專題12-3 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)講-2018年高考化學一輪復習講

第三講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。了解分子晶體、原子晶體、離子晶體、金屬晶體的構(gòu)成粒子及粒子間作用力的區(qū)別。理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。了解晶格能的概念及其離子晶體的性質(zhì)。理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)，了解金屬晶體常見的堆積方式。能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算。、晶體常識1．晶體與非晶體晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性各向同性二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點科學方法對固體進行X射線衍射實驗【特別提醒】在適宜的條件下，晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)稱為晶體的自范性。晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。有沒有自范性是晶體與非晶體的本質(zhì)差異。2.得到晶體的途徑（1）熔融態(tài)物質(zhì)凝固。（2）氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固（凝華）。（3）溶質(zhì)從溶液中析出。3．晶胞（1）概念描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。（2）晶體中晶胞的排列——無隙并置無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。并置：所有晶胞平行排列、取向相同。形狀：一般而言晶胞都是平行六面體。4．立方晶胞中粒子數(shù)目的計算——均攤法晶胞任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是n1）長方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算：體心:處于晶胞內(nèi)部，全部屬于該晶胞1）長方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算：體心:處于晶胞內(nèi)部，全部屬于該晶胞~頂點:為8個晶胞共有,*屬于該晶胞—棱:為4個晶胞共有,+屬于該晶胞面心:為2個晶胞共有,*屬于該晶胞2）非長方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點（1個碳原子）被三個六邊形共有，每個六邊形占1/3?！咎貏e提醒】①具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體，如切割整齊的玻璃。②晶胞是從晶體中“截取”出來具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面體”。③在使用均攤法計算晶胞中粒子個數(shù)時，要注意晶胞的形狀，不同形狀的晶胞，應先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共用，如六棱柱晶胞中，頂點、側(cè)棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2個晶胞所共有?！镜湫屠}1】【2017屆河北省石家莊辛集中學高三上期中】有關(guān)晶體的下列說法中正確的是（）晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定原子晶體中共價鍵越強，熔點越高冰熔化時水分子中共價鍵發(fā)生斷裂氯化鈉熔化時離子鍵未被破壞【答案】B【解析】A.分子的穩(wěn)定性與分子中的化學鍵有關(guān)，與分子間作用力無關(guān)，故A錯誤；B.原子晶體中物質(zhì)的熔點與化學鍵強弱有關(guān)，所以原子晶體中共價鍵越強，熔點越高，故B正確；C.冰融化時，發(fā)生了變化的是水分子之間的距離，而水分子內(nèi)部的O-H共價鍵沒有發(fā)生斷裂，故C錯誤；D.氯化鈉熔化時，離子鍵被破壞，故D錯誤；故選B?！军c評】本題考查了晶體的有關(guān)知識，注意分子晶體的穩(wěn)定性與分子間作用力無關(guān)，與化學鍵的強弱有關(guān)明確不同類型的晶體在熔化時克服不同的作用力是解答本題的關(guān)鍵，注意把握晶體類型的判斷方法和微粒間的作用。離子晶體熔化克服離子鍵，原子晶體熔化克服共價鍵，金屬晶體熔化克服金屬鍵，分子晶體熔化或升華克服分子間作用力或氫鍵，尤其注意氫鍵屬于分子間作用力?！具w移訓練1】【寧夏石嘴山市三中2018屆高三9月月考】下列有關(guān)晶體的說法中正確的是（）原子晶體、離子晶體、金屬晶體、分子晶體中都一定存在化學鍵熔點：離子晶體：MgO〉NaCl;分子晶體：HO>HS金屬晶體：鋰〈鈉〈鉀〈銣〈銫金剛石的硬度大于晶體硅的硬度，其熔點也高于晶體硅的熔點晶體中有陰離子，必有陽離子；則晶體中有陽離子，必有陰離子【答案】C【解析】A、原子晶體中含有共價鍵，離子晶體中含有離子鍵，金屬晶體中含有金屬鍵，大部分分子晶體中含有共價鍵，稀有氣體為單原子分子，不含化學鍵，A錯誤。噸NmCl均為離子晶體，前者的離子半徑小于后者的粒子半徑，且前者的陰陽離子所帶的電荷大于后者的陰陽離子所帶電荷，因而熔點：MgO>NaCl^thO.IhS均為分子晶體，組成和結(jié)構(gòu)相似，一般可以根據(jù)相對分子質(zhì)量的犬小來判斷熔沸點的高低，但耳0分子間含有氫鍵，導致熔沸點反常，熔點大小關(guān)系為：H2O>H2"金屬晶體熔點大小的比較方法為：原子半徑越小、陽離子所帶電荷越高，金屬鍵越強，熔點就越高，所以熔點大小關(guān)系為：鋰>鈉>鉀〉銣〉銫，B錯誤。C、金剛石和晶體硅都屬于原子晶體，原子半徑越小，共價鍵越強，硬度和熔點越大，故金剛石的硬度大于晶體硅的硬度，其熔點也高于晶體硅的熔點，C正確。D、晶體中有陰離子，必有陽離子，但是晶體中有陽離子，必有陰離子是錯誤的，金屬晶體為金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，無陰離子，D錯誤。正確答案為Co二、四類晶體的組成和性質(zhì)1．晶體的基本類型與性質(zhì)晶體類型性質(zhì)比較一、離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體結(jié)構(gòu)組成粒子陰、陽離子分子原子金屬陽離子和自由電子

粒子間作用離子鍵范德華力共價鍵金屬鍵物理性質(zhì)熔沸點較咼低很高有咼有低硬度硬而脆小很大有大有小、有延展性溶解性易溶于極性溶劑，難溶于非極性溶劑極性分子易溶于極性溶劑不溶于常見溶劑難溶（鈉等與水反應）導電性晶體不導電；能溶于水者，其水溶液導電；熔化時導電晶體不導電，溶于水后能電離的，其水溶液可導電；熔化不導電導電性較差（Si是半導體）良導體（導電傳執(zhí)）典型實例NaCl、NaOH、Na0、CaCO23干冰、白磷、冰、硫黃金剛石、Si°2、晶體硅、SiCNa、Mg、Al、Fe、Cu、Zn2．典型晶體模型晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解原子晶體金剛石每個C與相鄰的4個C以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)鍵角均為109°28‘最小碳環(huán)由6個C組成且6個原子不在冋一平面內(nèi)每個C參與4條C—C鍵的形成，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1.2SiO2每個Si與4個O以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)每個正四面體占有1個Si,4個“20”，n（Si）：n（O）=1：2最小環(huán)上有12個原子，即6個O,6個Si分子晶體干冰每8個CO2分子構(gòu)成立方體且在6個面心又各占據(jù)1個CO2分子每個CO2分子周圍等距離且緊鄰的CO2分子有12個

離子晶體每個Na+(Cl-)周圍等距離且緊鄰的Cl-(Na+)有6個。每個Na+周圍等距離且緊鄰的Na+有12個離子晶體每個晶胞中含4個Na+和4個Cl-每個Cs+(Cl-)周圍等距離且緊鄰的Cs+(Cl-)有6個；每個Cs+周圍等距離且緊鄰的Cl-有8個簡單立方堆積典型代表為Po,配位數(shù)為6,空間利用率為52%面心立方最密堆積又稱為A1型或銅型，典型代表為Cu、Ag、Au,配位數(shù)為12,空間利用率為74%簡單立方堆積典型代表為Po,配位數(shù)為6,空間利用率為52%面心立方最密堆積又稱為A1型或銅型，典型代表為Cu、Ag、Au,配位數(shù)為12,空間利用率為74%金屬晶體體心立方堆積又稱為A2型或鉀型，典型代表為Na、K、Fe，配位數(shù)為8,空間利用率為68%六方最密堆積又稱為A3型或鎂型，典型代表為Mg、Zn、Ti,配位數(shù)為12,空間利用率為74%特殊的晶體—石墨晶體石墨晶體是混合型晶體，呈層狀結(jié)構(gòu)。同層內(nèi)碳原子以共價鍵形成正六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2,C原子采取的雜化方式是sp2。層與層之間以分子間作用力結(jié)合。所以石墨晶體熔、沸點很高,但硬度不大,有滑膩感,能導電。【方法總結(jié)】判斷某種粒子周圍等距且緊鄰的粒子數(shù)目時，要注意運用三維想象法。如NaCl晶體中，Na+周圍的Na+數(shù)目(Na+用“”表示)：每個面上有4個，共計12個。3．晶體熔、沸點高低的比較（1）不同類型晶體的熔、沸點高低一般規(guī)律：原子晶體〉離子晶體〉分子晶體。金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等沸點很高，汞、銫等沸點很低。（2）原子晶體：原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點高。如熔點：金剛石〉碳化硅〉硅。（3）離子晶體的晶格能定義氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：J?mol-1。影響因素離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。（4）分子晶體：分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常高。如HO>HTe>HSe>HS。2222組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如SnH>GeH>SiH>CHo4444組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)（相對分子質(zhì)量接近），分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO>N。2（5）金屬晶體：金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高。如熔、沸點：NaVMgVAl。典型例題2】【上海市閔行區(qū)2017屆高三一?！咳埸c最高的晶體是干冰B.食鹽C.碳化硅D.金剛石【答案】D【解析】干冰是分子晶體，食鹽是離子晶體，碳化硅和金剛石是原子晶體，碳化硅和金剛石熔點高于干冰和食鹽，原子晶體中原子半徑越小，共價鍵越強，熔點越高，所以金剛石的熔點最高；答案選D?！军c評】本題考查了不同子晶體的熔點判斷，根據(jù)不同晶體熔點比較一般規(guī)律：原子晶體〉離子晶體〉分子晶體分析，注意把握同種晶體熔點比較方法?！具w移訓練2】【浙江教育綠色評價聯(lián)盟2017屆高三3月適應性試卷】下圖分別代表NaCl、金剛石、干冰、石墨結(jié)構(gòu)的一部分。下列說法正確的是（）NaCl晶體只有在熔融狀態(tài)下離子鍵被完全破壞，才能形成自由移動的離子金剛石中存在的化學鍵只有共價鍵，不能導電干冰中的化學鍵只需吸收很少的熱量就可以破壞，所以干冰容易升華石墨中碳原子的最外層電子都參與了共價鍵的形成，故熔點很高、硬度很大?！敬鸢浮緽【解析】A.NaCl是離子化合物，在溶于水或熔融狀態(tài)下離子鍵均能被完全破壞，故A錯誤；B.金剛石為原子晶體，化學鍵只有共價鍵，不能導電，故B正確；C.干冰屬于分子晶體，干冰升華是物理變化，破壞的是分子間作用力，化學鍵不變，故C錯誤；D.石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以O(shè)鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個碳原子還有一個2p軌道，其中有一個2p電子，這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大n鍵，因而這些n電子可以在整個碳原子平面上活動，類似金屬鍵的性質(zhì)，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過范德華力連接，所以石墨的熔點很高，但硬度較小，故D錯誤；故選B?？键c一：四種晶體的比較與判斷晶體類型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體晶體粒子陰、陽離子分子原子金屬陽離子、自由電子粒子間相互作用離子鍵分子間作用力共價鍵金屬鍵熔沸點較咼很低很高無規(guī)律硬度較硬一般很軟很硬無規(guī)律溶解性易溶于極性溶劑相似相溶難溶難溶（部分與水反應）導電情況晶體不導電，熔融狀態(tài)下導電晶體和熔融狀態(tài)下都不導電一般不導電，個別導電，還有半導體晶體導電導熱性不良不良不良良物質(zhì)類別離子化合物多數(shù)非金屬單質(zhì)及化合物金剛石、SiC、晶體硅、SiO2等少數(shù)非金屬單質(zhì)和化合物金屬單質(zhì)【歸納總結(jié)】晶體類型的5種判斷方法1．依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用判斷（1）離子晶體的構(gòu)成微粒是陰、陽離子，微粒間的作用是離子鍵。（2）原子晶體的構(gòu)成微粒是原子，微粒間的作用是共價鍵。（3）分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，微粒間的作用為分子間作用力。（4）金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬陽離子和自由電子，微粒間的作用是金屬鍵。2．依據(jù)物質(zhì)的分類判斷（1）金屬氧化物（如K20、Na2O2等）、強堿（NaOH、KOH等）和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。（2）大多數(shù)非金屬單質(zhì)（除金剛石、石墨、晶體硅等）、非金屬氫化物、非金屬氧化物（除SiO2外）、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物（除有機鹽外）是分子晶體。（3）常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的化合類原子晶體有碳化硅、二氧化硅等（4）金屬單質(zhì)是金屬晶體。3．依據(jù)晶體的熔點判斷（1）離子晶體的熔點較高。（2）原子晶體熔點很高。（3）分子晶體熔點低。（4）金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有少數(shù)熔點相當?shù)汀?．依據(jù)導電性判斷（1）離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時能導電。（2）原子晶體一般為非導體。（3）分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(zhì)（主要是酸和強極性非金屬氫化物）溶于水，使分子內(nèi)的化學鍵斷裂形成自由移動的離子，也能導電。（4）金屬晶體是電的良導體。5．依據(jù)硬度和機械性能判斷（1）離子晶體硬度較大、硬而脆。（2）原子晶體硬度大。（3）分子晶體硬度小且較脆。（4）金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較低的，且具有延展性。注意：（1）常溫下為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，其晶體應屬于分子晶體（Hg除外）。（2）石墨屬于混合型晶體，但因?qū)觾?nèi)原子之間碳碳共價鍵的鍵長為1.42X10-iom,比金剛石中碳碳共價鍵的鍵長（鍵長為1.54X10-10m）短，所以熔、沸點咼于金剛石。（3）AlCl3晶體中雖含有金屬元素，但屬于分子晶體，熔、沸點低（熔點190°C）。（4）合金的硬度比其成分金屬大，熔、沸點比其成分金屬低。【典型例題3】【2018版咼考總復習專題十一跟蹤訓練】下列對晶體類型判斷正確的是（）選項NaB0227CaF2HBO33NH3A原子晶體金屬晶體原子晶體分子晶體B離子晶體分子晶體離子晶體分子晶體C離子晶體離子晶體分子晶體分子晶體D分子晶體離子晶體分子晶體離子晶體A．AB．BC．CD．D【答案】C【解析】NaB0屬于離子晶體，CaF屬于離子晶體，HB0屬于分子晶體，NH屬于分子晶體，故選C。2272333【點評】判斷晶體類型有多種方法，如依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用、物質(zhì)的分類、晶體的熔點導電性、硬度和機械性能等進行判斷，應根據(jù)題目所給信息選擇恰當?shù)姆椒?，本題可根據(jù)所給物質(zhì)的分類進行判斷。【遷移應用3】【新疆呼圖壁縣一中2018屆高三期初考試】下圖中數(shù)據(jù)是對應物質(zhì)的熔點(°C),據(jù)此做出的下列判斷中正確的是()B?表中只有BCl3和CO2是分子晶體同族元素的氧化物只能形成同類型的晶體不同族元素的氧化物不能形成相同類型晶體【答案】A【解析】必.氧化鋁是離子晶體，故A正確，B.AlCb也是分子晶體，故E錯誤；C.同族元素C、Ei的氧化物中如g是分子晶體，閃6是原子晶體，故C錯誤,D.IA的鈉的氧化物氧化鈉與IIA的鎂的氧化物氧化鎂都是離子晶體，故D錯誤。故選A?？键c二：晶體結(jié)構(gòu)的計算晶胞計算是晶體考查的重要知識點之一，也是考查學生分析問題、解決問題能力的較好素材。晶體結(jié)構(gòu)的計算常常涉及如下數(shù)據(jù)：晶體密度、N、M、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度的表達式往A往是列等式的依據(jù)。解決這類題，一是要掌握晶體“均攤法”的原理，二是要有扎實的立體幾何知識，三是要熟悉常見晶體的結(jié)構(gòu)特征，并能融會貫通，舉一反三。1.晶體化學式的求法晶體的化學式的確定常用分攤法，其核心為若晶體中某位置上粒子被n個重復單元共用，那該粒子有屬于這個晶胞。常見考題里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最為常見。如由立方晶胞中：處于頂點上的粒子被8個晶胞共用，該粒子有*屬于這個晶胞；處于棱上的粒子被4個晶胞共用，該粒子有*屬于這個晶胞；處于面心上的粒子被2個晶胞共用，該粒子有*屬于這個晶胞；處于晶胞內(nèi)部的粒子，該粒子完全屬于這個晶胞。下表為不同晶胞不同位置微粒均攤的基本情況

頂點棱面心內(nèi)部、.、.立力晶胞每個頂點上的粒子被8個晶胞共用，每個粒子只有1/8屬于該晶胞每條棱上的粒子被4個晶胞共用，每個粒子只有1/4屬于該晶胞每個面心上的粒子被2個晶胞共用，每個粒子只有1/2屬于該晶胞晶胞內(nèi)的粒子完全屬于該晶胞八方晶胞每個頂點上的粒子被6個晶胞共用，每個粒子只有1/6屬于該晶胞每條橫棱上的粒子被4個晶胞共用，每個粒子只有1/4屬于該晶胞；每條縱棱上的粒子被3個晶胞共用，每個粒子只有1/3屬于該晶胞每個面心上的粒子被2個晶胞共用，每個粒子只有1/2屬于該晶胞晶胞內(nèi)的粒子完全屬于該晶胞三棱晶胞每個頂點上的粒子被12個晶胞共用，每個粒子只有1/12屬于該晶胞每條橫棱上的粒子被4個晶胞共用，每個粒子只有1/4屬于該晶胞；每條縱棱上的粒子被6個晶胞共用，每個粒子只有1/6屬于該晶胞每個面心上的粒子被2個晶胞共用，每個粒子只有1/2屬于該晶胞晶胞內(nèi)的粒子完全屬于該晶胞2．有關(guān)晶胞各物理量的關(guān)系對于立方晶胞，可簡化成下面的公式進行各物理量的計算：a3XpXNA=nXM,a表示晶胞的棱長，p表示密度，N表示阿伏加德羅常數(shù)，n表示lmol晶胞中所含晶體的物質(zhì)的量，M表示相對分子質(zhì)量，a3XpXNAfA表示1mol晶胞的質(zhì)量。【典型例題4】【新疆呼圖壁縣一中2018屆高三期初考試】如圖是氯化銫晶體的晶胞示意圖(晶體中最小的重復結(jié)構(gòu)單元)，已知晶體中2個最近的Cs+核間距為acm，氯化銫(CsCl)的式量為M,NA