晶体结构与性质【讲】-(人教版)(原卷版).docx

5.4 晶体结构与性质
知识整理

晶体常识与晶体的组成和性质
一、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的比较

晶体
非晶体
结构特征
结构微粒 排列
结构微粒 排列
性质特征
自范性
有
无
熔点

异同表现

二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的
科学方法
对固体进行 实验
2.得到晶体的途径
（1） 物质凝固。
（2） 物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
（3）溶质从溶液中 。
3．晶胞
（1）概念：描述晶体结构的 。
（2）晶体中晶胞的排列——无隙并置
无隙：相邻晶胞之间没有 。
并置：所有晶胞都是 排列、 相同。
二、晶体的组成与性质
(一)四种类型的晶体
1．分子晶体
间通过 结合形成的晶体，此类晶体熔、沸点 ，硬度 。
2．共价晶体
通过 相互结合形成的晶体，整块晶体是一个 结构；其物理性质的突出特点是 。
3．离子晶体
（1） 通过 结合而成的晶体，此类晶体的熔、沸点较高。
（2）配位数：指一个离子周围最邻近的 离子的数目，晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的 。
4．金属晶体
（1）含义： 通过 形成的晶体， 单质形成的晶体就是金属晶体。
（2）金属键的形成：晶体中金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“电子气”，被 所共用，从而把所有的金属原子维系在一起；金属键 饱和性、方向性。
（3）金属晶体的物理性质及解释

(二)四种晶体类型的比较
晶体类型
共价晶体
离子晶体
分子晶体
金属晶体
构成粒子

粒子间
作用力

(某些物质还有氢键)

熔、沸点

较高
较低
有的很高
有的很低
硬度

较硬而脆
较小
有的很高
有的很低
导电性
不导电或半导体
晶体 导电、溶于水或熔化后可导电
一般不导电，部分晶体溶于水可导电
导电
溶解性
一般难溶于任何溶剂
许多可溶于水
相似相溶
—
物理变化时键的变化
部分断裂或形成
只破坏分子间作用力
部分断裂或形成
物质类别
或举例
金刚石、晶体硅、SiO2、SiC
强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐
大多数非金属单质、非金属氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
金属单质与合金

【注意】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1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
(三)晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
（1）不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律： > > 。
（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）共价晶体
原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，熔、沸点越 ，如金刚石>碳化硅>硅。
（2）离子晶体
一般来说，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 ，其离子晶体的熔、沸点就越高，如MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
（3）分子晶体
①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 ，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越 ，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③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CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低，如
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。
（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、沸点越高，如Na<Mg<Al。
知识演练

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)冰和碘晶体中相互作用力完全相同。(　　)
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。(　　)
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体。(　　)
(4)固体SiO2一定是晶体。(　　)
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。(　　)
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。(　　)
(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验。(　　)
(8)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　　)
(9)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　　)
(10)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　　)
(11)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　　)
(12)离子晶体一定都含有金属元素。(　　)
(13)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。(　　)
(14)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。(　　)
2．现有下列物质：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是______________________________________。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________________。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________________。
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是____________________________________。
(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________________。
(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________。
(8)其中含有极性共价键的共价晶体是_________________________________。
(9)其中不含共价键的分子晶体是______________________，只含非极性共价键的共价晶体是______________________________________________________________。

素养提升

一、晶体类型与性质的综合判断
1．下面的排序不正确的是(　　)
A．熔点由高到低：Na>Mg>Al
B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
C．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4
D．晶体熔点由高到低：NaF>NaCl>NaBr>NaI
2．现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550
Li：181
HF：－83
NaCl：801
硅晶体：1 410
Na：98
HCl：－115
KCl：776
硼晶体：2 300
K：64
HBr：－89
RbCl：718
二氧化硅：1 723
Rb：39
HI：－51
CsCl：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)。
①有金属光泽　②导电性　③导热性　④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)。
①硬度小　　　　　　 ②水溶液能导电
③固体能导电 ④熔融状态能导电
二、结构决定性质类简答题突破
3．(1)冰的熔点远高于干冰，除因为H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是__________________________________________。
(2)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“<”)BF的熔点，其原因是________________________________________________________________________。
(3)CO的熔点________(填“>”或“<”)N2的熔点，原因是________________。
(4)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________________________________________________________。
(5)SiO2比CO2熔点高的原因是__________________________________________。
4.ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。

(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单层碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是______(填字母)。
A．石墨烯是一种强度很高的材料
B．石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C．石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D．石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。

①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是____________________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性______、共价性______。(填“增强”“不变”或“减弱”)
(4)水杨酸第一级电离形成离子，相同温度下，水杨酸的Ka2________(填“>”“＝”或“<”)苯酚()的Ka，其原因是_______________________________。

知识整理

晶体模型与晶胞计算
1．晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
共价
晶体
金刚石

(1)每个C与相邻的4个C以共价键结合，形成 结构
(2)键角均为
(3)最小碳环由6个C原子组成且6个C原子不在 平面内
(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为
SiO2

(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成 结构
(2)每个正面四体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝
(3)最小环上有12个原子，即 个O和 个Si
分子
晶体
干冰

(1)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
(2)每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有 个
冰

每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol氢键
离子
晶体
NaCl型

(1)每个Na＋(Cl－)周围等距离且紧邻的Cl－(Na＋)有 个，每个Na＋周围等距离且紧邻的Na＋有 个
(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－
CsCl型

(1)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 个
(2)每个晶胞中含1个Cs＋和1个Cl－
混合型
晶体
石墨

(1)石墨层状晶体中，层与层之间的作用是
(2)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
(3)每层中存在σ键和π键，还有金属键
(4)C—C键的键长比金刚石的C—C键的键长短，熔点比金刚石的高
(5)硬度不大、有滑腻感、能导电
2.晶胞计算
（1）晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。
（2）“均摊法”原理

①在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时，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有，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在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用“均摊法”。

知识演练

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)1 mol金刚石中含有C—C键为4NA。(　　)
(2)SiO2、金刚石、硅、MgO熔点都很高，均属于共价晶体。(　　)
(3)NaCl晶体中，任意一个Na＋与其配位离子均可构成一个八面体。(　　)
(4)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个。(　　)
2．(常见晶体结构模型)填空。
(1)在金刚石晶体中最小碳环含有________个C原子；每个C原子被________个最小碳环共用。
(2)在干冰中粒子间作用力有_________________________________。
(3)含1 mol H2O的冰中形成氢键的数目为________。
(4)在NaCl晶体中，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Na＋，每个Na＋周围有________个距离最近且相等的Cl－，其空间结构为________。
(5)在CaF2晶体中，每个Ca2＋周围距离最近且等距离的F－有________个；每个F－周围距离最近且等距离的Ca2＋有________个。
3．判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在横线上。

(1)干冰晶体________；
(2)氯化钠________；
(3)金刚石________；
(4)碘晶体________；
(5)冰晶体________；
(6)水合铜离子________。
素养提升

一、晶胞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图所示。

(1)在1个晶胞中，Zn2＋的数目为________。
(2)该化合物的化学式为________。
2.利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如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________。

3．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________。

4．下图为离子晶体立体构型示意图，以M代表阳离子，以N表示阴离子(阳离子，阴离子)，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、C________。

二、晶体密度与粒子间距的计算
5.如图为Na2S的晶胞，设晶体密度是ρ g·cm－3，则Na＋与S2－的最短距离为______cm(NA表示阿伏加德罗常数的值，只写出计算式)。

6. Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为__________________ g·cm－3(列出计算式)。

方法技巧

晶体结构的相关计算
（1）
（2）晶体密度的计算公式：ρ＝，其中N为1个晶胞中所含微粒数目，M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值，V为1个晶胞的体积。
（3）晶胞质量＝晶胞含有的微粒的质量＝晶胞含有的微粒数×。
（4）空间利用率＝×100%。