四川省成都市经济技术开发区实验中学高三化学总复习3.65-晶体的结构与性质.doc

四川省成都市经济技术开发区实验中学高三化学总复习13.65 晶体的结构与性质

[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、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。

知识点一　晶体与非晶体

1．晶体与非晶体

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

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)________________________。
(2)____________________________________。
(3)__________________________。
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
①无隙：相邻晶胞之间没有__________。
②并置：所有晶胞________排列、________相同。
知识点二　分子晶体与原子晶体
1．分子晶体的结构特点
(1)晶体中只含__________。
(2)分子间作用力为______________，也可能有
________________________________________________________________________。
(3)分子密堆积：一个分子周围通常有____个紧邻的分子。
2．原子晶体的结构特点
(1)晶体中只含原子。
(2)原子间以____________结合。
问题思考
1．具有规则几何外形的固体一定是晶体吗？晶胞是否一定为“平行六面体”？

知识点三　金属晶体

1．金属键
(1)“电子气理论”要点
该理论把金属键描述为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。
(2)金属晶体是由__________、__________通过________形成的一种“巨分子”。金属键的强度__________。
2．金属晶体的几种堆积模型
堆积模型
采纳这种堆积的典型代表
空间利用率
配位数
晶胞
简单立方
Po
52%

钾型
Na、K、Fe
68%

镁型
Mg、Zn、Ti
74%
12

铜型
Cu、Ag、Au
74%

知识点四　离子晶体
1．离子晶体
(1)概念
①离子键：__________间通过________________(指相互排斥和相互吸引的平衡)形成的化学键。
②离子晶体：由阳离子和阴离子通过________结合而成的晶体。
(2)决定离子晶体结构的因素
①几何因素：即
________________________________________________________________________。
②电荷因素，即阴、阳离子电荷不同，配位数必然不同。
③键性因素：离子键的纯粹程度。
(3)一般物理性质
一般地说，离子晶体具有较高的____点和____点，较大的________、难于压缩。这些性质都是因为离子晶体中存在着较强的离子键。若要破坏这种作用需要较多的能量。
2．晶格能
(1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体________的能量，单位kJ·mol－1，通常取正值。
(2)大小及与其他量的关系
①晶格能是最能反映离子晶体________的数据。②在离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则晶格能越大。③晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越强，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点高，硬度大。
知识点五　几种常见的晶体模型

(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个C与另外____个C形成共价键，C—C键之间的夹角是____最小的环是____元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有____ mol。
②SiO2晶体中，每个Si原子与____个O成键，每个O原子与____个硅原子成键，最小的环是______元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是____原子。
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有____个。

②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的____个水分子以氢键相连接，1 mol 冰中，有____ mol“氢键”。
(3)离子晶体

①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引____个Cl－，每个Cl－同时吸引____个Na＋，配位数为____。每个晶胞含____个Na＋和____个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引____个Cs＋，每个Cs＋吸引____个Cl－，配位数为____。

(4)石墨晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是____________________，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是____，C原子采取的杂化方式是______。
问题思考
2．在晶体模型中，金刚石中的“铁棍”和干冰中的“铁棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？

一、晶体基本类型和性质的比较

　　　　类型
比较　　　　
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
概念
分子间靠分子间作用力结合而成的晶体
原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体
金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体
阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体

构成粒子

结构
粒子间的相互作用力

性
质
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低

有的很高，有的很低

溶解性
相似相溶

导电、传热性
一般不导电、溶于水后有的导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
延展性
无
无
良好
无
物质类别
及举例
大多数非金属单质(如P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2、CO2，SiO2除外)、绝大多数有机物(如CH4，有机盐除外)
一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，一部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)

典例导悟1　(2010·黄冈质检)下列叙述正确的是(　　)
A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键
B．原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键
C．离子晶体中可能含有共价键
D．金属晶体的熔点和沸点都很高
二、晶体的有关计算
1．确定晶体组成的方法——均摊法
均摊法：指每个晶胞平均拥有的粒子数目。如：某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于一个晶胞。
(1)长方体形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
①处于顶点的粒子，同时为____个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为____。②处于棱上的粒子，同时为____个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为____。③处于面上的粒子，同时为____个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为____。④处于体心的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为____。
(2)非长方体形(正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内6个碳原子排成六边形，其顶点的1个碳原子对六边形的贡献为1/3。
典例导悟2　

右图为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶体结构是具有代表性的最小重复单元。
(1)在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最近且等距离的钛原子共有____个。
(2)该晶体中，元素氧、钛、钙的个数比是________。
2．晶体密度(或微粒间距离)的计算
解题思路　知道微粒间距离晶胞体积密度，或已知密度求微粒间距离。
典例导悟3　右图是

氯化铯晶体的晶胞(晶体中的最小重复单元)，已知晶体中两个最近的Cs＋核间距离为a cm，氯化铯的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体密度是　　)
A. g·cm－3 　　　　B.g·cm－3
C. g·cm－3 　　　　D. g·cm－3

题组一　晶体的“分割”与计算
1．[2011·课标全国卷－37(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。立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、______个硼原子、立方氮化硼的密度是__________________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)。
2．[2011·山东理综－32(4)]CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构，已知CaO晶体密度为a g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为________cm3。
3．(2010·全国理综Ⅰ，13)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1∶2
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个顶点
4.[2010·全国课标卷，37(4)]X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶角，Z处于体心位置，则该晶体的组成为X∶Y∶Z＝________。
5．[2010·山东理综，32(4)]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。
题组二　晶体的类型与晶体的性质
6．(2011·江苏－21A)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题：
(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为__________，1 mol Y2X2含有σ键的数目为________。
(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是
________________________________________________________________________。
(3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是____________。
(4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，

该氯化物的化学式是__________，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为
____________________________________________________________
7．(2010·浙江理综，8)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。
下列说法中，正确的是(　　)
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
8．[2010·海南，19(Ⅱ)]金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题
(1)Ni原子的核外电子排布式为
________________________________________________________________________；
(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO______FeO(填“<”或“>”)；
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为______、
________________________________________________________________________；
(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示。该合金的化学式为____________；

题组一　晶体的结构与性质

1．下列关于晶体的说法正确的是(　　)
A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
2．(2011·惠州调研)下列性质适合分子晶体的是(　　)
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软导电，密度为0.97 g·cm－3
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
题组二　常见晶体及其结构的认识
3．如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。

(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)____，其中每个碳原子与____个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于________晶体。
(2)其中代表石墨的是____，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为____个。
(3)其中代表NaCl的是____，每个Na＋周围与它最接近且距离相等的Na＋有____个。
(4)代表CsCl的是__它属于________晶体，每个Cs＋与____个Cl－紧邻。
(5)代表干冰的是____，它属于________晶体，每个CO2分子与______个CO2分子紧邻。
题组三　晶体的有关计算
4．(2011·沈阳质检)最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右

图所示。图中顶点和面心的原子都是钛原子，棱的中心和体心的原子都是碳原子，该分子的化学式是(　　)
A．Ti13C14 B．Ti14C13
C．Ti4C5 D．TiC
5．(2011·西安联考)金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，即在立方体的8个顶点及

各个面的中心各有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共用(右图)。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。
(1)金晶体每个晶胞中含有____个金原子。
(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定
________________________________________________________________________。
(3)一个晶胞的体积是______。
(4)金晶体的密度是__________。
题组四　综合探究
6．已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期。A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍。A、B、D三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，A、B两种元素组成的原子个数之比为1∶1的化合物N是常见的有机溶剂。E有“生物金属”之称，E4＋和氩原子的核外电子排布相同。
请回答下列问题(答题时，A、B、C、D、E均用所对应的元素符号表示)：
(1)E的基态原子的外围电子排布式为__________。
(2)由A、B、C形成的ABC分子中，含有______个σ键，______个π键。
(3)下列叙述正确的是_____填字母)。
a．M易溶于水，是因为M与水分子之间能形成氢键，且M是极性分子；N不溶于水，是因为N是非极性分子
b．M和二氧化碳分子中的中心原子均采用sp2杂化
c．N分子中含有6个σ键和1个π键
d．BD2晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
(4)E的一种氧化物Q，其晶胞结

构如图所示，则Q的化学式为
________________________________________________________________________，
该晶体中氧原子的配位数为
_________________________________________
(5)B、C、D三种元素的第一电离能由小到大的顺序为__________。
(6)在浓的ECl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为ECl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为__________。

【课前准备区】
知识点一
1．周期性有序　无序　有　无　固定　不固定　各向异性　各向同性　熔点　X­射线衍射
2．1)熔融态物质凝固
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固
(3)溶质从溶液中析出
3．(1)基本单元
(2)①任何间隙　②平行　取向
2
问题思考
1．(1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃；
(2)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面体”。
2．不一样，金刚石中表示的是C－C共价键，而干冰中的“铁棍”表示分子间作用力，分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的C===O键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。
【课堂活动区】
一、分子　原子　金属阳离子、自由电子　阴、阳离子　分子间作用力　共价键　金属键　离子键　很高　较高　难溶于任何溶剂　常见溶剂难溶　大多易溶于水等极性溶剂
二、1.(1)①8　　②4　　③2　　④1
典例导悟
1．C　[稀有气体为单原子分子，晶体中分子内无共价键，A不正确；SiO2晶体为原子晶体，Si原子与氧原子间为极性键，B不正确；Na2O2、铵盐等离子晶体中含有共价键，C正确；不同金属晶体、金属键强弱不同，其熔、沸点差别很大，D不正确。]
2．(1)6　(2)3∶1∶1
解析　从所给模型图中可确定晶体中距离最近的钛原子的相对位置为，即每个钛原子周围与它最近且等距离的钛原子有6个。图中钙原子位于立方体体心，为该立方体单独占有；钛原子位于顶点，为8个立方体共有，故每个立方体拥有钛原子数为8×＝1(个)；氧原子位于棱上，为4个立方体所共有，每个立方体拥有氧原子数为12×＝3(个)，故N(O)∶N(Ti)∶N(Ca)＝3∶1∶1。
3．C　[该晶胞中含有1个Cs＋和1个Cl－，则1个CsCl分子的质量为g，晶胞的体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。]
【课后练习区】
6．(1)sp杂化　(2)3NA或3×6.02×1023
(2)NH3分子间存在氢键　(3)N2O
(4)CuCl　CuCl＋2HCl(浓)===H2CuCl3(或CuCl＋2HCl(浓)===H2[CuCl3])
解析　形成化合物种类最多的元素是H，基态时，最外层电子数是内层电子数2倍的元素是C,2p原子轨道上有3个未成对电子的是N元素，原子序数为29的是Cu元素。
(1)C2H2是直线形分子，C原子杂化方式为sp杂化，C2H2分子中有一个碳碳三键，因此1 mol C2H2分子中有3NA σ键，即3×6.02×1023个。
(2)由于NH3分子间存在氢键，使其沸点较高。
(3)CO2和N2O都是22个电子，二者互为等电子体。
(4)晶胞中Cu的个数为8×1/8＋6×1/2＝4，而Cl全在晶胞中，因此该晶体的化学式为CuCl。
7．D　[X＋与M2－具有相同的电子层结构且均属于短周期元素，可推知X为钠元素，M为氧元素，由此可知Z为硫元素；X、Y、Z、W属于同周期元素，由离子半径：Z2－>W－，可推知W为氯元素；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料，不难判断，Y为硅元素。Na与O两种元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物，故A项错误；虽然HCl、H2S、H2O相对分子质量依次减小，但因H2O分子间存在氢键，沸点高于HCl和H2S，故B项错误；单质Si属于原子晶体，单质S和Cl2属于分子晶体，故C项错误；O3和Cl2都具有强氧化性，可作为水处理的消毒剂，故D项正确。]
8．(1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2
(2)>　(3)6　6　(4)LaNi5
解析　(1)核外电子排布式与价电子排布式要区别开。
(2)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。
(3)因为NiO晶体结构类型与NaCl相同，而NaCl晶体中Na＋、Cl－的配位数都是6，所以，NiO晶体Ni2＋、O2－的配位数也是6。
(4)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：8×＝1，Ni：1＋8×＝5。所以该合金的化学式为LaNi5。
解析　利用均摊法解题，8个顶角上金原子有属于该晶胞，每个面上金原子有属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中金原子个数＝8×＋6×＝4。假设金原子间相接触，则有正方形的对角线为2d。正方形边长为 d。所以V晶＝(d)3＝2 d3，
Vm＝NA＝d3NA所以ρ＝＝。
6．(1)3d24s2　(2)2　2　(3)ad　(4)TiO2　3
(5)C