s晶体结构与性质

选修 3 第三章 晶体结构与性质 知识点与典型题例考点1 晶体的基本类型和性质的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熔、 沸点较高有的高（如芻人有的低（如汞）低很高跡脆有的高（如Cr）、有的低 （如陶低很高导电性熔融或在水溶液 中导电良不良绝缘体（半导休）导热性不良不良不良延展性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 子易溶于非扱性 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Na;O）金属（如钠、铝、铁 等）大多数非金属单质 （如匕、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 氧化硅等题组训练1.有下列八种晶体：A.水晶B.冰醋酸 C.氧化镁 D.白磷E.晶体氩F.氯化铵 G.铝 H.金刚石用选项字母回答下列问题：（1）属于原子晶体的化合物是。直接由原子构成的晶体是 ，直接由原子构成的分子晶体是（2）由极性分子构成的晶体是，含有共价键的离子晶体是，属于分子晶体的单质是。（3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是，受热熔化后化学键不发生变化的是，需克服共价键的是。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：3 110 CLi： 181 CHF：83 CNaCl： 801 C硅晶体：1 410 CNa： 98 CHCl：-114 CKCl： 776 C硼晶体：2 300 CK： 64 CHBr：89 CRbCl： 718 C二氧化硅：1 723 CRb： 39 CHI：51 CCsCl： 645 C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3.有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：序号熔点/C硬度水溶性导电性水溶液与Ag4反 应A811较大易溶水溶液或 熔融导电白色沉淀B3 500很大不溶不导电不反应C 114.2很小易溶液态 不导电白色沉淀（1）晶体的化学式分别为 A、 B、 C（2）晶体的类型分别是A、B、C。晶体中微粒间作用力分别是A、B、C晶体类型的判断1依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断 离子晶体的晶格质点是阴、阳离子，质点间的作用是离子键；原子晶体的晶格质点是原子，质点间的作用是共 价键；分子晶体的晶格质点是分子，质点间的作用为分子间作用力，即范德华力；金属晶体的晶格质点是金属阳离 子和自由电子，质点间的作用是金属键。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（常温除汞外）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1 000余度。原子晶体熔点高，常在1 000 度至几千度。分子晶体熔点低， 常在数百度以下至很低温度，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，石墨能导电。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。考点2晶体熔沸点高低的比较1.不同类型晶体的熔、沸点高低规律：原子晶体离子晶体分子晶体。 金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、镓、铯等。 2由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如：金刚石石英碳 化硅硅。3离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就 越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaC卜CsCl。4分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如熔、沸点： O2N2， HIHBrHCl。 组成和结构不相似的物质，分子极性越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：con2，在同分异构体中，一般来说， 支链数越多，熔、沸点越低，如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷；芳香烃及其衍生物的同分异构体，其熔、沸点高 低顺序是“邻位间位对位”化合物。特别提醒 (1)若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔沸点较高。例如：熔、沸点 HFHIHBrHCl。(2) 金属晶体中金属离子半径越小，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： NaMgNaKRbCs。根据物质在相同条件下的状态不同，熔、沸点：固体液体气体。例如：SHg02。题组训练4. 下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是()ACl I22BSiCl PH33DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH35. NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：物质NaFNaIMgO离子电荷数112键长(10T0 m)2.313.182.10试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是()A.迈 B.远 C.辺D.辺 6.下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()02、I2、HgCO、KC1、SiO2Na、K、RbNa、Mg、AlA.B.C.D.7参考下表中物质的熔点，回答有关问题：物质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔点/c995801755651801776715646物质SiF4SiCl4SiBr”4SiI4SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4熔点/c90.470.45.212070.449.5 36.215（1）钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的有关，随着的增大，熔点依次降低。（2）硅的卤化物的熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与有关，随着增大，增大，故熔点依次升高。（3）钠 的 卤 化 物 的 熔 点 比 相 应 的 硅 的 卤 化 物 的 熔 点 高 得 多 ， 这 与 有关 ， 因 为 ，故前者的熔点远高于后者。考点3常见晶体结构的分析1.原子晶体（金刚石和二氧化硅）8亠d O10928/金刚石Si 一二氧化硅金刚石键角为109。28，每个最小的环上有6个碳原子。SiO2（正四面体）键角（OSi键）为109。28，每个最 小的环上有12个原子，其中，有6个Si和6个0。2分子晶体（干冰）干冰的结构模型（晶胞）每个C02分子周围等距紧邻的C02分子有12个。3离子晶体(1)NaCl 型。在晶体中，每个Na +同时吸引6个Cl-,每个C卜同时吸引6个Na+,配位数为6。每个晶胞4个Na+和4个Cl。 Na+ O Cl(2)CsCl 型。在晶体中，每个C卜吸引8个Cs+,每个Cs+吸引8个C卜，配位数为8。O Cs+(3 )晶格能。 定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，单位kJ/mol,通常取正值。 影响因素：a.离子所带电荷：离子所带电荷越多，晶格能越大。b离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。 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。 4金属晶体(1) 金属键电子气理论。 金属阳离子与自由电子间的强相互作用。(2) 金属晶体的几种典型堆积模型。堆积模型采纳这种堆积 的典型代表空间利 用率配位数晶胞简单立方Po52%6钾型 (体心立方)Na、K、Fe68%8镁型 （八方取密）Mg、Zn、Ti74%12铜型 （面心立方）Cu、Ag、Au74%12O o O题组训练8下列是钠、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（填选项字母）。9（1）将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图 1所示的半径相等的圆球的排列中，A 属于 层，配位数是；B 属于 层，配位数是。（2）将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图 2 所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆（3）有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图 2 所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第 周期第族，元素符号是，最外电子层的电子排布式是。10根据图回答问题：（1）A图是某离子化合物的晶胞（组成晶体的一个最小单位），阳离子位于中间，阴离子位于8个顶点，该化合物中阳、阴离子的个数比是。（2）B图表示构成NaCl晶体的一个晶胞，通过想象与推理，可确定一个NaCl晶胞中含Na+和Cl-的个数分别为、。（3）钇钡铜复合氧化物超导体有着与钙钛矿相关的晶体结构，若Ca、Ti、O形成如C图所示的晶体，其化学式为。（4）石墨晶体结构如 D 图所示，每一层由无数个正六边形构成，则平均每一个正六边形所占有的碳原子数为， CC 键数为。（5）晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，如E图。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有1个原子。试观察E图，推断这个基本结构单元所含硼原子个数、键角、BB 键的个数依次为、 、 。考点4有关晶体的计算I. 晶胞中微粒个数的计算用均摊法解析晶体的计算1均摊法：是指每个图形平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个图形（晶胞）所共有，则该粒子有n属于一个图 形（晶胞）。（1）长方体形（正方体形）晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为1。 处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为1。1 处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为2。 处于体内的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为1。（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。2晶体的密度及微粒间距离的计算若 1 个晶胞中含有 x 个微粒，则 1 mol 晶胞中含有 x mol 微粒，其质量为 xM g（M 为微粒的相对“分子”质量）； 又1个晶胞的质量为p a3 g（a3为晶胞的体积），则1 mol晶胞的质量为p a3NA g,因此有xM=p a3NAo题组训练II. Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。在1个晶胞中，Zn该晶体的化学式为。 +的数目为.(2)该化合物的化学式为12F、K 和 Ni 三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。(1)该化合物的化学式为；Ni 的配位数为(2)列式计算该晶体的密度gcm-设该晶体的摩尔质量为M gmol-1,晶体的密度为pgcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为cm。13.某离子晶体的晶胞结构如图所示，X(O)位于立方体的顶点，Y(O)位于立方体的中心。试分析:(1)晶体中每个Y同时吸引个X。