2020年高考化学一轮总复习 第十二章 第38讲 晶体结构与性质学案（含解析）.doc

第38讲晶体结构与性质1.晶体和晶胞(1)晶体与非晶体(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。晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。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。2四种类型晶体的比较3离子晶体的晶格能(1)定义：气态离子形成1摩尔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。1判断正误，正确的画“”，错误的画“”，并指明错因。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。()错因：自发地呈现多面体外形的才是晶体，人为制造出的具有规则几何外形的固体如玻璃、木材、陶瓷等均不是晶体。(2)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。()错因：_(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔点。()错因：区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。(4)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA。()错因：1_mol金刚石含有的共价键数目为2NA。(5)金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子。()错因：_(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。 ()错因：分子晶体硫、碘等的熔点比金属晶体汞的熔点高。(7)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其熔点由高到低的顺序为：C60金刚石石墨。()错因：石墨的熔点高于金刚石，金刚石的熔点又比C60的熔点高很多。(8)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。()错因：_2教材改编题(据人教选修三P84 T4)下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()ASi和CO2 BNaBr和O2CCH4和H2O DHCl和KCl答案C考点四类晶体的组成和性质典例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硅晶体：1410Na：98HCl：115KCl硼晶体：2300K：64HBr：89RbCl二氧化硅：1723Rb：39HI：51MgO：2800 据此回答下列问题：(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：A组属于_晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是_。二氧化硅的熔点高于硅，是由于_。硼晶体的硬度与硅晶体相对比：_。(2)B组晶体中存在的作用力是_，其共同的物理性质是_(填序号)，可以用_理论解释。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组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为_，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为_。解析(1)A组由非金属元素组成，熔点很高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点高，硬度大。(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用电子气理论解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成了氢键。(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。答案(1)原子共价键O的原子半径小于Si的原子半径，SiO键的键长小于SiSi键的键长，SiO键的键能大于SiSi键的键能硼晶体大于硅晶体(2)金属键电子气(3)HF分子间能形成氢键(4)(5)NaClKClRbClMgO晶体为离子晶体，离子晶体中离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高名师精讲(1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710 ，MgO的熔点为2852 。(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ，尿素的熔点为132.7 。(5)同种晶体熔、沸点高低的比较原子晶体如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体a一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：Al2O3MgONaClCsCl。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，硬度越大。分子晶体a具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如熔、沸点：H2OH2TeH2Se H2S。b组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：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，其熔点越高，如熔点：CON2。d对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：CH2CH2CH3CH2CH3金属晶体金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：NaMgMgAlB硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅C晶体熔点由低到高：CF4CCl4CBr4NaClNaBrNaI答案A解析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，A错误；键长越短，其价键越强，硬度越大，键长CCCSi碳化硅晶体硅，B正确；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CF4CCl4 CBr4 NaClNaBrNaI，D正确。2下图为几种晶体或晶胞的示意图：请回答下列问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是_。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为_。(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能_(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是_。(4)每个Cu晶胞中实际占有_个铜原子，CaCl2晶体中Ca2的配位数为_。答案(1)金刚石晶体(2)金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰(3)小于 MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2)r(Na)、r(O2)INi的原因是_。某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。a晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。b若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。解析(1)根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040 kJmol12520 kJmol1；0.5 mol氧气转化为氧原子时吸热249 kJ，所以O=O键键能是249 kJmol12498 kJmol1；根据晶格能的定义结合示意图可知Li2O的晶格能是2908 kJmol1。根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是 gcm3。(2)晶胞的质量为d gcm3(a107 cm)3a3d1021 g，NA个该单元的质量为M g，则，故y。(3)对于结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。b.该晶胞中含有Ge的个数为8648，晶胞参数a即为晶胞边长，则有 gcm3107 gcm3。(4)金属单质形成的晶体均为金属晶体，金属晶体中只含有金属键。a.晶胞中含Cu原子数为63，含Ni原子数为81，两者数量比为31；b.由题意可得：d，解得a 107 nm。答案(1)5204982908(2)(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强a.b.107(4)金属铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子a.31b. 107名师精讲1“均摊法”计算晶胞中的粒子数(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(2)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。名师精讲2晶胞中的有关物理量的计算对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3NAnM，a表示晶胞的棱长，表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示晶体的摩尔质量。具体地有：(1)晶胞质量晶胞占有的微粒的质量晶胞占有的微粒数。(2)空间利用率。(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。面对角线长a。体对角线长a。体心立方堆积4ra(r为原子半径)。面心立方堆积4ra(r为原子半径)。(4)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或晶胞参数a(晶胞边长)对于立方晶胞，可建立如下求算途径：3. (2018赣州模拟)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 BBA2 CB7A4 DB4A7答案B解析A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，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。4(2018成都诊断)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，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内CC键的键长为142 pm，而金刚石中CC键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在CC间的_共价键，而石墨层内的CC间不仅存在_共价键，还有_键。(5)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大或pp )(5)8解析(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，C原子采取sp3杂化方式；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。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合，所以石墨属于混合晶体。(5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，晶胞中C原子数目为4688；若C原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的就是CC键的键长，即a2r，所以ra，碳原子在晶胞中的空间占有率w。