高考化学一轮复习 专题二十七 物质的结构与性质 考点三 晶体结构与性质教学案

1晶体常识(1)晶体与非晶体比较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二者区分方法间接方法：测定其是否有固定的熔点科学方法：对固体进行X射线衍射实验学霸巧学卡在适宜的条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质称为晶体的自范性。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。有没有自范性是晶体与非晶体的本质差异。(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。(3)晶胞概念描述晶体结构的基本单元。晶体中晶胞的排列无隙并置a无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。b并置：所有晶胞平行排列、取向相同。c形状：一般而言晶胞都是平行六面体。晶胞中粒子数目的计算均摊法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。a长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算：b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1/3。(4)晶格能定义气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位是kJmol1。影响因素a离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，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。学霸巧学卡(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如切割整齐的玻璃。(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)在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时，要注意晶胞的形状，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，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。2常见晶体类型的结构与性质(1)四种晶体的比较 晶体类型性质比较离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体结构组成粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间作用离子键范德华力共价键金属键物理性质熔沸点较高低很高有高有低硬度硬而脆小很大有大有小、有延展性溶解性易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂极性分子易溶于极性溶剂不溶于常见溶剂难溶(钠等与水反应)导电性晶体不导电；能溶于水者，其水溶液导电；熔化时导电晶体不导电，溶于水后能电离的，其水溶液可导电；熔化不导电导电性较差(Si是半导体)良导体(导电传热)续表 晶体类型性质比较离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体典型实例NaCl、NaOH、Na2O、CaCO3干冰、白磷、冰、硫黄金刚石、SiO2、晶体硅、SiCNa、Mg、Al、Fe、Cu、Zn(2)典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个C与相邻的4个C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C组成且6个原子不在同一平面内每个C参与4条CC键的形成，C原子数与CC键数之比为12SiO2每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构每个正四面体占有1个Si,4个“O”，n(Si)n(O)12最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰每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分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个离子晶体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(Cl)周围等距离且紧邻的Cs(Cl)有6个；每个Cs周围等距离且紧邻的Cl有8个每个晶胞中含1个Cs和1个Cl续表晶体晶体结构晶体详解金属晶体简单立方堆积典型代表为Po，配位数为6，空间利用率为52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表为Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率为74%体心立方堆积又称为A2型或钾型，典型代表为Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率为68%六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表为Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率为74%(3)石墨晶体石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面网状结构，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。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。学霸巧学卡判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na周围的Na数目(Na用“”表示)：每个面上有4个，共计12个。1.思维辨析(1)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。()(2)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同。()(3)固体碳一定是晶体。()(4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。()(5)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高。()(6)干冰、冰、水晶均属于分子晶体。()(7)金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子。()(8)NaCl表示一个氯化钠分子是由一个钠离子和一个氯离子构成的。()(9)离子晶体中一定存在金属元素。()(10)石墨的硬度比金刚石小，所以其熔点比金刚石低。()(11)干冰(CO2)晶体中包含的作用力为分子间力和共价键。()(12)SiO2晶体中包含的作用力只有共价键。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)2原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题：(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为_，1 mol Y2X2含有键的数目为_。(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是_。(3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是_。(4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是_，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为_。答案(1)sp杂化3NA(或36.021023个)(2)NH3分子间存在氢键(3)N2O(4)CuClCuCl2HCl=H2CuCl3(或CuCl2HCl=H2CuCl3)解析X是形成化合物种类最多的元素，则X为H或C，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，则Y为C，X只能为H；由Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，推出Z为N，W的原子序数为29，则W为Cu。(1)C2H2中C原子轨道的杂化类型是sp杂化；1 mol C2H2中含有3 mol 键，2 mol 键。(2)NH3的沸点比CH4的沸点高的原因是NH3分子间存在氢键。(4)根据晶胞结构示意图，1个晶胞中Cu原子数为4，Cl原子数为864，则该氯化物的化学式为CuCl，其与浓盐酸发生非氧化还原反应生成HnCuCl3，由于Cu显1价，推出n2，则反应的化学方程式为2HClCuCl=H2CuCl3(或CuCl2HCl=H2CuCl3)。考法综述高考中本考点主要考查利用性质判断晶体的类型和常见晶体熔沸点的比较题型，难度中等，需要熟练记忆所学知识即可解决此问题。晶体化学式的计算是高考命题的热点，同学们应做到熟练运用均摊法计算晶体的化学式。命题法1晶体类型的判断与熔沸点比较典例1现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：83NaCl：801硅晶体：1410Na：98HCl：115KCl：776硼晶体：2300K：64HBr：89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：51CsCl：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，其原因解释为_。解析(1)A组熔点很高，判断属于原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，存在金属键，具有四条共性。(3)HF含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有性质。(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高。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(4)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等金属的熔、沸点很高，汞、铯等金属的熔、沸点很低。(3)同种类型晶体的熔、沸点的比较原子晶体如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体a一般地，离子所带的电荷数越多，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：MgOMgCl2NaClCsCl。b衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度也越大。分子晶体a分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；能形成氢键的分子晶体熔、沸点反常的高，如H2OH2TeH2SeH2S。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SnH4GeH4SiH4CH4。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CON2，CH3OHCH3CH3。d同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。金属晶体金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属的熔、沸点越高，如熔、沸点：NaMgAl。命题法2晶体化学式的计算典例2如图是超导化合物钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。请回答：(1)该化合物的化学式为_。(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有_个。(3)设该化合物的式量为M，密度为a g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙离子与钛离子之间的最短距离为_。解析(1)这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为1/8，因此每个晶胞单独占有的钛原子个数为81/81个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为1/4，因此每个晶胞单独占有的氧原子个数为121/43个；每个晶胞全部拥有体内的那一个钙原子；因此该晶胞中单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为1、3、1，所以该化合物的化学式为CaTiO3。(2)钛位于立方体的顶点上，与一个钛离子距离最近的钛离子是与它共棱的。在x轴或y轴或z轴上，与它共棱的离子都是两个，所以共6个。(3)设这种立方晶胞的边长是b，那么，钙离子与钛离子之间的距离是体对角线的一半，即b。因为每个立方体的体积为b3，而NA个这样的立方体堆积到一起就是1 mol晶体，其质量为M g，其体积为M/a cm3。得NAb3M/a cm3，所以，b cm，由此可知，题中所求距离为b cm。答案(1)CaTiO3(2)6(3) cm【解题法】晶体化学式计算方法均摊法(1)计算方法均摊法晶胞中任意位置上的一个粒子被n个晶胞共用，那么每个晶胞对这个原子分得份额就是1/n。常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最为常见。下表为不同晶胞不同位置微粒均摊的基本情况顶点棱面心内部立方晶胞每个顶点上的粒子被8个晶胞共用，每个粒子只有1/8属于该晶胞每条棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞六方晶胞每个顶点上的粒子被6个晶胞共用，每个粒子只有1/6属于该晶胞每条横棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞；每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用，每个粒子只有1/3属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞三棱晶胞每个顶点上的粒子被12个晶胞共用，每个粒子只有1/12属于该晶胞每条横棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有1/4属于该晶胞；每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用，每个粒子只有1/6属于该晶胞每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有1/2属于该晶胞晶胞内的粒子完全属于该晶胞(2)思维途径获得关系式：，再根据题目已知条件代入数据，移项、化简即可。1氟在自然界中常以CaF2的形式存在。 (1)下列有关CaF2的表述正确的是_。aCa2与F间仅存在静电吸引作用bF的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点高于CaCl2c阴阳离子比为21的物质，均与CaF2晶体构型相同dCaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中，原因是_(用离子方程式表示)。已知AlF在溶液中可稳定存在。(3)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为_，其中氧原子的杂化方式为_。(4)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)H313 kJmol1，FF键的键能为159 kJmol1，ClCl键的键能为242 kJmol1，则ClF3中ClF键的平均键能为_kJmol1。ClF3的熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。答案(1)bd(2)3CaF2Al3=3Ca2AlF(3)V形sp3(4)172低解析(1)CaF2为离子化合物，熔融状态下能导电，Ca2与F间既有静电吸引作用，又有静电排斥作用，a错，d对；离子半径越小，离子键越强，故CaF2的熔点高于CaCl2熔点，b对；阴阳离子比为21的物质，其晶体构型与阴阳离子的半径的相对大小有关，c错。(2)由题中信息可知Al3与F结合生成较稳定的AlF，导致溶解平衡CaF2(s)Ca2(aq)2F(aq)右移而使CaF2溶解，故反应的离子方程式可表示为3CaF2Al3=3Ca2AlF。(3)中心原子O原子的孤电子对数为(612)2，形成了2个键，采取sp3杂化，分子构型为V形。(4)设ClF键的平均键能为a kJmol1，则159 kJmol13242 kJmol16a313 kJmol1，解得a172 kJmol1。ClF3与BrF3分子结构相似，前者相对分子质量较小，分子间作用力较小，熔、沸点较低。2含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基，也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。(1)Cu基态核外电子排布式为_。(2)与OH互为等电子体的一种分子为_(填化学式)。(3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是_；1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。(4)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为_。(5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。答案(1)Ar3d10(或1s22s22p63s23p63d10)(2)HF(3)sp26NA(或66.021023个)(4)2Cu(OH)2CH3CHONaOHCH3COONaCu2O3H2O(5)12解析(2)等电子体是原子个数和电子个数均相同的微粒，与OH互为等电子体的分子是HF。(3)CHO中碳原子采取sp2杂化，1 mol CH3CHO分子中含键数：3 mol(CH3中的CH键)1 mol(CC键)1 mol(CHO中的CH键)1 mol(中)6 mol，即6NA个。(5)观察铜晶胞的结构可知，每个铜原子在空间x、y、z三个平面上均有4个与之距离最近的铜原子，总数为4312个。3前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。回答下列问题：(1)D2的价层电子排布图为_。(2)四种元素中第一电离能最小的是_，电负性最大的是_(填元素符号)。(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。该化合物的化学式为_；D的配位数为_；列式计算该晶体的密度_ gcm3。(4)A、B和C3三种离子组成的化合物B3CA6，其中化学键的类型有_；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为_，配位体是_。答案(1) (2)K F(3)K2NiF463.4(4)离子键、配位键FeF63F解析本题考查了元素推断、电子排布式、第一电离能、电负性、晶体化学式求法、晶胞密度的计算、配合物知识。A、B、C、D的原子序数依次增大，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，且B比A多8个电子，故A为F元素，B为K元素，在第四周期中未成对电子数为4的原子的价电子排布为3d64s2，故C为Fe元素，D的原子序数比Fe大2，D为Ni元素。(1)Ni2由Ni原子失去最外层两个电子得到，故其价层电子排布图为 。(2)F是电负性最大的元素，第一电离能很大；同周期元素中原子序数越大，第一电离能也较大，故第一电离能最小的是K元素。(3)在该化合物中F原子位于棱、面心以及体内，故个数16428，K原子位于棱和体内，故个数824，Ni原子位于8个顶点上和体内，故个数812，所以化学式为K2NiF4；由图示可看出在每个Ni原子周围有6个F原子，故配位数为6。结合解析根据密度的公式3.4 gcm3。(4)K3FeF6中含有离子键和配位键，其中K与FeF63之间形成离子键，Fe3与F之间形成配位键。K3FeF6中存在的复杂离子为FeF63，其中配位体是F。4碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。(1)与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是_(写出元素符号)。(2)石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样(如图甲)，石墨烯中碳原子的杂化方式为_；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是_。(3)二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O形成的最小环上O原子数目是_。(4)图丙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示出的C60分子数为14个。实际上一个C60晶胞中含有_个C60分子。答案(1)O(2)sp2甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力(3)6(4)4解析(1)C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2。(3)金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子，即六元环，共有6个CC键，而二氧化硅中的硅原子相当于金刚石中的碳原子，氧原子在硅硅键之间，故二氧化硅中氧原子的数目与金刚石中CC键的数目相同。(4)晶胞中粒子个数的计算公式体内数目1面上数目1/2棱上数目1/4顶角数目1/8。C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶角上，6个在面上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为81/861/24。A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：(1)四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为_。(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是_(填分子式)，原因是_；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为_和_。(3)C和D反应可生成组成比为13的化合物E，E的立体构型为_，中心原子的杂化轨道类型为_。(4)化合物D2A的立体构型为_，中心原子的价层电子对数为_，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为_。 (5)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a0.566 nm，F的化学式为_；晶胞中A原子的配位数为_；列式计算晶体F的密度(gcm3)_。错因分析对周期表结构与电子层结构的关系以及元素的存在、性质等知识掌握不熟练，不能从题中快速挖掘“题眼”充当解题的“突破口”。解析C的核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序数依次增大，所以C应为P，D的最外层只有一个未成对电子，所以D为Cl。A2和B的电子层结构相同，则A为O，B为Na。(1)电负性最大，也即非金属性最强的为O。P为15号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(2)氧的两种同素异形体分别为O2和O3，均为分子晶体，分子晶体中相对分子质量越大，沸点越高。H2O为分子晶体，NaH为离子晶体。(3)PCl3中P有一对孤对电子，价层电子对数为134，所以P为sp3杂化，PCl3的空间构型为三角锥形。(4)Cl2O中O有两对孤对电子，价层电子对数为224，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间构型为V形。Cl2O中Cl为1价，Cl2发生歧化反应生成Cl2O和NaCl。(5)由晶胞图知，小黑球有8个，大黑球有81/861/24，所以化学式为Na2O。小黑球为Na，大黑球为O。A为O，由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个钠，在相邻的另一个晶胞中，O也连有4个钠，故O的配位数为8。1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有2.27(gcm3)。答案(1)O1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(2)O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体(3)三角锥形sp3(4)V形42Cl22Na2CO3H2O=Cl2O2NaHCO32NaCl(或2Cl2Na2CO3=Cl2OCO22NaCl)(5)Na2O82.27 gcm3心得体会