ： (8x

18、1)=l ： 1;丙中 N(c) =12x1+l=4, N（d） = 8x1+6x|=4o 4o Z以下图为离子晶体空间结构示意图：（阳离子，。阴离子）以M代表阳离子，N表示阴离 子，写出各离子晶体的组成表达式：在晶胞内 。答案 MN MN3 MN213解析 在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN;在B中，含M个数：-X4+l=, oz1 93 911含 N 个数：X4+2+4X-=-, N(M) ： N(N)=J : 5=1 ： 3;在 C 中含 M 个数：义4=5， Zo ZZ ZoZ含N为1个。2. (1)硼化镁晶体在39 K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，如

19、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。那么硼化镁的化学 式为 o,e-BO-Mg在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，那么 多硼酸根的离子符号为 Oo- 0一 B答案(l)MgB2 (2)B0解析(1)每个Mg周围有6个B,而每个B周围有3个Mg,所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个图可看出，每个单元中，都有一个B和一个0完全属于这个单元，剩余的2个0分别被两个结构单元共用，所以B ： 0=1 ： (1+|)=1 ： 2,化学式为B0晨归纳总结-晶胞中化学式计算思路运用均摊法计算出一个晶胞中的微粒数目。求出不同微粒数目

20、比值，得化学式。考点二晶体类型、结构与性质夯实必备知识分子晶体分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体1 .四种晶体类型的比拟构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相 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rWj,有的很低较高溶解性相似相溶难溶于一般溶剂一般不溶于水，少数与水反响大多易溶于水等极 性溶剂导电、传热性一般不导电，溶 于水后有的导电一般不具有导电性，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2 .晶格能(1)定义：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量。(2)单位:kJmo0意义：可以反映

21、离子晶体的稳定性。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小, 晶格能越大，离子间的作用力就越强，离子晶体越稳定，溶、沸点越高，如熔点：MgONaClCaCb。3 .常见晶体结构模型(1)共价晶体金刚石金刚石二氧化硅金刚石晶体中，每个C与相邻生个C形成共价键，CCC夹角是109。28，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键是2 m01。SiCh晶体中，每个Si原子与生个。原子成键，每个0原子与个硅原子形成共价键，最 小的环是十二元环,在“硅氧”四面体中，处于中心的是鱼原子，1 mol SiCh中含有4 moiSiOo(2)分子晶体干冰晶体中，每个CCh分子周围等距且紧

22、邻的C02分子有12个。干冰的结构模型(晶胞)3或涔&二V %务I 冬杂,嘲H冰的结构模型 冰晶体中，每个水分子与相邻的生个水分子以氢键相连接，含ImollO的冰中，最多可 形成2 moi “氢键”。oCf QNa+(3)离子晶体NaCl型：在晶体中，每个Na+同时吸引6个C，每个C同时吸引a个Na卡,配位数为$。 每个晶胞含生个Na+和生个CPoCsCl型：在晶体中，每个C吸引区个Cs+,每个Cs+吸引也个。一，配位数为8。(4)石墨晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力,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应。(5)金属晶体的四种堆积模型分析r易错辨析

23、堆积模型简单立方堆积体心立 方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积晶胞_Uj y y配位数681212原子半径和晶 胞边长(。)的关系2-=a4r=3a4r=2a一个晶胞内原子 数目1224常见金属Po(针)Na、K、FeMg、Zn、TiCu Ag、Au1 .在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子（）.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低（）2 .离子晶体一定都含有金属元素（）.金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体（）3 . 1 mol金刚石和SiCh中含有的共价键数目均为4Na（ ）.氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等且最近的Na.共有6个（）4 .冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键（

24、）.金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子（）答案 l.X 2.X 3.X 4. V 5.X 6.X 7. V 8.X专项突破一、晶体类型的判断.以下性质适合于分子晶体的是（）A.熔点为1 070 C,易溶于水，水溶液导电B.熔点为3 500 C,不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2，熔点为112.8 ,沸点为444.6D.熔点为97.8,质软，导电，密度为0.971gcm-3答案C解析 A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，钠不是分子 晶体。归纳总结-依据性质判断晶体类型的方法（1）依据晶体的熔点判断。依据导电性判断。（3）依据硬度和机械

25、性能判断。二、晶体熔、沸点的比拟.以下各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的选项是（）。2、b、Hg PH3、AsH3、NH3 Na、K、Rb Na、Mg、AlA.B.C.D.答案D.回答以下问题：氯酸钾熔化，粒子间克服了 的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了 的 作用力；碘的升华，粒子间克服了 作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是(填化学式)O(2)以下六种晶体：C02NaClNa SiCS2金刚石。它们的熔点从低到高 的顺序为(填序号)o答案(1)离子键 共价键 分子间Si02KC103l2 (2)归纳总结-晶体熔、沸点的比拟1 .不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体离子晶

26、体分子晶体。2 .相同类型晶体(1)金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，那么金属键越强，金属的熔、沸点就越高。 离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔、沸点就越高。原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。(4)分子晶体：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；具有分子 间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。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，溶、沸点越高。三、晶体结构的有关计算4. (1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，CuH晶体结构单元如图甲所示。该化合物 的密度为gem、，阿伏加德罗常数的值为Na，那

27、么该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距 离为 cm(用含和Na的式子表示)。 Cu OFe S甲乙(2)CuFeS2 的晶胞如图乙所示，晶胞参数 q=0.524 nm, Z?=0.524 nm, 1.032 nm； CuFeS2 的晶胞中每个Cu原子与 个S原子相连，列式计算晶体密度p =(保存两位小数)。 (3)NaH具有NaCl型晶体结构，NaH晶体的晶胞参数=488 pm, Na半径为102 pm,IT的半径为, NaH的理论密度是 gcnT3(保存两位小数)。(4)金刚石晶胞结构如图丙所示，那么金刚石晶体含有 个碳原子。假设碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为根据硬球接触模型，那么=列式

28、表示碳原子在晶胞中的空间 占有率：(不要求计算结果)。金刚石晶胞 丙败安(1也屋34 4X184g.m。匚u 木 ”41 pNx3户(0.524X 10-7cm)2 X 1,032X 10-7cmX6.02X 1023 mol-14 1nz 8义针r3 4.31 g-cm-3 (3)142 pm 1.37 (4)8 号 一3X 100% cS解析（l）CuH晶胞中Cu原子数目为8x1+6x1=4, H原子数目为4,那么晶胞的边长为 OZ4X65F cm, NaP那么Cu原子与H原子之间的最短距离cm。（2）由图乙可知，每个Cu原子与4个S原子相连，该晶胞中含有Cu原子数目为8x1+4X+ o

29、z1=4,含有Fe原子数目为4X；+6xJ=4,含有S原子数目为8,故化学式为CuFeSz,该晶4、 m 4义 184 g mor1 _3体饱皮=歹=9 524X ICT, cm）2x 1.032X 10-7 cmX6.02义 1（）23 moL2431 gcm 。由NaCl晶胞可知，NaH晶胞中Na卡位于棱上和体心，H一位于顶点和面心，故NaH晶胞的 边长相当于H-的直径和Na+的直径之和，故H一的半径为骁8 詈且12=142 pm。NaH24X4晶胞中含有4个Na卡和4个H、6.02X 1023g_ t那么该晶体的密度为(488x 10-1o cm7 g，cm 。(4)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞中C原子数目为4+6xg+8X1=8;假设C原子半径为小 金刚石 Z o晶胞的边长为凡 根据硬球接触模型可知，正方体体对角线长度的1就是CC键长,4 &CSX-Tir3=2r,所以厂=光力，碳原子在晶胞中的空间占有率为3X100%o oCl归纳总结 晶胞计算公式（立方晶胞）QpNA=NM（a.棱长；p.密度；Na：阿伏加德罗常数的值；N： 1 mol晶胞所含基本粒子或 特定组合的物质的个数；M,基本粒子或特定组合的摩尔质量）。（2）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d）面对角线长=也心