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1、学 海 无 涯 第第 3 讲讲 晶体结构与性质晶体结构与性质 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 了解分子晶体与原子晶 体 离子晶体 金属晶体的构成微粒 微粒间作用力的区别 考点一 晶体常识 1 晶体与非晶体 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列 性质特 征 来源 Zxxk Com 来源 学科 网 ZXXK 来源 Z xx k Com 自范性 来源 Zxxk Com 有 来源 Zxxk C
2、om 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二者区 别方法 间接方法 看是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行 X 射线衍射实验 2 得到晶体的途径 1 熔融态物质凝固 2 气态物质冷却不经液态直接凝固 凝华 3 溶质从溶液中析出 3 晶胞 1 概念 描述晶体结构的基本单元 2 晶体中晶胞的排列 无隙并置 无隙 相邻晶胞之间没有任何间隙 并置 所有晶胞平行排列 取向相同 4 晶格能 1 定义 气态离子形成 1 摩离子晶体释放的能量 通常取正值 单位 kJ mol 1 学 海 无 涯 2 影响因素 离子所带电荷数 离子所带电荷数越多 晶格能越大 离子的半径 离子的半径越小 晶格能
3、越大 3 与离子晶体性质的关系 晶格能越大 形成的离子晶体越稳定 且熔点越高 硬度越大 深度思考 1 判断下列叙述是否正确 1 固态物质一定是晶体 2 冰和固体碘晶体中相互作用力相同 3 晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列 4 凡有规则外形的固体一定是晶体 答案 1 2 3 4 2 1 立方晶胞中 顶点 棱边 面心依次被多少个晶胞共用 答案 立方晶胞中 顶点 棱边 面心依次被 8 4 2 个晶胞共用 2 六棱柱晶胞中 顶点 侧棱 底面上的棱 面心依次被多少个晶胞共用 答案 六棱柱晶胞中 顶点 侧棱 底面上的棱 面心依次被 6 3 4 2 个晶胞共 用 题组一 晶胞中原子个数的计算 1 如图是
4、甲 乙 丙三种晶体的晶胞 则甲晶体中 x 与 y 的个数比是 乙中 a 与b的个数比是 丙中一个晶胞中有 个c离子和 个d离子 答案 2 1 1 1 4 4 解析 甲中 N x N y 1 4 1 8 2 1 乙中 N a N b 1 8 1 8 1 1 丙 中 N c 12 1 4 1 4 N d 8 1 8 6 1 2 4 2 下图为离子晶体空间构型示意图 阳离子 阴离子 以 M 代表阳离子 以 N 表 学 海 无 涯 示阴离子 写出各离子晶体的组成表达式 A B C 答案 MN MN3 MN2 解析 在 A 中 含 M N 的个数相等 故组成为 MN 在 B 中 含 M 1 8 4 1
5、3 2 个 含 N 1 2 4 2 4 1 8 9 2 个 M N 3 2 9 2 1 3 在 C 中含 M 1 8 4 1 2 个 含 N 为 1 个 题组二 晶体的密度及微粒间距离的计算 3 某离子晶体的晶胞结构如图所示 X 位于立方体的顶点 Y 位于立方体的中心 试分析 1 晶体中每个 Y 同时吸引 个 X 2 该晶体的化学式为 3 设该晶体的摩尔质量为 M g mol 1 晶体的密度为 g cm 3 阿伏 加德罗常数的值为 NA 则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为 cm 答案 1 4 2 XY2或 Y2X 3 2 3 M 2 NA 解析 1 从晶胞结构图中可直接看出 每个 Y 同
6、时吸引 4 个 X 2 在晶胞中 平均包含 X 4 1 8 1 2 平均包含 Y 1 所以在晶体中 X 和 Y 的个数 之比为 1 2 晶体的化学式为 XY2或 Y2X 3 摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量 数值上等于该物质的相对分子 或原子 质量 由题意知 该晶胞中含有 1 2 个 XY2或 Y2X 设晶胞的边长为 a cm 则有 a3NA 1 2M a 3 M 2 NA 则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为 2 3 M 2 NA cm 4 镧镍合金 铜钙合金及铈钴合金都具有相同类型的晶胞结构 XYn 它 们有很强的储氢能力 其中铜钙合金的晶胞结构如右图 试回答下 列问题 学 海 无
7、 涯 1 在周期表中 Ca 处于周期表 区 2 铜原子的基态原子核外电子排布式为 3 已知镧镍合金 LaNin晶胞体积为 9 0 10 23 cm3 储氢后形成 LaNi nH4 5的合金 氢 进入晶胞空隙 体积不变 则 LaNin中 n 填数值 氢在合金中的密 度为 答案 1 s 2 Ar 3d104s1 3 5 0 083 g cm 3 解析 1 Ca 位于第四周期第 A 族 处于 s 区 2 Cu 的外围电子构型是 3d104s1 而不是 3d94s2 3 铜 钙合金中 n Cu 12 1 2 6 1 2 6 15 n Ca 12 1 6 2 1 2 3 n Ca n Cu 3 15 1
8、 5 所以 n 5 即 LaNi5H4 5 9 0 10 23 cm3 NA M 其中氢在合金中的密度为 4 5 g 9 0 10 23 cm3 6 02 1023 0 083 g cm 3 晶胞计算的思维方法 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 特别提醒 在使用均摊法计算
9、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 学 海 无 涯 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 微粒的相对 分子 质量 又 1 个晶胞的质量为 a3 g a3为晶胞的体积 则 1 mol 晶胞的质量为 a3NA g 因此有 xM a3NA 学 海 无 涯 考点二 四种晶体性质比较 类型 比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 分子 原子
10、金属阳离子 自由电子 阴 阳离子 粒子间的相 互作用力 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 硬度 较小 很大 有的很大 有 的很小 较大 熔 沸点 较低 很高 有的很高 有 的很低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 大多数易溶于水 等极性溶剂 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 个别为半导体 电和热的良导 体 晶体不导电 水溶 液或熔融态导电 物质类别及 举例 所有非金属氢化物 如 水 硫化氢 部分非金 属单质 如卤素 X2 部 分 非 金 属 氧 化 物 如 CO2 SO2 几乎所有 的酸 绝大多数有机物 有机盐除外 部分非金属单质 如金刚
11、石 硅 晶体硼 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 深度思考 1 判断下列说法是否正确 1 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 2 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 3 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 4 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 答案 1 2 3 4 2 CO2和 SiO2在物理性质上有较大差异 而在化学性质上却有较多相似 你知道原因 学 海 无 涯 吗 答案 决定二者物理性质的因素 晶体类型及结构 微粒间的作用力 CO2是分子晶 体 其微
12、弱的分子间作用力是其决定因素 SiO2是原子晶体 其牢固的化学键是其 决定因素 二者的化学性质均由其内部的化学键决定 而 C O 与 Si O 键都是极性 键 特别提醒 1 原子晶体的熔点不一定比离子晶体高 如石英的熔点为 1 710 MgO 的熔点为 2 852 2 金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高 如 Na 的熔点为 97 尿素的熔点 为 132 7 3 在下列物质中 NaCl NaOH Na2S H2O2 Na2S2 NH4 2S CO2 CCl4 C2H2 SiO2 SiC 晶体硅 金刚石 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
13、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原子晶体是 答案 1 NaCl Na2S 2 NaOH NH4 2S 3 NH4 2S 4 Na2S2 5 CO2 CCl4 C2H2 6 C2H2 7 H2O2 8 SiO2 SiC 题组一 晶体类型的判断 1 有下列八种晶体 A 水晶 B 冰醋酸 C 氧化镁 D 白磷 E 晶体氩 F 铝 G 氯化铵 H 金刚石 用序号回答下
14、列问题 1 直接由原子构成的晶体是 属于原子晶体的化合物是 2 由极性分子构成的晶体是 含有共价键的离子晶体是 属 于分子晶体的单质是 学 海 无 涯 3 在一定条件下能导电而不发生化学变化的是 受热熔化后化学键不发生变化的是 需克服共价键的是 答案 1 AEH A 2 B G DE 3 F F AH 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
15、 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 有金属光泽 导电性 导热性 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 硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电 5 D 组 晶 体 的 熔 点 由 高 到 低 的 顺 序 为 NaCl KCl RbCl CsCl 其 原 因 为 解题指导 通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质 应用氢键解释 HF 的熔点反常 利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因 答案 1 原子 共价键 2 3 HF 分子间能形成氢
16、键 其熔化时需要消耗的能量更多 只要答出 HF 分子间能形成 氢键即可 4 5 D 组晶体都为离子晶体 r Na r K r Rb I2 B SiCl4PH3 D C CH3 4 CH3CH2CH2CH2CH3 答案 C 解析 A B 项属于无氢键存在的分子结构相似的情况 相对分子质量大的熔 沸点 高 C 选项属于分子结构相似的情况 但存在氢键的熔沸点高 D 项属于相对分子质 量相同 但分子结构不同的情况 支链少的熔 沸点高 5 NaF NaI 和 MgO 均为离子晶体 有关数据如下表 物质 NaF NaI MgO 离子电荷数 1 1 2 键长 10 10 m 2 31 3 18 2 10 试判断 这三种化合物熔点由高到低的顺序是 A B C D 答案 B 解析 NaF NaI MgO 均为离子晶体 它们熔点高低由离子键强弱决定 而离子键 的强弱与离子半径和离子电荷数有关 MgO 中键长最短 离子电荷数最高 故离子 键最强 熔点最高 6 下列各组物质中 按熔点由低到高的顺序排列正确的是 O2 I2 Hg CO KCl SiO2 Na K Rb Na Mg Al A B C D 答案 D
