（全国版）2019版高考化学一轮复习 物质结构与性质 第3节 晶体结构与性质学案.doc

第3节晶体结构与性质考试说明1了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3了解分子晶体结构与性质的关系。4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。5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。了解金属晶体常见的堆积方式。6了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。命题规律本节是选修3的重要组成部分，在高考中占有极其重要的地位。高考主要考查晶体类型的判断；晶体熔、沸点高低的比较；晶胞组成的计算；有关晶体密度的计算，而晶体密度的计算具有一定难度。考点1晶体和晶胞1晶体与非晶体2获得晶体的三条途径(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)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。(3)晶胞中粒子数目的计算均摊法：如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。 (1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。(3)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。(4)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行x射线衍射实验。(5)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(6)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1/3。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。()(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列。()(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔、沸点。()(4)通过x射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。()(5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用。()(6)缺角的nacl晶体在饱和nacl溶液中会慢慢变为完美的晶体。()题组一 晶体与非晶体的区别1如图是物质的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()a两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体b形成的固体物理性质有各向异性c形成的固体一定有固定的熔点d二者的x射线衍射图谱是相同的答案b解析由微观结构示意图可知为晶体，为非晶体，晶体具有规则的几何外形，具有各向异性和固定的熔点，用x射线衍射实验测定时，晶体内部的微粒在空间呈现有规则的重复排列，非晶体则没有这些性质。2如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是()a是晶体a是非晶体b是晶体b是非晶体a b c d答案a解析晶体有固定的熔点，由图a来分析，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，这段就代表a晶体在熔化；由b曲线可知，温度一直在升高，所以找不出固定的熔点，b为非晶体。题组二 晶胞中微粒个数的计算3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答案a解析利用均摊法计算。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。4(1)ti的氧化物和cao相互作用形成钛酸盐，其晶胞结构如图所示。该晶胞中ca2的配位数是_，该晶胞的化学式为_。(2)m原子的外围电子排布式为3s23p5，与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子)，该晶体的化学式为_。答案(1)12catio3(2)cucl解析(1)根据晶胞图可知，距离ca2最近且距离相等的o2有12个，故ca2的配位数为12，该晶胞中ca2数目1，ti4数目81，o2数目123，故化学式为catio3。(2)根据m的外围电子排布式为3s23p5，确定m为cl元素，该晶胞中cl原子数目864，cu原子数目4，故化学式为cucl。考点2四类晶体的组成和性质1四种类型晶体的比较续表2离子晶体的晶格能(1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kjmol1。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。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)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)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 。 (4)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 。(5)由原子形成的晶体不一定是原子晶体，如由稀有气体形成的晶体是分子晶体。(6)依据导电性判断晶体类型离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。原子晶体一般为非导体。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。金属晶体是电的良导体。(7)同种晶体熔点高低的比较原子晶体如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体a一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔点就越高，如熔点：al2o3mgonaclcscl。b晶格能越大，离子晶体熔点越高。分子晶体a具有氢键的分子晶体熔点反常地高。如熔点：h2oh2teh2se h2s。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：snh4geh4sih4ch4。b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，其熔点越高，如熔点：con2。c对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：金属晶体金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：namg金刚石石墨。()题组一 晶体类型的判断1nf3可由nh3和f2在cu催化剂存在下反应直接得到：4nh33f2nf33nh4f。上述化学方程式中的5种物质没有涉及的晶体类型为()a离子晶体 b分子晶体c原子晶体 d金属晶体答案c解析nh3、f2、nf3属于分子晶体，cu属于金属晶体，nh4f属于离子晶体。2现有几组物质的熔点()数据：a组b组c组d组金刚石：3550li：181hf：83nacl硅晶体：1410na：98hcl：115kcl硼晶体：2300k：64hbr：89rbcl二氧化硅：1723rb：39hi：51mgo：2800 据此回答下列问题：(1)由表格可知，a组熔点普遍偏高，据此回答：a组属于_晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是_。二氧化硅的熔点高于硅，是由于_。硼晶体的硬度与硅晶体相对比：_。(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)，可以用_理论解释。有金属光泽导电性导热性延展性(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)。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晶体的熔点高于三者，其原因解释为_。答案(1)原子共价键o的原子半径小于si的原子半径，sio的键长小于sisi的键长，sio的键能大于sisi的键能硼晶体大于硅晶体(2)金属键电子气(3)hf分子间能形成氢键(4)(5)naclkclrbclmgo晶体为离子晶体，离子晶体中离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高解析(1)a组由非金属元素组成，熔点很高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点高，硬度大。(2)b组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用电子气理论解释相关物理性质。(3)c组卤化氢晶体属于分子晶体，hf熔点高是由于分子之间形成了氢键。(4)d组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。题组二 晶体熔点的比较3下面的排序不正确的是()a熔点由高到低：namgalb硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅c晶体熔点由低到高：cf4ccl4cbr4 naclnabrnai答案a解析a项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为almgna，错误；b项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长cccsi碳化硅晶体硅，正确；c项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为cf4ccl4 cbr4naclnabrnai，正确。4下列各组物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是()hgi2o2sio2kclcorbknaalmgna金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅ci4cbr4ccl4cf4ch4生铁纯铁钠冰kclnaclbaocaoa b c d答案b解析常温下，hg为液态，i2为固态，o2为气态，故熔点：i2hgo2，错误；sio2为原子晶体，kcl为离子晶体，co为分子晶体，故熔点：sio2kclco，正确；金属键强度：nakrb，故熔点：nakrb，错误；金属键强度：almgna，故熔点：almgna，正确；共价键强度：ccsiosicsisi，故熔点：金刚石二氧化硅碳化硅晶体硅，错误；ci4、cbr4、ccl4、cf4、ch4均属于分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，正确；合金的熔点低于其成分金属，故熔点生铁clkca2o2na，故熔点caobaonaclkcl，错误。考点3典型晶体模型1四种典型晶体模型续表续表2晶体结构的相关计算(1)晶胞质量晶胞占有的微粒的质量晶胞占有的微粒数。(2)空间利用率。(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)面对角线长a。体对角线长a。体心立方堆积4ra(r为原子半径)。面心立方堆积4ra(r为原子半径)。 (1)判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，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)简单立方堆积属非密堆积方式；体心立方堆积属密堆积方式；面心立方堆积和六方堆积属最密堆积方式。(3)石墨晶体模型石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面结构，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。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)1 mol金刚石和sio2中含有的共价键数目均为4na。()(2)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。()(3)氯化钠晶体中，每个na周围距离相等且最近的na共有6个。()(4)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。()(5)金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子。()题组一 根据晶胞结构判断晶体类型1碳元素的单质有多种形式，如图依次是c60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、c60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)c60属于_晶体，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内cc键的键长为142 pm，而金刚石中cc键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在cc间的_共价键，而石墨层内的cc间不仅存在_共价键，还有_键。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大)解析(1)金刚石、石墨、c60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键，c原子采取sp3杂化方式；石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以键结合。(3)c60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在cc之间的键；石墨层内的cc之间不仅存在键，还存在键。2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：熔点/硬度水溶性导电性水溶液与ag反应a811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀b3500很大不溶不导电不反应c114.2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)naclchcl(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所述a、b、c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。题组二 常见晶胞结构的相关计算3(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，已知cuh晶体结构单元如右图所示。该化合物的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数的值为na，则该晶胞中cu原子与h原子之间的最短距离为_cm(用含和na的式子表示)。(2)cufes2的晶胞如图所示，晶胞参数a0.524 nm，b0.524 nm，c1.032 nm；cufes2的晶胞中每个cu原子与_个s原子相连，列式计算晶体密度_。(3)nah具有nacl型晶体结构，已知nah晶体的晶胞参数a488 pm，na半径为102 pm，h的半径为_，nah的理论密度是_ gcm3。答案(1) (2)44.31 gcm3(3)142 pm1.37解析(1)cuh晶胞中有cu原子数目864，含有h原子数目4，则晶胞的边长 cm，则cu原子与h原子之间的最短距离 cm。(2)根据晶胞图可知，每个cu原子与4个s原子相连，该晶胞中含有cu原子数目8414，含有fe原子数目464，含有s原子数目8个，故化学式为cufes2，该晶体密度4.31 gcm3。(3)由nacl晶胞可知，nah晶胞中na位于棱上和体心，h位于顶点和面心，故nah晶胞的边长相当于h的直径和na的直径之和，故h的半径为142 pm。nah晶胞中含有4个na和4个h，则该晶体的密度为 g(4881010 cm)31.37 gcm3。晶胞各物理量的计算对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3nanm，a表示晶胞的棱长，表示密度，na表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，m表示晶体的摩尔质量。(1)计算晶体密度的方法(2)计算晶体中微粒间距离的方法12017高考题组(1)全国卷钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：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_。kio3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，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_。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。(2)全国卷我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(n5)6(h3o)3(nh4)4cl(用r代表)。回答下列问题：r的晶体密度为d gcm3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个(n5)6(h3o)3(nh4)4cl单元，该单元的相对质量为m，则y的计算表达式为_。(3)全国卷研究发现，在co2低压合成甲醇反应(co23h2=ch3ohh2o)中，co氧化物负载的mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：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。答案(1)k原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱0.31512体心棱心(2)(3)0.1480.076解析(1)cr的原子半径小于k且其价电子数较多，则cr的金属键强于k，故cr的熔、沸点较高。k与o间的最短距离为a0.446 nm0.315 nm；由于k、o分别位于晶胞的顶角和面心，所以与k紧邻的o原子为12个。根据kio3的化学式及晶胞结构可画出kio3的另一种晶胞结构，如图，可看出k处于体心，o处于棱心。(2)晶胞的质量为d g/cm3(a107 cm)3a3d1021 g，na个该单元的质量为m g，则，故y。(3)因为o2采用面心立方最密堆积方式，面对角线是o2半径的4倍，即4r(o2)a，解得r(o2)0.148 nm；根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此2r(mn2)2r(o2)0.448 nm，所以r(mn2)0.076 nm。22016高考题组(1)全国卷改编下图为ge单晶的晶胞。已知a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。(2)全国卷某镍白铜合金的立方晶胞结构如下图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。(3)全国卷gaas的熔点为1238 ，密度为 gcm3，其晶胞结构如下图所示。该晶体的类型为_，ga与as以_键键合。ga和as的摩尔质量分别为mga gmol1和mas gmol1，原子半径分别为rga pm和ras pm，阿伏加德罗常数值为na，则gaas晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。答案(1)107(2)31107(3)原子晶体共价100%解析(1)1个晶胞含有8个锗原子，107 gcm3。(2)cu原子位于面心，个数为63，ni原子位于顶点，个数为81，铜原子与镍原子的数量比为31。以该晶胞为研究对象，则 gd gcm3(a107 cm)3，解得a107。(3)根据晶胞结构示意图可以看出，as原子与ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合gaas的熔点知gaas是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有as原子的个数：864，再通过观察可知1个晶胞中含有4个ga原子。4个as原子和4个ga原子的总体积v141030r1030r cm3；1个晶胞的质量为4个as原子和4个ga原子的质量之和，即 g，所以1个晶胞的体积v2(masmga) cm3。最后由v1/v2即得结果。32015高考题组(1)全国卷a、b、c、d为原子序数依次增大的四种元素，a2和b具有相同的电子构型；c、d为同周期元素，c核外电子总数是最外层电子数的3倍；d元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：a和b能够形成化合物f，其晶胞结构如下图所示，晶胞参数a0.566 nm，f的化学式为_；晶胞中a原子的配位数为_；列式计算晶体f的密度_。(2)四川高考x、z、q、r、t、u分别代表原子序数依次增大的短周期元素。x和r属同族元素；z和u位于第a族；x和z可形成化合物xz4；q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等；t的一种单质在空气中能够自燃。x所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是_(填化学式)；z和u的氢化物中沸点较高的是_(填化学式)；q、r、u的单质形成的晶体，熔点由高到低的排列顺序是_(填化学式)。答案(1)na2o82.27 gcm3(2)hno3hfsi、mg、cl2解析(1)c的核外电子总数是最外层电子数的3倍，则c可能是li或p，但是a、b、c、d原子序数依次增大，且b存在离子形式，所以c应为p，d的最外层只有一个未成对电子，且c、d同周期，所以d为cl。a2和b的电子层结构相同，则a为o，b为na。由晶胞图知，小球有8个，大球有864，所以化学式为na2o。小球为na，大球为o。a为o，由晶胞结构知，面心上的1个o连有4个na，在相邻的另一个晶胞中，o也连有4个na，故o的配位数为8。1个晶胞中含有4个na2o，根据密度公式有：2.27 gcm3。(2)根据题目信息可推知x、z、q、r、t、u分别为c、f、mg、si、p、cl。x位于第二周期，该周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是hno3；hf分子间存在氢键，所以hf的沸点高于hcl的；mg为金属晶体，si单质为原子晶体，cl2为分子晶体，故熔点simgcl2。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题6分，共54分)1关于晶体的叙述中，正确的是()a原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高b分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定c分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高d某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体答案a解析b项，分子的稳定性取决于分子内部共价键的强弱，与分子间作用力无关；c项，分子晶体熔、沸点的高低，取决于分子间作用力的大小；d项，也可能是分子晶体，如hcl。22017宜昌模拟下列说法正确的是()a钛和钾都采取图1的堆积方式b图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积c图3是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为a cm，则在每个co2周围最近且等距离的co2有8个d图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取abcabc堆积的结果答案d解析图1表示的堆积方式为六方最密堆积，k采用体心立方堆积，a错误；b在二维空间里的非密置层放置，在三维空间得到体心立方堆积，b错误；干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为12，即每个co2周围距离相等的co2分子有12个，c错误；该晶胞类型为面心立方，金属原子在三维空间里密置层采取abcabc堆积，d正确。3下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()a熔点：nafmgf2alf3b晶格能：nafnaclnabrc阴离子的配位数：csclnaclcaf2d硬度：mgocaobao答案a解析由于r(na)r(mg2)r(al3)，且na、mg2、al3所带电荷依次增大，所以naf、mgf2、alf3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。r(f)r(cl)r(br)，故naf、nacl、nabr的晶格能依次减小。在cscl、nacl、caf2中阴离子的配位数分别为8、6、4。r(mg2)r(ca2)m