高中化学选修三-晶体结构与性质.doc

晶体结构与性质
一、晶体得常识
1、晶体与非晶体
晶体与非晶体得本质差异

自范性
微观结构
晶体
有（能自发呈现多面体外形）
原子在三维空间里呈周期性有序排列
非晶体
无（不能自发呈现多面体外形）
原子排列相对无序
晶体呈现自范性得条件：晶体生长得速率适当
得到晶体得途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出
特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等）
③固定得熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体与非晶体最可靠得科学方法）
2、晶胞--描述晶体结构得基本单元、即晶体中无限重复得部分
一个晶胞平均占有得原子数=×晶胞顶角上得原子数+×晶胞棱上得原子+×晶胞面上得粒子数+1×晶胞体心内得原子数
思考：下图依次就是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞得示意图、它们分别平均含几个原子？

eg：1、晶体具有各向异性。如蓝晶（Al2O3·SiO2）在不同方向上得硬度不同；又如石墨与层垂直方向上得电导率与与层平行方向上得电导率之比为1：1000。晶体得各向异性主要表现在（ ）
①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质
A、①③ B、②④ C、①②③ D、①②③④
2、下列关于晶体与非晶体得说法正确得就是（ ）
A、晶体一定比非晶体得熔点高 B、晶体一定就是无色透明得固体
C、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体SiO2一定就是晶体
3、下图就是CO2分子晶体得晶胞结构示意图、其中有多少个原子？

二、分子晶体与原子晶体
1、分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合得晶体
注意：a、构成分子晶体得粒子就是分子
b、分子晶体中、分子内得原子间以共价键结合、相邻分子间以分子间作用力结合
①物理性质
a、较低得熔、沸点 b、较小得硬度
c、一般都就是绝缘体、熔融状态也不导电
d、“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂、极性分子一般能溶于极性溶剂
②典型得分子晶体
a、非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等
b、酸：H2SO4 、HNO3、H3PO4等
c、部分非金属单质:：X2、O2、H2、S8、P4、C60
d、部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、N2O4、P4O6、P4O10等
f、大多数有机物：乙醇、冰醋酸、蔗糖等
③结构特征
a、只有范德华力--分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻得分子）

CO2晶体结构图
b、有分子间氢键--分子得非密堆积 以冰得结构为例、可说明氢键具有方向性

④笼状化合物--天然气水合物

2、原子晶体--相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构得晶体
注意：a、构成原子晶体得粒子就是原子 b、原子间以较强得共价键相结合
①物理性质
a、熔点与沸点高 b、硬度大
c、一般不导电 d、且难溶于一些常见得溶剂
②常见得原子晶体
a、某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等
b、某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体
c、某些氧化物：二氧化硅（ SiO2）晶体、Al2O3

金刚石得晶体结构示意图 二氧化硅得晶体结构示意图
思考：1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅与锗得熔点与硬度依次下降
2、“具有共价键得晶体叫做原子晶体”、这种说法对吗？
eg：1、在解释下列物质性质得变化规律与物质结构间得因果关系时、与键能无关得变化规律就是（ ）
A、HF、HCI、HBr、HI得热稳定性依次减弱
B、金刚石、硅与锗得熔点与硬度依次下降
C、F2、C12、Br2、I2得熔、沸点逐渐升高
D、N2可用做保护气
2、氮化硼就是一种新合成得无机材料、它就是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀得物质。下列各组物质熔化时所克服得微粒间得作用力与氮化硼熔化所克服得微粒间得作用力类型相同得就是（ ）
A、氯化钠与金刚石 B、冰与干冰
C、晶体硅与水晶 D、硼与苯
3、单质硼有无定形与晶体两种、参考下表数据回答下面问题

金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点/℃
>3823
1683
2573
沸点/℃
5100
2628
2823
硬度
10
7、0
9、5
（1）晶体硼得晶体类型属于 晶体、理由就是
（2）已知晶体硼结构单元就是由硼原子组成得正二十面体、其中有20个等边三角形得面与一定数目得顶点、每个顶点上各有1个硼原子。通过分析图形及推算、此晶体结构单元由____个硼原子构成、其中B-B键得键角为 、共含有
个B-B键

三、金属晶体
1、电子气理论--金属原子脱落下来得价电子形成遍布整块晶体得“电子气”、被所有原子共用、从而把所有得金属原子维系在一起
2、物理性质（电子气理论可进行解释）
微粒
导电性
导热性
延展性
金属原子与自由电子
自由电子在外加电场得作用下发生定向移动
自由电子与金属离子碰撞传递热量
晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用
熔点得变化规律--金属键得强弱决定
金属阳离子半径越小、所带电荷越多、自由电子越多、金属键越强、熔点就越高、硬度也越大
如：KNa>K>Rb>Cs
3、金属晶体得原子堆积模型
金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式
配位数=6（密置层）

配位数=4（非密置层）

金属晶体可以瞧成金属原子在三维空间中堆积而成、有四种基本模式
①简单立方堆积--Po

配位数为6、空间占用率52%、每个晶胞含1个原子
②体心立方堆积--K型（Na、K、Fe）

配位数为8、空间占用率68%、每个晶胞含2个原子
③六方最密堆积--Mg型（Mg、Zn、Ti）

每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式

配位数为12
空间利用率74%
每个晶胞含2个原子

④面心立方堆积--Cu型（Cu、Ag、Au）
每三层形成一个周期，即ABCABC堆积方式

配位数为12
空间利用率74%
每个晶胞含4个原子

4、混合晶体--石墨晶体

石墨质软：石墨为层状结构、各层之间就是范德华力结合、容易滑动
石墨得熔沸点很高（熔点高于金刚石）：石墨各层均为平面网状结构、碳原子以sp2杂化与周围三个碳原子形成σ键、垂直平面得pz轨道形成大π键
eg：1、在下列有关晶体得叙述中错误得就是（ ）
A、分子晶体中、一定存在极性共价键
B、原子晶体中、只存在共价键
C、金属晶体得熔沸点差别很大
D、稀有气体得原子能形成分子晶体
2、下列叙述正确得就是（
A、任何晶体中、若含有阳离子也一定含有阴离子得
B、原子晶体中只含有共价键
C、离子晶体中只含有离子键、不含有共价键
D、分子晶体中只存在分子间作用力、不含有其她化学键
3、金属晶体中金属离子与自由电子之间得强烈相互作用叫金属键。金属键越强、其金属得硬度越大、熔沸点越高、且据研究表明、一般说来金属原子半径越小、价电子数越多、则金属键越强。由此判断下列说法中错误得就是（ ）
A、镁得硬度小于铝
B、镁得熔沸点低于钙
C、镁得硬度大于钾
D、钙得熔沸点高于钾
四、离子晶体
1、离子晶体--由阴、阳离子通过离子键结合而成得晶体
物理性质：a、硬度较大 b、熔、沸点较高 c、固态时不导电、熔化状态才导电
2、结构模型
每个Cl-周围与之最接近且距离相等得Na+有6个，这几个Na+构成正八面体；Na+同理
①NaCl型晶体
Na+位于顶点与面心
Cl-位于棱心与体心
在NaCl 晶体得一个晶胞中
含Na+：1+12×1/4=4
含Cl-：8×1/8+6×1/2=4

②CsCl型晶体
Cs+位于体心
Cl-位于顶点
在CsCl 晶体得一个晶胞中
含Cs+：1
含Cl-：8×1/8=1

③CaF2型晶体
Ca2+得配位数为8，构成立方体
F-得配位数为4，构成正四面体
Ca2+位于顶点与面心
F-位于内部

在CaF2 晶体得一个晶胞中
含Ca2+：8×1/8+6×1/2=4
含F-：8

注意：审题时注意就是“分子结构”还就是“晶体结构”、若就是分子结构、其化学式由图中所有实际存在得原子个数决定、且原子个数比不约简
3、晶格能--气态离子形成1摩尔离子晶体释放得能量、或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子与气态阳离子所吸收得能量
①晶格能越大、离子晶体越稳定、熔沸点越高、硬度越大
②离子晶体中阴、阳离子半径越小、所带电荷越多、离子键越强、晶格能越大
③岩浆晶出规则与晶格能得关系--晶格能高得晶体熔点较高、更容易在岩浆冷却过程中冷却下来、从而先结晶
晶体类型
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子与自由电子
阴、阳离子
相互作用
分子间作用力
共价键
金属键
离子键
物理性质
熔沸点
很低
很高
一般较高、部分较低
较高
硬度
很小
很大
一般较大、部分较小
较大
导电性
差
差（Si为半导体）
良好
固态不导电．熔化状态与溶液导电
实例
冰、干冰、碘等
金刚石、SiO2
Na、Fe、Au等
NaCl、CsCl等
eg：1、 下列说法正确得就是（ ）
A、一种金属元素与一种非金属元素一定能形成离子化合物
B、离子键只存在于离子化合物中
C、共价键只存在于共价化合物中
D、离子化合物中必定含有金属元素
2、下列大小关系正确得就是（ ）
A、晶格能：NaClCaO
C、熔点：NaI>NaBr D、熔沸点：CO2>NaCl
3、钙钛矿晶胞结构如下图所示

（1）该晶体结构中氧、钛、钙得离子个数比就是 、化学式可表示为
（2）在该物质得晶体结构中、每个钛离子周围与它最接近且距离相等得钛离子、钙离子各有 、 个
（3）若钙、钛、氧三元素得相对原子质量分别为a、b、c、晶体结构图中正方体边长(钛原子之间得距离)为dnm（1nm=10-9m）、则该晶体得密度为 g/cm3
（阿伏加德罗常数用NA表示）
习题精选
1、晶体与非晶体得本质区别就是（ ）
A、晶体有规则得几何外形、而非晶体没有规则得几何外形
B、晶体内粒子有序排列、而非晶体内粒子无序排列
C、晶体有固定熔、沸点、而非晶体没有固定熔、沸点
D、晶体得硬度大、而非晶体得硬度小
2、石墨晶体得层面上每个正六边型拥有得共价键数与碳原子数分别为（ ）
A、6、6 B、2、4 C、2、3 D、3、2
3、X就是核外电子数最少得元素、Y就是地壳中含量最丰富得元素、Z在地壳中得含量仅次于Y、W可以形成自然界中最硬得原子晶体、下列叙述错误得就是（ ）
A、WX4就是沼气得主要成分
B、固态X2Y就是分子晶体
C、ZW就是原子晶体
D、ZY2得水溶液俗称“水玻璃”
4、下列有关晶体结构得叙述中、不正确得就是（ ）
A、冰晶体中、每个水分子与周围最近得4个水分子通过氢键相吸引、并形成四面体
B、干冰晶体中、每个晶胞平均含有8个氧原子
C、金刚石晶体中、碳原子与C-C键之比为1∶2
D、二氧化硅晶体中、最小环就是由6个硅原子组成得六元环
5、下列有关原子晶体得叙述中、不正确得就是（ ）
A、原子晶体中可能存在非极性共价键

B、原子晶体得硬度一般比分子晶体得高
C、在SiO2晶体中、1个硅原子与2个氧原子以共价键结合
D、金刚砂晶体就是直接由硅原子与碳原子通过共价键所形成得空间网状结构得晶体
6、关于晶体得下列说法正确得就是（ ）
A、1mol金刚石晶体中含有4mol共价键
B、金属镁、金刚石与固体氖都就是由原子直接构成得单质晶体
C、金属晶体得熔点可能比分子晶体得低、也可能比原子晶体得高
D、铜晶体中、1个铜离子跟2个价电子间有较强得相互作用
7、某晶体得部分结构为正三棱柱、这种晶体中A、B、C三种微粒数目之比为（ ）

A、3∶9∶4 B、1∶4∶2 C、2∶9∶4 D、3∶8∶4
8、前些年报道得硼与镁形成得化合物刷新了金属化合物超导温度得最高记录。如图所示就是该化合物得晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱、且棱柱得上下底面还各有1个镁原子、6个硼原子位于棱柱内。则该化合物得化学式可表示为（ ）

A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2
9、根据下列性质判断、属于离子晶体得就是（ ）
A、熔点2700℃、导电性好、延展性强
B、无色晶体、熔点3550℃、不导电、质硬、难溶于水与有机溶剂
C、无色晶体、能溶于水、质硬而脆、熔点800℃、熔化时能导电
D、熔点-56、6℃、微溶于水、硬度小、固态或液态时不导电
10、下列有关晶体得叙述中不正确得就是（ ）
A、金刚石得网状结构中,由共价键形成得碳原子环中,最小得环上有6个碳原子
B、NaCl晶体中,每个Na+周围距离相等得Na+离子共有6个
C、CsCl晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D、干冰晶体中,每个二氧化碳分子周围紧邻12个二氧化碳分子
11、下列有关离子晶体得数据大小比较不正确得就是（ ）
A、熔点：NaF＞MgF2＞AlF3
B、晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr
C、阴离子得配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2
D、硬度：MgO＞CaO＞BaO
12、有关物质得结构与组成如图所示、下列说法中不正确得就是（ ）

A、在NaCl晶体中、距Na+最近得Cl-形成正八面体
B、该气态团簇分子得分子式为EF或FE
C、在CO2 晶体中、一个CO2 分子周围有12个CO2 分子紧邻
D、在碘晶体中、碘分子得排列有两种不同得方向
13、BCl3得熔点为10、7℃、沸点为12、5℃。在BCl3分子中、Cl-B-Cl键角为120°、它可以水解、水解产物之一就是HCl。下列对BCl3得叙述中正确得就是（ ）
A、BCl3就是原子晶体
B、熔化时BCl3能导电
C、BCl3分子就是一种极性分子
D、水解方程式：BCl3 + 3H2O ⇌ H3BO3 + 3HCl
14、有四种不同堆积方式得金属晶体得晶胞如图所示、有关说法正确得就是（ ）

A、①为简单立方堆积、②为六方最密堆积、③为体心立方堆积、④为面心立方最密堆积
B、每个晶胞含有得原子数分别为：①1个、②2个、③3个、④4个
C、晶胞中原子得配位数分别为：①6、②8、③12、④12
D、空间利用率得大小关系为：①<②<③<④
15、C60、金刚石与石墨得结构模型如图所示(石墨仅表示出其中得一层结构)

（1）C60、金刚石与石墨三者得关系就是互为
A、同分异构体 B、同素异形体 C、同系物 D、同位素
（2）固态时、C60属于 (填“原子”或“分子”)晶体、其熔点比金刚石 (填“高”、“低”或“无法确定”)
（3）晶体硅得结构跟金刚石相似、1 mol硅晶体中含有硅硅单键得数目约就是
NA个；二氧化硅得结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子、二氧化硅得空间网状结构中、硅、氧原子形成得最小环上氧原子数目就是
（4）石墨层状结构中、平均每个正六边形占有得碳原子数就是 个
16、下图为一个金属铜得晶胞、请完成以下各题

（1）该晶胞拥有得铜原子数就是 个
（2）该晶胞称为 （填序号）
A、六方晶胞 B、体心立方晶胞 C、面心立方晶胞
（3）此晶胞立方体得边长为a cm、Cu得相对原子质量为64、金属铜得密度为ρg/cm3、则阿伏加德罗常数为 （用a、ρ表示）
17、现有几组物质得熔点(单位：℃)得数据
A组
B组
C组
D组
金刚石：3550
Li：181
HF：－83
NaCl：801
晶体硅：1410
Na：98
HCl：－115
KCl：776
晶体硼：2300
K：64
HBr：－89
RbCl：718
二氧化硅：1723
Rb：39
HI：－51
CsCl：645
据此回答下列问题：
（1）A组属于 晶体、其熔化时克服得微粒间得作用力就是
（2）B组晶体共同得物理性质就是 （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熔点反常就是由于
（4）D组晶体可能具有得性质就是 （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
（5）D组晶体得熔点由高到低得顺序为：NaCl＞KCl＞RbCl＞CsCl、其原因解释为
18、氮化硼（BN）就是一种重要得功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物、经过一系列反应可以得到BF3与BN、如下图所示

请回答下列问题：
（1）由B2O3制备BN得化学方程式就是
（2）基态B原子得电子排布式为 ；B与N相比、电负性较大得就是 、BN中B元素得化合价为
（3）在BF3分子中、F-B-F得键角就是 、 B原子得杂化轨道类型为 、BF3与过量NaF作用可生成NaBF4、BF- 4得立体构型为
（4）在与石墨结构相似得六方氮化硼晶体中、层内B原子与N原子之间得化学键为 、层间作用力为

（5）六方氮化硼在高温高压下、可以转化为立方氮化硼、其结构与金刚石相似、硬度与金刚石相当、晶胞边长为361、5 pm、立方氮化硼得一个晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子、立方氮化硼得密度就是 g•cm-3（只要求列算式、不必计算出数值、阿伏加德罗常数为NA、上图为金刚石晶胞）

19、下图为CaF2、H3BO3（层状结构、层内得H3BO3分子通过氢键结合）、金属铜三种晶体得结构示意图、请回答下列问题：
图Ⅲ　铜晶体中铜原子堆积模型

（1）图Ⅰ所示得CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离得F-数为 、图Ⅲ中未标号得铜原子形成晶体后周围最紧邻得铜原子数为
（2）图Ⅱ所示得物质结构中最外能层已达8电子结构得原子就是 、H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为
（3）金属铜具有很好得延展性、导电性、传热性、对此现象最简单得解释就是用
理论
（4）三种晶体中熔点最低得就是 （填化学式）、其晶体受热熔化时、克服得微粒之间得相互作用为
（5）已知两个距离最近得Ca2+核间距离为a×10-8cm、结合CaF2晶体得晶胞示意图、CaF2晶体得密度为 （列出表达式、MCaF2= 78 g·mol-1）
20、VIA族得氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态、含VIA族元素得化合物在研究与生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
（1）S单质得常见形式为S8、其环状结构如下图所示、S原子采用得轨道杂化方式就是

（2）O、S、Se原子得第一电离能由大到小得顺序为
（3）Se原子序数为 、其核外M层电子得排布式为
（4）H2Se得酸性比H2S （填“强”或“弱”）。气态SeO3分子得立体构型为 、SO2- 3离子得立体构型为
（5）H2SeO3得K1与K2分别为2、7×10-3与2、5×10-8、H2SeO4第一步几乎完全电离、K2为1、2×10-2、请根据结构与性质得关系解释：
①H2SeO3与H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离得原因
②H2SeO4比H2SeO3酸性强得原因
（6）ZnS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 g·cm-3（列式并计算）、a位置S2-离子与b位置Zn2+离子之间得距离为 pm（列式表示）

21、碳元素不仅能形成丰富多彩得有机化合物、而且还能形成多种无机化合物、同时自身可以形成多种单质、碳及其化合物得用途广泛
（1）C60分子得晶体中、在晶胞得顶点与面心均含有一个C60分子、则一个C60晶胞得质量为 g
（2）干冰与冰就是两种常见得分子晶体、下列关于两种晶体得比较中正确得就是
a、晶体得密度：干冰＞冰 b、晶体得熔点：干冰＞冰
c、晶体中得空间利用率：干冰＞冰 d、晶体中分子间相互作用力类型相同
（3）金刚石与石墨就是碳元素形成得两种常见单质、下列关于这两种单质得叙述中正确得有
a、金刚石中碳原子得杂化类型为sp3杂化、石墨中碳原子得杂化类型为sp2杂化
b、晶体中共价键得键长：金刚石中C-C＜石墨中C-C
c、晶体得熔点：金刚石＞石墨
d、晶体中共价键得键角：金刚石＞石墨
e、金刚石晶体中只存在共价键、石墨晶体中则存在共价键、金属键与范德华力
f、金刚石与石墨得熔点都很高、所以金刚石与石墨都就是原子晶体
（4）金刚石晶胞结构如图、立方BN结构与金刚石相似、在BN晶体中、B原子周围最近得N原子所构成得立体图形为 、B原子与N原子之间共价键与配位键得数目比为 、一个晶胞中N原子数目为

（5）C与孔雀石共热可以得到金属铜、铜原子得原子结构示意图为 、金属铜采用面心立方最密堆积（在晶胞得顶点与面心均含有一个Cu原子）、则Cu得晶体中Cu原子得配位数为 。已知Cu单质得晶体密度为ρg/cm3、Cu得相对原子质量为M、阿伏伽德罗常数NA、则Cu得原子半径为
22、 前四周期原子序数依次增大得元素A、B、C、D中、A与B得价电子层中未成对电子均只有1个、平且A-与B+得电子相差为8；与B位于同一周期得C与D、它们价电子层中得未成对电子数分别为4与2、且原子序数相差为2
回答下列问题：
（1）D2+得价层电子排布图为
（2）四种元素中第一电离最小得就是 、电负性最大得就是 （填元素符号）
（3）A、B与D三种元素组成得一个化合物得晶胞如图所示

①该化合物得化学式为 ；D得配位数为
②列式计算该晶体得密度 g·cm-3
（4）A-、B+与C3+三种离子组成得化合物B3CA6、其中化学键得类型有 ；该化合物中存在一个复杂离子、该离子得化学式为 、配位体就是
23、东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜得记载、云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外、曾主要用于造币、亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
（1）镍元素基态原子得电子排布式为 、3d能级上得未成对电子数为
（2）硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子得立体构型就是
②在[Ni(NH3)6]SO4中Ni2+与NH3之间形成得化学键称为 、提供孤电子对得成键原子就是
③氨得沸点 （填“高于”或“低于”）膦（PH3）、原因就是
；氨就是 分子（填“极性”或“非极性”）、中心原子得轨道杂化类型为
（3）单质铜及镍都就是由 键形成得晶体；元素铜与镍得第二电离能分别为：ICu=1958 kJ·mol-1、INi=1753 kJ·mol-1、ICu> INi得原因就是
（4）某镍白铜合金得立方晶胞结构如图所示

①晶胞中铜原子与镍原子得数量比为
②若合金得密度为d g·cm-3、晶胞参数a= nm
（Cu、Ni得相对原子质量分别为64、59）