2020年高考化学一轮总复习第十二章第38讲晶体结构与性质学案（含解析）.doc

1、1第 38 讲 晶体结构与性质1.晶体和晶胞(1)晶体与非晶体(2)获得晶体的三条途径熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。(3)晶胞概念：描述晶体结构的 基本单元。11 晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“ 无隙并置”构成晶体。12 晶胞中粒子数目的计算均摊法：如某个粒子为 n 个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。13 1n2四种类型晶体的比较233离子晶体的晶格能(1)定义：气态离子形成 1 摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol1 。31 (2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越 多，晶格能越 大。32 33 离子的半径：离子的半径越

2、 小，晶格能越 大。34 35 (3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越 稳定，且熔点越 高，硬度越 大。36 37 38 1判断正误，正确的画“” ，错误的画“” ，并指明错因。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。()错因：自发地呈现多面体外形的才是晶体，人为制造出的具有规则几何外形的固体如玻璃、木材、陶瓷等均不是晶体。(2)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键。()错因：_(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔点。()错因：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。(4)1 mol 金刚石和 SiO2中含有的共价键数目均为 4NA。(

3、)错因：1_mol 金刚石含有的共价键数目为 2NA。(5)金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有 6 个碳原子。()错因：_(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。 ()错因：分子晶体硫、碘等的熔点比金属晶体汞的熔点高。(7)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和 C60，其熔点由高到低的顺序为：C 60金刚石石墨。()错因：石墨的熔点高于金刚石，金刚石的熔点又比 C60的熔点高很多。(8)通过 X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。()错因：_2教材改编题(据人教选修三 P84 T4)下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( )ASi 和 CO2 BNaBr

4、和 O2CCH 4和 H2O DHCl 和 KCl答案 C4考点 四类晶体的组成和性质一典例 1 现有几组物质的熔点()数据：A 组 B 组 C 组 D 组金刚石：3550 Li：181 HF：83 NaCl硅晶体：1410 Na：98 HCl：115 KCl硼晶体：2300 K：64 HBr：89 RbCl二氧化硅：1723 Rb：39 HI：51 MgO：2800 据此回答下列问题：(1)由表格可知，A 组熔点普遍偏高，据此回答：A 组属于_晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是_。二氧化硅的熔点高于硅，是由于_。硼晶体的硬度与硅晶体相对比：_。(2)B 组晶体中存在的作用力是_，其共同的物

5、理性质是_(填序号)，可以用_理论解释。有金属光泽 导电性 导热性 延展性(3)C 组中 HF 熔点反常是由于_。(4)D 组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电(5)D 组晶体中 NaCl、KCl、RbCl 的熔点由高到低的顺序为_，MgO 晶体的熔点高于三者，其原因解释为_。解析 (1)A 组由非金属元素组成，熔点很高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点高，硬度大。(2)B 组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用电子气理论解释相关物理性质。(3)C 组卤化氢晶体属于分子

6、晶体，HF 熔点高是由于分子之间形成了氢键。(4)D 组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。答案 (1)原子 共价键 O 的原子半径小于 Si 的原子半径，SiO 键的键长小于SiSi 键的键长，SiO 键的键能大于 SiSi 键的键能 硼晶体大于硅晶体(2)金属键 电子气(3)HF 分子间能形成氢键 (4)(5)NaClKClRbCl MgO 晶体为离子晶体，离子晶体中离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高名师精讲5(1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的

7、晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为 1710 ，MgO 的熔点为2852 。(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如 Na 的熔点为 97 ，尿素的熔点为 132.7 。(5)同种晶体熔、沸点高低的比较原子晶体 原 子 半 径 越 小 键 长 越 短 键 能 越 大 熔 、 沸 点 越 高如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体a一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：Al 2O3MgONaClCsCl。b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

8、体越稳定，熔点越高，硬度越大。分子晶体a具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如熔、沸点：H 2OH2TeH2Se H2S。b组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：SnH4GeH4SiH4CH4。c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，其熔点越高，如熔点：CON 2。d对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：CH 2CH2CH3CH2CH3金属晶体金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：NaMgAlB硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅C晶体熔点由低到高：CF 4NaClNaBrNaI答案 A解析 金属离子的电荷越

9、多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为AlMgNa，A 错误；键长越短，其价键越强，硬度越大，键长 CC碳化硅晶体硅，B 正确；组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为 CF4NaClNaBrNaI，D 正确。2下图为几种晶体或晶胞的示意图：7请回答下列问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是_。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl 2、干冰 5 种晶体的熔点由高到低的顺序为_。(3)NaCl 晶胞与 MgO 晶胞相同，NaCl 晶体的晶格能_(填“大于”或“小于”)MgO 晶体，原因是_。(4)每个 Cu 晶胞中实际占有

10、_个铜原子，CaCl 2晶体中 Ca2 的配位数为_。答案 (1)金刚石晶体(2)金刚石、MgO、CaCl 2、冰、干冰(3)小于 MgO 晶体中离子的电荷数大于 NaCl 晶体中离子电荷数；且 r(Mg2 )INi的原因是_。某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。a晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。b若合金的密度为 d gcm3 ，晶胞参数 a_nm。解析 (1)根据示意图可知 Li 原子的第一电离能是 1040 kJmol1 2520 kJmol1 ；0.5 mol 氧气转化为氧原子时吸热 249 kJ，所以 O=O 键键能是 249 kJmol1 2498 kJmol1 ；根据晶格能的定义

11、结合示意图可知 Li2O 的晶格能是 2908 kJmol1 。根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计 8 个，根据化学式可知氧原子个数是 4 个，则 Li2O 的密度是 gcm3 。mV 87 416NA 0.466510 7 3(2)晶胞的质量为 d gcm3 (a107 cm)3 a3d1021 g， NA个该单元的质量为 M g，则 ，故 y 。a3d10 21 gy MNA 602a3dM (或 a3dNAM 10 21)(3)对于结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。b.该晶胞中含有 Ge 的个数为 8 6 48，晶胞参数 a 即为晶胞边长，则有18

12、12 gcm3 107 gcm3 。mV 8 736.021023 565.7610 10 3 8736.02565.763(4)金属单质形成的晶体均为金属晶体，金属晶体中只含有金属键。a.晶胞中含 Cu 原子数为 63，含 Ni 原子数为 81，两者数量比为 31；b.12 18由题意可得： d ，364 59 a10 7 36.021023解得 a 107 nm。3 2516.021023d答案 (1)520 498 29081087 416NA 0.466510 7 3(2)602a3dM (或 a3dNAM 10 21)(3)GeCl 4、GeBr 4、GeI 4的熔、沸点依次增高。原

13、因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强a. b. 107(14， 14， 14) 8736.02565.763(4)金属 铜失去的是全充满的 3d10电子，镍失去的是 4s1电子a.31 b. 1073 2516.021023d名师精讲1 “均摊法”计算晶胞中的粒子数(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(2)非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1 个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占 。13名师精讲2晶胞中的有关物理量的计算对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算： a3 NA nM， a 表示晶胞的

14、棱长， 表示密度， NA表示阿伏加德罗常数的值， n 表示 1 mol 晶胞中所含晶体的物质的量， M 表示晶体的摩尔质量。具体地有：(1)晶胞质量晶胞占有的微粒的质量晶胞占有的微粒数 。MNA(2)空间利用率 。晶 胞 占 有 的 微 粒 体 积晶 胞 体 积(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为 a)。11面对角线长 a。2体对角线长 a。3体心立方堆积 4r a(r 为原子半径)。3面心立方堆积 4r a(r 为原子半径)。2(4)根据晶体晶胞的结构特点和有关数据，求算晶体的密度或晶体晶胞的体积或晶胞参数 a(晶胞边长)对于立方晶胞，可建立如下求算途径：3. (

15、2018赣州模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A 为阴离子，在正方体内，B 为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( )AB 2A BBA 2 CB 7A4 DB 4A7答案 B解析 A 在正方体内，晶胞中的 8 个 A 离子完全被这 1 个晶胞占有；B 分别在顶点和面心，所以 1 个晶胞实际占有的 B 离子为 8 6 4，则该晶体的化学式为 BA2。18 124(2018成都诊断)碳元素的单质有多种形式，如图依次是 C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：12(1)金刚石、石墨、C 60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨

16、)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内 CC 键的键长为 142 pm，而金刚石中 CC 键的键长为 154 pm。其原因是金刚石中只存在 CC 间的_共价键，而石墨层内的 CC 间不仅存在_共价键，还有_键。(5)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为 r，金刚石晶胞的边长为 a，根据硬球接触模型，则 r_ a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。答案 (1)同素异形体 (2)sp 3 sp 2 (3)分子 混合(4) (或大 或 pp )(5)8 38 843 r3a3 316解析 (1)金刚石、石墨、C 60

17、、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成 4 个共价单键，C 原子采取 sp3杂化方式；石墨中的碳原子用 sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以 键结合。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合，所以石墨属于混合晶体。(5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有 4 个 C 原子，面心上有 6 个 C 原子，顶点有8 个 C 原子，晶胞中 C 原子数目为 46 8 8；若 C 原子半径为 r，金刚石晶胞的12 18边长为 a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的 就是 CC 键的键长，即 a2 r，14 34所以 r a，碳原子在晶胞中的空间占有率38w 。843 r3a3843 (38a)3a3 31613