2020版高考化学（经典版）一轮复习教师用书：选修3第3节晶体结构与性质

 第3节　晶体结构与性质
[考试说明]　1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中组成微粒、微粒间作用力的区别。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。5.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。6.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。
[命题规律]　本节是选修3的重要组成部分，在高考中占有极其重要的地位。高考主要考查晶体类型的判断；晶体熔、沸点高低的比较；晶胞组成的计算；有关晶体密度的计算，而晶体密度的计算具有一定难度。
考点1　晶体和晶胞
知识梳理
1.晶体与非晶体

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
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。
③形状
一般而言晶胞都是平行六面体。

(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：是否有自范性。
(3)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(×)
错因：非晶体也可能具有规则的外形，如玻璃有规则的几何外形，所以具有规则外形的固体不一定是晶体。
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列。(√)
错因：__________________________________________________________
(3)区分晶体和非晶体最可靠的方法是测定其有无固定熔、沸点。(×)
错因：区分晶体与非晶体最可靠的方法是对固体进行X－射线衍射实验。
(4)通过X­射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。(√)
错因：__________________________________________________________
(5)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用。(×)
错因：立方晶胞中，顶点上的原子被8个晶胞共用。
(6)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的晶体。(√)
错因：__________________________________________________________
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 晶体与非晶体的区别
1．如图是物质的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是(　　)

A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体
B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔点
D．二者的X­射线衍射图谱是相同的
答案　B
解析　由微观结构示意图可知Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体，晶体具有规则的几何外形，具有各向异性和固定的熔点，用X­射线衍射实验测定时，晶体内部的微粒在空间呈现有规则的重复排列，非晶体则没有这些性质。
2．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是(　　)

①a是晶体　②a是非晶体　③b是晶体　④b是非晶体
A．①④ B．②④ C．①③ D．②③
答案　A
解析　晶体有固定的熔点，由图a来分析，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，这段就代表a晶体在熔化；由b曲线可知，温度一直在升高，所以找不出固定的熔点，b为非晶体。
题组二 晶胞中微粒个数的计算

3．某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(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∶1
C．2∶2∶1 D．1∶3∶3
答案　A
解析　利用均摊法计算。据图知，该正方体中A原子个数＝8×＝1，B原子个数＝6×＝3，C原子个数＝1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶3∶1。
4．(1)Ti的氧化物和CaO相互作用形成钛酸盐，其晶胞结构如图所示。该晶胞中Ca2＋的配位数是________。

(2)M原子的外围电子排布式为3s23p5，与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子)，该晶体的化学式为________。

答案　(1)12　(2)CuCl
解析　(1)根据晶胞图可知，距离Ca2＋最近且距离相等的O2－有12个，故Ca2＋的配位数为12。
(2)根据M的外围电子排布式为3s23p5，确定M为Cl元素，该晶胞中Cl原子数目＝8×＋6×＝4，Cu原子数目＝4，故化学式为CuCl。

晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法
(1)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。


考点2　四类晶体的组成和性质
知识梳理
1.四种类型晶体的比较






2．离子晶体的晶格能
(1)定义：气态离子形成1摩尔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，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，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，硬度越大。

(1)原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。
(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。
(3)原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710 ℃，MgO的熔点为2852 ℃。
(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃。
(5)由原子形成的晶体不一定是原子晶体，如由稀有气体形成的晶体是分子晶体。
(6)依据导电性判断晶体类型
①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体，而某些分子晶体(主要是酸和强极性非金属氢化物)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。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。(×)
错因：由金属与非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3属于分子晶体。
(2)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(√)
错因：__________________________________________________________
(3)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(×)
错因：金属晶体由自由电子与阳离子构成，则在晶体中有阳离子，不一定有阴离子。
(4)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(×)
错因：原子晶体的熔点可能比金属晶体的低，如钨的熔点比硅的熔点高。
(5)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(×)
错因：金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高，如金属汞在常温下为液体，硫为固体。
(6)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其熔点由高到低的顺序为：C60>金刚石>石墨。(×)
错因：石墨的熔点比金刚石高，C60为分子晶体，熔点最低，故熔点由高到低的顺序为：石墨>金刚石>C60。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 晶体类型的判断
1．NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F。上述化学方程式中的5种物质没有涉及的晶体类型为(　　)
A．离子晶体 B．分子晶体
C．原子晶体 D．金属晶体
答案　C
解析　NH3、F2、NF3属于分子晶体，Cu属于金属晶体，NH4F属于离子晶体。
2．现有几组物质的熔点(℃)数据：

A组
B组
C组
D组
金刚石：3550
Li：181
HF：－83
NaCl
硅晶体：1410
Na：98
HCl：－115
KCl
硼晶体：2300
K：64
HBr：－89
RbCl
二氧化硅：1723
Rb：39
HI：－51
MgO：2800 ℃

据此回答下列问题：
(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：
①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。
②二氧化硅的熔点高于硅，是由于__________________________________。
③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：________。
(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用________理论解释。
①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电
(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为______________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)①原子　共价键　②O的原子半径小于Si的原子半径，Si—O的键长小于Si—Si的键长，Si—O的键能大于Si—Si的键能　③硼晶体大于硅晶体
(2)金属键　①②③④　电子气
(3)HF分子间能形成氢键　(4)②④
(5)NaCl>KCl>RbCl　MgO晶体为离子晶体，离子晶体中离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高
解析　(1)A组由非金属元素组成，熔点很高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点高，硬度大。
(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用电子气理论解释相关物理性质。
(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成了氢键。
(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。
(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。
题组二 晶体熔点的比较
3．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：CF4NaI
答案　A
解析　A项，金属晶体中金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na，错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4NaI，正确。
4．下列各组物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是(　　)
①Hg>I2>O2　②SiO2>KCl>CO　③Rb>K>Na　④Al>Mg>Na　⑤金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅　⑥CI4>CBr4>CCl4>CF4>CH4　⑦生铁>纯铁>钠>冰　⑧KCl>NaCl>BaO>CaO
A．①②④ B．②④⑥ C．②⑥⑦ D．④⑥⑦
答案　B
解析　①常温下，Hg为液态，I2为固态，O2为气态，故熔点：I2>Hg>O2，错误；②SiO2为原子晶体，KCl为离子晶体，CO为分子晶体，故熔点：SiO2>KCl>CO，正确；③金属键强度：Na>K>Rb，故熔点：Na>K>Rb，错误；④金属键强度：Al>Mg>Na，故熔点：Al>Mg>Na，正确；⑤共价键强度：C—C>Si—O>Si—C>Si—Si，故熔点：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅，错误；⑥CI4、CBr4、CCl4、CF4、CH4均属于分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，正确；⑦合金的熔点低于其成分金属，故熔点生铁Cl－>K＋>Ca2＋>O2－>Na＋，故熔点CaO>BaO>NaCl>KCl，错误。

同种晶体熔点高低的比较
(1)原子晶体
→→→
如熔点：金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说，离子所带的电荷数越多(主要因素)，离子半径越小，熔点就越高，如熔点：Al2O3>NaCl>CsCl。
②晶格能越大，离子晶体熔点越高。
(3)分子晶体
①具有氢键的分子晶体熔点反常地高。如熔点： H2O>H2Te>H2Se> H2S。
组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，如熔点：SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
②组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔点越高，如熔点：CO>N2。
③对于有机物的同分异构体，支链越多，熔点越低。如熔点：CH2CH2CH3CH2CH3>

(4)金属晶体
金属原子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔点越高，如熔点：Na