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第33讲晶体结构与性质-2-基础梳理考点突破对点演练晶体与晶胞1.晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较。比较项目晶体非晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈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无各向异性区别方法熔点法有固定熔点无固定熔点X-射线对固体进行X射线衍射实验-3-基础梳理考点突破对点演练(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。-4-基础梳理考点突破对点演练2.晶胞(1)定义: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”:所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)形状:习惯采用的晶胞都是平行六面体。名师点拨(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”。(4)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验。-5-基础梳理考点突破对点演练1.“均摊法”突破晶胞组成的计算原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么该粒子有属于这个晶胞。1𝑛-6-基础梳理考点突破对点演练2.晶胞组成的计算规律(1)平行六面体形晶胞数目的计算。-7-基础梳理考点突破对点演练(2)非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法,其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如,石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点1个碳原子对六边形的贡献为13,那么每一个六边形实际有6×13=2个碳原子。又如,在六棱柱晶胞(如图所示MgB2的晶胞)中,顶点上的原子为6个晶胞(同层3个,上层或下层各3个)共有,底面上的原子为2个晶胞共有,因此镁原子个数为12×16+2×12=3,硼原子个数为6。-8-基础梳理考点突破对点演练3.晶体结构的相关计算(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×𝑀𝑁A。(2)空间利用率=晶胞占有的微粒体积晶胞体积。(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。①面对角线长=2a。②体对角线长=3a。③体心立方堆积4r=3a(r为原子半径)。④面心立方堆积4r=2a(r为原子半径)。-9-基础梳理考点突破对点演练例1(1)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为。②若合金的密度为dg·cm-3,晶胞参数a=nm。-10-基础梳理考点突破对点演练(2)碳化硅的结构与金刚石类似,其硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能。碳化硅晶胞结构(如右图)中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有个,与碳原子等距离最近的碳原子有个。已知碳化硅晶胞边长为apm,则碳化硅的密度为g·cm-3。答案:(1)①3∶1②(2516.02×1023×𝑑)13×107(2)4121.6×1032𝑁A·𝑎3-11-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)①1个晶胞中含铜原子:6×12=3个,含镍原子:8×18=1个,故晶胞中Cu与Ni的原子个数比为3∶1。②Cu3Ni的摩尔质量为251g·mol-1,据m=ρV得:a3×dg·cm-3×NAmol-1=251g·mol-1,求得a=251𝑑·𝑁A3×107nm。(2)碳化硅晶胞结构中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有4个,与碳原子等距离最近的碳原子有12个。该晶胞中含有的碳原子个数为8×18+6×12=4,硅原子个数为4,则根据公式m=ρ·V可得a3×10-30cm-3×ρ×NA=4×40g,则ρ=4×40𝑎3×10-30𝑁Ag·cm-3=1.6×1032𝑁A·𝑎3g·cm-3。-12-基础梳理考点突破对点演练考向一晶胞中粒子个数的计算1.(2018江西赣州模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子,在正方体内;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答案解析解析关闭A在正方体内,晶胞中的8个A离子完全被这个晶胞占有;B分别在顶点和面心,顶点上的离子被这个晶胞占有18,面心上的离子被这个晶胞占有12,所以这个晶胞实际占有的B离子为8×18+6×12=4,则该晶体的化学式为BA2。答案解析关闭B-13-基础梳理考点突破对点演练2.(1)Ti的氧化物和CaO相互作用形成钛酸盐,其晶胞结构如图所示。该晶胞中Ca2+的配位数是,该晶胞的化学式为。(2)M原子的外围电子排布式为3s23p5,与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子),该晶体的化学式为。答案:(1)12CaTiO3(2)CuCl-14-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)根据晶胞图可知,距离Ca2+最近且距离相等的O2-有12个,故Ca2+的配位数为12,该晶胞中Ca2+数目为1,Ti4+数目为8×18=1,O2-数目为12×14=3,故化学式为CaTiO3。(2)根据M的外围电子排布式为3s23p5,确定M为Cl元素,该晶胞中Cl原子数目为8×18+6×12=4,Cu原子数目为4,故化学式为CuCl。-15-基础梳理考点突破对点演练考向二考查晶体密度和微粒间距离的计算3.(1)NaH具有NaCl型晶体结构,已知NaH晶体的晶胞参数a=488pm,Na+半径为102pm,H-的半径为,NaH的理论密度是g·cm-3。(2)单质A与某化合物和氨气在一定温度下可发生置换反应,产物之一的立方晶胞结构如图所示,若两个最近的A原子间的距离为acm,则该晶体的密度是g·cm-3(设A、B的相对原子质量分别为MA、MB)。答案:(1)142pm1.37(2)4𝑀A+𝑀B22𝑎3𝑁A-16-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)由于NaH具有NaCl型晶体结构,所以2(𝑟Na++𝑟H-)=a,𝑟H-=𝑎2−𝑟Na+=142pm;NaH晶胞中含4个Na+、4个H-,所以1molNaH晶胞的质量为96g,1molNaH晶胞的体积为(488×10-10cm)3NA,所以NaH的理论密度为96g(488×10-10cm)3𝑁A=1.37g·cm-3。(2)由所给晶胞结构分析知,该晶胞中A原子个数为8×18+6×12=4,B原子个数为1,所以该产物的化学式是A4B。两个最近的A原子间的距离为acm(是面上对角线的一半),晶胞棱长为2acm,密度为ρ=𝑀(晶胞)𝑉(晶胞)=4×𝑀A+𝑀B𝑁Ag(2𝑎cm)3=4𝑀A+𝑀B22𝑎3𝑁Ag·cm-3。-17-基础梳理考点突破对点演练4.(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一,已知CuH晶体结构单元如右图所示。该化合物的密度为ρg·cm-3,设阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距离为cm(用含ρ和NA的式子表示)。-18-基础梳理考点突破对点演练(2)CuFeS2的晶胞如图所示,晶胞参数a=0.524nm,b=0.524nm,c=1.032nm;CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与个S原子相连,列式计算晶体密度ρ=。-19-基础梳理考点突破对点演练答案:(1)34×4×65𝜌𝑁A3(2)44×184g·mol-1(0.524×10-7)2cm2×1.032×10-7cm×6.02×1023mol-1≈4.31g·cm-3-20-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)CuH晶胞中含有Cu原子数目为8×18+6×12=4,含有H原子数目为4,则晶胞的边长=4×65𝑁A·𝜌3cm,则Cu原子与H原子之间的最短距离=34×4×65𝜌𝑁A3cm。(2)根据晶胞图可知,每个Cu原子与4个S原子相连,该晶胞中含有Cu原子数目为8×18+4×12+1=4,含有Fe原子数目为4×14+6×12=4,含有S原子数目为8个,故化学式为CuFeS2,该晶体密度ρ=𝑚𝑉=4×(64+56+32×2)g·mol-1(0.524×10-7)2cm2×1.032×10-7cm×6.02×1023mol-1≈4.31g·cm-3。-21-基础梳理考点突破对点演练1.四种晶体的比较晶体类型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力分子间作用力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一般溶剂难溶于常见溶剂,有的与水反应大多易溶于水等极性溶剂四类晶体的结构与性质-22-基础梳理考点突破对点演练晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体导电、传热性一般不导电,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,水溶液或熔融状态下导电物质类别及实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)-23-基础梳理考点突破对点演练名师点拨(1)原子晶体一定含有共价键,而分子晶体可能不含共价键。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子,但含阳离子的晶体中不一定含阴离子,如金属晶体。(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体的高,如石英的熔点为1710℃,MgO的熔点为2852℃。(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高,如Na的熔点为97℃,尿素的熔点为132.7℃。-24-2.典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合,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原子不在同一平面内(4)每个C原子参与4个C—C键的形成,碳原子数与C—C键数之比为1∶2SiO2(1)每个Si原子与4个O原子以共价键结合,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原子,6个Si原子基础梳理考点突破对点演练-25-基础梳理考点突破对点演练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--26-基础梳理考点突破对点演练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分子周围等距紧邻的CO2分子有12个-27-基础梳理考点突破对点演练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6,空间利用率52%面心立方最密堆积又称为铜型,典型代表有Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率74%体心立方堆积又称为钾型,典型代表有Na、K、Fe,配位数为8,空间利用率68%六方最密堆积又称为A3型或镁型,典型代表有Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率74%-28-基础梳理考点突破对点演练晶体晶体结构晶体详解混合晶体石墨(1)石墨层状晶体中,层与层之间的作用是范德华力(2)平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2,C原子采取的杂化方式是sp2(3)每层中存在σ键和π键,还有金属键(4)C—C的键长比金刚石的C—C键长短,熔点比金刚石的高(5)硬度不大、有滑腻感、能导电-29-基础梳理考点突破对点演练3.离子晶体的晶格能(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,单位为kJ·mol-1。(2)影响因素。①离子所