志鸿优化设计高考化学人教版一轮复习教学案选修三物质结构与性质晶体结构与性质

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第3节　晶体结构与性质 考纲点击 ‎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、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。‎ 一、晶体常识 ‎1．晶体与非晶体 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒在三维空间里呈周期性____序排列 结构微粒____序排列 性质特征 自范性[来源:Z§xx§k.Com][来源:Z&xx&k.Com][来源:Zxxk.Com]‎ ‎[来源:1]‎ ‎[来源:学.科.网Z.X.X.K]‎ 熔点 异同表现 各向异性 无各向异性 区别方法 熔点法 有固定熔点 无固定熔点 X射线 对固体进行X射线衍射实验 特别提示：具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。‎ ‎2．晶胞 ‎(1)概念：描述晶体结构的______________。‎ ‎(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置。‎ ‎①无隙：相邻晶胞之间没有____________；‎ ‎②并置：所有晶胞________排列、________相同。‎ 即时训练1 下列有关晶体的说法中正确的是__________。‎ ‎①凡是有规则外形的固体一定是晶体 ‎②晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性 ‎③熔融态物质凝固就得到晶体 ‎④晶体有一定的熔沸点 ‎⑤区分晶体和非晶体最可靠的科学方法：是否具有固定的熔沸点 ‎⑥晶胞为的示意图：为阳离子，为阴离子。以M代表阳离子，N代表阴离子。化学式为MN2‎ 二、分子晶体和原子晶体 ‎1．分子晶体 ‎(1)结构特点 ‎①晶体中只含分子。‎ ‎②分子间作用力为范德华力，也可能有氢键。‎ ‎③分子密堆积：一个分子周围通常有12个紧邻的分子。‎ ‎(2)典型的分子晶体 ‎①冰：水分子之间的主要作用力是__________，也存在______________，每个水分子周围只有______个紧邻的水分子。‎ ‎②干冰：CO2分子之间存在____________，每个CO2分子周围有____个紧邻的CO2分子。‎ ‎2．原子晶体 ‎(1)结构特点 ‎①晶体中只含原子。‎ ‎②原子间以____________结合。‎ ‎③____________________结构。‎ ‎(2)典型的原子晶体——金刚石 ‎①碳原子取________杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为________。‎ ‎②每个碳原子与相邻的____个碳原子结合。‎ 即时训练2 下列说法中正确的是________。‎ ‎①干冰(CO2)晶体中包含的作用力为分子间力和共价键 ‎②SiO2晶体中包含的作用力只有共价键 ‎③CO2表示一个二氧化碳分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的 ‎④SiO2表示一个二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的 ‎⑤原子晶体比分子晶体的熔沸点高得多 ‎⑥冰、干冰、水晶均属于分子晶体 特别提示：(1)原子晶体一定含有共价键，分子晶体可能不含有共价键，如稀有气体；(2)分子晶体的熔沸点的比较要注意氢键的影响。‎ 三、金属晶体 ‎1．“电子气理论”要点 ‎(1)该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的____________形成遍布_____________的“电子气”，被______________所共用，从而把________________维系在一起。‎ ‎(2)金属晶体是由______________、______________通过__________形成的一种“巨分子”。‎ ‎(3)金属键的强度______________。‎ ‎2．金属晶体的构成、通性及其解释 金属晶体结构微粒 作用力名称 导电性 导热性 延展性 金属阳离子、自由电子 金属键 自由电子在电场中____________形成电流 电子气中的自由电子在____的作用下与金属原子____________而导热 当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层就会__________，但不会改变其______________，而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间________的作用 即时训练3 下列说法中正确的是____________。‎ ‎①含有阳离子的物质一定含有阴离子 ‎②含有阴离子的物质一定含有阳离子 ‎③金属晶体易导电是因为有自由移动的金属阳离子 ‎④金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子 ‎⑤金属晶体的熔沸点一定比分子晶体的高 四、离子晶体 ‎1．离子晶体 ‎(1)概念 ‎①离子键：__________间通过____________(指__________和__________的平衡)形成的化学键。‎ ‎②离子晶体：由__________和____________通过__________结合而成的晶体。‎ ‎(2)决定离子晶体结构的因素 ‎①几何因素：即________________________________。‎ ‎②电荷因素：即正负离子________________________。‎ ‎③键性因素：离子键的纯粹程度。‎ ‎(3)一般物理性质 一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点，较大的硬度、难于压缩。这些性质都是因为离子晶体中存在着较强的离子键。若要破坏这种作用需要较多的能量。‎ ‎2．晶格能 ‎(1)定义 ‎____________形成1 mol离子晶体__________的能量，单位________________，通常取________值。‎ ‎(2)大小及与其他量的关系 ‎①晶格能是最能反映离子晶体____________的数据。‎ ‎②在离子晶体中，离子半径越______，离子所带电荷数越______，则晶格能越大。‎ ‎③晶格能越大，形成的离子晶体就越__________，而且熔点越______，硬度越________。‎ 即时训练4 下列说法中正确的是__________。‎ ‎①NaCl表示一个氯化钠分子是由一个钠离子和一个氯离子构成的 ‎②离子晶体不导电，熔融或溶于水后能导电 ‎③多数离子晶体易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂 ‎④离子晶体晶格能越大，熔沸点越高 ‎⑤NaCl的晶格能大于NaF的晶格能 一、晶体结构的计算 ‎1．晶体化学式的求法 晶体的化学式的确定常用分摊法，其核心为若晶体中某位置上粒子被n个重复单元共用，那该粒子有属于这个晶胞。如由立方晶胞中：‎ ‎(1)处于顶点上的粒子被8个晶胞共用，该粒子有属于这个晶胞；‎ ‎(2)处于棱上的粒子被4个晶胞共用，该粒子有属于这个晶胞；‎ ‎(3)处于面心上的粒子被2个晶胞共用，该粒子有属于这个晶胞；‎ ‎(4)处于晶胞内部的粒子，该粒子完全属于这个晶胞。‎ ‎2．有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3×ρ×NA表示1 mol晶胞的质量。‎ ‎【例1】 Ⅰ.铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4＋处于立方晶胞顶点，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为______________________，每个Ba2＋与______个O2－配位。‎ Ⅱ.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如下图所示)，但CaC2晶体中哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C数目为____________。‎ 特别提醒 要记住一些常见晶体的晶胞，如 晶胞 名称 NaCl CsCl CaF2‎ 铜 镁 金刚石 干冰 一个晶 胞中含 Na＋、Cl－‎ 各4个 Cs＋、Cl－‎ 各1个 ‎4个Ca2＋、‎ ‎8个Cl－‎ ‎4个 Cu ‎2‎ ‎8‎ ‎4‎ 配位数 ‎6‎ ‎8‎ ‎8、4‎ ‎12‎ ‎8‎ ‎……‎ ‎12‎ 二、四种晶体的比较与判断 晶体类型 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 晶体粒子 阴、阳离子 分子 原子 金属阳离子、自由电子 粒子间相互作用 离子键 分子间作用力 共价键 金属键 熔沸点 较高 很低 很高 无规律 硬度 较硬 一般很软 很硬 无规律 溶解性 易溶于 极性溶剂 相似相溶 难溶 难溶(部分与水反应)‎ 导电情况 晶体不导电，熔融状态下导电 晶体和熔融状态下都不导电 一般不导电，个别导电，还有半导体 晶体导电 导热性 不良 不良 不良 良 物质类别 离子 化合物 多数非金属单质及化合物 金刚石、SiC、晶体硅、SiO2等少数非金属单质和化合物 金属单质 ‎【例2】 碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：①晶体硅　②硝酸钾　③金刚石　④碳化硅　⑤干冰　⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是(　　)。‎ A．①②③④⑤⑥　　　　 B．①④③②⑥⑤‎ C．③④①②⑥⑤ D．③④①②⑤⑥‎ 方法归纳 ‎(1)比较晶体的熔点，首先要判断晶体的类型，一般是原子晶体的熔点＞离子晶体＞分子晶体。若有相同类型的晶体，则比较这些晶体中粒子间的作用力强弱。①原子晶体熔化时断开的是共价键，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔沸点越高；②离子晶体熔化时断开的是晶格能，离子半径越小，离子电荷数越多，晶格能越大，熔沸点越高；③分子晶体熔化时断开的是分子间作用力，分子间作用力越大，熔沸点越高，具有氢键的分子晶体，熔沸点反常的高；④金属晶体熔化时断开的是金属键，金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高。‎ ‎(2)注意原子晶体的熔点不一定比离子晶体的熔点高，金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高。‎ ‎1．(高考集萃)(1)(2019课标全国理综)ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm。密度为__________________(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为__________pm(列式表示)。‎ ‎(2)(2019海南化学)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为‎9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________ cm3、晶胞的质量是________ g，阿伏加德罗常数为________________ [列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。‎ ‎(3)(2019山东理综)下列关于金属及金属键的说法中正确的是________。‎ a．金属键具有方向性与饱和性 b．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用 c．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 d．金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光 ‎2．立方氮化硼结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数为NA)。‎ ‎3．有下列几种晶体：A.水晶　B．冰醋酸　C．白磷　D．金刚石　E．晶体氩　F．干冰　G．NaOH ‎(1)属于分子晶体的是________，直接由原子构成的分子晶体是________。‎ ‎(2)属于原子晶体的化合物是________，由非极性键构成的原子晶体是______。‎ ‎(3)直接由原子构成的晶体是________。‎ ‎(4)受热熔合时，晶体内的化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。‎ ‎(5)既含离子键又含共价键的是________。‎ ‎(6)下图是干冰晶体结构的一部分，观察此图，试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻等距的CO2分子。‎ ‎4．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：‎ ‎(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO________FeO(填“＜”或“＞”)。‎ ‎(2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为________、_____________________________。‎ ‎(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示。该合金的化学式为________________。‎ 参考答案 基础梳理整合 一、1.有　无　有　无　固定　不固定 ‎2．(1)基本单元　(2)任何间隙　平行　取向 即时训练1‎ 答案：②④⑥‎ 二、1.(2)氢键　范德华力　4　范德华力　12‎ ‎2．(1)共价键　三维空间网状 ‎(2)sp3　109°28′　4‎ 即时训练2‎ 答案：①②③⑤‎ 三、1.(1)价电子　整块晶体　所有原子　所有的金属原子　(2)金属阳离子　自由电子　金属键　(3)差别很大 ‎2．定向移动　热　频繁碰撞　相对滑动　体系的排列方式　润滑剂 即时训练3‎ 答案：②‎ 四、1.(1)阴、阳离子　静电作用　相互排斥　相互吸引　阳离子　阴离子　离子键 ‎(2)晶体中正负离子的半径比决定晶体结构　电荷不同，配位数必然不同 ‎2．(1)气态离子　释放　kJ·mol－1　正 ‎(2)稳定性　小　多　稳定　高　大 即时训练4‎ 答案：②③④‎ 核心归纳突破 ‎【例1】 答案：Ⅰ.BaPbO3　12　Ⅱ.4‎ 解析：Ⅰ.每一个晶胞中Ba2＋的个数为1，Pb4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为12×＝3，所以其化学式为BaPbO3；立方体的12个棱边中心上的O2－离中心Ba2＋最近且相等，所以每个Ba2＋与12个O2－配位；Ⅱ.因为晶胞为长方体，所以处于6个面心的C有两个离的比另外四个远，所以最近的C数目为4。‎ ‎【例2】 C　解析：这些晶体属于原子晶体的有①③④、离子晶体的有②、分子晶体的有⑤⑥。一般来说，原子晶体的熔点＞离子晶体的熔点＞分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长Si—Si＞Si—C＞C—C，相应键能Si—Si＜Si—C＜C—C，故它们的熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。‎ 演练巩固提升 ‎1．答案：(1)＝‎4.1 g·cm－3‎ 或或135 ‎(2)4.70×10－23　4.23×10－22‎ NA＝＝6.01×1023 mol－1‎ ‎(3)b ‎2．答案：4　4　 解析：因为金刚石属于面心立方晶体，即碳原子处在立方体的8个顶点、6‎ 个面心，每个晶胞中含有碳原子数为×8＋×6＝4，根据BN的化学式可推知一个晶胞中含有4个N原子；因一个BN的质量是 g，一个晶胞的质量为×‎4 g，而一个晶胞的体积为(361.5×10－10)‎3 cm3，依据ρ＝可得。‎ ‎3．答案：(1)BCEF　E　(2)A　D　(3)ADE　(4)BCEF　AD　(5)G　(6)12‎ 解析：(1)注意氩是单原子分子，不含化学键，其晶体是由原子直接构成；(6)以立方体的一个顶点为研究对象，离其最近的是面中心的分子，补齐其他7个同样的立方体，找出通过所研究顶点的3个相互垂直的截面，每个截面上有4个，总共12个。‎ ‎4．答案：(1)＞　(2)6　6　(3)LaNi5‎ 解析：(1)晶格能与离子半径有关，其他因素相同时，离子半径越大，晶格能越小；(2)由信息可知NiO与氯化钠相似，所以Ni和O的配位数均为6；(3)La在8个顶点，所以La为＝1，Ni有8个位于面上和一个中心，所以Ni为＋1＝5。‎