第20讲晶体结构与性质（讲义）-备战2024年高考化学一轮复习精品课件+讲义+练习（新教材新高考）

展开

这是一份第20讲晶体结构与性质（讲义）-备战2024年高考化学一轮复习精品课件+讲义+练习（新教材新高考），文件包含第20讲晶体结构与性质讲义原卷版docx、第20讲晶体结构与性质讲义解析版docx等2份课件配套教学资源，其中PPT共0页，欢迎下载使用。

第20讲晶体结构与性质目录考情分析网络构建考点一晶体与晶胞【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 物质的聚集状态知识点2 晶体与非晶体知识点3 晶胞组成的计算——均摊法【提升·必考题型归纳】考向1 考查晶体与非晶体考向2 考查有关晶胞的计算考向3 考查晶胞中粒子配位数的计算考点二常见晶体的结构与性质【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 分子晶体知识点2 共价晶体知识点3 金属晶体知识点4 离子晶体知识点5 石墨的结构特点知识点6 四种晶体的性质与判断【提升·必考题型归纳】考向1 考查常见晶体的比较与晶体类型判断考向2 考查晶体熔沸点高低的比较考点三晶体中原子坐标【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体几何模型知识点2 典型晶胞结构模型的原子坐标参数与俯视图【提升·必考题型归纳】考向考查原子坐标的确定真题感悟考点一晶体与晶胞知识点1 物质的聚集状态1.物质三态的相互转化2.物质的聚集状态（1）气态：①普通气体②等离子体：A.定义：等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。B.产生途径：高温、紫外线、x射线、y射线、高能电磁波的照射及大自然的天体现象等都能使气体变成等离子体C.存在：存在于日光灯和霓虹灯的灯管里、蜡烛火焰里、极光和雷电里等D.性质：具有良好的导电性和流动性E.运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器，利用等离子体可以进行化学合成、核聚变等。（2）液态：①普通液体②离子液体：离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。（3）介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态①塑晶：A.定义：在一定温度条件下，能保持固态晶体典型特征但具有一定塑性（即物体发生永久形变的性质）的一种物质聚集状态。②液晶：A.定义：在由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体状态。B.分类：分为热致液晶（只存在于某一温度范围内的液晶相）和溶致液晶（某些化合物溶解于水或有机溶剂后而呈现的液晶相）。C.性质:具有液体的某些性质（如流动性、黏度、形变性等）和晶体的某些性质（如导热性、各向异性等）。D.用途：手机、电脑和电视的液晶显示器，合成高强度液晶纤维已广泛用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。（4）固态：①晶体：内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间按一定规律呈周期性重复排列构成的固体物质，绝大多数常见的固体都是晶体。如：高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等。②非晶体：内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。如：玻璃、松香、硅藻土、橡胶、沥青等。【名师提醒】（1)构成物质三态的粒子不一定都是分子，还可以是原子或离子等，如水的三态都是由分子构成的，离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。(2)物质的聚集状态除了气态、液态和固态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。知识点2 晶体与非晶体1.晶体与非晶体的比较2.得到晶体的途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。注：升华与凝华：固态物质受热不经过液态直接到气态的过程叫做升华；气态物质冷却不经过液态直接到固态的过程叫做凝华。升华和凝华都属于物理变化。③溶质从溶液中析出。3.晶胞①概念：描述晶体结构的基本单元。②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。知识点3 晶胞组成的计算——均摊法1.原则晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是eq \f(1,n)。2.方法①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定3.晶胞中粒子配位数的计算一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数(1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。(2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。【特别提醒】(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)：每个面上有4个，共计12个。(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。4.晶胞计算公式(立方晶胞)（1）晶体密度：a3ρNA＝NM(a：棱长；ρ：密度；NA：阿伏加德罗常数的值；N：1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。（2）金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)①面对角线长＝eq \r(2)a。②体对角线长＝eq \r(3)a。③体心立方堆积4r＝eq \r(3)a(r为原子半径)。④面心立方堆积4r＝eq \r(2)a(r为原子半径)。（3）空间利用率＝eq \f(晶胞中微粒体积,晶胞体积)×100%。5.有关晶胞的计算方法（1）计算晶体密度的方法以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为：eq \f(M,NA)×n＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。(2)计算晶体中微粒间距离的方法考向1 考查晶体与非晶体例1．（2023·湖北·武汉二中校联考二模）纳米为无定形(非晶态)白色粉末，颗粒尺寸小、微孔多、比表面积大、对紫外线反射能力强等特点。下列关于纳米的说法正确的是A．对光有各向异性 B．熔点与晶体相同C．与晶体互为同分异构体 D．可用X-射线衍射实验区分纳米与晶体【解析】A．纳米为无定形，不是晶体，没有对光的各向异性，故A错误；B．纳米不是晶体，是共价晶体，因此熔点不相同，故B错误；C．具有相同分子式而结构不同的化合物互为同分异构体，只是化学式，晶体中没有分子，故C错误；D．纳米不是晶体，是共价晶体，可用X-射线衍射实验区分纳米与晶体，故D正确；故选D。【答案】D【变式训练1】（2023·新疆·统考三模）蜡染技艺是中国非物质文化遗产之一，其制作工序包括：棉布制板、画蜡(将蜂蜡熔化后画在布上形成覆盖层)、蓝靛染色、沸水脱蜡、漂洗等。下列说法错误的是 A．“制板”用的白棉布，主要成分为纤维素B．“画蜡”过程为物理变化C．“画蜡”用的蜂蜡，是一种纯净物，有固定熔点D．“染色”用的蓝靛（如图），属于芳香族化合物【解析】A．棉花是纤维素，所以白棉布主要成分为纤维素，A正确；B．“画蜡”过程中将蜂蜡熔化后画在布上形成覆盖层，没有新物质生成，为物理变化，B正确；C．“画蜡”用的蜂蜡，是一种混合物，不属于晶体，无固定熔点，C错误；D．根据题目信息可知蓝靛的结构中有苯环属于芳香族化合物，D正确；故选C。【答案】C【变式训练2】（2023·江苏南通·海门中学校考模拟预测）化学与科技、生产、生活密切相关，下列有关说法不正确的是A．氮化硅、碳化硅等新型陶瓷属于无机非金属材料B．不同冠醚有不同大小的空穴，可用于识别碱金属离子C．X射线衍射实验可用于鉴别晶体与非晶体D．利用合成的可降解塑料PC(聚碳酸酯)是纯净物【解析】A．氮化硅、碳化硅等新型陶瓷是高温结构材料，属于新型无机非金属材料，具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，A正确；B．冠醚是一类皇冠状的分子，不同冠醚有不同大小的空穴，可用于识别碱金属离子，B正确；C．根据X射线衍射图显示的信息，科学家能推知晶体内部的微观结构，故可用X射线衍射实验区分晶体与非晶体，C正确；D．利用合成的可降解塑料PC(聚碳酸酯)属于高分子化合物，属于混合物，D不正确；答案选D。【答案】D考向2 考查有关晶胞的计算例2．（2023·山西吕梁·统考二模）具有光催化活性的TiO2可通过氮掺杂生成TiO2-aNb后，在光照下的输出稳定性更好，其晶胞结构如图，已知原子1、原子2的分数坐标为(0，0，)和(1，0，0)，设阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法正确的是 A．氮掺杂生成的TiO2-aNb中，a=，b= B．原子3的分数坐标为(1，0，)C．TiO2晶体中，Ti的配位数为8D．TiO2的密度为g·cm-3【解析】A．由TiO2-aNb晶体结构可知，氮掺杂反应后有3个氧空穴，O原子6个在棱上、6个在后面，1个在体内，O原子个数为，N原子1个在棱上、1个在面，N原子个数为，Ti原子8个在顶点、4个在面心，1个在体内，Ti原子个数为，，，，A正确；B．原子1、2的坐标分别为，由TiO2的晶胞结构可知，原子3的坐标为，B错误；C．钛离子形成体心四方点阵，氧离子形成八面体，八面体嵌入体心四方点阵中，每个钛离子周围有6个氧离子，Ti的配位数为8，C错误；D． Ti原子在晶胞的8个顶点、4个面心和1个在体内，Ti原子的个数为，O原子在8个棱上、8个面上，2个在体内，O原子个数为，则1mol晶胞的质量，一个晶胞的质量为，体积为，则TiO2的密度为，D错误;故答案为：A。【答案】A【变式训练1】（2023春·湖北襄阳·高三襄阳五中校考阶段练习）、、可形成新型超导材料，晶胞如图所示(Fe原子均位于面上)。晶胞棱边夹角均为，X的分数坐标为，Y的分数坐标为，设为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A．Fe原子的配位数为3B．坐标为的原子是C．该晶体的密度为D．Se原子，与之间的距离为【解析】A．距离Fe原子最近且距离相等的Se原子有4个，故Fe的配位数为4，故A错误；B．由晶胞结构可知坐标为的原子是Z原子，即Fe原子，故B错误；C．Li原子个数为：8×+1＝2，Fe个数为8×＝2，Se原子个数为：8×+2＝4，晶胞的质量为：,晶胞体积为：a2b×10-21 cm3，密度，故C错误；D．Se原子X与Se原子Y，沿x轴方向的距离为，沿y轴方向的距离为，沿z轴方向的距离为，两点间的距离为，故D正确；故选：D。【答案】D【变式训练2】（2023·重庆·统考三模）氮化钛晶体的立方晶胞结构如图所示，该晶胞中N、N之间的最近距离为a pm，以晶胞边长为单位长度建立坐标系，原子A的坐标参数为(0，0，0)，下列说法错误的是 A．原子B的坐标参数为 B．晶胞边长是pmC．该物质的化学式为TiN D．Ti的配位数为6【解析】A．原子B在x、y、z轴上坐标分别为1、1、，则坐标参数为，A错误；B．晶胞中N、N之间的最近距离为面对角线的二分之一，为apm，则N与Ti的最近距离是pm，则晶胞边长为pm，B正确；C．该晶胞中，Ti(黑球)的个数为，N(白球)的个数为，则Ti和N的个数比为1∶1，该物质的化学式为TiN，C正确；D．如图所示，以体心钛为例，与Ti距离相等且最近的N有6个，则Ti的配位数为6，D正确；答案选A。【答案】A【思维建模】晶胞密度计算的基本过程考向3 考查晶胞中粒子配位数的计算例3．（2023·湖南郴州·校联考模拟预测）某卤化物可用于制作激光基质材料，其立方晶胞结构如图所示，已知：晶胞参数为，为阿伏加德罗常数的值。下列有关该晶体的说法正确的是 A．化学式为 B．K的配位数为6C．若K位于晶胞的体心，则F位于面心 D．密度为【解析】A．晶胞中，钾原子位于顶点，个数为，镁原子位于体心，个数为1，氟原子位于面心，个数为，则晶胞中K、Mg、F的原子个数比为1:1:3，化学式为，A项正确；B．与K等距且最近的F位于面心，共有12个，所以K的配位数为12，B项错误；C．晶体中若K位于晶胞的体心，则F位于棱心，Mg位于顶点，C项错误；D．该晶体的密度，D项错误；故选A。【答案】A【变式训练1】（2023·山东潍坊·统考三模）氧化锌(ZnO)的透明度高，具有优异的常温发光性能。氧化锌的两种晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 A．甲、乙两种晶体类型的晶胞内数目之比为2∶1B．甲中位于形成的四面体空隙中，空隙填充率为50%C．乙的晶胞沿z轴的二维投影图如图丙所示D．两种晶胞中的配位数均为4【解析】A．甲类型的晶胞中有4个Zn2+位于晶胞内，则甲晶胞有4个Zn2+；乙晶胞有4个Zn2+位于晶胞棱上，1个Zn2+位于晶胞内，则乙晶胞共个Zn2+，甲、乙两种晶体类型的晶胞内Zn2+数目之比为2 : 1，故A正确；B．甲晶胞中O2-形成8个空隙，Zn2+占据4个空隙，则空隙填充率为50%，故B正确；C．乙的晶胞沿z轴的二维投影图如图，故C错误；D．O2-的配位数即为晶胞中距离O2-最近的离子个数，观察甲乙两晶胞，可知距离O2-最近的离子个数均为4个Zn2+，则两种晶胞中O2-的配位数均为4，故D正确；故选C。【答案】C【变式训练2】（2023·辽宁·高三统考专题练习）据文献报道：CeO2的氧缺陷可以有效促进氢气在催化加氢过程中的活化。图1为CeO2理想晶胞，图2为CeO2缺陷晶胞，若晶胞参数为anm，下列说法错误的是 A．图1晶胞面对角线切面上的离子数目有8个B．图2中Ce4+与O2-的数目之比为4∶7C．理想晶胞中O2-的配位数为4D．Ce4+与O2-的最近距离为anm【解析】A．如图勾选粒子在面对角线切面上，共有10个，A项错误；B．从晶胞看O2-位于小立方体体心共7个，Ce4+位于晶胞的顶点和面心共，Ce4+与O2-的数目之比为4∶7，B项正确；C．从图看O2-最近的Ce4+有4个，其配位数为4，C项正确；D．Ce4+与O2-最短距离为八分之一小立方体的体对角线的一半即，D项正确；故选A。【答案】A【思维建模】晶胞中微粒的配位数求算:一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数(1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。(2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。考点二常见晶体的结构与性质知识点1 分子晶体1.概念：只含分子的晶体称为分子晶体。2.粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。3.常见的分子晶体①所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。②部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60等。③部分非金属氧化物，如CO2、SO2、P4O6、P4O10等。④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。⑤绝大多数有机化合物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。4.物理性质分子晶体熔、沸点较低，硬度较小。5.分子晶体的结构特征①分子间作用力只是范德华力：晶体中分子堆积方式为分子密堆积。②分子间还有其他作用力：水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。冰的晶体结构如图：6.结构模型①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氢键”。知识点2 共价晶体1.构成微粒及其相互作用2.物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高，硬度大。②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。3.常见的共价晶体。4.结构模型①金刚石晶体中，每个C与另外相邻4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。知识点3 金属晶体1.金属键①概念：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。②成键粒子是金属阳离子和自由电子。③金属键的强弱和对金属性质的影响：a．金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。b．金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。2.金属晶体①在金属晶体中，原子间以金属键相结合。②金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。③用电子气理论解释金属的性质：3.结构模型知识点4 离子晶体1.构成粒子：阴离子和阳离子。2.作用力：离子键。3.配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。4.离子晶体结构的决定因素①几何因素：晶体中正负离子的半径比。②电荷因素：晶体中正负离子的电荷比。③键性因素：离子键的纯粹程度。5.离子晶体的性质6.结构模型　①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。知识点5 石墨的结构特点1.同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个平面中运动。2.层与层之间以范德华力相结合。3.石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。4.结构模型石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。知识点6 四种晶体的性质与判断1．四种晶体类型比较2.离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。(2)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)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。3、晶体熔、沸点的比较1）不同类型晶体熔、沸点的比较(1)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。(2)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）同种晶体类型熔、沸点的比较(1)原子晶体原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高，如熔点:金刚石>碳化硅>硅。(2)离子晶体①一般地说,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:MgO>NaCl>CsCl。②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、沸点越高,硬度越大。(3)分子晶体①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、沸点反常得高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②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SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③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CO>N2、CH3OH>CH3CH3。④同分异构体支链越多,熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3>CH3CH(CH3)CH2CH3>CH3C(CH3)2CH3。(4)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:NaBa2+，O2->Cl-，则离子键键能，导致熔点，C正确；D．1-戊醇中烃基更大，导致其在水中溶解度更小，故溶解性：1-丁醇>1-戊醇，D正确；故选A。【答案】A【变式训练1】（2022秋·湖北武汉·高三统考开学考试）下列各组物质性质的比较，结论正确的是A．分子的极性： B．沸点：邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸C．熔点： D．硬度：C(金刚石)