38第27讲　晶体结构与性质-【优化指导】2026年化学一轮复习高中总复习·第1轮（云南专版）

高考总复习 化学 第五章　物质结构与性质　 元素周期律 第27讲　晶体结构与性质 复习目标 1.了解晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。 2．借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。 3．知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。 1．物质三态间的相互转化 考点一 晶体和晶胞 2．晶体和非晶体 (1)晶体和非晶体的比较 类型 晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈__________排列 原子排列相对____ 性质 特征 自范性 __ 无 熔点 ____ 不固定 异同表现 ________ 各向同性 周期性有序 无序 有 固定 各向异性 考点一 晶体和晶胞 类型 晶体 非晶体 区分方法 间接方法 看是否有固定的____ 科学方法 对固体进行______________ 熔点 X射线衍射实验 考点一 晶体和晶胞 (2)获得晶体的三条途径 考点一 晶体和晶胞 3．晶胞 (1)定义 晶胞是描述晶体结构的________，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。 (2)晶胞的特点 基本单元 考点一 晶体和晶胞 对的画“√”，错的画“×”。 (1)常温下，凡是具有规则几何外形的固体都是晶体(　　 　　) (2)冰晶体内水分子之间存在氢键，分子采取非密堆积方式排列(　　 　　) (3)不规则的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中放置一段时间，变成规则几何外形，说明晶体具有自范性(　　 　　) (4)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验(　　 　　) [易错辨析] × √ √ √ 考点一 晶体和晶胞 考向1　晶体和非晶体的比较 【例1】 下列关于晶体性质的叙述，不正确的是(　　) A.晶体的自范性是指在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形 B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的，但统一于晶体中 C.晶体的对称性是粒子在空间呈周期性有效排列的必然结果 D.晶体的各向异性直接取决于粒子的排列是否具有特定的方向性 B 考点一 晶体和晶胞 解析：晶体的各向异性和对称性不是矛盾的，晶体的对称性是粒子在空间呈周期性有效排列的必然结果，而各向异性是指粒子的排列具有特定的方向性。 考点一 晶体和晶胞 考向2　确定晶体中的粒子数目和化学式 【例2】 (1)(2022·辽宁卷)某种新型储氢材料的晶胞如下图所示，八面体中心为M金属离子，顶角均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶角均为氢原子。若其摩尔质量为188 g/mol，则M元素为________(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价层电子排布式为______________。 考点一 晶体和晶胞 (2)(2024·浙江1月选考卷，节选)某化合物的晶胞如图所示，其化学式是________，晶体类型是________。 答案：(1)Fe　3d6　(2)CrCl2·4H2O　分子晶体 考点一 晶体和晶胞 考点一 晶体和晶胞 考向3　计算晶体的密度和粒子的间距 【例3】 (2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　　) C 考点一 晶体和晶胞 考点一 晶体和晶胞 考点一 晶体和晶胞 (1)判断晶体和非晶体的两种方法 ①根据固体的熔点判断：晶体的熔点较固定，而非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。 ②根据X射线衍射实验判断：区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列，非晶体中粒子的排列则相对无序。 考点一 晶体和晶胞 (2)计算晶胞中粒子数的方法——均摊法 ①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算： 考点一 晶体和晶胞 ②“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算 考点一 晶体和晶胞 (3)确定晶胞中粒子配位数的方法 ①晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的粒子是同种原子(或分子)，则某个原子(或分子)的配位数是指与该原子(或分子)等距离且最近的原子(或分子)的数目。 ②离子晶体的配位数：是指某个离子周围等距离且最近的带异种电荷离子的数目。 考点一 晶体和晶胞 1．(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。 考点一 晶体和晶胞 下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(　　) A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键 B．三种物质中的碳原子都是sp3杂化 C．三种物质的晶体类型相同 D．三种物质均能导电 A 考点一 晶体和晶胞 解析：原子间优先形成σ键，三种物质中均存在碳碳原子间的σ键；金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化；金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体；金刚石中没有自由移动的电子，不能导电。 考点一 晶体和晶胞 2．Mg2Si具有反萤石结构，晶胞结构如右图所示，其晶胞参数为a nm。下列叙述正确的是(　　) A．电负性：Mg＞Si B．Mg核外电子有3种不同的运动状态 C 考点一 晶体和晶胞 考点一 晶体和晶胞 1．四种类型晶体的比较 分子 晶体类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 ____ ____ 金属阳离子 和自由电子 __________ 粒子间 相互作用力 ____________ (某些含氢键) ______ ______ ______ 原子 阴、阳离子 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 考点二 四种类型晶体及性质 晶体类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 硬度 较小 ____ 有的很大，有的很小 较大 熔点、沸点 较低 ____ 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 导电性、 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 很大 很高 考点二 四种类型晶体及性质 2.金属键的本质——“电子气理论” 考点二 四种类型晶体及性质 3．重要晶胞结构模型及分析 (1)共价晶体 晶体结构 晶体详解 金刚石 ①每个C与相邻4个C以共价键结合，形成________结构；键角均为___________ ②最小碳环由6个C组成且不在同一平面内 ③每个C参与4条C—C的形成，碳原子数与C—C数量之比为____ 正四面体 109°28′ 1∶2 考点二 四种类型晶体及性质 (2)分子晶体 晶体结构 晶体详解 干冰 ①8个CO2构成立方体，在6个面心各占据1个CO2 ②每个CO2周围等距且紧邻的CO2有____个 12 考点二 四种类型晶体及性质 (3)离子晶体 晶体结构 晶体详解 NaCl ①每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有__个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有____个 ②每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－ CsCl ①每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有__个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有__个 ②每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ 6 12 8 6 考点二 四种类型晶体及性质 (4)混合型晶体 晶体结构 晶体详解 ①石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是________ ②平均每个正六边形拥有的碳原子个数为__，碳原子采取的杂化方式是____ 范德华力 2 sp2 考点二 四种类型晶体及性质 [易错辨析] 对的画“√”，错的画“×”。 (1)金属晶体能够导电是由于金属在外加电场作用下发生电离，产生电子(　　 　　) (2)所有晶体中含有阳离子，必定含有阴离子(　　 　　) × × 考点一 晶体和晶胞 (3)NaCl晶体中离子的配位数为6，CsCl晶体中离子的配位数为8(　　 　　) (4)石墨晶体层与层之间易发生滑动，与范德华力有关(　　 　　) (5)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(　　 　　) √ √ × 考点一 晶体和晶胞 考向1　推测晶体的类型及性质 【例1】 (教材改编题)下表是钠、硅的卤化物及其熔点： 物质 NaF NaCl NaBr 熔点/℃ 995 801 755         物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 熔点/℃ －90.2 －70.4 5.2 考点二 四种类型晶体及性质 下列说法不正确的是 (　　) A．钠的卤化物都是离子晶体，硅的卤化物都是分子晶体 B．钠的卤化物的熔点与离子键的强弱有关 C．硅的卤化物的熔点与范德华力的大小有关 D．据此推测，熔点高低：NaI＞NaBr，SiI4＞SiBr4 D 考点二 四种类型晶体及性质 解析：由表中物质的熔点可知，钠的卤化物的熔点较高，都是离子晶体，其熔点与离子键的强弱有关；硅的卤化物的熔点较低，都是分子晶体，其熔点与范德华力的大小有关；根据熔点变化规律，可知熔点高低为NaBr＞NaI，SiI4＞SiBr4。 考点二 四种类型晶体及性质 考向2　不同晶体的熔点、沸点的比较 【例2】 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有着重要用途。回答下列问题： (1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________。依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________。碳原子的杂化轨道类型为______。 考点二 四种类型晶体及性质 (2)CH4、SiH4、GeH4的熔点、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________________________________ _____________________________________________________________。 (3)SiO2的熔点比CO2的高，其原因是___________________________ ____________________________________________________________。 考点二 四种类型晶体及性质 (4)四卤化硅(SiX4)的沸点和二卤化铅(PbX2)的熔点如图(b)所示。 考点二 四种类型晶体及性质 ①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_________________________。 ②结合SiX4的沸点和PbX2熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性________、共价性________。(填“增强”“不变”或“减弱”) 考点二 四种类型晶体及性质 答案：(1)混合型晶体　σ键、π键　sp2 (2)增大　三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，则范德华力越大，熔点、沸点越高 (3)SiO2为共价晶体，而CO2为分子晶体 (4)①均为分子晶体，范德华力随相对分子质量的增大而增大　②减弱　增强 考点二 四种类型晶体及性质 解析：(4)①四卤化硅均为分子晶体，沸点与其相对分子质量有关，F、Cl、Br、I的相对分子质量逐渐增大，则沸点逐渐升高。②PbX2的熔点先降低后升高，其中PbF2为离子晶体，PbBr2、PbI2均为分子晶体，可知依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。 考点二 四种类型晶体及性质 (1)判断晶体类型的两种常用方法 ①依据构成晶体的粒子和粒子间作用力判断： 由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体；由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体；由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体；由金属阳离子、自由电子依靠金属键形成的晶体为金属晶体。 ②依据晶体的熔点判断： 不同类型晶体的熔点的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大，如钨、铂等熔点很高，铯等熔点很低。 考点二 四种类型晶体及性质 (2)不同晶体的熔点、沸点高低的比较 ①看物质所属晶体类型，一般情况下，晶体的熔点、沸点高低：共价晶体>离子晶体>分子晶体。 ②同类晶体熔点、沸点的比较思路 考点二 四种类型晶体及性质 1．几种单质的沸点如下图所示。下列推断正确的是 (　　) A 考点二 四种类型晶体及性质 A．d可能为共价晶体，h可能为分子晶体 B．g可能为离子晶体，a可能为分子晶体 C．g、h一定是分子晶体，e、f一定是金属晶体 D．d可能为共价晶体，b一定是离子晶体 考点二 四种类型晶体及性质 解析：d的沸点高于3 000 ℃，则d可能为共价晶体或金属晶体(如钨)；h的沸点低于0 ℃，则h可能为分子晶体。g的沸点低于0 ℃，则g可能是分子晶体；a的沸点约1 000 ℃，可能为离子晶体。h的沸点低于0 ℃，可能是分子晶体；e、f的沸点较低，可能是分子晶体或金属晶体。b的沸点约1 000 ℃，可能是离子晶体或金属晶体。 考点二 四种类型晶体及性质 2．元素的共性研究长久不衰，B和Al为同族元素，下列说法错误的是 (　　) A．BF3和AlF3都不能与F－形成配位键 B．BF3为平面三角形结构 C．共价键的方向性使晶体B有脆性，原子层的相对滑动使金属Al有延展性 D．单质B可以形成共价晶体，具有较高硬度和熔点 A 考点二 四种类型晶体及性质 解析：BF3和AlF3中B和Al均有空轨道，而F－有孤电子对，因此BF3和AlF3都可以与F－形成配位键；BF3形成3个σ键，B不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面正三角形；晶体B为共价晶体，共价键的方向性使晶体B有脆性，Al为金属晶体，原子层的相对滑动使金属Al有延展性；B与N通过共价键形成共价晶体，共价晶体一般具有较高硬度和熔点。 考点二 四种类型晶体及性质 角度 判断晶体的类型 1.(2021·天津卷)下列各组物质的晶体类型相同的是(　　) A．SiO2和SO3 B．I2和NaCl C．Cu和Ag D．SiC和MgO C 考点二 四种类型晶体及性质 解析：SiO2为共价晶体，SO3为分子晶体；I2为分子晶体，NaCl为离子晶体；Cu和Ag都为金属晶体，晶体类型相同；SiC为共价晶体，MgO为离子晶体。 考点二 四种类型晶体及性质 下图所示的几种碳单质，它们互为__________，其中属于共价晶体的是__________，C60间的作用力是____________。 考点二 四种类型晶体及性质 答案：同素异形体　金刚石　范德华力(或分子间作用力) 考点二 四种类型晶体及性质 角度 比较(或解释)晶体的熔点高低 2.(2022·山东卷)AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al、N—Ga。下列说法错误的是(　　) A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中所有原子均采取sp3杂化 D．晶体中所有原子的配位数均相同 A 考点二 四种类型晶体及性质 解析： AlN、GaN的成键结构与金刚石相似，均属于共价晶体。Al的原子半径小于Ga，则N—Al的键长小于N—Ga，则N—Al的键能大于N—Ga，故GaN的熔点低于AlN；不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，N—Al、N—Ga都是极性键；金刚石中碳原子均采取sp3杂化，由于AlN、GaN与金刚石的成键结构相似，推测晶体中所有原子均采取sp3杂化；金刚石中每个碳原子与其周围4个碳原子形成共价键，即碳原子的配位数是4，推测晶体中所有原子的配位数也是4。 考点二 四种类型晶体及性质 (1)(2022·全国乙卷)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为________。解释X的熔点比Y高的原因：_________ ________________________________________________________________。 (2)(2022·浙江1月选考卷)四种晶体的熔点数据如下表所示。 物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3 熔点/℃ －183 －90 －127 >1 000 考点二 四种类型晶体及性质 CF4和SiF4熔点相差较小，BF3和AlF3熔点相差较大，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)(2020·天津卷)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。三种元素的二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为____________________ ______________________________________________________________。 考点二 四种类型晶体及性质 答案：(1)CsCl　CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体 (2)CF4和SiF4都是分子晶体，分子间作用力相差较小，熔点相差较小；BF3是分子晶体，AlF3是离子晶体，破坏离子键需要的能量多得多，故熔点相差较大 (3)NiO>CoO>FeO 考点二 四种类型晶体及性质 角度 晶胞结构及相关计算 3．(1)(2022·全国甲卷)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如右图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为a pm，正、负离子的核间距最小为______pm。 考点二 四种类型晶体及性质 (2)(2023·山东卷)一定条件下，CuCl2、K与F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系，晶胞结构如右图所示(晶胞参数a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°)，其中Cu的化合价为＋2。上述反应的化学方程式为______________________________。若阿伏加德罗常数的值为NA，化合物X的密度ρ＝________ g/cm3(用含NA的代数式表示)。 考点二 四种类型晶体及性质 考点二 四种类型晶体及性质 考点二 四种类型晶体及性质 (1)(2022·全国乙卷)α­AgI晶体中I－作体心立方堆积(如右图所示)，Ag＋主要分布在由I－构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α­AgI晶体在电池中可作为________。 已知阿伏加德罗常数的值为NA，则α­AgI晶体的摩尔体积为Vm＝____________________m3/mol(列出算式)。 考点二 四种类型晶体及性质 (2)(2023·全国甲卷)AlF3的熔点为1 090 ℃，远高于AlCl3的192 ℃，由此可以判断铝氟之间的化学键为________键。AlF3结构属立方晶系，晶胞如图所示，F－的配位数为______。若晶胞参数为a pm，晶体密度ρ＝________ g/cm3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 考点二 四种类型晶体及性质 考点二 四种类型晶体及性质 考点二 四种类型晶体及性质 考点二 四种类型晶体及性质 谢谢观看！ 解析：(1)根据“均摊法”可知，每个晶胞中含有的个数为8×＋6×＝4，含有的个数为8，即含4个M(NH3)6和8个BH4，二者个数之比为1∶2，故该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2。又知该化合物的摩尔质量为188 g/mol，则有Ar＋17×6＋15×2＝188，解得Ar＝56，故M元素为Fe。根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0推知，Fe显＋2价，则Fe2+的价层电子排布为3d6。(2)由晶胞结构可知，晶胞的8个顶角 和左右两个面心的基本粒子都是CrCl2·4H2O，故属于分子晶体。 A.图1晶体密度为 g/cm3 B.图1中氧原子的配位数为6 C.图2表示的晶体的化学式为LiMg2OClxBr1－x D.Mg2＋取代产生的空位有利于Li＋传导 解析：根据“均摊法”，图1晶胞中Li、Cl、O的原子个数分别为3、1、1，即化学式为Li3OCl，则晶体密度为ρ＝＝ g/cm3；从图1看，O与6个Li形成正八面体结构，故O的配位数为6；图2晶胞中Li的个数为1，O的个数为1，Cl和Br的个数之和也为1，结合化合物中各元素正、负化合价的代数和为0，可得该晶体的化学式为LiMgOClxBr1－x；Mg2＋取代及卤素共掺杂后能获 得高性能固体电解质材料，是由于空穴的存在，有利于Li＋传导。 C.Mg与Si之间的最近距离为a D．Mg2Si的密度计算式为 g/cm3 解析：电负性是衡量不同元素的原子对键合电子吸引力的大小，Si是非金属元素，Mg是金属元素，则电负性：Mg＜Si；镁原子核外有12个电子，每个电子的运动状态都不相同，则Mg核外电子有12种不同的运动状态；Mg与Si之间的最近距离为体对角线长的，晶胞参数为a nm，则体对角线长为a，Mg与Si之间的最近距离为a；该晶胞含有4个 Si，8个Mg，即含有4个Mg2Si，则一个晶胞的质量为 g＝ g，该晶体的密度为 g/cm3。 答案：(1)Ca2+　a (2)4K＋2F2＋CuCl2===K2CuF4＋2KCl　　×1030 解析：(1)根据萤石晶胞的结构，X离子分布在晶胞的顶角和面心上，则1个晶胞中X离子共有8×＋6×＝4个，Y离子分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个Y离子，该晶胞的化学式应为XY2，结合萤石的化学式可知X是Ca2+，Y是F－。将晶胞分成8个相等的小立方体，仔细观察CaF2的晶胞结构不难发现F－位于晶胞中8个小立方体的体心，小立方体边长为a，体对角线长为a。 (2)观察并分析晶胞结构可知，黑球有4个，灰球有2个，白球有8个。由化合物中各元素正、负化合价的代数和为0，得出化合物X的化学式为K2CuF4，则黑球代表K＋，灰球代表Cu2+，白球代表F－。反应的化学方程式为4K＋2F2＋CuCl2===K2CuF4＋2KCl。晶胞体积为a2c×10-30 cm3，晶胞质量为 g，故晶胞(化合物X)的密度为×1030 g/cm3。 答案：(1)导电电解质　 (2)离子　2　 解析：(1)在电场作用下，Ag＋不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α­AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质。每个晶胞中含I－的个数为8×＋1＝2，结合化学式AgI可知，该晶胞还含2个Ag＋，则晶胞的物质的量为n＝ mol＝ mol，晶胞体积为V＝a3pm3＝(504×10-12)3m3，故α­AgI晶体的摩尔体积为Vm＝＝ ＝ m3/mol。 (2)AlF3的熔点高，为离子晶体，铝氟之间的化学键为离子键。Al3+与F－具有相同的电子层结构，F－的半径大于Al3+的半径，故F－处于晶胞的棱心，则F－的配位数是2。根据“均摊法”，每个AlF3晶胞中含有Al3+的个数为8×＝1，含有F－的个数为12×＝3，AlF3的摩尔质量为84 g/mol，晶胞体积为a3×10-30 cm3，则晶体密度为ρ＝＝ g/cm3。 $$