第3章 不同聚集状态的物质与性质——【期末复习】高二化学单元复习知识点梳理（鲁科版2019选择性必修2）

这是一份第3章 不同聚集状态的物质与性质——【期末复习】高二化学单元复习知识点梳理（鲁科版2019选择性必修2），共10页。试卷主要包含了晶体的特性，晶体的分类，晶胞，确定晶体的化学式的方法等内容，欢迎下载使用。

第三章 不同聚集状态的物质与性质知识清单
考点1 认识晶体
一、晶体的特性
1．晶体与非晶体的概念

状态
内部微粒
排列方式
晶体
固态
原子、离子或分子
内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列
非晶体
内部微粒无周期性重复排列的固体物质
2．晶体的特性
特性
具体表现
举例或应用
自范性
在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形
水晶，晶体完好时呈六棱柱状
对称性
由于晶体内部的微粒在空间按照一定规律做周期性重复排列，使晶体在生长过程中形成规则的多面体几何外形，从而具有特定的对称性
规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有对称轴也有对称面
各向异性
在不同的方向上表现出不同的物理性质（如导电性、导热性、膨胀系数、折光率等）
石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍
固定的熔沸点
加热晶体温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高
氯化钠、冰等都具有固定的熔、沸点
3．晶体结构的测定方法：X射线衍射。
4．晶体与非晶体的比较
项目
晶体
非晶体
外观
有规则的几何外形
无规则的几何外形
微观结构
微粒在三维空间周期性有序排列
微粒排列相对无序
自范性
有
没有
各向异性
有
没有
熔点
固定
不固定
能否发生
X射线衍射
能
不能
本质区别
微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序性排列
实验鉴别
间接方法：看是否有固定的熔点
科学方法：对固体进行X射线衍射实验
性能用途
①把机械能变成电能；
②制作红外夜视仪；
③做电子元件
①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高；
②非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大，可以有效吸收阳光
【特别提醒】晶体和非晶体的几个注意点：
（1）晶体都有规则的几何外形，但具有规则几何外形的物质不一定是晶体。
（2）晶体和非晶体的本质区别在于内部微粒是否有序排列。
（3）依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定性，应从本质特征上进行把握。
（4）无固定熔、沸点的物质都不是晶体。
二、晶体的分类
1．依据：根据晶体内部微粒种类和微粒间的相互作用的不同。
2．类型：
晶体类型
构成微粒种类
微粒间的相互作用
实例
离子晶体
阴、阳离子
离子键
NaCl
金属晶体
金属原子
金属键
Cu
共价晶体
原子
共价键
金刚石
分子晶体
分子
分子间作用力
干冰
3．区别：构成微粒不同，微粒之间的相互作用不同
4．联系：均是由微粒构成，微粒均按照一定的规则排列
三、晶胞
1．定义：晶体中的微粒呈现可重复的周期性排列，晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。
2．形状：晶胞的形状为平行六面体。
3．金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞
金属
金属铜及其晶胞
金属镁及其晶胞
图示


结构
特点
8个顶点各有1个粒子，6个面的面心各有1个粒子
8个顶点各有1个粒子，晶胞内部有1个粒子
4．晶体与晶胞的关系
（1）晶胞选取的“两个”原则：一是保证对称性；二是尽量简洁。
（2）将一个个晶胞及其中包含的微粒的上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体。
（3）根据晶胞了解晶体结构
①晶胞的大小；
②晶胞的形状；
③晶胞中包含微粒的种类、数目和空间位置。
四、晶胞中微粒数的求法——“切割法”
1．理论依据（以铜的晶胞为例）：铜晶胞中14个微粒被上、下、前、后、左、右并置着的其他晶胞共有，顶点和面心上的微粒并不为一个晶胞所独占。
2．求算方法：某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的属于该晶胞。
3．平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算

4．非平行六面体形结构单元
晶胞
正六棱柱
正三棱柱
示意图


顶点上微粒


侧棱上微粒


上下棱微粒


面点上微粒


内部的微粒
1
1
5．切割法在计算其他结构中微粒数的应用
在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的。则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如图所示。

6．气态团簇分子不能用切割法
如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，则分子式可表示为M14N13或N13M14。

五、确定晶体的化学式的方法
1．计算依据：每个晶胞中平均拥有的各类微粒的最简个数比即为晶体的化学式。
2．确定方法
观察微粒种类→确定微粒在晶胞中的位置→用切割法求各微粒的数目→求各微粒的最简个数比→确定化学式。
3．立方晶胞中各物理量的关系：m＝ρV＝a3×ρ＝
（1）m：表示一个晶胞质量（g）；
（2）ρ：表示晶胞密度（g·cm－3）；
（3）V：表示一个晶胞体积（cm3）；
（4）a：表示晶胞参数（cm）；
（5）N：表示一个晶胞实际含有的微粒数；
（6）NA：表示阿伏加德罗常数；
（7）M：表示微粒的摩尔质量。
考点2 金属晶体
一、金属晶体
1．概念：金属原子通过金属键形成的晶体。
（1）成键粒子：金属阳离子和自由电子
（2）存在：金属单质或合金
（3）特征：无方向性和无饱和性。
（4）金属键的强弱比较
①原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；
②原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
2．物理通性
（1）通性：有金属光泽，有良好的延性、展性和可塑性。
（2）原因：金属键在整个晶体的范围内起作用。在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中“自由电子”能够维系整个金属键的存在，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
3．金属晶体熔点的影响因素
（1）因素：同类型的金属晶体的金属阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键越强，熔点就越高。
（2）实例：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al
4．金属硬度的影响因素
（1）因素：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，硬度越大。
（2）实例：Be＞Mg＞Ca，Al＞Mg＞Na
二、金属晶体的结构及堆积方式
1．结构：金属晶体可看作等径圆球的堆积
2．堆积方式：如图为球堆积层的两种模式

3．常见金属晶体的四种结构
结构示
意图




晶胞




配位数
6
8
12
12
原子相切关系
邻边上的两个原子相切
体对角线上的三个原子相切
面对角线上的三个原子相切
底边上的两个原子相切
晶胞棱长a与原子半径r的关系
a＝2r
a＝4r
a＝4r
a＝2r，晶胞高h＝a
空间利用率
52%
68%
74%
74%
（1）空间利用率＝×100%
（2）原子的体积：V＝πr3（r为原子半径）
（3）晶胞体积
①根据晶胞参数计算
②根据密度计算：V＝
考点3 离子晶体
一、离子晶体
1．离子晶体

2．晶格能
（1）定义：将1mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
（2）意义：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定
（3）影响因素
①离子间距：离子间距增大，晶格能减小，晶体的熔点也随之降低
②离子所带电荷数：离子所带的电荷数越多，晶格能越大
③离子晶体的结构类型
3．离子晶体的特性
（1）熔点：较高，且晶格能越大，熔点越高
（2）溶解性：一般易溶于水，难溶于非极性溶剂
（3）导电性：固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电
4．离子晶体的判断
（1）利用物质的分类
①金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱
②活泼金属的氧化物和过氧化物（如Na2O和Na2O2）
③活泼金属的氢化物（如NaH）
④活泼金属的硫化物
（2）利用元素的性质和种类
①成键元素的电负性差值大于1.7的物质
②活泼金属元素（ⅠA、ⅡA族）与活泼非金属元素（ⅥA、ⅦA）组成的化合物。
（3）利用物质的性质
①一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆的晶体
②固体不导电，但熔融或溶于水时能导电的晶体
③大多数易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂的晶体
二、常见离子晶体模型
1．NaCl型（Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF，MgO等）

（1）Na+、Cl－的配位数均为6
（2）每个Na+（Cl－）周围紧邻（距离最近且相等）的Cl－（Na+）构成正八面体
（3）每个Na+（Cl－）周围紧邻的Na+（Cl－）有12个
（4）每个晶胞中含4个Na+、4个Cl－
2．CsCl型（CsBr、CsI、NH4Cl等）

（1）Cs+、Cl－的配位数均为8
（2）每个Cs+（Cl－）周围紧邻的Cl－（Cs+）构成正六面体
（3）每个Cs+（Cl－）周围紧邻的Cs+（Cl－）有6个
（4）每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl－
3．ZnS型（BeO、BeS等）

（1）Zn2+、S2－的配位数均为4
（2）每个Zn2+（S2－）周围紧邻的S2－（Zn2+）构成正四面体
（3）每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2+
（4）Zn2+与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的
4．CaF2型（BaF2、PbF2、CeO2等）

（1）Ca2+的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷（绝对值）之比
（2）每个F－周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体，每个Ca2+周围紧邻的8个F－构成立方体
（3）每个晶胞中有4个Ca2+、8个F－
（4）Ca2+与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的
考点4 共价晶体
一、共价晶体的概念及结构特点
1．概念：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体
（1）构成微粒：原子
（2）微粒间作用力：共价键
（3）常见共价晶体
①单质：晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
②化合物：碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）、二氧化硅（SiO2）等
2．结构特征
（1）由于所有原子间均以共价键相结合成网状结构，所以晶体中不存在单个分子，共价晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。
（2）在共价晶体中只存在共价键（极性键或非极性键），没有分子间作用力和其他相互作用。
（3）由于共价键具有饱和性与方向性，所以每个中心原子周围排列的原子数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。
（4）原子的堆积不遵循紧密堆积原则。
二、典型共价晶体的结构分析
1．金刚石晶体
（1）晶体结构示意图

（2）结构分析：在晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键相结合，C－C键间的夹角为109°28′。因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的，所以这种比较松散的排列与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积排列有很大的不同。
2．SiC晶体
（1）晶体结构示意图

（2）结构分析：SiC晶体的结构类似于金刚石晶体的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，所以在整个晶体中硅原子与碳原子个数比为1∶1。
3．SiO2晶体
（1）晶体结构示意图

（2）结构分析：二氧化硅晶体是由Si和O构成的空间立体网状结构，一个硅原子与四个氧原子形成四个共价键，每个氧原子与两个硅原子形成两个共价键，从而形成以硅氧四面体为骨架的结构，且只存在Si－O键。二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为1∶2，不存在单个分子，可以把整个晶体看成巨型分子。
4．常见的共价晶体晶胞
项目
金刚石（晶体硅）
碳化硅
二氧化硅
晶胞



中心原子
杂化类型
sp3
sp3
sp3
键角
109°28′
109°28′
109°28′
晶胞中
微粒数目
8个C（Si）
C：4个
Si：4个
Si：8个
O：16个
1mol物质中
化学键数目
2mol C－C
（Si－Si）
2mol C－Si
4mol Si－O
考点5 分子晶体
一、分子晶体
1．概念
（1）定义：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。
（2）常见的分子晶体
①所有非金属氢化物：H2O、NH3、CH4、H2S等。
②多数非金属单质：卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、红磷、硫、稀有气体等。
③多数非金属氧化物：CO2、SO2、SO3等。
④几乎所有的酸：H2SO4、CH3COOH、H3PO4等。
⑤绝大多数有机物：乙醇、蔗糖等。
2．性质
（1）分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。
（2）对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。
（3）分子晶体在固态、熔融时均不导电。
（4）不同的分子晶体在溶解度上存在较大差别，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有较大差别。
二、典型分子晶体的结构
1．结构特点
（1）影响因素
①分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式。
②分子的形状、分子的极性以及分子之间是否存在氢键等，都会影响分子的堆积方式。
（2）结构特点
①若分子间不存在氢键，则分子晶体的微粒排列时尽可能采用紧密堆积方式；
②若分子间存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，则晶体不能采用紧密堆积方式。
2．几种常见的分子晶体
（1）碘晶体

碘晶体的结构模型（晶胞）
①长方体晶胞，碘分子除了占据长方体的每个顶点外，在每个面上还有一个碘分子。
②晶胞中碘分子的个数：8×+6×＝4
（2）干冰

①晶胞类型：面心立方晶胞，配位数为12
②晶胞中二氧化碳分子的个数：8×+6×＝4
（3）冰晶体

①主要作用力：水分子依靠氢键而形成的。
②水分子周围水分子数：4，形成氢键数：4，属于该水分子的氢键数：4×＝2
③结构：蜂巢结构，比较松散。因此水由液态变成固态时，密度变小。
三、晶体结构的复杂性
1．石墨晶体
（1）晶体模型

（2）结构特点
①晶体结构：石墨晶体是层状结构，层和层间的作用力是范德华力
②层内结构：无限的平面六边形网状结构，层内的作用力是共价键
③特殊作用力：每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道形成遍及整个平面的大π键。
④C原子杂化：采取sp2杂化，C－C键之间的夹角为120°。
⑤含共价键数：1mol石墨中含2×＝mol C－C键
（3）晶体类型：有分子晶体、共价晶体和金属晶体多重性质的混合型晶体
（4）物理性质：熔点高、质软、易导电
（5）用途：制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等
2．Na2SiO3晶体
（1）阴离子结构
①不存在单个的简单SiO32－
②基本结构：Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。
③链状结构：硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐｛SiO32－｝∞单元

（2）晶体类型：链状硅酸盐｛SiO32－｝∞单元与Na+以离子键结合而成的离子晶体
3．过渡晶体
（1）键型过渡：原子间的化学键介于典型模型（金属键、离子键、共价键、配位键）之间的过渡状态。
（2）过渡晶体：晶体居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态晶体。
考点6 液晶、纳米材料与超分子
一、液晶
1．定义：在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性聚集状态的物质
2．结构：内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质
3．特征
（1）折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性
（2）液晶显示的驱动电压低、功率小
4．用途：制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等液晶显示器。
二、纳米材料
1．结构：由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成
（1）纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序
（2）界面为无序结构
2．性质：具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质
3．应用：由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料
4．实例：
（1）家族：富勒烯（C60等球碳）、石墨烯（单层石墨片）和碳纳米管。
（2）碳纳米管
①结构：管状结构，由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”。
②特性：纤维长、强度高、韧性高。
③性能：具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
（3）纳米机器
①纳米尺度微型机器，可消灭传染性微生物，杀死癌细胞，清除血小板，修复受损细胞，吞噬有害物质
②制造原子大小的超级计算机
三、超分子
1．概念：两个或多个分子“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体。
2．结构
（1）内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用
（2）一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
3．分子梭的变化

（1）在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。
（2）变化原理
①在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；
②在酸性情况下，由于位点2的亚氨基结合H+而带正电荷，与环状分子B的作用增强。
（3）变化过程：通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
4．冠醚及其作用
（1）作用：随环的大小不同而与不同金属离子络合，将阳离子带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂
（2）图示

5．超分子的应用
（1）应用：进行分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。
（2）实例：“杯酚”能与C60形成超分子，从而识别C60和C70的原理