届高考化学一轮复习《晶体结构与性质》

选考部分第十三章物质结构与性质第3讲晶体结构与性质导航高考考点突破单元综合测试随堂演练自我诊断课时作业1．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。2．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。3．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。考纲解读本讲重点考查以下四点：1．根据晶胞的结构确定物质的化学式以及判断特定微粒周围微粒的个数。2．晶体的空间结构与物质性质之间的关系。3．晶体中微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。4．晶胞的有关计算。考向分析考点图析一、晶体的常识1．晶体与非晶体的区别基础知识梳理晶体非晶体微粒结构内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈____________内部原子或分子的排列________自范性有(能自发呈现多面体外形)________各向异性有(晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质)________对称性有无熔点________不固定2.晶胞(1)定义：在晶体微观空间里取出一个______________，这个描述晶体________的基本单元叫做晶胞。(2)结构：一般来说，晶胞都是________，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数个晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的________、________及________________是完全相同的。二、分子晶体和原子晶体1．分子晶体(1)结构特点①晶体中只含________。②分子间作用力为________，也可能有________。③分子密堆积：一个分子周围通常有____个紧邻的分子。(2)典型的分子晶体①冰水分子之间的主要作用力是________，也存在________，每个水分子周围只有________个紧邻的水分子。②干冰CO2分子之间存在________，每个CO2分子周围有________个紧邻的CO2分子。2．原子晶体(1)结构特点①晶体中只含原子。②原子间以________结合。③________结构。(2)典型的原子晶体——金刚石①碳原子以________杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为________。②每个碳原子与相邻的________个碳原子结合。三、金属晶体1．“电子气理论”要点①该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的________形成遍布________的“电子气”，被________所共用，从而把________维系在一起。②金属晶体是由________、________通过________形成的一种“巨分子”。③金属键的强度________。2．金属晶体的构成、通性及其解释金属晶体结构微粒作用力名称导电性导热性延展性金属阳离子和自由电子金属键自由电子在电场中作①____形成电流电子气中的自由电子在②________的作用下与金属原子③_____而导热当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层就会④________，但不会改变其⑤___________，而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间⑥________的作用四、金属晶体的原子堆积模型1．二维空间模型(1)非密置层，配位数为________。(2)密置层，配位数为________。2．三维空间模型(1)简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在同一直线上，配位数为________。只有________采取这种堆积方式。(2)钾型将非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的________，每层都照此堆积。如________、________、________等是这种堆积方式，配位数为________。(3)镁型和铜型密置层的原子按________型堆积方式堆积。若按______……的方式堆积为________型，按________……的方式堆积为________型。这两种堆积方式都是金属晶体的________，配位数均为12，空间利用率均为________。五、离子晶体1．概念(1)离子键：________间通过________(指________________________和____________________________的平衡)形成的化学键。(2)离子晶体：由________和________通过________结合而成的晶体。2．决定离子晶体结构的因素(1)几何因素：________________。(2)电荷因素：即正负离子________。(3)键性因素：离子键的________。3．一般物理性质一般地说，离子晶体具有较高的________点和________点，较大的________。这些性质都是因为离子晶体中存在着________。若要破坏这种作用需要________________。六、晶格能1．定义________形成1摩离子晶体________的能量，单位________________，通常取________。2．大小及其他量的关系(1)晶格能是最能反映离子晶体________的数据。(2)在离子晶体中，离子半径越________，离子所带的电荷数越________，则晶格能越大。(3)晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越________，形成的离子晶体就越________，而且熔点越________，硬度越________。答案：一、1.周期性重复排列不规则无无固定2．最小的重复单元结构平行六面体微粒种类数目微粒所处的空间位置二、1.(1)分子范德华力氢键12

(2)范德华力氢键4范德华力122．(1)共价键空间网状(2)sp3

109.5°

4三、1.(1)价电子整块晶体所有原子所有金属原子金属阳离子价电子金属键较大(2)定向移动外界能量相互碰撞发生相对滑动原来的排列方式润滑剂四、1.4

6

2.6

Po(钋)凹穴中Na

K

Fe

8最密ABAB镁ABCABC铜最密堆积74%五、1.(1)阴、阳离子静电作用异性电荷间的吸引力电子与电子、原子核与原子核间的排斥力(2)阴离子阳离子离子键2．正负离子的半径比电荷比极化程度3．熔沸硬度离子键一定的能量六、1.气态离子所释放kJ·mol－1或J·mol－1

kJ·mol－12．(1)稳定性(2)小多(3)强稳定高大1．常见的晶体结构模型考点一晶体的空间结构

晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解氯化铯晶体每8个Cs＋、8个Cl－各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异种离子(Cs＋或Cl－)。在每个Cs＋周围最近的等距离(设为)的Cl－有8个，在每个Cs＋周围最近的等距离(设为a)的Cs＋有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－周围最近的等距离的Cl－也有6个晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解二氧化碳晶体每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(，a为立方体棱长)的最近的CO2有12个(同层4个，上层4个、下层4个)晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解金刚石晶体金刚石晶体是一种空间网状结构——每个C与另外4个C以共价键结合，前者位于正四面体的中心。晶体中所有C—C键键长相等，键角相等(均为109°28′)；晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；晶体中每个C参与了4个C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解SiO2晶体每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后者在正四面体的顶点；同时每个O被两个正四面体所共用。每个正四面体占有一个完整的Si原子，四个“半O原子”，故晶体中Si原子与O原子个数比为1∶(4×)＝1∶22．常见的几种金属晶体的堆积方式三种典型结构类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位数81212常见金属的晶体结构(有些金属晶体可能有两种或三种晶格)Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Nb、Ta、Cr、W、FeCa、Sr、Cu、Ag、Al、Pb、Ni、Pd、PtBe、Mg、Ca、Sr、Co、Ni、Zn、Cd、Ti结构示意图空间利用率68.02%74.05%74.05%堆积形式体心立方最密堆积面心立方最密堆积六方最密堆积3.典型晶胞结构(1)比较氯化钠与氯化铯晶体氯化钠氯化铯晶体类型离子晶体晶体结构模型配位离子及数目Na＋∶Cl－＝6∶6Cs＋∶Cl－＝8∶8(2)比较金刚石和石墨晶体金刚石石墨晶体类型原子晶体混合型晶体结构模型作用力共价键碳原子与碳原子之间是共价键，而层与层之间是分子间作用力性质、用途硬度高、不导电；用于钻戒、装饰品等质软滑腻，电的良导体；用于润滑剂及电极等(3)比较二氧化硅和二氧化碳晶体二氧化硅二氧化碳(干冰)晶体类型原子晶体分子晶体结构模型微粒之间作用力共价键二氧化碳和二氧化碳之间是分子间作用力性质、比较硬度高、熔点高，难溶解于一般的溶剂等熔点低，易升华，能够溶解于水等(2)非长方体形(正方体形)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。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)对六边形的贡献为1/3。[例1]下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一部分：(1)代表金刚石的是(填编号字母，下同)________，其中每个碳原子与________个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于________晶体。(2)代表石墨的是________，每个正六边形占有的碳原子数平均为________个。(3)代表NaCl的是________，每个Na＋周围与它最接近且距离相等的Na＋有________个。(4)代表CsCl的是________，它属于________晶体，每个Cs＋与________个Cl－紧邻。(5)代表干冰的是________，它属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。[解析]根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体是简单的立方单元，每个Na＋与6个Cl－紧邻，每个Cl－又与6个Na＋紧邻，但观察Na＋与最近距离且等距离的Na＋数时要抛开Cl－，从空间结构上看是12个Na＋，即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。CsCl晶体由Cs＋、Cl－分别构成立方结构，但Cs＋组成立方的中心有1个Cl－，Cl－组成的立方体中心又镶入一个Cs＋，可称为“体心立方”结构，Cl－紧邻8个Cs＋，Cs＋紧邻8个Cl－。干冰也是立方结构，但在立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子，称为“面心立方”。实际上各面中央的CO2分子也组成立方体结构，彼此相互套入面的中心。所以每个CO2分子三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个CO2，共12个CO2分子。金刚石的基本单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻另外3个碳原子，即每个六边形占有1个碳原子的1/3，所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6×1/3＝2个。[答案](1)D

4原子(2)E

2

(3)A

12

(4)C离子8

(5)B分子121．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是(

)A．ZXY3

B．ZX2Y6C．ZX4Y8

D．ZX8Y12变式训练

[答案]A1．四种典型晶体比较考点二晶体类型和晶体类型的判断

类型比较离子晶体金属晶体分子晶体原子晶体概念离子间通过离子键结合而形成的晶体通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体构成晶体微粒阴、阳离子金属阳离子、自由电子分子原子类型比较离子晶体金属晶体分子晶体原子晶体微粒之间的作用力离子键金属阳离子与自由电子间的静电作用分子间作用力共价键物理性质熔、沸点较高有的高(如钨)、有的低(如汞)低很高硬度硬而脆有的高(如Cr)、有的低(如Na)低很高导电性熔融或在水溶液中导电良不良绝缘体(半导体)类型比较离子晶体金属晶体分子晶体原子晶体物理性质传热性不良良不良不良延展性差良差差溶解性易溶于极性溶剂，难溶于有机溶剂一般不溶于溶剂，钠等可与水、醇类、酸类反应极性分子易溶于极性溶剂；非极性分子易溶于非极性溶剂不溶于任何溶剂典型实例大部分碱(如NaOH)、盐(如NaCl)、金属氧化物(如Na2O)金属(如钠、铝、铁等)大多数非金属单质(如P4、硫等)、非金属氧化物(如干冰)、酸(如硫酸)、所有非金属氢化物(如甲烷、硫化氢等)金刚石、晶体硅、二氧化硅等2.判断晶体类型的方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体的微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体的微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。(2)依据物质的分类判断。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(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(除汞外)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1000℃；原子晶体熔点高，常在1000℃至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度；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；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较硬、脆；原子晶体硬度大；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。3．晶体熔、沸点高低的比较规律(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体>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，而汞、镓、铯等熔、沸点很低。(2)原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小的键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石>碳化硅>硅。(3)离子晶体一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。(4)分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；分子间具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②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SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③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、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④对于互为同分异构体的分子晶体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>(5)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，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al。合金的熔、沸点一般来说比它各组分纯金属的熔、沸点低。[例2]现有几组物质的熔点数据如下表：A组B组C组D组金刚石：3100℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶体：1410℃Na：98℃HCl：－114℃KCl：776℃硼晶体：2300℃K：64℃HBr：－87℃RbCl：718℃二氧化硅：1723℃Rb：39℃HI：－51℃CsCl：645℃据此回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。①有金属光泽②导电性③导热性④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)。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电[解析]A组熔点高，而且已知金刚石、硅为原子晶体；B组为金属晶体，所以应该具备金属晶体的性质；C组中HF存在氢键；D组为离子晶体，具备离子晶体的性质。[答案](1)原子共价键(2)①②③④

(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(4)②④2．下列说法中正确的是(

)A．离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子B．金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动C．分子晶体的熔沸点很低，常温下都呈液态或气态D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合变式训练

[答案]D[解析]本题考查的知识点是晶体的结构和性质。A项中在NaCl晶体中，每个Na＋吸引着6个Cl－，同时每个Cl－吸引着6个Na＋，而在CsCl晶体中每个离子吸引着8个带相反电荷的离子，故A错，B项中金属晶体内部存在自由电子，并不是在外电场作用下产生的，故B错。C项中分子晶体常温下有的是固体，例如，硫单质、磷单质、碘单质等，D项正确。1．有关非晶体的描述中不正确的是(

)A．非晶体和晶体均呈固态B．非晶体内部的微粒是长程无序和短程有序的C．非晶体结构无对称性、各向异性和自范性D．非晶体合金的硬度和强度一定比晶体合金的小[答案]D[解析]晶体与非晶体都是固体物质，且晶体长程有序，非晶体长程无序，短程有序。正是由于晶体粒子排列长程有序，所以才有非晶体所不具备的特征，例如对称性、自范性、各向异性，非晶体材料往往表现出一些特性，如某些非晶体合金的硬度和强度大于晶体合金。2．下列说法正确的是(

)A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔、沸点就越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定[答案]B[解析]A冰为分子晶体，融化时，破坏的是分子间作用力而非共价键，故A、C错，B原子晶体熔化时破坏共价键，所以熔、沸点较高，故B对；D分子间作用力影响晶体的物理性质，而非化学性质，故D错。3．下列说法中正确的是(

)A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B．Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶1C．1molSiO2晶体中含2molSi—O键D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应[答案]A4．(双选)下列有关晶体的叙述，错误的是(

)A．离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时化学键不被破坏B．白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键结合C．石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体D．分子晶体中一定存在范德华力和共价键[答案]BD[解析]离子晶体是通过离子键将阴、阳离子结合在一起的，所以熔化时，离子键遭破坏；而分子晶体是通过范德华力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生变化，破坏的只是范德华力，则A正确。白磷晶体属分子晶体，在P4内部存在共价键，而结构粒子(P4)之间是通过范德华力结合的，则B错误。石英晶体是原子晶体，则C正确。分子晶体He等