高考化学一轮复习专题13.3晶体结构与性质(讲)(含解析).pdf

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1、 专题 13.3 晶体结构与性质 1.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。2.了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成粒子及粒子间作用力的区别。3.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。4.了解晶格能的概念及其离子晶体的性质。5.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。6.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。一、晶体常识 1晶体与非晶体 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列 性质特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二

2、者区别方法 间接方法 看是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行 X射线衍射实验 2.得到晶体的途径（1）熔融态物质凝固。（2）气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。（3）溶质从溶液中析出。3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。4立方晶胞中粒子数目的计算 【典型例题 1】【2017 届河北省石家庄辛集中学高三上期中】有关晶体的下列说法中正确的是 （）A晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B原子晶体中共价键越强，熔点越高 C冰熔化时水分子中共价键发生断裂 D氯化钠熔化时离子键未被破坏【答案】B【考

3、点定位】考查化学键与晶体结构【点评】本题考查了晶体的有关知识，注意分子晶体的稳定性与分子间作用力无关，与化学键的强弱有关。明确不同类型的晶体在熔化时克服不同的作用力是解答本题的关键，注意把握晶体类型的判断方法和微粒间的作用。离子晶体熔化克服离子键，原子晶体熔化克服共价键，金属晶体熔化克服金属键，分子晶体熔化或升华克服分子间作用力或氢键，尤其注意氢键属于分子间作用力。【迁移训练 1】下列关于晶体的说法中，不正确的是 （）晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性 含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 共价键可决定分子晶体的熔、沸点 在分子晶体中一定不存在离子键，而在

4、离子晶体中可能存在共价键 晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列 晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 干冰晶体中，一个 CO2分子周围有 12 个 CO2分子紧邻 A B C D【答案】B 考点：考查晶体和非晶体的区别、离子的配位数、晶格能等。二、四类晶体的组成和性质 1晶体的基本类型与性质 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 结 构 组成晶体微粒 阴、阳离子 分子 原子 金属阳离子和自由电子 微粒间作用力 离子键 范德华力或氢键 共价键 金属键 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 物 理 性 质 熔、沸点 较高 低 很高 一般较高，少部分低 硬

5、度 硬而脆 小 大 一般较大，少部分小 导电性 不 良(熔 融 可 导电)不良 不良 良导体 典型实例 离子化合物 多数非金属单质 及 其 氧 化物、氢化物等 金刚石、SiO2、晶体硅、SiC等 金属单质 2晶体熔、沸点高低的比较 （1）不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，汞、铯等沸点很低。（2）原子晶体：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：金刚石碳化硅硅。（3）离子晶体的晶格能 定义 气态离子形成 1 摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol1。影响因素 离子所带电荷数：离子所带

6、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。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。（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 SnH4GeH4SiH4CH4。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。（5）金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。如熔、沸点：NaMgAl。【典型例题 2】已知 C3N4晶体具有比金

7、刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法正确的是 （）AC3N4晶体是分子晶体 BC3N4晶体中 C-N 键长比金刚石中 C-C 要长 CC3N4晶体中每个碳原子连接 4 个氮原子，每个氮原子连接 3 个碳原子 DC3N4晶体中微粒间通过离子键结合【答案】C 【考点定位】考查晶体类型判断【点评】本题考查晶体类型判断、晶体结构等知识点，明确晶体类型判断方法、化学键类型判断方法及物质空间构型。掌握常见物质所属晶体类型，记住常见的原子晶体。注意石墨的晶体结构与玻璃态物质。【迁移训练 2】下面的排序不正确的是 （）A硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅 B晶格能由大到小：NaF N

8、aCl NaBrNaI C晶体熔点由低到高：CF4CCl4CBr4MgAl【答案】D【解析】试题分析：A、都属于原子晶体，比较键长，键长越长硬度越小，CCCSiSiSi，故说法正确；B、晶格能与所带电荷数和离子半径有关，半径大小：FClBrI，半径越小、所带电荷数越大，晶格能越大，故说法正确；C、都是分子晶体，不含氢键，因此比较范德华力，相对分子量越大，范德华力越大，熔点越高，故说法正确；D、金属晶体熔沸点比较：金属阳离子所带电荷数越多、半径越小，熔沸点越高，因此是 NaMgAl，故说法错误。考点：考查晶体熔沸点高低的判断等知识。考点一：四种晶体的比较与判断 晶体类型 离子晶体 分子晶体 原子

9、晶体 金属晶体 晶体粒子 阴、阳离子 分子 原子 金属阳离子、自由电子 粒子间相互作用 离子键 分子间作用力 共价键 金属键 熔沸点 较高 很低 很高 无规律 硬度 较硬 一般很软 很硬 无规律 溶解性 易溶于 极性溶剂 相似相溶 难溶 难溶(部分与水反应)导电情况 晶体不导电，熔融状态下导电 晶体和熔融状态下都不导电 一般不导电，个别导电，还有半导体 晶体导电 导热性 不良 不良 不良 良 物质类别 离子 化合物 多数非金属单质及化合物 金刚石、SiC、晶体硅、SiO2等少数非金属单质和化合物 金属单质 【归纳总结】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(1)离子

10、晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。(3)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。(4)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(1)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。(2)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)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)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

11、等。(4)金属单质是金属晶体。3依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高。(2)原子晶体熔点很高。(3)分子晶体熔点低。(4)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(1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)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。(4)金属晶体是电的良导体。5依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大、硬而脆。(2)原子晶体硬度大。(3)分子晶体硬度小且较脆。(4)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

12、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 1.421010 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为 1.541010 m)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。【典型例题 3】下列有关晶体的说法中正确的是 （）A某晶体固态不导电，水溶液能导电说明该晶体是离子晶体 B原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力 C区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行 X射线衍射实验 D任何晶体中，若

13、含有阳离子也一定含有阴离子【答案】C 晶体中含有阳离子不一定含有阴离子，如金属晶体中含有金属阳离子，但不含有阴离子，而含有自由移动的电子，错误，答案选 C。考点：考查对晶体的有关判断【点评】比较晶体的熔点，首先要判断晶体的类型，一般是原子晶体的熔点离子晶体分子晶体。若有相同类型的晶体，则比较这些晶体中粒子间的作用力强弱。【迁移应用 3】下列各组晶体中，化学键类型相同，熔化时所克服的作用力也完全相同的是 （）ACO2和 SiO2 BNa 和 I2 C蔗糖和干冰 D金刚石和石墨【答案】C 考点：考查化学键和分子间作用力的区别 考点二：晶体结构的计算 晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生

14、分析问题、解决问题能力的较好素材。晶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。1.晶体化学式的求法 晶体的化学式的确定常用分摊法，其核心为若晶体中某位置上粒子被n个重复单元共用，那该粒子有1n属于这个晶胞。如由立方晶胞中：(1)处于顶点上的粒子被 8 个晶胞共用，该粒子有18属于这个晶胞；(2)处于棱上的粒子被 4 个晶胞共用，该粒子有14属于这个晶胞；(3)处于面心上的粒子被 2 个晶胞共

15、用，该粒子有12属于这个晶胞；(4)处于晶胞内部的粒子，该粒子完全属于这个晶胞。2有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3NAnM，a表示晶胞的棱长，表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n表示 1 mol 晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3NA表示 1 mol 晶胞的质量。【典型例题 4】请根据下面食盐晶体的晶胞结构示意图计算，已知食盐的密度为 gcm3，其摩尔质量为 M gmol1，阿伏加德罗常数为 NA，则在食盐晶体中 Na和 Cl的核间距大约是 （）A cm B cm C cm D cm【答案】B 考点：考查晶体密度与微粒间距离的关系的计算的知识。【点评】晶体结构和性质的考查重点是晶胞的组成、性质及结构的相关计算。解答此类问题的关键是正确分析微粒在晶胞中的位置关系，结合晶胞的结构特点进行晶胞的有关计算，其计算角度如下：(1)晶胞体积的计算；(2)晶体密度的计算；(3)晶胞中离子与离子之间距离的计算。【迁移应用 4】【2017 届山西省重点中学协作体高三上学期开学考试】有下列离子晶体空间结构示意图：为阳离子，为阴离子以 M 代表阳离子，N 代表阴离子，化学式为 MN2的晶体结构为 （）A B C D【答案】B 考点：考查了晶胞的计算的相关知识。