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文档介绍
2019届一轮复习人教版晶体的结构与性质学案
第三节 晶体的结构与性质 课题| 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 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 相邻晶胞之间没有任何间隙，所有晶胞平行排列、取向相同。 正误判断，正确的划“√”，错误的划“×” (1)固态物质一定是晶体( ) (2)冰和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( ) (5)固体SiO2一定是晶体( ) (6)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( ) 【答案】 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ 一 晶胞中原子个数的计算 1．如图是甲、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×)＝2∶1；乙中N(a)∶N(b)＝1∶(8×)＝1∶1；丙中N(c)＝12×＋1＝ 4，N(d)＝8×＋6×＝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：×4＋1＝(个)，含N：×4＋2＋4×＝(个)，M∶N＝∶＝1∶3；在C中含M：×4＝(个)，含N为1个。 3．已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝______。 【答案】 5 【解析】 La：2×＋12×＝3 Ni：12×＋6×＋6＝15 所以n＝5。 4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是 ( ) A．3∶9∶4 B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 【答案】 B 【解析】 A粒子数为6×＝；B粒子数为6×＋3×＝2；C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。 5.右图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。 【答案】 ＋3价 【解析】 R：8×＋1＝2 G：8×＋8×＋4×＋2＝8 Q：8×＋2＝4 R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。 由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。 6.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如右图所示。则该化合物的化学式为________。 【答案】 CuH 【解析】 根据晶胞结构可以判断：Cu()：2×＋12×＋3＝6；H(○)：6×＋1＋3＝6，所以化学式为CuH。 7．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。 (2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。 【答案】 (1)MgB2 (2)BO 【解析】 (1)每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出，每个单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋2/2)＝1∶2，化学式为BO。 二 晶胞的密度及微粒间距离的计算 8.Cu与F形成的化合物的晶胞结构如右图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为________pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中为Cu，为F) 【答案】 ×1010 【解析】 设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中，Cu：8×＋6×＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝。最短距离为小立方体对角线的一半，小立方体的体对角线为＝x。所以最短距离为x·＝·×1010pm。 9.如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是ρ g·cm－3，试计算Na＋与S2－的最短距离________ cm(阿伏加德罗常数用NA表示，只写出计算式)。 【答案】 【解析】 晶胞中，●个数为8×＋6×＝4，○个数为8， 其个数之比为1∶2，所以●代表S2－，○代表Na＋。 设晶胞边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×78 a＝ 面对角线为× cm 面对角线的为× cm 边长的为× cm 所以其最短距离为 cm＝ cm。 晶胞计算的思维方法 1．晶体结构的计算常涉及晶体密度、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 ①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，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。 ②在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。 3．晶体微粒与M、ρ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)；1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，ρ为晶胞的密度)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。 课题| 突破五类晶体模型 | 1．原子晶体(金刚石和二氧化硅) (1)金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。 (2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。 2．分子晶体 (1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。 (2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氢键”。 3．离子晶体 (1)NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。 (2)CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。 4．石墨晶体 石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。 5．常见金属晶体的原子堆积模型 结构型式 常见金属 配位数 晶胞 面心立方最密堆积 Cu、Ag、Au 12 体心立方堆积 Na、K、Fe 8 六方最密堆积 Mg、Zn、Ti 12 特别提醒 (1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)： 每个面上有4个，共计12个。 (2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。 1．在晶体模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？ 【答案】 不一样，金刚石中表示的是C—C共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力；分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的C===O键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。 2．下列排列方式中：A.ABCABCABC B．ABABABABABC．ABBAABBA D．ABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是________；属于铜型堆积方式的是________。 【答案】 B A 一 重视教材习题，做好回扣练习 1．下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是( ) A．O2和SiO2 B．NaI和I2 C．CO2和H2O D．CCl4和NaCl 【答案】 C 2．在单质的晶体中，一定不存在( ) A．离子键 B．分子间作用力 C．共价键 D．金属离子与自由电子间的作用 【答案】 A 3．X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法中不正确的是( ) A．X的单质固态时为分子晶体 B．Y的单质为原子晶体 C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体 D．X与碳形成的化合物为分子晶体 【答案】 C 4．下列各组物质熔化或升华时，所克服的粒子间作用属于同种类型的是( ) A．Na2O和SiO2熔化 B．Mg和S熔化 C．氯化钠和蔗糖熔化 D．碘和干冰升华 【答案】 D 二 强化记忆晶胞结构 5．判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在线上。 (1)干冰晶体②；(2)氯化钠晶体①；(3)金刚石④；(4)碘晶体③；(5)氟化钙⑥；(6)钠⑤；(7)冰晶体⑧；(8)水合铜离子⑦；(9)H3BO3晶体⑩；(10)铜晶体⑨。 三 对晶胞结构的考查 6．下面有关晶体的叙述中，不正确的是( ) A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子 B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个 C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－ D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子 【答案】 B 【解析】 氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共12个，距离相等且最近的Cl－共有6个。 7．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。 (2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2 所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是______，平均每个晶胞所占有的原子数目是__________。 (3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第__________周期第________族，元素符号是________，最外层电子排布式是________________________________________。 【答案】 (1)非密置 4 密置 6 (2)6 1 (3)六 ⅥA Po 6s26p4 四 金属晶胞中原子半径的计算 8．用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为 面心立方最密堆积(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。 【答案】 12 ×≈1.27×10－8 【解析】 设晶胞的边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4×64 a＝ 面对角线为a 面对角线的为Cu原子半径 r＝×≈1.27×10－8cm。 晶体结构的相关计算 1．晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×。 2．空间利用率＝。 3．金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a) (1)面对角线长＝a。 (2)体对角线长＝a。 (3)体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 (4)面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 课题| 突破四类晶体的组成和性质 | 1．四类晶体的比较 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 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、导热性 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) 2.离子晶体的晶格能 (1)定义 气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。 (2)影响因素 ①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。 ②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。 1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×” (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．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键与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的高，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，晶体氩。 (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___________。 (9)不含共价键的分子晶体是__________，只含非极性键的原子晶体是____________。 【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 (9)晶体氩 晶体硅、金刚石 一 晶体类型的判断 1．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 ℃ 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)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＋)查看更多