（江蘇專版）2022年高考化學一輪復習 專題九 第三十四講 晶體結構與性質學案（含解析）

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1、（江蘇專版）2022年高考化學一輪復習 專題九 第三十四講 晶體結構與性質學案（含解析）江蘇考綱要求1了解分子晶體的含義，了解分子間作用力的大小對物質某些物理性質的影響。2了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系。3了解NaCl型和CsCl型離子晶體的結構特征，能用晶格能解釋典型離子化合物的某些物理性質。4能用金屬鍵的自由電子理論解釋金屬的某些物理性質。5知道金屬晶體的基本堆積方式。了解簡單晶體的晶胞結構特征(晶體內部空隙的識別、與晶胞的邊長等晶體結構參數(shù)相關的計算不作要求)。 6了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。晶體常識教

2、材基礎自熱身1晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的比較 比較晶體非晶體結構特征構成粒子周期性有序排列構成粒子無序排列性質特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性各向同性二者區(qū)別方法間接方法測定其是否有固定的熔點科學方法對固體進行 X射線衍射實驗(2)獲得晶體的三條途徑熔融態(tài)物質凝固。氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)直接凝固(凝華)。溶質從溶液中析出。2晶胞(1)概念：晶胞是描述晶體結構的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列無隙并置無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。并置：所有晶胞平行排列、取向相同。知能深化掃盲點“均攤法”突破晶胞組成的計算(1)原則：晶胞任意位置上的一個粒子如果是被n個晶胞所共有，那么每個晶胞對

3、這個粒子分得的份額就是。(2)方法：長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算。非長方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占。對點練1如圖是甲、乙、丙三種晶體的晶胞，則甲晶體中x與y的個數(shù)比是_，乙中a與b的個數(shù)比是_，丙中一個晶胞中有_個c離子和_個d離子。答案：2111442下圖為離子晶體空間構型示意圖(陽離子，陰離子)以M代表陽離子，以N表示陰離子，寫出各離子晶體的組成表達式：A_、B_、C_。答案：MNMN3MN23(1)元素R為金屬元素，其原子序數(shù)為27，元素Z基態(tài)原子s電子總數(shù)與p電子總數(shù)相等，由R、

4、Z兩元素形成的某晶體的晶胞結構如圖1所示，則該化合物的化學式為_(R、Z用具體元素符號表示)。(2)元素X、Y為前四周期元素，X的基態(tài)原子核外電子有21種運動狀態(tài)，元素Y的原子最外層電子數(shù)是其內層的3倍，元素Ce與X同族，其與Y形成的化合物晶體的晶胞結構如圖2，該化合物的化學式為_。(3)某含有結晶水的銅的氯化物的晶胞結構如圖3所示，該化合物的化學式是_。 (4)測定大氣中PM2.5濃度的方法之一是射線吸收法，射線放射源可用 85Kr，已知Kr晶體的晶胞結構如圖4所示，設晶胞中含Kr原子為m個，與每個Kr原子相緊鄰的Kr原子有n個，則_(填數(shù)字)。 解析：(1)R為Co、Z為O，根據均攤法可知

5、，在這個晶胞中氧離子位于棱上和體心，數(shù)目1214，鈷離子位于頂點、面心，數(shù)目864，所以氧離子、鈷離子個數(shù)比是11，其化學式為CoO。(2)由題意知，X為Sc、Y為O。根據晶胞的結構，O原子全部在體內，故含有8個O原子，Ce原子位于頂點和面心，含有Ce原子的個數(shù)864，故化學式為CeO2。(3)晶胞中Cu2數(shù)目為822，Cl數(shù)目為424，H2O分子數(shù)目為844，故該物質化學式為CuCl22H2O。(4)與每個Kr原子相緊鄰的Kr原子有12個，晶胞中含Kr原子為864，則 mn41213。答案：(1)CoO(2)CeO2(3)CuCl22H2O(4)題點全練過高考題點一晶胞中微粒數(shù)目的計算1某離

6、子晶體的晶體結構中最小重復單元如圖所示。A為陰離子，在正方體內，B為陽離子，分別在頂點和面心，則該晶體的化學式為()AB2A BBA2CB7A4 DB4A7解析：選BA在正方體內，晶胞中的8個A離子完全被這1個晶胞占有；B分別在頂點和面心，頂點上的離子被1個晶胞占有，面心上的離子被1個晶胞占有，所以1個晶胞實際占有的B離子為864，則該晶體的化學式為BA2。2Zn與S所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。(1)在1個晶胞中，Zn離子的數(shù)目為_。(2)該化合物的化學式為_。解析：(1)從晶胞圖分析，含有Zn離子為864。(2)S為4個，所以化合物中Zn與S數(shù)目之比為11，則化學式為ZnS。答案：(1)

7、4(2)ZnS3(2019南京模擬)(1)Ni與Al形成的一種合金可用于鑄造飛機發(fā)動機葉片，其晶胞結構如圖1所示，該合金的化學式為_。 (2)金的晶胞結構如圖2所示，晶體中每個Au原子周圍緊鄰且等距的Au原子有_個。(3)鐵和氨氣在640 可發(fā)生置換反應，產物之一的晶胞結構見圖3。寫出Fe3的外圍電子排布式：_，寫出該反應的化學方程式：_。(4)圖4是Cu2O的晶胞，Cu原子配位數(shù)為_。(5)Cu和Fe都可以形成多種氧化物。其中FexO晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1。若FexO中的x0.92，則該此晶體化學式為_(用FeFeO形式表示)。解析：(1)根據原子均灘法，該晶胞中Al

8、原子數(shù)81，Ni原子數(shù)63，所以該合金的化學式為Ni3Al。(2)晶體中每個Au原子周圍緊鄰且等距的Au原子有12個。(3)鐵是第26號元素，則Fe原子核外電子排布式為Ar 3d64s2，則Fe3的外圍電子排布式為3d5；鐵和氨氣在640 時可發(fā)生置換反應，產物之一的晶胞中Fe原子數(shù)684、N原子數(shù)1，即Fe4N，該反應的化學方程式8Fe2NH32Fe4N3H2。(4)圖4是Cu2O的晶胞，白球灰球412，則白球是O，灰球是Cu，則Cu原子配位數(shù)為2。(5)若FexO中的x0.92，用FeFeO形式表示FexO晶胞，則有ab0.92,2a3b2，聯(lián)立解得a0.76，b0.16，則該此晶體化學式

9、為FeFeO。答案：(1)Ni3Al(2)12(3)3d58Fe2NH32Fe4N3H2(4)2(5)FeFeO題點二晶體密度及微粒間距離的計算4一種AlFe合金的立體晶胞如圖所示。請回答下列問題：(1)該合金的化學式為_。(2)若晶胞的棱長為a pm，則晶體的密度為_ gcm3，則此合金中最近的Fe原子與Al原子之間的距離為_pm。解析：(1)4個鋁原子位于晶胞內；Fe原子數(shù)為181268，故該合金的化學式為Fe2Al。(2)該晶體的密度為 gcm3 gcm3。最近的Fe原子和Al原子之間的距離，即體對角線的，面對角線、棱、體對角線構成直角三角形，故二者之間的最短距離為a pm。答案：(1)

10、Fe2Al(2)a四類晶體的組成和性質教材基礎自熱身1四類晶體的比較分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構成粒子分子原子金屬陽離子、自由電子陰、陽離子粒子間的相互作用力范德華力(某些含氫鍵)共價鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很大，有的很小較大熔、沸點較低很高有的很高，有的很低較高溶解性相似相溶難溶于任何溶劑常見溶劑難溶大多易溶于水等極性溶劑導電性或傳熱性一般不導電，溶于水后有的導電一般不具有導電性電和熱的良導體晶體不導電，水溶液或熔融狀態(tài)下導電物質類別及實例大多數(shù)非金屬單質、氣態(tài)氫化物、酸、非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外)部分非金屬單質(如金剛石、硅、晶體硼)，部分非金屬

11、化合物(如SiC、SiO2)金屬單質與合金(如Na、Al、Fe、青銅)金屬氧化物(如 K2O、Na2O)、強堿(如KOH、NaOH)、絕大多數(shù)鹽(如NaCl)2.離子晶體的晶格能(1)定義氣態(tài)離子形成 1_mol離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJmol1。(2)影響因素離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。(3)與離子晶體性質的關系晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。3五類晶體結構模型晶體晶體結構晶體詳解原子晶體金剛石每個碳原子與相鄰4個碳原子以共價鍵結合，形成正四面體結構；鍵角均為10928；最小碳環(huán)由 6個碳原子

12、組成且碳環(huán)上的原子不在同一平面內；每個碳原子參與4條CC鍵的形成，碳原子數(shù)與CC鍵數(shù)之比為12SiO2每個Si原子與4個O原子以共價鍵結合，形成正四面體結構；晶體中，n(Si)n(O)12；最小環(huán)上有12個原子，即6個O,6個Si分子晶體干冰8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據1個CO2分子；每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子有12個混合晶體石墨石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是分子間作用力，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2，C原子采取的雜化方式是 sp2金屬晶體簡單立方堆積典型代表Po(釙)，配位數(shù)為6，空間利用率52%面心立方最密堆積又稱為A1型或銅型，典型代表Cu、Ag

13、、Au，配位數(shù)為12，空間利用率74%體心立方堆積又稱為A2型或鉀型，典型代表Na、K、Fe，配位數(shù)為8，空間利用率68%六方最密堆積又稱為A3型或鎂型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位數(shù)為12，空間利用率74%離子晶體NaCl型每個Na(Cl)周圍等距離且緊鄰的Cl(Na)有6個。每個Na周圍等距離且緊鄰的Na有12個；每個晶胞中含4個Na和 4個ClCsCl型每個Cs周圍等距離且緊鄰的Cl有 8個，每個Cs(Cl)周圍等距離且緊鄰的Cs(Cl)有6個；如圖為8個晶胞，每個晶胞中含1個Cs、1個Cl 知能深化掃盲點提能點(一)晶體類型的5種判斷方法(1)依據構成晶體的微粒和微粒間的作用判斷離子

14、晶體的構成微粒是陰、陽離子，微粒間的作用是離子鍵。原子晶體的構成微粒是原子，微粒間的作用是共價鍵。分子晶體的構成微粒是分子，微粒間的作用為分子間作用力。金屬晶體的構成微粒是金屬陽離子和自由電子，微粒間的作用是金屬鍵。(2)依據物質的分類判斷金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅等)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)是分子晶體。常見的單質類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的化合類原子晶體有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質是金屬晶體。(3)依據晶體

15、的熔點判斷離子晶體的熔點較高。原子晶體的熔點很高。分子晶體的熔點低。金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有少數(shù)熔點相當?shù)汀?4)依據導電性判斷離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時能導電。原子晶體一般為非導體。分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(主要是酸和強極性非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由移動的離子，也能導電。金屬晶體是電的良導體。(5)依據硬度和機械性能判斷離子晶體硬度較大、硬而脆。原子晶體硬度大。分子晶體硬度小且較脆。金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較低的，且具有延展性。注意(1)常溫下為氣態(tài)或液態(tài)的物質，其晶體應屬于分子晶體(Hg除外)。(2)石墨屬于混合型晶體，但因層內原子之間碳碳共價鍵的

16、鍵長為1.421010m，比金剛石中碳碳共價鍵的鍵長(鍵長為1.541010m)短，所以熔、沸點高于金剛石。(3)AlCl3晶體中雖含有金屬元素，但屬于分子晶體，熔、沸點低(熔點190 )。(4)合金的硬度比其成分金屬大，熔、沸點比其成分金屬低。對點練1在下列物質中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶體硅、金剛石，晶體氬。(1)其中只含有離子鍵的離子晶體是_。(2)其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵的離子晶體是_。(3)其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵和配位鍵的離子晶體是_。(4)其中既含有離子鍵又含有非極性共價鍵

17、的離子晶體是_。(5)其中含有極性共價鍵的非極性分子是_。(6)其中含有極性共價鍵和非極性共價鍵的非極性分子是_。(7)其中含有極性共價鍵和非極性共價鍵的極性分子是_。(8)其中含有極性共價鍵的原子晶體是_。(9)不含共價鍵的分子晶體是_，只含非極性鍵的原子晶體是_。答案：(1)NaCl、Na2S(2)NaOH、(NH4)2S(3)(NH4)2S(4)Na2S2(5)CO2、CCl4、C2H2(6)C2H2(7)H2O2(8)SiO2、SiC(9)晶體氬晶體硅、金剛石提能點(二)晶體熔、沸點的比較1不同類型晶體熔、沸點的比較(1)不同類型晶體的熔、沸點高低一般規(guī)律：原子晶體離子晶體分子晶體。(

18、2)金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點很高，汞、銫等熔、沸點很低。2同種類型晶體熔、沸點的比較(1)原子晶體原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，物質的熔、沸點越高，如熔點：金剛石碳化硅硅。(2)離子晶體一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則晶格能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：MgOMgCl2，NaClCsCl。(3)分子晶體分子間范德華力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常高。如H2OH2TeH2SeH2S。組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近)，其

19、分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3ClCH3CH3。同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。如正戊烷異戊烷新戊烷。如正戊烷異戊烷新戊烷(4)金屬晶體金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，如熔、沸點：NaMgNaBrNaFNaBr題點全練過高考題點一晶體類型的判斷1(1)C60屬于_晶體，石墨屬于_晶體。(2)NH4Cl固體的晶體類型是_。(3)NF3可由NH3和F2在Cu催化劑存在下反應直接得到：4NH33F2NF33NH4F。上述化學方程式中的5種物質所屬的晶體類型有_(填序號)。a離子晶體 B分子晶體c原子晶體 D金屬晶體解析：(1)C60是由60個C原子

20、形成的分子，屬于分子晶體。而石墨在層內原子間以共價鍵結合，在層間以分子間作用力結合，所以石墨屬于混合晶體。(2)NH4Cl為離子化合物，為離子晶體。(3)在反應4NH33F2NF33NH4F中，NH3、F2、NF3為分子晶體；Cu為金屬晶體；NH4F為離子晶體。答案：(1)分子混合 (2)離子晶體abd2現(xiàn)有幾組物質的熔點()數(shù)據：A組B組C組D組金剛石：3 550 Li：181 HF：83 NaCl：801 硅晶體：1 410 Na：98 HCl：115 KCl：776 硼晶體：2 300 K：64 HBr：89 RbCl：718 二氧化硅：1 723 Rb：39 HI：51 CsCl：64

21、5 據此回答下列問題：(1)A組屬于_晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是_。(2)B組晶體共同的物理性質是_(填序號)。有金屬光澤導電性導熱性延展性(3)C組中HF熔點反常是由于_。(4)D組晶體可能具有的性質是_(填序號)。硬度小水溶液能導電固體能導電熔融狀態(tài)能導電(5)D組晶體的熔點由高到低的順序為NaClKClRbClCsCl，其原因為_。答案：(1)原子共價鍵(2)(3)HF分子間能形成氫鍵，其熔化時需要消耗的能量更多(只要答出HF分子間能形成氫鍵即可)(4)(5)D組晶體都為離子晶體，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在離子所帶電荷數(shù)相同的情況下，半徑越小，晶格能越大，熔點就

22、越高題點二晶體熔、沸點的比較3下面的排序不正確的是()A熔點由高到低：NaMgAlB硬度由大到小：金剛石碳化硅晶體硅C晶體熔點由低到高：CF4CCl4CBr4CI4D晶格能由大到?。篘aFNaClNaBrNaI解析：選AA項，金屬離子的電荷越多、半徑越小，其熔點越高，則熔點由高到低為AlMgNa，錯誤；B項，鍵長越短，共價鍵越強，硬度越大，鍵長：CCCSiSiSi，則硬度由大到小為金剛石碳化硅晶體硅，正確；C項，組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大，晶體的熔點越高，則晶體熔點由低到高順序為CF4CCl4CBr4CI4，正確；D項，電荷相同的離子，離子半徑越小，晶格能越大，F(xiàn)、C

23、l、Br、I的離子半徑由小到大，則晶格能：NaFNaClNaBrNaI，正確。4下列各組物質，按熔點由低到高的順序排列正確的是()O2、I2、Hg CO、KCl、SiO2Na、K、Rb Na、Mg、AlABCD解析：選D常溫下O2為氣體、I2為固體、Hg為液體，熔點由低到高的順序為O2、Hg、I2，熔點由低到高的順序為Rb、K、Na，故錯誤。題點三常見晶體模型5如圖所示是鈉、碘、金剛石、干冰、氯化鈉晶體的晶胞示意圖(未按順序排序)。與冰的晶體類型相同的是_(請用相應的編號填寫)。解析：冰屬于分子晶體，干冰、碘也屬于分子晶體；B為干冰晶胞，C為碘晶胞。答案：BC6碳元素的單質有多種形式，如圖依次

24、是C60、石墨和金剛石的結構圖：回答下列問題：(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質形式，它們互為_。(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為_、_。(3)C60屬于_晶體，金剛石屬于_晶體。解析：(1)金剛石、石墨、C60都是碳元素的單質形式，它們的組成相同，結構、性質不同，互稱為同素異形體。(2)金剛石中碳原子與相鄰四個碳原子形成4個共價單鍵(即C原子采取sp3雜化方式)，構成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以鍵結合，形成正六邊形的平面層狀結構。(3)C60中構成微粒是分子，所以屬于分子晶體；金剛石中碳碳原子間以共價鍵形成網狀結構

25、，故金剛石屬于原子晶體。答案：(1)同素異形體(2)sp3sp2(3)分子原子課堂真題集訓明考向1(2017江蘇高考)鐵氮化合物(FexNy)在磁記錄材料領域有著廣泛的應用前景。某FexNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產物Fe(xn)CunNy。FexNy轉化為兩種Cu替代型產物的能量變化如圖2所示，其中更穩(wěn)定的Cu替代型產物的化學式為_。解析：能量越低越穩(wěn)定，從圖2知，Cu替代a位置Fe型晶胞更穩(wěn)定，其晶胞中Cu位于8個頂點，N(Cu)81，F(xiàn)e位于面心，N(Fe)63，N位于體心，N(N)1，其化學式為Fe3CuN。答案：Fe3CuN2

26、(1)(2014江蘇高考)銅晶胞結構如右圖所示，銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目為_。(2)(2013江蘇高考)元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。在1個晶胞中，X離子的數(shù)目為_。該化合物的化學式為_。解析：(1)根據銅晶胞結構示意圖可以看出，在每個銅原子周圍與其距離最近的銅原子每層有4個，共有3層，所以銅晶體內每個銅原子周圍與其距離最近的銅原子共有12個。(2)X的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，X為Zn；Y的核外電子排布式為1s22s22

27、p63s23p4，Y為S。由晶胞結構可知，X分別位于晶胞的頂點和面心，根據晶胞中原子的“分攤法”可計算一個晶胞中的X原子數(shù)為：81/861/24。Y原子全部在晶胞中，故一個晶胞中含有4個Y原子。故該化合物的化學式為ZnS。答案：(1)12(2)4ZnS3(2017全國卷)(1)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學材料，具有鈣鈦礦型的立方結構，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。與K緊鄰的O個數(shù)為_。(2)在KIO3晶胞結構的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于_位置，O處于_位置。解析：(1)由于K、O分別位于晶胞的頂角和面心，所以與鉀緊鄰的氧原子有12個。(2)想象

28、4個晶胞緊密堆積，則I處于頂角，O處于棱心，K處于體心。答案：(1)12(2)體心棱心4.(2016全國卷)某鎳白銅合金的立方晶胞結構如圖所示。則晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為_。解析：由晶胞結構圖可知，Ni原子處于立方晶胞的頂點，Cu原子處于立方晶胞的面心，根據均攤法，每個晶胞中含有Cu原子的個數(shù)為63，含有Ni原子的個數(shù)為81，故晶胞中Cu原子與Ni原子的數(shù)量比為31。答案：315(2016全國卷)砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等?；卮鹣铝袉栴}：(1)GaF3的熔點高于1 000 ，GaCl3的熔點為77.9 ，其原因是_。(2)GaAs的晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為_，Ga與As以_鍵鍵合。解析：(1)GaF3的熔點高于1 000 ，GaCl3的熔點為77.9 ，其原因是GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體，而離子晶體的熔點高于分子晶體。(2)GaAs的熔點為1 238 ，其熔點較高，據此推知GaAs為原子晶體，Ga與As原子之間以共價鍵鍵合。答案：(1)GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體(2)原子晶體共價