高考化学一轮复习-晶体结构与性质（知识清单）（全国通用）（解析版）

这是一份高考化学一轮复习-晶体结构与性质（知识清单）（全国通用）（解析版），共28页。学案主要包含了知能解读01，知能解读02，重难点突破01，重难点突破02，重难点突破03，易混易错01，易混易错02，方法技巧01等内容，欢迎下载使用。

01物质的聚集状态和晶体常识
1．物质的聚集状态
(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。
(2)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，具有良好的导电性和流动性。
(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
(4)液晶是介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等。
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)；
③溶质从溶液中析出。
(3)晶体与非晶体的测定方法
3．晶胞
(1)定义：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小重复单位。
(2)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞都是平行排列、取向相同。
(3)形状：一般而言晶胞都是平行六面体。
4．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，如图：
②“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算
③石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占eq \f(1,3)。
·顶点：为3个六边形共有，eq \f(1,3)属于该六边形。
【跟踪训练】
1．下列有关晶体的叙述正确的是( )
A．固体物质一定是晶体
B．铁、冰、玻璃是晶体
C．晶体的熔点一定比非晶体的熔点高
D．晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列
答案 D
解析 固体物质分为晶体和非晶体两种，故A错误；玻璃是非晶体，故B错误；非晶体没有固定的熔点，不能比较熔点的高低，故C错误；晶体中粒子在微观空间呈现周期性的有序排列，而非晶体中微粒排列无序，故D正确。
2．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．形成晶体硅的速率越大越好
B．晶体硅没有固定的熔、沸点
C．可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
答案 C
解析 晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越大越好，A项错误；晶体有固定的熔、沸点，B项错误；X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体，C项正确；晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，D项错误。
3．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是( )
A．白磷、蓝矾B.陶瓷、塑料
C．碘、橡胶D.食盐、蔗糖
答案 C
解析 A中白磷和蓝矾都是晶体；B中两者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中两者均为晶体。
4．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。
(1)晶体中每个Y同时吸引着______个X，每个X同时吸引着_____个Y，该晶体的化学式为_________。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有______个。
(3)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX为_________(填角的度数)。
答案 (1)4 8 Y2X或XY2 (2)12 (3)109°28′
解析 晶胞中的微粒分为4种：①体心上的微粒完全属于该晶胞；②面心上的微粒eq \f(1,2)属于该晶胞；③棱上的微粒eq \f(1,4)属于该晶胞；④顶点上的微粒eq \f(1,8)属于该晶胞。本题微粒Y位于体心，微粒X位于顶点，所以该晶体的化学式为Y2X(或XY2)。观察图，4个X和1个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。
5．下图为离子晶体空间结构示意图，用M表示阳离子，用N表示阴离子(表示阳离子，表示阴离子)，写出各离子晶体的组成表达式：A_______、B_______、C_______。
答案 MN MN3 MN2
[提示]在A中，含M、N的个数相等，故组成为MN；在B中，含M：eq \f(1,8)×4＋1＝eq \f(3,2)(个)，含N：eq \f(1,2)×4＋2＋4×eq \f(1,8)＝eq \f(9,2)(个)，N(M)∶N(N)＝eq \f(3,2)∶eq \f(9,2)＝1∶3；在C中，含M：eq \f(1,8)×4＝eq \f(1,2)(个)，含N为1个，N(M)∶N(N)＝eq \f(1,2)∶1＝1∶2。
02常见晶体的与性质
1．分子晶体
(1)定义：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、卤化氢(HX)等。
②部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。
③部分非金属氧化物，如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。
④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
⑤绝大多数有机物的晶体，如苯、四氯化碳、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，不导电，分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。
(5)分子晶体的结构特征
(5)常见分子晶体的结构
①干冰
a．干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。
b．每个晶胞有4个CO2分子，12个原子。每个CO2分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。
②)冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1mlH2O的冰中，最多可形成2ml氢键。
2．共价晶体
(1)相邻原子通过共价键相互结合形成的晶体，整块晶体是一个三维骨架(立体网状)结构。
(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，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。
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)常见共价晶体及物质类别
①某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。
②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
③极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。
(4)常见共价晶体的结构
①金刚石晶体
金刚石的结构模型金刚石的晶胞
a．每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构，键角均为109°28′。
b．每个金刚石晶胞中含有8个碳原子，最小的碳环为6元环，并且不在同一平面，碳原子为sp3杂化。
c．每个碳原子被12个六元环共用，每个共价键被6个六元环共用，一个六元环实际拥有eq \f(1,2)个碳原子。
d．C原子数与C—C键数之比为1∶2，12g金刚石中有2ml共价键。
e．密度＝eq \f(8×12 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
②低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。
另一种SiO2晶体晶胞结构如图：
二氧化硅的结构模型二氧化硅的晶胞
a．SiO2晶体中最小的环为十二元环，即：每个环上有6个O，6个Si。
b．每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构，每个正四面体占有1个Si，4×eq \f(1,2)=2个O，n(Si)∶n(O)＝1∶2。
c．每个Si原子被12个十二元环共用，每个O原子被6个十二元环共用。
d．每个SiO2晶胞中含有8个Si原子，含有16个O原子。
e．硅原子与Si—O共价键个数比为1∶4，1mlSiO2晶体中有4ml共价键。
f．密度＝eq \f(8×60 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
③SiC、BP、AlN晶体
a．每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构。
b．密度：ρ(SiC)＝eq \f(4×40 g·ml－1,NA×a3)；ρ(BP)＝eq \f(4×42 g·ml－1,NA×a3)；ρ(AlN)＝eq \f(4×41 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
c．若Si与C最近距离为d，则棱长(a)与最近距离(d)的关系：eq \r(3)a＝4d。
3．离子晶体
(1)离子键及其影响因素
①概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
②影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
提醒：离子键没有方向性和饱和性。
(2)离子晶体：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(3)离子晶体的性质
①熔、沸点较高，难挥发，硬度较大，难以压缩。
②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
③一般在水中易溶，在非极性溶剂中难溶。
(4)常见离子晶体的结构
①NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。
a．每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。
b．每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。
c．若晶胞参数为apm，则氯化钠晶体的密度为eq \f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。
②CsCl晶胞
离子间存在较强的离子键，使得晶体的硬度较大，难以压缩，具有较高熔点和沸点
CaCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。
a．每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有6个，构成正八面体。
b．每个晶胞中实际拥有的Cs＋有1个，Cl－有1个。
c．若晶胞参数为apm，则氯化铯晶体的密度为eq \f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3。
③ZnS晶体
a．1个ZnS晶胞中，有4个S2－，有4个Zn2＋。
b．Zn2＋的配位数为4，S2－的配位数为4。
c．密度＝eq \f(4×97 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)
④CaF2晶体
a．1个CaF2晶胞中，有4个Ca2＋，有8个F－。
b．CaF2晶体中，Ca2＋和F－的配位数不同，Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4。
c．密度＝eq \f(4×78 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
4．过渡晶体与混合型晶体
(1)过渡晶体：纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理，把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。
(2)混合型晶体——石墨晶体
①同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，使p轨道中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石墨的二维平面结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
④石墨晶体中C原子数与C—C数之比为2∶3，即12g石墨晶体中含1.5NA个C—C共价键。
⑤石墨的典型物理性质是导电性、润滑性和高熔、沸点，其熔点比金刚石的还高。
5．金属晶体
(1)金属键
①概念：“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。金属键没有方向性和饱和性。
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。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。
(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)金属晶体的物理性质及解释
①延展性：当金属收到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但金属原子的排列方式不变，金属晶体中的化学键没有被破坏，所以金属有良好的延展性。
②导电性：在外加电场的作用下，金属晶体中的电子气做定向移动形成电流，呈现良好的导电性。
③导热性：电子气中自由电子在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者的能量交换。
【跟踪训练】
1．(1)下面有关晶体的叙述中，不正确的是( )
A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且紧邻的Na＋共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围等距离且紧邻8个Cl－
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围等距离且紧邻12个CO2分子
(2)分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。
①硼，熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大：___________。
②硒，熔点27℃，沸点685℃，溶于氯仿：___________。
③溴化钾，无色晶体，熔融状态或溶于水中都能导电：___________。
④碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电：___________。
⑤溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电：___________。
⑥五氟化矾，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：___________。
(3)下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。
A．NaCl(含____Na＋，_____个Cl－)
B．干冰(含_____个CO2)
C．CaF2(含_____个Ca2＋，_____个F－)
D．金刚石(含_____个C)
E．体心立方(含_____个原子)
F．面心立方(含_____个原子)
答案 (1)B
(2)①共价晶体 ②分子晶体 ③离子晶体 ④共价晶体 ⑤分子晶体 ⑥分子晶体
(3)A．4 4 B．4 C．4 8 D．8 E．2 F．4
解析 晶体的熔点高低、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据。共价晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔融态的导电性不同，共价晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或其水溶液都能导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异，一般共价晶体和分子晶体熔融态时都不能导电，另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。金属晶体都能导电。
2．按要求填空：
(1)晶体硅的晶胞类似于金刚石，则晶体硅中Si原子数与Si—Si键数之比为_______，28g晶体硅中有_______ml共价键。
(2)比较金刚石、SiC、晶体硅的熔、沸点，从高到低的顺序为：_____________________。
(3)金刚石晶胞中相邻三个面心的C与顶角的C围成__________。
答案 (1)1:2 2 (2)金刚石>SiC>晶体硅 (3)正四面体
3．碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为______________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_______、_______。
(3)C60属于_______晶体，石墨属于_______晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的_______共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在_______共价键，还有_______键。
(5)金刚石晶胞含有_______个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝_______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率______________(不要求计算结果)。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合 (4)σ σ π(或大π或p－pπ)
(5)8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)
解析 C60为分子晶体，金刚石为共价晶体，石墨为混合晶体，它们均属于碳元素的不同单质，因此互称同素异形体；金刚石为空间立体网状结构，每一个碳原子与四个相邻碳原子形成共价键，因此碳原子杂化方式为sp3杂化，化学键只有σ键；而石墨层内为平面正六边形，层间为分子间作用力，石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化，即石墨层内不仅存在σ键还存在π键；金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据均摊法计算晶胞中碳原子数目，碳原子数目为n＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有eq \f(1,4)·(eq \r(3)a)＝2r，则r＝eq \f(\r(3),8)a；然后可以确定原子的空间占有率为eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)。
4．(1)钛酸钡晶胞的结构示意图如图1所示，其中与Ti4＋紧邻的O2－构成的空间结构是________。
(2)SiC是共价晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依次相间排列的正四面体形空间网状结构。试在图2中正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置。
(3)如图3为CO2分子晶体结构的一部分，每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子，该结构单元平均占有________个CO2分子。
(4)NaCl晶体模型如图4所示，在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有个。
答案 (1)正八面体形 (2) (3)12 4 (4)6 6 4 4 12
01有关晶胞组成的计算
(1)确定晶体的化学式的解题步骤
在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
(2)确定晶胞中粒子配位数的方法
①晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的粒子是同种原子(或分子)，则某个原子(或分子)的配位数是指与该原子(或分子)等距离且最近的原子(或分子)的数目。
②离子晶体的配位数：是指某个离子周围等距离且最近的带异种电荷离子的数目。
③几种典型晶胞结构
【跟踪训练】
1．(1)某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188g·ml－1，则M元素为_______(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为_______。
(2)用X射线衍射测定，得到Fe的两种晶胞A、B，其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为_______。每个晶胞B中含Fe原子数为_______。
答案 (1)Fe 3d6 (2)8 4
[解析 ](1)根据“均摊法”可知，每个晶胞中含有个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，含有个数为8，即含4个M(NH3)6和8个BH4，二者个数之比为1∶2，故该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2。又知该化合物的摩尔质量为188g·ml－1，则有Mr(M)＋17×6＋15×2＝188，解得Mr(M)＝56，故M元素为Fe。根据化合物中各元素化合价代数和为0推知，Fe显＋2价，则Fe2＋的价电子排布式为3d6。
(2)晶胞A为体心立方结构，体心Fe原子与顶角的8个Fe原子紧邻；晶胞B为面心立方结构，每个晶胞中含有Fe原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4。
2．(2023·全国乙卷)一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影如图所示，晶胞中含有________个Mg。该物质化学式为________，B—B最近距离为________。
答案 1 MgB2 eq \f(\r(3),3)a
解析 由硼镁化合物的晶体结构可知Mg位于正六棱柱的顶点和面心，由均摊法可以求出正六棱柱中含有12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＝3个Mg，由晶胞沿c轴的投影图可知本题所给晶体结构包含3个晶胞，则晶胞中Mg的个数为1；晶体结构中B在正六棱柱体内，共6个，则该物质的化学式为MgB2；由晶胞沿c轴的投影图可知，B原子在图中两个正三角形的重心，该点到顶点的距离是该点到对边中点距离的2倍，顶点到对边的垂线长度为eq \f(\r(3),2)a，因此B—B最近距离为eq \f(\r(3),2)a×eq \f(1,3)×2＝eq \f(\r(3),3)a。
3．如图是Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式可表示为( )
A．Mn2BiB．MnBi
C．MnBi3D．Mn4Bi3
答案 B
解析 由晶体的结构示意图可知：白球代表Bi原子，且均在六棱柱内，所以Bi为6个。黑球代表Mn原子，个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＋1＋6×eq \f(1,3)＝6(个)，则二者的原子个数比为1∶1。
02晶体的类型判断
判断晶体类型的两种常用方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断
由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体；由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体；由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体；由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。
(2)依据晶体的熔点判断
不同类型晶体熔点的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大，如钨、铂等熔点很高，铯等熔点很低。
【跟踪训练】
1．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( )
①SiO2和SO3②晶体硼和HCl③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和I2
A．①②③B．④⑤⑥
C．③④⑥D．①③⑤
答案 C
解析 SiO2是共价晶体，SO3是分子晶体，化学键均为共价键，故①不符合题意；晶体硼是共价晶体，化学键为共价键，HCl是分子晶体，化学键为共价键，故②不符合题意；CO2和SO2是分子晶体，所含化学键均为共价键，故③符合题意；晶体硅和金刚石均为共价晶体，所含化学键均为共价键，故④符合题意；晶体氖和晶体氮均是分子晶体，但晶体氖是由单原子分子构成的，分子中不存在化学键，晶体氮中含有共价键，故⑤不符合题意；硫黄和I2均是分子晶体，所含化学键均为共价键，故⑥符合题意。综上，C项正确。
2．下列有关晶体类型的判断正确的是( )
答案 D
3．下列晶体分类中正确的一组是( )
答案 C
解析 A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。
4．下列晶体分类中正确的一组是( )
答案 C
解析 A项中固态Ar为分子晶体；B项中H2SO4为分子晶体、石墨是混合型晶体；D项中玻璃是非晶体。
03常见晶体的结构与性质
四种晶体类型的比较
【跟踪训练】
1．下列各图为几种晶体或晶胞的构型示意图。
请回答下列问题：(本题前两空用示意图下的序号填空)
(1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是______。
(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为__________________。
(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能______(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是____________________________________________________________________________________。
(4)每个Cu晶胞中实际占有______个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为______。
(5)冰的熔点远高于干冰的重要原因是______________________________。
答案 (1)② (2)②>④>⑤>①>⑥
(3)小于在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)分子晶体。在上述物质中，金刚石属于共价晶体，熔沸点最高；MgO、CaCl2属于离子晶体，熔沸点比金刚石的低，由于离子半径Mg2＋比Ca2＋的小，O2－比Cl－的小，离子半径越小，离子键越强，断键消耗的能量就越大，物质的熔点就越高，所以熔点：MgO>CaCl2；冰、干冰都属于分子晶体，分子之间以分子间作用力结合，由于H2O分子之间存在氢键，CO2分子之间只存在分子间作用力，所以熔点冰>干冰，故上述五种物质中熔点由高到低的顺序为金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰，即②>④>⑤>①>⑥。
(3)在MgO、NaCl晶体中，离子半径：r(Mg2＋)石墨。(×)
(14)冰和碘晶体中相互作用力相同。(×)
(15)30gSiO2中含有硅氧键个数为NA。(×)
01不同类型晶体的熔、沸点比较
1．晶体熔、沸点比较的解题思维流程
注意：不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为共价晶体>离子晶体>分子晶体，但不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅的。
2．晶体熔、沸点高低的比较方法
(1)不同类型晶体的熔、沸点
一般共价晶体的熔、沸点最高，分子晶体的熔、沸点最低。离子晶体和金属晶体要根据物质构成粒子间的作用力大小判断，但一般介于上述两者之间。如SiO2>NaCl>干冰。
有的离子晶体熔点很高，如MgO。
有的金属晶体的熔点很高，如W、Cr等，有的金属晶体的熔点很低，如汞、Na、K等。
(2)同类晶体的熔沸点比较方法
①离子晶体：
一般地，化学组成、结构相似的晶体，离子所带电荷越多、半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如KF>KCl>KI；CaCl2>KCl。
②共价晶体：
共价晶体结构相似时，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。如金刚石>碳化硅>晶体硅。
③金属晶体：
金属晶体的核电荷数越多，原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强，熔、沸点越高。如Al>Mg>Na>K。
一般合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。
④分子晶体：
a．比较分子晶体的熔、沸点，要先看是否有氢键形成，若形成分子间氢键，熔、沸点升高，若形成分子内氢键，则熔、沸点降低。
b．对于分子晶体，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体的熔、沸点越高。如CI4>CBr4>CCl4>CF4。
c．组成相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。
d．在同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
【跟踪训练】
1．下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述正确的是( )
A．Cl2>I2B．SiCl4PH3D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
答案 C
解析 A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但分子间存在氢键的熔、沸点高；D项属于分子式相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。
2．(1)AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。则GaN的熔点_______(填“高于”或“低于”)AlN。
(2)晶体硅和碳化硅熔点较高的是_______(填化学式)；硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔、沸点如下表：
0℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是_________(填化学式)，沸点依次升高的原因是
_____________________________________________________________________________。
(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为_______。解释X的熔点比Y高的原因__________________________________________。
答案 (1)低于
(2)SiC SiCl4 SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大
(3)CsCl CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体
解析 (1)因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于Al原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的，则N—Al的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN的。
(2)共价晶体的熔点取决于共价键的强弱，晶体硅和碳化硅都是共价晶体，碳原子的原子半径小于硅原子，碳元素非金属性强于硅元素，碳硅键的键长小于硅硅键的键长、键能大于硅硅键的，则碳硅键强于硅硅键，碳化硅的熔点高于晶体硅；由题给熔沸点数据可知，0℃时，四氟化硅为气态，四氯化硅为液态，四溴化硅、四碘化硅为固态；分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小，SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，则SiX4的沸点依次升高。
(3)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体X为CsCl，红棕色液体Y为ICl；CsCl为离子晶体，熔化时克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时，克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl的高。
3．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是( )
A．SiCl4是分子晶体
B．晶体硼是共价晶体
C．AlCl3是分子晶体，加热能升华
D．金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱
答案 D
解析 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在低于熔化的温度下就能气化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、沸点很高，所以晶体硼是共价晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知，金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si强，D错误。
02晶胞参数及有关计算
(1)计算晶体的密度
(2)计算晶体中微粒间距离的方法
(3)晶胞计算公式(立方晶胞)。
a3ρNA＝nM(a为棱长；ρ为密度；NA为阿伏加德罗常数的数值；n为1ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量；M为该粒子或特定组合的摩尔质量)。
(4)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)。
(5)空间利用率＝eq \f(晶胞中微粒体积,晶胞体积)×100%。
【跟踪训练】
1．(1)Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。Zn2＋的配位数是________，S2－填充在Zn2＋形成的正四面体空隙中。若该晶体的密度为dg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞参数a＝________nm。
(2)如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为dg·cm－3，铁原子的半径为________nm(用含有d、NA的代数式表示)。
(3)立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于________晶体，其中硼原子的配位数为________。
答案 (1)4eq \r(3,\f(388,dNA))×107 (2)eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(112,d·NA))×107 (3)共价 4
解析 (1)根据晶胞结构可知晶胞中含有Zn2＋个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，S2－全部在晶胞内，共4个，其化学式是ZnS。根据晶胞结构可知S2－位于4个Zn2＋形成的正四面体空隙中，S2－的配位数是4，根据化学式可判断Zn2＋的配位数也是4。若该晶体的密度为dg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则d＝eq \f(4×97,a3NA)，因此该晶胞参数a＝eq \r(3,\f(388,dNA))cm＝eq \r(3,\f(388,dNA))×107nm。
(2)由Fe单质的晶胞图可知，晶胞中含铁原子个数为2，晶胞的质量为eq \f(2×56,NA)g，晶胞体积为eq \f(112,d·NA)cm3，则晶胞边长为eq \r(3,\f(112,d·NA))cm，设Fe原子的半径为r，则4r＝eq \r(3)×eq \r(3,\f(112,d·NA))cm，r＝eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(112,d·NA))×107nm。
(3)立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，晶体类型类似于金刚石，是共价晶体；晶胞中每个N原子连接4个B原子，氮化硼的化学式为BN，所以晶胞中每个B原子也连接4个N原子，即硼原子的配位数为4。
2．氮化硼是一种性能优异的新型材料，主要结构有六方氮化硼(图1)和立方氮化硼(图2)。前者与石墨结构类似。
(1)50.0g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为______。
(2)立方氮化硼中N的配位数为________。已知立方氮化硼密度为dg·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，立方氮化硼晶胞中面心上6个N原子相连构成正八面体，该正八面体的边长为_____________pm(列式即可)。
答案 (1)2NA (2)4eq \f(\r(2),2)×eq \r(3,\f(100,dNA))×1010
解析 (1)根据均摊法，一个六方氮化硼晶体的六元环含有一个N、一个B,50.0g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为eq \f(50.0,14＋11)×NA＝2NA。
(2)由图2可知，立方氮化硼中N的配位数为4；面心上6个N原子构成正八面体，该正八面体的边长等于面对角线的一半，设BN晶胞边长为acm,1个晶胞中含有4个B原子，含有N原子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，则1个晶胞中含有4个BN，所以d＝eq \f(4×25,a3NA)，解得a＝eq \r(3,\f(100,dNA))，故正八面体的边长为eq \f(\r(2),2)×eq \r(3,\f(100,dNA))×1010pm。
3．一种由Cu、In、Te组成的晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示。
(1)晶胞棱边夹角均为90°，晶体中Te原子填充在Cu、In围成的四面体空隙中，则四面体空隙的占有率为________；该晶体的化学式为________。
(2)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点、B点原子的分数坐标分别为(0,0,0)、eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，则C点原子的分数坐标为________________；晶胞中C、D间距离d＝________________pm。
答案 (1)50% CuInTe2 (2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)，\f(1,4)，\f(3,8))) eq \r(\f(a2,4)＋\f(c2,16))
解析 (1)由晶胞结构可知，Cu、In原子形成的四面体空隙有16个，Te原子填充的四面体空隙有8个，则四面体空隙的占有率为eq \f(8,16)×100%＝50%；晶胞中位于顶点、面上和体内的铜原子个数为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,2)＋1＝4，位于棱上、面心和面上的铟原子个数为6×eq \f(1,2)＋4×eq \f(1,4)＝4，位于体内的碲原子个数为8，则铜、铟、碲的原子个数比为4∶4∶8＝1∶1∶2，故晶体的化学式为CuInTe2。
(2)由位于顶点A点和体心B点原子的分数坐标可知，晶胞边长为1pm，则位于体对角线的eq \f(3,8)处、面对角线的eq \f(1,4)处的C点原子的分数坐标分别为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)，\f(1,4)，\f(3,8)))；由晶胞中C、D形成的直角三角形的边长为eq \f(a,2)pm、eq \f(c,4)pm可知，C、D间距离d＝eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,2) pm))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(c,4) pm))2)＝eq \r(\f(a2,4)＋\f(c2,16))pm。
4．(1)Ni2C的晶胞结构如图1所示。
①Ni2C晶体中，C周围距离最近且相等的Ni的数目为________。
②若阿伏加德罗常数的值为NA，则Ni2C晶体密度ρ＝________g/cm3(Ni—59)。
,图1),图2)
(2)白磷(P4)的晶体属于分子晶体，其晶胞结构如图2(小圆圈表示白磷分子)。已知晶胞的边长为acm，设阿伏加德罗常数为NAml－1，则该晶胞中含有的P原子的个数为________，该晶体的密度为________g/cm3(用含NA、a的式子表示)。
(3)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如图3所示，每个Zn周围最近的Zn数目为个；若晶胞密度为ρg/cm3，则Zn与Se间的最短距离为________nm(列出计算式，Se—79)。
,图3),图4)
(4)砷化镉可以看作是石墨烯的3D版，其晶胞结构如图4，As为面心立方堆积，Cd占据As围成的四面体空隙，空隙占有率75%，故Cd为“具有两个真空的立方晶格”，如图“①”和“②”位是“真空”。建立如图的原子坐标系，①号位的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))，则③号位原子坐标参数为____________。晶胞参数为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，砷化镉的摩尔质量为Mg/ml，则该晶胞的密度为________g/cm3(列计算式即可)。
答案 (1)①6 ②eq \f(2.6×1023,\r(3)NAa2c) (2)16 eq \f(496,a3NA)
(3)12 eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×(65＋79),ρNA))×107
(4)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)，1，\f(1,2))) eq \f(2M,(a×10－10)3NA)
解析 (1)①分析晶胞结构可知，Ni2C晶体中白球数目为8×eq \f(1,8)＝1，黑球数目为2，结合化学式，白球为C，与C距离最近且相等的Ni的数目为6。②结合①的分析可知，Ni2C晶胞中含有2个Ni原子，1个C原子，晶胞质量＝eq \f(59×2＋12,NA)g，晶胞体积＝eq \f(\r(3),2)a2c×10－21cm3，ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(2.6×1023,\r(3)NAa2c)g/cm3。(2)根据均摊法可知，晶胞中P4分子数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，则晶胞中P原子数目为4×4＝16，晶胞质量为16×eq \f(31,NA)g，晶胞体积为(acm)3，晶体密度为eq \f(16×\f(31,NA)g,(acm)3)＝eq \f(496,a3NA)g/cm3。(3)晶胞中Zn原子数目＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4、Se原子数目为4，晶胞质量＝eq \f(4×(79＋65),NA)g，晶胞体积＝eq \f(4×(79＋65),ρNA)cm3，晶胞棱长a＝eq \r(3,\f(4×(79＋65),ρNA)cm3)＝eq \r(3,\f(4×(79＋65),ρNA))×107nm，Zn与Se间的最短距离为正方体对角线长的eq \f(1,4)，即为eq \f(\r(3),4)a＝eq \f(\r(3),4)×eq \r(\f(4×(79＋65),ρNA))×107nm。(4)根据均摊法，该晶胞中As原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Cd原子的个数为6，所以晶体的化学式为Cd3As2，砷化镉的摩尔质量为Mg/ml，则晶胞的质量m＝eq \f(2M,NA)g，晶胞参数为apm，晶胞的体积V＝(a×10－10)3cm3，所以晶体的密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(2M,(a×10－10)3NA)g/cm3。
晶体
非晶体
结构特征
原子在三维空间里呈周期性有序排列
原子排列相对无序
性质特征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
各向同性
测定方法
测熔点
晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
最可靠方法
对固体进行X射线衍射实验
项目
分子密堆积
分子非密堆积
微粒间作用力
范德华力
范德华力和氢键
空间特点
通常每个分子周围有12个紧邻的分子
每个分子周围紧邻的分子数小于12个，空间利用率不高
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
晶胞模型
配位数
晶胞中
粒子个数
晶胞棱长(a)与
粒子半径(r)关系
6
1
a＝2r
8
2
eq \r(3) a＝4r
12
4
eq \r(2) a＝4r
12
2
a＝2r
4
8
eq \r(3) a＝8r
A
SiI4：熔点120.5℃，沸点271.5℃
共价晶体
B
B：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大
金属晶体
C
锑：熔点630.74℃，沸点1750℃，晶体导电
共价晶体
D
FeCl3：熔点282℃，易溶于水，也易溶于有机溶剂
分子晶体
选项
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
固态Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
选项
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
固态Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
类型
比较
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子
原子
金属阳离子和自由电子
阴、阳离子
粒子间的相互作用力
分子间作用力
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔点/K
183.0
203.2
278.6
393.7
沸点/K
187.2
330.8
427.2
560.7
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
－68
2300
＞3550
1415
沸点/℃
178
57
2550
4827
2355