第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（知識清單）高二化學(xué)必備單元知識清單與測試（滬科版2020選擇性必修2）

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)【單元知識框架】【單元知識清單】考點1晶體簡介物質(zhì)的聚集狀態(tài)1.物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化【注】①物質(zhì)的三態(tài)變化是物理變化，變化時，克服分子間作用力或者破壞化學(xué)鍵，但不會有新的化學(xué)鍵形成。②凝固、凝華和液化的過程均放出熱量，融化、升華和汽化的過程均吸收熱量，但它們都不屬于反應(yīng)熱。2．物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)外，還有更多的聚集狀態(tài)如晶態(tài)、非晶態(tài)以及介乎二者之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等?！就卣埂竣俑拍睿河呻娮印⒄x子和電中性粒子（分子或原子）組成的整體上電中性的氣態(tài)物質(zhì)。②是一種特殊的氣體，存在于我們周圍。③存在：日光燈和霓虹燈的燈管里、蠟燭火焰里、極光和雷電里。2.液晶：介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。晶體與非晶體把內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）在三維空間里呈周期性有序排列的固體物質(zhì)稱為晶體。常見晶體有食鹽、冰、鐵、銅等。根據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間作用力的不同，晶體可分為離子晶體、共價晶體、分子晶體和金屬晶體。把內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）排列呈相對無序狀態(tài)的固體物質(zhì)呈非晶體。常見到的非晶體有玻璃、橡膠、炭黑等。自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體沒有原子排列相對無序【注】宏觀上區(qū)別晶體和非晶體的依據(jù)是固體有無規(guī)則的幾何外形，而規(guī)則的集合外形是微粒結(jié)晶時自發(fā)形成的，并非人為加工雕琢。(1)自范性①定義：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。②形成條件：晶體生長的速率適當。③本質(zhì)原因：晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性有序排列。(2)各向異性：晶體的某些物理性質(zhì)在不同方向上的差異。(3)晶體有固定的熔點。(4)外形和內(nèi)部質(zhì)點排列的高度有序性。(5)X射線衍射：晶體能使X射線衍射，而非晶體對X射線只能產(chǎn)生散射?！咀ⅰ糠蔷w排列相對無序，無自范性、無各向異性、無固定熔點。5.獲得晶體的途徑(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固。①凝固速率適當，可得到規(guī)則晶體。②凝固速率過快，得到?jīng)]有規(guī)則外形的塊狀固體或看不到多面體外形粉末。(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)溶質(zhì)從溶液中析出。晶胞 1．概念：晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。晶胞是晶體中最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。2．結(jié)構(gòu)：常規(guī)的晶胞都是平行六面體，晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞無隙并置而成。(1)“無隙”：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。3．晶胞中粒子數(shù)目的計算(1)平行六面體(立方體形)晶胞中粒子數(shù)目的計算。①晶胞的頂角原子是8個晶胞共用；②晶胞棱上的原子是4個晶胞共用；③晶胞面上的原子是2個晶胞共用。如金屬銅的一個晶胞(如圖所示)均攤到的原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)幾種晶胞中原子數(shù)目的確定。結(jié)合下圖，鈉、鋅、碘、金剛石晶胞中含有原子的數(shù)目分別為2、2、8、8。鈉、鋅、碘、金剛石晶胞示意圖【拓展】常見晶胞結(jié)構(gòu)體心立方體心立方簡單立方面心立方【注】①不是所有晶胞都是平行六面體，有的晶胞呈六棱柱形。②由晶胞構(gòu)成的晶體，其化學(xué)式不表示一個分子中原子的數(shù)目，只表示每個晶胞中各類原子的最簡整數(shù)比。晶胞計算1、面心立方：在立方體頂點的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。微粒數(shù)為：2、體心立方：在立方體頂點的微粒為8個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。微粒數(shù)為：四、晶體結(jié)構(gòu)的測定1．測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀。在X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或明銳的衍射峰。2．由衍射圖形獲得晶體結(jié)構(gòu)的信息包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等。【總結(jié)】 晶體與非晶體的比較晶體非晶體微觀結(jié)構(gòu)特征粒子周期性有序排列粒子排列相對無序性質(zhì)特征自范性有無熔點固定不固定各向異性有無鑒別方法間接方法看是否具有固定的熔點或根據(jù)某些物理性質(zhì)的各向異性科學(xué)方法對固體進行X－射線衍射實驗舉例NaCl、I2、SiO2、Na晶體等玻璃、橡膠等【注】關(guān)于晶體與非晶體的認識誤區(qū)1同一物質(zhì)可以是晶體，也可以是非晶體，如晶體SiO2和非晶體SiO2。2有著規(guī)則幾何外形或者美觀、對稱外形的固體，不一定是晶體。例如，玻璃制品可以塑造出規(guī)則的幾何外形，也可以具有美觀對稱的外觀。3具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成。4晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形，如瑪瑙。考點2金屬晶體金屬鍵1．定義：在金屬單質(zhì)晶體中原子之間以金屬正離子與自由電子之間強烈的相互作用。2．成鍵粒子：金屬正離子和自由電子。3．成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。4．成鍵本質(zhì)電子氣理論：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”。5.特征：自由電子不屬于某個特定的金屬正離子，即每個金屬正離子均可享有所有的自由電子，但都不可能獨占某個或某幾個自由電子在整塊金屬中自由移動。金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。6.金屬鍵的強弱比較一般來說，金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強。7.金屬鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響①金屬鍵越強，晶體的熔、沸點越高。②金屬鍵越強，晶體的硬度越大。金屬晶體1．通過金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的單質(zhì)晶體，叫做金屬晶體?！咀ⅰ竣僭诮饘倬w中有正離子，但沒有負離子，所以，晶體中有正離子不一定有負離子，若有負離子，則一定有正離子。②金屬單質(zhì)或合金的晶體（晶體鍺、灰錫除外）屬于金屬晶體。③金屬晶體與共價晶體一樣。是一種“巨分子”。2．用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)3．金屬晶體的性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(2)熔、沸點：金屬鍵越強，熔、沸點越高。①同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點升高。②同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點降低。③合金的熔、沸點一般比其各成分金屬的熔、沸點低。④金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫下為液體，熔點很低；而鐵常溫下為固體，熔點很高?？键c3分子晶體分子晶體1．概念：只含分子的晶體。2．粒子間的作用分子晶體中相鄰的分子間以分子間作用力相互吸引。3．常見分子晶體及物質(zhì)類別物質(zhì)種類實例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)有機物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等【注】稀有氣體為的分子為單原子分子，因此，有稀有氣體單質(zhì)形成的晶體也是分子晶體。4．物理特性(1)分子晶體的熔、沸點較低，密度較小，硬度較小，較易熔化和揮發(fā)，部分分子晶體易升華，（如干冰、碘、紅磷等）。(2)一般是絕緣體。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由移動的離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電。有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電，如HI、乙酸等。(3)溶解性符合“相似相溶規(guī)律”?！咀ⅰ糠肿泳w熔、沸點高低的比較規(guī)律①分子晶體中分子間作用力越大，物質(zhì)熔、沸點越高，反之越低。②具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常高。5.分子晶體的常見堆積方式分子間作用力堆積方式實例范德華力分子采用密堆積，每個分子周圍有12個緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、氫鍵分子不采用密堆積，每個分子周圍緊鄰的分子少于12個如HF、NH3、冰6.常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析(1)冰①水分子之間的主要作用力是氫鍵，當然也存在范德華力。②氫鍵有方向性，它的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子互相吸引。(2)干冰①干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。②每個晶胞中有4個CO2分子，12個原子。每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個。【注】冰晶體中，每個水分子與其他4個水分子形成氫鍵，每個水分子平均形成2個氫鍵（每個氫鍵由2個水分子均攤，故4×=2）考點4離子晶體離子晶體1．離子鍵(1)構(gòu)成粒子：正離子和負離子。(2)作用力：離子鍵。(3)特征：沒有飽和性和方向性。(4)形成條件：一般應(yīng)滿足兩種元素的電負性之差大于，即活潑的金屬元素和活潑的非金屬元素。(5)配位數(shù)：一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目。2.離子晶體(1)常見離子晶體 一般來說，含金屬或NH4+的晶體，但AlCl3為分子晶體?！咀ⅰ竣匐x子晶體中一定含有離子鍵，可能含有共價鍵和氫鍵等，如CuSO4·H2O。②離子晶體中，每個陰（陽）離子周圍排列的帶相反電荷的離子的數(shù)目是固定的，不是任意的。(2)離子晶體的性質(zhì)性質(zhì)原因熔、沸點離子晶體中有較強的離子鍵，熔化或汽化時需消耗較多的能量。所以離子晶體有較高的熔點、沸點和難揮發(fā)性。通常情況下，同種類型的離子晶體，離子半徑越小，離子鍵越強，熔、沸點越高硬度硬而脆。離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當晶體受到?jīng)_擊力作用時，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎導(dǎo)電性不導(dǎo)電，但熔融或溶于水后能導(dǎo)電。離子晶體中，離子鍵較強，陰、正離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此離子晶體不導(dǎo)電。當升高溫度時，陰、正離子獲得足夠的能量克服了離子間的相互作用力，成為自由移動的離子，在外加電場的作用下，離子定向移動而導(dǎo)電。離子晶體溶于水時，陰、正離子受到水分子的作用成了自由移動的離子(或水合離子)，在外加電場的作用下，陰、正離子定向移動而導(dǎo)電溶解性大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、苯、CCl4)中。當把離子晶體放入水中時，水分子對離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引，使離子晶體中的離子克服離子間的相互作用力而離開晶體，變成在水中自由移動的離子延展性離子晶體中陰、正離子交替出現(xiàn)，層與層之間如果滑動，同性離子相鄰而使斥力增大導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以離子晶體無延展性【注】①離子晶體的熔、沸點和硬度與離子鍵的強弱有關(guān)，離子鍵越強，離子晶體的熔沸點越高，硬度越大。②離子鍵的強弱與離子半徑和離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，離子半徑越小，離子所帶的電荷數(shù)越多，離子鍵越強。【拓展】常見的離子晶體晶體類型NaClCsCl晶胞正離子的配位數(shù)68負離子的配位數(shù)68晶胞中所含離子數(shù)Cl－4Na＋4Cs＋1Cl－1過度晶體和混合型晶體1．過渡晶體(1)四類典型的晶體是指分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體。(2)過渡晶體：介于典型晶體之間的晶體。①幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分數(shù)氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2離子鍵的百分數(shù)/%62504133從上表可知，表中4種氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。②偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，因而通常當作離子晶體來處理，如Na2O等。同樣，偏向共價晶體的過渡晶體則當作共價晶體來處理，如Al2O3、SiO2等?！咀ⅰ克念惖湫途w都有過渡晶體存在。2．混合型晶體(1)晶體模型石墨結(jié)構(gòu)中未參與雜化的p軌道(2)結(jié)構(gòu)特點——層狀結(jié)構(gòu)①同層內(nèi)碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(σ鍵)結(jié)合，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。②石墨是層狀結(jié)構(gòu)的，層與層之間不存在化學(xué)鍵，是靠范德華力維系。③石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。(3)晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。(4)性質(zhì)：熔點很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等?！就卣埂竣儆捎谔荚拥膒軌道相互平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動，所以石墨具有良好的導(dǎo)電性。②石墨晶體中碳原子數(shù)與共價鍵數(shù)的關(guān)系：每個六元環(huán)中含有C—C鍵數(shù)為=3每個六元環(huán)中含有C原子數(shù)為=2(5)混合型晶體的概念向石墨這樣的晶體，既有共價鍵，又有范德華力，同時存在類似金屬鍵的作用力，兼具有共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體叫混合型晶體?？键c5共價晶體共價晶體1.定義：所有原子都以共價鍵相互結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體叫共價晶體。2.構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 共價晶體eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(構(gòu)成粒子：原子,粒子間作用力：共價鍵)) 【注】①共價晶體中不存在單個分子，因此，共價晶體的化學(xué)式不代表其實際組成，只表示其組成的原子個數(shù)比。②共價晶體融化時被破壞的作用力是共價鍵。③共價晶體中只有共價鍵，但含有共價鍵的晶體不一定是共價晶體。如CO2、H2O等分子晶體中也含有共價鍵。3.常見的共價晶體物質(zhì)種類實例某些非金屬單質(zhì)晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等某些非金屬化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等4.共價晶體的物理性質(zhì) (1)熔點很高。共價晶體中，原子間以較強的共價鍵結(jié)合，融化時破壞共價鍵，需要很高的能量。(2)硬度很大。共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)決定了共價晶體的硬度，如金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)。(3)一般不導(dǎo)電，但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體。(4)難溶于一般的溶劑。【注】結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，其原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，鍵越穩(wěn)定，共價晶體的熔點越高，硬度越大。5.典型的共價晶體 (1)金剛石①碳原子采取sp3雜化，C—C—C夾角為109°28′。②每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③最小碳環(huán)由6個碳原子組成，且最小環(huán)上有4個碳原子在同一平面內(nèi)；每個碳原子被12個六元環(huán)共用。④晶體中每個碳原子都參與了4條C—C的形成，在每條鍵中的貢獻只有一半，故晶體中碳原子數(shù)目之比為1：2。(2)二氧化硅晶體①二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。石英晶體中的硅氧四面體石英的左、右型晶體相連構(gòu)成的螺旋鏈①Si原