（江苏专版）2022年高考化学一轮复习 专题九 第三十四讲 晶体结构与性质学案（含解析）

（江苏专版）2022年高考化学一轮复习 专题九 第三十四讲 晶体结构与性质学案（含解析）江苏考纲要求1了解分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。2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。3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。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(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不作要求)。 6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。晶体常识教材基础自热身1晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较 比较晶体非晶体结构特征构成粒子周期性有序排列构成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二者区别方法间接方法测定其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熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。2晶胞(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列无隙并置无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。并置：所有晶胞平行排列、取向相同。知能深化扫盲点“均摊法”突破晶胞组成的计算(1)原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么每个晶胞对这个粒子分得的份额就是。(2)方法：长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，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)被三个六边形共有，每个六边形占。对点练1如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是_，乙中a与b的个数比是_，丙中一个晶胞中有_个c离子和_个d离子。答案：2111442下图为离子晶体空间构型示意图(阳离子，阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A_、B_、C_。答案：MNMN3MN23(1)元素R为金属元素，其原子序数为27，元素Z基态原子s电子总数与p电子总数相等，由R、Z两元素形成的某晶体的晶胞结构如图1所示，则该化合物的化学式为_(R、Z用具体元素符号表示)。(2)元素X、Y为前四周期元素，X的基态原子核外电子有21种运动状态，元素Y的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素Ce与X同族，其与Y形成的化合物晶体的晶胞结构如图2，该化合物的化学式为_。(3)某含有结晶水的铜的氯化物的晶胞结构如图3所示，该化合物的化学式是_。 (4)测定大气中PM2.5浓度的方法之一是射线吸收法，射线放射源可用 85Kr，已知Kr晶体的晶胞结构如图4所示，设晶胞中含Kr原子为m个，与每个Kr原子相紧邻的Kr原子有n个，则_(填数字)。 解析：(1)R为Co、Z为O，根据均摊法可知，在这个晶胞中氧离子位于棱上和体心，数目1214，钴离子位于顶点、面心，数目864，所以氧离子、钴离子个数比是11，其化学式为CoO。(2)由题意知，X为Sc、Y为O。根据晶胞的结构，O原子全部在体内，故含有8个O原子，Ce原子位于顶点和面心，含有Ce原子的个数864，故化学式为CeO2。(3)晶胞中Cu2数目为822，Cl数目为424，H2O分子数目为844，故该物质化学式为CuCl22H2O。(4)与每个Kr原子相紧邻的Kr原子有12个，晶胞中含Kr原子为864，则 mn41213。答案：(1)CoO(2)CeO2(3)CuCl22H2O(4)题点全练过高考题点一晶胞中微粒数目的计算1某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子，在正方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为()AB2A BBA2CB7A4 DB4A7解析：选BA在正方体内，晶胞中的8个A离子完全被这1个晶胞占有；B分别在顶点和面心，顶点上的离子被1个晶胞占有，面心上的离子被1个晶胞占有，所以1个晶胞实际占有的B离子为864，则该晶体的化学式为BA2。2Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。(1)在1个晶胞中，Zn离子的数目为_。(2)该化合物的化学式为_。解析：(1)从晶胞图分析，含有Zn离子为864。(2)S为4个，所以化合物中Zn与S数目之比为11，则化学式为ZnS。答案：(1)4(2)ZnS3(2019南京模拟)(1)Ni与Al形成的一种合金可用于铸造飞机发动机叶片，其晶胞结构如图1所示，该合金的化学式为_。 (2)金的晶胞结构如图2所示，晶体中每个Au原子周围紧邻且等距的Au原子有_个。(3)铁和氨气在640 可发生置换反应，产物之一的晶胞结构见图3。写出Fe3的外围电子排布式：_，写出该反应的化学方程式：_。(4)图4是Cu2O的晶胞，Cu原子配位数为_。(5)Cu和Fe都可以形成多种氧化物。其中FexO晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。若FexO中的x0.92，则该此晶体化学式为_(用FeFeO形式表示)。解析：(1)根据原子均滩法，该晶胞中Al原子数81，Ni原子数63，所以该合金的化学式为Ni3Al。(2)晶体中每个Au原子周围紧邻且等距的Au原子有12个。(3)铁是第26号元素，则Fe原子核外电子排布式为Ar 3d64s2，则Fe3的外围电子排布式为3d5；铁和氨气在640 时可发生置换反应，产物之一的晶胞中Fe原子数684、N原子数1，即Fe4N，该反应的化学方程式8Fe2NH32Fe4N3H2。(4)图4是Cu2O的晶胞，白球灰球412，则白球是O，灰球是Cu，则Cu原子配位数为2。(5)若FexO中的x0.92，用FeFeO形式表示FexO晶胞，则有ab0.92,2a3b2，联立解得a0.76，b0.16，则该此晶体化学式为FeFeO。答案：(1)Ni3Al(2)12(3)3d58Fe2NH32Fe4N3H2(4)2(5)FeFeO题点二晶体密度及微粒间距离的计算4一种AlFe合金的立体晶胞如图所示。请回答下列问题：(1)该合金的化学式为_。(2)若晶胞的棱长为a pm，则晶体的密度为_ gcm3，则此合金中最近的Fe原子与Al原子之间的距离为_pm。解析：(1)4个铝原子位于晶胞内；Fe原子数为181268，故该合金的化学式为Fe2Al。(2)该晶体的密度为 gcm3 gcm3。最近的Fe原子和Al原子之间的距离，即体对角线的，面对角线、棱、体对角线构成直角三角形，故二者之间的最短距离为a pm。答案：(1)Fe2Al(2)a四类晶体的组成和性质教材基础自热身1四类晶体的比较分子晶体原子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性或传热性一般不导电，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，水溶液或熔融状态下导电物质类别及实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 K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大多数盐(如NaCl)2.离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成 1_mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol1。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。3五类晶体结构模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构；键角均为10928；最小碳环由 6个碳原子组成且碳环上的原子不在同一平面内；每个碳原子参与4条CC键的形成，碳原子数与CC键数之比为12SiO2每个Si原子与4个O原子以共价键结合，形成正四面体结构；晶体中，n(Si)n(O)12；最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰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；每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个混合晶体石墨石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，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金属晶体简单立方堆积典型代表Po(钋)，配位数为6，空间利用率52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%体心立方堆积又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%离子晶体NaCl型每个Na(Cl)周围等距离且紧邻的Cl(Na)有6个。每个Na周围等距离且紧邻的Na有12个；每个晶胞中含4个Na和 4个ClCsCl型每个Cs周围等距离且紧邻的Cl有 8个，每个Cs(Cl)周围等距离且紧邻的Cs(Cl)有6个；如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、1个Cl 知能深化扫盲点提能点(一)晶体类型的5种判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。金属晶体的构成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(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、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断离子晶体的熔点较高。原子晶体的熔点很高。分子晶体的熔点低。金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。(4)依据导电性判断离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。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移动的离子，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、硬而脆。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。注意(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.421010m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.541010m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 )。(4)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。对点练1在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石，晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是_。(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是_。(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是_。(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是_。(5)其中含有极性共价键的非极性分子是_。(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是_。(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是_。(9)不含共价键的分子晶体是_，只含非极性键的原子晶体是_。答案：(1)NaCl、Na2S(2)NaOH、(NH4)2S(3)(NH4)2S(4)Na2S2(5)CO2、CCl4、C2H2(6)C2H2(7)H2O2(8)SiO2、SiC(9)晶体氩晶体硅、金刚石提能点(二)晶体熔、沸点的比较1不同类型晶体熔、沸点的比较(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。(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。2同种类型晶体熔、沸点的比较(1)原子晶体原子半径越小、键长越短、键能越大，物质的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅硅。(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，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgOMgCl2，NaClCsCl。(3)分子晶体分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如H2OH2TeH2SeH2S。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SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3ClCH3CH3。同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷异戊烷新戊烷。如正戊烷异戊烷新戊烷(4)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，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：NaMgNaBrNaFNaBr题点全练过高考题点一晶体类型的判断1(1)C60属于_晶体，石墨属于_晶体。(2)NH4Cl固体的晶体类型是_。(3)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH33F2NF33NH4F。上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有_(填序号)。a离子晶体 B分子晶体c原子晶体 D金属晶体解析：(1)C60是由60个C原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(2)NH4Cl为离子化合物，为离子晶体。(3)在反应4NH33F2NF33NH4F中，NH3、F2、NF3为分子晶体；Cu为金属晶体；NH4F为离子晶体。答案：(1)分子混合 (2)离子晶体abd2现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3 550 Li：181 HF：83 NaCl：801 硅晶体：1 410 Na：98 HCl：115 KCl：776 硼晶体：2 300 K：64 HBr：89 RbCl：718 二氧化硅：1 723 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)。有金属光泽导电性导热性延展性(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)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为_。答案：(1)原子共价键(2)(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高题点二晶体熔、沸点的比较3下面的排序不正确的是()A熔点由高到低：NaMgAlB硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅C晶体熔点由低到高：CF4CCl4CBr4CI4D晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaI解析：选AA项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为AlMgNa，错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：CCCSiSiSi，则硬度由大到小为金刚石碳化硅晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4CCl4CBr4CI4，正确；D项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径由小到大，则晶格能：NaFNaClNaBrNaI，正确。4下列各组物质，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()O2、I2、Hg CO、KCl、SiO2Na、K、Rb Na、Mg、AlABCD解析：选D常温下O2为气体、I2为固体、Hg为液体，熔点由低到高的顺序为O2、Hg、I2，熔点由低到高的顺序为Rb、K、Na，故错误。题点三常见晶体模型5如图所示是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞示意图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型相同的是_(请用相应的编号填写)。解析：冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；B为干冰晶胞，C为碘晶胞。答案：BC6碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体，金刚石属于_晶体。解析：(1)金刚石、石墨、C60都是碳元素的单质形式，它们的组成相同，结构、性质不同，互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以键结合，形成正六边形的平面层状结构。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；金刚石中碳碳原子间以共价键形成网状结构，故金刚石属于原子晶体。答案：(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子原子课堂真题集训明考向1(2017江苏高考)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(xn)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为_。解析：能量越低越稳定，从图2知，Cu替代a位置Fe型晶胞更稳定，其晶胞中Cu位于8个顶点，N(Cu)81，Fe位于面心，N(Fe)63，N位于体心，N(N)1，其化学式为Fe3CuN。答案：Fe3CuN2(1)(2014江苏高考)铜晶胞结构如右图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。(2)(2013江苏高考)元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。在1个晶胞中，X离子的数目为_。该化合物的化学式为_。解析：(1)根据铜晶胞结构示意图可以看出，在每个铜原子周围与其距离最近的铜原子每层有4个，共有3层，所以铜晶体内每个铜原子周围与其距离最近的铜原子共有12个。(2)X的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，X为Zn；Y的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y为S。由晶胞结构可知，X分别位于晶胞的顶点和面心，根据晶胞中原子的“分摊法”可计算一个晶胞中的X原子数为：81/861/24。Y原子全部在晶胞中，故一个晶胞中含有4个Y原子。故该化合物的化学式为ZnS。答案：(1)12(2)4ZnS3(2017全国卷)(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。与K紧邻的O个数为_。(2)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于_位置，O处于_位置。解析：(1)由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与钾紧邻的氧原子有12个。(2)想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。答案：(1)12(2)体心棱心4.(2016全国卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。则晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。解析：由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为63，含有Ni原子的个数为81，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为31。答案：315(2016全国卷)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。(2)GaAs的晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_，Ga与As以_键键合。解析：(1)GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。(2)GaAs的熔点为1 238 ，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。答案：(1)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(2)原子晶体共价