高中化学第二轮专题复习教学案：物质的聚集状态与物质性质

1、第 3 节 物质的集合状态与物质性质考纲定位 1. 懂得离子键的形成, 能依据离子化合物的结构特点说明其物理性质； 2. 明白原子晶体的特点,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. 懂得金属键的含义, 能用金属键理论说明金属的一些物理性质；明白金属晶体常见的积累方式；4.明白晶体类型,明白不同类型晶体中结构微粒及微粒间作用力的区 别；5. 明白晶胞概念,能依据晶胞确定晶体组成并进行相关的运算；6. 明白晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响；7. 明白分子晶体结 构与性质关系；考点 1| 晶体与晶胞 1晶体与非晶体 1 晶体与非晶体比较结构特点晶体非晶体结构微粒在三维空间结构微

2、粒里呈周期性有序排列无序排列性质 特点自范性 熔点 异同表现有无固定不固定各向异性无各向异性二者间接方法看是否有固定的熔点区别方科学方法对固体进行 X-射线衍射试验法 2 获得晶体的途径 熔融态物质凝固；气态物质冷却不经液态直接凝固 凝华 ；第 1 页 共 22 页溶质从溶液中析出；2晶胞 1 概念：描述晶体结构的基本单元；2 晶体中晶胞的排列无隙并置；无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；并置：全部晶胞平行排列、取向相同；3 一般外形为平行六面体；4 晶胞中粒子数目的运算均摊法晶胞任意位置上的一个原子假如是被个晶胞对这个原子分得的份额就是1 n；n 个晶胞所共有, 那么,每长方体 包括立方体 晶胞

3、中不同位置的粒子数的运算非长方体：如三棱柱示例第 2 页 共 22 页CaF2的晶胞如下图所示；该晶胞含Ca 24 个 ,F8 个； 高考命题点突破 命题点 1 晶体的性质 1如图是某固体的微观结构示意图,请仔细观看两图,判定下 列说法正确选项 A两种物质在肯定条件下都会自动形成有规章几何外形的晶体 B形成的固体物理性质有各向异性 C形成的固体肯定有固定的熔、沸点 D二者的 X-射线图谱是相同的B 会自动形成规章几何外形的晶体,具有各向异性,X射线图谱有明锐的谱线；不会形成晶体； 22022 全国卷,节选 准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过_ 方法区分晶体、准晶体

4、和非晶体；【解析】晶体是内部质点 原子、分子或离子 在三维空间周期 性地重复排列构成的固体物质, 而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列,因此可以通过X-射线衍射的方法进行区分,晶体能使X-射线发生衍射,而非晶体、准晶体就不能；【答案】X-射线衍射第 3 页 共 22 页命题点 2 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判定 3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四周结合 E的个数是 _；4 乙晶体中每个 A四周结合 B的个数为 _；【答案】1X 2Y 21 3138 412 4.Zn 与 S

5、所形成化合物晶体的晶胞如右图所示；1 在 1 个晶胞中, Zn 2的数目为 _；2 该化合物的化学式为 _；【解析】1 从晶胞图分析,1 个晶胞含有 Zn 2的个数为 81 861 24；2S 为 4 个,所以化合物中化学式为 ZnS；【答案】14 2ZnS Zn 与 S数目之比为 11,就5Cu元素与 H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如下图所示；就该化合物的化学式为_；1 346；【解析】Cu个数： 121 621 236,H个数： 6【答案】CuH 第 4 页 共 22 页 易错防范 均摊法运算应留意的问题在使用均摊法运算晶胞中微粒个数时,要留意晶胞的外形, 不同外形的晶胞, 应

6、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；命题点 3 晶体密度及粒子间距的运算 62022 全国卷组合 1 卷,节选 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,如下列图；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,就 K处 于_位置, O处于_位置；2 卷,节选 N5 6H3O3NH4 4Cl 的晶体密度为 d g cm 3

7、,其立方晶胞参数为 a nm,晶胞中含有 y 个N 5 6H3O3NH4 4Cl 单元,该 单 元 的 相 对 质 量 为 M , 就 y 的 计 算 表 达 式 为_；2 2【解析】1 K 与 O 间的最短距离为 2a2 0.446 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；依据 KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3 的另一种晶胞结构,如下图,可看出 K 处于体心, O处于棱心；第 5 页 共 22 页2 晶胞的质量为 d g/cm3 a 10 7 cm 3a 3d 1021 g,NA个该单元的质量为 Mg,就a 3d 10y 2

8、1 gM NA,故 y602a 3d 或a 3dNAM 10 21 ；【答案】1 0.315 12 体心 棱心2 602a M 3d 或a 3dNAM 102172022 全国卷,节选 GaAs的熔点为 1 238 ,密度为 g cm3,其晶胞结构如图所示；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MGag mol 1和 MAs g mol1,原子半径分别为 r Gapm和 r As pm,阿伏加德罗常数值为 晶胞体积的百分率为 _；NA,就 GaAs晶胞中原子的体积占【解析】GaAs的熔点为 1 238 ,其熔点较高, 据此推知 GaAs 为原子晶体, Ga与

9、 As 原子之间以共价键键合；分析 GaAs的晶胞结 构,4 个 Ga原子处于晶胞体内, 8 个 As 原子处于晶胞的顶点、 6 个 As 原子处于晶胞的面心,结合“ 均摊法” 运算可知,每个晶胞中含 有 4 个 Ga原子,含有 As 原子个数为 8 1/8 6 1/2 4,Ga和 As的原子半径分别为r Ga pmr Ga 1010 cm,r As pmr As 1010 cm,就第 6 页 共 22 页4原子的总体积为 V原子 43 r Ga 1010cm 3r As 10 10 cm 3163 1030r Gar Ascm 3；又知 Ga和 As的摩尔质量分别为 MGag mol1 和

10、MAs g mol1,晶胞的密度为 g cm 3,就晶胞的体积为 V晶胞4 MGaMAs/ NA cm 3,故 GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为V原子 100%1630 10rGar3 As33 cm 100%3V晶胞4MGaMAs cm NA4 1030 NArGar3 100%；As3M GaMAs【答案】原子晶体共价4 10 30 NArGar3 100%As3MGaMAs82022 全国卷,节选 某镍白铜合金的立方晶胞结构如下列图；1 晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_；2 如合金的密度为 d g cm3,晶胞参数 a_nm；【解析】1 由晶胞结构图可知, Ni 原子处于立方

11、晶胞的顶点,Cu原子处于立方晶胞的面心,依据均摊法,每个晶胞中含有 Cu原子 81,故晶胞中 Cu原 的个数为 61 23,含有 Ni 原子的个数为 8 1 子与 Ni 原子的数量比为 31；第 7 页 共 22 页2 依据 m V 可得,1 mol 晶胞的质量为 64 3 59ga 3 dg cm 3 NA,就 a6.02 10 25123 d 13cm6.02 10 25123 d 13 10 7 nm；【答案】13 1 2 6.02 10 25123 d 3 10 1 7 或 3 251NAd 10 7 方法技巧 晶体结构的相关运算1 晶胞运算公式 立方晶胞 a 3 NAnM a：棱长,

12、 ：密度, NA：阿伏加德罗常数的值, n：1 mol 晶胞所含基本粒子或特定组合的个数, M：组成的摩尔质量；2 金属晶体中体心立方积累、面心立方积累中的几组公式设棱长为 a面对角线长2a ；体对角线长3 a；体心立方积累4r 3 ar 为原子半径面心立方积累4r 2 ar 为原子半径3空间利用率晶胞中微粒体积；晶胞体积第 8 页 共 22 页考点 2| 常见晶体模型的微观结构分析 1原子晶体金刚石与 SiO21 金刚石晶体中,每个C与另外 4 个 C形成共价键,碳原子实行 sp 3 杂化,CC键之间的夹角是 109 28 ,最小的环是 6 元环；每个 C被 12 个六元环共用；含有1 mo

13、l C的金刚石中形成的CC有2 mol ；在金刚石的晶胞中,内部的 晶胞含有 8 个 C；C 在晶胞的体对角线的1 4处；每个2SiO 2晶体中,每个 Si 原子与 4 个 O原子成键,每个 O原子与2 个 Si 原子成键,最小的环是12 元环,在“ 硅氧” 四周体中,处于中心的是 Si 原子； 1 mol SiO 2晶体中含 Si O键数目为 4NA,在 SiO2 晶体中 Si 、O原子均实行 sp 3 杂化；2分子晶体干冰和冰1 干冰晶体中,每个CO 2 分子四周等距且紧邻的CO 2 分子有 12个,属于分子密积累；晶胞中含有 I 2、晶体 O2 等；4 个 CO 2分子；同类晶体仍有晶体

14、第 9 页 共 22 页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 1 mol H 2O的冰中,最多可形成 2 mol 氢键；晶胞结构与金 刚石相像,含有 8 个 H2O；3金属晶体 1 “ 电子气理论” 要点 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“ 电子气” , 被全部原子所共用, 从而把全部金属原子维系在一起；2 金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用；3 金属晶体的常见积累结构型式常见金属配位晶胞数面心立方最密积累Cu、Ag、Au 12 铜型 体心立方Na、K、Fe 8 积累六方最密积累Mg、Zn、Ti 12 镁型 简洁立方Po 6

15、 第 10 页 共 22 页积累说明：六方最密积累是按ABABAB 的方式积累,面心立方最密积累是按 ABCABCABC 的方式积累；4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；3CaF 2型：在晶体中, F的配位数为 4,Ca 2的配位数为 8,晶胞中含 4 个 Ca 2,含 8 个 F；晶胞中 Ca 2在体对角线的1 4处；5. 石墨晶体混合型晶体1 石墨层状晶体中,层与层之间的作

16、用是范德华力；2 平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 的杂化方式是 sp 2；2,C原子实行3 每层中存在 键和 键,仍有金属键；4C C的键长比金刚石的 5 能导电；CC键长短,熔点比金刚石的高； 高考命题点突破 命题点 常见晶体的微观结构分析 12022 全国卷,节选 MgO具有 NaCl 型 结构 如图 ,其中阴离子采纳面心立方最密积累方 式,X射线衍射试验测得 MgO的晶胞参数为 a0.420 第 11 页 共 22 页nm,就 rO 2 为_nm；MnO也属于 NaCl 型结构,晶胞参数为 a0.448 nm,就 r Mn 2为_nm；【解析】O 2采纳面心立方最密积累方式,面对角线

17、是O 2半径的 4 倍,即 4r O 2 2a,解得 r O 2 0.148 nm；依据晶胞的结构可知,棱上阴阳离子相切,因此 2r Mn 2 2r O 20.448 nm ,所以 rMn 2 0.076 nm；【答案】0.148 0.076 22022 全国卷,节选 原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置；下图为 Ge 单晶的晶胞,其中原子坐标参数 A 为0,0,0；B 为1 2,0,1 2；C 为 1 2,1 2,0 ；就 D 原子的坐标参数为_；【解析】依据题给图示可知, D原子的坐标参数为4,1 4,1 4；【答案】1 4,1 14,432022 全国卷,节选 碳有多种同素异形体,

18、其中石墨烯与金刚石的晶体结构如下列图：1 在石墨烯晶体中,每个C 原子连接 _个六元环,每个第 12 页 共 22 页六元环占有 _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1 3 62；2 由金刚石的结构可知, 每个 C可参加形成 4 条 CC键,其中 任意两条边 共价键 可以构成 2 个六元环；依据组合学问可知四条边 共价键 任选其中两条有6 组,6 212；因此每个 C 原子连接 12个六元环；六元环中C原

19、子实行 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】13 2 212 4 42022 衡水模拟 CaC2晶体的晶胞结构与 NaCl晶体的相像 如图所示 ,但 CaC2 晶体中由于哑铃形的2C 2 存在,使晶胞沿一个方向拉长；以下关于 CaC 2 晶体的说法中正确选项 【导学号：95160414】A1 个 Ca 2四周距离最近且等距离的2C 2 数目为 6 B该晶体中的阴离子与 F2是等电子体C6.4 g CaC 2晶体中含阴离子 0.1 mol D与每个 Ca 2距离相等且最近的Ca 2共有 12 个C A 项,依据晶胞示意图可以看出,晶胞的一个平面的长与宽不相等

20、,再由图中体心可知,1 个 Ca 2四周距离最近的 C 2 有 4 个,第 13 页 共 22 页2而不是 6 个,错误； B 项,C 2 含电子数为 2 6214,F2的电子数为 18,二者电子数不同,不是等电子体,错误；C 项,6.4 g CaC 2为 0.1 mol ,就含阴离子 0.1 mol ,正确； D项,与每个 Ca 2距离相等且最近的 Ca 2为 4 个,错误； 题后归纳 立方体中粒子四周粒子的个数判定1 A四周有 4个B,B四周有 12个A2 A四周有 2个C,C四周有 6个A3 B四周有 6个D,D四周有 2个B4 B四周有 8个C,C四周有 8个B5 C四周有 12个D,

21、D四周有 4个C6 A四周有 4个D,D四周有 4个A考点 3| 四种晶体的性质与判定1晶格能1 定义1 mol 离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸取的能量,单位 kJ/mol ,通常取正值；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固,且熔点越高,硬度越大；【留意】晶格能只描述离子晶体的性质；实例：比较以下晶格能大小：第 14 页 共 22 页1NaClKCl ；2CaF2MgO；3Na 2SKCl；2四种晶体类型比较类型分子晶体原子晶金属晶体离子晶体比较体金属阳离构成粒子分

22、子原子子阴、阳离子和自由电子粒子间的分子间作用力共价键金属键离子键相互作用力有的很硬度较小很大大,有的较大很小有的很熔、沸点较低很高高,有的较高很低溶解性相像相溶难溶于常见溶剂大多易溶于水任何溶难溶等极性溶剂剂导电、传热性一般不导电,一般不电和热的晶体不导电,溶于水后有的具有导水溶液或熔融良导体导电电性态导电第 15 页 共 22 页【留意】石墨晶体为混合型晶体,为层状结构,熔点比金刚石的高,导电； 高考命题点突破 命题点 1 晶体类型的判定 1在以下物质中： NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、NH4 2S、CO 2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石；1其

23、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原子晶体是_；6其中属于分子晶体的是_；【答案】1NaCl 、Na2S 2NaOH、NH4 2S 3NH 4 2S 4Na 2S25SiO 2、SiC 6H 2O2、CO 2、CCl4、C2H2212022 全国卷,节选 GaF3的熔点高于 1 000 ,GaCl3的熔点为77.9 ,其原因

24、是_；22022 全国卷,节选 CO能与金属 Fe 形成 FeCO5,该化第 16 页 共 22 页合物的熔点为 253 K,沸点为 376 K,其固体属于 _晶体；32022 全国卷,节选 O 和 Na的氢化物所属的晶体类型分 别为_和_；42022 福建高考,节选NF3 可由 NH 3和 F2 在 Cu催化剂存在下反应直接得到： 4NH 33F2= Cu NF33NH 4F 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】1GaF3为离子晶体, GaCl3为分子晶体 4abd 2 分子 3 分子晶体 离子晶体3有 A、B

25、、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,对这三种晶体进行试验,结果如表：A 熔点/ 硬水溶导电性水溶液与 Ag度性反应811 较易溶水溶液白色沉或熔融大淀导电B 3 500 很不溶不导电不反应大C 114.2 很易溶液态不白色沉小导电淀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_；第 17 页 共 22 页3 晶 体 中 微 粒 间 作 用 力 分 别 是 A_、 B_、C_；【解析】依据所述 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；

26、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；体【答案】1NaCl C HCl 2 离子晶体原子晶体分子晶3 离子键共价键范德华力 题后归纳 三角度判定晶体类型1 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判定 离子晶体的构成微粒是阴、 阳离子,微粒间的作用力是离子键；原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键；分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用 力；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 力是金属键；2 依据物质的分类判定 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；大多数非金属单质 除金刚

27、石、石墨、晶体硅等 、非金属氢化 物、非金属氧化物 除 SiO2外、几乎全部的酸、绝大多数有机物 除 有机盐外 是分子晶体；常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的 化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等；金属单质是金属晶体；第 18 页 共 22 页3 依据各类晶体的特点性质判定一般来说,低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质属于原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体；命题点 2 晶体主要性质 熔沸点、硬度等 比较412022 全国卷,节选 K 和 Cr 属于同一周期,

28、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_；22022 全国卷,节选 比较以下锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因_；熔点/ GeCl4GeBr4GeI426 146 49.5 沸点/ 83.1 186 约 400 32022 全国卷,节选 已知 A、B分别为 O、Na元素；单质A 有两种同素异形体,其中沸点高的是_填分子式 ,缘由是 _；A和 B的氢化物所属的晶体类型分别为_和_；【答案】1Cr的原子半径小于K 且其价电子数较多,就Cr的金属键强于 K 2GeCl 4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高；缘由是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力逐步增强第 19 页 共 22 页3O3O3 相对分子质量较大,范德华力大分子晶体离子