2022版高考化学一轮复习课件：第9章 第3节 晶体结构与性质

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☞知识点1　晶体常识及晶胞的有关计算
①具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。②晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。③晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
2．获得晶体的三条途径(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__________。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置。①无隙：相邻晶胞之间没有__________。②并置：所有晶胞______排列、______相同。
　判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈周期性的有序排列(　　)(2)通过X-射线衍射实验的方法不能区分晶体和非晶体(　　)(3)凡有规则外形的固体一定是晶体(　　)(4)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高(　　)
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块(　　)(6)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”(　　)(7)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(　　)(8)冰和固体碘晶体中相互作用力相同(　　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√　(8)×
突破一　晶胞中粒子个数及晶胞化学式的计算1．磁光存储的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开始的。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．Mn2Bi　　　　B．MnBiC．MnBi3　　　　D．Mn4Bi3【答案】B
2．下图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是______，乙中a与b的个数比是______，丙中一个晶胞中有______个c离子和______个d离子。【答案】2∶1　1∶1　4　4
3．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上，则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________________。
(2)非长方体晶胞中粒子视具体情况而定。①正三棱柱晶胞中：
突破二　晶体结构的综合计算4．铁及其化合物有重要且广泛的应用。(1)检验Fe3＋可以用KSCN溶液，写出SCN－的一种等电子体分子______________。(2)过渡金属原子可以与CO分子形成配合物，配合物价电子总数符合“18电子规则”。如Cr可以与CO形成Cr(CO)6 分子：价电子总数(18)＝ Cr的价电子数(6)＋CO提供电子数(2×6)。Fe原子也能与CO形成配合物，其化学式为________________。
(3)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为a nm、FeS2摩尔质量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为__________ g·cm－3。【答案】(1)CO2(或N2O)　(2) Fe(CO)5　(3)4M/[NA(a×10－7)3]
5．(1)(2019·江苏卷)一个Cu2O晶胞(见图)中，Cu原子的数目为______。 (2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为______。列式表示Al单质的密度为______________g·cm－3(不必计算出结果)。
6．砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，而GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是_______________________。
(2)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为__________，Ga与As以____________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·ml－1和MAs g·ml－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_________。
7．(2021·广东适应性考试)磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷-石墨复合负极材料。其单层结构俯视图如图2所示。
回答下列问题：(1)Li、C、P三种元素中，电负性最小的是________(填元素符号)。(2)基态磷原子价电子排布式为________。(3)图2黑磷区中P原子的杂化方式为________，石墨区中C原子的杂化方式为________。
(4)氢化物PH3、CH4、NH3的沸点由高到低的顺序为___________ _____________________。(5)根据图1和图2的信息，下列说法正确的有______(填字母)。A．黑磷区中P—P键的键能不完全相同B．黑磷与石墨都属于混合型晶体C．由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，发生了化学反应D．石墨与黑磷的交界结合区域中，P原子与C原子共平面E．复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属于范德华力
(6)贵金属磷化物Rh2P(相对分子质量为237)可用作电解水的高效催化剂，其立方晶胞如图3所示，已知晶胞参数为a nm，晶体中与P距离最近的Rh的数目为______，晶体的密度为______g·cm－3(列出计算式)。
【解析】(5)据图1可知黑磷区中P—P键的键长不完全相等，所以键能不完全相同，A正确；黑磷与石墨，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间由范德华力互相吸引，所以为混合型晶体，B正确；由石墨与黑磷制备该复合材料的过程中，P—P和C—C键断裂，形成P—C键，发生了化学反应，C正确；石墨中C原子为sp2杂化，所以与六元环中C原子相连的原子与六元环共面，所以石墨与黑磷的交界结合区域中，P原子与C原子共平面，D正确；复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力为共价键，E错误。
(5)晶体微粒与M、ρ(单位g·cm－3)之间的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 ml该晶胞中含有x ml微粒，其质量为xM g；若1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 ml晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
☞知识点2　常见晶体类型的结构和性质
金属阳离子、自由电子　
3．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________。②离子的半径：离子的半径越______，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________，且熔点越高，硬度越____。
　判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)在石墨晶体中有共价键、金属键和范德华力(　　)(2)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用(　　)(3)阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同(　　)(4)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个(　　)(5)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个(　　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
突破一　晶体类型的判断1．下列晶体分类中正确的是(　　)【答案】C
【答案】(1)分子　混合　(2)离子晶体　(3)abd
3．有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如下表：(1)晶体的化学式分别为A______、B______、C______。(2)晶体的类型分别是A______、B______、C______。(3)晶体中微粒间作用力分别是A______、B______、C________。
【答案】(1)NaCl　C　HCl(2)离子晶体　原子晶体　分子晶体(3)离子键　共价键　范德华力
晶体类型的判断(1)根据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。(2)根据物质的分类进行判断。(3)根据晶体的熔、沸点判断。(4)根据导电性判断。(5)根据硬度和机械性能判断。
突破二　晶体熔、沸点的高低比较4．下列各组物质性质的比较，结论错误的是 (　　)A．分子的极性：BCl3＜NCl3B．物质的硬度：NaI＜NaFC．物质的沸点：HCl＜HFD．在CS2中的溶解度：CCl4＜H2O【答案】D
【解析】BCl3为平面正三角形分子，正负电荷重心重合，为非极性分子，而NCl3为极性分子，则分子极性：BCl3＜NCl3，A正确；NaI和NaF都是离子化合物，所带电荷相等，但离子半径：氟离子＜碘离子，所以NaF形成的离子键较强，其硬度较大，即物质的硬度：NaI＜NaF，B正确；HF分子间存在氢键，导致其沸点较高，则物质的沸点：HF＞HCl，C正确；CS2为非极性溶剂，CCl4为非极性分子，H2O为极性分子，结合相似相溶原理可知，在CS2中的溶解度：CCl4＞H2O，D错误。
5．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______________________。
【答案】(1)原子　共价键　(2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)②④　(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
【解析】(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
晶体熔、沸点高低的比较规律
☞核心素养20　晶胞参数、坐标参数的分析与应用
晶胞密度的计算、晶胞参数、坐标参数的分析与应用是近几年高考中的热点，频率特别高，一般先根据均摊的方法求出微粒的个数，然后根据n＝N/NA，求出物质的物质的量，然后根据m＝nM，计算出晶胞的质量，利用立体思想，解决边长，最后根据密度定义判断即可。
(1)宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系。
(2)晶胞有两个基本要素。①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。
1．用晶体的X－射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，晶胞中该原子的配位数为________；Cu的原子半径为_________cm(阿伏加德罗常数为NA，只列式)。
2．硫化锌是一种半导体材料，其晶胞结构如图所示。已知：硫化锌晶体密度为d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则Zn2＋和S2－之间的最短核间距(x)为___________nm(用代数式表示)。
3．一种Fe、Si金属间化合物的晶胞结构如图所示：晶胞中含铁原子为________个，已知晶胞参数为0.564 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Fe、Si金属间化合物的密度为___________g·cm－3(列出计算式)。
4．我国的镓储量约占世界储量的80%以上。砷化镓是半导体材料，其结构与硫化锌类似，其晶胞结构如图所示：
5．利用新制的Cu(OH)2检验醛基时，生成红色的Cu2O，其晶胞结构如图所示。
1．(2020·全国卷Ⅰ，节选)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有________个。电池充电时，LiFeO4脱出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x＝__________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝______________。
3．(2020·全国卷Ⅲ，节选)氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。研究发现，氦硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。
氨硼烷晶体的密度ρ＝________________g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
4．(2020·山东卷，节选)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：(1)Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体，SnCl4空间构型为__________________________，其固体的晶体类型为__________________________。
(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，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有___个Sn，找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn_________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有________个。【答案】(1)正四面体形　分子晶体(2)4　(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)　4
(2)(2019·全国卷Ⅰ)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是____________ g·cm－3(列出计算表达式)。
(3)(2019·全国卷Ⅱ)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示，晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。