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1第三讲晶体结构与性质[考纲展示]1．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。2.了解分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。3.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。4.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。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。考点一四种晶体性质比较一、晶体1．晶体与非晶体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2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空隙。b．并置：所有晶胞平行排列、取向相同。4．晶格能(1)定义：气态离子形成1摩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。二、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粒子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、传热性一般不导电，溶于水后有的能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、非金属氧化物部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大3(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)硼)、部分非金属化合物(如SiC、SiO2)部分盐(如NaCl)三、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大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。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、沸点反常地高，如H2OH2TeH2SeH2S。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SnH4GeH4SiH4CH4。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CON2、CH3OHCH3CH3。④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3(4)金属晶体4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：NaMgAl。1．(教材改编)下列数据是对应物质的熔点(℃)，据此做出的下列判断中错误的是()Na2ONaClAlF3AlCl39208011291190BCl3Al2O3CO2SiO2－1072073－571723A.铝的化合物形成的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和CO2是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体解析：选B。从表中各物质的熔点可以看出，Na2O、NaCl、AlF3、Al2O3是离子晶体，SiO2是原子晶体，AlCl3、BCl3、CO2形成的晶体是分子晶体。2．(2014·高考海南卷)(双选)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是()A．SiX4难水解B．SiX4是共价化合物C．NaX易水解D．NaX的熔点一般高于SiX4解析：选BD。A.硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl、SiF4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HF，A错误；B.硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成，属于共价化合物，B正确；C.钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐(NaF除外)，不发生水解，C错误；D.钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，D正确。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，结果如表：晶体熔点/℃硬度水溶性导电性水溶液与Ag＋反应A801较大易溶水溶液(或熔融状态)导电白色沉淀5B3550很大不溶不导电不反应C－114.2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为A_____________，B___________，C__________。(2)晶体中微粒间的作用分别为A__________，B________，C________。解析：由A在水溶液中(或熔融状态)导电，可知A为离子晶体，即为NaCl，其中含离子键；B的硬度很大，不溶于水，又不导电，则知B为原子晶体，即为金刚石，其中含共价键；C的熔点很低，可知C为分子晶体，即为HCl，是靠分子间作用力形成的晶体。答案：(1)NaClCHCl(2)离子键共价键分子间作用力反思归纳(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190℃)。(4)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。考点二几种常见晶体类型及晶胞计算一、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4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6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61∶2SiO2(1)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“12O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si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12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12个(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－CsCl型(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8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6，空间利用率52%面心立方典型代表Cu、Ag、Au，配位数为12，空间利用率74%7最密堆积体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，配位数为8，空间利用率68%六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74%二、晶胞中微粒的计算方法——均摊法1．(2015·山东潍坊高三模拟)科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯与钾的化合物，该物质在低温时是一种超导体，其晶胞如图所示，该物质中K原子和C60分子的个数比为________。8解析：K处于晶胞表面：12×12＝6，C60处于晶胞顶角和体心：8×18＋1＝2。故K原子和C60分子的个数比为6∶2＝3∶1。答案：3∶12．(2015·江苏南京质检)下列是钠、钋、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图(未按顺序排序)。(1)辨别晶胞(请用相应的编号)①钠晶胞是________；②钋晶胞是________；③金刚石晶胞是________；④干冰晶胞是________；⑤氯化钠晶胞是________。(2)钋晶胞的堆积方式是__________，钠晶胞的堆积方式是________。(3)与冰的晶体类型相同的是________(填编号)。(4)在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键(如图所示)，已知冰的升华热是51kJ·mol－1，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11kJ·mol－1)，则冰晶体中氢键的“键能”是________kJ·mol－1。解析：A为NaCl的晶胞，B为干冰的晶胞，C为钋的晶胞，D为金刚石的晶胞，E为钠的晶胞，与冰的晶体类型相同的是B。(4)冰晶体中每摩尔水形成2mol氢键，冰升华吸热51kJ，需破坏范德华力及氢键，故氢键的“键能”是51kJ－11kJ2mol＝20kJ·mol－1。答案：(1)①E②C③D④B⑤A(2)简单立方堆积体心立方堆积(3)B(4)203．(2014·高考新课标全国卷Ⅰ)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种9金属元素组成，回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________________________g·cm－3(不必计算出结果)。解析：(1)晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射的方法进行区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。(2)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。用硫氰化钾检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。(3)中心原子形成的杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键电子。乙醛的结构简式为，其中—CH3上的碳原子形成4个σ键，采取sp3杂化，而—CHO上的碳原子形成3个σ键和1个π键，且不含未成键电子，采取sp2杂化。共价单键都是σ键，双键中有一个是σ键，另一个是π键，1mol乙醛分子中含有4molC—H键、1molC—C键和1molC===O键，故1mol乙醛含有6molσ键。乙酸和乙醛均能形成分子晶体，但乙酸分子之