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第38讲 晶体结构与性质（精讲）-2022年高考化学一轮复习讲练测
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【考情分析】
高考对本讲内容的考查主要从两方面切入：①有关晶胞的计算；②晶体微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。主要涉及常见晶体的构型、金属晶体的堆积模型、晶胞中粒子数目的计算，晶体结构与性质多在部分新课标省市的第Ⅱ卷中以选考试题即非选择题的形式考查。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析:认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点，能从宏观和微观相结合的角分析与解决实际问题。
2证据推理与模型认知:能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。
3.变化观念与平衡思想:认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态地分析不同晶体的组成及相应物质的性质。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 晶体概念及结构模型
1．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。
2．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，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占eq \f(1,3)。
知能点二 常见晶体结构模型
(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个C与另外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 ml C的金刚石中，形成的共价键有2 ml。
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 ml SiO2中含有4 ml Si—O键。
(2)分子晶体
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 ml H2O的冰中，最多可形成2 ml“氢键”。
(3)离子晶体
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。
(4)石墨晶体
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。
(5)金属键、金属晶体
1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。
2)本质——电子气理论
该理论认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”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
3)金属晶体的物理性质及解释
4)金属晶体的四种堆积模型分析
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。
智能点三 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 ml离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·ml－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:Na【典例剖析】
高频考点1 考查常见晶体的比较与晶体类型判断
例1.（2020·山西省长治市六中模拟）现有几组物质的熔点(℃)数据：
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为____________________。
【变式训练】(2020·江苏省泗阳县众兴中学月考)下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型、物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用也相同的是( )
A．SO3和HClB．KCl和Mg
C．NaCl和H2OD．CCl4和SiO2
高频考点2 考查晶体熔沸点高低的比较
例2.(2020·内蒙古通辽高三月考)下列数据是对应物质的熔点，有关的判断错误的是( )
A.Na2O、AlF3是离子晶体；AlCl3、BCl3是分子晶体
B．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
C．Al2O3熔点高于AlF3，因为Al2O3晶格能大于AlF3
D．在上面涉及的共价化合物分子中各原子都形成8电子结构
【变式训练】下列物质熔、沸点的高低顺序正确的是
A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅B．HI＞HBr＞HCl＞HF
C．邻羟基苯甲酸> 对羟基苯甲酸D．CH3CH2CH2CH2CH3>CH3C(CH3)2CH3
高频考点3 考查晶胞组成的计算
例3.(2020·防城港市期中检测)氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如图所示。则这种合金的化学式为( )
A．LaNi3 B．LaNi4 C．LaNi5 D．LaNi6
【变式训练】（2021·泰安市·山东宁阳县一中）最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如上图所示，则该晶体的化学式为（ ）
A．Mg2CNi3B．MgCNi2
C．MgCNi3D．MgC2Ni
高频考点4 考查晶体密度及粒子间距的计算
例4．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为_______________________________________pm。(NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达式，不用化简；图中eq \a\vs4\al\c1(○)为Cu，为F)
【变式训练】CaF2主要用于冶金、化工和建材三大行业。其晶胞结构如下图所示，若晶体密度为，则Ca2+间最近的距离为___________nm。
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性有序排列
结构微粒无序排列
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
二者区别方法
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
堆积模型
简单立方
堆积
体心立方
堆积
六方最密
堆积
面心立方
最密堆积
晶胞
配位数
6
8
12
12
原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系
2r＝a
2r＝eq \f(\r(3)a,2)
2r＝eq \f(\r(2)a,2)
一个晶胞内原子数目
1
2
2
4
常见金属
P
Na、K、Fe
Mg、Zn、Ti
Cu、Ag、Au
类型
比较
分子晶体
原子晶体
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
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550 ℃
Li：181 ℃
HF：－83 ℃
NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃
Na：98 ℃
HCl：－115 ℃
KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃
K：64 ℃
HBr：－89 ℃
RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃
Rb：39 ℃
HI：－51 ℃
CsCl：645 ℃
Na2O
Na
AlF3
AlCl3
Al2O3
BCl3
CO2
SiO2
920 ℃
97.8 ℃
1291 ℃
190 ℃
2073 ℃
－107 ℃
－57 ℃
1723 ℃
【考情分析】
高考对本讲内容的考查主要从两方面切入：①有关晶胞的计算；②晶体微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。主要涉及常见晶体的构型、金属晶体的堆积模型、晶胞中粒子数目的计算，晶体结构与性质多在部分新课标省市的第Ⅱ卷中以选考试题即非选择题的形式考查。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析:认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点，能从宏观和微观相结合的角分析与解决实际问题。
2证据推理与模型认知:能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。
3.变化观念与平衡思想:认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态地分析不同晶体的组成及相应物质的性质。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 晶体概念及结构模型
1．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。
2．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，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占eq \f(1,3)。
知能点二 常见晶体结构模型
(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个C与另外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 ml C的金刚石中，形成的共价键有2 ml。
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 ml SiO2中含有4 ml Si—O键。
(2)分子晶体
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 ml H2O的冰中，最多可形成2 ml“氢键”。
(3)离子晶体
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。
(4)石墨晶体
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。
(5)金属键、金属晶体
1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。
2)本质——电子气理论
该理论认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”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
3)金属晶体的物理性质及解释
4)金属晶体的四种堆积模型分析
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。
智能点三 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 ml离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·ml－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:Na
高频考点1 考查常见晶体的比较与晶体类型判断
例1.（2020·山西省长治市六中模拟）现有几组物质的熔点(℃)数据：
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为____________________。
【变式训练】(2020·江苏省泗阳县众兴中学月考)下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型、物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用也相同的是( )
A．SO3和HClB．KCl和Mg
C．NaCl和H2OD．CCl4和SiO2
高频考点2 考查晶体熔沸点高低的比较
例2.(2020·内蒙古通辽高三月考)下列数据是对应物质的熔点，有关的判断错误的是( )
A.Na2O、AlF3是离子晶体；AlCl3、BCl3是分子晶体
B．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
C．Al2O3熔点高于AlF3，因为Al2O3晶格能大于AlF3
D．在上面涉及的共价化合物分子中各原子都形成8电子结构
【变式训练】下列物质熔、沸点的高低顺序正确的是
A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅B．HI＞HBr＞HCl＞HF
C．邻羟基苯甲酸> 对羟基苯甲酸D．CH3CH2CH2CH2CH3>CH3C(CH3)2CH3
高频考点3 考查晶胞组成的计算
例3.(2020·防城港市期中检测)氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如图所示。则这种合金的化学式为( )
A．LaNi3 B．LaNi4 C．LaNi5 D．LaNi6
【变式训练】（2021·泰安市·山东宁阳县一中）最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如上图所示，则该晶体的化学式为（ ）
A．Mg2CNi3B．MgCNi2
C．MgCNi3D．MgC2Ni
高频考点4 考查晶体密度及粒子间距的计算
例4．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为_______________________________________pm。(NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达式，不用化简；图中eq \a\vs4\al\c1(○)为Cu，为F)
【变式训练】CaF2主要用于冶金、化工和建材三大行业。其晶胞结构如下图所示，若晶体密度为，则Ca2+间最近的距离为___________nm。
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性有序排列
结构微粒无序排列
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
二者区别方法
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
堆积模型
简单立方
堆积
体心立方
堆积
六方最密
堆积
面心立方
最密堆积
晶胞
配位数
6
8
12
12
原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系
2r＝a
2r＝eq \f(\r(3)a,2)
2r＝eq \f(\r(2)a,2)
一个晶胞内原子数目
1
2
2
4
常见金属
P
Na、K、Fe
Mg、Zn、Ti
Cu、Ag、Au
类型
比较
分子晶体
原子晶体
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
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550 ℃
Li：181 ℃
HF：－83 ℃
NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃
Na：98 ℃
HCl：－115 ℃
KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃
K：64 ℃
HBr：－89 ℃
RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃
Rb：39 ℃
HI：－51 ℃
CsCl：645 ℃
Na2O
Na
AlF3
AlCl3
Al2O3
BCl3
CO2
SiO2
920 ℃
97.8 ℃
1291 ℃
190 ℃
2073 ℃
－107 ℃
－57 ℃
1723 ℃
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