晶体结构与性质

题专十六物质结构与性质(选考)晶体结构与性质

2.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。

考纲要求:1.化学键与物质的性质：(1)理解离子键、共价键的含义，能说明离子键、共价键的形成；(2)了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质；3.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；4.能用金属键的自由电子理论解释金属的某些物理性质；5.知道金属晶体的基本堆积方式，了解简单晶体的晶胞结构特征(能进行晶体内部空隙的识别、与晶胞的边长等晶体结构参数相关的计算)；栏目索引考点

微粒作用与晶体结构1.离子键——离子晶体(1)化学键：相邻原子之间强烈的相互作用。化学键包括

、

和

。(2)离子键：阴、阳离子通过

形成的化学键。离子键强弱的判断：离子半径越

，离子所带电荷数越

，离子键越

，离子晶体的熔沸点越

。知识精讲考点微粒作用与晶体结构离子键共价键金属键静电作用小多强高离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量，晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。晶格能

，离子晶体的熔、沸点越

，硬度越

。越大大高(3)离子晶体：通过离子键作用形成的晶体。①典型的离子晶体结构：NaCl型晶体CsCl型晶体每个Na＋周围被6个Cl－所包围，同样每个Cl－也被6个Na＋所包围每个正离子被8个负离子包围着，同时每个负离子也被8个正离子所包围②晶胞中粒子数的计算方法——均摊法位置顶点棱边面心体心贡献1/81/41/212.共价键——原子晶体(1)原子晶体：所有原子间通过共价键结合成的晶体或相邻原子间以共价键相结合而形成

结构的晶体。(2)典型的原子晶体有金刚石(C)、晶体硅(Si)、二氧化硅(SiO2)。空间立体网状(3)典型原子晶体结构

金刚石二氧化硅结构示意图晶胞示意图特点正四面体空间网状结构，最小的碳环中有6个碳原子，每个碳原子与周围4个碳原子形成四个共价键，1mol金刚石中含有2mol碳碳键二氧化硅晶体是空间网状结构，最小的环中有6个硅原子和6个氧原子，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，1molSiO2中含有4mol硅氧键(4)共价键强弱和原子晶体熔沸点大小的判断：原子半径越

，形成共价键的键长越

，共价键的键能越

，其晶体熔沸点越

。如熔点：金刚石

碳化硅

晶体硅。小短大高>>3.分子间作用力——分子晶体(1)分子间作用力：把分子聚集在一起的作用力。分子间作用力是一种静电作用，比化学键弱得多，包括范德华力和氢键。范德华力一般

饱和性和方向性，而氢键则

饱和性和方向性。没有有(2)①分子晶体：分子间以分子间作用力(范德华力、氢键)相结合的晶体，典型的分子晶体有冰、干冰。其晶体结构模型及特点为

干冰冰晶体模型结构特点干冰晶体是一种立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体，在六个面的中心又各占据1个CO2分子。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个(同层4个，上层4个，下层4个)每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小②分子间作用力强弱和分子晶体熔沸点大小的判断：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越

，克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更

的能量，熔沸点越

。但存在氢键时分子晶体的熔沸点往往反常地

。大多高高(3)NH3、H2O、HF中由于存在氢键，使得它们的沸点比同族其他元素氢化物的沸点反常地高。影响物质的性质方面：增大物质的熔沸点，增大物质的溶解性。表示方法：X—H…Y(N、O、F)，一般都是氢化物中存在。4.金属键——金属晶体(1)金属键：金属离子和

之间强烈的相互作用。运用自由电子理论可解释金属晶体的导电性、导热性和延展性。自由电子晶体中的微粒导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用(2)①金属晶体：通过金属键作用形成的晶体。②金属键的强弱和金属晶体熔沸点的变化规律：阳离子所带电荷数越

，半径越

，金属键越

，熔沸点越高，如熔点：Na

Mg

Al，Li

Na

K

Rb

Cs。金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。多小强<<>>>>5.分子晶体、原子晶体、离子晶体与金属晶体的结构微粒，以及微粒间作用力的区别晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体离子晶体结构微粒原子分子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间作用(力)共价键分子间作用力复杂的静电作用离子键熔沸点很高很低一般较高，少部分低较高硬度很硬一般较软一般较硬，少部分软较硬溶解性难溶解相似相溶难溶(Na等与水反应)易溶于极性溶剂导电情况不导电(除硅)一般不导电良导体固体不导电，熔化或溶于水后导电实例金刚石、水晶、碳化硅等干冰、冰、纯硫酸、H2(S)等Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3、NaOH等6.物质熔沸点的比较(1)不同类型晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。①离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。②分子晶体：对于同类分子晶体，相对分子质量越大，则熔沸点越高。③原子晶体：键长越短，键能越大，则熔沸点越高。(3)常温常压下状态：①熔点：固态物质>液态物质；②沸点：液态物质>气态物质。题组集训1.[2015·全国卷Ⅰ，37(4)(5)](4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(5)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：分子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。321242.[2014·新课标全国卷Ⅰ，37(3)(4)改编]Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有__________个铜原子。Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为_________。列式表示Al单质的密度________________________g·cm－3。16123.[2014·江苏，21(A)—(5)]Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为__________。124.[2014·四川理综，8(3)]Z基态原子的M层与K层电子数相等，它与某元素形成的化合物的晶胞如下图所示，晶胞中阴离子和阳离子的个数之比是_________。2∶15.[2014·福建理综，31(2)(3)(4)]氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。(2)关于这两种晶体的说法，正确的是________(填序号)。a.立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大b.六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c.两种晶体中的B—N键均为共价键d.两种晶体均为分子晶体解析立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有σ键和π键无关，与晶体的结构有关，即立方相氮化硼晶体为原子晶体，硬度较大，a错误；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的，故其作用力小，质地较软，b正确；B和N都是非金属元素，两种晶体中的B—N键都是共价键，c正确；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，属于混合型晶体，立方相氮化硼晶体为原子晶体，d错误。答案

bc(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为____________，其结构与石墨相似却不导电，原因是______________________________。解析六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，同一层上的原子在同一平面内，根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知，1个B原子与3个N原子相连，故为平面三角形结构；由于B最外层有3个电子都参与了成键，层与层之间没有自由移动的电子，故不导电。平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为____。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是____________。解析立方相氮化硼晶体的结构与金刚石相似，故B原子为sp3杂化；该晶体存在地下约300km的古地壳中，因此制备需要的条件是高温、高压。sp3高温、高压6.[2014·新课标全国卷Ⅱ，37(4)(5)]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。解析

e为Cu，c为O，由图1可知，晶胞中含Cu原子数为4个，含O原子为8×＋1＝2个，故化学式为Cu2O，O为－2价，则Cu为＋1价。答案

＋1(5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________________；该化合物加热时首先失去的组分是_____，判断理由是_______________________________________。解析含有H、N、O、S、Cu5种元素的化合物，结合课本选修3配合物有关知识和题目所给信息，观察中心为1个Cu2＋，周围为4个NH3分子和2个H2O分子，得到该化合物化学式为[Cu(NH3)4]SO4·2H2O，加热时，由于H2O和Cu2＋作用力较弱会先失去。共价键和配位键H2OH2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱7.[2013·新课标全国卷Ⅰ，37(2)(3)(4)(6)](2)硅主要以硅酸盐、_________等化合物的形式存在于地壳中。(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献______个原子。解析金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是

。二氧化硅共价键3(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为__________________________________________。Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2(6)在硅酸盐中，SiO四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中Si原子的杂化形式为______________，Si与O的原子数之比为______________，化学式为________________。8.[2013·新课标全国卷Ⅱ，37(3)(4)]前四周期