第13讲 晶体结构与性质-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

第13讲　晶体结构与性质 考点一　晶体常识　晶体的组成和性质 1．晶体与非晶体的区别 固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点 晶体 具有规则的几何外形 粒子在三维空间呈周期性有序排列 有 各向异性 固定 非晶体 不具有规则的几何外形 粒子排列相对无序 没有 不具有各向异性 不固定 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 2.晶体与非晶体的测定方法 测定 方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 可靠的方法 对固体进行X­射线衍射实验 3.获得晶体的三条途径 (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。 4．晶胞的结构 (1)晶胞是描述晶体结构的　基本单元　。 (2)习惯采用的晶胞都是　平行六面　体，晶体是由无数晶胞“　无隙并置　”而成的。 ①“无隙”：相邻晶胞之间无任何　间隙　。 ②“并置”：所有晶胞都是　平行　排列的，取向　相同　。 (3)一种晶体所有晶胞的　形状　及其内部的　原子种类个数　及　几何排列　是完全相同的。 5．晶胞中原子个数的计算（以铜晶胞为例） (1)晶胞的顶角原子是　8　个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是　4　个晶胞共用的，晶胞面上的原子是　2　个晶胞共用的。 (2)金属铜的一个晶胞的原子数为　8×＋6×＝4　。 　“均摊法”的应用 (1)平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 图示： (2)非平行六面体晶胞中粒子视具体情况而定。 ①正三棱柱晶胞中： ②六棱柱晶胞中： ③石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占。 （2024·安徽卷） 研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3)，其立方晶胞和导电时Li＋迁移过程如下图所示。已知该氧化物中Ti为＋4价，La为＋3价。下列说法错误的是(　B　) A．导电时，Ti和La的价态不变 B．若x＝，Li＋与空位的数目相等 C．与体心最邻近的O原子数为12 D．导电时、空位移动方向与电流方向相反 解析：导电时，Ti和La没有得失电子，化合价未发生变化，A正确；设1个晶胞中含有的空位个数为z，根据晶胞结构可知，La或Li或空位位于体心，个数和为1，则有x＋y＋z＝1，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0可得，z＋3y＋4＋(－2)×3＝0，若x＝，解得y＝，z＝，则Li＋和空位的数目不相等，B错误；根据晶胞结构可知，12个氧原子位于棱心，与体心距离相等，均为面对角线长的一半，故与体心最邻近的氧原子个数为12，C正确；Li＋带正电荷，Li＋移动方向与电流方向相同，导电时空位移动方向与Li＋迁移方向相反，即与电流方向相反，D正确。 （2024·湖北卷）黄金按质量分数分级，纯金为24 K。Au­Cu合金的三种晶胞结构如图，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(　C　) A.Ⅰ为18 K金 B．Ⅱ中Au的配位数是12 C．Ⅲ中最小核间距Au­Cu<Au­Au D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，Au与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1 解析：纯金为24 K，则18 K金中金的质量分数为75%，Ⅰ中Au位于体心，个数为1，Cu位于顶点，个数为8×＝1，则Au的质量分数为×100%≈75%，为18 K金，A正确；Ⅱ中Au位于顶点，个数为8×＝1，Cu位于面心，个数为6×＝3，晶体化学式为Cu3Au，1个Cu周围有4个Au，则1个Au周围有12个Cu，Au的配位数是12，B正确；Ⅲ中Au—Cu和Au—Au的最小核间距均为面对角线长度的，故最小核间距Au—Cu＝Au—Au，C错误；结合上述分析可知，Ⅰ中Au、Cu原子个数比为1∶1，Ⅱ中Au、Cu原子个数比为1∶3，Ⅲ中Au位于面心，个数为6×＝3，Cu位于顶点，个数为8×＝1，Au、Cu原子个数比为3∶1，D正确。 考点二　四类晶体模型 一、四种常见晶体类型的比较 　比较 类型 分子晶体 共价晶体 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 常见溶剂难溶 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 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Al、Fe、青铜） 金属氧化物（如 K2O）、强碱（如 NaOH）、绝大部 分盐（如NaCl） 二、常见晶体的结构模型 1．分子晶体 (1)干冰晶体（如图所示）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（如图所示）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。 2．共价晶体 (1)金刚石晶体（如图所示）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（如图所示）中，每个Si原子与　4　个O原子成键，每个O原子与　2　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。 3．金属晶体 (1)金属键 ①描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所作用，从而把所有的金属原子维系在一起。 ②电子气理论可以解释金属的熔点高低、硬度大小、延展性、导电性等。 (2)金属晶体 结构型式 常见金属 配位数 晶胞 简单立方堆积 Po（钋） 6 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 4.离子晶体 晶体 晶胞 配位数 NaCl ①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数为6 ②与Na＋(Cl－)等距离且最近的Na＋(Cl－)有12个 ③每个晶胞中有4个Na＋和4个Cl－ ④每个Cl－周围的Na＋构成　正八面体　形 CsCl ①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为8，Cl－的配位数为8②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与　8　个Cl－等距离相邻 三、过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 大多数晶体都不是纯粹的四种晶体类型，都是它们之间的过渡晶体。偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体处理，如Na2O。偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。 2．混合型晶体 最典型的混合型晶体是石墨，石墨层状晶体（如图所示）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　。 1.分子晶体的特点 (1)分子晶体是分子在分子间作用力的作用下形成的晶体，熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。 (2)少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点较高。 (3)结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态。 (4)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。 (5)组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 2．金属晶体的特点 (1)同周期金属单质，从左到右金属单质（如Na、Mg、Al）熔、沸点升高。 (2)同主族金属单质，从上到下金属单质（如碱金属）熔、沸点降低。 (3)合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 (4)金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低(－38.9℃)，而铁等金属熔点很高(1 535℃)。 3．离子晶体中的“不一定” (1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4NO3晶体。 (2)离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO的熔点(2 852℃)高于SiO2的熔点（约为1 600℃）。 (3)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如CH3COONH4中除含离子键外，还含有共价键、配位键。 (4)由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。 (5)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体。 (6)离子晶体中不一定不含分子，如CuSO4·5H2O晶体。 4．晶体熔、沸点高低的比较 (1)不同晶体类型的熔、沸点高低规律。 一般为共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高（如钨），有的很低（如汞）。 (2)同属于共价晶体。 一般组成晶体的原子半径越小，熔、沸点越高。如熔点：金刚石(C—C)＞碳化硅(Si—C)＞晶体硅(Si—Si)。 (3)同属于离子晶体。 离子所带电荷越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高。 如熔点：MgO＞NaCl＞CsCl。 (4)同属于金属晶体。 金属原子的价电子数越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。如熔点：Al＞Mg＞Na。 (5)同属于分子晶体。 分子间作用力越强，熔、沸点越高。 ①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如熔点：I2＞Br2＞Cl2＞F2。 ②相对分子质量相同或相近的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。如沸点：CO＞N2。 ③同分异构体之间： A.一般是支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 B．结构越对称，熔、沸点越低。如沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。 ④若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高，如沸点：HF＞HI＞HBr＞HCl。 ⑤状态不同的物质在相同条件下，熔、沸点：固体＞液体＞气体。例如：S＞Hg＞O2。 5．晶体微粒相关计算 (1)立方晶胞的棱长a与面对角线、体对角线的关系。 ①面对角线＝a； ②体对角线＝a。 (2)立方晶胞的密度ρ与晶胞内微粒数x之间的关系。 a3·ρ＝·M 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ρa3g（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。 （2024·湖北卷）O2在超高压下转化为平行六面体的O8分子（如图）。下列说法错误的是(　D　) A．O2和O8互为同素异形体 B．O8中存在不同的氧氧键 C．O2转化为O8是熵减反应 D．常压低温下O8能稳定存在 解析：O2、O8均为由O元素形成的不同单质，二者互为同素异形体，A正确；O8分子中存在不同键长的氧氧键，B正确；4O2(g)⥫⥬O8(g)，该反应为气体分子数减少的反应，是熵减反应，C正确；超高压下有利于平衡4O2(g)⥫⥬O8(g)正向移动，则常压下平衡逆向移动，O8不能稳定存在，D错误。 （2023·新课标卷）一种可吸附甲醇的材料，其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl，部分晶体结构如图所示，其中[C(NH2)3]＋为平面结构。 下列说法正确的是(　A　) A．该晶体中存在N—H…O氢键 B．基态原子的第一电离能：C<N<O C．基态原子未成对电子数：B<C<O<N D．晶体中B、N和O原子轨道的杂化类型相同 解析：从结构图可看出，该晶体中存在N—H…O氢键，A正确；N的价电子排布式为2s22p3，2p能级处于半满稳定状态，其第一电离能大于O，B错误；根据B(1s22s22p1)、C(1s22s22p2)、O(1s22s22p4)、N(1s22s22p3)的电子排布式，可知其未成对电子数分别为1、2、2、3，C错误；该晶体中B、O原子轨道的杂化类型均为sp3，[C(NH2)3]＋为平面结构，则其中N的杂化类型为sp2，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$