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1、第3讲晶体结构与性质【最新考纲】1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。3.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解金属晶体常见的堆积方式。4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。考点一晶体的组成与性质1晶体(1)晶体与非晶体。(2)得到晶体的途径。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
2、构的基本单元。晶体中晶胞的排列无隙并置。a无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。b并置：所有晶胞平行排列、取向相同。(4)晶格能。定义：气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol1。影响因素。a离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。b离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。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。2.四种晶体类型的比较3.晶体熔沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。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
3、种晶体类型熔、沸点的比较。原子晶体。如熔点：金刚石碳化硅硅。离子晶体。a一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。b衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。分子晶体。a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H2OH2TeH2SeH2S。b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、沸点越高，如
4、CO N2，CH3OHCH3CH3。d同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3HCH2CH3CCH3CH3CH3CH3。金属晶体。金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。【典 例1】(高 考 组 合 题)(1)(2015 新 课 标卷)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于_晶体。(2)(2015 新 课 标卷)O元素和Na元素的氢化物所属的晶体类型分别是_和_。解 析：(1)Fe(CO)5熔点为253 K，沸点为376 K，可知其固体为分子晶体；
5、(2)O元素和Na元素的氢化物对应的氢化物分别是H2O和NaH，H2O是分子晶体，而NaH是离子晶体。答案：(1)分子(2)分子晶体离子晶体晶体类型判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。(2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如 K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、
6、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。(3)根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原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。题组一晶体类型的判定1下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘A BC
7、 D解 析：本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子间不存在化学键。答案：C2现有几组物质的熔点()数据：据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。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 的 熔 点 由 高 到 低 的 顺 序 为NaClKClRbClCsC
8、l，其原因为_。解 析：(1)根据A组熔点很高，属原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。答案：(1)原子共价键(2)(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高【归纳提升】晶体组成与结构的4点误区(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体；金
9、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；含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属离子。(2)含阴离子的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)易误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高，其实不一定，如Na的熔点为97，尿素的熔点为132.7。(4)石墨属于混合型晶体，不是原子晶体，其晶体含有范德华力和共价键，熔点比金刚石高。题组二晶体熔沸点高低的比较3有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：(1)晶体的化学式分别为A_，B_，C_。(2)晶体中微粒间的
10、作用分别为A_，B_，C_。解 析：由A在水溶液中(或熔融状态)导电，可知A为离子晶体，即为NaCl，其中含离子键；B的硬度很大，不溶于水，又不导电，则知B为原子晶体，即为金刚石，其中含共价键；C的熔点很低，可知C为分子晶体，即为HCl，是靠分子间作用力形成的晶体。答案：(1)NaClCHCl(2)离子键共价键分子间作用力解 析：(1)r(Mg2)BaO，熔点MgOBaO。(2)两种物质都形成离子晶体，而离子晶体的熔点受离子键强弱的影响，离子键的强弱与离子半径、离子所带的电荷多少有关。两种化合物中，阴、阳离子所带电荷数均为1，但后者的离子半径大，离子键较弱，因此前者的熔点高于后者。答案：(1)
11、高(2)两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低【归纳提升】熔沸点的比较方法(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为：原子晶体离子晶体金属晶体分子晶体。(2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子晶格能越大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2，NaClCsCl。原子晶体：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。.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、沸点反常的高。如
12、H2OH2TeH2SeH2S。.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SnH4GeH4SiH4CH4。.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CON2，CH3OHCH3CH3。.同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。(4)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：NaMgAl。考点二常见晶体模型与晶胞计算1典型晶体模型(3)图示：【典 例2】(高 考 组 合 题)(1)(2015 新 课 标卷)碳单质有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：在石墨烯晶体中，
13、每个C原子连接_个六元环，每个六元环占有_个C原子。在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接_个六元环，六元环中最多有_个C原子在同一平面。(2)(2015 新 课 标卷)元素O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数 a0.566 nm。F的化学式为_；晶胞中A原子的配位数为_；列 式 计 算 晶 体 F的 密 度(gcm 3)为_。解 析：(1)由石墨烯晶体图象可知，每个C原子连接3个六元环，根据均摊法计算每个六元环占有2个C原子。在金刚石晶体中，C原子杂化方式为sp3，每个C原子连接4个六元环，最多3个原子共面。每个C原子周围形成4个共价键，每2个共价键
14、即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个C原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。(1)晶体密度(2)晶体微粒与M、之间的关系。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)；又1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为a3NA g，因此有xMa3NA。题组一常见晶胞类型和结构特点1(2015 江 苏 南 京 质 检)下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图(未按
15、顺序排序)。(1)辨别晶胞(填相应编号)。钠晶胞是_。钋晶胞是_。金刚石晶胞是_。干冰晶胞是_。氯化钠晶胞是_。(2)钋晶胞的堆积方式是_，钠晶胞的堆积方式是_。(3)与冰的晶体类型相同的是_(填编号)。(4)在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键(如图所示)，已知冰的升华热是51 kJmol1，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11 kJmol1)，则冰晶体中氢键的“键能”是_kJmol1。2(2014 山 东 卷，节 选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。(1)图甲中，1号 C与相
16、邻 C形成 键的个数为_。(2)图乙中，1号C的杂化方式是_，该C与相邻C形成的键角_(填“”“”或“”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。解 析：(1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以3个共价键与其他碳原子形成共价键的。(2)图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109.5。答案：(1)3(2)sp3题组二有关晶胞的计算3(高 考 经 典 题)立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为_gcm3(列式并计算，下同)，a位置S2离子与b位置Zn2离子之间的距离为_pm。4(高 考 经 典 题)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B的电子相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。A、B和D三种元素组成的一个化合物晶胞如图所示：(1)该化合物的化学式为_；D的配位数为_。(2)列式计算该晶体的密度_gcm3。