第6讲　晶体结构与性质-2025年高考化学一轮复习讲义

第6讲 晶体结构与性质 备考导航 1. 解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、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。 复习目 标 4. 了解共价晶体的特征,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。 熟记网 品体的特性 &体的类型 络 品体结构与性质 -温体的开 问题1 准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶 体,通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体? 【答案】利用X-射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。 问题2 NaCl、CsCl、金属晶体、金刚石的配位数是多少? 问题思 【答案】 考 晶体 NaCl CsCl 金属晶体 体心立 简单立 六方最 面心立方 金刚石 方堆积 方堆积 密堆积 最密堆积 配位数 。 6 6 12 课前8min 对应学生用书p51 1.判断正误(正确的打“”,错误的打“x”)。 (1)冰的晶体类型为共价晶体() (2)NaC1晶胞中Na+的配位数为12(x) (3)生铁的熔点低于铁单质的熔点() (4)固态四乙基铅(熔点为一136C,极易挥发)为离子晶体(×) (5)IVA族元素单质的晶体类型相同() (6)金刚石与石墨炜中的C-C-C夹角都为120() 2.(2023;北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨快,是碳材料科学 的一大进步。 来 金刚石 *石墨石墨快 下列关于金刚石、石墨、石墨快的说法正确的是(A) A. 三种物质中均有碳碳原子间的o键 B. 三种物质中的碳原子都是sp杂化 C. 三种物质的晶体类型相同 D. 三种物质均能导电 【解析】金刚石中所有碳原子均采用sp杂化,石墨中所有碳原子均采用sp 杂化,石墨快中本环上的碳原子采用sp杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化 B错误;金刚石为共价晶体,石墨焕为分子晶体,石墨为混合型晶体,C错误 金刚石中没有自由移动电子,不能导电,D错误 3.(2023·安徽黄山二模)X、Y、乙、W是元素周期表中原子序数依次增大的前 四周期元素。已知X是形成化合物种类最多的元素,Y和W的最外层电子数相 同,但不同族,W的次外层电子数是最外层的8倍,乙是主族元素,其盐可以用 于净水。某科研团队研究发现,X、Y、W形成的晶体有超导性,该新型超导晶 体的一个晶胞如图所示,晶胞参数为apm,设V.为阿伏加德罗常数的值。下列 说法正确的是(D) ·Y OW .x A.X的氢化物可以与水形成氢键 B. 电负性:YZ C. 晶胞中与Y最近的X原子有6个 D. 晶体密度为2.13×1032a3NAg/cm3 【解析】X为C,Y为Mg,乙为A1.W为Ni。C的氢化物不可以与水形成 氢键,A错误;电负性:MgA1,B错误;与Y最近的X原子有8个,C错误 由均摊法得晶体化学式为MgNi.C,式量为213,晶体密度为2.13× 1032a3NAg/cm3,D正确。 4.(2023·全国乙卷)一种棚美化合物具有超导性能,晶体结构属于六方晶系. 其晶体结构、晶胞沿c轴的投影如图所示,晶胞中含有 个Mg。该物质 化学式为 __,B-B最近距离为 oMg ·B 【答案】1MgB3)3a 【解析】由砌化合物的晶体结构可知Mg位于正六校柱的顶点和面心,由 均摊法可以求出正六校柱中含有12×16十2×12=3个Mg,由晶胞沿c轴的投影 图可知本题所给晶体结构包含3个晶胞,则晶胞中Mg的个数为1:晶体结构中B 在正六梭柱体内,共6个,则该物质的化学式为MgB。;由晶胞沿c轴的投影图 可知,B原子在图中两个正三角形的重心,该点到顶点的距离是该点到对边中点 距离的2倍,顶点到对边的垂线长度为3)2a,因此B-B最近距离为3)2a×13 x2-3)3a。 考点研献 对应学生用书P52 考点1 常见晶体与晶体类型的判断 知识梳理 知识 晶体 1. 晶体的特点 (1)自范性:晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 (2)各向异性:晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。 (3)晶体有固定的熔点。 2. 区分晶体与非晶体方法 (1)晶体的熔点较固定。 (2)最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验 3. 晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。 知识分子晶体 1. 概念:只含分子的晶体称为分子晶体 2. 常见的分子晶体 物质种类 实例 所有非金属氢化 HO、HS、NH、HCI、CH等 物 南素(X)、O、S、N、白磷(P)、C6o、稀有气体 部分非金属单质 等 部分非金属氧化 CO、POo、SO、SO;等 物 几乎所有的酸 HNO、HSO、HPO等 绝大多数有机物笨、乙醇、乙酸、乙酸乙等 3. 分子晶体的常见堆积方式 分子间 堆积方式 实例 作用力 分子采用密堆积,每个分子周围有12 C6ov I2: 范德华力 个紧邻的分子 干冰、O2 范德华力、 分子不采用密堆积,每个分子周围紧邻 HF、冰, 氢键 的分子少于12个 NH; 4. 两种典型的分子晶体 (1)水分子之间的主要作用力是氢键,当然也存在范德 华力 (2)氢键有方向性,它的存在迫使在四面体中心的每个 水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引 (3)含1molHO的冰中,最多可形成2mol氢键 冰的结构模型 (1)干冰中的CO分子间只存在范德华力,不存在氢键 (2)每个晶胞中有4个CO。分子、12个原子 (3)每个CO。分子周围等距离紧邻的CO。分子数为12 a0 oC 个,属于分子密堆积 知识共价晶体 于冰的结构模型(晶胸) 1. 构成的粒子是原子,共价晶体粒子间作用力是共价键。 2. 结构与性质 整个晶体是由共价键结合而成的空间网状结构,不存在单个的小分子。化学 式只表示晶体中原子个数比。物理性质:硬度大、熔点和沸点高。结构相似的共 价晶体的硬度、熔点和沸点的大小取决于键长的长短,键长越短键能越大。如键 长:C-C<C-Si,则硬度:金刚石>SiC。 3. 常见的共价晶体 物质种类 实例 某些单质 金刚石、Si、(B)等 某些非金 SiC、SiN、氢化棚(BN)等 属化合物 某些氧化物 二氧化硅(SiO)等 4. 典型的共价晶体 晶胞 晶体名称 品体结构模型 结构特点 (1)碳原子采取sp杂化,C- C-C夹角为10928 (2)每个碳原子与周围紧邻的4 个碳原子以共价键结合成正四 _ 面体形结构,向空间伸展形成 金刚石 空间网状结构。1mol金刚石 中有2molC-C (3)最小碳环由6个碳原子组 成,且最小环上有4个碳原子 在同一平面内:每个碳原子被 12个六元环共用 (4)金刚石晶胞的每个顶点和 面心均有1个C原子,晶胞内 部有4个C原子,内部的C在 晶胞的体对角线的14处,每个 金刚石晶胞中含有8个C原子 (1)Si原子采取sp杂化,正四 面体内O-SiO键角为109 28 (2)每个Si原子与4个O原子 形成4个共价键,Si原子位于 正四面体的中心,。原子位干 二氧 ## 正四面体的顶点,同时每个O 化硅 原子被2个硅氧正四面体共用 sie oo 每个O原子和2个Si原子形成 2个共价键,晶体中Si原子与 0原子个数比为1:2 (3) 1mol SiO晶体中含4 molSi-o (1)碳、硅原子都采取sp杂化, 键角为109~28 (2)每个硅(碳)原子与周围紧 邻的4个碳(硅)原子以共价键 碳化硅 结合成正四面体形结构,向空 ·C oSi 间伸展形成空间网状结构 (3)每个SiC晶胞中含有4个C 原子和4个Si原子 知识4离子晶体 1. 离子键:阴、阳离子通过 静电作用 形成的化学键。 2. 离子晶体:由 阳 离子和 阴 离子相互作用而形成的晶体。 (1)晶格能是指拆开1mol离子晶体,使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸 收的能量。 (2)离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越 大。晶 格能越大,离子晶体的熔点越 高 、硬度越 大。 3. 典型的离子晶体有两种结构 NaC1型晶体 CsC1型晶体 #__C Na -C ①Na和C1之间的作用力为离子键, NaC1溶于水或熔融状态时,破坏离子键 每个晶胞中含 1个Cs+、1个 ②每个晶胞中含 4 个Na和 4 个 C- C” Cs的配位数为8,C1二的配位数 ③Na+的配位数为6,C1一的配位数 为8 为6 7每个Cs周围等距且紧邻的Cs有 ④每个Na+周围等距且紧邻的Na+有 6 个。每个C1一周围等距且紧邻的Cl 12 个,每个C1-周围等距且紧邻的C1 一有6个 一有12个 解疑释惑11 常见四种晶体类型的比较 晶体 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 类型 构成 金属离子和 阴,阳 分子 原子 粒子 自由电子 离子 粒子 分子间 间的 共价键 金属键 离子键 作用力 作用力 有的较小, 大 硬度 较小 较大 有的较大 熔。 有的较低, 较低 高 较高 沸点 有的较高 在) 常见 CO2 SiO2 Na NaCl 晶体 (正 拙 在 # S 结构 [及时巩固] 1 判断正误(正确的打“”,错误的打“x”)。 (1)单晶硅为分子晶体(x) (2)如图1所示,银的晶胞中有14个银原子(×) 。 图1 图2 (3)(2021辽宁适应性)石墨质软的原因是其层间作用力微弱() (4)石墨具有平面层状结构,同一层中的原子构成许许多多的正六边形,它 与熔融的K单质相互作用,形成某种青铜色的物质(其中的元素K用“·”表示) 原子分布如图2所示,该物质的化学式为KC() (5)1molSiO2晶体中含2molSi-O() (6)在NaC1晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个() (7)SiO晶体中O-Si-O键角为120() (8)S:是分子晶体(V 幽2 下列说法正确的是(C) A.CO。与SiO。的晶体类型相同 B.SiCL.与SiHCl;分子中的键角相等 C. 1mol晶体硅中含有2molSi-Si D.CO。分子中碳原子轨道杂化类型为sp② 【解析】CO与SiO分别为分子晶体和共价晶体,A错误;SiCL;为正四面 体形,键角为10928',而SiHC1;分子不是正四面体形,键角不等于109~28', B错误;晶体硅中每个硅原子与4个硅原子形成Si-Si,但2个Si原子共用1个 Si-Si.1mol晶体硅中含有2molSi-Si,C正确;CO。分子中碳原子为sp杂化,D 错误。 3 填空 (1)NaH的熔点为800C,不溶于有机溶剂。NaH属干 晶体,其电子 式为 。单质硒的熔点为217C,它属于 晶体。 (2)K和Na位于同主族,KS的熔点为840C,NaS的熔点为950C,前者 熔点较低的原因是 (3)LiO是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。 07(g)~2908 J/mot 2Li(g) ) →LiO(品体) 1040bJ/mol f703 J/not. 2Li(g) o(g) 31imot 249KJ(mot ) 2Li(晶体) -598bJ/mol 可知,Li原子的第一电离能为 kJ/mol,O--O键能为 kJ/mol,LiO晶格能为 kJ/mol。 (4)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__。 (5)碳、硅与铅同主族。碳纳米管可以制成透明导电的薄膜,其结构类似于 石墨晶体,则多层碳纳米管的层与层之间靠 结合在一起。四南化硅 (SiX)的 沸 点 按 F、 Cl、 Br、 I依 次 升 高 的 原 因 是 (6)(2022广州番禺区期末)CuO的熔点比Cu;S高的原因是 【答案】(1)离子Na+I:H分子(2)K+的半径比Na+大,KS的晶 格能比Na,S小 (3)520 498 2908(4)金属键较弱 (5)范德华力 四南化硅SiX:均为 分子晶体,范德华力随相对分子质量的增大而增大(6)两种物质均为离子晶体. 由于O2-半径小于s2-,CuO中的离子键强于CuS,则熔点高于CuS 睡4(1)钛酸锁晶胞的结构示意图如图1所示,其中与Ti4+紧邻的O2-构 成的空间结构是 图1 (2)SiC是共价晶体,其结构类似金刚石,为C、Si两原子依次相间排列的正 四面体形空间网状结构。试在图2中正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置。 (3)如图3为CO;分子晶体结构的一部分,每个CO分子周围有 个 与之紧邻的CO,分子,该结构单元平均占有 个CO2分子。 o-0。代表1个C0分子 图3 图4 (4)NaC1晶体模型如图4所示,在NaC1晶体中,每个Na+周围同时吸引 个C1-,每个C1-周围也同时吸引着 个Na+,在NaC1晶胞中 含有 个Na+, 个Cl,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相 等的Na+共有__个。 【答案】(1)正八面体形 (3)124(4)6 64412 例5 下列晶体性质的比较错误的是(C) A. 熔点:金刚石碳化硅晶体硅 B. 沸点:NHPH C. 硬度:白磷冰一二氧化硅 D. 熔点:SiL>SiBrSiCl 【解析】三种物质都是共价晶体,因原子半径:n(C)<n(Si).所以键长:CC <C-Si<Si-Si,故键能:C-C>C-Si>Si-Si,键能越大,共价晶体的熔点 越高,A正确;因为NH;分子间存在氢键,所以NH;的沸点大于PH;的沸点,B 正确;二氧化硅是共价晶体,硬度很大,白磷和冰都是分子晶体,硬度较小,C 错误;四南化硅为分子晶体,它们的组成和结构相似,分子间不存在氢键,故相 对分子质量越大,熔点越高,D正确。 深度指津