20届高考化学一轮江苏版 第十一章 第38讲 晶体结构与性质最新修正版Word文件下载.docx
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所有晶胞平行排列、取向相同。
2.晶胞组成的计算——均摊法
(1)原则
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是
。
(2)方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定,如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占
3.常见晶体结构模型
(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。
②SiO2晶体中,每个Si原子与4个O原子成键,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,1molSiO2中含有4molSi—O键。
(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
①NaCl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-。
②CsCl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
Cu、Ag、Au
12
体心立
方堆积
Na、K、Fe
8
六方最
密堆积
Mg、Zn、Ti
(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
(4)固体SiO2一定是晶体( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X-射线衍射实验( )
答案
(1)×
(2)√ (3)×
(4)×
(5)√ (6)×
(7)√
(常见晶体结构模型)填空。
(1)在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子;
每个C原子被________个最小碳环共用。
(2)在干冰中粒子间作用力有_______________________________________________。
(3)含1molH2O的冰中形成氢键的数目为________。
(4)在NaCl晶体中,每个Na+周围有________个距离最近且相等的Na+,每个Na+周围有________个距离最近且相等的Cl-,其立体构型为____________。
(5)在CaF2晶体中,每个Ca2+周围距离最近且等距离的F-有________个;
每个F-周围距离最近且等距离的Ca2+有________个。
答案
(1)6 12
(2)共价键、范德华力 (3)2NA
(4)12 6 正八面体形 (5)8 4
1.如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞:
试写出:
(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为________。
答案
(1)X2Y
(2)1∶3∶1 (3)8 (4)12
2.下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构,其中R为+2价,G为-2价,则Q的化合价为________。
答案 +3
解析 R:
8×
+1=2
G:
+8×
+4×
+2=8
Q:
+2=4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2,则其化学式为RQ2G4。
由于R为+2价,G为-2价,所以Q为+3价。
3.
(1)硼化镁晶体在39K时呈超导性。
在硼化镁晶体中,镁原子和硼原子是分层排布的,下图是该晶体微观结构的透视图,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。
则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。
下图是一种链状结构的多硼酸根,则多硼酸根离子符号为________。
答案
(1)MgB2
(2)BO
解析
(1)每个Mg周围有6个B,而每个B周围有3个Mg,所以其化学式为MgB2。
(2)从图可看出,每个
单元中,都有一个B和一个O完全属于这个单元,剩余的2个O分别被两个结构单元共用,所以B∶O=1∶(1+2/2)=1∶2,化学式为BO
4.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如图所示。
则该化合物的化学式为________。
答案 CuH
解析 根据晶胞结构可以判断:
Cu(
):
2×
+12×
+3=6;
H():
6×
+1+3=6,所以化学式为CuH。
考点二 四种晶体的性质与判断
1.四种晶体类型比较
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
和自由电子
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
2.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1mol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。
(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( )
(5)离子晶体一定都含有金属元素( )
(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
(7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高( )
答案
(1)√
(2)×
(3)×
(5)×
(6)√ (7)×
1.在下列物质中:
NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
(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_____________________________________。
(9)不含共价键的分子晶体是__________,只含非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 (9)晶体氩 晶体硅、金刚石
2.比较下列晶格能大小:
(1)NaCl________KCl;
(2)CaF2________MgO;
(3)Na2S________Na2O;
(4)CaO________KCl。
答案
(1)>
(2)< (3)< (4)>
题组一 晶体类型判断
1.
(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253K,沸点为376K,其固体属于______晶体。
(2)[2015·
全国卷Ⅱ,37
(2)节选]O和Na的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。
(3)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到:
4NH3+3F2
NF3+3NH4F
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有______________________________(填序号)。
a.离子晶体b.分子晶体
c.原子晶体d.金属晶体
答案
(1)分子
(2)分子晶体 离子晶体
(3)abd
2.
(1)用“>
”或“<
”填空:
第一电离能
离子半径
酸性
Si____S
O2-____Na+
NaCl____Si
H2SO4____HClO4
(2)MgCl2在工业上应用广泛,可由MgO制备。
①MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
②SiO2的晶体类型为________________。
(3)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4),下列叙述正确的是________。
A.SiX4难水解
B.SiX4是共价化合物
C.NaX易水解
D.NaX的熔点一般高于SiX4
答案
(1)<
>
<
(2)①高 ②原子晶体
(3)BD
解析
(1)同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势,但s、p、d等轨道处于全空、半充满、全充满的稳定状态时,则出现反常现象。
Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4,其中3p轨道均处于不稳定状态,因此Si的第一电离能小于S。
O2-与Na+的核外电子排布相同,其电子排布式均为1s22s22p6,离子核外电子排布相同时,原子序数越大,离子半径越小,因此O2-的离子半径大于Na+。
NaCl为离子晶体,Si为原子晶体,因此Si的熔点高于NaCl。
一般来说,元素的非金属性越强,该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强,Cl元素的非金属性强于S元素,则HClO4的酸性强于H2SO4。
(2)①Mg、Ba同主族,Mg2+的半径小于Ba2+,MgO的晶格能比BaO大,故MgO的熔点比BaO高。
②SiO2为空间立体网状结构,其熔、沸点很高,属于原子晶体。
(3)A项,硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈,如SiCl4+3H2O===H2SiO3↓+4HCl、SiF4+3H2O===H2SiO3↓+4HF,错误;
B项,硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成,属于共价化合物,正确;
C项,钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐,不发生水解,错误;
D项,钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的,属于离子晶体,SiX4属于分子晶体,所以NaX的熔点一般高于SiX4,正确。
3.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________________
________________________________________________________________________。
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+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),在离子所带电荷数相同的情况下,半径越小,晶格能越大,熔点就越高
解析
(1)A组熔点很高,为原子晶体,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。
题组二 晶体性质及应用
4.下列性质适合于分子晶体的是( )
A.熔点为1070℃,易溶于水,水溶液导电
B.熔点为3500℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C.能溶于CS2,熔点为112.8℃,沸点为444.6℃
D.熔点为97.82℃,质软,导电,密度为0.97g·
cm-3
答案 C
解析 A、B选项中的熔点高,不是分子晶体的性质,D选项是金属钠的性质,钠不是分子晶体。
5.ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。
回答下列问题:
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。
该单质的晶体类型为________,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有________,碳原子的杂化轨道类型为________。
(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单质碳原子组成的二维晶体。
将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。
下列判断错误的是________(填字母)。
A.石墨烯是一种强度很高的材料
B.石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C.石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D.石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”),其原因是________________________________________________________________________
(4)SiO2比CO2熔点高的原因是__________________________________________________。
(5)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。
①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________________________
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:
依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性________、共价性________。
(填“增强”“不变”或“减弱”)
(6)水杨酸第一级电离形成离子
,相同温度下,水杨酸的Ka2________苯酚(
)的Ka(填“>
”“=”或“<
”),其原因是____________________________
(7)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图(c)所示,K位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为________;
其晶胞参数为1.4nm,阿伏加德罗常数用NA表示,则晶体的密度为__________g·
cm-3。
(只需列出式子)
答案
(1)混合型晶体 σ键、π键 sp2
(2)C (3)增大 三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高 (4)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 (5)①均为分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强 (6)<
中形成分子内氢键,使其更难电离出H+ (7)K3C60
解析
(2)石墨烯单层原子间以共价键相结合,强度很高,A正确;
石墨烯层与层之间有自由移动的电子,是电的良导体,而石墨烷中没有自由移动的电子,为绝缘体,B正确;
石墨烯只含一种碳元素,为碳的单质,C错误;
石墨烯与H2间的反应属于加成反应,D项正确。
(5)①四卤化硅为分子晶体,F、Cl、Br、I的相对分子质量逐渐增大,沸点与相对分子质量有关,相对分子质量越大,沸点越高。
②PbX2的熔点先降低后升高,其中PbF2为离子晶体,PbBr2、PbI2为分子晶体,可知依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。
(7)用均摊法求解。
1个晶胞中含K:
12×
+9=12,C60:
+6×
=4,K与C60的个数比为12∶4=3∶1,此化合物的化学式为K3C60。
1个晶胞的体积为(1.4nm)3=(1.4×
10-7)3cm3,1个晶胞中含有4个K3C60,则ρ=
g·
(一)江苏试题组合
1.[2017·
江苏,21(A)-(5)]某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。
FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
图1 FexNy晶胞结构示意图 图2 转化过程的能量变化
答案 Fe3CuN
2.[2014·
江苏,21(A)-(5)]Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。
铜晶胞结构如图所示,铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。
答案 12
3.[2013·
江苏,21(A)-
(1)]元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。
元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。
元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。
X与Y所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。
①在1个晶胞中,X离子的数目为________。
②该化合物的化学式为________。
答案 ①4 ②ZnS
(二)新课标三卷命题研究
1.晶体类型的判断
(1)[2015·
全国卷Ⅰ,37(4)]CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,其固体属于________晶体。
全国卷Ⅱ,37
(2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为____________和____________。
答案
(1)分子
(2)分子晶体 离子晶体
2.晶体微粒间作用力
(1)[2018·
全国卷Ⅲ,35(3)节选]ZnF2具有较高的熔点(872℃),其化学键类型是__________。
(2)[2017·
全国卷Ⅲ,35(4)节选]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在________________。
(3)[2016·
全国卷Ⅰ,37(5)改编]Ge单晶具有金刚石型结构,其微粒之间存在的作用力是__________。
(4)[2016·
全国卷Ⅱ,37(3)节选]单质铜及镍都是由________键形成的晶体。
答案
(1)离子键
(2)离子键和π键(Π
键) (3)共价键 (4)金属
3.晶体熔、沸点高低的比较
(1)[2017·
全国卷Ⅰ,35
(2)节选]K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是______________________________________。
全国卷Ⅲ,35(3)改编]在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2===CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为____________________________________________,
原因是_________________________________________________________________________。
全国卷Ⅲ,37(4)]GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是_________________________________________________________________________。
(4)[2015·
全国卷Ⅱ,37
(2)改编]单质氧有两种同素异形体,其中沸点高的是______________(填分子式),原因是___________________________________________________________。
答案
(1)K的原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(2)H2O>
CH3OH>
CO2>
H2 H2O与CH3OH均为极性分子,水中氢键比甲醇中多;
CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力较大 (3)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体
(4)
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