2023届新高考化学选考一轮总复习学案-第18讲　晶体结构与性质

第18讲晶体结构与性质内容要求1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。知识点1物质的聚集状态与晶胞一、物质的聚集状态1.物质三态间的相互转化2.物质的聚集状态物质的聚集状态除了气态、液态、固态外,还有更多的聚集状态如晶态、非晶态以及介乎两者之间的塑晶态、液晶态等。二、晶体与非晶体1.特征和区别方法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无各向异性两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.得到晶体的途径(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。三、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”(1)“无隙”:相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”:所有晶胞平行排列的,取向相同。1.H2O(s)变为H2O(g)需要吸收热量,该过程为吸热反应。()2.区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔、沸点。()3.固体SiO2一定是晶体。()4.晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列。()5.凡有规则几何外形的固体一定是晶体。()6.晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。()7.缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。()答案:1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.√1.下列关于晶体的说法正确的是(B)A.将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体B.假宝石往往是玻璃仿造的,可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品C.石蜡和玻璃都是非晶体,但它们都有固定的熔点D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同解析:选项A,将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾,胆矾属于晶体;选项B,宝石的硬度较大,玻璃制品的硬度较小,可以根据有无划痕来鉴别;选项C,非晶体没有固定熔点;选项D,晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有些差异。2.如图是某固体的微观结构示意图。判断下列说法正确的是(B)A.两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体B.Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性C.Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点D.两者的X射线衍射图谱是相同的解析:Ⅰ会自动形成有规则几何外形的晶体,具有各向异性,X射线衍射图谱有明显的谱线。Ⅱ为非晶体。3.(1)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,如图为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为,该功能陶瓷的化学式为。

(2)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是,在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为个、个。

(3)MgH2是金属氢化物储氢材料,其晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为ag·cm-3,则该晶胞的体积为cm3[用a、NA表示(NA为阿伏加德罗常数的值)]。

解析:(1)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子(B)个数为8×18+1=2,灰球表示的原子(N)个数为1+4×1(2)晶胞中含有O原子个数为6×12=3,含Co原子个数为8×18=1,含Ti原子个数为1,故化学式为CoTiO3(3)每个晶胞中含有Mg的数目为8×18+1=2,含有H的数目为4×12+2=4,所以晶胞的体积为2×26g·答案:(1)2BN(2)CoTiO3612(3)52晶胞组成的计算——均摊法(1)原则:晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是1n(2)方法①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算,如图:②非长方体:视具体情况而定,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有,如三棱柱:示例CaF2的晶胞如图所示。该晶胞含Ca2+4个,F-8个。知识点2常见晶体的组成与性质一、常见晶体的微观结构1.共价晶体——金刚石与SiO2晶体晶体结构晶体详解金刚石(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合,形成正四面体结构(2)键角均为109°28′(3)最小碳环由6个C组成且六个原子不在同一平面内(4)每个C参与4条C—C的形成,C原子数与C—C数之比为1∶2SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个Si,4个“12O”,n(Si)∶n(O)=(3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si2.分子晶体——干冰和冰晶体晶体结构晶体详解干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个冰冰的结构模型中,每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接,含1molH2O的冰中,最多可形成2mol氢键。晶胞结构与金刚石相似,含有8个H2O3.金属晶体(1)金属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,叫作金属晶体。(2)用电子气理论解释金属的性质(3)金属晶体包含金属单质和合金,常见的合金有碳钢、锰钢、不锈钢等铁合金,黄铜、青铜、白铜等铜合金。4.离子晶体晶体晶体结构晶体详解NaCl型(1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个。每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个(2)每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-CsCl型(1)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有8个,每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有6个(2)如图为8个晶胞,每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-CaF2型(1)F-的配位数为4,Ca2+的配位数为8,晶胞中含4个Ca2+,含8个F-(2)晶胞中F-在体对角线的145.石墨晶体——混合型晶体(1)石墨层状晶体中,层与层之间的作用是范德华力。(2)平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2,C原子采取的杂化方式是sp2。(3)在每层内存在σ键和π键。(4)C—C的键长比金刚石的C—C键长短,熔点比金刚石的高。(5)能导电,晶体中每个C形成3个共价键,C的另一价电子在电场作用下可移动,形成电流。6.过渡晶体(1)过渡晶体的存在:四类典型晶体为分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体,事实上纯粹的典型晶体并不多,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。(2)第三周期主族元素的氧化物对应晶体的过渡情况,示例:氧化物Na2OMgOAl2O3、SiO2P2O5、SO3、Cl2O7化学键百分数变化从左往右,离子键百分数依次减小,共价键百分数依次增大说明:一般把离子键为主的过渡晶体归为离子晶体,如Na2O,偏向共价键为主的过渡晶体归为共价晶体,如Al2O3、SiO2等,随着共价键成分的加强,晶体可能过渡到分子晶体,如SO3等。二、晶体的比较和辨别1.四种典型晶体的比较类型比较分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子和自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力、氢键共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大,有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高,有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电,溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电,水溶液或熔融态导电2.四种典型晶体类型的辨别(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断。(2)依据物质的类别判断①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。②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;常见的共价晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。(3)依据晶体的特征判断①一般来说,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,硬度较大、硬而脆的化合物为离子晶体。②熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂,硬度大的物质为共价晶体。③能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。1.离子晶体一定含有金属元素。()2.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。()3.熔融时能导电的化合物一定是离子晶体。()4.由非金属元素组成的晶体一定是分子晶体。()5.共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。()6.金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低。()7.SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合。()答案:1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.×题点一常见晶体的微观结构1.下列有关晶体的叙述中,不正确的是(B)A.金刚石网状结构中,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子B.石墨晶体中,每个碳原子形成4个共价键C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-D.干冰晶体中,每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子解析:石墨晶体中每个C形成3个共价键,C的另一价电子在电场作用下可移动。2.如图是石墨、足球烯(C60)、金刚石三种晶体的结构图,下列说法正确的是(C)A.这三种物质是碳的同分异构体,燃烧产物相同B.这三种物质熔化时,克服的粒子间作用力都是化学键C.等物质的量的石墨、金刚石所含的C—C数目之比为3∶4D.石墨晶体C—C的键长短于金刚石的C—C,则金刚石比石墨稳定解析:A.石墨、足球烯(C60)、金刚石均是碳元素形成的单质,因此这三种物质是碳的同素异形体,错误;B.石墨是混合晶体,足球烯是分子晶体,两者熔化时还要破坏分子间作用力,不都是化学键,错误;C.1mol石墨所含的C—C数目为32NA,1mol金刚石所含的C—C数目为2NA题点二四种典型晶体的比较和辨别3.下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是(B)A.金刚石>晶体硅>碳化硅B.>C.MgO>H2O>O2>Br2D.金刚石>生铁>纯铁>钠解析:A项,同属于共价晶体,熔、沸点高低主要看共价键的强弱,键能大小为晶体硅<碳化硅<金刚石,错误;B项,形成分子间氢键的物质的熔、沸点要高于形成分子内氢键的物质的熔、沸点,正确;C项,对于不同类型晶体,其熔、沸点高低一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体,常温下Br2为液体,O2为气体,故MgO>H2O>Br2>O2,错误;D项,生铁为铁合金,熔点要低于纯铁,错误。4.现有几组物质的熔点(℃)数据:A组B组C组D组金刚石:3550℃Li:181℃HF:-83℃NaCl:801℃硅晶体:1410℃Na:98℃HCl:-115℃KCl:776℃硼晶体:2300℃K:64℃HBr:-89℃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:(1)A组熔点最高,属于共价晶体,共价晶体的构成微粒为原子,微粒间作用力为共价键,因此熔化时克服的微粒间的作用力是共价键。(2)B组物质为金属,具有金属光泽、导电性、导热性、延展性。(3)由于HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多,导致HF的熔点比其他氢化物的熔点高。(4)D组物质为离子晶体,有硬度大、水溶液能导电、固体不能导电而熔融状态能导电的性质。答案:(1)共价共价键(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)②④比较晶体熔、沸点高低的解题思维流程注意:不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为共价晶体>离子晶体>分子晶体,但不是绝对的,如氧化铝的熔点大于晶体硅。当堂检测1.在高压下可将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体,下列关于CO2的共价晶体说法,正确的是(D)A.CO2的共价晶体和分子晶体互为同分异构体B.在一定条件下,CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化C.CO2的共价晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质和化学性质D.在CO2的共价晶体中,每一个C原子周围结合4个O原子,每一个O原子跟两个C原子相结合解析:A.二氧化碳共价晶体中不含分子,错误;B.CO2共价晶体转化为CO2分子晶体,结构已发生改变,且两者的性质也有较大差异,故两者是不同的物质,所以两者的转变是化学变化,错误;C.CO2共价晶体与CO2分子晶体,结构不同,两者是不同的物质,物理性质不同,如CO2共价晶体硬度很大,CO2分子晶体硬度不大,其化学性质也不同,错误;D.CO2共价晶体与SiO2结构类似,每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接,每个氧原子与两个碳原子通过1对共用电子对连接,正确。2.二硫醇烯与锌的配合物(M)是一种具有光、电、磁等特殊功能的新型材料,合成途径如下:上述7种物质的晶体类型中不含有(C)A.离子晶体 B.分子晶体C.共价晶体 D.金属晶体解析:Na2CS3是离子晶体,CS2是分子晶体,Na为金属晶体,不含共价晶体,选C。3.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,但不能导电。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。关于这两种晶体的说法,