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化學 課標版,第36講 晶體結構與性質,1.晶體與非晶體,考點一 晶體與晶胞,2.晶胞 (1)概念:描述晶體結構的⑦ 基本單元 。 (2)晶體中晶胞的排列——無隙并置。 a.無隙:相鄰晶胞之間沒有任何⑧ 空隙 。 b.并置:所有晶胞都是平行排列的,⑨ 取向 相同。 (3)晶胞中粒子數目的計算——均攤法(切割法):如某個粒子為n個晶胞 所共用,則該粒子有⑩ 屬于該晶胞。,1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。 (1)固態(tài)物質一定是晶體 ( ) (2)冰和固體碘晶體中相互作用力相同 ( ) (3)晶體內部的微粒按一定規(guī)律周期性排列 ( ) (4)凡有規(guī)則外形的固體一定是晶體 ( ) (5)晶體與非晶體的本質區(qū)別:是否有自范性 ( ) (6)晶體有一定的熔沸點 ( ) (7)晶體和非晶體可用X-射線衍射實驗區(qū)別 ( ),答案 (1)? (2)? (3)√ (4)? (5)? (6)√ (7)√,,2.下圖為離子晶體空間構型示意圖( 表示陽離子, 表示陰離子),以M表 示陽離子,以N表示陰離子,寫出各離子晶體的組成表達式: A 、B 、C 。 答案 MN MN3 MN2,,題組一 晶胞中粒子數及晶體化學式的判斷,1.Zn與S所形成化合物晶體的晶胞如下圖所示。 (1)在1個晶胞中,Zn的數目為 。 (2)該化合物的化學式為 。,答案 (1)4 (2)ZnS,解析 從晶胞圖分析,含有Zn數目為8× +6× =4;S數目為4,所以化合物 中Zn與S數目之比為1∶1,則化學式為ZnS。,2.利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,下圖為其晶 胞結構示意圖,則每個晶胞中含有B原子的個數為 ,該功能陶瓷 的化學式為 。,答案 2 BN,解析 根據題給晶胞,可以判斷大球代表B原子,則晶胞中B原子個數為 8× +1=2,N原子個數為4× +1=2,則化學式為BN。,3.石墨烯可轉化為富勒烯(C60),某金屬M與C60可制備一種低溫超導材料, 晶胞如圖所示,M原子位于晶胞的棱上與內部。該晶胞中M原子的個數 為 ,該材料的化學式為 。,解析 根據“均攤法”計算。晶胞中M的個數:12× +9=12;C60的個數: 8× +6× =4,所以其化學式可表示為M3C60。,答案 12 M3C60,技法總結 晶胞組成的計算——均攤法 (1)原則 晶胞任意位置上的一個原子如果被n個晶胞所共有,那么,每個晶胞分得 這個原子的份額就是 。 (2)方法 ①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數的計算。,②非長方體晶胞中粒子視具體情況而定,如石墨晶胞每一層內碳原子排 成六邊形,其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有,每個六邊形占1/3個碳 原子。,題組二 利用晶胞進行相關物理量的計算 4.(1)(2016課標Ⅰ,37,節(jié)選)晶胞有兩個基本要素: ①原子坐標參數,表示晶胞內部各原子的相對位置。下圖為Ge單晶的 晶胞,其中原子坐標參數A為(0,0,0);B為( ,0, );C為( , ,0)。則D原子 的坐標參數為 。 ②晶胞參數,描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數a=565.76,pm,其密度為 g·cm-3(列出計算式即可)。 (2)氧和鈉可形成化合物F,其晶胞結構如圖所示,晶胞參數a=0.566 nm,F 的化學式為 ;晶胞中氧原子的配位數為 ;列式計算晶 體F的密度(g·cm-3) 。 (3)Cu2O為半導體材料,在其立方晶胞內部有4個氧原子,其余氧原子位 于面心和頂點,則該晶胞中有 個銅原子。鋁單質為面心立方晶,體,其晶胞參數a=0.405 nm,晶胞中鋁原子的配位數為 。列式 表示鋁單質的密度 g·cm-3(不必計算出結果)。 (4)(2014江蘇單科,21A,節(jié)選)銅晶胞結構如圖所示,銅晶體中每個銅原 子周圍距離最近的銅原子數目為 。,答案 (1)① ② ×107 (2)Na2O 8 =2.27 g·cm-3 (3)16 12 (4)12,解析 (1)②晶胞參數a即為晶胞邊長,ρ= = g·cm-3= ×107 g·cm-3。 (2)由晶胞結構可知,一個晶胞中小球個數為8,大球個數為4,小球代表離 子半徑較小的Na+,大球代表離子半徑較大的O2-,故F的化學式為Na2O;晶 胞中與每個氧原子距離最近且相等的鈉原子有8個;晶胞的質量為 ×4,晶胞的體積為(0.566×10-7)3 cm3,晶體密度為 =2.27 g·cm-3。 (3)Cu2O晶胞中氧原子數=4+6× +8× =8,故銅原子數為2×8=16。面心,立方晶胞中,鋁原子的配位數為12;晶胞中Al原子數為8× +6× =4,鋁單 質的密度ρ= = = g·cm-3。 (4)觀察銅晶胞的結構可知,每個銅原子在空間x、y、z三個平面上均有4 個與之距離最近的銅原子,總數為4×3=12個。,5.(1)①ZnS的晶胞結構如圖1所示,在ZnS晶胞中,S2-的配位數為 。 ②銅與金形成的金屬互化物結構如圖2,其晶胞邊長為a nm,該金屬互化 物的密度為 (用含a、NA 的代數式表示)g·c 。,(2)某離子晶體晶胞的結構如圖所示。X( )位于立方體頂點,Y( )位于 立方體中心。設該晶體的摩爾質量為M g/mol,晶體的密度為ρ g/cm3,阿 伏加德羅常數的值為NA,則晶體中兩個距離最近的X之間的距離為 cm。 (3)用晶體的X-射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數。對金屬銅的測定 得到以下結果:晶胞為面心立方最密堆積,邊長為361 pm。又知銅的密 度為9.00 g·cm-3,則銅晶胞的體積是 cm3,晶胞的質量是,g,阿伏加德羅常數為 [列式計 算,已知Ar(Cu)=63.6]。 (4)B、E兩種元素形成的某種化合物的晶胞結構如圖(白色球代表B原 子)。已知B、E的原子半徑分別為a pm、b pm。在該晶胞中,B原子的 配位數為 。該晶胞的空間利用率φ為 。,答案 (1)①4 ② (2) × (3)4.70×10-23 4.23×10-22 NA= =6.01×1023mol-1 (4)6 ×100%,解析 (1)①根據題中圖1知,距離Zn2+最近的S2-有4個,即Zn2+的配位數為 4,而ZnS中Zn2+與S2-個數比為1∶1,故S2-的配位數也為4。②根據均攤法, 銅與金形成的金屬互化物晶胞中Cu的個數為6× =3,Au的個數為8× = 1,該金屬互化物的化學式為Cu3Au,該金屬互化物的密度ρ= g·cm-3= g·cm-3。 (2)由題意知,該晶胞中含有 個XY2或Y2X,設晶胞的邊長為a cm,則有ρa3 NA= M,a= ,則晶體中兩個距離最近的X之間的距離為 × cm。,(4)設晶胞邊長為L,L=2(a+b)pm。該晶胞的空間利用率φ= ×100%= ×100%。 反思歸納 有關晶胞各物理量的關系:對于立方晶胞,可簡化成下面的公式進行各物理量的計算:a3×ρ×NA=n×M,a表示晶胞的棱長,ρ表示密度,NA表示阿伏加德羅常數,n表示1 mol晶胞中所含晶體的物質的量,M表示相對分子質量,a3×ρ×NA表示1 mol 晶胞的質量。,1.四種晶體類型比較,考點二 常見晶體類型的結構與性質,2.典型晶體模型,3.晶格能 (1)定義 氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量,通常取正值,單位: kJ·mol-1 。 (2)影響因素 a.離子所帶電荷數:離子所帶電荷數越多,晶格能越 大 。 b.離子的半徑:離子的半徑越 小 ,晶格能越大。 (3)與離子晶體性質的關系 晶格能越大,形成的離子晶體越 穩(wěn)定 ,且熔點越 高 ,硬度越 大 。,1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。 (1)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子 ( ) (2)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子 ( ) (3)原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高 ( ) (4)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低 ( ) (5)離子晶體一定都含有金屬元素 ( ) (6)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體 ( ),答案 (1)√ (2)? (3)? (4)? (5)? (6)√,,2.用“”或“”填空: (1)晶體熔點:CF4 CCl4 CBr4 CI4 (2)硬度:金剛石 碳化硅 晶體硅 (3)熔點:Na Mg Al (4)晶格能:NaF NaCl NaBr NaI,答案 (1) (3) ,,1.NF3可由NH3和F2在Cu作催化劑條件下反應直接得到:4NH3+3F2 NF3+3NH4F。上述化學方程式中的5種物質所屬的晶體類型有 (填序號)。 a.離子晶體 b.分子晶體 c.原子晶體 d.金屬晶體,題組一 晶體類型的判斷,答案 abd,解析 NH3、F2和NF3為分子晶體,NH4F為離子晶體,Cu為金屬晶體。,,2.有A、B、C三種晶體,分別由H、C、Na、Cl四種元素中的一種或幾 種組成,對這三種晶體進行實驗,結果如下表:,(1)晶體的化學式分別為A 、B 、C 。 (2)晶體的類型分別是A 、B 、C 。 (3)晶體中微粒間作用力分別是A 、B 、C 。,答案 (1)NaCl C HCl (2)離子晶體 原子晶體 分子晶體 (3)離子鍵 共價鍵 范德華力,解析 根據晶體的性質可知,A為離子晶體,只能為NaCl,微粒間的作用 力為離子鍵;B應為原子晶體,只能為金剛石,微粒間的作用力為共價鍵; C應為分子晶體,且易溶,只能為HCl,微粒間的作用力為范德華力。,題組二 典型晶體模型的結構分析 3.(2015課標Ⅰ,37,節(jié)選)碳有多種同素異形體,其中石墨烯與金剛石的晶 體結構如圖所示: (1)在石墨烯晶體中,每個C原子連接 個六元環(huán),每個六元環(huán)占 有 個C原子。 (2)在金剛石晶體中,C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán),每個C原子連接,個六元環(huán),六元環(huán)中最多有 個C原子在同一平面。,答案 (1)3 2 (2)12 4,解析 (1)由題中石墨烯和金剛石的晶體結構圖示可得,在石墨烯晶體 中,每個C原子應連接3個六元環(huán),每個六元環(huán)由6個C原子構成,每個六元 環(huán)所占有的C原子數為6× =2;(2)在金剛石晶體中,每個C原子與其他4 個C原子相連,每個C原子連接的六元環(huán)個數應為12個,而每一個碳原子 與其他4個C原子形成的4個共價鍵的鍵角均為109°28',形成正四面體,由 此可得在金剛石晶體的六元環(huán)中最多有4個C原子共面。,4.(2016江蘇南京質檢)下列是鈉、釙、金剛石、干冰、氯化鈉晶體的 晶胞圖(未按順序排序)。 (1)辨別晶胞(請?zhí)钕鄳木幪?。 ①鈉晶胞是 ;②釙晶胞是 ;③金剛石晶胞是 ; ④干冰晶胞是 ;⑤氯化鈉晶胞是 。 (2)釙晶胞的堆積方式是 ,鈉晶胞的堆積方式是 。,(3)與冰的晶體類型相同的是 (填編號)。 (4)在冰晶體中,每個水分子與相鄰的4個水分子形成氫鍵(如圖所示),已 知冰的升華熱是51 kJ·mol-1,除氫鍵外,水分子間還存在范德華力(11 kJ· mol-1),則冰晶體中氫鍵的“鍵能”是 kJ·mol-1。,答案 (1)①E ②C ③D ④B ⑤A (2)簡單立方堆積 體心立方 堆積 (3)B (4)20,解析 A為NaCl的晶胞,B為干冰的晶胞,C為釙的晶胞,D為金剛石的晶 胞,E為鈉的晶胞,與冰的晶體類型相同的是B。(4)冰晶體中每摩爾水形 成2 mol氫鍵,冰升華吸熱51 kJ,需破壞范德華力及氫鍵,故氫鍵的“鍵 能”是 =20 kJ·mol-1。,題組三 晶體熔、沸點的比較 5.(1)Al2O3、SiC、Si、金剛石中屬于原子晶體的有 ,其熔點 高低順序為 ,理由是 。 (2)干冰、冰二者的熔點較高的是 ,其理由是 。 (3)CS2熔、沸點高于CO2的理由是 。 (4)BN、MgBr2、SiCl4的熔點由高到低的順序為 。 (5)NaF的熔點 (填“”“=”或“”) B,的熔點,其原因是 。,答案 (1)SiC、Si、金剛石 金剛石SiCSi C—C、C—Si、Si—Si的鍵長依次增大,鍵能依次減小,熔點依次降低 (2)冰 冰晶體中分子間存在氫鍵 (3)CS2和CO2均為分子晶體,CS2的相對分子質量大,分子間作用力大,因 此CS2熔、沸點高于CO2 (4)BNMgBr2SiCl4 (5) 兩者均為離子化合物,且電荷數均為1,但后者離子半徑大,離子鍵 較弱,因此熔點較低,解析 (1)SiC、Si、金剛石為原子晶體,原子晶體中共價鍵鍵長越短,鍵 能越大,熔、沸點越高。 (2)冰晶體中含有氫鍵,熔點反常得高。 (3)CS2、CO2均為分子晶體,組成、結構相似,相對分子質量越大,范德華 力越大,熔、沸點越高。 (4)BN為原子晶體,MgBr2為離子晶體,SiCl4為分子晶體,因而熔點:BN MgBr2SiCl4。,6.(1)離子晶體熔點的高低取決于晶體中晶格能的大小。判斷KCl、 NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序是 。 (2)下列各組物質中,按熔點由低到高的順序排列正確的是 。 ①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al,解析 (1)在離子晶體中,離子半徑越小,晶格能越大,則晶體的熔點越高; 陰、陽離子所帶電荷越多,晶格能越大,則晶體的熔點越高。 (2)不同晶體的熔點一般規(guī)律為:原子晶體離子晶體分子晶體。 技法總結 晶體熔、沸點高低的比較方法,答案 (1)CaOBaONaClKCl (2)②④,1.不同類型晶體熔、沸點的比較 (1)不同類型晶體的熔、沸點高低一般規(guī)律:原子晶體離子晶體分子 晶體。 (2)金屬晶體的熔、沸點差別很大,如鎢、鉑等熔、沸點很高,汞、銫等 熔、沸點很低。,2.同種類型晶體熔、沸點的比較 (1)原子晶體 。 (2)離子晶體 ①一般地說,陰、陽離子的電荷數越多,離子半徑越小,則離子間的作用 力越強,其晶體的熔、沸點越高。 ②衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的離子晶 體越穩(wěn)定,熔點越高,硬度越大。 (3)分子晶體 ①分子間作用力越大,物質的熔、沸點越高;具有氫鍵的分子晶體熔、 沸點反常得高。,②組成和結構相似的分子晶體,相對分子質量越大,熔、沸點越高。 ③組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近),其分子的極性越 大,熔、沸點越高,如CON2。 ④同分異構體,支鏈越多,熔、沸點越低。 (4)金屬晶體 金屬離子半徑越小,離子所帶電荷越多,其金屬鍵越強,金屬晶體的熔、 沸點越高。,