选修3第三章晶体结构与性质知识点与典型题例Word下载.docx
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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
解析 A组熔点高,而且已知金刚石、硅为原子晶体;
B组为金属晶体,所以应该具备金属晶体的性质;
C组中HF分子间存在氢键;
D组为离子晶体,具备离子晶体的性质。
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
(4)②④
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
液态
(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____________。
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。
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
归纳总结
晶体类型的判断
1.依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断
离子晶体的晶格质点是阴、阳离子,质点间的作用是离子键;
原子晶体的晶格质点是原子,质点间的作用是共价键;
分子晶体的晶格质点是分子,质点间的作用为分子间作用力,即范德华力;
金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子,质点间的作用是金属键。
2.依据物质的分类判断
金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;
常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。
金属单质(常温除汞外)与合金是金属晶体。
3.依据晶体的熔点判断
离子晶体的熔点较高,常在数百至1000余度。
原子晶体熔点高,常在1000度至几千度。
分子晶体熔点低,常在数XX以下至很低温度,金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。
4.依据导电性判断
离子晶体水溶液及熔化时能导电。
原子晶体一般为非导体,石墨能导电。
分子晶体为非导体,而分
子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。
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。
考点2
晶体熔沸点高低的比较
1.不同类型晶体的熔、沸点高低规律:
原子晶体>
离子晶体>
分子晶体。
金属晶体的熔、沸点有的很高,如钨、铂等;
有的则很低,如汞、镓、铯等。
2.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:
金刚石>
石英>
碳化硅>
硅。
3.离子晶体要比较离子键的强弱。
一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,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:
组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如熔、沸点:
O2>
N2,HI>
HBr>
HCl。
组成和结构不相似的物质,分子极性越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:
CO>
N2,在同分异构体中,一般来说,支链数越多,熔、沸点越低,如沸点:
正戊烷>
异戊烷>
新戊烷;
芳香烃及其衍生物的同分异构体,其熔、沸点高低顺序是“邻位>
间位>
对位”化合物。
特别提醒
(1)若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大,故熔沸点较高。
例如:
熔、沸点:
HF>
HI>
(2)金属晶体中金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高。
如熔、沸点:
Na<
Mg<
Al。
(3)元素周期表中第ⅦA族卤素的单质(分子晶体)的熔、沸点随原子序数递增而升高;
第ⅠA族碱金属元素的单质(金属晶体)的熔、沸点随原子序数的递增而降低。
Li>
Na>
K>
Rb>
Cs。
(4)根据物质在相同条件下的状态不同,熔、沸点:
固体>
液体>
气体。
S>
Hg>
O2。
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<
CCl4
C.NH3>
PH3
D.C(CH3)4>
CH3CH2CH2CH2CH3
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。
答案 C
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
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>
③ B.③>
①>
②
C.③>
①D.②>
③
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。
答案 B
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.①④
C.②③D.②④
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。
答案 D
7.参考下表中物质的熔点,回答有关问题:
NaF
NaCl
NaBr
NaI
KCl
RbCl
CsCl
995
801
755
651
776
715
646
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
GeCl4
SnCl4
PbCl4
-90.4
-70.4
5.2
120
-49.5
-36.2
-15
(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的__________有关,随着__________的增大,熔点依次降低。
(2)硅的卤化物的熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与__________有关,随着__________增大,__________增大,故熔点依次升高。
(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与__________有关,因为______________________________________________,故前者的熔点远高于后者。
解析 分析表中的物质和数据:
NaF、NaCl、NaBr、NaI均为离子晶体,它们的阳离子相同,阴离子随着离子半径的增大,离子键依次减弱,熔点依次降低。
NaCl、KCl、RbCl、CsCl四种碱金属的氯化物均为离子晶体,它们的阴离子相同,阳离子随着离子半径的增大,离子键逐渐减弱,熔点依次降低。
SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4四种硅的卤化物均为分子晶体,它们的结构相似,随着相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增强,熔点依次升高。
SiCl4、GeCl4、SnCl4、PbCl4四种碳族元素的氯化物均为分子晶体。
它们的组成和结构相似,随着相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增强,熔点依次升高。
答案
(1)半径 半径
(2)相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力
(3)晶体类型 钠的卤化物为离子晶体,而硅的卤化物为分子晶体
考点3
常见晶体结构的分析
1.原子晶体(金刚石和二氧化硅)
金刚石键角为109°
28′,每个最小的环上有6个碳原子。
SiO2(正四面体)键角(O—Si键)为109°
28′,每个最小的环上有12个原子,其中,有6个Si和6个O。
2.分子晶体(干冰)
每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。
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。
(3)晶格能。
①定义:
气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量,单位kJ/mol,通常取正值。
②影响因素:
a.离子所带电荷:
离子所带电荷越多,晶格能越大。
b.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。
4.金属晶体
(1)金属键——电子气理论。
金属阳离子与自由电子间的强相互作用。
(2)金属晶体的几种典型堆积模型。
堆积模型
采纳这种堆积
的典型代表
空间利
用率
配位数
晶胞
简单立方
Po
52%
6
钾型
(体心立方)
Na、K、Fe
68%
8
镁型
(六方最密)
Mg、Zn、Ti
74%
12
铜型
(面心立方)
Cu、Ag、Au
8.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________(填选项字母)。
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。
答案 BC
9.
(1)将等径圆球在二维空间里进行排列,可形成密置层和非密置层。
在图1所示的半径相等的圆球的排列中,A属于________层,配位数是________;
B属于________层,配位数是________。
(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积,得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞,它被称为简单立方堆积,在这种晶体中,金属原子的配位数是________,平均每个晶胞所占有的原子数目是________。
(3)有资料表明,只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。
钋位于元素周期表的第______周期第______族,元素符号是________________,最外电子层的电子排布式是____________。
答案
(1)非密置 4 密置 6
(2)6 1
(3)六 ⅥA Po 6s26p4
10.根据图回答问题:
(1)A图是某离子化合物的晶胞(组成晶体的一个最小单位),阳离子位于中间,阴离子位于8个顶点,该化合物中阳、阴离子的个数比是__________。
(2)B图表示构成NaCl晶体的一个晶胞,通过想象与推理,可确定一个NaCl晶胞中含Na+和Cl-的个数分别为__________、__________。
(3)钇钡铜复合氧化物超导体有着与钙钛矿相关的晶体结构,若Ca、Ti、O形成如C图所示的晶体,其化学式为__________。
(4)石墨晶体结构如D图所示,每一层由无数个正六边形构成,则平均每一个正六边形所占有的碳原子数为__________,C—C键数为__________。
(5)晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体,如E图。
其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角,每个顶角上各有1个原子。
试观察E图,推断这个基本结构单元所含硼原子个数、键角、B—B键的个数依次为__________、__________、__________。
解析
(1)阳离子数=1,阴离子数=8×
=1,即
=
。
(2)Na+=8×
+6×
=4,Cl-=12×
+1=4。
(3)Ca原子数=8×
=1,Ti原子数=1,O原子数=12×
=3,所以化学式为CaTiO3。
(4)C原子数=6×
=2,C—C键数=6×
=3。
(5)B原子数=20×
3×
=12,等边三角形的键角为60°
,B—B键数=20×
=30。
答案
(1)11
(2)4 4
(3)CaTiO3
(4)2 3
(5)12 60°
30
考点4
有关晶体的计算
1.晶胞中微粒个数的计算
用均摊法解析晶体的计算
均摊法:
是指每个图形平均拥有的粒子数目。
如某个粒子为n个图形(晶胞)所共有,则该粒子有
属于一个图形(晶胞)。
(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
①处于顶点的粒子,同时为8个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为
②处于棱上的粒子,同时为4个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为
③处于面上的粒子,同时为2个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为
④处于体内的粒子,则完全属于该晶胞,对晶胞的贡献为1。
(2)非长方体形(正方体形)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。
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)对六边形的贡献为1/3。
2.晶体的密度及微粒间距离的计算
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。
11.Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。
(1)在1个晶胞中,Zn2+的数目为________。
(2)该化合物的化学式为________。
解析 一个晶胞中Zn2+的数目=1(8个顶点)+3(6个面心)=4,S2-的数目=4(4个体心)。
答案
(1)4
(2)ZnS
12.F、K和Ni三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
(1)该化合物的化学式为__________________;
Ni的配位数为________。
(2)列式计算该晶体的密度________g·
cm-3。
解析
(1)F原子个数=4(16个棱)+2(4个面心)+2(2个体心)=8;
K原子个数=2(8个棱)+2(2个体心)=4;
Ni原子个数=1(8个顶点)+1(1个体心)=2;
化学式为K2NiF4;
利用均摊法:
选择一个顶点,在这个晶胞中与这个顶点最近的F原子在三个棱上,这个顶点周围应该有8个晶胞,但一个棱被这个顶点周围的4个晶胞共用,所以配位数为
=6。
(2)1molK4Ni2F8晶胞的质量为(39×
4+59×
2+19×
8)g,一个晶胞的质量为
;
一个晶胞的体积为4002×
1308×
10-30cm3,密度=
答案
(1)K2NiF4 6
(2)
=3.4
13.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。
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12,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。
(2)XY2或Y2X
(3)
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- 选修 第三 晶体结构 性质 知识点 典型