2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第八章第4课时　认识层面——晶体结构与性质

第4课时　认识层面——晶体结构与性质

知识点一　晶体和晶胞

1．晶体与非晶体

(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。

2．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：所有晶胞平行排列、取向相同。

[对点训练]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)凡有规则外形的固体一定是晶体(×)

(2)晶体有自范性但排列无序(×)

(3)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同(×)

(4)固体SiO2一定是晶体(×)

(5)冰和固体碘晶体中相互作用力相同(×)

(6)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列(√)

(7)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(√)

2．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：选C　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。

3．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

解析：选C　A项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越大越好，错误；B项，晶体有固定的熔、沸点，错误；C项，X­射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体，正确；D项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，错误。

知识点二　晶体类型、结构和性质

对应学生用书P161

1．四种晶体类型的比较

2．晶格能

(1)概念：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。

(2)影响因素

①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越。

②离子的半径：离子的半径越，晶格能越大。

(3)与离子晶体性质的关系

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越。

3

4．晶体熔、沸点的高低的比较

(1)不同类型晶体熔、沸点的比较

①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞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原子晶体

→→→

如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。

②离子晶体

一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。

③分子晶体

a．分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。

b．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。

c．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，如CH3Cl＞CH3CH3。

d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如CH3CH2CH2CH2CH3＞

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，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。

[对点训练]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(×)

(2)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(×)

(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(×)

(4)离子晶体一定都含有金属元素(×)

(5)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(√)

(6)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(√)

(7)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个(√)

2．下面的排序不正确的是(　　)

A．熔点由高到低：Na＞Mg＞Al

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：CO<KCl<SiO2

D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI

解析：选A　A项，金属离子的电荷越多、半径越小，金属晶体的熔点越高，则熔点由高到低为Al＞Mg＞Na，错误；B项，键长越短，键能越大，硬度越大，键长C—C＜C—Si＜Si—Si，则硬度由大到小为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，正确；C项，一般情况下，分子晶体的熔点低于离子晶体的熔点，离子晶体的熔点低于原子晶体的熔点，熔点：CO(分子晶体)＜KCl(离子晶体)＜SiO2(原子晶体)，正确；D项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径由小到大，则晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，正确。

3．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。

(1)只含有离子键的离子晶体是_______________________________________________。

(2)既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________。

(3)既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。

(4)含有极性共价键的原子晶体是______________________________________________。

(5)不含共价键的分子晶体是_________，只含非极性共价键的原子晶体是____________。

答案：(1)NaCl、Na2S　(2)(NH4)2S　(3)Na2S2

(4)SiO2、SiC　(5)晶体氩　晶体硅、金刚石

4．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：________。

答案：(1)原子晶体　(2)分子晶体　(3)离子晶体　

(4)原子晶体　(5)分子晶体　(6)金属晶体

知识点三　晶体结构的分析与计算

1．“均摊法”突破晶胞组成的计算

(1)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，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是。

(2)方法

①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算

②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，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)被三个六边形共有，每个六边形占有个碳原子，一个六边形实际占有6×＝2个碳原子。又如，在六棱柱晶胞(如图中所示的MgB2晶胞)中，顶点上的原子为6个晶胞(同层3个，上层或下层3个)共有，面上的原子为2个晶胞共有，因此镁原子个数为12×＋2×＝3，硼原子个数为6。

2．晶胞中粒子数与M、ρ(晶体密度，g·cm－3)之间的关系

若1个晶胞中含有x个粒子，则1 mol该晶胞中含有x mol粒子，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。

[对点训练]

1.磁光存储的研究是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开始的。如图是Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式可表示为(　　)

 A．Mn2Bi　　　　　 B．MnBi

C．MnBi3  D．Mn4Bi3

解析：选B　由晶体的结构示意图可知：白球代表Bi原子，且均在六棱柱内，所以Bi为6个。黑球代表Mn原子，个数为12×＋2×＋1＋6×＝6(个)，则二者的原子个数比为1∶1。

2．用晶体的X­射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3、晶胞的质量是____________g，阿伏加德罗常数为____________[列式计算，已知Ar(Cu)＝63.6]。

解析：体积＝(3.61×10－8)3 cm3＝4.70×10－23 cm3(a为棱长)；质量＝体积×密度＝4.70×10－23 cm3×9.00 g·cm－3＝4.23×10－22 g；一个铜晶胞含4个铜原子，则4×Ar(Cu)＝NA·m(晶胞)，NA＝＝≈6.014×1023 mol－1。

答案：4.70×10－23　4.23×10－22　NA＝＝≈6.014×1023 mol－1

3.O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中O原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3)：________________。

解析：O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×＋6×＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566 nm＝0.566×10－7 cm，则晶胞的体积为(0.566×10－7 cm)3，从而可知晶体F的密度为≈2.27 g·cm－3。

答案：Na2O　8　≈2.27 g·cm－3

4．(2016·全国卷Ⅲ节选)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·mol－1和MAs g·mol－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________。

解析：GaAs的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10 cm，则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×10－10cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝ cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝

×100%＝

×100%。

答案：原子晶体　共价　×100%