2024版新教材高考化学全程一轮总复习第五章物质结构与性质元素周期律第17讲晶体结构与性质课件

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复 习 目 标1．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.了解分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。3.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
考点一　晶体常识　晶体结构模型必备知识整理1.物质的聚集状态
电子、阳离子和电中性粒子
2．晶体(1)晶体与非晶体的区别
(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。
3．晶胞(1)概念：晶胞是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　　　　排列、　　　　相同。
4．晶体结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是_____________。(2)晶体结构的测定原理：在晶体的X射线衍射实验中，当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的　　　　。(3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞的形状和大小，分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的　　　　和________等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
微点拨　使用均摊法（切割法）时，要注意晶胞形状，分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如正六棱柱晶胞中，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。
[正误判断]　(1)物质的聚集状态只有固、液、气三态(　　)(2)晶体具有自范性，一般具有固体的熔点(　　)(3)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验(　　)(4)晶胞一般为平行六面体，其排列遵循无隙并置形成晶体(　　)(5)晶胞一般有三套平行棱，三套平行面(　　)
×　物质的聚集状态除了固液气外还有晶态、非晶态、塑晶态、液晶态、离子液体等
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”(　　)(7)冰和碘晶体中相互作用力相同(　　)(8)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(　　)
×　晶胞是晶体中的最小重复单元，有些晶体的晶胞不是平行六面体
×　冰中除了有范德华力还有氢键
对点题组训练题组一　“平行六面体”晶胞的分析应用1．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．B2A　　B．BA2　　C．B7A4　　D．B4A7
2．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为　　　　。
题组二　“非立方系”晶体结构分析应用3. 某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　)A．3∶9∶4　　B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
4．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学式为　　　　。
题组三　电子式及“8”电子稳定结构的判断5．已知反应3NH3＋3Cl2===NH4Cl＋5HCl＋N2，其中用化学用语描述的相关微粒正确的是(　　)
6．下列分子中所有原子都满足最外层8个电子结构的是(　　)A．光气(COCl2) B．六氟化硫C．二氟化氙 D．三氟化硼
微点拨(1)“8e－”结构的判断技巧 ①最外层电子数+│化合价│=8的原子均达到8e－稳定结构。 ②含氢化合物中的氢原子一定不是8e－稳定结构。 ③含稀有气体元素的化合物中稀有气体元素原子不是8e－稳定结构。(2)寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法①“10电子”微粒
题组四　共价键及其键参数7．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键D．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
解析：同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，B项错误、D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键，C项正确。
8．已知几种共价键的键能如下：下列说法错误的是(　　)A．键能：N≡N＞N＝N＞N—NB．H(g)＋Cl(g)===HCl(g)　ΔH＝－431.8 kJ·ml－1C．H—N键能小于H—Cl键能，所以NH3的沸点高于HClD．2NH3(g)＋3Cl2(g)===N2(g)＋6HCl(g)　ΔH＝－463.9 kJ·ml－1
解析：A项，三键键长小于双键键长小于单键键长，键长越短，键能越大，所以键能：N≡N＞N===N＞N—N，正确；B项，H(g)＋Cl(g)===HCl(g)的焓变为H—Cl键能的相反数，则ΔH＝－431.8 kJ·ml－1，正确；C项，NH3的沸点高于HCl是由于NH3形成分子间氢键，而HCl不能，键能不影响分子沸点，错误；D项，根据ΔH＝E(反应物)－E(生成物)，则2NH3(g)＋3Cl2(g)===N2(g)＋6HCl(g)　ΔH＝6E(N—H)＋3E(Cl—Cl)－E(N≡N)－6E(H—Cl)＝－463.9 kJ·ml－1，正确。
考点二　晶体类型和微粒间作用力必备知识整理1.不同晶体的特点比较
2.过渡晶体大多数晶体是这四种晶体类型之间的过渡晶体，以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例，如Na2O、Al2O3中既有　　　　键成分，也有　　　　键成分，Na2O中离子键成分占62%，因而通常当作　　　　晶体来处理，Al2O3中离子键成分占41%，因而通常当作　　　　晶体来处理。
3．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)相同类型晶体①金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。②离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。③共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。④分子晶体：a.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；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。b．组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高。
[正误判断]　(1)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体(　　)(2)晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(　　)(3)由原子形成的晶体一定是共价晶体(　　)(4)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(　　)(5)Al2O3含有金属元素，属于离子晶体(　　)
×　AlCl3属于分子晶体
×　在金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子
×　稀有气体在固体时是分子晶体，组成微粒均为分子
×　含有金属元素的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3
对点题组训练题组一　晶体类型的判断1．下列晶体的分类正确的一组是(　　)
解析：石墨的层与层之间是分子间作用力，而碳原子间是共价键，石墨之中也会有自由电子在层与层间移动，石墨属于混合型晶体，故A不选；玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物，不是纯净物，不属于离子晶体，故B不选；CH3COONa是由醋酸根离子和钠离子组成的离子晶体，碳化硅是由碳原子和硅原子组成的共价晶体， 属于有机物，属于分子晶体，镁是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体，故C选；NaH是钠离子和氢离子形成的离子晶体，不属于金属晶体，故D不选。
2.分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电：　　　　。(2)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：　　　　。(3)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：　　　　。(4)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：　　　　。(5)硒，熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：　　　　。(6)锑，熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电：　　　　。
微点拨　依据性质判断晶体类型的方法(1)依据晶体的熔点判断。(2)依据导电性判断。(3)依据硬度和机械性能判断。
题组二　晶体熔、沸点比较3．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)A．O2、I2、Hg B．CO、KCl、SiO2C．Na、K、Rb D．Na、Al、Mg
解析：A中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故A错误；B中SiO2为共价晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故B正确；C中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故C错误；D中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故D错误。
4．离子晶体熔点的高低取决于离子所带电荷和离子半径。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 (　　)A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl
解析：离子晶体中，离子所带电荷总数越多，半径越小，离子键越强，晶体熔、沸点越高。
题组三　和晶体类型有关的熔、沸点比较简答集训5．氯化铝的熔点为190 ℃，而氟化铝的熔点为1290 ℃，导致这种差异的原因为______________________________。6．邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的沸点低，原因是_________________________________________________。7．C2H6和N2H4分子中均含有18个电子，它们的沸点相差较大，主要原因是____________________。
AlCl3是分子晶体，而AlF3是离子晶体
邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力更大
N2H4分子之间存在氢键
8．硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种变化关系的原因是__________________________。
同是分子晶体，硅烷的相对分子质量越大，分子间范德华力越强
考点三　常见晶体结构必备知识整理常见晶体的结构模型与分析
[正误判断]　(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个(　　)(2)石墨为混合型晶体，因层间存在分子间作用力，故熔点低于金刚石(　　)(3)构成粒子是原子的晶体一定为共价晶体(　　)
×　石墨晶体中碳碳键比金刚石中碳碳键更牢固(有大∏键)，键能更大，故熔点高于金刚石
×　稀有气体固体的构成微粒为原子，但属于分子晶体
(4)分子晶体中一定含范德华力，可能含共价键或氢键(　　)(5)金属晶体的构成粒子为金属阳离子和自由电子(　　)(6)离子晶体中阴、阳离子的配位数一定相同(　　)
×　CaF2中阴、阳离子的配位数分别为4、8
对点题组训练题组一　晶胞中原子半径、微粒间距离及晶体密度的计算1．GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为　　　　，Ga与As以　　　　键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·ml－1和MAs g·ml－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______________________。
2．图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝_______pm，Mg原子之间最短距离y＝　　　　 pm。
题组二　和俯视图有关的晶体结构分析3．已知三维立方钙钛矿CsPbBr3中三种离子在晶胞(a)中占据正方体顶点、面心、体心位置，图(b)显示的是三种离子在xz面、yz面、xy面上的位置。
(1)若晶胞边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为________ g·cm－3(写出表达式)。(2)上述晶胞沿体对角线方向的投影图为　　　　(填序号)。
4.(1)某种钛酸钴(CTiO3)晶胞沿x、y或x轴任意一个方向的投影如图1所示。晶胞中 C处于各顶角位置，则O处于　　　　位置，与C紧邻的O的个数为　　　　。若晶胞中C与O之间的最短距离a nm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度为　　 　　 g·cm－3(列出计算式即可)。
(2)MgH2晶体属四方晶系，其晶胞结构如图2所示，晶胞参数a＝b＝450 pm，c＝301 pm，原子坐标为A(0，0，0)、B(0.305，0.305，0)、C(1，1，1)、D(0.195，0.805，0.5)。①Mg2＋的半径为72 pm，则H－的半径为________________ pm(列出计算式即可)。②用NA表示阿伏加德罗常数的值，MgH2晶体中H－的密度是标准状况下氢气密度的　　　　　　　倍(列出计算式即可，标准状况下氢气的密度为0.089 g·L－1)。
微点拨　晶胞结构的相关计算(1)计算晶体密度的方法确定晶胞中微粒个数
如立方晶胞密度的计算其中①M为微粒的相对“分子”质量；②另外关于晶胞参数单位换算也需注意：1 m＝10 dm＝102 cm＝103 mm＝106μm＝109 nm＝1012pm；③密度公式中共有四个未知量：密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA，知道3个可求另一个，因此可以围绕密度出现4种题型
(2)计算晶体中微粒间距离的方法 晶胞的体积＝ (M为微粒的相对“分子”质量)
(3)计算空间利用率的方法空间利用率：球体积占晶胞体积的百分比。空间利用率＝ ×100%。
现有冰晶石的结构单元如图所示， 位于大立方体顶点和面心， 位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心， 是图中 、 中的一种。
[问题探究](1)冰晶石属于哪种晶体类型？(2)冰晶石晶胞(大立方体)中体心处的“ ”代表的是哪种微粒？(3)晶胞中Na＋的配位数是多少？与Na＋距离相等且最近的Na＋有多少个？
本讲真题研练1．[2022·山东卷]AlN、CaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键，N—Ga键，下列说法错误的是(　　)A．GaN的熔点高于AlNB．晶体中所有化学键均为极性键C．晶体中所有原子均采取sp3杂化D．晶体中所有原子的配位数均相同
2．[2022·山东卷](双选)Cu2－xSe是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是(　　)A．每个Cu2－xSe晶胞中Cu2＋个数为xB．每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2－xSe晶胞，转移电子数为8C．每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1－xD．当NayCu2－xSe转化为NaCuSe时，每转移(1－y)ml电子，产生(1－x)ml Cu原子
3．[2022·湖北卷]某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　)A．Ca2＋的配位数为6B．与F－距离最近的是K＋C．该物质的化学式为KCaF3D．若F－换为Cl－，则晶胞棱长将改变
4．[2022·江苏卷]下列说法正确的是(　　)A．金刚石与石墨烯中的C—C—C夹角都为120°B．SiH4、SiCl4都是由极性键构成的非极性分子C．锗原子(32Ge)基态核外电子排布式为4s24p2D．ⅣA族元素单质的晶体类型相同
5．[2022·全国甲卷][化学——选修3：物质结构与性质]2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2===CH2)与四氟乙烯(CF2===CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为　　　　　　　　。
解析：基态F原子的价电子排布式为2s22p5，故其价电子排布图(轨道表示式)为
(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是　　　　(填标号)，判断的根据是_____________________________________________________；第三电离能的变化图是　　　　(填标号)。
同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充满稳定结构，第一电离能比O原子大
解析：C、N、O、F均位于第二周期，原子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引能力增强，第一电离能逐渐增大，但N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充满稳定结构，第一电离能比O原子大，故选a；C原子失去2个电子后达到2s2全满稳定结构，再失去1个电子较难，故第三电离能比N原子大，故选b。
(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构　　　　　　　　　。(4)CF2===CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为________和　　　　；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因______________________________________。(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是　　　　；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为　　　　 pm。
H—F…H—F…H—F
F的电负性比H大，C—F键的键能比C—H键的大
6．[2022·全国乙卷][化学——选修3：物质结构与性质]卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)氟原子激发态的电子排布式有　　　　，其中能量较高的是　　　　。(填标号)a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
解析：基态氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，有9个电子，排除b、c项；a项，相当于F原子的一个电子从2p能级跃迁到3s能级，属于激发态氟原子，正确；d项，相当于F原子的两个电子从2p能级跃迁到3p能级，属于激发态氟原子，正确；在两个激发态氟原子中，由于3p能级的能量高于3s能级，且d中发生跃迁的电子数目多于a，故d的能量较高。
(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个　　　杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl　　　　键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( )。②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的顺序是　　　　　　　　　，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强；(ⅱ) ____________________________________。(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为　　　　。解释X的熔点比Y高的原因__________________________________________。
C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl
Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键越短
CsCl是离子晶体，熔化时需要克服Cs＋和Cl－之间的离子键，而ICl是分子晶体，熔化时只需要克服范德华力