高考化学一轮复习教案 第12章 第3讲《晶体结构与性质》.docx
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高考化学一轮复习教案第12章第3讲《晶体结构与性质》
第3讲 晶体结构与性质
[考纲解读] 1.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。
2.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。
3.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。
4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒、微粒间作用力的区别。
考点一 晶体的常识
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)______________。
(2)________________。
(3)______________。
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。
4.晶格能
(1)定义
气态离子形成1摩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____。
1.判断下列叙述是否正确:
(1)固态物质一定是晶体( )
(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同( )
(3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
(4)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
2.
(1)立方晶胞中,顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用?
(2)六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用?
3.有关晶格能的叙述正确的是( )
A.晶格能是气态离子形成1摩离子晶体释放的能量
B.晶格能通常取负值
C.晶格能越大,形成的离子晶体越不稳定
D.晶格能越大,物质的硬度反而越小
4.下列物质均属于离子化合物,你认为可能作为耐火材料的是( )
A.K2O2B.Na2OC.NaClD.Al2O3
特别提醒
(1)具有规则几何外形的固体物质不一定是晶体,如玻璃。
(2)晶胞是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小部分,而不一定是最小的“平行六面体”。
(3)在计算晶胞中微粒个数的过程中,不要形成思维定势,任何形状的晶胞均可使用分割法。
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用,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个晶胞所共用。
考点二 四种晶体性质比较
类型
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、
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
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)
5.判断下列说法是否正确:
(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( )
6.CO2和SiO2在物理性质上有较大差异,而在化学性质上却有较多相似,你知道原因吗?
特别提醒
(1)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高,如石英的熔点为1710℃,MgO的熔点为2852℃。
(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高,如Na的熔点为97℃,尿素的熔点为132.7℃。
7.在下列物质中:
NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。
(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_________________________________________。
考点三 几种常见的晶体模型
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________,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。
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A1
Cu、Ag、Au
12
体心立方堆积A2
Na、K、Fe
8
六方最密堆积A3
Mg、Zn、Ti
12
8.在晶体模型中,金刚石中的“铁棍”和干冰中的“铁棍”表示的意义一样吗?
分子晶体中有化学键吗?
9.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__________。
10.下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞示意图(未按顺序排序)。
与冰的晶体类型相同的是__________(请用相应的编号填写)。
晶体类型的判断
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)原子晶体熔点高。
(3)分子晶体熔点低。
(4)金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。
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
离子晶体硬度较大或硬而脆。
原子晶体硬度大。
分子晶体硬度小且较脆。
金属晶体多数硬度大,但也有较低的,且具有延展性。
【例1】 有下列八种晶体:
A.水晶 B.冰醋酸 C.氧化镁 D.白磷 E.晶体氩 F.铝 G.氯化铵 H.金刚石。
用序号回答下列问题:
(1)直接由原子构成的晶体是________,属于原子晶体的化合物是__________。
(2)由极性分子构成的晶体是__________,含有共价键的离子晶体是__________,属于分子晶体的单质是________。
(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是__________________________________,
受热熔化后化学键不发生变化的是__________,需克服共价键的是__________。
【例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
________________________________________________________________________。
晶体熔、沸点高低的比较
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。
金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等沸点很高,如汞、镓、铯等沸点很低,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 (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。 例如: CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> (5)同分异构体的芳香烃,其熔、沸点高低顺序是邻>间>对位化合物。 5.金属晶体 金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点: Na 特别提醒 (1)金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔点很高,如汞、镓、铯等熔点很低。 (2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高,如金属晶体Na晶体的熔点(98℃)小于分子晶体AlCl3晶体的熔点(190℃)。 (3)并非存在氢键的分子晶体的熔、沸点就高,分子内形成氢键,一般会使分子晶体的熔、沸点降低。 例如邻羟基苯甲醛( )由于形成分子内氢键,比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低。 【例3】 下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是( ) A.金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅 B.CI4>CBr4>CCl4>CH4 C.MgO>H2O>O2>Br2 D.金刚石>生铁>纯铁>钠 【例4】 下表给出几种氯化物的熔、沸点,对此有下列说法: ①CaCl2属于离子晶体,②SiCl4是分子晶体,③1500℃时,NaCl可形成气态分子,④MgCl2水溶液不能导电。 与表中数据一致的说法有( ) NaCl MgCl2 CaCl2 SiCl4 熔点/℃ 801 712 782 -168 沸点/℃ 1465 1418 1600 57 A.仅①B.仅②C.①和②D.①②③ 晶胞中原子个数的计算方法—— 均摊法 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算: (1)处于顶点的粒子,同时为8个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; (2)处于棱上的粒子,同时为4个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; (3)处于面上的粒子,同时为2个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; (4)处于晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞; 如图: 特别提醒 在使用均摊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。 【例5】 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。 晶体的密度及微粒间的距离的计算 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);又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积),则1mol晶胞的质量为ρa3NAg,因此有xM=ρa3NA。 【例6】 某离子晶体的晶胞结构如图所示,X()位于立方体的顶点,Y(○)位于立方体的中心。 试分析: (1)晶体中每个Y同时吸引 个X。 (2)该晶体的化学式为 。 (3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1,晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的X之间的距离为 cm。 高考题组一 晶体的结构与性质及其类型的 判断 1.判断下列说法是否正确,正确的划“√”,错误的划“×” (1)CO2晶体是分子晶体,可推测SiO2晶体也是分子晶体( ) (2)原子晶体中原子以共价键结合,具有键能大,熔点高、硬度大的特性( ) (3)熔点: Si3N4>NaCl>SiI4( ) (4)熔点: CO2>KCl>SiO2( ) (5)沸点: 乙烷>戊烷>丁烷( ) (6)同主族元素形成的氧化物的晶体类型相同( ) 2.X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。 X、Y、Z是原子序数依次递增的同周期元素,且最外层电子数之和为15;X与Z可形成XZ2分子;Y与M形成的气态化合物在标准状况下的密度为0.76g·L-1;W的质子数是X、Y、Z、M四种元素质子数之和的 。 下列说法正确的是( ) A.原子半径: W>Z>Y>X>M B.XZ2、X2M2、W2Z2均为直线形的共价化合物 C.由X元素形成的单质不一定是原子晶体 D.由X、Y、Z、M四种元素形成的化合物一定既有离子键,又有共价键 3.下列说法正确的是( ) A.分子晶体中一定存在分子间作用力,不一定存在共价键 B.分子中含两个氢原子的酸一定是二元酸 C.含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 D.元素的非金属性越强,其单质的活泼性一定越强 4.下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( ) A.最小的环上,有3个Si原子和3个O原子 B.最小的环上,Si和O原子数之比为1∶2 C.最小的环上,有6个Si原子和6个O原子 D.存在四面体结构单元,O处于中心,Si处于4个顶角 5.有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径: Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。 下列说法中,正确的是( ) A.X、M两种元素只能形成X2M型化合物 B.由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低 C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体 D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂 6.下列化合物,按其晶体的熔点由高到低排列正确的是( ) A.SiO2 CsCl CBr4 CF4 B.SiO2 CsCl CF4 CBr4 C.CsCl SiO2 CBr4 CF4 D.CF4 CBr4 CsCl SiO2 7.下列说法中正确的是( ) A.离子晶体中每个离子的周围均吸引着6个带相反电荷的离子 B.金属导电的原因是在外加电场的作用下金属产生自由电子,电子定向运动 C.分子晶体的熔、沸点低,常温下均呈液态或气态 D.原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合 8. (1)[2009·山东理综,32(3)]氧化物MO的电子总数与SiC的相等,则M为______(填元素符号)。 MO是优良的耐高温材料,其晶体结构与NaCl晶体相似。 MO的熔点比CaO的高,其原因是__________________。 (2)[2010·海南,19(Ⅱ) (2)]NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点NiO______FeO(填“<”或“>”)。 高考题组二 晶体的“分割”与计算 9.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶 体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是( ) A.ZXY3B.ZX2Y6 C.ZX4Y8D.ZX8Y12 10.[2011·新课标全国卷,37(5)]六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm。 立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、______个硼原子、立方氮化硼的密度是______g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。 阿伏加德罗常数为NA)。 11.[2011·山东理综,32(4)]CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,已知CaO晶体密度为ag·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数,则CaO晶胞体积为________cm3。 12.[2010·山东理综,32(4)]铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是: Pb4+处于立方晶胞顶点,Ba2+处于晶胞中心,O2-处于晶胞棱边中心。 ①该化合物化学式为__________。 ②每个Ba2+与______个O2-配位。 13.[2011·海南,19Ⅱ(4)(5)]铜(Cu)是重要金属,Cu的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途,如CuSO4溶液常用作电解液、电镀液等。 请回答下列问题: (4)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,Au原子价电子排布式为________;一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构,在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置,则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________;该晶体中,原子之间的作用力是________; (5)上述晶体具有储氢功能,氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。 若将Cu原子与Au原子等同看待,该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似,该晶体储氢后的化学式应为________。 14.[2010·江苏,21(4)]CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如右图所示),但CaC2晶体中哑铃形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 。 15.[2010·海南,19Ⅱ(4)]金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢 材料,其晶胞结构示意图如下图所示。 该合金的化学式为________________________________________________________________________; 课时规范训练 教材习题回扣 1.(选修3P82-2)下列各物质的晶体中,晶体类型相同的是( ) A.O2和SiO2B.NaI和I2 C.CO2和H2OD.CCl4和NaCl 2.(选修3P84-1)在单质的晶体中,一定不存在( ) A.离子键 B.分子间作用力 C.共价键 D.金属离子与自由电子间的作用 3.(选修3P84-7)X和Y两种元素的核电荷数之和为22,X的原子核外电子数比Y的少6个。 下列说法中不正确的是( ) A.X的单质固态时为分子晶体 B.Y的单质为原子晶体 C.X与Y形成的化合物固态时为分子晶体 D.X与碳形成的化合物为分子晶体 4.(选修3P84-8)下列各组物质熔化或升华时,所克服的粒子间作用属于同种类型的是( ) A.Na2O和SiO2熔化 B.Mg和S熔化 C.氯化钠和蔗糖熔化 D.碘和干冰升华 5.(选修3P85-13改编)下表列出了钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点: NaX NaF N
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