2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第八章第4课时　认识层面——晶体结构与性质

第4课时　认识层面——晶体结构与性质知识点一　晶体和晶胞 1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别比较晶体非晶体结构特征结构粒子周期性有序排列结构粒子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测定其是否有固定的熔点科学方法对固体进行X­射线衍射实验 (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。2．晶胞(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。[对点训练]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)凡有规则外形的固体一定是晶体(×)(2)晶体有自范性但排列无序(×)(3)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同(×)(4)固体SiO2一定是晶体(×)(5)冰和固体碘晶体中相互作用力相同(×)(6)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列(√)(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验(√)2．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、蔗糖解析：选C　A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体；C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。3．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。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，而与各向异性无关解析：选C　A项，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，错误；B项，晶体有固定的熔、沸点，错误；C项，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，正确；D项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，错误。 知识点二　晶体类型、结构和性质对应学生用书P1611．四种晶体类型的比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成微粒分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力(某些含氢键)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难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电，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类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如SiC、SiO2)  金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) 2．晶格能(1)概念：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。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，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越。3晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石①每个碳与相邻个碳以共价键结合，形成正四面体结构②键角均为109°28′③最小碳环由个C组成且六原子不在同一平面内④每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2 SiO2①每个Si与个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“O”， n(Si)∶n(O)＝1∶2③最小环上有个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰①8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子②每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有个离子晶体NaCl型①每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有个②每个晶胞中含个Na＋和个Cl－ CsCl型①每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个②如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－金属晶体简单立方堆积典型代表Po，配位数为，空间利用率52%面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au，配位数为，空间利用率74%体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，配位数为，空间利用率68%六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为，空间利用率74% 4．晶体熔、沸点的高低的比较(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)同种类型晶体熔、沸点的比较①原子晶体→→→如熔点：金刚石＞碳化硅＞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，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。③分子晶体a．分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b．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。c．组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3Cl＞CH3CH3。d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3＞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，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。 [对点训练]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(×)(2)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(×)(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(×)(4)离子晶体一定都含有金属元素(×)(5)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(√)(6)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(√)(7)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个(√)2．下面的排序不正确的是(　　)A．熔点由高到低：Na＞Mg＞AlB．硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅C．晶体熔点由低到高：CO<KCl<SiO2D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI解析：选A　A项，金属离子的电荷越多、半径越小，金属晶体的熔点越高，则熔点由高到低为Al＞Mg＞Na，错误；B项，键长越短，键能越大，硬度越大，键长C—C＜C—Si＜Si—Si，则硬度由大到小为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，正确；C项，一般情况下，分子晶体的熔点低于离子晶体的熔点，离子晶体的熔点低于原子晶体的熔点，熔点：CO(分子晶体)＜KCl(离子晶体)＜SiO2(原子晶体)，正确；D项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径由小到大，则晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，正确。3．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)只含有离子键的离子晶体是_______________________________________________。(2)既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________。(3)既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。(4)含有极性共价键的原子晶体是______________________________________________。(5)不含共价键的分子晶体是_________，只含非极性共价键的原子晶体是____________。答案：(1)NaCl、Na2S　(2)(NH4)2S　(3)Na2S2(4)SiO2、SiC　(5)晶体氩　晶体硅、金刚石4．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电：________。(2)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：________。(3)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：________。(4)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：________。(5)硒，熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：________。(6)锑，熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电：________。答案：(1)原子晶体　(2)分子晶体　(3)离子晶体　(4)原子晶体　(5)分子晶体　(6)金属晶体知识点三　晶体结构的分析与计算1．“均摊法”突破晶胞组成的计算(1)原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是。(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，每个六边形占有个碳原子，一个六边形实际占有6×＝2个碳原子。又如，在六棱柱晶胞(如图中所示的MgB2晶胞)中，顶点上的原子为6个晶胞(同层3个，上层或下层3个)共有，面上的原子为2个晶胞共有，因此镁原子个数为12×＋2×＝3，硼原子个数为6。2．晶胞中粒子数与M、ρ(晶体密度，g·cm－3)之间的关系若1个晶胞中含有x个粒子，则1 mol该晶胞中含有x mol粒子，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。 [对点训练]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解析：选B　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×＋2×＋1＋6×＝6(个)，则二者的原子个数比为1∶1。2．用晶体的X­射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3、晶胞的质量是____________g，阿伏加德罗常数为____________[列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。解析：体积＝(3.61×10－8)3 cm3＝4.70×10－23 cm3(a为棱长)；质量＝体积×密度＝4.70×10－23 cm3×9.00 g·cm－3＝4.23×10－22 g；一个铜晶胞含4个铜原子，则4×Ar(Cu)＝NA·m(晶胞)，NA＝＝≈6.014×1023 mol－1。答案：4.70×10－23　4.23×10－22　NA＝＝≈6.014×1023 mol－13.O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中O原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)：________________。解析：O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×＋6×＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566 nm＝0.566×10－7 cm，则晶胞的体积为(0.566×10－7 cm)3，从而可知晶体F的密度为≈2.27 g·cm－3。答案：Na2O　8　≈2.27 g·cm－34．(2016·全国卷Ⅲ节选)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·mol－1和MAs g·mol－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________。解析：GaAs的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10 cm，则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×10－10cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝ cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%＝×100%。答案：原子晶体　共价　×100%