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第34講 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 考綱導(dǎo)視 考綱定位 1 了解原子晶體的特征 能描述金剛石 二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系 2 了解分子晶體與原子晶體 離子晶體 金屬晶體的結(jié)構(gòu)微粒 微粒間作用力的區(qū)別 3 理解離子鍵的形成 能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì) 4 理解金屬鍵的含義 能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì) 了解金屬晶體常見的堆積方式 了解晶格能的概念及其對離子晶體性質(zhì)的影響 5 能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算 基礎(chǔ)反饋 正誤判斷 正確的畫 錯誤的畫 1 離子晶體中每個離子周圍均吸引著6個帶相反電荷的離 子 2 分子晶體的熔沸點很低 常溫下都呈液態(tài)或氣態(tài) 3 原子晶體中的各相鄰原子都以共價鍵相結(jié)合 4 金屬導(dǎo)電的原因是在外電場作用下金屬產(chǎn)生自由電子 電子定向運動 5 金屬晶體和離子晶體中分別存在金屬鍵和離子鍵等強 烈的相互作用 很難斷裂 因而都具有延展性 6 氮化碳 屬于原子晶體 其化學(xué)式為 C3N4 7 在CaF2晶體 中 每個晶胞平均占有4 個Ca2 中 碳原子與碳碳鍵 8 在金剛石晶體 個數(shù)的比為1 2 9 金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高 10 同族元素的氧化物不可能形成不同類型的晶體 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 考點一 晶體和晶胞 知識梳理 1 晶體與非晶體 有 無 有 無 固定 不固定 2 晶胞 1 晶胞 是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元 2 晶體與晶胞的關(guān)系 整個晶體可以看作由數(shù)量巨大的晶胞 而成 晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的基本重復(fù)單元 晶胞的結(jié)構(gòu)可以反映晶體的結(jié)構(gòu) 3 晶胞中粒子數(shù)目的計算 均攤法 如某個粒子為n個 1n 晶胞所共有 則該粒子有 屬于這個晶胞 無隙并置 3 晶格能 kJ mol 1 大 小 穩(wěn)定 高 大 1 定義 氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量 通常取正值 單位 2 影響因素 離子所帶電荷數(shù) 離子所帶電荷數(shù)越多 晶格能越 離子的半徑 離子的半徑越 晶格能越大 與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系 晶格能越大 形成的離子晶體越 且熔點越 硬度越 考點集訓(xùn) 例1 1 2014年新課標卷 Cu2O為半導(dǎo)體材料 在其立方晶胞內(nèi)部有4個氧原子 其余氧原子位于面心和頂點 則該晶胞中有 個銅原子 Al單質(zhì)為面心立方晶體 其晶胞參數(shù)a 0 405nm 晶胞中鋁原子的配位數(shù)為 列式表示Al單質(zhì)的密度 2 2014年江蘇卷 Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4 銅晶胞結(jié)構(gòu)如上圖所示 銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目為 g cm 3 不必計算出結(jié)果 3 2013年江蘇卷 Zn與S所形成化合物晶體的晶胞如圖所 示 在1個晶胞中 Zn離子的數(shù)目為 該化合物的化學(xué)式為 4 2013年四川卷 Al2O3在一定條件下可制得AlN AlN的晶體結(jié)構(gòu)如上圖所示 該晶體中Al的配位數(shù)是 5 2013年新課標卷 F K和Ni三種元素組成的一個化 合物的晶胞如右下圖所示 該化合物的化學(xué)式為 Ni的配位數(shù)為 列式計算該晶體的密度 g cm 3 面心上的原子被兩個晶胞共用 所以Cu原子數(shù)為3 8 12 3 從晶胞圖分析 含有Zn離子為8 6 4 S為4個 2 選擇一個頂點作中心原子 此晶胞中與此頂點最近的Cu原子為3個面心上的Cu原子 此頂點周圍共有8個晶胞 每個 12 1182 所以化合物中Zn與S個數(shù)之比為1 1 則化學(xué)式為ZnS 4 以圖中居于晶胞體心位置的鋁原子為例 距離該原子最近且相等的氮原子有4個 5 在該化合物中F原子位于棱 面心 方法技巧 晶胞組成的計算規(guī)律 1 形的貢獻為 那么每一個六邊形實際有6 2個碳原子 2 非平行六面體形晶胞中粒子數(shù)目的計算同樣可用均攤法 其關(guān)鍵仍然是確定一個粒子為幾個晶胞所共有 例如 石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形 其頂點1個碳原子對六邊 1133 例2 用晶體的X 射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù) 對金屬銅的測定得到以下結(jié)果 晶胞為面心立方最密堆積 邊 cm3 晶胞的質(zhì)量是 g 阿伏加德羅常數(shù)為 列式計算 已知Ar Cu 63 6 長為361pm 又知銅的密度為9 00g cm 3 則銅晶胞的體積是 例3 元素X的某價態(tài)離子Xn 中所有電子正好充滿K L M三個電子層 它與N3 形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示 1 該晶體的陽離子與陰離子個數(shù)比為 2 該晶體中Xn 中n 3 X元素的原子序數(shù)是 4 晶體中每個N3 被 個等距離的Xn 包圍 答案 1 3 1 2 1 3 29 4 6 方法技巧 考點二 晶體類型的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 知識梳理 1 四種晶體的比較 分子 原子 陰 陽離子 分子間作用力 共價鍵 金屬鍵 離子鍵 續(xù)表 2 晶體熔 沸點的比較 原子晶體 離子晶體 1 不同類型晶體熔 沸點的比較 分子晶體 不同類型晶體的熔 沸點高低的一般規(guī)律 小 短 大 強 金屬晶體的熔 沸點差別很大 如鎢 鉑等熔 沸點很 高 汞 銫等熔 沸點很低 高 2 同種晶體類型熔 沸點的比較 原子晶體 比較共價鍵 原子半徑越 鍵長越 鍵能越 共價鍵越 熔 沸點越 如熔點 金剛石 碳化硅 晶體硅 多 小 大 高 大 離子晶體 比較離子鍵強弱或晶格能大小 一般地說 陰 陽離子的電荷數(shù)越 離子半徑越 則離子間的作用力就越 其離子晶體的熔 沸點就越 如熔點 MgO MgCl2 NaCl CsCl 衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能 晶格能越 形成的離子晶體越 熔點越 硬度越 穩(wěn)定 高 大 大 高 高 大 高 分子晶體 比較分子間作用力 分子間作用力越 物質(zhì)的熔 沸點越 具有氫鍵的分子晶體熔 沸點反常地 如H2O H2Te H2Se H2S 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對分子質(zhì)量越 熔 沸點越 如SnH4 GeH4 SiH4 CH4 組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì) 相對分子質(zhì)量接近 分子的極性越大 其熔 沸點越高 如CO N2 CH3OH CH3CH3 同分異構(gòu)體 支鏈越多 熔 沸點越低 如CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 金屬晶體 金屬離子半徑越小 離子電荷數(shù)越多 其金屬鍵越強 金屬熔 沸點就越高 如熔 沸點 Na Mg Al 3 典型晶體模型 6 1 2 12 續(xù)表 6 12 8 6 續(xù)表 12 6 續(xù)表 12 8 12 考點集訓(xùn) 例4 有A B C三種晶體 分別由H C Na Cl四種元素中的一種或幾種組成 對這三種晶體進行實驗 結(jié)果如下表 1 晶體的化學(xué)式分別為A B C 2 晶體的類型分別是A B C 3 晶體中微粒間作用力分別是A B C 解析 根據(jù)A B C所述晶體的性質(zhì)可知 A為離子晶體 只能為NaCl 微粒間的作用力為離子鍵 B應(yīng)為原子晶體 只能為金剛石 微粒間的作用力為共價鍵 C應(yīng)為分子晶體 且易溶 只能為HCl 微粒間的作用力為范德華力 答案 1 NaClC HCl 2 離子晶體 原子晶體 分子晶體 3 離子鍵 共價鍵 范德華力 方法技巧 晶體類型的判斷方法 1 依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用判斷 離子晶體的構(gòu)成微粒是陰 陽離子 微粒間的作用力是離子鍵 原子晶體的構(gòu)成微粒是原子 微粒間的作用力是共價鍵 分子晶體的構(gòu)成微粒是分子 微粒間的作用力為范德華力或氫鍵 金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬陽離子和自由電子 微粒間的作用力是金屬鍵 2 依據(jù)物質(zhì)的類別判斷 金屬氧化物 如K2O Na2O2等 強堿 NaOH KOH等 和絕大多數(shù)鹽類是離子晶體 大多數(shù)非金屬單質(zhì) 除金剛石 石墨 晶體硅等 非金屬氫化物 非金屬氧化物 除SiO2外 幾乎所有的酸 絕大多數(shù)有機物 除有機鹽外 是分子晶體 常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石 晶體硅 晶體硼等 常見的化合類原子晶體有碳化硅 二氧化硅等 金屬單質(zhì) 合金是金屬晶體 3 依據(jù)晶體的熔點判斷 離子晶體的熔點較高 原子晶體熔點高 分子晶體熔點低 金屬晶體多數(shù)熔點高 但也有相當?shù)偷?4 依據(jù)導(dǎo)電性判斷 離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時能導(dǎo)電 原子晶體一般為非導(dǎo)體 分子晶體為非導(dǎo)體 而分子晶體中的電解質(zhì) 主要是酸和強極性非金屬氫化物 溶于水 使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動的離子 也能導(dǎo)電 金屬晶體是電的良導(dǎo)體 5 依據(jù)硬度和機械性能判斷 離子晶體硬度較大或硬而脆 原子晶體硬度大 分子晶體硬度小且較脆 金屬晶體多數(shù)硬度大 但也有較低的 且具有延展性 例5 C和Si元素在化學(xué)中占有極其重要的地位 1 寫出Si的基態(tài)原子核外電子排布式 從電負性角度分析 C Si和O元素的非金屬活潑性由強至弱的順序為 2 SiC的晶體結(jié)構(gòu)與晶體硅的相似 其中C原子的雜化方式為 微粒間存在的作用力是 SiC晶體和晶體Si的熔沸點高低順序是 3 氧化物MO的電子總數(shù)與SiC的相等 則M為 填元素符號 MO是優(yōu)良的耐高溫材料 其晶體結(jié)構(gòu)與NaCl晶體相似 MO的熔點比CaO的高 其原因是 Na M Ca三種晶體共同的物理性質(zhì)是 填序號 有金屬光澤 導(dǎo)電性 導(dǎo)熱性 延展性 4 C Si為同一主族的元素 CO2和SiO2的化學(xué)式相似 但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的不同 CO2中C與O原子間形成 鍵和 鍵 SiO2中Si與O原子間不形成上述 鍵 從原子半徑大小的角度分析 為何C O原子間能形成上述 鍵 而Si O原子間不能形成上述 鍵 SiO2屬于 晶體 CO2屬于 晶體 所以熔點CO2 SiO2 填 或 5 金剛石 晶體硅 二氧化硅 MO CO2 M六種晶體的構(gòu)成微粒分別是 熔化時克服的微粒間的作用力分別是 解析 1 C Si和O的電負性大小順序為 O C Si 2 晶體硅中一個硅原子周圍與4個硅原子相連 呈正四面體結(jié)構(gòu) 所以雜化方式是sp3 因為Si C的鍵長小于Si Si 所以熔點 碳化硅 晶體硅 3 SiC電子總數(shù)是20 則該氧化物為MgO 晶格能與所組成離子所帶電荷成正比 與離子半徑成反比 MgO與CaO的離子電荷數(shù)相同 Mg2 半徑比Ca2 小 MgO晶格能大 熔點高 Na Mg Ca三種晶體均為金屬晶體 金屬晶體 都有金屬光澤 都能導(dǎo)電 導(dǎo)熱 都具有一定的延展性 4 Si的原子半徑較大 Si O原子間距離較大 p p軌道肩并肩重疊程度較小 不能形成上述穩(wěn)定的 鍵 SiO2為原子晶體 CO2為分子晶體 所以熔點SiO2 CO2 5 金剛石 晶體硅 二氧化硅均為原子晶體 構(gòu)成微粒為原子 熔化時破壞共價鍵 Mg為金屬晶體 由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成 熔化時克服金屬鍵 CO2為分子晶體 由分子構(gòu)成 CO2分子間以分子間作用力結(jié)合 MgO為離子晶體 由Mg2 和O2 構(gòu)成 熔化時破壞離子鍵 4 Si的原子半徑較大 Si O原子間距離較大 p p軌道 肩并肩重疊程度較小 不能形成上述穩(wěn)定的 鍵 原子 分子 5 原子 原子 原子 陰陽離子 分子 金屬陽離子與自 共價鍵 共價鍵 共價鍵 離子鍵 分子間作用力 由電子金屬鍵 答案 1 1s22s22p63s23p2O C Si 2 sp3共價鍵SiC Si 3 MgMg2 半徑比Ca2 小 MgO晶格能大 例6 1 分析下列物質(zhì)的物理性質(zhì) 判斷其晶體類型 碳化鋁 黃色晶體 熔點2200 熔融態(tài)不導(dǎo)電 溴化鋁 無色晶體 熔點98 熔融態(tài)不導(dǎo)電 五氟化釩 無色晶體 熔點19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 溴化鉀 無色晶體 熔融或溶于水中都能導(dǎo)電 2 金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式 晶胞分別如圖所示 面心立方晶胞和體心立方晶胞中實際含有的鐵原子個數(shù)之比為 面心立方 體心立方 解析 1 將晶體的熔點高低 熔融態(tài)能否導(dǎo)電及溶解性等性質(zhì)相結(jié)合是判斷晶體類型的重要依據(jù) 原子晶體和離子晶體的熔點都很高或較高 兩者最大的差異是熔融態(tài)的導(dǎo)電性不同 答案 1 原子晶體 分子晶體 分子晶體 離子晶體 2 2 1 例7 2016年四川成都月考 A B C D是元素周期表中前36號元素 它們的核電荷數(shù)依次增大 第二周期元素A原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的2倍且有3個能級 B原子的最外層p軌道的電子為半充滿結(jié)構(gòu) C是地殼中含量最多的元素 D是第四周期元素 其原子核外最外層電子數(shù)與氫原子相同 其余各層電子均充滿 請回答下列問題 1 A B C的第一電離能由小到大的順序是 用對應(yīng)的元素符號表示 D原子的基態(tài)電子排布式為 2 A的最高價氧化物對應(yīng)的水化物分子中 其中心原子采取 雜化 BC的空間構(gòu)型為 用文字描述 3 1molAB 中含有的 鍵個數(shù)為 4 如圖是金屬Ca和D所形成的某種合金的晶胞結(jié)構(gòu)示意 圖 則該合金中Ca和D的原子個數(shù)比是 0 083g cm 3 5 鑭鎳合金與上述合金都具有相同類型的晶胞結(jié)構(gòu)XYn 它們有很強的儲氫能力 已知鑭鎳合金LaNin晶胞體積為9 0 10 23cm3 儲氫后形成LaNinH4 5合金 氫進入晶胞空隙 體積不變 則LaNin中n 填數(shù)值 氫在合金中的密度為 解析 根據(jù)題中已知信息 第二周期元素A原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的2倍且有3個能級可知 A為碳元素 B為氮元素 C為氧元素 D為銅元素 鑭鎳合金儲氫后 1mol晶體中氫元素的質(zhì)量為4 5g 則氫在合金中的密度為 答案 1 C O N1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1 2 sp2平面三角形 3 2NA或2 6 02 1023 4 1 5 5 50 083g cm 3