高考化学大一轮复习讲义 第十二章 第3讲 晶体结构与性质.docx

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高考化学大一轮复习讲义第十二章第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：

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。

【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（　　）

（2011·四川理综，7C）

（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（　　）

（2009·海南，19－3D）

（3）熔点：

Si3N4>NaCl>SiI4（　　）

（2010·大纲全国卷Ⅰ，6A）

（4）熔点：

CO2>KCl>SiO2（　　）

（2009·上海，8A）

（5）沸点：

乙烷>戊烷>丁烷（　　）

（2009·上海，8B）

（6）同主族元素形成的氧化物的晶体类型相同（　　）

（2010·四川理综，8D）

2．（2011·浙江理综，9）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．（2011·四川理综，8）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．（2010·大纲全国卷Ⅰ，13）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．（2010·浙江理综，8）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．（2008·全国理综Ⅰ，7）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．（2008·四川理综，10）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．（2008·海南，24）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