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- 2021-07-08 发布
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物质的聚集状态与物质性质
考点一 晶体常识
【基础知识梳理】
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)__________物质凝固。
(2)________物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3)溶质从溶液中________。
3.晶胞
(1)概念
描述晶体结构的____________。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙:相邻晶胞之间没有____________。
②并置:所有晶胞________排列、________相同。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
(4)固体SiO2一定是晶体( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
(7)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( )
2.如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是________,乙中a与b
的个数比是__________,丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。
3.下图为离子晶体空间构型示意图:(阳离子,阴离子)以M代表阳离子,以N表示阴离子,写出各离子晶体的组成表达式:
A______________、B______________、C_______________。
【解题探究】
题组一 认识各类晶胞
1.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________。
2.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是 ( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
3.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图,则LaNin中n=________。
4.Cu元素与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________。
5.(1)硼化镁晶体在39K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________。
(2)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.已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大,且原子间以单键结合,试根据下图确定该晶体的化学式为_______________________________________________________________。
题组二 晶胞的密度及微粒间距离的计算
7.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ag·cm-3,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)
8.如图为Na2S的晶胞,该晶胞与CaF2晶胞结构相似,设晶体密度是ρg·cm-3,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)。
反思归纳
晶胞计算的思维方法
(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一,也是考查学生分析问题、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“切割法”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。
(2)“切割法”原理
特别提醒 ①在使用切割法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
②在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用切割法。
(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞中含有x个微粒,则1mol晶胞中含有xmol微粒,其质量为xMg(M为微粒的相对“分子”质量);1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积,ρ为晶胞的密度),则1mol晶胞的质量为ρa3NAg,因此有xM=ρa3NA。
考点二 晶体的组成和性质
【基础知识梳理】
1.四类晶体的比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
粒子间的
相互作用力
硬度
有的______,
有的______
熔、沸点
有的______,
有的______
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多数易溶于水等极性溶剂
导电、
导热性
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
物质类别
及举例
所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素X2)、部分非金属氧化物(如CO2、SO2)、几乎所有的酸、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)
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)
2.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量,通常取正值,单位:________________。
(2)影响因素
①离子所带电荷数:离子所带电荷数越多,晶格能越________。
②离子的半径:离子的半径越________,晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大,形成的离子晶体越________,且熔点越高,硬度越________。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子( )
(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( )
(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )
(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
(5)离子晶体一定都含有金属元素( )
(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
(7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高( )
(8)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高( )
2.在下列物质中:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石,晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是_______________________________________________。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是_________________________________________。
(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________。
(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________________。
(8)其中含有极性共价键的原子晶体是___________________________________________。
(9)不含共价键的分子晶体是__________,只含非极性键的原子晶体是____________。
【解题探究】
题组一 晶体类型的判断
1.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型。
(1)碳化铝,黄色晶体,熔点2200℃,熔融态不导电:____________。
(2)溴化铝,无色晶体,熔点98℃,熔融态不导电:________________________________。
(3)五氟化矾,无色晶体,熔点19.5℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等:____________。
(4)溴化钾,无色晶体,熔融时或溶于水中都能导电:_______________________________。
(5)SiI4:熔点120.5℃,沸点287.4℃,易水解:___________________________________。
(6)硼:熔点2300℃,沸点2550℃,硬度大:____________________________________。
(7)硒:熔点217℃,沸点685℃,溶于氯仿:_____________________________________。
(8)锑:熔点630.74℃,沸点1750℃,导电:____________________________________。
2.现有几组物质的熔点(℃)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:3550℃
Li:181℃
HF:-83℃
NaCl:801℃
硅晶体:1410℃
Na:98℃
HCl:-115℃
KCl:776℃
硼晶体:2300℃
K:64℃
HBr:-89℃
RbCl:718℃
二氧化硅:1723℃
Rb:39℃
HI:-51℃
CsCl:645℃
据此回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
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组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解题指导
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原子晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
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1.42×10-10m,比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10-10m)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。
题组二 晶体熔、沸点的比较
3.下列分子晶体中,关于熔、沸点高低的叙述中,正确的是( )
A.Cl2>I2
B.SiCl4<CCl4
C.NH3>PH3
D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
4.离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 ( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
5.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb
④Na、Mg、Al
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
思维建模
分类比较晶体的熔、沸点
(1)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,如汞、镓、铯等熔、沸点很低,金属晶体一般不参与比较。
(2)原子晶体
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。如熔点:金刚石>石英>碳化硅>硅。
(3)离子晶体
一般地说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
(4)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,F2<Cl2<Br2<I2。
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>
。
考点三 突破五类晶体模型
【基础知识梳理】
1.原子晶体(金刚石和二氧化硅)
(1)金刚石晶体中,每个C与另外____________个C形成共价键,C—C键之间的夹角是109.5°,最小的环是__________元环。含有1molC的金刚石中,形成的共价键有________mol。
(2)SiO2晶体中,每个Si原子与________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,1molSiO2中含有________molSi—O键。
2.分子晶体
(1)干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有________个。
(2)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,含1molH2O的冰中,最多可形成________mol“氢键”。
3.离子晶体
(1)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-。
(2)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原子个数是________,C原子采取的杂化方式是________。
5.常见金属晶体的原子堆积模型
结构型式
常见金属
配位数
晶胞
面心立方最密堆积
Cu、Ag、Au
12
体心立方堆积
Na、K、Fe
8
六方最密堆积
Mg、Zn、Ti
12
特别提醒 (1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“○”表示):
每个面上有4个,共计12个。
(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等,要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时,可以直接套用某种结构。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)在金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个( )
(2)在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个( )
(3)在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个( )
(4)金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个( )
2.在晶体模型中,金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗?分子晶体中有化学键吗?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3.下列排列方式中:A.ABCABCABC B.ABABABABAB
C.ABBAABBA D.ABCCBAABCCBA,属于镁型堆积方式的是________;属于铜型堆积方式的是________。
【解题探究】
题组一 强化记忆晶体结构
1.判断下列物质的晶胞结构,将对应序号填在线上。
(1)干冰晶体________;
(2)氯化钠晶体________;
(3)金刚石________;
(4)碘晶体________;
(5)氟化钙________;
(6)钠________;
(7)冰晶体________;
(8)水合铜离子________;
(9)H3BO3晶体________;
(10)铜晶体________。
2.碳的第三种同素异形体——金刚石,其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图____________(从A~D图中选填)。
题组二 晶胞中原子半径及空间利用率的计算
3.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9.00g·cm-3,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)。
4.[2016·全国卷Ⅲ,37(5)]GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。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MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,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______________________________________
_______________________________________________________________________________。
练后反思
晶体结构的相关计算
(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×。
(2)空间利用率=。
(3)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a,原子半径为r)
①面对角线长=a。
②体对角线长=a。
③体心立方堆积4r=a
④面心立方堆积4r=a。
答案解析
考点一
基础知识梳理
1.(从左到右,从上到下)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)熔融态 (2)气态 (3)析出
3.(1)基本单元 (2)①任何间隙 ②平行 取向
深度思考
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
2.2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)=1∶(4×)=2∶1;乙中N(a)∶N(b)=1∶(8×)=1∶1;丙中N(c)=12×+1=4,N(d)=8×+6×=4。
3.MN MN3 MN2
解析 在A中,含M、N的个数相等,故组成为MN;在B中,含M:×4+1=(个),含N:×4+2+4×=(个),M∶N=∶=1∶3;在C中含M:×4=(个),含N为1个。
解题探究
1.+3价
解析 R:8×+1=2
G:8×+8×+4×+2=8
Q:8×+2=4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2,则其化学式为RQ2G4。
由于R为+2价,G为-2价,所以Q为+3价。
2.B
3.5
解析 La:2×+12×=3
Ni:12×+6×+6=15
所以n=5。
4.CuH
解析 根据晶胞结构可以判断:Cu():2×+12×+3=6;
H():6×+1+3=6,所以化学式为CuH。
5.(1)MgB2 (2)BO
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,每个单元中,都有一个B和一个O完全属于这个单元,剩余的2个O分别被两个结构单元共用,所以B∶O=1∶(1+2/2)=1∶2,化学式为BO。
6.B3A4
7.×1010
解析 设晶胞的棱长为xcm,在晶胞中,Cu:8×+6×=4;F:4,其化学式为CuF。a·x3·NA=4M(CuF),x=。最短距离为小立方体体对角线的一半,小立方体的体对角线为=x。所以最短距离为x·=·×1010pm。
8.
解析 晶胞中,个数为8×+6×=4,○个数为8,
其个数之比为1∶2,所以代表S2-,○代表Na+。
设晶胞边长为acm,则a3·ρ·NA=4×78
a=
面对角线为×cm
面对角线的为×cm
边长的为×cm
所以其最短距离为cm
=cm。
考点二
基础知识梳理
1.(从左到右,从上到下)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 较小 很大 很大 很小 较大 较低 很高 很高 很低 较高
2.(1)kJ·mol-1 (2)①大 ②小 (3)稳定 大
深度思考
1.(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)√
2.(1)NaCl、Na2S (2)NaOH、(NH4)2S
(3)(NH4)2S (4)Na2S2 (5)CO2、CCl4、C2H2
(6)C2H2 (7)H2O2 (8)SiO2、SiC (9)晶体氩 晶体硅、金刚石
解题探究
1.(1)原子晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体(4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)原子晶体
(7)分子晶体(8)金属晶体
2.(1)原子 共价键 (2)①②③④(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)D组晶体都为离子晶体,r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),在离子所带电荷数相同的情况下,半径越小,晶格能越大,熔点就越高
解析 (1)A组熔点很高,为原子晶体,是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体,具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体,具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体,其熔点与晶格能有关。
3.C [A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况,相对分子质量大的熔、沸点高;C项属于分子结构相似的情况,但存在氢键的熔、沸点高;D项属于相对分子质量相同,但分子结构不同的情况,支链少的熔、沸点高。]
4.C [离子晶体中,晶格能越大,晶体熔、沸点越高;离子所带电荷总数越多,半径越小,晶格能越大。]
5.D
考点三
基础知识梳理
1.(1)4 六 2 (2)4 2 十二 Si 4
2.(1)12 (2)4 2
3.(1)6 6 6 4 4 (2)8 8 8
4.分子间作用力 2 sp2
深度思考
1.(1)√ (2)√ (3)√ (4)×
2.不一样,金刚石中表示的是C—C共价键,而干冰中的“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)。
3.B A
解题探究
1.(1)② (2)① (3)④ (4)③ (5)⑥ (6)⑤ (7)⑧ (8)⑦ (9)⑩ (10)⑨
2.D
3.12 ×≈1.27×10-8
解析 设晶胞的边长为acm,则a3·ρ·NA=4×64
a=
面对角线为a
面对角线的为Cu原子半径
r=×cm≈1.27×10-8cm。
4.原子晶体 共价 ×100%
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