2020版高考化学一轮复习第五章第四节晶体结构与性质学案.docx

第四节晶体结构与性质考点(一)晶体常识和常见四种晶体的性质 【精讲精练快冲关】知能学通1晶体(1)晶体与非晶体的比较 比较晶体非晶体结构特征构成粒子周期性有序排列构成粒子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测定其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)晶胞概念：描述晶体结构的基本单元。晶体中晶胞的排列无隙并置a无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。b并置：所有晶胞平行排列、取向相同。2四种晶体类型的结构与性质 晶体类型比较项目分子晶体共价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范德华力(某些含氢键)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物质类别及实例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、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Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl)注意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)。共价晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。共价晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。题点练通1.下列属于分子晶体的性质的是()A组成晶体的微粒是离子B能溶于CS2，熔点为112.8 ，沸点为444.6 C熔点为1 400 ，可作半导体材料，难溶于水D熔点高，硬度大解析：选B分子晶体的组成微粒是分子，A错误；分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小，晶体固态和熔融状态时均不导电，C、D错误；极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，B正确。2根据表中几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中错误的是()NaClMgOAlCl3SiCl4单质B熔点/8012 852190682 300沸点/1 4653 600182.7572 500注：AlCl3熔点在2.5105Pa条件下测定。ASiCl4常温下是液态 B单质B是共价晶体 CAlCl3是分子晶体 DMgO是金属晶体解析：选D根据晶体性质特点及表中数据进行分析，SiCl4熔点为68 ，沸点为57，常温下为液体，A正确；单质B的熔、沸点很高，是共价晶体，B正确；AlCl3的熔、沸点低，是分子晶体，C正确；MgO是离子晶体，D错误。3下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是()A由分子间作用力结合而成，熔点低B固体或熔融后易导电，熔点在1 000 左右C由共价键结合网状结构，熔点高D固体不导电，但溶于水或熔融后能导电解析：选B由分子间作用力结合而成，熔点低，属于分子晶体的性质，A错误；由共价键结合网状结构，熔点高，属于原子晶体的性质，C错误；固体不导电，但溶于水或熔融后能导电，属于离子晶体的性质，D错误。4.在一定条件下，可得到一种共价晶体CO2(如图所示)，下列对该物质的推断一定不正确的是()A该晶体中含有极性键B该晶体易汽化，可用作制冷材料C该晶体有很高的熔、沸点D该晶体硬度大，可用作耐磨材料解析：选B共价晶体CO2具有空间网状结构，其成键情况也发生了变化，由原来的碳氧双键变为碳氧单键，但化学键依然为极性共价键，故A正确；共价晶体具有硬度大，熔、沸点高等特点，故C、D正确，B错误。5(1)(2017全国卷)Mn(NO3)2中的化学键除了键外，还存在_。(2)(2016全国卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其微粒之间存在的作用力是_。(3)(2016全国卷)单质铜及镍都是由_键形成的晶体。(4)(2015全国卷)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于_晶体。(5)(2015全国卷)氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为_和_。答案：(1)离子键和键(键)(2)共价键(3)金属(4)分子(5)分子晶体离子晶体 6(1)金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色易挥发性液体Ni(CO)4，呈正四面体构型。试推测Ni(CO)4的晶体类型是_，Ni(CO)4易溶于_(填标号)。A水 B四氯化碳C苯 D硫酸镍溶液 (2)实验测得铝元素与氯元素形成化合物的实际组成为Al2Cl6，其球棍模型如图所示。已知Al2Cl6在加热时易升华，Al2Cl6属于_(填晶体类型)晶体 。NaAl(OH)4属于_(填晶体类型)晶体，存在的化学键有_。(3)原子簇是由几个到几百个原子形成的聚集体，如铝原子簇Al13、Al14。已知原子簇价电子总数为2,8,20,40,58时，原子簇通常可稳定存在。其中Al13的性质与卤素性质相似，则铝原子簇Al13属于_晶体，铝原子之间的作用力为_。解析：(1)由“易挥发性液体”可知Ni(CO)4是分子晶体，由“正四面体构型”可知Ni(CO)4是非极性分子，易溶于非极性溶剂四氯化碳和苯中。(2)由图可知，Al2Cl6是分子晶体。NaAl(OH)4是离子化合物，故是离子晶体，存在离子键、极性共价键、配位键。(3)由题目信息可知，铝原子簇Al13应为分子晶体，内部铝原子之间的作用力为共价键。答案：(1)分子晶体BC(2)分子离子离子键、极性共价键、配位键(3)分子共价键方法规律“五依据”突破晶体类型判断(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。共价晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为范德华力或氢键。金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。(2)依据物质的类别判断金属氧化物(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(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(常温汞除外)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1 000余度。共价晶体熔点高，常在1 000度至几千度。分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度。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。共价晶体一般为非导体。分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)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。共价晶体硬度大。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。7.下列物质的熔点高低顺序正确的是()A金刚石碳化硅晶体硅B氧化铝氯化钾氯化钠CH2ONH3PH3AsH3D生铁Na纯铁解析：选A键能：CCSiCSiSi，键能越大，物质的熔点越高，A正确；因为Na的离子半径比K小，NaCl的离子键强于KCl，故NaCl晶体的熔点高于KCl晶体，B错误；PH3和AsH3中不存在氢键，其熔点高低与范德华力有关，而相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔点越高，故PH3的熔点低于AsH3，C错误；纯铁的熔点高于生铁(合金)，钠的熔点最低，D错误。8下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是()ACaO与CO2 BNaCl与HCl CSiC与SiO2 DCl2与I2解析：选CA项，CaO是离子化合物，熔化时断裂离子键，而CO2在固态时是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关；B项，NaCl是离子化合物，熔化时断裂离子键，而HCl在固态时是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关；C项，SiC和SiO2都是共价晶体，熔化时断裂的是共价键，与化学键有关；D项，Cl2和I2在固态时都是分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，与化学键无关。9(2019成都模拟)几组物质的熔点()数据如表所示：A组熔点/B组熔点/C组熔点/D组熔点/金刚石：3 550Li：181HF：83NaCl硅晶体：1 410Na：98HCl：115KCl硼晶体：2 300K：64HBr：89RbCl二氧化硅：1 732Rb：39HI：51MgO：2 800据此回答下列问题：(1)由表格中数据可知，A组中物质的熔点普遍偏高，A组物质属于_晶体，其熔化时克服的粒子间作用力是_；二氧化硅的熔点高于硅晶体，原因是_。(2)B组晶体中存在的作用力是_，其共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电导热具有延展性(3)C组中HF的熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为_，MgO晶体的熔点高于其他三者，其原因是_。解析：(5)晶格能与离子所带电荷数和离子半径有关，所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。答案：(1)共价共价键SiO键的键长小于SiSi键的，SiO2的键能大(2)金属键(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(4)(5)NaClKClRbClMgO为离子晶体，离子所带电荷数越多，半径越小，熔点越高10(1)(2017全国卷)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_。(2)(2017全国卷)在CO2低压合成甲醇反应(CO23H2=CH3OHH2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_，原因是_。(3)(2016全国卷)GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。(4)(2015全国卷)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)H2OCH3OHCO2H2H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多，CO2和H2均为非极性分子，CO2的相对分子质量较大，范德华力较大(3)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 (4)O3O3相对分子质量较大，范德华力大11(1)Na2SO4的熔点为884 ，NaNO3的熔点为307 ，Na2SO4熔点更高的原因是_。(2)晶体硅的结构与金刚石非常相似，金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)的熔点由高到低的顺序为_(填化学式)。(3)如表所示是一组物质的沸点数据：有机物甲醇(CH3OH)丙烯(CH3CH=CH2)一氟甲烷(CH3F)相对分子质量324234沸点/64.747.778.2甲醇相对分子质量较小，沸点却高于其他两种物质的原因是_。解析：(1)由于Na2SO4和NaNO3均为离子晶体，SO所带电荷比NO的多，故Na2SO4熔点较高。(2)金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)均是共价晶体，原子半径：CSiCSi。(3)由于甲醇分子间存在氢键，从而导致甲醇沸点高。答案：(1)Na2SO4和NaNO3均为离子晶体，SO所带电荷比NO的多，故熔点较高(2)CSiCSi(3)甲醇分子间存在氢键归纳拓展“两角度”比较晶体熔、沸点的高低(1)不同类型晶体熔、沸点的比较不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：共价晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 (2)同种类型晶体熔、沸点的比较共价晶体原子半径越小、键长越短、键能越大，物质的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgOMgCl2，NaClCsCl。分子晶体a分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高，如H2OH2TeH2SeH2S。b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SnH4GeH4SiH4CH4。c组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3ClCH3CH3。d同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷异戊烷新戊烷。金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：NaMgAl。考点(二)五类常见晶体模型与晶胞计算 【精讲精练快冲关】知能学通1典型晶体模型(1)共价晶体(金刚石和二氧化硅)金刚石晶体中，每个C与另外 4个C形成共价键，CC 键之间的夹角是10928，最小的环是六元环。含有1 mol C 的金刚石中，形成的共价键有 2 mol。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，1 mol SiO2中含有 4 mol SiO键。(2)分子晶体干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 12个。冰的结构模型中，每个水分子与相邻的 4个水分子以氢链相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 2 mol“氢键”。(3)离子晶体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。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。2几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目ANaCl(含 4个Na，4个Cl)。B干冰(含 4个CO2)。CCaF2(含 4个Ca2，8个F)。D金刚石(含 8个C)。E体心立方(含 2个原子)。F面心立方(含 4个原子)。题点练通1.石英晶体的晶胞结构图如图所示，在含x mol SiO2的石英晶体中，含有SiO键为()Ax molB2x molC3x mol D4x mol解析：选DSiO2晶体中1个Si原子连接4个O原子形成4个SiO键，故x mol SiO2晶体中含有4x mol SiO键。2.某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。X为阴离子，在正方体内，Y为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为()AY2X BYX2CY7X4 DY4X7解析：选BX在正方体内，晶胞中的8个X离子完全被这1个晶胞占有；Y分别在顶点和面心，顶点上的离子被1个晶胞占有，面心上的离子被1个晶胞占有，所以1个晶胞实际占有的Y离子为864，则该晶体的化学式为YX2。3金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积(镁型)、面心立方堆积(铜型)和体心立方堆积(钾型)，图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为( )A1184 B321C984 D21149解析：选Ba中原子个数12236，b中原子个数864，c中原子个数182，所以其原子个数比是642321。4.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为()A31 B13C120 D201解析：选A根据晶胞结构可以判断该晶胞中含C60分子数目为812，含K原子数目为266，所以K原子与C60分子的个数比为31。5某物质的晶体中含有a、b、c三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的b元素的原子未能画出)。则晶体中a、b、c的原子个数比为()A131 B231C221 D133解析：选A利用均摊法计算。据图知，该正方体中a原子个数81，b原子个数63，c原子个数1，所以晶体中a、b、c的原子个数比为131。6(2015全国卷节选)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接_个六元环，每个六元环占有_个C原子。(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接_个六元环，六元环中最多有_个C原子在同一平面。解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为62。(2)由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条CC键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6212。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。答案：(1)32(2)124方法规律晶胞中微粒的计算方法均摊法(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：长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算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)图示：注意在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，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、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。7.(2018全国卷节选)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为_gcm3(列出计算式)。解析：由题给图示可知，Li位于晶胞内部，O位于顶点和面心，因此一个晶胞有8个Li，O原子个数684。因此一个Li2O晶胞的质量 g，一个晶胞的体积为(0.466 5107)3 cm3，即该晶体密度 gcm3。答案：8.(2018全国卷节选)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为_gcm3；晶胞中Fe2位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为_nm。解析：分析晶胞结构可知，Fe2位于棱边和体心，S位于顶点和面心，因此每个晶胞中含有的Fe2个数1214，每个晶胞中含有的S个数684，即每个晶胞中含有4个FeS2。一个晶胞的质量 g，晶胞的体积(a107)3 cm3，该晶体密度 gcm31021 gcm3。正八面体的边长即为两个面心点的距离，因此正八面体的边长为a nm。答案：1021a9.(2018全国卷节选)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_。六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为_gcm3(列出计算式)。解析：金属Zn晶体为六方最密堆积方式(A3型)。六棱柱底边边长为a cm，则六棱柱上下面的面积均为6a2 cm2，则六棱柱的体积为6a2c cm3，锌原子在六棱柱的顶点、上下面心和晶胞内，一个晶胞含锌原子个数12236，因此一个晶胞中Zn的质量 g，由此可知，Zn的密度 gcm3。答案：六方最密堆积(A3型)10(2017全国卷节选)(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为_ nm，与K紧邻的O个数为_。(2)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于_位置，O处于_位置。解析：(1)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即0.446 nm0.315 nm。由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与钾紧邻的氧原子有12个。(2)想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。答案：(1)0.31512(2)体心棱心11(2017全国卷节选)MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a0.420 nm，则r(O2)为_nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a0.448 nm，则r(Mn2)为_ nm。解析：因为O2采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2半径的4倍，则有 4r(O2)22a2，解得r(O2)0.420 nm0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2)2r(O2)a，代入数据解得r(Mn2)0.076 nm。答案：0.1480.07612锗(Ge)是典型的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。锗单晶具有金刚石型结构。回答下列问题：(1)金刚石晶胞如图1所示，其中含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，碳原子在晶胞中的空间占有率为_(不要求计算结果)。(2)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图2为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为。则D原子的坐标参数为_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。解析：(1)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，所以金刚石晶胞中C原子数目为4688；若C原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体体对角线长度的就是CC键的键长，即a2r，所以ra，碳原子在晶胞中的空间占有