2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(5) 10页

第3讲 晶体结构与性质 考纲定标 热点定位 ‎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．了解分子晶体与原子晶体、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．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。‎ ‎1.晶体与非晶体的区别，晶体中粒子的空间堆积方式，晶胞的结构特点及其应用。‎ ‎2．晶胞中粒子个数及边长等的计算。‎ ‎3．晶体类型与性质之间的关系。‎ ‎4．晶体类型与粒子间作用力的关系。‎ ‎5．四类晶体的特征及代表物质。‎ 晶体和晶胞 ‎[基础全扫描]‎ ‎1．晶体与非晶体 ‎(1)晶体与非晶体的区别：‎ 比较 晶　体 非　晶　体 结构特征 结构粒子周期性有序排列 结构粒子无序排列 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 二者区 别方法 间接方法 测定其是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 ‎(2)获得晶体的三条途径：‎ ‎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。‎ ‎2．晶胞 ‎(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。‎ ‎[认知无盲区]‎ ‎(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，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”；‎ ‎(3)在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何形状的晶胞均可使用均摊法，注意分析不同位置的粒子被几个晶胞共有。‎ ‎[练习点点清]‎ ‎1．下列关于晶体与晶胞的说法正确的是(　　)‎ A. 晶体有自范性但排列无序 B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C晶胞是晶体中的最小的结构重复单元 D．固体SiO2一定是晶体 解析：选C　晶体的排列是有序的，不同晶体的晶胞的大小和形状不一定相同，固体SiO2不一定是晶体。‎ 常见晶体类型的结构和性质 ‎[基础全扫描]‎ ‎1．四种晶体类型的比较 比较 类型 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 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 有的很高，有的很低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 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 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融 态导电物质类别及举例 大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2‎ 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)‎ 金属氧化物(如K2O、Na2‎ 除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)‎ 部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)‎ O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)‎ ‎2.典型晶体模型 晶体 晶体结构 晶体详解 原子晶体 金刚石 ‎(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构 ‎(2)键角均为109°28′‎ ‎(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内 ‎(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2‎ SiO2‎ ‎(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构 ‎(2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”，‎ n(Si)∶n(O)＝1∶2‎ ‎(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si 分子晶体 干冰 ‎(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子 ‎(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个 离子晶体 NaCl (型)‎ ‎(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个。每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个 ‎(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－‎ CsCl (型)‎ ‎(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有8个 ‎(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－‎ 金属晶体 简单立方堆积 典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%‎ 面心立方最密堆积 又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%‎ 体心立方堆积 又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%‎ 六方最密堆积 又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%‎ ‎[认知无盲区]‎ ‎(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体；金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体；含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属离子。‎ ‎(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。‎ ‎(3)易误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高，其实不一定，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃。‎ ‎(4)石墨属于混合型晶体，虽然质地很软，但其熔点比金刚石还高，其结构中的碳碳键比金刚石中的碳碳键还强。‎ ‎[练习点点清]‎ ‎2．下列有关金属晶体和离子晶体的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的原子有8个 B．金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个 C．在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个 D．在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个 解析：选B　金属钠为体心立方堆积，每个原子周围与其距离最近的原子有8个；金属镁为六方最密堆积，每个原子周围与其距离最近的原子有12个；据NaCl的晶胞结构可知，NaCl晶体中每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个；CsCl晶体中每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个。‎ ‎ [考点一　晶胞组成的计算方法——分割法]‎ ‎ [例1]　(1)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是 ________cm3、晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为______________(列式计算，己知Ar(Cu)＝63.6)；‎ ‎(2) ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为________________________________ g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－离子与b位置Zn2＋离子之间的距离为_____________________pm(列式表示)。‎ ‎(3) CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中含有哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C数目为________。‎ ‎[解析]　(1)体积是a3；质量＝体积×密度；一个体心晶胞含4个原子，则M＝×m晶胞×NA ‎(2)每个晶胞的质量为(540.0×10－10cm)3×ρ；运用均摊法可求得每个晶胞中含有4个“ZnS”，故每个晶胞的质量又可表示为。因此有：(540.0×10－10cm)3×ρ＝，解得ρ＝4.1 g·cm－3；如图所示，‎ b位于正四面体的中心(类似于CH4分子中的C)。设ab＝bc＝x pm，∠abc＝109°28′，ac＝×540.0 pm＝270 pm。在三角形abc中，由余弦定理得：ac2＝x2＋x2－2x·x·cos∠abc，代入数据解得：x＝ pm。‎ ‎(3)注意观察晶胞，上下左右前后各一个，但晶胞沿一个方向被拉长，所以距离最近的C数目为4，而不是6。‎ ‎[答案]　(1)4.70×10－23　4.23×10－22　NA＝＝6.01×1023mol－1‎ ‎(2)＝4.1　 或 或135 ‎(3)4‎ ‎1．偏钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。试回答下列问题：‎ ‎(1)Ti元素在元素周期表中的位置是________；其基态原子的电子排布式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)偏钛酸钡晶体中晶胞的结构示意图如图，它的化学式是________________________________________________________________________；‎ 晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为________个。‎ 解析：(1)Ti原子序数为22，位于第四周期ⅣB族，基态原子电子排布式为[Ar]3d24s2。(2)Ba位于立方体内部，个数为1；Ti位于立方体顶点，个数为×8＝1；O位于立方体棱边，个数为×12＝3，化学式为BaTiO3。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为6个(上、下、左、右、前、后)。‎ 答案：(1)第四周期ⅣB族　[Ar]3d24s2　(2)BaTiO3　6‎ ‎2．已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，若右图中Na＋与最邻近的Cl－的核间距离为a cm，那么阿伏加德罗常数的值可表示为(　　)‎ A．117a3ρ　　　　　　　　B. C. D. 解析：选D　晶体的棱长为2a，V＝8a3，‎ 晶胞的质量＝，‎ ρ＝＝，则NA＝。‎ ‎ [考点二　晶体熔、沸点高低的比较]‎ ‎1．不同类型晶体熔、沸点的比较 ‎(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。 ‎ ‎(2)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．同种晶体类型熔、沸点的比较 ‎(1)原子晶体：‎ ―→―→―→ 如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。 ‎ ‎(2)离子晶体：‎ ‎ ①一般地说，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：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。‎ ‎②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。‎ ‎(3)分子晶体：‎ ‎①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、沸点反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。‎ ‎②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SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。‎ ‎③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CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。‎ ‎④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。‎ 如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>‎ ‎(4)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：Na＜Mg＜Al。‎ ‎[例2]　现有几组物质的熔点(℃)数据：‎ A组 B组 C组 D组 金刚石：3 550‎ Li：181‎ HF：－83‎ NaCl 硅晶体：1 410‎ Na：98‎ HCl：－115‎ KCl 硼晶体：2 300‎ K：64‎ HBr：－89‎ RbCl 二氧化硅：1 732‎ Rb：39‎ HI：－51‎ MgO：2 800 ℃‎ 据此回答下列问题：‎ ‎(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：‎ ‎①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________；‎ ‎②二氧化硅的熔点高于硅晶体，是由于________________________________；‎ ‎(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________ (填序号)，可以用________理论解释。 ‎ ‎①有金属光泽　　　　　　　　②导电性 ‎③导热性 ④延展性 ‎(3)C组中HF熔点反常是由于_________________________________________________。‎ ‎(4)D组晶体可能具有的性质是________ (填序号)。‎ ‎①硬度小 ②水溶液能导电 ‎③固体能导电 ④熔融状态能导电 ‎ (5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为：________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为：_______________________________________。 ‎ ‎[解析]　(1)A组由非金属元素组成，熔点最高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。‎ ‎(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用”电子气理论”解释相关物理性质。‎ ‎(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。 ‎ ‎(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。‎ ‎(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷越多半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。‎ ‎[答案]　(1)①原子　共价键　②Si—O键键长小于Si—Si键，键能大 ‎(2)金属键　①②③④　电子气 ‎(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)‎ ‎(4)②④　(5)NaCl＞KCl＞RbCl　MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高 ‎3．下列各物质中，按熔点由高到底的顺序排列正确的是(　　)‎ A．CH4>SiH4>GeH4>SnH4‎ B．KCl>NaCl>MgCl2>MgO C．Rb>K>Na>Li D．金刚石>Si>钠 解析：选D　A项物质均为结构相似的分子晶体，相对分子质量越大者分子间作用力也越大，故A项各物质熔点应为逐渐升高的顺序；B项物质均为离子晶体，离子的半径越小，电荷越多，离子键的键能就越强，故B项各物质熔点应为升高顺序；C项物质均为同主族的金属晶体，而金属键能与金属原子半径成反比，与价电子数成正比，碱金属原子半径依Li～Cs的顺序增大，价电子数相同，故熔点应是Li最高，Cs最低；D项，金刚石C－C键的键长更短些，所以金刚石的熔点比硅高。原子晶体的熔点一般比金属晶体的熔点高。‎ ‎4．下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是(　　)‎ A．F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高 B．HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点顺序为HF>HI>HBr>HCl C．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅 D．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低 解析：选C　A项、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间的作用力有关，含有氢键时会出现反常现象，与分子内共价键无关。D项离子晶体内存在的是离子键。‎