主题5 第4讲 物质的聚集状态 常见晶体类型及性质(Word教参)-【新高考方案】2027年高考化学一轮总复习（江苏专版）

该高中化学高考复习讲义聚焦物质聚集状态及晶体类型核心考点，涵盖晶体与非晶体鉴别、晶胞结构与计算、四类晶体性质比较等高考重点，按“概念辨析-结构分析-性质应用”逻辑系统梳理知识点，通过逐点清梳理、基础小练巩固、真题讲评突破难点，帮助学生构建完整知识网络。 讲义注重科学思维与方法指导，如设计晶胞粒子均摊法专题训练、晶体熔沸点比较答题范式，结合2024湖北卷等真题解析考法。设置分层练习与即时反馈，助力学生高效掌握晶体结构计算等关键技能，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供实用教学支持。

第四讲　物质的聚集状态　常见晶体类型及性质 |内|容|与|目|标| 1.了解物质的常见聚集状态及特点。 2.了解晶体与非晶体的区别和鉴别。 3.了解晶胞的特征和晶体结构的测定方法。 4.了解常见晶体类型的构成粒子、粒子间作用及其物理性质(溶解性、导电性和熔沸点等)。 逐点清(一)　晶体与晶胞 1.物质的聚集状态 (1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态,还有晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。上述聚集状态不一定都由分子构成,也可能由离子构成。 (2)三种特殊聚集状态 ①等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(原子或分子)组成的整体上呈电中性的物质聚集体。具有良好的导电性和流动性。 ②离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 ③液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,既具有液体的流动性、黏度、形变性等,又具有导热性、光学性质等。 2.晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的比较 比较 晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 性质特征 自范性 有(能自发呈现多面体外形) 没有(不能自发呈现多面体外形) 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 (2)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。 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。 ①无隙:相邻晶胞之间没有任何间隙; ②并置:所有晶胞都是平行排列,取向相同。 (3)一般形状为平行六面体,其特点为8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同。 4.晶胞中粒子数目的计算——均摊法 (1)原则:晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是。 (2)方法 ①立方体 ②正三棱柱 ③正六棱柱 |基|础|落|实|小|练| 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)在物质的三态相互转化过程中只是分子间距离发生了变化 (×) (2)具有规则几何外形的固体一定是晶体 (×) (3)固体SiO2一定是晶体 (×) (4)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列 (√) (5)晶胞是晶体中的最小的结构单元 (×) (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 (√) 2.(人教选2 P73“思考与讨论”栏目改编)根据晶体物理性质的各向异性的特点,能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。 提示:利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体,具有固定的熔点和各向异性,可用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石。 (1)可观察宝石的形状,具有多面体的外形;实验它的硬度,可在玻璃上划出痕迹,初步确定它是晶体;(2)可利用宝石的折光率鉴别;(3)可利用X射线衍射仪鉴别。 题点、考法讲评 1.(2026·潍坊市国开中学开学测试)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积,下图分别代表着三种晶体的晶体结构,其晶胞内金属原子个数比为 (　　) A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 解析:选A　a中原子个数=1+4×+4×=2,b中原子个数=8×+6×=4,c中原子个数=1+8×=2,所以其原子个数比是2∶4∶2=1∶2∶1,A正确。 2.(2026·南通如东月考)现有四种晶体的部分结构,其微粒质点排列方式如图所示,其中化学式正确的是 (　　) A.AB2 B.EF2 C.XY3Z D.AB3 解析:选C　内部1个算一个,六面体棱上每个算个,六面体顶点一个算个,面上一个算个,六棱柱顶点1个算个,棱上1个算个。A项,原子个数,A=1,B=8×=1,故应为AB,错误;B项,原子个数,E=4×=,F=4×=,故应为EF,错误;C项,原子个数,X=1,Y=6×=3,Z=8×=1,故应为XY3Z,正确;D项,原子个数,A=2×+12×=3,B=6,故应为AB2,错误。 3.(2026·三明市期末)某课题组设计了一种具有五元环特征的二维硼化物,其结构如图所示,框内为晶胞结构。下列说法错误的是 (　　) A.该硼化物的化学式为B2S B.硼化物中B原子采取sp2杂化 C.晶胞中距S原子最近的B原子有3个 D.可用X射线衍射仪测定其晶体的结构 解析:选C　从图中的晶胞结构可知,B原子在体内,共4个,S原子在顶角和面上,故个数为4×+1=2,则该硼化物的化学式(原子个数最简比)为B2S,A正确;该结构中B原子与周围的三个原子形成σ键,没有孤电子对,故B为sp2杂化,B正确;从图中可以看出,与S原子距离最近的B原子有4个,C错误;测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,D正确。 4.(2024·湖北卷)黄金按质量分数分级,纯金为24K。Au-Cu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 (　　) A.Ⅰ为18K金 B.Ⅱ中Au的配位数是12 C.Ⅲ中最小核间距Au-Cu<Au-Au D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1 解析:选C　18K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%,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,晶体的化学式为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。 逐点清(二)　常见晶体类型的结构 1.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12个。 (2)冰晶体中,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.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 ①碳原子采取sp3杂化,键角为109°28'; 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结构,向空间伸展形成空间网状结构; ③最小碳环由6个碳原子组成,每个碳原子被12个六元环共用; ④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4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8个C原子 二氧化硅 ①Si原子采取sp3杂化,正四面体内O—Si—O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,O原子位于正四面体的顶角,同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用,晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2; ③最小环上有12个原子,包括6个O原子和6个Si原子; ④1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为4NA; ⑤SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶角,有6个Si原子位于立方晶胞的面心,还有4个Si原子与16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8个Si原子和16个O原子 3.金属晶体 (1)金属键 ①“电子气理论”是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”,被所有原子所共用,从而把所有的金属原子维系在一起,形成“巨分子”。 ②金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。 ③利用“电子气理论”可以解释金属材料具有延展性、导电性和导热性。 (2)金属晶体的物理性质 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相对滑动,但排列方式不变,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“自由电子”做定向移动而形成电流,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 4.离子晶体 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- 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 CaF2型 在晶体中,F-的配位数为4,Ca2+的配位数为8,晶胞中含4个Ca2+,含8个F-。晶胞中F-在体对角线的处 5.混合型晶体——石墨晶体 (1)石墨层状晶体中,层与层之间的作用是范德华力。 (2)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。 (3)在每层内存在共价键和大π键。 (4)C—C的键长比金刚石的C—C的键长短,熔点比金刚石的高。 6.过渡晶体 纯粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。如Na2O和Al2O3晶体中都含有离子键的成分,它们既不是纯粹的离子键,也不是纯粹的共价键,Na2O更偏向离子晶体,Al2O3 更偏向共价晶体。 |基|础|落|实|小|练| 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)分子晶体中都含有共价键 (×) (2)干冰升华时,碳氧共价键被破坏 (×) (3)(2024·贵州卷)富勒烯C60是分子晶体 (√) (4)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键 (√) (5)共价晶体中共价键越弱,熔点越低 (√) (6)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA (×) (7)同一主族的氧化物,晶体类型可能不同 (√) (8)常温下,金属单质都以金属晶体的形式存在 (×) (9)含有阴离子的晶体一定含有金属阳离子 (×) (10)氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等且最近的Na+共有6个 (×) 2.在下列物质中:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、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非极性共价键的离子晶体是　　　　　。  (4)其中形成的晶体是分子晶体的是　　　　　　　　　　　　　　。  (5)其中含有极性共价键的共价晶体是　　　　。  提示:(1)NaCl、Na2S　(2)NaOH (3)Na2S2　(4)H2O2、CO2、CCl4、C2H2、晶体氩 (5)SiO2、SiC 题点、考法讲评 1.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:选A　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。 2.有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是 (　　) A.甲图:在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-有6个 B.乙图:在CaF2晶体中,每个晶胞平均占有4个Ca2+ C.丙图:在金刚石晶体中,最小的环上有6个C原子 D.丁图:该气态团簇分子的分子式为EF或FE 解析:选D　以顶点Na+研究,与之最近的Cl-处于晶胞棱心且关于Na+对称,即距Na+最近的Cl-有6个,故A正确;在CaF2晶体中,Ca2+位于晶胞顶点和面心,数目为8×+6×=4,即每个晶胞平均占有4个Ca2+,故B正确;金刚石晶体中,由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子,每个碳原子形成四个共价键,从而形成空间网状结构,由金刚石的晶胞结构图也可以看出最小的环上有6个碳原子,故C正确;该气态团簇分子中含有4个E、4个F原子,分子式应为E4F4或F4E4,故D错误。 3.(2026·南京模拟)如图是钾、氧两种元素形成的一种晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元),晶体中氧的化合价可看作是部分为0价,部分为-2价。下列对该晶体结构的描述正确的是 (　　) A.晶体中与每个K+距离最近的K+有8个 B.晶体中每个K+周围有8个,每个周围有8个K+ C.每个周围最近且等距离的K+所围成的空间结构为正八面体 D.晶体中,0价氧原子与-2价氧原子的数目比为1∶3 解析:选C　由图可看出,该结构与NaCl晶体相似,经计算化学式为KO2。晶体中与每个K+距离最近的K+有12个,每个K+周围有6个,每个周围有6个K+,每个周围最近且等距离的K+所围成的空间结构为正八面体,A、B项错误,C项正确。设1 mol KO2中含有x mol 0价的氧原子,y mol -2价的氧原子,则有x+y=2,2y=1,解得x=,y=,所以晶体中,0价氧原子与-2价氧原子的数目比为3∶1,D项错误。 逐点清(三)　四种晶体类型的组成与性质 1.四种晶体类型的比较 比较 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 组成 粒子 分子或原子 原子 金属阳离子和自由电子 阴、阳离子 粒子间的相互 作用力 范德华力、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 电和热的良导体 晶体不导电,水溶液或熔融态导电 2.晶体类型的两类判断依据 (1)依据物质的分类判断 ①金属氧化物(K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。 ②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 ③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。 ④金属单质是金属晶体。 (2)依据各类晶体的特征性质判断 一般来说,低熔、沸点的化合物属于分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质属于共价晶体;能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。 3.晶体熔、沸点高低的判断 (1)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。 (2)同种类型晶体熔、沸点高低的判断 离子晶体 一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl 共价晶体 原子半径越小、键长越短、键能越大,晶体的熔、沸点越高,如熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅 分子晶体 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SnH4>GeH4>SiH4>CH4 具有氢键的分子晶体,熔、沸点反常地高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S 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CO>N2,CH3OH>CH3CH3 同分异构体,支链越多,熔、沸点越低 金属晶体 一般来说,金属阳离子半径越小,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 |基|础|落|实|小|练| 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高 (×) (2)离子晶体都易溶于水 (×) (3)熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 (×) (4)共价晶体一定不是电解质 (√) (5)二氧化硅的分子式是SiO2 (×) (6)分子晶体中都存在共价键 (×) (7)分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定 (×) (8)离子化合物在室温下可能是液体 (√) 题点、考法讲评 一、晶体类型的判断 1.我国自主研制的AG60E电动飞机。采用了SiC电控系统,SiC晶体属于 (　　) A.分子晶体　　　　　　 B.金属晶体 C.离子晶体 D.共价晶体 解析:选D　SiC中的Si和C以共价键结合形成空间网状结构,和金刚石结构相似,SiC属于共价晶体。 2.(2026·南通海安实中月考)下列各组物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 (　　) A.金刚石和二氧化碳 B.NaBr和HBr C.氯气和KCl D.甲烷和H2O 解析:选D　金刚石是共价键结合成的共价晶体,二氧化碳是含有共价键的分子晶体,A错误;溴化钠是离子晶体,含有离子键,溴化氢是分子晶体,含有共价键,B错误;氯气是分子晶体,含有共价键,氯化钾是离子晶体,含有离子键,C错误;CH4和H2O都是分子晶体,都只含共价键,D正确。 二、晶体熔、沸点高低的判断 3.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是 (　　) ①O2、I2、Hg　②CO、Al、SiO2　③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 解析:选D　①中Hg在常温下为液态,而I2为固态,错误;②中SiO2为共价晶体,其熔点最高,CO是分子晶体,其熔点最低,正确;③中Na、K、Rb价电子数相同,其阳离子半径依次增大,金属键依次减弱,熔点逐渐降低,错误;④中Na、Mg、Al价电子数依次增多,离子半径逐渐减小,金属键依次增强,熔点逐渐升高,正确。 4.下列各物质中,按熔点由高到低的顺序排列正确的是 (　　) A.CH4>SiH4>GeH4>SnH4 B.KCl>NaCl>MgCl2>MgO C.MgBr2>SiCl4>BN D.金刚石>晶体硅>钠 解析:选D　A组物质均为结构相似的分子晶体,其熔点取决于分子间作用力的大小,一般来说,结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力也越大,故该组各物质熔点应为逐渐升高的顺序,CH4<SiH4<GeH4<SnH4,错误。B组物质均为离子晶体,离子晶体熔点高低取决于离子键键能的大小,一般来说,离子的半径越小,电荷越多,离子键的键能就越大,故该组各物质熔点应为升高顺序,KCl<NaCl<MgCl2<MgO,错误。SiCl4为分子晶体,MgBr2为离子晶体,BN为共价晶体,故熔点:SiCl4<MgBr2<BN,C错误。金刚石和晶体硅属于共价晶体,钠属于金属晶体;共价晶体的熔点高低取决于共价键的键能大小,键能与键长成反比;金刚石C—C的键长更短些,所以金刚石的熔点比晶体硅高,共价晶体的熔点一般比金属晶体的熔点高,则金刚石和晶体硅的熔点比钠的高,D正确。 三、晶体熔、沸点的比较 5.回答下列问题。 (1)FeF3具有较高的熔点(高于1 000 ℃),其化学键类型是离子键,FeBr3的相对分子质量大于FeF3,但其熔点只有200 ℃,原因是FeBr3的化学键为共价键,属于分子晶体,以分子间作用力结合,所以熔点较低。 (2)已知:K2O的熔点为770 ℃,Na2O的熔点为1 275 ℃,二者的晶体类型均为离子晶体,K2O的熔点低于Na2O的原因是K+的半径大于Na+,K2O的晶格能(或离子键的强度)小于Na2O,所以K2O的熔点低于Na2O。 (3)已知氨(NH3,熔点:-77.8 ℃,沸点:-33.5 ℃),联氨(N2H4,熔点:2 ℃,沸点:113.5 ℃),解释其熔、沸点高低的主要原因:氨(NH3)和联氨(H2N—NH2)均为分子晶体,且都能形成分子间氢键,但联氨分子间形成氢键的数目多于氨分子间形成的氢键,故联氨熔、沸点高于氨。 (4)已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是BN(填化学式),其理由是二者均为共价晶体,而B原子半径小于Ga,N原子半径小于As,得到B—N的键长小于Ga—As,键能更大。 (5)S位于元素周期表中第三周期、第ⅥA族,该族元素氢化物中,H2Te比H2S沸点高的原因是H2Te的相对分子质量比H2S大,分子间作用力更强,破坏要消耗更多能量,H2O比H2Te沸点高的原因是H2O分子间存在氢键作用,比H2Te中的分子间作用力更强,使H2O的沸点更高。 |思维建模|熔、沸点比较答题范式 1.不同晶体类型熔、沸点比较 ×××为×××晶体,而×××为×××晶体。 2.同晶体类型熔、沸点比较 (1)分子晶体 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。 (2)共价晶体 同为共价晶体,××晶体的键长短,键能大,熔、沸点高。 (3)离子晶体 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+),(或Mn+)电荷数大于Xm-(或Nm+),故×××晶体离子键键能大,熔、沸点高。 46 / 58 $