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选修3·物质结构与性质第3节晶体结构与性质选修3·物质结构与性质【考纲要求】了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。了解分子晶体结构与性质的关系。了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。考点一晶体和晶胞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___________排列结构粒子___________排列周期性有序无序比较晶体非晶体性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现______________________二者区别方法间接方法测定其是否有固定的________科学方法对固体进行___________实验各向异性各向同性熔点X射线衍射(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___________排列、___________相同。平行取向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()×××××√√题组一认识各类晶胞1．有下列离子晶体空间结构示意图，为阳离子，为阴离子。以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为()解析：选B。根据均摊法计算，A结构中阳离子为4个，阴离子为1个，化学式为M4N；B结构中阳离子为1/2个，阴离子为1个，化学式为MN2；C结构中阳离子为3/8个，阴离子为1个，化学式为M3N8；D结构中阳离子为1个，阴离子为1个，化学式为MN。2．某晶体结构最小的重复单元如图。A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为()A．B2AB．BA2C．B7A4D．B4A7解析：选B。根据均摊法，该结构单元中含A的个数为8×1＝8，含B的个数为18×8＋12×6＝4，B与A的个数之比为4∶8＝1∶2，即该晶体的化学式为BA2，故答案为B项。3．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()A．3∶9∶4B．1∶4∶2C．2∶9∶4D．3∶8∶4解析：选B。该晶体中含A粒子个数为6×112＝12，B粒子个数为6×14＋3×16＝2，C粒子个数为1，则A、B、C的个数比为12∶2∶1＝1∶4∶2。4．如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为()A．MgBB．MgB2C．Mg2BD．Mg3B2解析：选B。棱柱顶点上的每个镁原子均被六个相邻的棱柱所共有，棱柱底面上的每个镁原子均被两个相邻的棱柱所共有，故每个晶体结构单元平均拥有镁原子数为6×2×16＋2×12＝3，而硼原子位于棱柱内，故每个晶体结构单元平均拥有硼原子数为6。则该化合物的化学式为MgB2。5．氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为()A．LaNi5B．LaNiC．La14Ni24D．La7Ni12解析：选A。根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为12×16＋2×12＝3，而镍原子的数目为12×12＋6＋6×12＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。题组二关于晶体的密度、微粒间距离的计算6．F、K、和Ni三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。(1)该化合物的化学式为___________；Ni的配位数为___________。(2)列式计算该晶体的密度：___________g·cm－3。解析：(1)由晶胞示意图可以看出，晶胞中F原子位置：棱上16个，面上4个，体内2个，故每个晶胞平均占有F原子个数为16×1/4＋4×1/2＋2＝8；K原子位置：棱上8个，体内2个，故每个晶胞平均占有K原子个数为8×1/4＋2＝4；Ni原子位置：顶点8个，体心1个，故每个晶胞平均占有Ni原子个数为8×1/8＋1＝2。所以这三种原子个数比为K∶Ni∶F＝4∶2∶8＝2∶1∶4，故该化合物的化学式为K2NiF4；由图可以看出Ni的配位数是6。(2)由密度公式知该晶体的密度为m/V＝39×4＋59×2＋19×8NA×400×400×1308×10－30＝3.4(g·cm－3)。答案：(1)K2NiF46(2)39×4＋59×2＋19×8NA×400×400×1308×10－30＝3.47．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361pm。又知铜的密度为9.00g·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：体积是a3(a为棱长)；质量＝体积×密度；一个铜晶胞含4个铜原子，则M(Cu)＝14×m晶胞×NA。答案：4.70×10－234.23×10－22NA＝63.6g·mol－114×4.23×10－22g＝6.01×1023mol－18．Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为ag·cm－3，则Cu与F最近距离为___________pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中○为Cu，为F)解析：设晶胞的棱长为xcm，在晶胞中，Cu个数：8×18＋6×12＝4；F个数：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝34M（CuF）a·NA。Cu与F最近距离为立方体体对角线的14，立方体的体对角线长为3xcm，所以Cu与F最近距离为34xcm＝34·34×83a·NA×1010pm。答案：34·34×83a·NA×10101.“均摊（分割）法”突破晶胞组成的计算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1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg(M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积)，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。考点二晶体类型、结构和性质1．四种晶体类型的比较类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成微粒_________________金属阳离子、自由电子__________分子原子阴、阳离子类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体粒子间的相互作用力___________(某些含氢键)_______________________范德华力共价键金属键离子键类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体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类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体导电、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类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体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)定义：气态离子形成1mol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_________，且熔点越高，硬度越_________。大小稳定大3．典型晶体模型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__________结构(2)键角均为_________(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_______4正四面体109°28′61∶2晶体晶体结构晶体详解原子晶体SiO2(1)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“12O”，n(Si)∶n(O)＝________(3)最小环上有____个原子，即6个O，6个Si41∶212晶体晶体结构晶体详解分子晶体干冰(1)8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12晶体晶体结构晶体详解离子晶体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－1244晶体晶体结构晶体详解离子晶体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－8晶体晶体结构晶体详解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%612晶体晶体结构晶体详解金属晶体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%8121．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()√√题组一考查晶体类型的判断1．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)其中只含有离子键的离子晶体是_________________________________。(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是__________。(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是_________。(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________。(5)其中含有极性共价键的非极性分子是_________________________________。(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是__________。(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是__________。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是_________________________________。(9)不含共价键的分子晶体是______，只含非极性键的原子晶体是_____________________。答案：(1)NaCl、Na2S(2