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1、第3讲晶体结构与性质【考纲点击】(1)了解晶体的类型，了解不同类型晶体中构成微粒及微粒间作用力的区别；(2)了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响；(3)了解分子晶体结构与性质的关系；(4)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；(5)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，了解金属晶体常见的堆积方式；(6)了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。1.常见晶体模型晶体晶体结构晶体详解离子晶体NaCl(型)(1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有6个，每个Na周围等距且紧邻的Na有12个。(2)每个晶胞中含4
2、个Na和4个ClCsCl(型)(1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有8个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有6个。(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、1个ClCaF2(型)在晶体中，每个F吸引4个Ca2，每个Ca2吸引8个F，Ca2的配位数为8，F的配位数为4金属晶体简单立方堆积典型代表Po，空间利用率52%，配位数为6体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，空间利用率68%，配位数为8六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，空间利用率74%，配位数为12面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au，空间利用率74%，配位数为12分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又
3、各占据1个CO2分子。(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个混合型晶体石墨晶体层与层之间的作用力是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C采取的杂化方式是sp2杂化原子晶体金刚石(1)每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构。(2)键角均为10928。(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内。(4)每个C参与4条CC键的形成，C原子数与CC键数之比为12SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构。(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)n(O)12。(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si2.物质熔沸点
4、高低比较规律(1)不同类型晶体熔沸点高低的比较一般情况下，不同类型晶体的熔沸点高低规律：原子晶体离子晶体分子晶体，如：金刚石NaClCl2；金属晶体分子晶体，如：NaCl2(金属晶体熔沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞等)。(2)同种类型晶体熔沸点高低的比较原子晶体：如：金刚石石英碳化硅晶体硅。离子晶体：a.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。b.一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大，熔沸点就越高，如：MgOMgCl2，NaClCsCl。金属晶体：金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越
5、强，金属单质的熔沸点就越高，如AlMgNa。分子晶体a.分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔沸点反常地高。如H2OH2TeH2SeH2S。b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高，如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，其熔沸点越高，如CON2。d.在同分异构体中，一般支链越多，熔沸点越低，如正戊烷异戊烷新戊烷。3.晶胞求算晶胞中微粒数目的计算方法均摊法(1)(2)晶体密度的计算(3)晶体微粒与M、之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为
6、微粒的摩尔质量)；又1个晶胞的质量为a3 g(a3为晶胞的体积，a为晶胞边长)，则1 mol晶胞的质量为a3 NA g，因此有xMa3NA。(4)空间利用率的计算空间利用率：构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间所占的体积百分比，即V球/V晶胞。计算a.确定晶胞中的微粒数b.计算晶胞体积如简单立方堆积如图所示立方体的棱长为2r，球的半径为r过程：V(球)r3V(晶胞)(2r)38r3空间利用率100%52%1.(1)2019课标全国，35(3)(4)一些氧化物的熔点如表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/1 5702 80023.875.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因_。图(a
7、)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x_pm，Mg原子之间最短距离y_pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是_gcm3(列出计算表达式)。(2)2019课标全国，35(3)(4)比较离子半径：F_O2(填“大于”“等于”或“小于”)。一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F和O2共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1x代表，则该化合物的化学式表示为_；通过测定密度和晶胞参数，可以
8、计算该物质的x值，完成它们关系表达式：_gcm3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为(，)，则原子2和3的坐标分别为_、_。(3)2019课标全国，35(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_(用n代表P原子数)。解析(1)氧化锂、氧化镁是离子晶体，六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体，离子键比分子间作用力强。观察图(a)和图(b)知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有(4x)22a2
9、，xa。镁原子堆积方式类似金刚石，有ya。已知1 cm1010 pm，晶胞体积为(a1010)3 cm3，代入密度公式计算即可。(2)F与O2电子层结构相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越大，离子半径越小，故离子半径FO2。由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中Sm个数为42，Fe个数为142，As个数为42，O或F个数为822，即该晶胞中O和F的个数之和为2，F的比例为x，O2的比例为1x，故该化合物的化学式为SmFeAsO1xFx。1个晶胞的质量为 g g，1个晶胞的体积为a2c pm3a2c1030 cm3，故密度 gcm3。原子2位于底面面心，其坐标为(，0)；原子3位于棱
10、上，其坐标为(0，0，)。(3)由三磷酸根离子的结构可知，中间P原子连接的4个O原子中，2个O原子完全属于该P原子，另外2个O原子分别属于2个P原子，故属于该P原子的O原子数为223，左、右两边的2个P原子的O原子数为3227，故若这类磷酸根离子中含n个P原子，则O原子个数为3n1，又O元素的化合价为2，P元素的化合价为5，故该离子所带电荷为2(3n1)5nn2，这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n1)(n2)。答案(1)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O。分子间作用力(分子量)P4O6SO2aa(2)小于SmFeAsO1xFx(，0)(0
11、，0，)(3)(PnO3n1)(n2)2.2018课标全国，35(4)(5)(1)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BornHaber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为_kJmol1，O=O键键能为_kJmol1，Li2O晶格能为_kJmol1。(2)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)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_gcm3(列出计算式)。解析(1)锂原子的第一电离能是指1 mol气态锂原子失去1 mol电子变成1 mol气态锂离子所吸收的能量，即为520 kJmol1。O=O键键能是指1 mol氧气分子中化学键断裂
12、生成气态氧原子所吸收的能量，即为249 kJmol12498 kJmol1。晶格能是指气态离子结合生成1 mol晶体所释放的能量或1 mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2 908 kJmol1。(2)1个氧化锂晶胞含O的个数为864，含Li的个数为8，1 cm107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为 gcm3。答案(1)5204982 908(2)3.2018课标全国，35节选硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔点/85.5115.2600(分解)75.516.810.3沸点/60.3444.
13、610.045.0337.0图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_。FeS2晶体的晶胞如图(b)所示。晶胞边长为a nm，FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为_gcm3；晶胞中Fe2位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为_nm。解析S8和SO2均为分子晶体，分子间存在的作用力均为范德华力，S8的相对分子质量大，分子间范德华力强，故熔点和沸点高。该晶胞中Fe2位于棱上和体心，个数为1214，S位于顶点和面心，个数为864，故晶体密度为4 g(a107 cm)31021 gcm3。根据晶胞结构，S所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的，故该正八面体的边长为a nm。答案S8相对分子质量大，分子间范德华力强1021a4.2017课标全国，35(2)(4)(5)(1)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_
