2026届高三化学一轮复习 晶体结构与性质

第28讲　晶体结构与性质 高三化学一轮复习 对应教材 第三章 晶体结构与性质 第三章 晶体结构与性质 第一节 物质的聚集状态与晶体常识 第二节分子晶体与共价晶体 第三节 金属晶体与离子晶体 考点一 物质的聚集状态与晶体常识 知识点1 物质的聚集状态 知识点2 晶体与非晶体 知识点3 晶胞组成的计算——均摊法 考向1 考察晶体与非晶体 考向2 晶胞中微粒数与化学式的确定 考点二 常见晶体的结构与性质 知识点1 分子晶体 知识点2 共价晶体 知识点3 金属晶体 知识点4 离子晶体 知识点5 过渡晶体与混合型晶体 考向1 常见晶体类型的判断 考向2 常见晶体的结构特点 考点三 晶体熔、沸点高低的判断 高考考点 教材章节 从教材到高考 考点一 物质的聚集状态与晶体常识 液态 气态 固态 物质三态变化过程中有能量变化吗？ 物质都是分子构成的吗？ 物质还有其他存在形态吗？ 知识点1 物质的聚集状态 紫水晶 知识点1 物质的聚集状态 物质的聚集状态 气态 固态 液态 晶体 塑晶态 液晶态 非晶体 等离子体 离子液体 由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。 熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 具有液体的流动性、黏度、形变性又具有晶体的导电性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。 考点一 物质的聚集状态与晶体常识 固态 结论：状态改变时，根据微粒不同克服的作用力不同 知识点2 晶体与非晶体 水晶(晶体SiO2) 硅藻土(非晶体SiO2) 晶体与非晶体的粒子排列方式有什么不同？ 归纳总结:晶体与非晶体的本质差异，性质及鉴别方法,获取晶体的方法。 对比 晶体 非晶体 微观本质区别 宏观性质特征 自范性 各向异性 熔沸点 鉴别方法 获取晶体的方法 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 知识点2 晶体与非晶体 晶胞与晶体的关系 同一个晶体中，所有晶胞的_____及其内部的原子 ___________及几何排列是完全相同的 “无隙”是指相邻晶胞之间___________。 “并置”是指所有晶胞都是_____排列的，取向_____。 无任何间隙 平行 相同 形状 种类、个数 则要求相邻的晶胞之间共用顶角、共用棱、共用面 指从一个晶胞到另一个晶胞只需平移晶胞框架，无需任何转动 知识点3 晶胞组成的计算——均摊法 (1)晶胞 概念：描述晶体结构的基本单元 如何判断一个结构是否是晶胞呢？ 铜的晶胞共有几个顶点,几条棱,几个面?顶点和顶点,面和面,棱和棱之间有何联系? 晶胞的基本结构（以铜晶胞为例）： 共8个顶点 8个顶点相同 共12根棱 三套各4根平行棱分别相同 三套 各两个平行面分别相同 常规晶胞是8个顶点相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 共6个面 如何判断一个结构是否是晶胞呢？ 相邻的晶胞结构完全一样，且共顶角、 共棱、共面。下列最小平行六面体是否是晶胞？ D不满足三套各2个平行面分别相同 晶胞的本质属性——晶胞具有平移性（不能转动） B不满足8个顶角相同 C不满足三套各4根平行棱分别相同 (2)均摊法 晶胞组成的计算 例：（2023·广东高考）（NH4）2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为 疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al（OH） 2CO3的明锐衍射峰，NH4Al（OH）2CO3属于 （填“晶体”或“非晶体”）。 晶体　 学以致用 考向一 晶体与非晶体 练1. 玻璃是常见的非晶体，在生产生活中有着广泛的用途，如图是玻璃的结构示意图，下列有关玻璃的说法错误的是（　　） A. 玻璃内部微粒排列是无序的 B. 玻璃熔化时吸热，温度不断上升 C. 光导纤维和玻璃的主要成分都可看成是SiO2，二者都是非晶体 D. 利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶 √ 学以致用 考向一 晶体与非晶体 解析： 　由题图可知，构成玻璃的粒子无周期性排列，是无序的，所以 玻璃是非晶体，因此没有固定的熔点，A、B正确；玻璃属于非晶体，但光 导纤维属于晶体，C错误；区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X 射线衍射实验，D正确。 考向二 晶胞中微粒数与化学式的确定 例2. （2024·临沂模拟）已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为（　　） A. CaTiO3 B. Ca2TiO6 C. Ca4TiO3 D. CaTiO12 √ 解析： 　根据均摊法，处于晶胞中心的原子被一个晶胞占有，处于顶角 上的原子被8个晶胞占有，处于棱上的原子被4个晶胞占有。所给晶胞中， 钙原子有一个，钛原子的个数为8× ＝1，氧原子的个数为12× ＝3，该 物质的化学式为CaTiO3。 学以致用 练2. （2023·天津高考）如图是铜的一种氯化物晶胞，则这种物质的化学式为 ⁠。 CuCl　 考向二 晶胞中微粒数与化学式的确定 学以致用 由晶胞结构可知：Cu原子都在晶胞内（4个），Cl原子在顶角 和面心上，故N（Cu）∶N（Cl）＝4∶ ＝1∶1，因此该物 质的化学式为CuCl。 物质的聚集状态 气态 固态 液态 晶体 塑晶态 液晶态 非晶体 等离子体 离子液体 考点一 总结 固态 微粒排列表示方法 晶胞 微粒计算方法 均摊法 考点二 常见晶体的结构与性质 结构决定性质 粒子种类 粒子间作用力 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 混合型晶体 晶体类型 考点二　常见晶体类型、结构与性质 （一）四种常见晶体类型的比较 　　类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成微粒 ⁠ ⁠ 金属阳离子、自由电子 ⁠ 粒子间的相互作用力 ⁠ （某些含氢键） ⁠ ⁠ ⁠ 硬度 较小 很大 有的很大， 有的很小 较大 分子 原子 阴、阳离子 范德华力　 共价键 金属键 离子键 思考：不同类型的晶体的构成微粒和粒子间的作用力有什么不同？对其性质有什么影响？填写下表，对比分析。 　　类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 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 难溶于常见 溶剂 大多易溶于水等极 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 电和热的良 导体 晶体不导电，水溶 液或熔融态导电 知识点1 分子晶体 典型的分子晶体——干冰和冰 ①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 个。 ②冰晶体中，每个水分子与相邻的 个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 mol氢键。 12　 4　 2　 （二）. 常见晶体的结构模型--典型代表物 此结论可类推 知识点2典型的共价晶体——金刚石、二氧化硅 ①金刚石和二氧化硅晶体结构模型比较 结构模型 晶胞 金刚石 二氧 化硅 ②金刚石和二氧化硅结构特点分析比较 金 刚 石 a.碳原子采取 杂化，键角为 ⁠ b.每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成 ⁠ 结构，向空间伸展形成空间网状结构 c.最小碳环由 个碳原子组成，每个碳原子被 ⁠个六元环共用 d.金刚石晶胞的每个顶角和面心均有1个C原子，晶胞内部有 ⁠个C原子，内部的C在晶胞的体对角线的 处，每个金刚石晶胞中含 有 个C原子 sp3　 109°28'　 正四面体　 6　 12　 4　 8　 中国.珠海 二 氧 化 硅 a.Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28' b.每个Si原子与 个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶角，同时每个O原子被 ⁠个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为 ⁠ c.最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子 d.1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为 ⁠ e.SiO2晶胞中有 个Si原子位于立方晶胞的顶角，有 个Si原子位于立方晶胞的面心，还有 个Si原子与 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 个Si原子 和 个O原子 4　 2　 1∶2　 12　 6　 6　 4NA　 8　 6　 4　 16　 8　 16　 知识点3 金属晶体 1．金属晶体   金属晶体 构成微粒 金属阳离子、自由电子 粒子间的相互作用力 __________ 金属键的强弱比较 原子半径越_____，价电子数越_____，金属键越_____ 金属键特征 _____方向性和_____饱和性 硬度 有的很大，有的很小 熔、沸点 有的很高，有的很低 溶解性 难溶于常见溶剂 导电、导热性 电和热的良导体 物质类别及举例 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜) 金属键 小 多 强 无 无 知识点3 金属晶体 2．用电子气理论解释金属的性质 延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生____________，但____________不变，金属晶体中的化学键没有被破坏，所以金属有良好的延展性 导电性 在外加电场的作用下，金属晶体中的“____________”做____________而形成电流，呈现良好的导电性 导热性 “自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者能量的交换 相对滑动 排列方式 自由电子 定向移动 知识点3 金属晶体 3．结构模型 晶胞结构 举例 配位数 每个晶胞 包含原子数 原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系 原子空间利用率 Ca、Al、Cu Ag、Pt、Au 12 4 2r＝ 74% Li、Na K、Ba 8 2 2r＝ 68% 考点二 常见晶体的结构与性质 知识点3 金属晶体 3．结构模型 晶胞结构 举例 配位数 每个晶胞 包含原子数 原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系 原子空间利用率 Mg、Zn、Ti 12 6(2)   74% Po 6 1 2r＝a 52% 知识点4 典型的离子晶体——NaCl、CsCl、CaF2 ①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引 个Cl－，每个Cl－同时吸 引 个Na＋，配位数为 。每个晶胞含 个Na＋和 个Cl－。 ②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引 个Cs＋，每个Cs＋吸引 个Cl－，配位数为 ⁠。 ③CaF2型：在晶体中，每个Ca2＋吸引 个F－，每个F－吸引 个Ca2＋，每个晶胞含 个Ca2＋， 个F－。 6　 6　 6　 4　 4　 8 8 8　 8　 4　 4　 8　 知识点5过渡晶体与混合型晶体 ①过渡晶体： 石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是 ，平均每个正六边 形拥有的碳原子个数是 ，C原子采取的杂化方式是 ，碳原子数 与C—C共价键个数比为2∶3。 范德华力　 2　 sp2　 ②混合型晶体 考向一 常见晶体类型的判断 例1. 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 解析： 　SiO2为共价晶体，SO3为分子晶体，A错误；I2为分子晶体， NaCl为离子晶体，B错误；Cu和Ag都为金属晶体，C正确；SiC为共价晶 体，MgO为离子晶体，D错误。 √ 学以致用 练1. （2024·乐山模拟）已知下列晶体的部分性质，其晶体类型判断正确的是（　） 选项 性质 晶体类型 A 三氯化铁，沸点316 ℃，易溶于水，易溶于乙 醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体 B 溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，易溶于水，熔 融状态下不导电 共价晶体 C 硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大，不 溶于常见溶剂 金属晶体 D 碳化铝，黄色晶体，熔点2 100 ℃，熔融状态下 不导电，晶体不导电 离子晶体 √ 考向一 常见晶体类型的判断 学以致用 解析： 　三氯化铁，沸点较低，易溶于乙醚等有机溶剂，属于分子晶 体，A正确；溴化铝，熔点低，易溶于水，熔融状态下不导电，属于分子 晶体，B错误；硼，熔、沸点高，硬度大，且不溶于常见溶剂，属于共价 晶体，C错误；碳化铝，熔点高，熔融状态和晶体都不导电，属于共价晶 体，D错误。 练2. 按要求回答下列问题： （1）（2023·山东高考）常温常压下，HOF为无色气体，固态HOF的晶体类型为 ⁠。 解析： 常温常压下，HOF为无色气体，说明其沸点 低，是分子晶体。 分子晶体　 （2）（2024·新课标卷）Ni（CO）4结构如图所示，其沸点为43 ℃，Ni（CO）4晶体的类型为 ⁠。 分子晶体　 解析： Ni（CO）4的沸点低，属于分子晶体。 考向一 常见晶体类型的判断 学以致用 （3）（2023·湖北高考）熔点：AlF3（1 040 ℃）远高于AlCl3（178 ℃升 华）的原因是 ⁠ ⁠。 解析： AlF3为离子晶体，AlCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。 AlF3为离子晶体、AlCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高于 分子晶体 判断晶体类型的方法 （1）依据晶体的熔点判断 熔、沸点低的单质和化合物一般为分子晶体；熔、沸点较高的化合物 一般为离子晶体；熔、沸点很高的晶体一般为共价晶体。 （2）依据导电性判断 离子晶体处于固态时不导电，溶于水及熔融状态时能够导电；共价晶 体一般不导电；分子晶体固态及液态均不导电；金属晶体是电的良导体。 （3）依据硬度和机械性能判断 离子晶体硬度较大，难于压缩；共价晶体硬度大；金属晶体多数 硬度较大，但也有较低的，且具有金属光泽，有延展性；分子晶体硬 度小且较脆。 考向二 常见晶体的结构特点 例2. 金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质，下列说法正确的是（　　） A. 金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子 B. 在金刚石中每个C原子连接4个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元 环 C. 金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2 D. 金刚石中碳原子数与C—C个数之比为1∶4，而石墨中碳原子数与C—C 个数之比为1∶3 √ 解析： 　金刚石中每个C原子连接12个六元环，石墨中每个C原子连接3 个六元环，B项错误；金刚石中碳原子采取sp3杂化，而石墨中碳原子采取 sp2杂化，C项错误；金刚石中每个碳原子与周围其他4个碳原子形成共价 键，而每个共价键为2个碳原子所共有，则每个碳原子平均形成的共价键 数为4× ＝2，碳原子数与C—C个数之比为1∶2，石墨晶体中每个碳原子 与周围其他3个碳原子形成共价键，每个碳原子平均形成的共价键数为 3× ＝1.5，碳原子数与C—C个数之比为2∶3，D项错误。 练3．（2023·全国甲卷）将酞菁—钴钛—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题： （1）图1所示的几种碳单质，它们互为_______，其中属于原子晶体的是_______，C60间的作用力是_______。 考向二 常见晶体的结构特点 【答案】（1）同素异形体     金刚石     范德华力 练4. （2024·吴忠模拟）有关晶体的结构如图所示，下列说法中错误的是（　　） A. 在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有4个 B. 在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋ C. 在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2 D. 该气态团簇分子的分子式为E4F4或F4E4 √ 考向二 常见晶体的结构特点 解析： 　氯化钠晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个，A错误；氟化钙晶体 中，Ca2＋占据8个顶角、6个面心，其晶胞中含Ca2＋的个数为8× ＋6× ＝4，B正确；金刚石晶体中，每个碳原子与4个碳原子相连，而碳碳键为2 个碳原子共用，碳原子与C—C的个数比为1∶2，C正确；由于是气态团簇 分子，则图中所示为一个分子的结构，由题图知，其分子式为E4F4或 F4E4，D正确。 考点二 总结 结构决定性质 粒子种类 粒子间作用力 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 混合型晶体 晶体类型 化学键 分子间作用力 化学键+分子间作用力 结构决定性质 粒子种类 粒子间作用力 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 混合型晶体 晶体类型 化学键 分子间作用力 化学键+分子间作用力 考点三　晶体熔、沸点高低的判断 熔沸点 决定 F= 带电粒子之间的作用力计算公式能否带来一些启示？ 思考：作用力大小跟哪些因素有关？ 考点三　晶体熔、沸点高低的判断 (一）. 不同类型晶体熔、沸点高低的判断 1.不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分 子晶体。 2.金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯 等熔、沸点很低。 （1）共价晶体 如熔点：金刚石 碳化硅 硅（填“＞”“＜”或“＝”，下同）。 （2）离子晶体 ①一般地说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的 作用力就越强，对应离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点： MgO MgCl2 NaCl CsCl。 ②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体 越稳定，熔点越高，硬度越大。 ＞　 ＞　 ＞　 ＞ ＞　 (二). 同种类型晶体熔、沸点高低的判断 （3）分子晶体 ①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸 点反常地高，如熔、沸点：H2O H2Te H2Se H2S。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如 熔、沸点：CH4 SiH4 GeH4。 ③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其 熔、沸点越高，如熔、沸点：CO N2，CH3CH3 CH3OH。 ④状态不同的分子晶体的熔、沸点： ＞　 ＞　 ＞　 ＜　 ＜　 ＞　 ＜　 固体＞液体＞气体，如S Br2 O2。 ＞　 ＞　 （4）金属晶体 金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点 就越高，如熔、沸点：Na Mg Al。 ＜　 ＜　 考向一 晶体熔、沸点高低的判断 例1. 下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是（　　） A. O2、I2、Hg B. CO2、KCl、SiO2 C. Al、Mg、Na D. NaCl、KCl、RbCl 解析： 　A项，熔点：固体＞液体＞气体，故熔点：I2＞Hg＞O2；B项， 熔点：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，故熔点：SiO2＞KCl＞CO2；C 项，金属键强度：Al＞Mg＞Na，故熔点：Al＞Mg＞Na；D项，离子键强 度：NaCl＞KCl＞RbCl，故熔点：NaCl＞KCl＞RbCl。 √ 学以致用 练1. 下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是（　　） A. Rb＞K＞Na＞Li B. KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgO C. 金刚石＞SiO2＞CsCl＞钠 D. H2O＞CH4＞硫黄＞H2 √ 解析： 　碱金属随原子序数增加，熔点降低，所以熔点：Rb＜K＜Na＜ Li，A错误；离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越多，离子间 作用力越强，晶体熔点越高，因为半径：Na＋＜K＋，熔点：NaCl＞KCl， O2－所带电荷数多于Cl－且半径小于Cl－，所以熔点：MgO＞MgCl2，B错 误；金刚石和SiO2为共价晶体，CsCl为离子晶体，钠为金属晶体，且金刚 石熔点高于二氧化硅，所以熔点：金刚石＞SiO2＞CsCl＞钠，C正确；硫 黄为固体，熔点最高，H2O分子中含有氢键，熔点较高，CH4相对分子质 量大于H2，所以熔点： 硫黄＞H2O＞CH4＞H2，D错误。 考向二 晶体熔、沸点高低的原因解释 例2. （不同类型晶体）（1）金刚石的熔点比NaCl高，原因是 ⁠ ⁠。 （2）SiO2的熔点比CO2高，原因是 ⁠ ⁠。 【答题模板】 ×××为×××晶体，而×××为×××晶体。 金刚石是共 价晶体，而NaCl是离子晶体 SiO2是共价晶体，而CO2是分子晶 体 （2）CO2比CS2的熔、沸点低，原因是 ⁠ ⁠。 （3） 的沸点比 高，原因是 ⁠ ⁠ ⁠。 同为分子晶体，CS2的相对分子质 量大，范德华力强，熔、沸点高 形成分子 内氢键，而　 形成分子间氢键，分子间氢键会使沸点升 高 【答题模板】 ①同为分子晶体，×××存在氢键，而×××仅存在较弱的 范德华力。 ②同为分子晶体，×××的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高。 ③同为分子晶体，×××形成分子间氢键，而×××形成的则是分子内氢 键，分子间氢键会使熔、沸点升高。 例3. （分子晶体）（1）NH3的沸点比PH3高，原因是 ⁠ ⁠。 分子间存在氢键，而PH3分子间仅存在较弱的范德华力 同为分子晶体，NH3 练2. （共价晶体）Si单质比化合物SiC的熔点低，理由是 ⁠ ⁠ ⁠。 【答题模板】 同为共价晶体，×××晶体的键长短，键能大，熔、沸 点高。 晶体硅与SiC均属 于共价晶体，晶体硅中的Si—Si比SiC中Si—C的键长长，键能低，所以熔 点低 练3. （离子晶体）FeO的熔点小于Fe2O3的熔点，原因是 ⁠ ⁠ ⁠。 【答题模板】 阴离子（或阳离子）电荷数不相等，阴离子（或阳离子）半 径不相同： 同为离子晶体，Rn－（或Mn＋）半径小于Xm－（或Nm＋），Rn－（或Mn ＋）电荷数大于Xm－（或Nm＋），故×××晶体离子键键能大，熔、沸 点高。 二者均为离子晶 体，Fe2＋半径比Fe3＋大，所带电荷数也小于Fe3＋，FeO的离子键键能比 Fe2O3弱（或小） 练4.（2024·全国甲卷）早在青铜器时代，人类就认识了锡。锡的卤化物 熔点数据如表，结合变化规律说明原因： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ⁠ ⁠。 物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4 熔点/℃ 442 －34 29 143 SnF4为离子晶体，其熔点高于其他三种物质，SnCl4、SnBr4、SnI4均为分 子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔点越高 $