2017版高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质第40讲晶体结构与性质讲义
[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；了解金属晶体常见的堆积方式。
4、了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
5、能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
6、了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。考点一晶体的组成与性质
1、晶体(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自范性有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a、无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。b、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：kJmol－1。②影响因素a、离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。b、离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。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。
2、四种晶体类型的比较类型比较
分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力(某些含氢键)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难溶于常见溶剂大多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大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如Si
C、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)
3、晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体
＞分子晶体。②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种晶体类型熔、沸点的比较①原子晶体→―→―→如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。②离子晶体a、一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。b、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。③分子晶体a、分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如H2O＞H2Te＞H2Se ＞H2S。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SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。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CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。d、同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。④金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg ＜Al。
1、判断正误，正确的打“√”，错误的打“”(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。(
)(5)离子晶体一定都含有金属元素。(
)(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。( )答案：(1)√(2) (3) (4) (5) (6)√
2、在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O
2、Na2S
2、(NH4)2S、CO
2、CCl
4、C2H
2、SiO
2、Si
C、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)CO
2、CCl
4、C2H2(6)C2H2 (7)H2O2 (8)SiO
2、SiC考向1 晶体类型的判定(1)[xx高考全国卷Ⅰ，37(4)] CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为
376 K，其固体属于________晶体。(2)(xx高考全国卷Ⅱ节选)O
元素和Na元素的氢化物所属的晶体类型分别是________和
________。
[解析] (1)Fe(CO)5熔点为253 K，沸点为376 K，可知其固体应为分子晶体。(2)O元素和Na元素对应的氢化物分别是H2O或
H2O2和NaH，H2O、H2O2是分子晶体，而NaH是离子晶体。
[答案] (1)分子(2)分子晶体离子晶体「名师点拨」
晶体类型判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断①
离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。②
原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。③分子晶
体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。④金属晶
体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属
键。(2)依据物质的分类判断①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、
强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧
化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)
是分子晶体。③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体
硼等，常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。④金属
单质是金属晶体。(3)根据各类晶体的特征性质判断一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中
或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。
1、下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(
)①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和碘
A、①②③
B、④⑤⑥
C、③④⑥
D、①③⑤解析：选C。本题中属于分子晶体的有SO
3、HCl、CO
2、SO
2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘。属于原子晶体的有SiO
2、晶体硼、晶体硅、金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子内不存在化学键。
2、现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550 ℃Li：181 ℃HF：－83 ℃NaCl：801 ℃硅晶体：
1410 ℃Na：98 ℃HCl：－115 ℃KCl：776 ℃硼晶体：
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)。①有金属光泽②导电性③导热性④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于______________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(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组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为
________________________________________________。解析：(1)根据表中数据可看出A组熔点很高，属原子晶体，是由原子通过共价键形成的；(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性；
(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常；(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质；(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。答案：(1)原子共价键(2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，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)②④(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋) ＋) 点比分子晶体的熔点高，其实不一定，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为1 32、7 ℃。(4)石墨属于混合型晶体，不是原子晶体，其晶体含有范德华力和共价键，熔点比金刚石高。考向2 晶体熔、沸点高低的比较(1)MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。(2)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“<”)BF的熔点，其原因是________________________。 [解析] (1)r(Mg2＋) [答案] (1)高(2)> 两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低 3、(教材改编题)下列数据是对应物质的熔点(℃)，据此做出的下列判断中错误的是( )Na2ONaClAlF3AlCl39208011291190BCl3Al2O3CO2SiO2－1072 073－571723 A、铝的化合物形成的晶体中有的是离子晶体 B、表中只有BCl3和CO2是分子晶体 C、同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D、不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体解析：选B。从表中各物质的熔点可以看出，Na2O、NaCl、AlF 3、Al2O3是离子晶体，SiO2是原子晶体，AlCl 3、BCl 3、CO2形成的晶体是分子晶体。 4、有 A、 B、C三种晶体，分别由H、 C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：晶体熔点/℃硬度水溶性导电性水溶液与Ag＋反应A801较大易溶水溶液(或熔融状态)导电白色沉淀B3550很大不溶不导电不反应C－1 14、2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为A__________，B__________，C__________。(2)晶体中微粒间的作用分别为A__________，B________，C________。解析：由A在水溶液中(或熔融状态)导电，可知A为离子晶体，即为NaCl，其中含离子键；B的硬度很大，不溶于水，又不导电，则知B为原子晶体，即为金刚石，其中含共价键；C的熔点很低，可知C为分子晶体，即为HCl，是靠分子间作用力形成的晶体。答案：(1)NaCl C HCl (2)离子键共价键分子间作用力考点二常见晶体模型与晶胞计算 1、典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，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键数之比为1∶2SiO2(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)＝1∶2(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个离子晶体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个Na＋和4个Cl－CsCl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Cl－金属晶体简单立方堆积典型代表Po，配位数为6，空间利用率52%面心立方最密堆积又称为A1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%体心立方堆积又称为 A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%六方最密堆积又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74% 2、晶胞中微粒的计算方法均摊法下图为离子晶体立体构型示意图：(阳离子，阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、 C________。解析：在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：4＋1＝(个)；含N：4＋2＋4＝(个)，N(M)：N(N)＝∶＝1∶3；在C中含M：4＝(个)，含N为1个。答案：MN MN3 MN2考向1 常见晶胞类型和结构特点(1)[xx高考全国卷Ⅰ， 37(5)]碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如 图所示：石墨烯晶体金刚石晶体①在石墨烯晶体中，每个C原子 连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。② 在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同 一平面。(2)(xx高考全国卷Ⅰ节选)Cu2O为半导体材料，在其立 方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶 胞中有________个铜原子。 [解析] (1)①由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为6＝2。②由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条CO键键能比SiC 越高，则熔点Al>Mg>Na，不正确；D项晶格能越大，则离子键越强，离子所带电荷相同时离子键的强弱与离子半径有关，半径越小，则离子键越强，正确。 10、(xx山东烟台四校联考)碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。(1)与碳 同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是 ________(写出元素符号)。(2)石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样(如图甲)，石墨烯中碳原子的杂化方式为________；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是 _________________________________________________________ _________________________________________________________。(3)二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O形成的最小环上O原子数目是________。(4)图丙是C60的晶胞模型(一个小黑点代表一个C60分子)，图中显示的C60分子数为14个。实际上一个C60晶胞中含有________个C60分子。 [导学号] 解析：(1)C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2。(3)金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子，即六元环，共有6个CC键的数目相同。(4)晶胞中微粒个数的计算公式＝体内1＋面上1/2＋棱上1/4＋顶角1/8。C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶角上，6个在面心上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为81/8＋61/2＝4(个)。答案：(1)O (2)sp2 甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力(3)6 (4)4 11、不锈钢是由铁、铬、镍、碳及众多不同元素所组成的合金，铁是主要成分元素，铬是第一主要的合金元素。其中铬的含量不能低于11%，不然就不能生成致密氧化膜CrO3以防止腐蚀。 (1)基态碳(C)原子的电子排布图为 _________________________________________________________ _______________。(2)[Cr(H2O)4Cl2]Cl2H2O中Cr的配位数为 ____________。(3)与铜属于同一周期，且未成对价电子数最多的元素基态原子外围电子排布式为 _________________________________________________________ _______________。(4)Fe的一种晶胞结构如甲、乙所示，若按甲中虚线方向切乙得到的A～D图中正确的是________。(5)据报道，只含镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的晶胞结构如图所示，试写出该晶体的化学式：______________。晶体中每个镁原子周围距离最近的镍原子有________个。(6)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJmol－1)，回答下列问题：元素代号I1I2I3I4Q2 0804 00061009400R500460069009500S7401500770010500T580180027001 1600U420310044005900T元素最可能是________区元素。若T为第二周期元素，F是第三周期元素中原子半径最小的元素，则T、F 形成的化合物的立体构型为________，其中心原子的杂化方式为________。 [导学号] 解析：(1)基态碳(C)原子的电子排布图为。 (2)[Cr(H2O)4Cl2]Cl2H2O中Cr的配位数为6。(3)与铜属于同一周期的元素中，当基态原子外围电子的3d轨道、4s轨道均为半充满状态时未成对价电子数最多，故该元素原子的外围电子排布式为3d54s1。(6)若T为第二周期元素，F是第三周期元素中原子半径最小的元素，则T为 B、F为Cl，则T、F形成化合物的立体构型为平面正三角形，其中心原子的杂化方式为sp2。答案：(1) (2)6 (3)3d54s1 (4)A (5)MgNi3C 12(6)p 平面正三角形sp2 12、下图为CaF 2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题。(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－的个数为________。(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是 ________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为________。 (3)由图Ⅲ所示的铜原子的堆积模型可知，每个铜原子与其相邻的铜原子数为________。(4)三种晶体中熔点最低的是________，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为________。 [导学号] 答案：(1)8 (2)O 1∶6(3)12(4)H3BO3 分子间作用力 13、(xx湖南长沙联考)下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。(1)请写出元素c的基态原子电子排布式：____________________。(2)b元素的氧化物中b与氧元素之间的共价键类型是______________，其中b原子的杂化方式是________。(3)a单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示，其晶胞特征如下图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如下图丙所示。若已知a的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，a 的相对原子质量为Mr，则一个晶胞中a原子的数目为________，该晶体的密度为______________(用字母表示)。 [导学号] 解析：(1)根据洪特规则的特例，d轨道半充满时更稳定，故Cr原子电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(2)SiO2硅氧之间的共价键是“头对头”的方式，所以是σ键，其中Si的杂化方式是sp3。(3)由均摊法计算：8＋6＝4；该晶胞的质量m＝4，该晶胞的体积V＝ (4d)3＝16 d3，晶胞密度ρ＝＝。答案： (1)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)(2)σ键(或极性共价键) sp3(3)4
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