新高考化学二轮复习课件 第1部分 专题突破 专题10　晶体类型　晶体结构

这是一份新高考化学二轮复习课件 第1部分 专题突破 专题10　晶体类型　晶体结构，共60页。PPT课件主要包含了复习目标，考点二，晶胞结构，核心精讲，真题演练，分子晶体，离子晶体，离子键，共价键，K原子半径等内容，欢迎下载使用。
1.掌握常见的晶体类型及微粒间相互作用。2.掌握常见晶体的结构及相关计算。
晶体类型与微粒间相互作用力
1.不同晶体的特点比较
2.晶体类别的判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子形成的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、自由电子以金属键构成的晶体为金属晶体。(2)依据物质的分类判断①活泼金属氧化物和过氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)、绝大多数的盐是离子晶体。②部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体是分子晶体。
③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类共价晶体有SiC、SiO2、AlN、BP、GaAs等。④金属单质、合金是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点大小的一般规律：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。
(4)依据导电性判断①离子晶体溶于水和熔融状态时均能导电。②共价晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水时，分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。④金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断一般情况下，硬度：共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体多数硬度大，但也有较小的，且具有较好的延展性。
3.晶体熔、沸点的比较(1)共价晶体
如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。(2)离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子间的作用力就越强，离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>NaCl>CsCl。
(3)分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高，如沸点：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，如熔、沸点：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，如熔、沸点：CO>N2。④在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷。
(4)金属晶体金属离子半径越小，所带电荷数越多，其金属键越强，熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaCO2>H2
H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键
数目比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大
9.[2016·全国卷Ⅲ，37(4)]GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是_________________________________。10.[2015·全国卷Ⅱ，37(2)改编]单质氧有两种同素异形体，其中沸点高的是____(填分子式)，原因是_______________________________________________。
GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
O3相对分子质量较大且是极性分子，范德华
1.Cu2O与Cu2S比较，熔点较高的是_______，原因是_____________________________________________________________________________________________________。2.钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛的硬度比铝大的原因是__________________________________________。
合物，且离子带电荷数相同，O2－的半径小于S2－的，所以Cu2O的离子键强度大，熔点更高
Ti原子的价电子数比Al原子的多，金属键更强
3.已知Ba、M的氯化物沸点信息如表所示。二者沸点差异的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
属于离子晶体，MCl5属于分子晶体，离子晶体的沸点主要取决于离子键，分子晶体的沸点主要取决于分子间作用力，离子键通常强于分子间作用力(合理即可)
4.[Zn(IMI)4](ClO4)2是Zn2＋的一种配合物，IMI的结构为 ，IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物 ，常温下为液态而非固态，原因是_______________________________________________________。
阴、阳离子半径大，电荷数小，形成的离
1.常见共价晶体结构分析(1)金刚石①每个C与相邻4个C以共价键结合，形成正四面体结构；②键角均为109°28′；③最小碳环由6个C组成且6个C不在同一平面内；④每个C参与4个C—C的形成，C原子数与C—C数之比为1∶2；
(2)SiO2①每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构；②每个正四面体占有1个Si,4个“ ”，因此二氧化硅晶体中Si与O的个数之比为1∶2；③最小环上有12个原子，即6个O、6个Si；④密度ρ＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)SiC、BP、AlN①每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构；
2.常见分子晶体结构分析(1)干冰①8个CO2位于立方体的顶角且在6个面的面心又各有1个CO2；②每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个；
(2)白磷①面心立方最密堆积；
3.常见金属晶体结构分析(1)金属晶胞中原子空间利用率计算
(2)晶体微粒与M、ρ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(M为微粒的相对分子质量)；若1个该晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 ml晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。
[知识拓展]　金属晶体的四种堆积模型分析
4.常见离子晶体结构分析典型离子晶体模型的配位数
[知识拓展]　晶格能(1)定义：气态离子形成1摩离子晶体释放的能量。晶格能是反映离子晶体稳定性的数据，可以用来衡量离子键的强弱，晶格能越大，离子键越强。(2)影响因素：晶格能的大小与阴阳离子所带电荷数、阴阳离子间的距离、离子晶体的结构类型有关。离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大。(3)对离子晶体性质的影响：晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。
(一)新高考卷真题研究1.[2021·广东，20(6)]理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是__________________________________________________________。
由图c可知，图b中Sb、Hg原子取代位置除图b外还有其他形式
对比图b和图c可得X晶体的晶胞中上下两个单元内的原子位置不完全相同，不符合晶胞是晶体的最小重复单元要求。
②图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为____；该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb＝_________。
③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为_______________g·cm－3(列出算式)。
2.[2021·山东，16(4)]XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有_____个XeF2分子。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点原子的分数坐标为( )。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为________；晶胞中A、B间距离d＝_______________pm。
3.[2020·山东，17(4)]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的晶胞结构如下图所示，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。
(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)
由题给原子的分数坐标和晶胞图示可知，小白球表示的是Sn原子，Sn原子位于面心和棱上，因此一个晶胞中含Sn原子的个数为6× ＝4。由Sn和As的分数坐标可知，x、y轴上a pm长的分数坐标为1，z轴上2a pm长的分数坐标为1。小黑球表示的是Cd原子，与Cd(0,0,0)最近的Sn有两个，其分数坐标分别为(0.5,0,0.25)和(0.5,0.5,0)。灰球表示的是As原子，每个Sn周围与Sn等距离的As原子有4个，即与单个Sn键合的As有4个。
4.[2021·河北，17(7)]分别用 、 表示H2PO 和K＋，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H2PO 、K＋在晶胞xz面、yz面上的位置：
①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为___________g·cm－3(写出表达式)。
②晶胞在x轴方向的投影图为______(填标号)。
由图(a)、(b)、(c)可知，晶胞在x轴方向的投影图为 。
5.[2021·湖南，18(3)]下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示____原子(填元素符号)，该化合物的化学式为____________。
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝_____________g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。
(二)三年全国卷真题汇编6.[2021·全国甲卷，35(4)]我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是____，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为_______________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝_____(用x表达)。
以晶胞中右侧面心的Zr4＋为例，同一晶胞中与Zr4＋连接最近且等距的O2－数为4，同理可知右侧晶胞中有4个O2－与Zr4＋相连，因此Zr4＋在晶胞中的配位数是4＋4＝8；
在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，其中Zn元素为＋2价，Zr为＋4价，O元素为－2价，根据化合物中各元素化合价代数和为0可知2x＋4×(1－x)＝2y，解得y＝2－x。
7.[2021·全国乙卷，35(4)]在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是____原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为_________________%(列出计算表达式)。
8.[2020·全国卷Ⅰ，35(4)]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，LiFePO4脱出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x＝______________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。
9.[2019·全国卷Ⅰ，35(4)]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)。
已知1 cm＝1010 pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，代入密度公式计算即可。
10.[2019·全国卷Ⅱ，35(4)]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。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为_______________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝_____________________g·cm－3。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，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为 ，则原子2和3的坐标分别为_________、_________。
SmFeAsO1－xFx
考向一　“立方系”晶体结构分析1.已知TiN晶体的晶胞结构如图所示，若该晶胞的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞中Ti原子与N原子的最近距离为___________(用含ρ、NA的代数式表示)pm。
2.铜的晶胞结构如图所示。一种金铜合金晶胞可以看成是铜晶胞面心上的铜被金取代，连接相邻面心上的金原子构成_________(填“正四面体”“正八面体”或“正四边形”)。已知：NA表示阿伏加德罗常数的值，晶胞参数为a pm，则该金铜合金晶体的密度为__________ g·cm－3(用含a、NA的代数式表示)。
铜晶胞面心上的铜被金取代，由图可知，连接相邻面心上的金原子，上下面2个金原子与4个侧面的金原子构成正八面体；
3.金属Ni可以与Mg、C形成一种化合物M，M是一种新型超导体，它的临界温度为8 K。已知M的晶胞(α＝β＝γ＝90°)结构如图所示，则M的化学式为_________。其晶胞参数为d pm，该晶体的密度为___________ g·cm－3。(列出计算式)
考向二　“非立方”晶体结构分析4.天然硅酸盐组成复杂阴离子的基本结构单元是 四面体，如图(a)，通过共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构，图(b)为一种无限长双链的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为______，化学式为__________。
5.从石墨晶体结构示意图中截取石墨的晶胞如图所示，设阿伏加德罗常数的值为NA，已知sin 60°＝ ，石墨晶体的密度为_________________g·cm－3(列出计算式)。
6.“嫦娥五号”某核心部件主要成分为纳米钛铝合金，其结构单元如图所示(Al、Ti各有一个原子在结构单元内部)，则该合金的化学式为________________。已知该结构单元底面(正六边形)边长为a nm，高为b nm，该合金的密度为______________________________________________ g·cm－3。(只需列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)
Ti11Al5(或Al5Ti11)
考向三　和“俯视图”有关的晶体结构分析7.硫化锂是目前正在研发的锂离子电池的新型固体电解质，为立方晶系晶体，其晶胞参数为a pm。该晶胞中离子的分数坐标为
(1)在图上画出硫化锂晶胞沿x轴投影图。
根据硫离子的分数坐标参数，硫离子位于晶胞的面心、顶角；根据锂离子的分数坐标参数，锂离子位于晶胞的内部，结合坐标位置，则硫化锂晶胞沿x轴投影图为 。
(2)硫离子的配位数为________。
根据(1)中的分析，从面心的S2－看，周围与之等距且最近的Li＋有8个，所以S2－的配位数为8。
(3)设NA为阿伏加德罗常数的值，硫化锂的晶体密度为___________g·cm－3(列出计算表达式)。
8.硅和碳在同一主族。如图为SiO2晶体中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视图)，其中O原子略去，Si原子旁标注的数字表示每个Si原子位于z轴的高度，则SiA与SiB之间的距离是________nm。
根据图可知其三维模型为 (图中黑球和白球均为硅原子，氧原子位于两个硅原子之间，省略)，图中ABCD四个Si原子形成正四面体结构，且AB距离等于AC距离，AC距离在底面投影为底面面对角线的一半，则SiA与SiB的距离为
1.按要求回答下列问题。(1)AsCl3的沸点比BCl3的高，这是因为________________________________________________________________________________________________。(2)GaCl3的熔点为77.9 ℃，GaN的熔点为1 700 ℃，二者熔点差异的原因是_________________________________。(3)Ti形成的多种化合物中常见的有TiN和金红石(TiO2)，两种晶体熔融状态下都能够导电，则它们属于_________(填晶体类型)，两种晶体比较，TiN熔点较高，其原因是_________________________________________。
两者都是分子晶体，AsCl3的相对分子质量比BCl3的大，且AsCl3分子的极性较强，AsCl3分子间作用力较强
GaCl3为分子晶体，GaN为共价晶体
N3－所带电荷数多于O2－，TiN的离子键强度大
(4)Cu2O和Cu2S都是离子晶体，熔点较高的是_______。其原因是_________________________________________________________________________________________________。(5)工业上均采用碳酸盐分解法制取氧化镁与生石灰，MgCO3的分解温度_____(填“高于”或“低于”)CaCO3，原因是__________________________________________________________________________。
亚铜和硫化亚铜都是离子晶体，氧离子的离子半径小于硫离子，氧化亚铜的离子键强度大于硫化亚铜
离子半径Mg2＋小于Ca2＋，二者所带电荷数相同，Mg2＋吸引O2－形成MgO的能力强
(6)已知：r(Fe2＋)为61 pm、r(C2＋)为65 pm。在隔绝空气条件下分别加热FeCO3和CCO3，实验测得FeCO3的分解温度低于CCO3，原因是_____________________________________________________________________________。
Fe2＋更容易结合碳酸根离子中的氧离子或Fe2＋的半径小于C2＋，FeO的离子键强度大
(7)MgCl2和TiCl4的部分性质对比如表：
二者虽然都是金属元素和氯元素形成的化合物，但前者熔点比后者高很多，其原因为__________________________________________________________________________。
TiCl4属于分子晶体，MgCl2属于离子晶体，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点
(8)GaN、GaP、GaAs熔融状态均不导电，据此判断它们是______(填“共价”或“离子”)化合物。它们的晶体结构与金刚石相似，其熔点如下表所示，试分析GaN、GaP、GaAs熔点依次降低的原因：_____________________________________________________________________________________________________________________________。
它们均为共价晶体，由于N、P、As的原子半径依次增大，故Ga—N、Ga—P、Ga—As的键长依次增大，共价键越长，键能越小，熔点越低
2.分析下列晶体结构。(1)已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。
①已知a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、( )，则d的坐标参数为__________，它代表______原子。
②若铜、氧的原子半径分别为rCu pm、rO pm，Cu2O晶体的密度为ρ g·cm－3，NA是阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中原子空间占有率为______________________×100%。
(2)一种Ag2HgI4固体导电材料为四方晶系，其晶胞参数为a pm、a pm和2a pm，晶胞沿x、y、z的方向投影(如图所示)，A、B、C表示三种不同原子的投影，标记为n的原子分数坐标为( )，则m的原子分数坐标为__________，距离Hg最近的Ag有____个。设NA为阿伏加德罗常数的值，Ag2HgI4的摩尔质量为M g·ml－1，该晶体的密度为__________ g·cm－3(用代数式表示)。
A原子在晶胞内，1个晶胞含有A原子数为8个；
A是I、B是Hg、C是Ag，距离Hg最近的Ag有8个。
(3)金属硼氢化物可用作储氢材料。如图是一种金属硼氢化物氨合物的晶体结构示意图。图中八面体的中心代表金属M原子，顶点代表氨分子；四面体的中心代表硼原子，顶点代表氢原子。该晶体属立方晶系，晶胞棱边夹角均为90°，棱长为a pm，密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。①该晶体的化学式为______________。
M(NH3)6B2H8
八面体位于顶点和面心，个数为 ＝4，即M原子数为4，NH3为4×6＝24，四面体位于晶胞内部，有8个，B原子个数为8，H原子个数为8×4＝32，因此化学式为M(NH3)6B2H8。
②金属M原子与硼原子间最短距离为______ pm。
③金属M的相对原子质量为_____________________(列出表达式)。
(4)GaN的一种六方晶胞如图所示，晶胞参数为a nm、c nm。晶体中N原子的配位数为____；晶体密度ρ＝_______________ g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用a、c、NA的代数式表示)。
1个N周围有4个与之等距且最近的Ga原子，所以N的配位数是4；
(5)一种金属间化合物的晶胞结构如图所示：
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点原子的分数坐标为(0,0,0)，B点原子的分数坐标为( )，则C点原子在z轴方向上的分数坐标z＝_____(用含c、s的代数式表示)；设Mg、Cu和Al原子半径分别为rMg pm、rCu pm、rAl pm，则金属原子的空间占有率为________________________________(列出计算表达式)。
(6)磷化硼晶胞的示意图如图甲所示，其中实心球表示P原子，空心球表示B原子，晶胞中P原子空间堆积方式为_________________；设阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞参数为a cm，磷化硼晶体的密度为____________g·cm－3(列出计算式)；
若磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影)，请在图乙中用实心圆点画出B原子的投影位置。
答案　 或
磷化硼晶胞中，P原子分布在面心和顶点，由此可确定空间堆积方式为面心立方最密堆积；