山东版高考化学总复习专题十二晶体结构与性质（讲解练）教学讲练

1、专题十二晶体结构与性质化学 山东省专用考点清单考点一晶体常识1.晶体与非晶体的特征(1)晶体与非晶体的比较 晶体非晶体微观结构原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无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)获得晶体的三条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)。溶质从溶液中析出。2.晶胞(1)概念:晶胞是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。考点二晶体结

2、构与性质1.晶体的基本类型与性质晶体类型离子晶体分子晶体共价晶体金属晶体举例NaCl、CsClCO2、HClSiO2、金刚石Na、Fe构成晶体粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间的相互作用离子键分子间作用力共价键金属键熔、沸点较高较低高一般较高硬度较大较小大较大其他在熔融状态下或水溶液中能够导电固态、熔融状态均不导电,溶于水可能导电一般不导电,个别为半导体导电、导热,有延展性,有金属光泽2.离子晶体的晶格能(1)概念气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量,通常取正值,单位为kJmol-1。(2)影响因素1)离子所带电荷数:离子所带电荷数越多,晶格能越大。2)离子的半径:离子的半径

3、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。3.典型晶体模型知能拓展有关晶胞的计算1.“均摊法”突破晶胞组成的计算(1)原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果被n个晶胞所共用,那么,每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1/n。(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,那么一个六边形实际有6=2个碳原子。又如,在六棱柱晶胞(如图中所示的MgB2晶胞)中,顶点上的原子为6个晶胞(同层3个,上层或下层3个)共有,

4、面上的原子为2个晶胞共有,因此镁原子个数为12+2=3,硼原子个数为6。晶胞密度的计算模板:若为立方晶胞,存在关系式:=(a表示晶胞边长,表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的数值,n表示1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量,M表示摩尔质量)。2.晶体粒子与M、(晶体密度,gcm-3)之间的关系例(2018聊城三模,35)铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。回答下列问题:(1)铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是。(2)酞菁钴分子的结构简式如图所示,中心离子为钴离子,酞菁钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是,三种非金属元素的电负性由大到小的顺序

5、为(用相应的元素符号表示);氮原子的杂化轨道类型为。(3)Fe(CO)x常温下呈液态,熔点为-20.5 ,沸点为103 ,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于(填晶体类型),若配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18,则x=。(4)NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:NiOFeO(填“”“CH。酞菁钴分子中,1、3号N原子为sp3杂化,2、4号N原子为sp2杂化,没有与Co形成化学键的4个N原子为sp2杂化。(3)分子晶体的熔、沸点较低,根据题给信息知,Fe(CO)x的熔、沸点较低,

6、属于分子晶体,配合物Fe(CO)x的中心原子是铁原子,其价电子数是8,每个配体提供的电子数是2,8+2x=18,x=5。(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与离子键的强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高,由于Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径,故熔点:NiOFeO。(5)根据图示,砷离子周围有4个镍离子,构成正四面体,配位数为4,晶体中Ni和As的数目比为11,因此镍离子周围也有4个砷离子,配位数为4。根据图示,晶胞中含有的镍离子和砷离子的数目均为4个,晶胞的质量为 g= g,晶体密度为 gcm-3,则晶胞的

7、边长为 cm,晶胞中最近的镍离子之间的距离为面对角线的一半,即为 cm。答案(1)铁(2)2、4NCHsp2、sp3(3)分子晶体5(4)离子所带电荷数相同时,离子半径越小,晶格能越大(5)4 实践探究根据晶胞的结构进行计算时,可利用均摊法先确定晶胞中含有的微粒数目,再根据“摩尔质量=密度晶胞体积”建立等量关系,进而解答相关计算问题。例(2019重庆沙坪坝等主城六区一调,35)因瓦合金俗称殷钢,是一种镍铁合金,由于其膨胀系数极小,又称不变合金。回答下列问题:(1)基态镍原子的价电子轨道表达式为;铁的基态原子核外未成对电子数为。(2)丁二酮肟(分子式为C4H8N2O2)所含的碳、氮、氧三种元素中

8、第一电离能最大的是(填元素符号)。在稀氨水介质中,Ni2+与丁二酮肟反应可生成鲜红色沉淀,其分子结构如图所示,该结构中碳原子的杂化方式为;该结构中除含极性键、非极性键、配位键外,还含有。(3)铁、镍易与CO作用形成羰基配合物Fe(CO)5、Ni(CO)4。1个Fe(CO)5分子中含有键数目为;已知Ni(CO)4分子为正四面体构型,下列溶剂能够溶解Ni(CO)4的是(填写字母)。A.四氯化碳B.苯C.水D.液氨(4)经查,氯化亚铁的熔点为674 ,沸点为1 023 ;而氯化铁的熔点为306 ,沸点为315 。二者熔、沸点差异较大的原因是 。(5)Fe3O4晶体中O2-的重复排列方式如图所示,该排

9、列方式中存在着由如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的正八面体空隙;Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中,Fe2+和另一半的Fe3+填充在八面体空隙中。则Fe3O4晶体中,正四面体空隙数与O2-数之比为。Fe3O4晶体密度为5.18 gcm-3,请计算a=cm(写出计算式即可)。解析(1)镍为28号元素,其价电子排布式为3d84s2,价电子轨道表达式为;基态铁原子价电子排布式为3d64s2,可知其核外未成对电子数为4。(2)C、N、O三种元素均为第二周期元素,根据同周期元素第一电离能递变规律和N原子2p轨道为半充满状态,可知N的第一电离能

10、最大。该鲜红色沉淀分子结构中形成CN键的C原子采取sp2杂化,CH3中的C原子采取sp3杂化。从图示结构中可看出,该分子中还含有氢键。(3)CO与N2互为等电子体,每个CO分子中含1个键,则1个Fe(CO)5分子中含10个键。根据Ni(CO)4分子为正四面体构型可知Ni(CO)4为非极性分子,根据相似相溶原理可知四氯化碳和苯均能溶解Ni(CO)4,而水和液氨均为极性溶剂,不能溶解Ni(CO)4。(4)FeCl2为离子晶体,而FeCl3为分子晶体,故二者熔、沸点相差较大。(5)图示结构中由如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙有8个,1个晶胞中含有的O2-数目为8+6=4,即正四面体空隙与O2-数目之比为84=21。图示结构中O2-数目为4,则Fe2+与Fe3+总数为3,即1个晶胞中含1个Fe3O4,则232 g=a35.18