资源描述
化学 课标版,第36讲 晶体结构与性质,1.晶体与非晶体,考点一 晶体与晶胞,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。 a.无隙:相邻晶胞之间没有任何 空隙 。 b.并置:所有晶胞都是平行排列的, 取向 相同。 (3)晶胞中粒子数目的计算均摊法(切割法):如某个粒子为n个晶胞 所共用,则该粒子有 属于该晶胞。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)固态物质一定是晶体 ( ) (2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同 ( ) (3)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列 ( ) (4)凡有规则外形的固体一定是晶体 ( ) (5)晶体与非晶体的本质区别:是否有自范性 ( ) (6)晶体有一定的熔沸点 ( ) (7)晶体和非晶体可用X-射线衍射实验区别 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7),2.下图为离子晶体空间构型示意图( 表示阳离子, 表示阴离子),以M表 示阳离子,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 MN MN3 MN2,题组一 晶胞中粒子数及晶体化学式的判断,1.Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。 (1)在1个晶胞中,Zn的数目为 。 (2)该化合物的化学式为 。,答案 (1)4 (2)ZnS,解析 从晶胞图分析,含有Zn数目为8 +6 =4;S数目为4,所以化合物 中Zn与S数目之比为11,则化学式为ZnS。,2.利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,下图为其晶 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 。,答案 2 BN,解析 根据题给晶胞,可以判断大球代表B原子,则晶胞中B原子个数为 8 +1=2,N原子个数为4 +1=2,则化学式为BN。,3.石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料, 晶胞如图所示,M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数 为 ,该材料的化学式为 。,解析 根据“均摊法”计算。晶胞中M的个数:12 +9=12;C60的个数: 8 +6 =4,所以其化学式可表示为M3C60。,答案 12 M3C60,技法总结 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被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞分得 这个原子的份额就是 。 (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1/3个碳 原子。,题组二 利用晶胞进行相关物理量的计算 4.(1)(2016课标,37,节选)晶胞有两个基本要素: 原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的 晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为( ,0, );C为( , ,0)。则D原子 的坐标参数为 。 晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76,pm,其密度为 gcm-3(列出计算式即可)。 (2)氧和钠可形成化合物F,其晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,F 的化学式为 ;晶胞中氧原子的配位数为 ;列式计算晶 体F的密度(gcm-3) 。 (3)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位 于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。铝单质为面心立方晶,体,其晶胞参数a=0.405 nm,晶胞中铝原子的配位数为 。列式 表示铝单质的密度 gcm-3(不必计算出结果)。 (4)(2014江苏单科,21A,节选)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) 107 (2)Na2O 8 =2.27 gcm-3 (3)16 12 (4)12,解析 (1)晶胞参数a即为晶胞边长,= = gcm-3= 107 gcm-3。 (2)由晶胞结构可知,一个晶胞中小球个数为8,大球个数为4,小球代表离 子半径较小的Na+,大球代表离子半径较大的O2-,故F的化学式为Na2O;晶 胞中与每个氧原子距离最近且相等的钠原子有8个;晶胞的质量为 4,晶胞的体积为(0.56610-7)3 cm3,晶体密度为 =2.27 gcm-3。 (3)Cu2O晶胞中氧原子数=4+6 +8 =8,故铜原子数为28=16。面心,立方晶胞中,铝原子的配位数为12;晶胞中Al原子数为8 +6 =4,铝单 质的密度= = = gcm-3。 (4)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43=12个。,5.(1)ZnS的晶胞结构如图1所示,在ZnS晶胞中,S2-的配位数为 。 铜与金形成的金属互化物结构如图2,其晶胞边长为a nm,该金属互化 物的密度为 (用含a、NA 的代数式表示)gc 。,(2)某离子晶体晶胞的结构如图所示。X( )位于立方体顶点,Y( )位于 立方体中心。设该晶体的摩尔质量为M g/mol,晶体的密度为 g/cm3,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。 (3)用晶体的X-射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定 得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,边长为361 pm。又知铜的密 度为9.00 gcm-3,则铜晶胞的体积是 cm3,晶胞的质量是,g,阿伏加德罗常数为 列式计 算,已知Ar(Cu)=63.6。 (4)B、E两种元素形成的某种化合物的晶胞结构如图(白色球代表B原 子)。已知B、E的原子半径分别为a pm、b pm。在该晶胞中,B原子的 配位数为 。该晶胞的空间利用率为 。,答案 (1)4 (2) (3)4.7010-23 4.2310-22 NA= =6.011023mol-1 (4)6 100%,解析 (1)根据题中图1知,距离Zn2+最近的S2-有4个,即Zn2+的配位数为 4,而ZnS中Zn2+与S2-个数比为11,故S2-的配位数也为4。根据均摊法, 铜与金形成的金属互化物晶胞中Cu的个数为6 =3,Au的个数为8 = 1,该金属互化物的化学式为Cu3Au,该金属互化物的密度= gcm-3= gcm-3。 (2)由题意知,该晶胞中含有 个XY2或Y2X,设晶胞的边长为a cm,则有a3 NA= M,a= ,则晶体中两个距离最近的X之间的距离为 cm。,(4)设晶胞边长为L,L=2(a+b)pm。该晶胞的空间利用率= 100%= 100%。 反思归纳 有关晶胞各物理量的关系:对于立方晶胞,可简化成下面的公式进行各物理量的计算:a3NA=nM,a表示晶胞的棱长,表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量,M表示相对分子质量,a3NA表示1 mol 晶胞的质量。,1.四种晶体类型比较,考点二 常见晶体类型的结构与性质,2.典型晶体模型,3.晶格能 (1)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: kJmol-1 。 (2)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。 (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 。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 ( ) (2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ( ) (3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 ( ) (4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 ( ) (5)离子晶体一定都含有金属元素 ( ) (6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6),2.用“”或“”填空: (1)晶体熔点:CF4 CCl4 CBr4 CI4 (2)硬度:金刚石 碳化硅 晶体硅 (3)熔点:Na Mg Al (4)晶格能:NaF NaCl NaBr NaI,答案 (1) (3) ,1.NF3可由NH3和F2在Cu作催化剂条件下反应直接得到:4NH3+3F2 NF3+3NH4F。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,题组一 晶体类型的判断,答案 abd,解析 NH3、F2和NF3为分子晶体,NH4F为离子晶体,Cu为金属晶体。,2.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,结果如下表:,(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 。 (3)晶体中微粒间作用力分别是A 、B 、C 。,答案 (1)NaCl C HCl (2)离子晶体 原子晶体 分子晶体 (3)离子键 共价键 范德华力,解析 根据晶体的性质可知,A为离子晶体,只能为NaCl,微粒间的作用 力为离子键;B应为原子晶体,只能为金刚石,微粒间的作用力为共价键; C应为分子晶体,且易溶,只能为HCl,微粒间的作用力为范德华力。,题组二 典型晶体模型的结构分析 3.(2015课标,37,节选)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶 体结构如图所示: (1)在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占 有 个C原子。 (2)在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接,个六元环,六元环中最多有 个C原子在同一平面。,答案 (1)3 2 (2)12 4,解析 (1)由题中石墨烯和金刚石的晶体结构图示可得,在石墨烯晶体 中,每个C原子应连接3个六元环,每个六元环由6个C原子构成,每个六元 环所占有的C原子数为6 =2;(2)在金刚石晶体中,每个C原子与其他4 个C原子相连,每个C原子连接的六元环个数应为12个,而每一个碳原子 与其他4个C原子形成的4个共价键的键角均为10928,形成正四面体,由 此可得在金刚石晶体的六元环中最多有4个C原子共面。,4.(2016江苏南京质检)下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的 晶胞图(未按顺序排序)。 (1)辨别晶胞(请填相应的编号)。 钠晶胞是 ;钋晶胞是 ;金刚石晶胞是 ; 干冰晶胞是 ;氯化钠晶胞是 。 (2)钋晶胞的堆积方式是 ,钠晶胞的堆积方式是 。,(3)与冰的晶体类型相同的是 (填编号)。 (4)在冰晶体中,每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键(如图所示),已 知冰的升华热是51 kJmol-1,除氢键外,水分子间还存在范德华力(11 kJ mol-1),则冰晶体中氢键的“键能”是 kJmol-1。,答案 (1)E C D B A (2)简单立方堆积 体心立方 堆积 (3)B (4)20,解析 A为NaCl的晶胞,B为干冰的晶胞,C为钋的晶胞,D为金刚石的晶 胞,E为钠的晶胞,与冰的晶体类型相同的是B。(4)冰晶体中每摩尔水形 成2 mol氢键,冰升华吸热51 kJ,需破坏范德华力及氢键,故氢键的“键 能”是 =20 kJmol-1。,题组三 晶体熔、沸点的比较 5.(1)Al2O3、SiC、Si、金刚石中属于原子晶体的有 ,其熔点 高低顺序为 ,理由是 。 (2)干冰、冰二者的熔点较高的是 ,其理由是 。 (3)CS2熔、沸点高于CO2的理由是 。 (4)BN、MgBr2、SiCl4的熔点由高到低的顺序为 。 (5)NaF的熔点 (填“”“=”或“”) B,的熔点,其原因是 。,答案 (1)SiC、Si、金刚石 金刚石SiCSi CC、CSi、SiSi的键长依次增大,键能依次减小,熔点依次降低 (2)冰 冰晶体中分子间存在氢键 (3)CS2和CO2均为分子晶体,CS2的相对分子质量大,分子间作用力大,因 此CS2熔、沸点高于CO2 (4)BNMgBr2SiCl4 (5) 两者均为离子化合物,且电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键 较弱,因此熔点较低,解析 (1)SiC、Si、金刚石为原子晶体,原子晶体中共价键键长越短,键 能越大,熔、沸点越高。 (2)冰晶体中含有氢键,熔点反常得高。 (3)CS2、CO2均为分子晶体,组成、结构相似,相对分子质量越大,范德华 力越大,熔、沸点越高。 (4)BN为原子晶体,MgBr2为离子晶体,SiCl4为分子晶体,因而熔点:BN MgBr2SiCl4。,6.(1)离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、 NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 。 (2)下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是 。 O2、I2、Hg CO、KCl、SiO2 Na、K、Rb Na、Mg、Al,解析 (1)在离子晶体中,离子半径越小,晶格能越大,则晶体的熔点越高; 阴、阳离子所带电荷越多,晶格能越大,则晶体的熔点越高。 (2)不同晶体的熔点一般规律为:原子晶体离子晶体分子晶体。 技法总结 晶体熔、沸点高低的比较方法,答案 (1)CaOBaONaClKCl (2),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 。 (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,则离子间的作用 力越强,其晶体的熔、沸点越高。 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,硬度越大。 (3)分子晶体 分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、 沸点反常得高。,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。 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CON2。 同分异构体,支链越多,熔、沸点越低。 (4)金属晶体 金属离子半径越小,离子所带电荷越多,其金属键越强,金属晶体的熔、 沸点越高。,
展开阅读全文