2023屆新高考化學(xué)選考一輪總復(fù)習(xí)學(xué)案-第18講　晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第18講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)內(nèi)容要求1.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性,認(rèn)識(shí)簡單的晶胞。2.借助分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體、金屬晶體等模型認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。知識(shí)點(diǎn)1物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶胞一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)1.物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化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)以及介乎兩者之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二、晶體與非晶體1.特征和區(qū)別方法晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔點(diǎn)固定不固定異同表現(xiàn)各向異性無各向異性兩者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點(diǎn)科學(xué)方法對固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)2.得到晶體的途徑(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固。(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。三、晶胞1.概念:描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2.晶體中晶胞的排列——“無隙并置”(1)“無隙”:相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”:所有晶胞平行排列的,取向相同。1.H2O(s)變?yōu)镠2O(g)需要吸收熱量,該過程為吸熱反應(yīng)。()2.區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是測定其有無固定熔、沸點(diǎn)。()3.固體SiO2一定是晶體。()4.晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律周期性的排列。()5.凡有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。()6.晶胞中的任何一個(gè)粒子都只屬于該晶胞。()7.缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會(huì)慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。()答案:1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.√1.下列關(guān)于晶體的說法正確的是(B)A.將飽和硫酸銅溶液降溫,析出的固體不是晶體B.假寶石往往是玻璃仿造的,可以用劃痕的方法鑒別寶石和玻璃制品C.石蠟和玻璃都是非晶體,但它們都有固定的熔點(diǎn)D.藍(lán)寶石在不同方向上的硬度一定相同解析:選項(xiàng)A,將飽和CuSO4溶液降溫可析出膽礬,膽礬屬于晶體;選項(xiàng)B,寶石的硬度較大,玻璃制品的硬度較小,可以根據(jù)有無劃痕來鑒別;選項(xiàng)C,非晶體沒有固定熔點(diǎn);選項(xiàng)D,晶體的各向異性導(dǎo)致藍(lán)寶石在不同方向上的硬度有些差異。2.如圖是某固體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。判斷下列說法正確的是(B)A.兩種物質(zhì)在一定條件下都會(huì)自動(dòng)形成有規(guī)則幾何外形的晶體B.Ⅰ形成的固體物理性質(zhì)有各向異性C.Ⅱ形成的固體一定有固定的熔、沸點(diǎn)D.兩者的X射線衍射圖譜是相同的解析:Ⅰ會(huì)自動(dòng)形成有規(guī)則幾何外形的晶體,具有各向異性,X射線衍射圖譜有明顯的譜線。Ⅱ?yàn)榉蔷w。3.(1)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,則每個(gè)晶胞中含有B原子的個(gè)數(shù)為,該功能陶瓷的化學(xué)式為。

(2)某晶體結(jié)構(gòu)模型如圖所示。該晶體的化學(xué)式是,在晶體中1個(gè)Ti原子、1個(gè)Co原子周圍距離最近的O原子數(shù)目分別為個(gè)、個(gè)。

(3)MgH2是金屬氫化物儲(chǔ)氫材料,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知該晶體的密度為ag·cm-3,則該晶胞的體積為cm3[用a、NA表示(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)]。

解析:(1)每個(gè)氮化硼晶胞中含有白球表示的原子(B)個(gè)數(shù)為8×18+1=2,灰球表示的原子(N)個(gè)數(shù)為1+4×1(2)晶胞中含有O原子個(gè)數(shù)為6×12=3,含Co原子個(gè)數(shù)為8×18=1,含Ti原子個(gè)數(shù)為1,故化學(xué)式為CoTiO3(3)每個(gè)晶胞中含有Mg的數(shù)目為8×18+1=2,含有H的數(shù)目為4×12+2=4,所以晶胞的體積為2×26g·答案:(1)2BN(2)CoTiO3612(3)52晶胞組成的計(jì)算——均攤法(1)原則:晶胞任意位置上的一個(gè)原子如果是被n個(gè)晶胞所共有,那么,每個(gè)晶胞對這個(gè)原子分得的份額就是1n(2)方法①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算,如圖:②非長方體:視具體情況而定,不同形狀的晶胞,應(yīng)先分析任意位置上的一個(gè)粒子被幾個(gè)晶胞所共有,如三棱柱:示例CaF2的晶胞如圖所示。該晶胞含Ca2+4個(gè),F-8個(gè)。知識(shí)點(diǎn)2常見晶體的組成與性質(zhì)一、常見晶體的微觀結(jié)構(gòu)1.共價(jià)晶體——金剛石與SiO2晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解金剛石(1)每個(gè)碳與相鄰4個(gè)碳以共價(jià)鍵結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)鍵角均為109°28′(3)最小碳環(huán)由6個(gè)C組成且六個(gè)原子不在同一平面內(nèi)(4)每個(gè)C參與4條C—C的形成,C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2SiO2(1)每個(gè)Si與4個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)每個(gè)正四面體占有1個(gè)Si,4個(gè)“12O”,n(Si)∶n(O)=(3)最小環(huán)上有12個(gè)原子,即6個(gè)O,6個(gè)Si2.分子晶體——干冰和冰晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解干冰(1)8個(gè)CO2分子構(gòu)成立方體且在6個(gè)面心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子(2)每個(gè)CO2分子周圍等距緊鄰的CO2分子有12個(gè)冰冰的結(jié)構(gòu)模型中,每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子以氫鍵相連接,含1molH2O的冰中,最多可形成2mol氫鍵。晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似,含有8個(gè)H2O3.金屬晶體(1)金屬晶體通過金屬陽離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用形成的晶體,叫作金屬晶體。(2)用電子氣理論解釋金屬的性質(zhì)(3)金屬晶體包含金屬單質(zhì)和合金,常見的合金有碳鋼、錳鋼、不銹鋼等鐵合金,黃銅、青銅、白銅等銅合金。4.離子晶體晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解NaCl型(1)每個(gè)Na+(Cl-)周圍等距且緊鄰的Cl-(Na+)有6個(gè)。每個(gè)Na+周圍等距且緊鄰的Na+有12個(gè)(2)每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na+和4個(gè)Cl-CsCl型(1)每個(gè)Cs+周圍等距且緊鄰的Cl-有8個(gè),每個(gè)Cs+(Cl-)周圍等距且緊鄰的Cs+(Cl-)有6個(gè)(2)如圖為8個(gè)晶胞,每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs+、1個(gè)Cl-CaF2型(1)F-的配位數(shù)為4,Ca2+的配位數(shù)為8,晶胞中含4個(gè)Ca2+,含8個(gè)F-(2)晶胞中F-在體對角線的145.石墨晶體——混合型晶體(1)石墨層狀晶體中,層與層之間的作用是范德華力。(2)平均每個(gè)正六邊形擁有的碳原子個(gè)數(shù)是2,C原子采取的雜化方式是sp2。(3)在每層內(nèi)存在σ鍵和π鍵。(4)C—C的鍵長比金剛石的C—C鍵長短,熔點(diǎn)比金剛石的高。(5)能導(dǎo)電,晶體中每個(gè)C形成3個(gè)共價(jià)鍵,C的另一價(jià)電子在電場作用下可移動(dòng),形成電流。6.過渡晶體(1)過渡晶體的存在:四類典型晶體為分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體和離子晶體,事實(shí)上純粹的典型晶體并不多,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。(2)第三周期主族元素的氧化物對應(yīng)晶體的過渡情況,示例:氧化物Na2OMgOAl2O3、SiO2P2O5、SO3、Cl2O7化學(xué)鍵百分?jǐn)?shù)變化從左往右,離子鍵百分?jǐn)?shù)依次減小,共價(jià)鍵百分?jǐn)?shù)依次增大說明:一般把離子鍵為主的過渡晶體歸為離子晶體,如Na2O,偏向共價(jià)鍵為主的過渡晶體歸為共價(jià)晶體,如Al2O3、SiO2等,隨著共價(jià)鍵成分的加強(qiáng),晶體可能過渡到分子晶體,如SO3等。二、晶體的比較和辨別1.四種典型晶體的比較類型比較分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成粒子分子原子金屬陽離子和自由電子陰、陽離子粒子間的相互作用力范德華力、氫鍵共價(jià)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(diǎn)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(dǎo)電、傳熱性一般不導(dǎo)電,溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性電和熱的良導(dǎo)體晶體不導(dǎo)電,水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電2.四種典型晶體類型的辨別(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷。(2)依據(jù)物質(zhì)的類別判斷①金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼除外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(SiO2除外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(有機(jī)鹽除外)是分子晶體。③常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等;常見的共價(jià)晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金屬單質(zhì)(常溫汞除外)與合金是金屬晶體。(3)依據(jù)晶體的特征判斷①一般來說,低熔、沸點(diǎn)的化合物屬于分子晶體;熔、沸點(diǎn)較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電,硬度較大、硬而脆的化合物為離子晶體。②熔、沸點(diǎn)很高,不導(dǎo)電,不溶于一般溶劑,硬度大的物質(zhì)為共價(jià)晶體。③能導(dǎo)電、傳熱,具有延展性的晶體為金屬晶體。1.離子晶體一定含有金屬元素。()2.在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。()3.熔融時(shí)能導(dǎo)電的化合物一定是離子晶體。()4.由非金屬元素組成的晶體一定是分子晶體。()5.共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高。()6.金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的熔點(diǎn)依次降低。()7.SiO2晶體中每個(gè)硅原子與兩個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合。()答案:1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.×題點(diǎn)一常見晶體的微觀結(jié)構(gòu)1.下列有關(guān)晶體的敘述中,不正確的是(B)A.金剛石網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中,最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子B.石墨晶體中,每個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)鍵C.氯化銫晶體中,每個(gè)Cs+周圍緊鄰8個(gè)Cl-D.干冰晶體中,每個(gè)CO2分子周圍緊鄰12個(gè)CO2分子解析:石墨晶體中每個(gè)C形成3個(gè)共價(jià)鍵,C的另一價(jià)電子在電場作用下可移動(dòng)。2.如圖是石墨、足球烯(C60)、金剛石三種晶體的結(jié)構(gòu)圖,下列說法正確的是(C)A.這三種物質(zhì)是碳的同分異構(gòu)體,燃燒產(chǎn)物相同B.這三種物質(zhì)熔化時(shí),克服的粒子間作用力都是化學(xué)鍵C.等物質(zhì)的量的石墨、金剛石所含的C—C數(shù)目之比為3∶4D.石墨晶體C—C的鍵長短于金剛石的C—C,則金剛石比石墨穩(wěn)定解析:A.石墨、足球烯(C60)、金剛石均是碳元素形成的單質(zhì),因此這三種物質(zhì)是碳的同素異形體,錯(cuò)誤;B.石墨是混合晶體,足球烯是分子晶體,兩者熔化時(shí)還要破壞分子間作用力,不都是化學(xué)鍵,錯(cuò)誤;C.1mol石墨所含的C—C數(shù)目為32NA,1mol金剛石所含的C—C數(shù)目為2NA題點(diǎn)二四種典型晶體的比較和辨別3.下列物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)高低順序中,正確的是(B)A.金剛石>晶體硅>碳化硅B.>C.MgO>H2O>O2>Br2D.金剛石>生鐵>純鐵>鈉解析:A項(xiàng),同屬于共價(jià)晶體,熔、沸點(diǎn)高低主要看共價(jià)鍵的強(qiáng)弱,鍵能大小為晶體硅<碳化硅<金剛石,錯(cuò)誤;B項(xiàng),形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)要高于形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn),正確;C項(xiàng),對于不同類型晶體,其熔、沸點(diǎn)高低一般為共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體,常溫下Br2為液體,O2為氣體,故MgO>H2O>Br2>O2,錯(cuò)誤;D項(xiàng),生鐵為鐵合金,熔點(diǎn)要低于純鐵,錯(cuò)誤。4.現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)數(shù)據(jù):A組B組C組D組金剛石:3550℃Li:181℃HF:-83℃NaCl:801℃硅晶體:1410℃Na:98℃HCl:-115℃KCl:776℃硼晶體:2300℃K:64℃HBr:-89℃RbCl:718℃二氧化硅:1723℃Rb:39℃HI:-51℃CsCl:645℃據(jù)此回答下列問題。(1)A組屬于晶體,其熔化時(shí)克服的微粒間的作用力是。

(2)B組晶體共同的物理性質(zhì)是(填序號(hào))。

①有金屬光澤②導(dǎo)電性③導(dǎo)熱性④延展性(3)C組中HF熔點(diǎn)反常是由于

。

(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是(填序號(hào))。

①硬度?、谒芤耗軐?dǎo)電③固體能導(dǎo)電④熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析:(1)A組熔點(diǎn)最高,屬于共價(jià)晶體,共價(jià)晶體的構(gòu)成微粒為原子,微粒間作用力為共價(jià)鍵,因此熔化時(shí)克服的微粒間的作用力是共價(jià)鍵。(2)B組物質(zhì)為金屬,具有金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。(3)由于HF分子間能形成氫鍵,其熔化時(shí)需要消耗的能量更多,導(dǎo)致HF的熔點(diǎn)比其他氫化物的熔點(diǎn)高。(4)D組物質(zhì)為離子晶體,有硬度大、水溶液能導(dǎo)電、固體不能導(dǎo)電而熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的性質(zhì)。答案:(1)共價(jià)共價(jià)鍵(2)①②③④(3)HF分子間能形成氫鍵,其熔化時(shí)需要消耗的能量更多(4)②④比較晶體熔、沸點(diǎn)高低的解題思維流程注意:不同類型晶體的熔、沸點(diǎn)高低的一般規(guī)律為共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體,但不是絕對的,如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅。當(dāng)堂檢測1.在高壓下可將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的共價(jià)晶體,下列關(guān)于CO2的共價(jià)晶體說法,正確的是(D)A.CO2的共價(jià)晶體和分子晶體互為同分異構(gòu)體B.在一定條件下,CO2共價(jià)晶體轉(zhuǎn)化為CO2分子晶體是物理變化C.CO2的共價(jià)晶體和CO2分子晶體具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)D.在CO2的共價(jià)晶體中,每一個(gè)C原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子,每一個(gè)O原子跟兩個(gè)C原子相結(jié)合解析:A.二氧化碳共價(jià)晶體中不含分子,錯(cuò)誤;B.CO2共價(jià)晶體轉(zhuǎn)化為CO2分子晶體,結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變,且兩者的性質(zhì)也有較大差異,故兩者是不同的物質(zhì),所以兩者的轉(zhuǎn)變是化學(xué)變化,錯(cuò)誤;C.CO2共價(jià)晶體與CO2分子晶體,結(jié)構(gòu)不同,兩者是不同的物質(zhì),物理性質(zhì)不同,如CO2共價(jià)晶體硬度很大,CO2分子晶體硬度不大,其化學(xué)性質(zhì)也不同,錯(cuò)誤;D.CO2共價(jià)晶體與SiO2結(jié)構(gòu)類似,每個(gè)碳原子與4個(gè)氧原子通過1對共用電子對連接,每個(gè)氧原子與兩個(gè)碳原子通過1對共用電子對連接,正確。2.二硫醇烯與鋅的配合物(M)是一種具有光、電、磁等特殊功能的新型材料,合成途徑如下:上述7種物質(zhì)的晶體類型中不含有(C)A.離子晶體 B.分子晶體C.共價(jià)晶體 D.金屬晶體解析:Na2CS3是離子晶體,CS2是分子晶體,Na為金屬晶體,不含共價(jià)晶體,選C。3.氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相,與石墨相似,具有層狀結(jié)構(gòu),可作高溫潤滑劑,但不能導(dǎo)電。立方相氮化硼是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。關(guān)于這兩種晶體的說法,