选修3第3章晶体结构与性质（完整版）

选修3物质结构与性质第三章晶体结构与性质石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。3.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。了解金属晶体常见测堆积方式。4.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。5.能根据晶胞确定晶体的组成丙进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。命题热点1.有关晶胞的计算。2.晶体微粒间的相互作用以及物理性质的比较。考点串讲深度剖析考点一晶体常识1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看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。2．晶胞(1)晶胞与晶体的关系①晶胞是描述晶体结构的基本单元。②数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。(2)晶胞中粒子数目的计算方法(3)有关晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数，n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。特别提醒(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃；(2)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面体”；(3)在计算晶胞中微粒个数的过程中，不要形成思维定势，任何形状的晶胞均可使用均摊法。不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用，如六棱柱晶胞中，顶角、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。 (1)(2010·高考山东卷改编题)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是Pb4＋处于立方晶胞顶点，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为_______________________________，每个Ba2＋与________个O2－配位。例1【答案】

(1)BaPbO3

12

(2)4即时应用1．(2011·高考新课标全国卷)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如下图所示：请回答下列问题：(1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是_____________________、_________________________________；(2)基态B原子的电子排布式为________；B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________；(3)在BF3分子中，F—B—F的键角是________，B原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为________;(4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为________，层间作用力为________；(5)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm。立方氮化硼晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是________g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值。阿伏伽德罗常数为NA)。解析：(1)根据题给制备流程可知两个反应方程式分别为B2O3＋3CaF2＋3H2SO4

3CaSO4＋2BF3↑＋3H2O，B2O3＋2NH3

2BN＋3H2O。(2)B原子的原子序数为5，其电子排布式为1s22s22p1；B、N处于同周期，依据同周期元素随原子序数增大电负性依次增大可知，N的电负性较大;B位于元素周期表的第ⅢA族,由化学式BN得B元素的化合价为＋3价.(3)BF3的立体构型为平面正三角形,故F—B—F的键角为120°;B原子的杂化类型为sp2杂化；根据价电子对互斥理论可知，BF的立体构型为正四面体.(4)借助于石墨的结构可知，B与N原子之间的化学键为共价键，层与层之间依靠分子间作用力相结合。(5)依据金刚石的晶胞结构及化学式BN可确定立方氮化硼晶胞中含有4个N原子，4个B原子。答案：(1)B2O3＋3CaF2＋3H2SO4

3CaSO4＋2BF3↑＋3H2O

B2O3＋2NH3

2BN＋3H2O(2)1s22s22p1

N＋3

(3)120°

sp2正四面体(4)共价键(或极性共价键)分子间作用力考点二晶体的性质1．四种晶体的结构和性质的比较晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体晶体微粒阴、阳离子分子原子金属阳离子、自由电子晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体微粒间相互作用离子键分子间作用力共价键金属键熔沸点较高很低很高无规律硬度较硬一般很软很硬无规律晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体溶解性易溶于极性溶剂相似相溶难溶难溶(部分与水反应)导电情况晶体不导电，熔融状态下导电晶体和熔融状态下都不导电一般不导电，个别导电，还有半导体晶体导电晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体导热性不良不良不良良物质类别离子化合物多数非金属单质及化合物金刚石、SiC、晶体硅、SiO2等少数非金属单质和化合物金属单质2.晶体熔沸点的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为：原子晶体>离子晶体>分子晶体，金属晶体有的高，有的低。(2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。①离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。②原子晶体：原子半径越小、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>晶体硅。③分子晶体a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。b．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。c．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.d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。④金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al。特别提醒(1)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。(2)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℃。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如MgO的熔点为2852℃，石英的熔点为1710℃。 C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出Si的基态原子核外电子排布式____________。从电负性角度分析C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为____________________。例2(2)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________，SiC和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________________。(3)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为______(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是_____________________________________________________________，Na、M、Ca三种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(4)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键,而Si、O原子间不能形成上述π键：________________________________________________________，SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“<”、“＝”或“>”)。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MO、CO2、M六种晶体的组成微粒分别是______________________________________________________________，熔化时克服的微粒间的作用力是____________________________________________________________。【解析】

(1)C、Si和O的电负性大小顺序为：O>C>Si。(2)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为SiC的键长小于SiSi，所以熔点碳化硅>晶体硅。(3)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。Na、Mg、Ca三种晶体均为金属晶体,金属晶体都有金属光泽，都能导电、导热，都具有一定的延展性。(4)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p­p轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键，SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2>CO2。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价键；Mg为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，熔化时克服金属键,CO2为分子晶体，由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合；MgO为离子晶体，由Mg2＋和O2－构成，熔化时破坏离子键。【答案】

(1)1s22s22p63s23p2

O>C>Si(2)sp3共价键SiC>Si(3)Mg

Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大①②③④(4)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大,p­p轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的π键原子分子<(5)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键即时应用2．(2012·聊城高三检测)下列物质在一定条件下形成晶体：①水晶②冰醋酸③氧化钙④白磷⑤晶体氩⑥氢氧化钠⑦铝⑧金刚石⑨过氧化钠⑩碳化钙⑪碳化硅⑫干冰⑬过氧化氢请用序号回答：(1)