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文档介绍
2021高考化学一轮复习专题11第3讲晶体结构与性质学案新人教版
高考总复习 第3讲 晶体结构与性质 [考纲要求] 1．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。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.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 晶体和晶体类型 1.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__________。 ③溶质从溶液中析出。 2．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 20 高考总复习 ①无隙：相邻晶胞之间没有________。 ②并置：所有晶胞____排列、____相同。 3．晶格能 (1)定义：气态离子形成1摩尔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____，硬度越____。 4．四种晶体类型 类型 比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 ____ ____ 金属阳离子、自由电子 ________ 粒子间的相 互作用力 ________(某些含氢键) ______ ______ ______ 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，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 [回扣判断](正确的打“√”，错误的打“×”) (1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高( ) (2)具有规则几何外形的固体一定是晶体( ) (3)冰和固体碘晶体中相互作用力相同( ) (4)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( ) (5)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体( ) (6)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”( ) (7)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列( ) (8)在分子晶体中一定有范德华力和化学键( ) 20 高考总复习 (9)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( ) (10)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( ) [重点提醒] (1)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。 (2)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)。 (3)原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。 (4)原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。 对点速练 练点一 晶胞与晶体类型判断 1．下图为碘晶体晶胞结构。有关说法中正确的是( ) A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构 B．用切割法可知平均每个晶胞中有4个碘原子 C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是原子晶体 D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力 2．下列数据是对应物质的熔点(℃)： BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2 －107 2 073 920 801 1 291 190 －57 1 723 据此做出的下列判断中错误的是( ) A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体 B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体 C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 3．GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是______________________________。GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·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。 20 高考总复习 练点二 晶体的类型与性质 4．北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析中正确的是( ) A．K3C60晶体中既有离子键又有极性键 B．K3C60晶体的熔点比C60晶体的熔点低 C．该晶体熔化时能导电 D．C60分子中碳原子是采用sp3杂化的 5．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：801 ℃ 硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl：776 ℃ 硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl：718 ℃ 二氧化硅：1 723 ℃ 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________________________________________________________________________。 6．(1)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：①晶体硅；②硝酸钾；③金刚石；④碳化硅；⑤干冰； ⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是________________________(填序号)。 (2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象：熔点Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量N60>C60>Si60，其原因是________________________________________________________________________ 20 高考总复习 ________________________________________________________________________。 方法指导 晶体熔沸点高低的比较方法 1．首先看物质的状态，一般情况下固体>液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体。 2．同类晶体熔沸点比较思路为：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。 晶体结构的分析 1.典型晶体结构模型分析 晶体 晶体结构 晶体详解 原 子 晶 体 金 刚 石 (1)每个碳与相邻____个碳以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均为______ (3)最小碳环由____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______ SiO2 (1)每个Si与____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)＝______ (3)最小环上有____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____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____个 (2)每个晶胞中含____个Na＋和____个Cl－ 20 高考总复习 CsCl (型) (1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有____个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有____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____，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____，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____，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____，空间利用率74% 2.晶胞中微粒的计算方法——均摊法 (1)原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是 20 高考总复习 (3)图示 [回扣判断](正确的打“√”，错误的打“×”) (1)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)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( ) (3)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个( ) (4)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个( ) (5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用( ) (6)石墨晶体中每个正六边形结构中平均占有碳原子数为2( ) 对点速练 练点一 晶体结构中微粒数分析 1．下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。 20 高考总复习 A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－) B．干冰(含________个CO2) C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－) D．金刚石(含________个C) E．体心立方(含________个原子) F．面心立方(含________个原子) 2．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________。 3．(1)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时，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________。 4．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。 20 高考总复习 练点二 晶胞结构中常见物理量的计算 5.(1)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)。 (2)Cu与F形成的化合物的晶胞结构如右图所示，若晶体密度为a g·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；其中○为Cu，为F) (3)O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________________________________________________________________________； 晶胞中O原子的配位数为________________________________________________________________________； 列式计算晶体F的密度(g·cm－3)________。 20 高考总复习 6．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________。 方法总结 立方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：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1 mol晶胞的质量。 1.[2019·全国卷组合，35] (全国卷Ⅰ)： (4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝__________pm，Mg原子之间最短距离y＝__________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是__________g·cm－3(列出计算表达式)。 (全国卷Ⅱ)： (4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。 20 高考总复习 图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝________g·cm－3。 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为(，，)，则原子2和3的坐标分别为________、________。 (全国卷Ⅲ)： (3)苯胺()的晶体类型是________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示： 这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为________(用n代表P原子数)。 2．[2018·全国卷组合，35] (全国卷Ⅰ)： (4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BornHaber循环计算得到。 20 高考总复习 可知，Li原子的第一电离能为______kJ·mol－1，O＝O键键能为________kJ·mol－1，Li2O晶格能为________________________________________________________________________kJ·mol－1。 (5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。 (全国卷Ⅱ)： (5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a nm，FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA ，其晶体密度的计算表达式为________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______ nm。 (全国卷Ⅲ)： (5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为______________________。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。 20 高考总复习 3．[2017·全国卷组合，35] (全国卷Ⅰ)： 钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题： (4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为__________nm，与K紧邻的O个数为__________。 (5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。 (全国卷Ⅱ)： (4)R的晶体密度为d g·cm－3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为________________________________________________________________________。 (全国卷Ⅲ)： (5)MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________nm。 4．[2019·江苏卷，21]Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu2O。 (1)Cu2＋基态核外电子排布式为________。 (2)SO的空间构型为________(用文字描述)；Cu2＋与OH－反应能生成[Cu(OH)4]2－ 20 高考总复习 ，[Cu(OH)4]2－中的配位原子为________(填元素符号)。 (3)抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为________；推测抗坏血酸在水中的溶解性：________(填“难溶于水”或“易溶于水”)。 (4)一个Cu2O晶胞(如图2)中，Cu原子的数目为________。 第3讲 晶体结构与性质 基础精讲练 考点一 1知识梳理 1．(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)凝固(凝华) 2．(1)基本单元 (2)任何间隙 平行 取向 3．(1)kJ·mol－1 (2)大 小 (3)稳定 高 大 4．分子 原子 阴、阳离子 范德华力 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 回扣判断 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)√ (8)× (9)× (10)× 2对点速练 20 高考总复习 1．解析：碘分子的排列有2种不同的取向，在顶点和面心不同，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构，A选项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B选项错误；C项，此晶体是分子晶体，错误；D项，碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，错误。 答案：A 2．解析：A项，氧化铝的熔点高，属于离子晶体，则铝的化合物的晶体中有的是离子晶体，正确；B项，BCl3、AlCl3和干冰均是分子晶体，错误；C项，同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体，例如CO2是分子晶体，二氧化硅是原子晶体，正确。 答案：B 3．解析：GaF3、CaCl3的熔点相差较大，是因为晶体类型不同，GaF3熔点高，为离子晶体，而GaCl3的熔点低，为分子晶体。GaAs的熔点高，晶胞为空间网状结构，则为原子晶体，Ga与As以共价键结合。 答案：GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 原子晶体 共价 4．解析：该晶体为离子晶体，故熔化时能导电，C项正确；C60内部为非极性键，A项错误；离子晶体K3C60比分子晶体C60的熔点高，B项错误；C60中每个碳形成四条键，其中有一个为双键，故应为sp2杂化，D项错误。 答案：C 5．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，离子半径越小晶格能越大熔点越高。 答案：(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 6．解析：(1)这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。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Si—Si>Si—C>C—C，相应键能Si—Si查看更多