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1、31 晶体结构与性质知识清单 【知识网络】 【知识归纳】 考点1 晶体和晶体类型 一、晶体和非晶体 1．结构判据：结构微粒是否有序排列 2．外形判据 （1）晶体一定具有规则几何外形 （2）具有规则几何外形的固体不一定是晶体 3．性质判据 （1）自范性判据：本质差异（能自发地呈现多面体外形的性质） （2）熔点判据：是否有固定的熔点 （3）性向判据：硬度、导热性和导电性等物性在不同方向上是否相同 ①晶体：各向异性 ②非晶体：各向同性 4．获得晶体的途径 5．实验鉴别 （1）常规鉴别：看固体是否有固定的熔点 （2）仪器鉴别：对固体进行X射线衍射实验
2、 6．非晶体、等离子体和液晶的比较 聚集状态 组成与结构特征 主要性能 非晶体 内部微粒的排列呈现杂乱无章（长程无序，短程有序）的分布状态的固体 某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大 等离子体 由电子、阳离子和电中性粒子组成，整体上呈电中性，带电离子能自由移动 具有良好的导电性和流动性 液晶 内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态 既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等 二、金属键和金属晶体 1．金属键 （1）概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强的相互作用。 （2）本质：金属原子脱落下来的价电子形成
3、遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。 （3）成键粒子：金属阳离子和自由电子 （4）存在：金属单质或合金 （5）特征：无方向性和无饱和性。 （6）金属键的强弱比较 ①原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱； ②原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 2．金属晶体 （1）概念：原子间以金属键结合形成的晶体。 （2）用电子气理论解释金属的性质 通性 理论解释 延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属阳离子与自由电子形成的电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性。 导电性 在外加电场的作用
4、下，金属晶体中的电子气在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。 导热性 电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发生碰撞，从而引起两者能量的交换。 三、分子晶体 1．概念及粒子间作用力 （1）概念：只含分子的晶体。 （2）粒子间作用力 ①相邻分子间以分子间作用力结合； ②分子内原子之间以共价键结合。 2．堆积方式 项目 分子密堆积 分子非密堆积 作用力 只有分子间作用力，无氢键 有分子间氢键，它具有方向性 空间特点 每个分子周围一般有12个紧邻的分子 空间利用率不高，留有相当大的空隙 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 3．常见分
5、子晶体及物质类别 物质种类 实例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4．分子晶体的物理性质 物理性质 原因 一般熔、沸点较低，硬度较小，易挥发，易升华 分子间作用力较弱 固态和熔融态一般不导电，但有的在水溶液中能导电 没有自由移动的带电粒子 非极性溶质易溶于非极性溶剂；极性溶质易溶于极性溶剂 分子晶体的溶解性一般
6、满足“相似相溶”原理 四、共价晶体 1．共价晶体的结构特点 2．共价晶体与物质的类别 物质种类 实例 某些单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 3．共价晶体的熔、沸点 （1）特点：共价晶体具有很高的熔点。原因：共价晶体熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度。 （2）影响因素：结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 4．对分子晶体和共价晶体的认识误区 （1）共价晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在；而分子晶体中存在真实的
7、分子。 （2）共价晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。 （3）由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。 五、离子晶体 1．概念：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。 2．结构特点 （1）构成微粒：阳离子和阴离子。 （2）微粒间的作用力：离子键。 （3）方向性和饱和性 ①由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。 ②只要条件允许，阴阳离子周围可以尽可能多地吸引异号离子，故离子键也没有饱和性。。 3．离子键强弱：阴、阳离子半径越小，所带电
8、荷数越多，离子键越强。 4．离子晶体的性质 性质 原因 熔沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动
9、而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子（或水合离子），在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、CCl4）。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 5．离子晶体组成的认识误区 （1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。 （2）离子晶体中除离子
10、键外不一定不含其他化学键，如NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。 （3）由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是由金属元素Al和非金属元素Cl组成的分子晶体。 （4）含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。 （5）离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。 六、晶体类型的判断 1．微粒判据（本质判据） 晶体类型 离子晶体 分子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 阴阳离子 分子 金属阳离子和自由电子 原子 2．作用力判据（本质判据） 晶体类型 离子晶体
11、 分子晶体 金属晶体 共价晶体 作用力 离子键 分子间作用力 金属键 共价键 3．结构判据：共价晶体为立体网状结构 4．组成判据 （1）金属晶体：金属单质（除汞外）与合金 （2）共价晶体：金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅 （3）离子晶体：金属和非金属形成的晶体及铵盐，AlCl3等除外 （4）分子晶体 ①典型物质：非金属和非金属形成的晶体和AlCl3 ②反例物质：铵盐及共价晶体 5．性能判据 （1）金属晶体：导热、导电、延展性、机械性能良好 （2）离子晶体：硬度较大或略硬而脆，大部分易溶于水 （3）共价晶体：硬度很大，熔沸点很高，不溶于任何常
12、见的溶剂 （4）分子晶体：硬度小；熔沸点很低，常温下呈气体或液体；挥发性很强 6．用途判据 （1）共价晶体：常用于制作半导体材料 （2）共价晶体：常用于制作超硬、耐磨材料 （3）共价晶体：常用于制作耐高温、耐腐蚀材料 （4）分子晶体：常用于制作致冷剂 （5）金属晶体：常用于制作导电材料 7．实验判据 （1）离子晶体：熔融状态下能导电的化合物晶体 （2）分子晶体或共价晶体：熔融状态下不能导电的化合物晶体 （3）金属晶体：固体和熔融状态下都能导电的晶体 七、晶体熔沸点的比较 1．晶体熔沸点的比较 2．分子晶体熔沸点的比较 3．简答模板：晶体类型影响因素作用力强
13、弱结果 （1）共价晶体：A和B都是共价晶体，A的原子半径小，键长短，键能大，共价键强，熔沸点高（硬度大） （2）离子晶体：A和B都是离子晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，离子键强（晶格能大），熔沸点高 （3）金属晶体：A和B都是金属晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，金属键强，熔沸点高（硬度大） （4）分子晶体 ①A和B都是分子晶体，A的相对分子质量大，分子间作用力强，熔沸点高 ②A和B都是分子晶体，A中存在分子间氢键，分子间作用力强，熔沸点高 ③A和B都是分子晶体，A中存在分子内氢键，分子间作用力弱，熔沸点低 （5）不同晶体 ①A是离子晶体，靠较强的离子键结合，B为分
14、子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高 ②A是共价晶体，靠较强的共价键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高 ③A是金属晶体，靠较强的金属键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高 考点2 晶体结构及计算 一、晶体结构 1．晶胞 （1）概念：描述晶体结构的基本单元。 （2）结构：晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞无隙并置而成。 2．晶胞中微粒个数：均摊法 晶胞 正或长方体 正六棱柱 正三棱柱 示意图 顶点上微粒 侧棱上微粒 上下棱微粒 面点上微
15、粒 内部的微粒 1 1 1 3．金属晶体的四种堆积方式 堆积名称 面心立方 最密堆积 体心立 方堆积 六方最 密堆积 简单立 方堆积 堆积模型 堆积类型 A1型 或铜型 A2型或钾型 A3型 或镁型 Po型 堆积方式 …ABCABC… …ABAB… 配位数 12 8 12 6 晶胞结构 投影图 4．典型离子晶体的空间构型 类型 NaCl型 CsCl型 立方ZnS型 CaF2型 图示 结构特点 1/8晶胞为简
16、单立方结构 体心立 方结构 间隔排列的4个小立方体的体心各有1个Zn2+ 8个小立方体的 体心各有1个F－ 配位数 6 8 4 Ca2＋：8 F－：4 5．常见分子晶体和共价晶体的晶胞 晶胞 二氧化碳 金刚石 碳化硅 二氧化硅 图示 结构特点 面心立方 同ZnS 将金刚石中内部的4个碳原子换成硅原子 将晶体硅中每个硅硅键中间插入1个氧原子 配位数 12 4 4 Si：4；O：2 投影图 6．金刚石、晶体硅和二氧化硅的结构 （1）结构特点 ①基本结构：正四面体结构，中心原子配位数为4 ②空间
17、构型：立体网状结构，键角为109°28′，都是sp3杂化 （2）最小的环 晶体 最小环 被共用的最小环数 原子 共价键 金刚石 _六元环 C：12 C－C键：6 二氧 化硅 _十二元环 Si：12 O：6 Si－O键：6 （3）化学键数 ①金刚石：1mol金刚石中含2NA个C－C键 ②晶体硅：1mol晶体硅中含2NA个Si－Si键 ③二氧化硅：1mol二氧化硅中含4NA个Si－O键 7．石墨的结构 （1）结构特点 ①基本结构：层状结构 ②层内构型：平面正六边形结构，键角为120°，杂化方式：sp2 ③最小碳环：有6个碳原子，实际含2个碳
18、原子 （2）化学键 ①1mol石墨中含有1.5mol C－C键（键） ②层和层的自由电子构成1个大键，沿层的平行方向可导电 （3）微粒间作用力 ①层内部：共价键 ②层之间：范德华力 ③石墨的大键具有金属键的性质 （4）物理性质 ①熔点：比金刚石的高，C－C键的键长比金刚石中的短 ②质地：比较柔软，层与层间的距离比C－C键的键长长，作用力小 （5）晶体类型：混合键型晶体 二、晶体的有关计算 1．晶体中某些几何体中的数量关系（晶胞参数为a） （1）立方体体对角线＝a，面对角线＝a （2）面心立方晶胞相邻的两个面心间的距离＝a （3）正四面体中各量的
19、关系 ①直角三角形BEC中：（BC）2＝（CE）2+（BE）2 ②BO＝BE，OE＝BE ③直角三角形AOB中：（AB）2＝（BO）2+（AO）2 2．几种单质晶体晶胞的结构特点 （1）面心立方：面对角线上的三个原子相切：4r＝a （2）体心立方：体对角线上的三个原子相切：4r＝a （3）简单立方：侧面上的原子两两相切：2r＝1a （4）六方最密：正四面体相邻原子两两相切：2r＝1a （5）金刚石型：内部小立方体体对角线上的三个原子相切：8r＝a 3．晶胞密度的计算 （1）计算公式：ρ＝＝ （2）晶胞的体积：V＝Sh（S为底面积，h为高） ①立方体晶胞：V＝a3 ②长方体晶胞：V＝abc ③正三棱柱晶胞：V＝a2hsin60°＝ ④正六棱柱晶胞：V＝6×a2hsin60°＝ ⑤六方最密堆积晶胞：V＝a2sin60°×2h＝2××a2sin60°＝a3 （3）单位换算 ①1pm＝10－12m＝10－10cm ②1nm＝10－9m＝10－7cm ③1μm＝10－6m＝10－4cm 4．空间利用率 （1）空间利用率＝×100% （2）原子的体积：V＝πr3（r为原子半径） （3）晶胞体积 ①根据晶胞参数计算 ②根据密度计算：V＝
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