2023年《超详细导学案晶体的结构与性质》.pdf

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1、晶体的结构与性质 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。4.了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。知识点一 晶体与非晶体 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 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)_。(2)_。(3)_。3晶胞(1)概念 描述晶体结构的_。(2)晶

2、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。知识点二 分子晶体与原子晶体 1分子晶体的结构特点(1)晶体中只含_。(2)分子间作用力为_，也可能有_。(3)分子密堆积：一个分子周围通常有_个紧邻的分子。2原子晶体的结构特点(1)晶体中只含原子。(2)原子间以_结合。问题思考 1具有规则几何外形的固体一定是晶体吗？晶胞是否一定为“平行六面体”？知识点三 金属晶体 1金属键(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_形成遍布整块晶体的“电子气”，被_所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。(2)金属晶体是由_、_通过_形成的一种“巨分子”。

3、金属键的强度_。2金属晶体的几种堆积模型 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 空间利用率 配位数 晶胞 简单立方 Po 52%钾型 Na、K、Fe 68%镁型 Mg、Zn、Ti 74%12 铜型 Cu、Ag、Au 74%知识点四 离子晶体 1离子晶体(1)概念 离子键：_间通过_(指相互排斥和相互吸引的平衡)形成的化学键。离子晶体：由阳离子和阴离子通过_结合而成的晶体。(2)决定离子晶体结构的因素 几何因素：即_。电荷因素，即阴、阳离子电荷不同，配位数必然不同。键性因素：离子键的纯粹程度。(3)一般物理性质 一般地说，离子晶体具有较高的_点和_点，较大的_、难于压缩。这些性质都是因为离子晶体中存

4、在着较强的离子键。若要破坏这种作用需要较多的能量。2晶格能(1)定义：气态离子形成 1 摩尔离子晶体_的能量，单位 kJ mol1，通常取正值。(2)大小及与其他量的关系 晶格能是最能反映离子晶体_的数据。在离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则晶格能越大。晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越强，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点高，硬度大。知识点五 几种常见的晶体模型 (1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)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_，最小的环是_元环。含有 1 mol C 的金刚石中，形成的共价键有_ mol。SiO2晶体中，每个 Si 原

5、子与_个 O 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。(2)分子晶体 干冰晶体中，每个 CO2分子周围等距且紧邻的 CO2分子有_个。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，1 mol 冰中，有_ mol“氢键”。(3)离子晶体 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。CsCl 型：在晶体中，每个 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

6、原子个数是_，C 原子采取的杂化方式是_。问题思考 2 在晶体模型中，金刚石中的“铁棍”和干冰中的“铁棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？一、晶体基本类型和性质的比较 类型 比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 概念 分子间靠分子间作用力结合而成的晶体 原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体 金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体 阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体 结 构 构成粒子 粒子间的相互作用力 性 质 硬度 较小 很大 有的很大，有的很小 较大 熔、沸点 较低 有的很高，有的很低 溶解性 相似相溶 导电、传热性 一般不导电、溶于水后有的导电 一

7、般不具有导电性 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 延展性 无 无 良好 无 物质类别及举例 大多数非金属单质(如 P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如 SO2、CO2，SiO2除外)、绝大多数有机物(如CH4，有机盐除外)一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，一部分非金属化合物(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)典例导悟 1 (2013 徐州质检)下列叙述正确的是()A分子晶体中的每个分子内一定含有共价键 B原子晶体中的

8、相邻原子间只存在非极性共价键 C离子晶体中可能含有共价键 D金属晶体的熔点和沸点都很高 二、晶体的有关计算 1确定晶体组成的方法均摊法 均摊法：指每个晶胞平均拥有的粒子数目。如：某个粒子为 n 个晶胞所共有，则该粒子有 1/n 属于一个晶胞。(1)长方体形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 处于顶点的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。处于棱上的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。处于面上的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。处于体心的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为_。(2)非长方体形(正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定

9、。如石墨晶胞每一层内6 个碳原子排成六边形，其顶点的 1 个碳原子对六边形的贡献为 1/3。典例导悟 2 右图为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿晶体结构是具有代表性的最小重复单元。(1)在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最近且等距离的钛原子共有_个。(2)该晶体中，元素氧、钛、钙的个数比是_。2晶体密度(或微粒间距离)的计算 解题思路 知道微粒间距离 根据晶胞结构晶胞体积 摩尔质量密度，或已知密度求微粒间距离。典例导悟 3 右图是 氯化铯晶体的晶胞(晶体中的最小重复单元)，已知晶体中两个最近的 Cs核间距离为 a cm，氯化铯的相对分子质量为 M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体密度是()

10、A.8MNAa3 g cm3 B.8Ma38NAg cm3 C.MNAa3 g cm3 D.Ma3NAa3 g cm3 题组一 晶体的“分割”与计算 12013 课标全国卷37(5)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为 361.5 pm。立方氮化硼晶胞中含有_个氮原子、_个硼原子、立方氮化硼的密度是_g cm3(只要求列算式，不必计算出数值。阿伏加德罗常数为 NA)。22013 山东理综32(4)CaO 与 NaCl 的晶胞同为面心立方结构，已知 CaO 晶体密度为 a g cm3，NA表示阿伏加德罗常数，则 CaO 晶胞体积为_cm3

11、。3(2013 全国理综，13)下面关于 SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A最小的环上，有 3 个 Si 原子和 3 个 O 原子 B最小的环上，Si 和 O 原子数之比为 12 C最小的环上，有 6 个 Si 原子和 6 个 O 原子 D存在四面体结构单元，O 处于中心，Si 处于 4 个顶点 4.2013 全国课标卷，37(4)X、Y、Z 可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中 X 占据所有棱的中心，Y 位于顶角，Z 处于体心位置，则该晶体的组成为 XYZ_。52013 山东理综，32(4)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4处于立方晶胞顶点，Ba2处于晶胞中心，O2处于晶胞棱

12、边中心。该化合物化学式为_，每个Ba2与_个 O2配位。题组二 晶体的类型与晶体的性质 6(2013 江苏21A)原子序数小于 36 的 X、Y、Z、W 四种元素，其中 X 是形成化合物种类最多的元素，Y 原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的 2 倍，Z 原子基态时 2p 原子轨道上有 3 个未成对的电子，W 的原子序数为 29。回答下列问题：(1)Y2X2分子中 Y 原子轨道的杂化类型为_，1 mol Y2X2含有 键的数目为 _。(2)化合物 ZX3的沸点比化合物 YX4的高，其主要原因是_。(3)元素 Y 的一种氧化物与元素 Z 的一种氧化物互为等电子体，元素 Z 的这种氧化物的分子

13、式是_。(4)元素 W 的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是_，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为_。7(2013 浙江理综，8)有 X、Y、Z、W、M 五种短周期元素，其中 X、Y、Z、W 同周期，Z、M 同主族；X与 M2具有相同的电子层结构；离子半径：Z2W；Y 的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是()AX、M 两种元素只能形成 X2M 型化合物 B由于 W、Z、M 元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低 C元素 Y、Z、W 的单质晶体属于同种类型的晶体 D元素 W 和 M 的某些单

14、质可作为水处理中的消毒剂 82013 海南，19()金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)Ni 原子的核外电子排布式为_；(2)NiO、FeO 的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2和 Fe2的离子半径分别为 69 pm和 78 pm，则熔点 NiO_FeO(填“”)；(3)NiO 晶胞中 Ni 和 O 的配位数分别为_、_；(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示。该合金的化学式为_；题组一 晶体的结构与性质 1下列关于晶体的说法正确的是()A在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子

15、 C原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 2(2013 苏州调研)下列性质适合分子晶体的是()熔点 1 070，易溶于水，水溶液导电 熔点 10.31，液态不导电，水溶液导电 能溶于 CS2，熔点 112.8，沸点 444.6 熔点 97.81，质软导电，密度为 0.97 g cm3 A B C D 题组二 常见晶体及其结构的认识 3如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是 NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)_，其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于_晶体。(2)其中代表

16、石墨的是_，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。(3)其中代表 NaCl 的是_，每个 Na周围与它最接近且距离相等的 Na有_个。(4)代表 CsCl 的是_，它属于_晶体，每个 Cs与_个 Cl紧邻。(5)代表干冰的是_，它属于_晶体，每个 CO2分子与_个 CO2分子紧邻。题组三 晶体的有关计算 4(2013 沈阳质检)最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右 图所示。图中顶点和面心的原子都是钛原子，棱的中心和体心的原子都是碳原子，该分子的化学式是()ATi13C14 BTi14C13 CTi4C5 DTiC 5(2013 张家港联考)金晶体的最小重复单元(也称晶

17、胞)是面心立方体，即在立方体的 8个顶点及 各个面的中心各有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共用(右图)。金原子的直径为 d，用 NA表示阿伏加德罗常数，M 表示金的摩尔质量。(1)金晶体每个晶胞中含有_个金原子。(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定_。(3)一个晶胞的体积是_。(4)金晶体的密度是_。题组四 综合探究 6已知 A、B、C、D、E 五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D 位于前三周期。A 位于周期表的 s 区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；B 的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D 原子的核外成对电子数

18、是未成对电子数的 3 倍。A、B、D 三种元素组成的一种化合物 M 是新装修居室中常含有的一种有害气体，A、B 两种元素组成的原子个数之比为 11 的化合物 N 是常见的有机溶剂。E 有“生物金属”之称，E4和氩原子的核外电子排布相同。请回答下列问题(答题时，A、B、C、D、E 均用所对应的元素符号表示)：(1)E 的基态原子的外围电子排布式为_。(2)由 A、B、C 形成的 ABC 分子中，含有_个 键，_个 键。(3)下列叙述正确的是_(填字母)。aM 易溶于水，是因为 M 与水分子之间能形成氢键，且 M 是极性分子；N 不溶于水，是因为 N 是非极性分子 bM 和二氧化碳分子中的中心原子

19、均采用 sp2杂化 cN 分子中含有 6 个 键和 1 个 键 dBD2晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低(4)E 的一种氧化物 Q，其晶胞结 构如图所示，则 Q 的化学式为_，该晶体中氧原子的配位数为_。(5)B、C、D 三种元素的第一电离能由小到大的顺序为_。(6)在浓的 ECl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入 HCl 至饱和，可得到配位数为 6、组成为ECl3 6H2O 的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为 15，则该配离子的化学式为_。学案 58 晶体的结构与性质【课前准备区】知识点一 1周期性有序 无序 有 无 固定 不固定 各向异性 各向同性 熔点 X-射线衍射 2(1)熔

20、融态物质凝固(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(3)溶质从溶液中析出 3(1)基本单元(2)任何间隙 平行 取向 知识点二 1(1)分子(2)范德华力 氢键(3)12 2(2)共价键 知识点三 1(1)价电子 所有原子(2)金属阳离子 自由电子 金属键 差别很大 26 8 12 知识点四 1(1)阴、阳离子 静电作用 离子键(2)晶体中阴、阳离子的半径比决定晶体结构(3)熔 沸 硬度 2(1)释放(2)稳定性 知识点五(1)4 109 28 六 2 4 2 十二 Si(2)12 4 2(3)6 6 6 4 4 8 8 8(4)分子间作用力 2 sp2 问题思考 1(1)具有规则几何外形的固体不

21、一定是晶体，如玻璃；(2)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面体”。2不一样，金刚石中表示的是 CC 共价键，而干冰中的“铁棍”表示分子间作用力，分子晶体中多数含有化学键(如 CO2中的 C=O 键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。【课堂活动区】一、分子 原子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 很高 较高 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂 二、1.(1)8 18 4 14 2 12 1 典例导悟 1C 稀有气体为单原子分子，晶体中分子内无共价键，A 不正确；SiO2晶体为原子晶体，Si 原子与氧

22、原子间为极性键，B 不正确；Na2O2、铵盐等离子晶体中含有共价键，C正确；不同金属晶体、金属键强弱不同，其熔、沸点差别很大，D 不正确。2(1)6(2)311 解析 从所给模型图中可确定晶体中距离最近的钛原子的相对位置为，即每个钛原子周围与它最近且等距离的钛原子有 6 个。图中钙原子位于立方体体心，为该立方体单独占有；钛原子位于顶点，为 8 个立方体共有，故每个立方体拥有钛原子数为 8181(个)；氧原子位于棱上，为 4 个立方体所共有，每个立方体拥有氧原子数为 12143(个)，故N(O)N(Ti)N(Ca)311。3C 该晶胞中含有 1 个 Cs和 1 个 Cl，则 1 个 CsCl 分

23、子的质量为MNg，晶胞的体积为 a3 cm3，故密度为MNAa3 g cm3。【课后练习区】高考集训 14 4 254 361.510103NA 解析 依据金刚石的晶胞结构及化学式 BN 可确定立方氮化硼晶胞中含有 4 个 N 原子，4 个 B 原子。则一个晶胞的质量可表示为25NA4 g(BN 的摩尔质量为 25 g mol1)，一个晶胞的体积可表示为(361.51010)3cm3(1 pm1012m1010cm)，晶体密度的表达式为254 361.5 10103NA g cm3。2.224NA a 解析 根据 CaO 晶胞与 NaCl 晶胞相同，可知 CaO 晶胞中含有 4 个 Ca2和

24、4 个 O2，则晶胞质量为 m56 gNA4224NA g，则晶胞的体积 Vm224 gNA a g cm3224NA acm3。3C 4311 解析 每一个晶胞中实际拥有的离子数目的计算规律为：顶点：18、棱上：14、面心：12、体心：晶胞独有，推出 XYZ311。5BaPbO3 12 解析 根据共用关系，每个晶胞中含有 Pb4：8181 Ba2：1 O2：12143，故化学式为 BaPbO3。Ba2处于晶胞中心，只有 1 个，O2处于晶胞棱边中心，共 12 个，故每个 Ba2与 12 个 O2配位。6(1)sp 杂化(2)3NA或 36.021023(2)NH3分子间存在氢键(3)N2O(

25、4)CuCl CuCl2HCl(浓)=H2CuCl3(或 CuCl2HCl(浓)=H2CuCl3)解析 形成化合物种类最多的元素是 H，基态时，最外层电子数是内层电子数 2 倍的元素是 C,2p 原子轨道上有 3 个未成对电子的是 N 元素，原子序数为 29 的是 Cu 元素。(1)C2H2是直线形分子，C 原子杂化方式为 sp 杂化，C2H2分子中有一个碳碳三键，因此1 mol C2H2分子中有 3NA 键，即 36.021023个。(2)由于 NH3分子间存在氢键，使其沸点较高。(3)CO2和 N2O 都是 22 个电子，二者互为等电子体。(4)晶胞中 Cu 的个数为 81/86 1/24

26、，而 Cl 全在晶胞中，因此该晶体的化学式为CuCl。7D X与 M2具有相同的电子层结构且均属于短周期元素，可推知 X 为钠元素，M为氧元素，由此可知 Z 为硫元素；X、Y、Z、W 属于同周期元素，由离子半径：Z2W，可推知 W 为氯元素；Y 的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料，不难判断，Y 为硅元素。Na 与 O 两种元素可形成 Na2O 和 Na2O2两种化合物，故 A 项错误；虽然 HCl、H2S、H2O 相对分子质量依次减小，但因 H2O 分子间存在氢键，沸点高于 HCl 和 H2S，故 B项错误；单质 Si 属于原子晶体，单质 S 和 Cl2属于分子晶体，故 C 项错

27、误；O3和 Cl2都具有强氧化性，可作为水处理的消毒剂，故 D 项正确。8(1)Ar3d84s2或 1s22s22p63s23p63d84s2(2)(3)6 6(4)LaNi5 解析(1)核外电子排布式与价电子排布式要区别开。(2)NiO、FeO 都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(3)因为 NiO 晶体结构类型与 NaCl 相同，而 NaCl 晶体中 Na、Cl的配位数都是 6，所以，NiO 晶体 Ni2、O2的配位数也是 6。(4)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：8181，Ni：18125。所以该合金的化学式为 LaNi5。考点集训 1

28、A 在原子晶体中构成晶体的粒子是原子，在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和阴离子；在分子晶体中构成晶体的粒子是分子，在金属晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，故选项 B 错误；晶体的熔点一般是原子晶体离子晶体分子晶体，而金属晶体的熔点相差比较大，晶体硅的熔点(1 410)要比金属钨的熔点(3 410)低，而金属汞的熔点(常温下是液体)比蔗糖、白磷(常温下是固态，分子晶体)等低，所以选项 B、C、D 不正确。2B 熔点高，不是分子晶体，分子晶体熔点较低；选项是金属钠的性质。3(1)D 4 原子(2)E 2(3)A 12(4)C 离子 8(5)B 分子 12 4B 因为该结构是气态团簇分子

29、，Ti、C 原子不存在与其他分子间的共用关系，故由示意图数出 Ti 和 C 原子的个数可确定其分子式为 Ti14C13。5(1)4(2)金属原子间相接触，即相切(3)22d3(4)2Md3NA 解析 利用均摊法解题，8 个顶角上金原子有18属于该晶胞，每个面上金原子有12属于该晶胞，共有 6 个，故每个晶胞中金原子个数8186124。假设金原子间相接触，则有正方形的对角线为 2d。正方形边长为 2d。所以 V晶(2d)32 2d3，VmV晶4NA22d3NA，所以 MVm2Md3NA。6(1)3d24s2(2)2 2(3)ad(4)TiO2 3(5)CON (6)TiCl(H2O)52 解析

30、根据原子的构造原理可知 B、D 分别是碳和氧，所以 C 必然是氮，新装修居室中常含有的有害气体 M 是 HCHO，故 A 是氢。E 的原子序数是 22，E 是钛。(1)根据构造原理可得钛的基态原子的外围电子排布式为 3d24s2。(2)HCN 的结构式为 HCN，所以分子中含 2 个 键，2 个 键。(3)HCHO 是极性分子，N 是苯，是非极性分子，a 正确；HCHO 中的碳原子是 sp2杂化，CO2中的碳原子是 sp 杂化，b 错；苯分子中 12 个 键(6 个碳碳 键，6 个碳氢 键)，一个大 键，c 错；CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，d 正确。(4)钛原子在晶胞的顶点和体心，则一个晶胞中有 2 个钛原子，氧原子有四个位于面内，2 个位于晶胞内，故每个晶胞中有 4 个氧原子，故 Q 的化学式是 TiO2。(5)N 原子 2p 轨道处于半满状态，使其第一电离能略高于 C、O，碳的非金属性比氧弱，第一电离能也较小，故三者的第一电离能大小顺序为 CON。(6)TiCl3中钛为3 价，其两个配体分别是 Cl、H2O，故配离子的化学式为TiCl(H2O)52。