2022届高考化学一轮复习讲义学案第5章 课题19　晶体结构与性质

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课题19　晶体结构与性质

学习任务1　晶体常识与晶体的组成和性质

一、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的比较

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：描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
并置：所有晶胞都是平行排列、取向相同。
二、晶体的组成与性质
(一)四种类型的晶体
1．分子晶体
分子间通过分子间作用力结合形成的晶体，此类晶体熔、沸点低，硬度小。
2．共价晶体
原子通过共价键相互结合形成的晶体，整块晶体是一个三维的共价键网状(立体网状)结构；其物理性质的突出特点是高硬度、高熔点、高沸点。
3．离子晶体
(1)阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体，此类晶体的熔、沸点较高。
(2)配位数：指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
4．金属晶体
(1)含义：金属原子通过金属键形成的晶体，金属单质形成的晶体就是金属晶体。
(2)金属键的形成：晶体中金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起；金属键无饱和性、方向性。
(3)金属晶体的物理性质及解释

(二)四种晶体类型的比较
晶体类型
共价晶体
离子晶体
分子晶体
金属晶体
构成粒子
原子
阴、阳离子
分子
金属阳离子、
自由电子
粒子间
作用力
共价键
离子键
范德华力(某些物质还有氢键)
金属键
熔、沸点
很高
较高
较低
有的很高
有的很低
硬度
很大
较硬而脆
较小
有的很高
有的很低
导电性
不导电或半导体
晶体不导电、溶于水或熔化后可导电
一般不导电，部分晶体溶于水可导电
导电
溶解性
一般难溶于任何溶剂
许多可溶于水
相似相溶
—
物理变化时键的变化
部分断裂或形成
只破坏分子间作用力
部分断裂或形成
物质类别
或举例
金刚石、晶体硅、SiO2、SiC
强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐
大多数非金属单质、非金属氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
金属单质与合金

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1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
(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：共价晶体>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)共价晶体
原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
一般来说，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强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
(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、沸点反常得高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
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SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
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CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低，如
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。
(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，金属熔、沸点越高，如NaAl
B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
C．晶体熔点由低到高：CF4NaI
解析：选A。A项，金属离子的电荷数越多、半径越小，金属键越强，熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na，错误；B项，原子半径越小，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高为CF4NaI，正确。
2．(2020·喀什模拟)现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3 550
Li：181
HF：－83
NaCl：801
硅晶体：1 410
Na：98
HCl：－115
KCl：776
硼晶体：2 300
K：64
HBr：－89
RbCl：718
二氧化硅：1 723
Rb：39
HI：－51
CsCl：645
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是____________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于______________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小　　　　　　 ②水溶液能导电
③固体能导电 ④熔融状态能导电
解析：(1)根据表中数据可看出A组熔点很高，属于共价晶体，是由原子通过共价键形成的；
(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性；
(3)HF分子间能形成氢键，故其熔点反常；
(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。
答案：(1)共价　共价键　(2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多　(4)②④

结构决定性质类简答题突破
宏观辨识与微观探析
3．(2020·北京顺义检测)(1)冰的熔点远高于干冰，除因为H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是__________________________________________。
(2)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“”或“　两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，熔点较低
(3)>　CO为极性分子而N2为非极性分子，CO分子间范德华力较大
(4)增大　三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高
(5)SiO2为共价晶体而CO2为分子晶体
4.ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：
(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为________，依据电子云的重叠方式，原子间存在的共价键类型有________，碳原子的杂化轨道类型为________。

(2)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由单层碳原子组成的二维晶体。将氢气加入石墨烯中可制得一种新材料石墨烷。下列判断错误的是______(填字母)。
A．石墨烯是一种强度很高的材料
B．石墨烯是电的良导体而石墨烷则为绝缘体
C．石墨烯与石墨烷均为高分子化合物
D．石墨烯与H2制得石墨烷的反应属于加成反应
(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。

①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是____________________________。
②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学键的离子性______、共价性______。(填“增强”“不变”或“减弱”)
(4)水杨酸第一级电离形成离子，相同温度下，水杨酸的Ka2________(填“>”“＝”或“CO2。
(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，以分子间作用力结合。
答案：(1)sp3　共价键　SiC>Si
(2)Mg　Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO的离子键强
(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p­p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键　共价　分子