2021新高考化學(xué)選擇性考試B方案一輪復(fù)習(xí)學(xué)案第十一章第35講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第35講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．晶體和晶胞(1)晶體與非晶體(2)獲得晶體的三條途徑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eq\o(□,\s\up2(11))基本單元。②晶體與晶胞的關(guān)系：數(shù)量巨大的晶胞“eq\o(□,\s\up2(12))無(wú)隙并置”構(gòu)成晶體。③晶胞中粒子數(shù)目的計(jì)算——均攤法：如某個(gè)粒子為n個(gè)晶胞所共有，則該粒子有eq\o(□,\s\up2(13))eq\f(1,n)屬于這個(gè)晶胞。2．四種類(lèi)型晶體的比較類(lèi)型比較分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成粒子eq\o(□,\s\up2(01))分子eq\o(□,\s\up2(02))原子金屬陽(yáng)離子、自由電子eq\o(□,\s\up2(03))陰、陽(yáng)離子粒子間的相互作用力eq\o(□,\s\up2(04))范德華力(某些含氫鍵)eq\o(□,\s\up2(05))共價(jià)鍵eq\o(□,\s\up2(06))金屬鍵eq\o(□,\s\up2(07))離子鍵續(xù)表類(lèi)型比較分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體硬度eq\o(□,\s\up2(08))較小eq\o(□,\s\up2(09))很大有的eq\o(□,\s\up2(10))很大，有的eq\o(□,\s\up2(11))很小eq\o(□,\s\up2(12))較大熔、沸點(diǎn)eq\o(□,\s\up2(13))較低eq\o(□,\s\up2(14))很高有的eq\o(□,\s\up2(15))很高，有的eq\o(□,\s\up2(16))很低eq\o(□,\s\up2(17))較高導(dǎo)電、傳熱性一般不導(dǎo)電，溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性，個(gè)別為半導(dǎo)體電和熱的良導(dǎo)體晶體不導(dǎo)電，水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)類(lèi)別及舉例大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、酸、非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數(shù)有機(jī)物(有機(jī)鹽除外)部分非金屬單質(zhì)(如金剛石、硅、晶體硼)，部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)與合金(如Na、Al、Fe、青銅)活潑金屬氧化物(如K2O、Na2O)、強(qiáng)堿(如KOH、NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl)3．離子晶體的晶格能(1)定義：氣態(tài)離子形成1摩爾離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：eq\o(□,\s\up2(01))kJ·mol－1。(2)影響因素①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越eq\o(□,\s\up2(02))多，晶格能越eq\o(□,\s\up2(03))大。②離子的半徑：離子的半徑越eq\o(□,\s\up2(04))小，晶格能越eq\o(□,\s\up2(05))大?？山Y(jié)合物理上的庫(kù)侖力公式來(lái)討論：F＝keq\f(q1q2,r2)，顯然，離子間的作用力與離子所帶電量(正比于電荷數(shù))乘積成正比，與距離平方成反比。(3)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eq\o(□,\s\up2(06))穩(wěn)定，且熔點(diǎn)越eq\o(□,\s\up2(07))高，硬度越eq\o(□,\s\up2(08))大。1．判斷正誤，正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”，并指明錯(cuò)因。(1)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。(×)錯(cuò)因：自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的才是晶體，人為制造出的具有規(guī)則幾何外形的固體如玻璃、木材、陶瓷等均不是晶體。(2)冰中包含的作用力有范德華力、氫鍵。(×)錯(cuò)因：冰中還包含共價(jià)鍵。(3)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是測(cè)定其有無(wú)固定熔點(diǎn)。(×)錯(cuò)因：區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是對(duì)固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)。(4)1mol金剛石和SiO2中含有的共價(jià)鍵數(shù)目均為4NA。(×)錯(cuò)因：1_mol金剛石含有的共價(jià)鍵數(shù)目為2NA。(5)分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低。(×)錯(cuò)因：分子晶體硫、碘等的熔點(diǎn)比金屬晶體汞的熔點(diǎn)高。(6)碳有三種同素異形體：金剛石、石墨和C60，其熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)椋篊60>金剛石>石墨。(×)錯(cuò)因：石墨的熔點(diǎn)高于金剛石，金剛石的熔點(diǎn)又比C60的熔點(diǎn)高很多。2．教材改編題(據(jù)人教選修三P84T4)下列各組物質(zhì)中，化學(xué)鍵類(lèi)型相同，晶體類(lèi)型也相同的是()A．Si和CO2 B．NaBr和O2C．CH4和H2O D．HCl和KCl答案C考點(diǎn)eq\a\vs4\al(一)四類(lèi)晶體的組成和性質(zhì)[解析](1)A組由非金屬元素組成，熔點(diǎn)很高，屬于共價(jià)晶體，熔化時(shí)需破壞共價(jià)鍵。由共價(jià)鍵形成的共價(jià)晶體中，原子半徑小的鍵長(zhǎng)短，鍵能大，晶體的熔點(diǎn)高，硬度大。(2)B組都是金屬，存在金屬鍵，具有金屬晶體的性質(zhì)，可以用電子氣理論解釋相關(guān)物理性質(zhì)。(3)C組鹵化氫晶體屬于分子晶體，HF熔點(diǎn)高是由于分子之間形成了氫鍵。(4)D組是離子化合物，熔點(diǎn)高，具有離子晶體的性質(zhì)。(5)晶格能與離子電荷數(shù)和離子半徑有關(guān)，電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大，晶體熔點(diǎn)越高。[答案](1)①共價(jià)共價(jià)鍵②O的原子半徑小于Si的原子半徑，Si—O鍵的鍵長(zhǎng)小于Si—Si鍵的鍵長(zhǎng)，Si—O鍵的鍵能大于Si—Si鍵的鍵能③硼晶體大于硅晶體(2)金屬鍵①②③④電子氣(3)HF分子間能形成氫鍵(4)②④(5)NaCl>KCl>RbClMgO晶體為離子晶體，離子晶體中離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大，熔點(diǎn)越高(1)共價(jià)晶體一定含有共價(jià)鍵，而分子晶體可能不含共價(jià)鍵，如稀有氣體分子形成的晶體。(2)含陰離子的晶體中一定含有陽(yáng)離子，但含陽(yáng)離子的晶體中不一定含陰離子，如金屬晶體。(3)共價(jià)晶體的熔點(diǎn)不一定比離子晶體高，如石英的熔點(diǎn)為1710℃，MgO的熔點(diǎn)為2852(4)金屬晶體的熔點(diǎn)不一定比分子晶體的熔點(diǎn)高，如Na的熔點(diǎn)為97℃，尿素的熔點(diǎn)為132.7(5)同種晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較①共價(jià)晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長(zhǎng)越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點(diǎn)越高)如熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>硅。②離子晶體a．一般地說(shuō)，離子所帶的電荷數(shù)越多(主要因素)，離子半徑越小，熔、沸點(diǎn)就越高，如熔點(diǎn)：Al2O3>MgO>NaCl>CsCl。b．衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高，硬度越大。③分子晶體a．具有氫鍵的分子晶體熔、沸點(diǎn)反常地高。如熔、沸點(diǎn)：H2O>H2Te>H2Se>H2S。b．組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高，如熔點(diǎn)：SnH4>GeH4>SiH4>CH4。c．組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對(duì)分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔點(diǎn)越高，如熔點(diǎn)：CO>N2。d．對(duì)于有機(jī)物的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔點(diǎn)越低。如熔點(diǎn)：CH2CH2CH3CH2CH3>。④金屬晶體金屬原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，其金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔點(diǎn)越高，如熔點(diǎn)：Na<Mg<Al。(6)晶體類(lèi)型的幾種判斷方法①根據(jù)物質(zhì)類(lèi)別判斷a．離子晶體都是離子化合物，多為鹽類(lèi)、強(qiáng)堿等。b．金屬單質(zhì)都是金屬晶體。c．非金屬單質(zhì)和共價(jià)化合物可能屬于分子晶體和共價(jià)晶體，可根據(jù)其物理性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。②依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷a．離子晶體的熔點(diǎn)較高。b．共價(jià)晶體熔點(diǎn)很高。c．分子晶體熔點(diǎn)低。d．金屬晶體多數(shù)熔點(diǎn)高，但也有少數(shù)熔點(diǎn)相當(dāng)?shù)?。③依?jù)導(dǎo)電性判斷a．固體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)時(shí)能導(dǎo)電的晶體是離子晶體。b．共價(jià)晶體一般為非導(dǎo)體，少數(shù)為半導(dǎo)體，如硅。c．分子晶體為非導(dǎo)體，而部分分子晶體中的物質(zhì)(主要是酸和強(qiáng)極性非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動(dòng)的離子，也能導(dǎo)電。d．金屬晶體是電的良導(dǎo)體。④依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷a．離子晶體硬度較大且脆。b．共價(jià)晶體硬度大。c．分子晶體硬度小且較脆。d．金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較低的，且具有延展性。1．下面的排序不正確的是()A．熔點(diǎn)由高到低：Na>Mg>AlB．硬度由大到?。航饎偸?gt;碳化硅>晶體硅C．晶體熔點(diǎn)由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4D．晶格能由大到?。篘aF>NaCl>NaBr>NaI答案A解析金屬離子的電荷越多、半徑越小，其熔點(diǎn)越高，則熔點(diǎn)由高到低為Al>Mg>Na，A錯(cuò)誤；鍵長(zhǎng)越短，其價(jià)鍵越強(qiáng)，硬度越大，鍵長(zhǎng)C—C<C—Si<Si—Si，則硬度由大到小為金剛石>碳化硅>晶體硅，B正確；組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，晶體的熔點(diǎn)越高，則晶體熔點(diǎn)由低到高順序?yàn)镃F4<CCl4<CBr4<CI4，C正確；電荷相同的離子，離子半徑越小，晶格能越大，F(xiàn)、Cl、Br、I的離子半徑由小到大，則晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI，D正確。2．按要求完成下列試題。(1)(2019·全國(guó)卷Ⅰ)一些氧化物的熔點(diǎn)如下表所示：氧化物L(fēng)i2OMgOP4O6SO2熔點(diǎn)/℃1570280023.8－75.5解釋表中氧化物之間熔點(diǎn)差異的原因：____________________________。(2)(2018·全國(guó)卷Ⅰ)Li2O是離子晶體，其晶格能可通過(guò)下圖的Born-Haber循環(huán)計(jì)算得到。Li2O晶格能為_(kāi)_______kJ·mol－1。答案(1)Li2O、MgO為離子晶體，P4O6、SO2為分子晶體。晶格能MgO>Li2O，分子間作用力(相對(duì)分子質(zhì)量)P4O6>SO2(2)2908解析(1)晶體的熔點(diǎn)高低與晶體類(lèi)型以及晶體微粒間的作用力有關(guān)。Li2O、MgO是離子晶體，離子晶體的晶格能大小影響了晶體熔點(diǎn)的高低，晶格能越大，晶體熔點(diǎn)越高；P4O6、SO2為分子晶體，分子晶體的熔點(diǎn)高低取決于分子間作用力的大小，分子間作用力越大，晶體熔點(diǎn)越高。(2)晶格能是指氣態(tài)離子結(jié)合生成1mol晶體所釋放的能量或1mol晶體斷裂離子鍵形成氣態(tài)離子所吸收的能量，則Li2O的晶格能為2908kJ·mol－1。3．下圖為幾種晶體或晶胞的示意圖：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)上述晶體中，粒子之間以共價(jià)鍵結(jié)合形成的晶體是________。(2)冰、金剛石、MgO、CaCl2、干冰5種晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開(kāi)___________________________。(3)NaCl晶胞與MgO晶胞相同，NaCl晶體的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶體，原因是__________________________________________。答案(1)金剛石晶體(2)金剛石、MgO、CaCl2、冰、干冰(3)小于'MgO晶體中離子的電荷數(shù)大于NaCl晶體中離子電荷數(shù)；且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)解析(1)冰晶體、干冰晶體均為分子晶體，粒子間通過(guò)分子間作用力結(jié)合成晶體，Cu晶體中微粒間通過(guò)金屬鍵結(jié)合形成晶體，MgO和CaCl2晶體中微粒之間通過(guò)離子鍵結(jié)合形成晶體。(2)離子晶體的熔點(diǎn)與離子半徑及離子所帶電荷有關(guān)，離子半徑越小，離子所帶電荷越大，則離子晶體熔點(diǎn)越高。金剛石是共價(jià)晶體，熔點(diǎn)最高，冰、干冰均為分子晶體，冰中存在氫鍵，冰的熔點(diǎn)高于干冰?？键c(diǎn)eq\a\vs4\al(二)常見(jiàn)晶體模型與晶胞計(jì)算[解析]由圖b可知，立方格子面對(duì)角線長(zhǎng)為eq\r(2)apm，即為4個(gè)Cu原子直徑之和，則Cu原子之間最短距離為eq\f(\r(2),4)apm。由圖b可知，若將每個(gè)晶胞分為8個(gè)小立方體，則Mg原子之間最短距離y為晶胞內(nèi)位于小立方體體對(duì)角線中點(diǎn)的Mg原子與頂點(diǎn)Mg原子之間的距離(如圖所示)，即小立方體體對(duì)角線長(zhǎng)的一半，則y＝eq\f(a,2)pm×eq\r(3)×eq\f(1,2)＝eq\f(\r(3),4)apm。由圖a可知，每個(gè)晶胞含Mg原子8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8個(gè)，含Cu原子16個(gè)，則MgCu2的密度ρ＝eq\f(8×24＋16×64,a×10－103NA)g·cm－3。[答案]eq\f(\r(2),4)aeq\f(\r(3),4)aeq\f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)[解析]由題圖可知，As、Sm都在晶胞的面上，該晶胞中As的原子個(gè)數(shù)＝4×eq\f(1,2)＝2，Sm的原子個(gè)數(shù)＝4×eq\f(1,2)＝2，F(xiàn)e在晶胞的棱上和體心，F(xiàn)e的原子個(gè)數(shù)＝1＋4×eq\f(1,4)＝2，F(xiàn)－和O2－在晶胞的頂點(diǎn)和上下底面，F(xiàn)－和O2－的個(gè)數(shù)和＝2×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝2，已知F－和O2－的比例依次為x和1－x，所以該物質(zhì)的化學(xué)式為SmFeAsO1－xFx。1個(gè)晶胞的質(zhì)量＝eq\f(2[281＋161－x＋19x],NA)g，晶胞的體積＝a2c×10－30cm3，所以晶胞的密度＝eq\f(2[281＋161－x＋19x],a2cNA×10－30)g·cm－3。根據(jù)圖1中原子1的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，可看出原子2的z軸為0，x、y軸均為eq\f(1,2)，則原子2的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))；原子3的x、y軸均為0，z軸為eq\f(1,2)，則原子3的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))。[答案]SmFeAsO1－xFxeq\f(2[281＋161－x＋19x],a2cNA×10－30)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))1．“均攤法”計(jì)算晶胞中的粒子數(shù)(1)長(zhǎng)方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算(2)非長(zhǎng)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(diǎn)(1個(gè)碳原子)被三個(gè)六邊形共有，每個(gè)六邊形占eq\f(1,3)。(3)六方(六棱柱含三個(gè)晶胞)晶體中不同位置的粒子的計(jì)算：以六棱柱為基本單元。2．晶胞中的有關(guān)物理量的計(jì)算對(duì)于立方晶胞，可簡(jiǎn)化成下面的公式進(jìn)行各物理量的計(jì)算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱長(zhǎng)，ρ表示密度，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，n表示1mol晶胞中所含晶體的物質(zhì)的量，M表示晶體的摩爾質(zhì)量。具體地有：(1)晶胞質(zhì)量＝晶胞占有的微粒的質(zhì)量＝晶胞占有的微粒數(shù)×eq\f(M,NA)。(2)空間利用率＝eq\f(晶胞占有的微粒體積,晶胞體積)。(3)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設(shè)棱長(zhǎng)為a)。①面對(duì)角線長(zhǎng)＝eq\r(2)a。②體對(duì)角線長(zhǎng)＝eq\r(3)a。③體心立方堆積4r＝eq\r(3)a(r為原子半徑)。④面心立方堆積4r＝eq\r(2)a(r為原子半徑)。(4)根據(jù)晶體晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有關(guān)數(shù)據(jù)，求算晶體的密度或晶體晶胞的體積或晶胞參數(shù)a(晶胞邊長(zhǎng))對(duì)于立方晶胞，可建立如下求算途徑：4.(2019·福州模擬)元素X的某價(jià)態(tài)離子X(jué)n＋中所有電子正好充滿K、L、M三個(gè)電子層，它與N3－形成晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．X元素的原子序數(shù)是19B．該晶體中陽(yáng)離子