第八章物质结构与性质（7）晶体结构与性质+课件-+人教版（2019）2023届高三化学高考备考大一轮复习

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获得晶体的途径①　　　 物质凝固。②　　 物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中　　 。
任务二：晶 胞
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有　　　　 。②并置：所有晶胞　　 排列、　　 相同。
判断下列六面体是否是晶胞？
晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。
A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B不满足晶胞8个顶角相同的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C不满足晶胞4根平行棱相同要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D不满足两个平行面相同的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
下图的干冰晶体中二氧化碳分子的排列有几种不同取向？
(3)晶胞中微粒数的计算方法——均摊法①长方体(包括立方体)：立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。中学中常见的晶胞为立方晶胞，②非长方体晶胞：微粒数的计算方法如图2。
(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。
米m 厘米cm毫米mm 10-3 10-1 微米μm 10-6 10-4 纳米nm 10-9 10-7 皮米pm 10-12 10-9
(1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为 ，即金刚石中的碳采取 杂化轨道形成共价键三维骨架结构。
(2)晶体中最小的碳环由 个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有 个碳原子在同一平面。(3)每个C形成4个C—C键，每个C—C键占有 个C，即C原子与C—C键之比为 。(4)每个C原子被 个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为 个
(5)一个金刚石晶胞中含有____________ __个碳原子。
(6)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为______ ___ g·cm－3
(7)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为_____ pm。
(8)碳原子的半径为r，则a与r的关系_____ 。
(9)金刚砂(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。结构中，一个硅原子周围结合______个碳原子，含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有____个硅原子
(10) 如图1，图中原子1的坐标为( ，0)，则原子2和3的坐标分别为_________、__________。
(11) 如图2，图中原子1的坐标为( ，0)，则原子2和3的坐标分别为_________、__________。
金刚石晶胞 图1
(1)二氧化硅晶体①1个Si和 个O形成4个共价键，每个O原子和 个Si原子相结合②1 ml SiO2中含 ml Si—O键③最小环由 个Si原子和 个O原子组成。
④每个Si被 个12元环共用，每个O被 个12元环共用。(2)低温石英低温石英的结构中有顶角相连的 形成螺旋上升的长链，而没有封闭的 ，这一结构决定了它具有 。
1.该晶胞中含有 个B原子， 个N原子,化学式 。D.N原子周围等距且最近的N原子数为 ，N原子配位数为 ，B原子配位数为 ，
由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，1个B原子可以和3个N原子成键，这些N原子距中心N原子等距且最近，总数为12个。
类似晶体还有CuCl、ZnS
类似晶体还有Na2O、CaF2
2.在Li2O晶体中每个O2-周围紧邻8个Li+，每个Li+周围紧邻4个Ca2＋
3.在Li2O晶体中每个O2-周围紧邻12个O2-，每个Li+周围紧邻6个Li+
①每个晶胞中有 个CO2分子， 个原子。②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。
⑴冰中水分子之间主要的作用力是 ，当然也有 。⑵由于 的方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶角的 个相邻的水分子相互吸引。
⑶冰晶体中微粒间的相互作用有 。 ⑷冰融化成水时破坏的作用力 。⑸液态水的密度大于冰的密度，理由 。
共价键、氢键、范德华力
在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小
1.NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有 个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为 。①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是 个。②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是 个，Cl－数是 个。③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。
2.如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是 .
（1）CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有 个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为 。
①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 个，构成 。②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 个，Cl－有 个。③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3
（2）根据CsCl的晶胞结构分析，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为_____；每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为_____，距离为_____；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为____，距离为_____；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为____。
考点突破1：晶体类型的判断
例1.下列性质适合于分子晶体的是(　　)
A.熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电B.熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃D.熔点为97.82 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有________(填字母)a.离子晶体 b.分子晶体 c.共价晶体 d.金属晶体
例2.下列排序不正确的是(　　)
A.熔点由高到低：Na>Mg>AlB.硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅C.晶体熔点由低到高：CONaCl>NaBr>NaI
考点突破2：晶体熔、沸点高低的比较
变式2.(1)Mn与Re属于同一族，研究发现，Mn的熔点明显高于Re的熔点，原因可 能是__________________________________________________________。
(2)CuSO4的熔点为560 ℃，Cu(NO3)2的熔点为115 ℃，CuSO4熔点更高的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。
Mn的金属键比Re的金属键强
变式3.(1)根据下表提供的数据判断，熔点最高、硬度最大的是________(填化学式)。已知晶格能是阴、阳离子形成1 ml离子晶体放出的能量。
(2)已知金刚石结构中C—C比石墨结构中C—C的键长长，则金刚石的熔点________(填“高于”“低于”或“等于”)石墨的熔点，理由是__________________________________________________________。
键长越长，键能越小，键越不稳定，熔点越低
例3.完成下列各题(1)纯金属内所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整，加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，所以合金的硬度一般都较大。请解释合金的熔点一般都小于其组分金属(或非金属)熔点的原因______________________________________________________________________________________________________________________。
同一种金属原子结合时，粒子分布均匀，作用力相对较强，当加入其他原子时，金属内部粒子分布不均匀，作用力减弱，熔点降低
考点突破3：晶体的性质及应用
(2)金刚石的熔沸点高于晶体硅，原因是_____________________________。(3)据报道，科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合3个氮原子而形成8电子稳定结构；②N—N的键能为167 kJ·ml－1。请回答下列问题：N60分子组成的晶体为________晶体，其熔、沸点比N2晶体的________(填“高”或“低”)，原因是____________________________________________________________________________________________________________。
金刚石的碳碳键键能更大
N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量较大，分子间作用力较强，故熔、沸点较高
考点突破3：晶胞组成与结构的计算
例3：(1)一个Cu2O晶胞(如图)中，Cu原子的数目为__________。(2)某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
解析：比较晶胞(a)(b)可知，将图(b)中周围紧邻的八个晶胞中体心上的离子连接起来，就能变为图(a)所示晶胞结构，图(b)中体心上的Pb2+就变为了八个顶点，即相当于图(a)中的Ti4+；图(b)中顶点上的 就变成了体心，即相当于图(a)中的Ca2+；图(b)面心上中的 I-就变成了棱心，即相当于图(a)中的O2-；故图(b)中的Pb2+与图(a)中的Ti4+的空间位置相同；有机碱 中N原子上无孤对电子，周围形成了4个键，故N原子采用sp3杂化；
例5：(2019·全国卷Ⅰ)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。
例6：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______________________________________________________________。
1.(1)Fe、C、Ni与Ca都位于第四周期且最外层电子数相同，但相应单质的熔点，Fe、C、Ni明显高于Ca，其原因是______________________________________________________。
Fe、C、Ni的原子半径比Ca的小，金属键强，因此
(2)ZnS是一种使用广泛的荧光材料。已知立方ZnS的晶胞结构如图所示：
①已知A、B点的原子坐标分别为(0,0,0)和(1， )，则C点的原子坐标为_________；
变式训练2.(2021·全国甲卷)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密 度为_______ _g·cm－3。(写出表达式)。 在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学 式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
3.(1)氮化铁晶体的晶胞结构如图1所示。该晶体中Fe、N的个数比为________。
(2)氧化亚铁晶体的晶胞如图2所示。已知：氧化亚铁晶体的密度为ρ g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值。在该晶胞中，与Fe2＋紧邻且等距离的Fe2＋数目为________；Fe2＋与O2－的最短核间距为 ________ pm。
4.(2021·全国乙卷)(1)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________________，中心离子的配位数为________。
(2)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________%(列出计算表达式)。