2020届二轮复习晶体结构与性质课件（62张）（全国通用）

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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 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 － CaF 2 ( 型 ) 在晶体中，每个 F － 吸引 4 个 Ca 2 ＋ ，每个 Ca 2 ＋ 吸引 8 个 F － ， Ca 2 ＋ 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 CO 2 分子构成立方体且在 6 个面心又各占据 1 个 CO 2 分子。 (2) 每个 CO 2 分子周围等距紧邻的 CO 2 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 sp 2 杂化 2. 物质熔沸点高低比较规律 (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 > NaCl >Cl 2 ；金属晶体 > 分子晶体，如： Na>Cl 2 ( 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 ① 原子晶体： 如：金刚石 > 石英 > 碳化硅 > 晶体硅。 ② 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： MgO >MgCl 2 ， NaCl > CsCl 。 ③ 金属晶体：金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越强，金属单质的熔沸点就越高，如 Al>Mg>Na 。 ④ 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 H 2 O>H 2 Te>H 2 Se>H 2 S 。 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 SnH 4 >GeH 4 >SiH 4 >CH 4 。 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>N 2 。 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.(1) [2019· 课标全国 Ⅰ ， 35(3)(4)] ① 一些氧化物的熔点如表所示： 解释表中氧化物之间熔点差异的原因 ___________________________ _____________________________________________________ 。 氧化物 Li 2 O MgO P 4 O 6 SO 2 熔点 / ℃ 1 570 2 800 23.8 － 75.5 ② 图 (a) 是 MgCu 2 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 N A ，则 MgCu 2 的密度是 ________ g·cm － 3 ( 列出计算表达式 ) 。 (2) [2019· 课标全国 Ⅱ ， 35(3)(4)] ① 比较离子半径： F － ________O 2 － ( 填 “ 大于 ”“ 等于 ” 或 “ 小于 ” ) 。 ② 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。 2. [2018· 课标全国 Ⅰ ， 35(4)(5)] (1)Li 2 O 是离子晶体，其晶格能可通过图 (a) 的 Born － Haber 循环计算得到。 可知， Li 原子的第一电离能为 ________ kJ·mol － 1 ， O===O 键键能为 ________ kJ·mol － 1 ， Li 2 O 晶格能为 ________ kJ·mol － 1 。 (2)Li 2 O 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 N A ，则 Li 2 O 的密度为 ________ g·cm － 3 ( 列出计算式 ) 。 3. [2018· 课标全国 Ⅱ ， 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： ① 图 (a) 为 S 8 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 ________________________________________ _____________________________________________________ 。   H 2 S S 8 FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4 熔点 / ℃ － 85.5 115.2 ＞ 600 ( 分解 ) － 75.5 16.8 10.3 沸点 / ℃ － 60.3 444.6 － 10.0 45.0 337.0 4. [2017· 课标全国 Ⅰ ， 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 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 (2)KIO 3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛 矿型的立体结构，边长为 a ＝ 0.446 nm ，晶胞中 K 、 I 、 O 分 别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。 K 与 O 间的最短 距离为 ________ nm ，与 K 紧邻的 O 个数为 ________ 。 (3) 在 KIO 3 晶胞结构的另一种表示中， I 处于各顶角位置，则 K 处于 ________ 位置， O 处于 ________ 位置。 5. [2016· 课标全国 Ⅲ ， 37(4)(5)] (1)GaF 3 的熔点高于 1 000 ℃ ， GaCl 3 的熔点为 77.9 ℃ ，其原因是 _____________________________________________ 。 (2)GaAs 的熔点为 1 238 ℃ ，密度为 ρ g·cm － 3 ，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ________ ， Ga 与 As 以 ________ 键键合。 Ga 和 As 的摩尔质量分别为 M Ga g·mol － 1 和 M As g·mol － 1 ，原子半径分别为 r Ga pm 和 r As pm ，阿伏加德罗常数值为 N A ，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 ___________________________ 。 6. [2017· 江苏化学， 21(A)—5] 某 Fe x N y 的晶胞如图 1 所示， Cu 可以完全替代该晶体中 a 位置 Fe 或者 b 位置 Fe ，形成 Cu 替代型产物 Fe ( x － n ) Cu n N y 。 Fe x N y 转化为两种 Cu 替代型产物的能量变化如图 2 所示，其中更稳定的 Cu 替代型产物的化学式为 ________ 。 答案　 Fe 3 CuN 题组一　晶体类型与物理性质 1. 下列排序不正确的是 ( 　　 ) A. 晶体熔点：对羟基苯甲醛 > 邻羟基苯甲醛 B. 硬度：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅 C. 熔点： Na>Mg>Al D. 晶格能： NaF > NaCl > NaBr > NaI 解析　 A 项，能形成分子间氢键的对羟基苯甲醛的熔、沸点大于能形成分子内氢键的邻羟基苯甲醛的熔、沸点； B 项，对于原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，硬度越大，键长： C—C 键 碳化硅 > 晶体硅； C 项，金属晶体的熔点取决于原子半径以及价电子数，其规律是原子半径越小，价电子数越多，熔点越高，则熔点： Al>Mg>Na ； D 项，离子所带电荷相同时，离子键的强弱与离子半径有关，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大。 答案　 C 2. 据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为 C 60 Si 60 ，其分子结构好似中国传统工艺品 “ 镂雕 ” ，经测定，其中包含 C 60 ，也有 Si 60 结构。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 该物质有很高的熔点、很大的硬度 B. 该物质形成的晶体属于分子晶体 C. 该物质分子中 Si 60 被包裹在 C 60 里面 D. 该物质的相对分子质量为 1 200 解析　 A 项，由分子式及信息可知该物质为分子晶体，分子晶体熔、沸点低； B 项，该物质是分子晶体； C 项， Si 的原子半径大于 C ，该物质分子中应为 C 60 被包裹在 Si 60 里面； D 项，相对分子质量为 (12 ＋ 28) × 60 ＝ 2 400 。 答案　 B 3.(1) 钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是 _____________________________________________________ 。 (2) 已知 MgO 与 NiO 的晶体结构相同，其中 Mg 2 ＋ 和 Ni 2 ＋ 的离子半径分别为 66 pm 和 69 pm 。则熔点： MgO________NiO ( 填 “>”“<” 或 “ ＝ ” ) ，理由是 _____________________________________________________ 。 (3) 砷化镓以第三代半导体著称，熔点为 1 230 ℃ ，具有空间网状结构。已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是 ________( 填化学式 ) ，其理由是 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 答案　 (1)Ti 原子的价电子数比 Al 多， Ti 4 ＋ 比 Al 3 ＋ 半径小，金属键强 (2) ＞　 Mg 2 ＋ 半径比 Ni 2 ＋ 小， MgO 的晶格能比 NiO 大 (3)BN 　两种晶体均为原子晶体， N 与 B 原子半径较小，键能较大，熔点更高 4.(1) ① ScCl 3 易溶于水，熔点为 960 ℃ ，熔融状态下能够导电，据此可判断 ScCl 3 晶体属于 ________( 填晶体类型 ) 。 ② 元素 Ce 与 Sc 同族，其与 O 形成的化合物晶体的晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 (2) ① C 60 和金刚石都是碳的同素异形体，二者相比较熔点高的是 ________ 。 ② 超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛，氮化铝晶体与金刚石类似，每个 Al 原子与 ________ 个 N 原子相连，与同一个 N 原子相连的 Al 原子构成的空间构型为 ________ 。 ③ 金属镍粉在 CO 气流中轻微加热，生成无色挥发性液态 Ni(CO) 4 ，呈正四面体构型。试推测 Ni(CO) 4 的晶体类型是 ________ ， Ni(CO) 4 易溶于下列 ________( 填字母 ) 。 A. 水 B. 四氯化碳 C. 苯 D. 硫酸镍溶液 ④ AlCl 3 在 177.8 ℃ 时升华，蒸气或熔融状态以 Al 2 Cl 6 形式存在。下列关于 AlCl 3 的推断错误的是 ________( 填字母 ) 。 A. 氯化铝为共价化合物 B. 氯化铝为离子化合物 C. 氯化铝难溶于有机溶剂 D.Al 2 Cl 6 中存在配位键 答案　 (1) ① 离子晶体　 ② CeO 2 　 (2) ① 金刚石　 ② 4 　正四面体形　 ③ 分子晶体　 BC 　 ④ BC 题组二　晶体结构 5.(1) 某钙钛矿型复合氧化物如图甲所示，以 A 原子为晶胞的顶点， A 位可以是 Ca 、 Sr 、 Ba 或 Pb ，当 B 位是 V 、 Cr 、 Mn 、 Fe 等时，这种化合物具有 CMR 效应。 ① 用 A 、 B 、 O 表示这类特殊晶体的化学式： ________ 。 ② 已知 La 为＋ 3 价，当被钙等二价元素 A 替代时，可形成复合钙钛化合物 La 1 － x A x MnO 3 ( x <0.1) ，此时一部分锰转变为＋ 4 价。导致材料在某一温度附近有反铁磁－铁磁、铁磁－顺磁及金属－半导体的转变，则 La 1 － x A x MnO 3 中三价锰与四价锰的物质的量之比为 ________( 用 x 表示 ) 。 (2) 用 CuSO 4 和 NaOH 制备的 Cu(OH) 2 检验醛基时，生成红色的 Cu 2 O ，其晶胞结构如图乙所示。 (3) 磷化铝熔点为 2 000 ℃ ，它与晶体硅互为等电子体，磷化铝晶胞结构如图丙所示： ① 图中 A 点和 B 点的原子坐标参数如图丙所示，则 C 点的原子坐标参数为 ________ 。 ② 磷化铝晶体的密度为 ρ g·cm － 3 ，用 N A 表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为 ________cm 。 6.(1) 钙钛矿 (CaTiO 3 ) 型的结构可看作氧化物超导相结构的基本单元： ① 图 A 为立方钙钛矿 (CaTiO 3 ) 结构的晶胞，晶胞边长为 a nm 。 Ca 处于晶胞的顶点，则 Ti 处于 ________ 位置， O 处于 ________ 位置；与 Ca 紧邻的 O 个数为 ________ ， Ti 与 O 间的最短距离为 ________nm 。 ② 在图 B 中画出立方钙钛矿晶胞结构的另一种表示 ( 要求： Ti 处于晶胞的顶点； △ 、 ● 、 ○ 所代表的原子种类与图 A 中相同 ) 。 (2)GaAs 是一种重要的半导体材料，按图示掺杂锰后可得稀磁性半导体材料 ( 晶体结构不变 ) ，则该材料晶体中 n (Ga) ∶ n (Mn) ∶ n (As ) ＝ ________ 。 (3) 硒化锌的晶胞结构如图所示，图中 X 和 Y 点所堆积的原子均为 ________( 填元素符号 ) ；该晶胞中硒原子所处空隙类型为 ________( 填 “ 立方体 ”“ 正四面体 ” 或 “ 正八面体 ” ) ；若该晶胞密度为 ρ g·cm － 3 ，硒化锌的摩尔质量为 M g·mol － 1 。用 N A 代表阿伏加德罗常数的数值，则晶胞参数 a 为 ________nm 。