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第三章 晶体结构与性质,考纲要求 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。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.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。4.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。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。,1晶体与非晶体,考点一 晶体的常识,2.获得晶体的三条途径 (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。 3晶胞 (1)晶胞：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 (2)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 (3)晶胞中粒子数目的计算均摊法：如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有 属于这个晶胞。,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呈周期性的排列。( ) (4)凡有规则外形的固体一定是晶体。( ) (5)固体SiO2一定是晶体。( ) 2具有规则几何外形的固体是否一定是晶体？ 3立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？ 4六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用？,提示： 1(1) (2) (3) (4) (5) 2不一定，如玻璃属于玻璃态物质，没有固定的熔点。 3立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被8、4、2个晶胞共用。 4六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞共用。,1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：MN MN3 MN2,晶胞中粒子个数的计算,2.如图所示晶体结构是一种具有优良的压电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元(晶胞)。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)( ) A8；BaTi8O12 B8；BaTi4O9 C6；BaTiO3 D3；BaTi2O3,答案：C,3.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高纪录。右图所示为该化合物的晶体结构单元；镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为( ) AMg2B3 BMgB2 CMg2B DMg3B2,答案：B,4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( ) A394 B142 C294 D384,答案：B,5.如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为2价，G为2价，则Q的化合价为_。,答案：3价,6如图是金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，则其分子式为_。 解析：由于M、N原子并不存在共用关系，而是形成一个独立的气态团簇分子，其分子式可由原子个数来确定，而不能用均摊法。 答案：M14N13,晶胞组成的计算方法分割法,7ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为_gcm3(列式并计算)，a位置S2离子与b位置Zn2离子之间的距离为_pm(列式表示)。,计算晶胞中粒子间距及晶胞体积,8.(2013年高考新课标全国卷节选)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。 A、B和D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_；D的配位数为_。 (2)列式计算该晶体的密度_gcm3。,9(2014年高考新课标全国卷)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题： (1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。 (2)基态Fe原子有_个未成对电子，Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为_。 (3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。 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。,(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。,晶体微粒与M、之间的关系 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x M g(M为微粒的相对“分子”质量)；1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为 a3 NA g，因此有xM a3NA。,1四类晶体的比较,考点二 四类常见晶体的比较,2.晶格能(离子晶体) (1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体 的能量；单位：_。 (2)影响因素： 离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能 。 离子的半径：离子的半径 ，晶格能越大。 对离子晶体性质的影响： 晶格能越大，形成的离子晶体越 ，且熔点越 ，硬度越 。,释放,kJmol1,越大,越小,稳定,高,大,1判断正误，正确的打“”，错误的打“” (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( ) 2CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似之处，你知道原因吗？,提示： 1(1) (2) (3) (4) (5) (6) 2决定二者物理性质的因素：晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而CO与SiO键都是极性键，所以在化学性质上有较多相似之处。,1下列物质：水晶 冰醋酸 氧化钙 白磷 晶体氩 氢氧化钠 铝 金刚石 过氧化钠 碳化钙 碳化硅 干冰 过氧化氢 (1)属于原子晶体的化合物_。 (2)直接由原子构成的晶体_。 (3)直接由原子构成的分子晶体_。 (4)由极性分子构成的晶体是_，含有非极性键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。 (5)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_，受热熔化后需克服共价键的是_。,晶体类型的判断,解析：属于原子晶体的化合物是：碳化硅和水晶；属于分子晶体的有：氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)；属于离子晶体的有：CaO(离子键)、NaOH(既存在离子键又存在极性共价键)、Na2O2和CaC2(既存在离子键又存在非极性共价键)。金属导电过程不发生化学变化，晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。 答案：(1) (2) (3) (4) (5) ,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，结果见下表：,(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 范德瓦耳斯力,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 (1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。 (2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。 (3)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。 (4)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 (1)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)、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。 (3)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。 (4)金属单质是金属晶体。 3依据晶体的熔点判断 (1)离子晶体的熔点较高。 (2)原子晶体熔点很高。 (3)分子晶体熔点低。 (4)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 (1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。 (2)原子晶体一般为非导体。 (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移动的离子，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)离子晶体硬度较大、硬而脆。 (2)原子晶体硬度大。 (3)分子晶体硬度小且较脆。 (4)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)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。,3下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是( ) A金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅 BCI4CBr4CCl4CH4 CMgOH2OO2Br2 D金刚石生铁纯铁钠 解析：对于A选项，同属于原子晶体，熔沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅离子晶体分子晶体，MgO(H2O、O2、Br2)，H2O(Br2、O2)，Br2O2，C项错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，D项错误。 答案：B,晶体熔、沸点高低比较,4根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据，判断下列有关说法中错误的是( ),A.SiCl4是分子晶体 B单质B可能是原子晶体 CAlCl3加热能升华 DNaCl的键的强度比KCl的小,解析：由表中所给熔、沸点数据可知，SiCl4应为分子晶体，A项正确；单质B可能为原子晶体，B项正确；AlCl3的沸点低于熔点，它可升华，C项也正确；NaCl的熔、沸点高于KCl的，表明Na与Cl键断裂较K与Cl键断裂难，即NaCl的键的强度大于KCl的，D项错误。 答案：D,5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( ) AKClNaClBaOCaO BNaClKClCaOBaO CCaOBaONaClKCl DCaOBaOKClNaCl 解析：离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大。 答案：C,分类比较晶体的熔、沸点 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)离子晶体： 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。 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、沸点反常的高。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。,同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 如CH3CH2CH2CH2CH3 (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，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。,1常见原子晶体、分子晶体、离子晶体的模型,考点三 典型的晶体模型,2.常见金属晶体的原子堆积模型,1在晶体球棍模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？ 2试分析石墨晶体中粒子之间存在的作用力及碳原子采取的杂化方式。 3下列排列方式中，A.ABCABCABC BABABABABAB CABBAABBA DABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是_；属于铜型堆积方式的是_。,提示： 1不一样，金刚石中表示的是CC共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力；分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的CO键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。 2石墨晶体呈层状结构：同层内每个碳原子与另外三个碳原子形成共价键，键角均为120；层与层之间存在范德瓦耳斯力。碳原子采取sp2杂化。 3B A,1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_(请用相应的编号填写)。,依据常见晶体的晶胞判断晶体类型,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：BC,2下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( ) A最小的环上，有3个Si原子和3个O原子 B最小的环上，Si和O原子数之比为12 C最小的环上，有6个Si原子和6个O原子 D存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 解析：SiO2的晶体结构与金刚石的晶体结构相似，相当于把金刚石中的碳原子，换成硅原子，然后在两个硅原子中间插入一个氧原子，金刚石的晶体结构中每个最小的环上是6个碳原子，所以SiO2晶体中最小的环上应有6个硅原子和6个氧原子。 答案：C,对晶胞结构的考查,3铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4处于立方晶胞顶点，Ba2处于晶胞中心，O2处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为_，每个Ba2与_个O2配位。,答案：BaPbO3 12,4(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积，在这种晶体中，金属原子的配位数是_，平均每个晶胞所占有的原子数目是_。,(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_。 答案：(1)非密置 4 密置 6 (2)6 1 (3)六 A Po 6s26p4,5.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 gcm3，晶胞中该原子的配位数为_；Cu的原子半径为_cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。,金属晶胞中原子半径的计算,晶体结构中的有关计算 1根据晶体晶胞的结构特点确定晶体的化学式 晶胞中粒子数目的计算,2根据晶体晶胞的结构特点和有关数据，求算晶体的密度或晶体晶胞的体积 对于立方晶胞，可建立如下求算途径：,典例 晶胞是晶体中最小的重复单位，数目巨大的晶胞无隙并置构成晶体。NaCl晶体是一个正六面体(如图一)。我们把阴、阳离子看成不等径的圆球，并彼此相切(已知a为常数)。,请计算下列问题： (1)每个晶胞平均分摊_个Na，_个Cl。 (2)NaCl晶体中阴、阳离子的最短距离为_(用a表示)。 (3)NaCl晶体为“巨分子”，在高温下(1 413 时)晶体转变成气态团簇分子。现有1 mol NaCl晶体，加强热使其变为气态团簇分子，测得气体体积为11.2 L(已折算为标准状况)。则此时氯化钠气体的分子式为_。,即时训练 金晶体是面心立方体，立方体的每个面上有5个金原子紧密堆砌(如图)，金原子半径为A cm，求： (1)金晶体中最小的一个立方体含有_个金原子。 (2)金的密度为_g/cm3(带A计算式表示)。,
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