2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(5)

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文档介绍

2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(5)

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。‎
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