2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第32讲　晶体结构与性质

这是一份2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第32讲　晶体结构与性质，共60页。PPT课件主要包含了高考备考导航，考点一晶体和晶胞，核心知识梳理，周期性有序，不固定，各向异性，无各向异性，X－射线衍射，凝固凝华，基本单元等内容，欢迎下载使用。
第32讲　晶体结构与性质
考试要求：1.能说出晶体与非晶体的区别。2.能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。3.能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。名师点拨：本讲内容为高考必考内容，晶体结构知识主要考查晶体构成微粒的直径、核间距、晶体密度、晶胞参数等的计算，配位数、化学式的判断，利用原子分数坐标判断晶体中原子的相对位置。晶体性质知识主要考查晶体类型的判断，晶体熔沸点高低的比较及原因解释。
难度以中等或中等偏难为主，预计2022年高考命题围绕陌生物质的晶体密度、晶胞参数计算，晶体中原子的空间位置判断等知识点，考查考生触类旁通、具体问题具体分析处理的能力。2022年高考备考应掌握教材中典型的分子晶体(冰、干冰、碘单质)、离子晶体(NaCl、CsCl、CaF2)、金属晶体(Cu、Mg等)、原子(共价)晶体(金刚石、SiO2等)的结构特点，建立常见晶体结构的思维模型。关注社会热点、科技前沿成果中涉及的新型物质的结构，并能运用晶体模型理论对新型物质的结构进行判断，对其性质进行预测和解释。熟练掌握运用均摊法和数学思维解决不同晶体模型的有关计算。
考点二　常见晶体的结构与性质
1．晶体(1)晶体与非晶体的比较
(2)获得晶体的三种途径。①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接______________。③溶质从溶液中析出。[微点拨]　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晶体有自范性，非晶体无自范性。
[微点拨]　在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
3．晶体结构的堆积模型(1)晶体结构的密堆积的原理金属原子、离子或分子在没有其他因素(如氢键)影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为金属键、离子键和分子间作用力均没有__________，因此都趋向于使原子、离子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于周围，并以密堆积的方式________体系的能量，使晶体变得比较稳定。
(2)等径圆球的密堆积(金属晶体)①三维空间模型A．非密置层在三维空间堆积a．简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在______________的堆积，空间利用率太低，只有金属______(P)采用这种堆积方式。
b．体心立方堆积将上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的________，另一个原子在立方体的________，其空间利用率比简单立方堆积______，碱金属属于这种堆积方式。
(3)非等径圆球的密堆积(离子晶体)①由于阴、阳离子的半径不同，因此离子晶体为______________的密堆积，可以将这种堆积方式看成是大球先按一定的方式做____________的密堆积，小球再填充在大球所形成的________中。②在一些离子晶体中，阴离子半径较大，应先将阴离子看成是____________进行密堆积，而阳离子有序地填在阴离子所形成的空隙中。例如，NaCl晶体中的Cl－按________方式进行最密堆积，Na＋填在Cl－所形成的空隙中；ZnS晶体中S2－按________方式进行最密堆积，Zn2＋填入S2－所形成的空隙中。
4．晶体结构的相关计算(1)晶胞计算公式(立方晶胞)。a3ρNA＝nM(a为棱长；ρ为密度；NA为阿伏加德罗常数的数值；n为1 ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量；M为该粒子或特定组合的摩尔质量)。(2)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．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)凡是有规则外形的固体一定是晶体(　　)(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性(　　)(3)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。(　　)(4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　　)(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。(　　)
(6)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。(　　)(7)粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。(　　)(8)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。(　　)(9)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。(　　)(10)A1型最密堆积又称为六方最密堆积。(　　)(11)A1型最密堆积和A3型最密堆积的配位数均为12。(　　)
2．深度思考某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其原子排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为(　　)A．1∶3∶1　　　　　　B．2∶3∶1C．2∶2∶1D．1∶3∶3
(2021·湖北武汉高三检测)(1)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是(　　)A．形成晶体硅的速率越大越好B．晶体硅没有固定的熔、沸点C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
微考点1　晶体与非晶体的比较
(2)下列说法错误的是(　　)A．晶体在受热熔化过程中不一定存在化学键的断裂B．原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体的分子间除存在范德华力外，还有可能存在氢键C．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D．非金属元素的原子间只形成共价键，金属元素的原子和非金属元素的原子间只形成离子键
[解析]　分子晶体熔化时一般破坏分子间作用力，而不影响化学键，如碘单质熔化，故A正确；原子晶体的原子间只存在共价键，某些分子晶体的分子间存在范德华力和氢键，如冰等，故B正确；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X－射线衍射图谱反映出来，因此，区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X－射线衍射实验，故C正确；铵盐是非金属元素组成的化合物，属于离子化合物，氯化铝是金属元素与非金属元素组成的共价化合物，故D错误。
〔对点集训1〕　(1)下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是(　　)A．白磷、蓝矾B．陶瓷、塑料C．碘、橡胶D．食盐、蔗糖[解析]　A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体；C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。
(2)(2021·经典习题汇编)下列有关的叙述不正确的有__________(填序号)。①固体物质一定是晶体　②铁、冰、玻璃是晶体　③缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体晶体体现了晶体的自范性　④晶体的熔点一定比非晶体的熔点高　⑤晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列　⑥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
[解析]　固体物质分为晶体和非晶体，故①错误，符合题意。玻璃是非晶体，故②错误，符合题意。晶体的自范性是指晶体能自发地呈现多面体外形的性质，缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶体体现了晶体的自范性，故③正确，不符合题意。非晶体没有固定的熔点，不能比较熔点的高低，故④错误，符合题意。晶体中粒子在微观空间呈现周期性的有序排列，而非晶体中微粒排列无序，故⑤正确，不符合题意。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，故⑥正确，不符合题意。
萃取精华：晶体与非晶体的几点理解同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
(2021·湖北咸宁模拟)下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是(　　)A．金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B．金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6C．六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D．金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同
微考点2　晶体的堆积模型
[解析]　A项，金属晶体中的原子在二维空间只有非密置层和密置层两种方式，A错；B项，非密置层在三维空间可以形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是6和8，B错；D项，金属晶中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率较高，D错。
〔对点集训2〕　如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是(　　)A．此堆积方式属于非最密堆积B．此堆积方式为A1型最密堆积C．配位数为8D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同
[解析]　根据图可以看出：镉的堆积方式为“…ABAB…”，为A3型，而铜的堆积方式为A1型，故AB两项错误，D项正确；A3型最密堆积的配位数为12，即中间一层有6个上、下两层各有3个，C项错误。
(1)(2021·经典习题选萃)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
微考点3　根据晶胞的结构求化学式、配位数、原子个数
SmFeAsO1－xFx
(2)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为______________________ (用n代表P原子数)。
(PnO3n＋1)(n＋2)－
[易错警示]　(1)在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有。如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心原子依次被6、3、4、2个晶胞所共有。(2)在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。
②LiClO4和LiBF4中都不存在的化学键是_____(填代号)。a．离子键 b．共价键c．金属键 d．配位键③LiX(X＝F，Cl，Br，I)具有NaCl型晶体结构。当阴、阳离子电荷的绝对值相同且它们的半径相近时，生成的盐类一般难溶于水。由上述规则可以判断LiF、LiCl、LiBr、LiI中溶解度最小的是_______。
[解析]　①氮元素的原子序数为7，基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3；—CH3中碳原子为sp3杂化，碳氮叁键中碳原子为sp杂化；②LiClO4中有离子键和共价键，LiBF4中有离子键、共价键，B原子最外层电子数为3，而与4个F原子成键，则B原子与一个F原子形成配位键，都不存在金属键。③所给物质的阴、阳离子电荷的绝对值均相同，且离子半径：F－液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路为原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
(2021·广西高三检测)高温下，超氧化钾晶体结构与NaCl的相似，其晶体结构的一个基本重复单元如图所示，已知晶体中氧的化合价可看作部分为0，部分为－2。下列说法正确的是(　　)
微考点3　常见的晶体结构
〔对点集训3〕　(2021·湖北随州模拟)(1)下列数据是对应物质的熔点，有关的判断错误的是________。
[解析]　A项含有金属阳离子的可能为金属晶体；B项共价化合物中各原子不一定都形成8电子结构，如BCl3。
请回答下列问题：①这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是______________。②冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为________________________________。③NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是_______________________ ____________________________________________________________。
金刚石>氧化镁>氯化钙>冰>干冰
镁离子和氧离子电荷数大于钠离子和氯离子，并且离子半径O2－比Cl－小，Mg2＋比Na＋小
④每个铜晶胞中实际占_____个铜原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为_____。⑤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__________________________________。[解析]　①分析各种物质的晶胞发现以共价键结合的晶体为金刚石晶体。②结合不同晶体的熔点特点及氢键的知识确定熔点高低顺序为金刚石>氧化镁>氯化钙>冰>干冰。④分析铜晶胞的特点，顶点的铜原子为8×1/8＝1，位于面上的Cu为6×1/2＝3，所以实际占有4个铜原子。
冰在晶态时存在氢键，而干冰没有
萃取精华：“五依据”突破晶体类型判断依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断。①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用力是离子键。②原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用力是共价键。③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用力为范德华力或氢键。④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用力是金属键。
依据物质的类别判断。①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。③常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。
依据晶体的熔点判断。①原子晶体熔点很高，常在1 000 ℃以上。②离子晶体的熔点较高，常在几百至1 000多摄氏度。③分子晶体熔点较低。④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。依据导电性判断。①离子晶体水溶液及熔化时能导电。②原子晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。④金属晶体是电的良导体。
依据硬度和机械性能判断。①原子晶体硬度很大。②离子晶体硬度较大或硬而脆。③分子晶体硬度小且较脆。④金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。
本讲要点速记：1．晶体是由无数个晶胞堆积得到的。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。2．晶胞中微粒个数的计算，其关键是正确分析晶胞中任意位置上的一个微粒被几个晶胞所共用。不同形状的晶胞，情况不同。
3．四种晶体类型(1)分子间通过分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。(2)构成原子晶体的微粒是原子，其相互作用力是共价键。原子晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比的关系，不是分子式。(3)金属键无方向性和饱和性，通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。(4)离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。