高考化学一轮复习第十二章第三节晶体结构与性质课件

第三节晶体结构与性质课标要求核心素养1.能认识晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。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。2.能知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。1.宏观辨识与微观探析：能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。利用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质。2.证据推理与模型认知：运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的粒子及其粒子间的相互作用，形成模型意识。3.科学态度与社会责任：能从粒子的空间排布及其相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的简单案例进行分析，举例说明物质结构研究的应用价值以及对于生命的重大意义。[目标导航][自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。))(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。((2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。((3)晶体有自范性但其微粒排列无序。()(4)晶体有固定的熔点，可用此方法区分晶体与非晶体。())(5)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。((6)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。()错因：非晶体没有固定的熔点，不能比较熔点

答案：(1)×的高低。(2)×错因：晶体具有以下特点：有整齐规则的几何外形、固定的熔点、各向异性。只有同时具备这三个特点的才是晶体，非晶体也可以有规则几何外形。 (3)×错因：晶体有自范性且其微粒有序排列。

(4)√(5)×错因：不同晶体粒子可能直径不同、粒子间距不同，晶胞大小形状也不一定相同。 (6)√

2.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：AB

则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是：________、________个。

答案：2

4碳酸盐MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3热分解温度/℃40290011721360阳离子半径/pm6699112135

3.碳酸盐在一定温度下会发生分解，如煅烧石灰石可以得到CaO，这是由于受热时碳酸根发生分解，放出二氧化碳。

(1)根据表中数据，第二主族元素阳离子半径大小顺序是____________，与核外电子排布的关系是____________。 (2)MCO3

金属阳离子半径与碳酸盐分解温度的关系是_____________________________________________________________。答案：(1)r(Mg2+)＜r(Ca2+)＜r(Sr2+)＜r(Ba2+)核外电子层数越多，半径越大 (2)金属阳离子的半径越小，碳酸盐MCO3

越易分解，越不稳定项目晶体非晶体结构特征结构粒子周期性有序排列结构粒子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考点一晶体与晶胞1.晶体与非晶体项目晶体非晶体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(续表)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。2.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、取向相同。考点二常见晶体类型及晶体结构1.四类晶体模型(1)分子晶体干冰的结构模型（晶胞）冰的结构模型①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2

分子有12个。

②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。(2)共价晶体（金刚石和二氧化硅）金刚石二氧化硅

①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

②SiO2

晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1molSiO2

中含有4molSi—O键。(3)金属晶体①在金属晶体中，原子间以金属键相结合。②金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。③用电子气理论解释金属的性质：(4)离子晶体①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。比较项目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、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力（某些含氢键）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2.四种晶体类型的比较比较项目分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体溶解性相似相溶难溶于溶剂难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电，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(续表)比较项目分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体物质类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物（SiO2除外）、绝大多数有机物（有机盐除外）部分非金属单质（如金刚石、硅、晶体硼），部分非金属化合物（如SiC、SiO2）金属单质与合金（如Na、Al、Fe、青铜）金属氧化物（如Na2O）、强碱（如KOH）、绝大部分盐（如NaCl）(续表)3.过渡晶体与混合型晶体(1)过渡晶体①过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。

②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2

等。(2)混合型晶体

①石墨结构特点为层状结构，同层内碳原子采取sp2

杂化，以共价键（σ键）结合，形成平面六元并环结构；层与层之间靠范德华力维系。②石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。③性质：熔点很高、质软、易导电等。(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用表示）：每个面上有4个，共计12个。三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目（Na＋用“

”

(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。4.配合物与超分子(1)配合物①配位键是由一个原子（或离子）提供孤电子对，另一个原子（或离子）接受孤电子对。形成“电子对给予—接受”键。②配位键的表示方法用A→B表示，其中A表示提供孤电子对的原子，B表示接受孤电子对的原子。③配位化合物（简称配合物）

a.定义：金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物。b.形成条件c.组成(2)超分子①概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 ②超分子的实例a.冠醚识别碱金属离子冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子b.分离C60

和C70③超分子两个的重要特征——分子识别、自组装。

考向1晶胞的结构及相关计算

1.(2023年襄阳五中阶段练习)Li、Fe、Se可形成新型超导材料，晶胞如图所示(Fe原子均位于面上)。晶胞棱边夹角均为90°，X的德罗常数的值。下列说法正确的是()答案：D

2.(2023年郴州模拟)某卤化物可用于制作激光基质材料，其立方晶胞结构如图所示，已知：晶胞参数为apm，NA为阿伏加德罗)常数的值。下列有关该晶体的说法正确的是( A.化学式为KMgF3

B.K的配位数为6 C.若K位于晶胞的体心，则F位于面心答案：A[方法技巧]利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(1)“均摊法”原则和方法②长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算：③“三棱柱”和“六棱柱”中不同位置粒子数的计算：三棱柱六棱柱(2)晶胞结构的相关计算①确定晶体的化学式②计算晶体的密度③计算晶体中微粒间距离的方法④计算原子的空间利用率⑤晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×

MNA。

⑥晶胞中微粒的配位数求算：一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数 a.晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。 b.离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。考向2晶体类型的判断及性质比较3.(2023年阜新模拟)含硼化合物的两种晶体如图所示。下列叙述正确的是()

已知：甲中晶胞的边长为apm，NA为阿伏加德罗常数的值。图甲、图乙对应的晶体熔点依次为2700℃、830℃。A.图乙晶体的化学式为Mg2BB.图甲、图乙对应的晶体都是离子晶体C.图甲中B原子和N原子之间的最近距离为apmD.图甲中，B原子填充在由N原子构成的四面体中答案：D4.(2023年北京海淀人大附中模拟)下列性质的比较，不正确的是(

)A.沸点：HCl>HBrC.熔点：MgO>BaCl2D.在水中溶解性：1-丁醇>1-戊醇Cl－，则离子键键能MgO>BaCl2，导致熔点MgO>BaCl2，C正确；

解析：HCl和HBr均为分子晶体，氯化氢相对分子质量小于溴化氢，故沸点：HCl<HBr，A错误；硫酸根离子中硫原子为sp3杂化，无孤电子对，氨气分子中氮原子为sp3

杂化，有1对孤电子对，由于孤电子对对成键电子对斥力大于成键电子对之间的斥力，故导致键角：SO>NH3，B正确；离子半径Mg2+<Ba2+，O2-<1-戊醇中烃基更大，导致其在水中溶解度更小，故溶解性：1-丁醇>1-戊醇，D正确。答案：A[方法技巧]晶体类型判断及熔沸点比较1.判断晶体类型的5种方法(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的相互作用是离子键。②共价晶体的构成粒子是原子，粒子间的相互作用是共价键。③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的相互作用为分子间作用力。④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的相互作用是金属键。(2)依据物质的类别判断①活泼金属氧化物(如K2O、Na2O2

等)、强碱(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(除金刚石、石墨、晶体硅等)、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。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金属单质与合金是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断①离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。②共价晶体熔点高，常在一千至几千摄氏度。③分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的，如汞。(4)依据导电性判断①离子晶体水溶液或熔融态时能导电。②共价晶体一般为非导体。

③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。④金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断①离子晶体的硬度较大或略硬而脆。②共价晶体的硬度大。③分子晶体的硬度小且较脆。④金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的金属晶体，且具有延展性。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：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。(2)相同类型晶体①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg<Al。

②离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。③共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。④分子晶体：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。

考向3确定原子的坐标参数(或分数坐标) 5.(2023年怀化二模)某种钴盐晶体的立方晶胞结构如下图所示，已知晶胞参数为anm，A点的原子坐标参数为(0，0，0)，答案：A答案：A考向4晶胞投影图的分析及应用

7.(2022年广东卷节选)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1所示，沿x、y、z轴方向的投影均为图2所示。图1图2

(1)X的化学式为________。

(2)设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρg·cm-3，则X中相邻K之间的最短距离为_____________nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)晶胞结构中，处于晶胞的8个顶角和6个面心，8个

处于晶胞内部，利用“均摊法”可知，每个晶胞中含有8个K，含有SeBr6的个数之比为2∶1，故X的化学式为K2SeBr6。(2)设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρg·cm-3，设晶胞参数为anm，[思路导引]解答本题的思路如下：

8.(2023年朝阳期末)某金属氟化物材料具有生物医学功能，其晶胞结构如图所示，已知图中A处原子分数坐标为(0，0，0)。下列说法错误的是()A.该物质的化学式为CaF2B.Ca2+的配位数为12C.与F－距离相等且最近的F－有6个答案：B[规律方法]分析晶胞投影图的方法(1)分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的投影图，确定晶胞中各粒子的具体位置。(2)综合晶胞参数，利用“均摊法”计算晶体的密度，原子的空间利用率等。(3)结合三维坐标系及晶胞中原子的位置，确定相关原子的坐标参数(或分数坐标)。

考向5配合物与超分子

9.(2023年滨州二模)整合剂能与人体内有毒的金属离子结合形成稳定整合物，从而治疗与急性或慢性中毒相关的损伤。乙二胺四乙酸(EDTA)是常见的整合剂之一，其四价阴离子形成的整合物结构如图，下列说法正确的是()A.原子半径：O>N>C>HB.N、C、O的氢化物分子间均存在氢键C.Mn＋的配位数为6，配位原子为N和OD.整合物中每两个氮碳键(N—C)的夹角均为107.3°

解析：同周期元素，从左到右原子半径依次减小，则碳原子、氮原子、氧原子的原子半径的大小顺序为C>N>O，A错误；碳元素的非金属性弱，碳元素的氢化物不能形成分子间氢键，B错误；由图可知，整合物中Mn＋与氮原子和氧原子形成配位键，配位数为6，C正确；由图可知，整合物中氮原子的杂化方式都为sp3

杂化，则氮碳键的夹角均大于107.3°，D错误。答案：C10.(2023年衡水武邑中学模拟)冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状醚，X是其中的一种，Li＋因其体积大小与X的空腔大小相近而恰好能进入X的环内形成超分子Y，Y中Li＋与氧原子间能形成化学键。下列说法错误的是(

)A.X形成的晶体为分子晶体B.Y中Li＋与氧原子间形成的是离子键C.K＋不能与X形成超分子D.电负性：O>C>H>Li解析：X是醚类物质，熔点、沸点较低，是分子晶体，A正答案：B确；Li＋与氧原子形成的是Li＋提供空轨道、氧原子提供孤电子对的配位键，B错误；K＋半径比Li＋大许多，其体积比X的空腔大，无法进入空腔内，不能形成超分子，C正确；由同周期电负性递变规律知，电负性：O>C>Li，由烃中碳元素显负价而氢元素显＋1价知，电负性：C>H，非金属元素的电负性大于金属元素的电负性，故电负性：O>C>H>Li，D正确。[方法技巧]判断配位数及配位键的稳定性

(1)判断配位数：配位数就是在配位体中与中心原子(或离子)成键的配位原子的总数。若是由单齿配体(1个配体提供1个配位原子)形成的配合物，中心原子(或离子)的配位数＝配位体的数目。若是由双齿配体(1个配体提供2个配位原子)形成的配合物，中心原子(或离子)的配位数＝配位体的数目×2。

(2)判断配位键的稳定性：一般情况下，与同种金属原子(或离子)形成配位键时，配位原子的电负性越小，形成配位键就越稳定。例如，电负性：N<O，则配离子的稳定性：[Cu(NH3)4]2+>[Cu(H2O)4]2+。

1.(2023年湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为apm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是()A.晶体最简化学式为KCaB6C6B.晶体中与K＋最近且距离相等的Ca2+有8个C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面答案：C

2.(2023年湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn，在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn

属于立方晶系，晶胞结构和参数如图所示。高压下，LaH2

中的每个H结合4个H形成类似CH4

的结构，即得到晶体LaHx。下列说法错误的是()A.LaH2

晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中，H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼D.LaHx单位体积中含氢质量的计算式为

解析：由LaH2的晶胞结构可知，La位于顶点和面心，晶胞内8个小立方体的中心各有1个H原子，若以顶点La研究，与之最近的H原子有8个，则La的配位数为8，A正确；由LaHx

晶胞结构可知，每个H结合4个H形成类似CH4

的结构，H和H之间的最短距离变小，则晶体中H和H的最短距离：LaH2>LaHx，B正确；由题干信息可知，在LaHx

晶胞中，每个H结合4个H形成类似CH4

的结构，这样的结构有8个，顶点数为4×8＝32，且答案：C3.(2022年江苏卷)下列说法正确的是(

)A.金刚石与石墨烯中的C—C—C夹角都为120°B.SiH4、SiCl4都是由极性键构成的非极性分子C.锗原子(32Ge)基态核外电子排布式为4s24p2D.ⅣA族元素单质的晶体类型相同

解析：金刚石中的碳原子为正四面体结构，C—C—C夹角为109°28′，A错误；SiH4

的化学键为Si—H，为极性键，结构为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子；SiCl4的化学键为Si—Cl，为极性键，结构为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子，B正确；锗原子(32Ge)基态核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，C错误；ⅣA族元素中的碳元素形成的石墨为混合晶体，而硅形成的晶体硅为共价晶体，D错误。答案：B

4.(2023年北京卷)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试取代的产物。

(1)基态S原子价层电子排布式是_______________________。 (2)比较S原子和O原子的第一电离能大小，从原子结构的角度说明理由：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体，边长分别为anm、bnm，cnm，结构如图所示。胞中的[Mg(H2O)6]2+个数为________。已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是Mg·mol-1，阿伏加德罗常数为NA，该晶体的密度为______________g·cm-3。(1nm＝10-7cm)做配位原子并说明理由：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

答案：(1)3s23p4

(2)I1(O)>I1(S)，氧原子半径小，原子核对最外层电子的吸引力大，不易失去一个电子 (3)四面体形5.(2023年山东卷)卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题：

(1)－40℃时，F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下，HOF为无色气体，固态HOF的晶体类型为______________，HOF水解反应的产物为__________________(填化学式)。(2)ClO2

中心原子为Cl，Cl2O中心原子为O，二者均为V形结构，但ClO2中存在大π键()。ClO2

中Cl原子的轨道杂化方式为_________；O—Cl—O键角_______(填“＞”“＜”或“＝”)Cl—O—Cl键角。比较ClO2与Cl2O中Cl—O键的键长并说明原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(3)一定条件下，CuCl2、K和F2

反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系，晶胞结构如图所示(晶胞参数a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°)，其中Cu化合价为＋2。上述反应的化学方程式为_________________________________。若阿伏加德罗常数的值为NA，化合物X的密度ρ＝______g·cm-3(用含NA的代数式表示)。

解析：(1)常温常压下，HOF为无色气体，则HOF的沸点较低，因此，固态HOF的晶体类型为分子晶体。HOF分子中F显－1价，其水解时结合H2O电离的H＋生成HF，则OH＋结合H2O电离的OH－，两者反应生成H2O2，H2O2不稳定，其分解生成O2，因此，HOF水解反应的产物为HF、H2O2和O2。(2)ClO2中心原子为Cl，Cl2O中心原子为O，二者均为V形结构，但ClO2中存在大π键(

)。由ClO2中存在

可以推断，其中Cl原子只能提供1对电子，有一个O原子提供1个电子，另一个O原子提供1对电＝4，因此，O的杂化子，这5个电子处于互相平行的p轨道中形成大π键，Cl提供孤电子对与其中一个O形成配位键，与另一个O形成的是普通的共价键(σ键，这个O只提供了一个电子参与形成大π键)，Cl的价层电子对数为3，则Cl原子的轨道杂化方式为sp2；Cl2O中心原子为O，根据价层电子对的计算公式可知n＝6＋1×2 2方式为sp3；根据价层电子对互斥理论可知，n＝4时，价电子对的几何构型为正四面体，n＝3时，价电子对的几何构型为平面正三答案：(1)分子晶体HF、H2O2

和O2(2)sp2

＞ClO2

分子中Cl—O键的键长小于Cl2O中Cl—O键的键长，其原因是ClO2

分子中既存在σ键