2025版高考化学一轮总复习教案第五章物质结构与性质元素周期律第十九讲晶体结构与性质考点二常见晶体结构与性质

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知识梳理
1．分子晶体
(1)定义：只含 分子 的晶体称为分子晶体。
(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以 分子间作用力 相互吸引，分子内原子之间以 共价键 结合。
(3)常见的分子晶体。
①所有 非金属氢化物 ，如水、硫化氢、氨、甲烷、卤化氢(HX)等。
②部分 非金属单质 ，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。
③部分 非金属氧化物 ，如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。
④几乎所有的 酸 ，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
⑤绝大多数 有机物 的晶体，如苯、四氯化碳、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
(4)物理性质。
分子晶体熔、沸点较 低 ，硬度较 小 ，不导电，分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。
(5)分子晶体的结构特征
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 12 个。
②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成 2 ml“氢键”。
2．共价晶体
(1)相邻原子通过 共价键 相互结合形成的晶体，整块晶体是一个 三维骨架(立体网状) 结构。
(2)物理性质
①共价晶体中，由于各原子均以强的 共价 键相结合，因此一般熔点很 高 ，硬度很 大 ，难溶于常见溶剂，一般不导电。
②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越 短 ，键能越 大 ，晶体的熔点越 高 。
(3)常见共价晶体及物质类别
①某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。
②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
③极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。
(4)常见共价晶体结构
①金刚石晶体
a．每个碳与相邻 4 个碳以共价键结合，形成 正四面体 结构，键角均为 109°28′ 。
b．每个金刚石晶胞中含有 8 个碳原子，最小的碳环为 6 元环，并且不在同一平面，碳原子为 sp3 杂化。
c．每个碳原子被 12 个六元环共用，每个共价键被 6 个六元环共用，一个六元环实际拥有eq \f(1,2)个碳原子。
d．C原子数与C—C键数之比为 1∶2 ,12 g金刚石中有 2 ml共价键。
e．密度＝ eq \f(8×12 g·ml－1,NA×a3) (a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
②低温石英的结构中有顶角相连的 硅氧四面体 形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。
另一种SiO2晶体晶胞结构如图：
a．SiO2晶体中最小的环为 十二 元环，即：每个环上有 6 个O， 6 个Si。
b．每个Si与 4 个O以共价键结合，形成正四面体结构，每个正四面体占有 1 个Si， 4 个“eq \f(1,2)O”，n(Si)∶n(O)＝ 1∶2 。
c．每个Si原子被 12 个十二元环共用，每个O原子被 6 个十二元环共用。
d．每个SiO2晶胞中含有8个Si原子，含有 16 个O原子。
e．硅原子与Si—O共价键个数比为 1∶4 ,1 ml SiO2晶体中有 4 ml共价键。
f．密度＝ eq \f(8×60 g·ml－1,NA×a3) (a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
③SiC、BP、AlN晶体
a．每个原子与另外4个不同种类的原子形成 正四面体 结构。
b．密度：ρ(SiC)＝eq \f(4×40 g·ml－1,NA×a3)；ρ(BP)＝eq \f(4×42 g·ml－1,NA×a3)；ρ(AlN)＝eq \f(4×41 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
c．若Si与C最近距离为d，则棱长(a)与最近距离(d)的关系： eq \r(3)a＝4d 。
3．离子晶体
(1)离子键及其影响因素
①概念： 阴、阳离子 之间通过 静电作用 形成的化学键。
②影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越 强 。
提醒：离子键没有方向性和饱和性。
(2)离子晶体：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(3)离子晶体的性质
①熔、沸点 较高 ，难挥发，硬度 较大 ，难以压缩。
②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
③一般在水中易溶，在非极性溶剂中难溶。
(4)常见离子晶体的结构
①NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有 6 个，构成 正八面 体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 6 个，构成 正八面 体，由此可推知晶体的化学式为 NaCl 。
a．每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是 12 个。
b．每个晶胞中实际拥有的Na＋数是 4 个，Cl－数是 4 个。
c．若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为eq \f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。
②CsCl晶胞
离子间存在较强的离子键，使得晶体的硬度较大，难以压缩，具有较高熔点和沸点
CaCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有 8 个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 8 个，它们均构成 正六面 体，由此可推知晶体的化学式为 CsCl 。
a．每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 6 个，构成正八面体。
b．每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 1 个，Cl－有 1 个。
c．若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为eq \f(168.5,NA·a3×10－30) g·cm－3。
③ZnS晶体
a．1个ZnS晶胞中，有 4 个S2－，有 4 个Zn2＋。
b．Zn2＋的配位数为 4 ，S2－的配位数为 4 。
c．密度＝eq \f(4×97 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)
④CaF2晶体
a．1个CaF2晶胞中，有 4 个Ca2＋，有 8 个F－。
b．CaF2晶体中，Ca2＋和F－的配位数不同，Ca2＋的配位数是 8 ，F－的配位数是 4 。
c．密度＝eq \f(4×78 g·ml－1,NA×a3)(a为晶胞棱长，NA为阿伏加德罗常数)。
4．混合型晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是 分子间作用力 ，平均每个正六边形拥有的碳原子个数为 2 ，碳原子采取的杂化方式是 sp2 。
5．金属晶体
(1)金属键
①概念：“电子气理论”把金属键描述为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。
②成键粒子是 金属阳离子 和 自由电子 。
③金属键的强弱和对金属性质的影响
a．金属键的强弱主要取决于金属元素的 原子半径 和 价电子数 。原子半径越大、价电子数越少，金属键越 弱 ；反之，金属键越 强 。
b．金属键越强，金属的熔、沸点越 高 ，硬度越 大 。如：熔点最高的金属是 钨 ，硬度最大的金属是 铬 。
提醒：金属键没有方向性和饱和性。
(2)金属晶体
①在金属晶体中，原子间以 金属键 相结合。
②金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。
(3)金属晶体的物理性质及解释
6．过渡晶体
(1)纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的 过渡晶体 。
(2)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
表中四种氧化物晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。项目
分子密堆积
分子非密堆积
微粒间
作用力
范德华力
范德华力 和 氢键
空间特点
通常每个分子周围有 12 个紧邻的分子
每个分子周围紧邻的分子数小于12个，空间利用率不高
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
离子键的百分数/%
62
50
41
33