高考化学晶体结构与性质考点全归纳.docx

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高考化学晶体结构与性质考点全归纳

晶体结构与性质

[考纲要求]　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　晶体常识

1．晶体与非晶体

晶体

非晶体

结构特征

结构微粒周期性有序排列

结构微粒无序排列

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

看是否有固定的熔点

科学方法

对固体进行X射线衍射实验

2.得到晶体的途径

（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。

3．晶胞

（1）概念

描述晶体结构的基本单元。

（2）晶体中晶胞的排列——无隙并置

①无隙：

相邻晶胞之间没有任何间隙。

②并置：

所有晶胞平行排列、取向相同。

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：

kJ·mol－1。

（2）影响因素

①离子所带电荷数：

离子所带电荷数越多，晶格能越大。

②离子的半径：

离子的半径越小，晶格能越大。

（3）与离子晶体性质的关系

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。

深度思考

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（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×

2．

（1）立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？

答案　立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被8、4、2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？

答案　六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞共用。

题组一　晶胞中原子个数的计算

1．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。

答案　2∶1　1∶1　4　4

解析　甲中N（x）∶N（y）＝1∶（4×

）＝2

∶1；乙中N（a）∶N（b）＝1∶（8×

）＝1∶1；丙中N（c）＝12×

＋1＝4，N（d）＝8×

＋6×

＝4。

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________。

答案　MN　MN3　MN2

解析　在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：

×4＋1＝

（个），含N：

×4＋2＋4×

＝

（个），M∶N＝

∶

＝1∶3；在C中含M：

×4＝

（个），含N为1个。

题组二　晶体的密度及微粒间距离的计算

3．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ρg·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。

答案　

（1）4　

（2）XY2或Y2X　（3）

解析　

（1）从晶胞结构图中可直接看出，每个Y同时吸引4个X。

（2）在晶胞中，平均包含X：

4×

＝

，平均包含Y：

1，所以在晶体中X和Y的个数之比为1∶2，晶体的化学式为XY2或Y2X。

（3）摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量，数值上等于该物质的相对分子（或原子）质量。

由题意知，该晶胞中含有1/2个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝

M，a＝

，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为

cm。

4.

镧镍合金、铜钙合金及铈钴合金都具有相同类型的晶胞结构XYn，它

们有很强的储氢能力，其中铜钙合金的晶胞结构如右图。

试回答下

列问题：

（1）在周期表中Ca处于周期表__________区。

（2）铜原子的基态原子核外电子排布式为____________________________________。

（3）已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9.0×10－23cm3，储氢后形成LaNinH4.5的合金（氢进入晶胞空隙，体积不变），则LaNin中，n＝__________（填数值）；氢在合金中的密度为______________。

答案　

（1）s　

（2）[Ar]3d104s1　（3）5　0.083g·cm－3

解析　

（1）Ca位于第四周期第ⅡA族，处于s区。

（2）Cu的外围电子构型是3d104s1，而不是3d94s2。

（3）铜、钙合金中，n（

Cu）＝12×

＋6×

＋6＝15。

n（Ca）＝12×

＋2×

＝3，

＝

＝

，所以n＝5，即LaNi5H4.5。

ρ·9.0×10－23cm3·NA＝M，其中氢在合金中的密度为

≈0.083g·cm－3

　晶胞计算的思维方法

（1）晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。

晶体结构的计算常常涉及如下数据：

晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。

解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。

（2）“均摊法”原理

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。

（3）晶体微粒与M、ρ之间的关系

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。

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

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

分子间作用力

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）

深度思考

1．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（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

2．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？

答案　决定二者物理性质的因素：

晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶

体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其

决定因素。

二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而C—O与Si—O键都是极性

键。

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℃。

3．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___________________________________。

答案　

（1）NaCl、Na2S　

（2）NaOH、（NH4）2S　（3）（NH4）2S　（4）Na2S2　（5）CO2、CCl4、C2H2　（6）C2H2　（7）H2O2　（8）SiO2、SiC

题组一　晶体类型的判断

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__________。

答案　

（1）AEH　A　

（2）B　G　DE　（3）F　F　AH

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________________________________________________________________________。

解题指导　通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。

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＋）

解析　

（1）根据A组熔点很高，属原子晶体，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。

3．有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：

序号

熔点/℃

硬度

水溶性

导电性

水溶液与Ag＋反应

A

811

较大

易溶

水溶液或熔融导电

白色沉淀

B

3500

很大

不溶

不导电

不反应

C

－114.2

很小

易溶

液态不导电

白色沉淀

（1）晶体的化学式分别为A______________、B____________________________、

C____________。

（2）晶体的类型分别是A______________、B_______________________________、

C____________。

（3）晶体中微粒间作用力分别是A________、B_____________________________、

C________。

答案　

（1）NaCl　C　HCl

（2）离子晶体　原子晶体　分子晶体

（3）离子键　共价键　范德华力

解析　根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。

　晶体类型的5种判断方法

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。

注意　

（1）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）。

（2）石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长（键长为1.54×10－10m）短，所以熔、沸点高于金刚石。

（3）AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低（熔点190℃）。

（4）合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。

题组二　晶体熔、沸点的比较

4．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是（　　）

A．Cl2>I2

B．SiCl4

C．NH3>PH3

D．C（CH3）4>CH3CH2CH2CH2CH3

答案　C

解析　A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。

5．NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

2

键长（10－10m）

2.31

3.18

2.10

试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是（　　）

A．①>②>③B．③>①>②

C．③>②>①D．②>①>③

答案　B

解析　NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。

6．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是（　　）

①O2、I2、Hg　②CO、KCl、SiO2　③Na、K、Rb　④Na、Mg、Al

A．①③B．①④C．②③D．②④

答案　D

解析　①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。

　分类比较晶体的熔、沸点

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：

NaNa>K>Rb>Cs。

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。

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4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。

含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

（2）SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si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12个。

（2）冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O

的冰中，最多可形成2mol“氢键”。

3．离子晶体

（1）NaCl型：

在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。

每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。

（2）CsCl型：

在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。

4．石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数

是2，C原子采取的杂化方式是sp2。

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

特别提醒　

（1）判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。

如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目（Na＋用“○”表示）：

每个面上有4个，共计12个。

（2）常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。

当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。

深度思考

1．在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？

分子晶体中有化学键吗？

答案　不一样，金刚石中表示的是C—C共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力，分子晶体中多数含有化学键（如CO2中的C===O键），少数则无（如稀有气体形成的晶体）。

2．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__________。

答案　B　A

题组一　依据晶胞判断晶体类型

1．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）。

答案　BC

解析　冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；B为干冰晶胞，C为碘晶胞。

题组二　对晶胞结构的考查

2．下面有关晶体的叙述中，不正确的是（　　）

A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子

B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个

C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－

D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子

答案　B

解析　氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个。

每个Na＋周围距离相等