2022高考一轮轮复习化学-专题第36讲 晶体结构与性质.docx

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1、第36讲 晶体结构与性质【知识梳理】一、晶体的结构1晶体：（1）晶体的定义：微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。（2）晶体的特性：有规则的几何外形（自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的、规则的多面体外形）；有确定的熔点；各向异性：在不同的方向上表现不同的性质；具有特定的对称性。2. 晶胞：由于晶体中的微粒排列呈现周期性，因此研究晶体结构时只需找出最小的重复单元加以分析，就知道整个晶体的结构了。（1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。（2）晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。（3）均摊法求化学式：均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。若某个粒子

2、为N个晶胞所共有，则该粒子有1/N属于此晶胞。以正方体晶胞为例，晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献为：顶点原子1/8属于此晶胞、棱上原子1/4属于此晶胞、面上原子1/2属于此晶胞、体内原子完全属于此晶胞。（4）有关晶胞各物理量的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为a3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为a3NA g，因此有xMa3NA。3.晶体的结构：在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，由于金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其他原子或分子分布于周

3、围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定-即排列服从紧密堆积原理；对原子晶体，受共价键的方向性和饱和性的影响，其空间排列与方向性一致。（1）金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。金属Po（钋）中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为6，一个晶胞中含有1个原子。金属Na、K、Cr、Mo（钼）、W等中金属原子堆积方式是体心立方堆积，原子的配位数为8，一个晶胞中含有2个原子。金属Mg、Zn、Ti等中金属原子堆积方式是六方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有2个原子。金属Au、Ag、Cu、Al等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有

4、4个原子。（2）离子晶体：阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。NaCl晶体：晶胞中每个Na+周围吸引着6个Cl，这些Cl构成的几何图形是正八面体，每个Cl周围吸引着6个Na+，Na+、Cl个数比为1：1，每个Na+与12个Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有4个Na+和4个Cl。（绿色为Cl-，桔黄色为Na+）CsCl晶体：晶胞中每个Cl（或Cs+）周围与之最接近且距离相等的Cs+（或Cl）共有8个，这几个Cs+（或Cl）在空间构成的几何构型为立方体，在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有6个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有1个Cs+

5、和1个Cl 。（绿色为Cl-，黑色为Cs+）ZnS晶体：晶胞中S2-以面心立方堆积，Zn2+占据S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面体空隙。每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有4个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有4个。一个ZnS晶胞中含有4个Zn2+和4个S2-。（棕色为Zn2+，黑色为S2-）（3）原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。金刚石：晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；每个最小环含有1/2个C原子。Si

6、O2：晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与SiO键个数比为1：4，O原子与SiO键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。（4）分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。干冰属于分子晶体，晶胞中每个CO2分子周围最近且等距离的CO2有12个，1个晶胞中含有4个CO2。（5）石墨属于过渡性晶体。是分层的平面网状结构，层内C原子以共价键与周围的3个C原子结合，层间为范德华力。晶体中每个C原子被3个六边形共用,平均每个环占有2个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数和碳碳单键数之比为2：3。例题1、（1）Cu元素与

7、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_。（2）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_。（3）已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n_。(4)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，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_。(5)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）Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，若晶体密度为a gcm3

8、，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)（7）如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是 gcm3，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)。（8）用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如下图)，已知该晶体的密度为9.00 gcm3，晶胞中该原子的配位数为_；Cu的原子半径为_cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。（9）Na和O能够形成化合物，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a0.566 nm，化合物的化学式为_；晶胞中A原子的配位

9、数为_；列式计算晶体F的密度(gcm3 )_。（10）下图所示的CaF2晶体中与Ca2最近且等距离的F数为_，已知，两个距离最近的Ca2核间距离为a108 cm，计算CaF2晶体的密度为_。（11）Cu（）与Cl（）形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为_，已知晶胞参数a0.542 nm，此晶体的密度为_gcm3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA)（12）金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。二、晶体的性质1四种晶体类型的比较项目离子晶体原子晶体分子

10、晶体金属晶体组成微粒阴、阳离子原子分子金属离子和自由电子微粒间作用力离子键共价键分子间作用力金属键熔沸点较高高低不同金属差别很大硬度较大大小不同金属差别很大导电性水溶液及熔融时导电一般为非导体，非导体，在水溶液中可能导电导体实例NaCl、NH4Cl、CaO、BaSO4金刚石、晶体硅、SiO2、金刚砂SiCHe、CO2、HCl、H2O、NH3Fe、Cu、Al2. 晶体类型的判断方法（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，即范德华力；金属晶

11、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）依据物质的类别判断：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。（3）依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度；原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度

12、；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。（4）依据导电性判断：离子晶体水溶液及熔化时能导电；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(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。（5）依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；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。3.晶体熔沸点的比较方法：(1)不同类型晶体熔、沸点的比较：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。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种晶

13、体类型熔、沸点的比较原子晶体： 如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。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、沸点反常地高。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，CH3

14、OHCH3CH3；同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 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。例题2、（1）晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（，0，）；C为（，0）。则D原子的坐标参数为_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为_gcm-3（列出计算式即可）。GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。（2）单质铜及镍都是由_键形成的晶体。某镍白铜合金的立方晶

15、胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d g/cm3，晶胞参数a=_nm。第A族金属碳酸盐分解温度如下：BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解温度100 540 960 1 289 1 360 分解温度为什么越来越高？ _。（3）GaAs的熔点为1238，密度为gcm-3，其晶胞结构如左图所示。该晶体的类型为_,Ga与As以_键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-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NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。甲烷晶体的晶胞如右图所示，该晶胞中

16、含有个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因_。（4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，如图是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构示意图，该合金储氢后，含1 mol La的合金可吸附H2的数目为。（5）一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中金原子位于顶点，铜原子位于面心，则该合金中金原子（Au）与铜原子（Cu）个数比为；若该晶体的晶胞棱长为a pm，则该合金密度为 g/cm3。（列出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为NA）（6）砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少。已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示，其晶胞边长为c pm，则密度为 gcm3

17、（用含c的式子表示，设NA为阿伏加德罗常数的值），a位置As原子与b位置As原子之间的距离为pm（用含c的式子表示）。(7)碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：晶体硅硝酸钾金刚石碳化硅干冰冰，它们的熔点由高到低的顺序是_(填序号)。(8)科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为_。继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60N60C60，而破坏分子所需要的能量N60C60Si60，其原因是_。(9)SiC的晶体

18、结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为_，微粒间存在的作用力是_。SiC晶体和晶体Si的熔沸点高低顺序是_。(10)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为_(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是_。Na、M、Ca 三种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(11)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是_(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为a pm，金属铜的密度为 gcm3，则阿伏加德罗常数可表示为_ mol1(用含a、的代数式表示)。(12)FeO、

19、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同，其中Fe2与Ni2的离子半径分别为7.8102 nm、6.9102 nm，则熔点FeO_(填“”、“”或“”)NiO，原因是_。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为_ cm(用含a的代数式表示)。【课时练习】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MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部

20、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；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6ABCD2下列有关说法不正确的是()A水合铜离子的模型如图所示，1个水合铜离子中有4个配位键BCaF2晶体的晶胞如图所示，每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2CH原子的电子云图如图所示，H原子核外的大多数电子在原子核附近运动D金属Cu中Cu原子堆积模型如图所示，该金属晶体为最密堆积，每个Cu原子的配位数均为123关于下列四种金属堆积模型的说法正确的是()A图1和图4为非密置层堆积,图2和图3为密置层堆积B图1图4分别是

21、简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积C图1图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4D图1图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%4已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体，在该晶体中每个顶角各有1个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得25时干冰晶体的晶胞边长为acm，其摩尔质量为Mg/mol，则该干冰晶体的密度为(单位：g/cm3)ABCD5非整比化合物Fe0.95O具有NaCl型晶体结构，由于n(Fe)n(O)N60C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多

22、，故破坏分子需要的能量大小顺序为N60C60Si60(9)sp3共价键SiCSi(10)MgMg2半径比Ca2小，MgO晶格能大(11)b1030(12)FeO和NiO相比，阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以FeO晶格能小，熔点低 【解析】（1）根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，)；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是81/8+61/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3；由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。（2）铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；根据均摊法计算，晶胞中

23、铜原子个数为61/2=3，镍原子的个数为81/8=1，则铜和镍原子的数量比为3：1；根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为d g/cm3，根据=mV，则晶胞参数a=nm；在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第A族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第A族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs的熔点为1238，密度为 gcm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的

24、原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为100%；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体。（4）由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有81，Ni位于面心和体心，共含有815，H2位于棱上和面心，共有823，则含1 mol La的合金可吸附H2的物质的量为3 mol；（5）在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数81，Cu原子个数63，所以该合金中A

25、u原子与Cu原子个数之比13，晶胞体积V（a1010cm）3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，晶胞质量为 g，则晶胞密度 g（a1010cm）3 gcm3；（6）晶胞中Ga原子数为684，As原子数为4，则 gcm3；a位置As原子与b位置As原子之间的距离为晶胞立方体体对角线的一半，则两原子之间的距离为c （pm）。(7)这些晶体属于原子晶体的有、离子晶体的有、分子晶体的有。一般来说，原子晶体的熔点离子晶体的熔点分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长SiSiSiCCC，相应键能SiSiSiC碳化硅晶体硅。(7)K处于晶胞表面：126，C60处于晶胞顶点和体心：812。故K原子和C60

26、分子的个数比为：6231。熔点与分子间作用力大小有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。(9)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为SiC的键长小于SiSi，所以熔点碳化硅晶体硅。(10)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2半径比Ca2小，MgO晶格能大，熔点高。Na、Mg、Ca三种晶体均为金属晶体，金属晶体都有金属光泽，都能导电、导热，都具有一定的延展性。(11)a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”，1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”，则“

27、花球”与“白球”的个数比为12；同理可分析b图，其中“花球”与“白球”的个数比为13，则b图所表示的物质的化学式为AX3。根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子，所以1 mol该晶胞含4 mol铜原子，1 mol 该晶胞的体积是NA(a1010)3 cm3，则有1030 NAa34 mol64 gmol1。(12)离子晶体熔、沸点与晶格能成正比，晶格能与离子比较成反比、与电荷成正比。P原子与B原子的最近距离为a cm，为晶胞体对角线长的，晶胞体对角线长等于棱长的倍，则晶胞棱长 cm cm。【课时练习】1D【解析】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，故

28、正确；含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故错误；分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点，共价键决定稳定性，故错误；MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小，故正确；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，故正确；晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故正确；干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6，故错误；因此错误；故D错误。综上所述，答案为D。2C【解析】A. 如图所示，铜离子与4个水分子结合，所以1个水合铜离子中有

29、4个配位键，故A正确；B. 晶胞中Ca2处于晶胞的顶点和面心，则每个CaF2晶胞中Ca2数为81/8+61/2=4，故B正确；C. H原子外只有一个电子，在原子核附近运动，故C错误；D. 在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，故D正确；故选C。3D【解析】A.图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，A项错误；B.图1图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，B项错误；C.图1图4每个晶胞所含有的原子数（利用均摊法计算）分别为1、2、4、2。C项错误；D

30、.图1图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%。D项正确；答案选D。4D【解析】每个顶点上的二氧化碳分子被8个晶胞共用，每个面心上的二氧化碳分子被两个晶胞共用，所以该晶胞中二氧化碳分子个数=8+6=4，= g/(cm)3，故D正确；答案为D。5D【解析】在Fe0.95O中，设Fe3+为x个，Fe2+为y个，则根据化合价代数和为零及原子守恒可得x+y=0.95，3x+2y=2，解得x=0.1，y=0.85，所以该物质的化学式为Fe2+0.85Fe3+0.10O，选项D符合题意。故答案：D。6B【解析】稀有气体属于分子晶体，但稀有气体不含化学键，故A错误；在题目所给晶体结构模型中每个Ti4+周围有3个O2-与之相邻，用均摊法不难求得晶体中每个Ti4+离子周围共有：个O2-，故B正确；在SiO2晶体中Si、O以