高中化學選修三——晶體結構與性質(zhì)

1、晶體結構與性質(zhì)一、晶體的常識1.晶體與非晶體晶體與非晶體的本質(zhì)差異自范性微觀結構晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體無（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子排列相對無序晶體呈現(xiàn)自范性的條件：晶體生長的速率適當?shù)玫骄w的途徑：熔融態(tài)物質(zhì)凝固；凝華；溶質(zhì)從溶液中析出特性：自范性；各向異性（強度、導熱性、光學性質(zhì)等）固定的熔點；能使X-射線產(chǎn)生衍射（區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法）2.晶胞-描述晶體結構的基本單元，即晶體中無限重復的部分一個晶胞平均占有的原子數(shù)=18×晶胞頂角上的原子數(shù)+14×晶胞棱上的原子+12×晶胞面上的粒子數(shù)+1×

2、;晶胞體心內(nèi)的原子數(shù)思考：下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(I2)、金剛石(C)晶胞的示意圖，它們分別平均含幾個原子？ eg：1.晶體具有各向異性。如藍晶（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨與層垂直方向上的電導率和與層平行方向上的電導率之比為1：1000。晶體的各向異性主要表現(xiàn)在（ ）硬度 導熱性 導電性 光學性質(zhì)A. B. C. D.2.下列關于晶體與非晶體的說法正確的是（ ）A.晶體一定比非晶體的熔點高 B.晶體一定是無色透明的固體C.非晶體無自范性而且排列無序 D.固體SiO2一定是晶體3.下圖是CO2分子晶體的晶胞結構示意圖，其中有多少個原子？

3、二、分子晶體與原子晶體1.分子晶體-分子間以分子間作用力（范德華力、氫鍵）相結合的晶體注意：a.構成分子晶體的粒子是分子b.分子晶體中，分子內(nèi)的原子間以共價鍵結合，相鄰分子間以分子間作用力結合物理性質(zhì)a.較低的熔、沸點 b.較小的硬度c.一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導電d.“相似相溶原理”：非極性分子一般能溶于非極性溶劑，極性分子一般能溶于極性溶劑典型的分子晶體a.非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等b.酸：H2SO4 、HNO3、H3PO4等c.部分非金屬單質(zhì):：X2、O2、H2、S8、P4、C60d.部分非金屬氧化物：CO2、SO2、NO2、N2O4、P4O6、P4O10等

4、f.大多數(shù)有機物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等結構特征a.只有范德華力-分子密堆積（每個分子周圍有12個緊鄰的分子） CO2晶體結構圖b.有分子間氫鍵-分子的非密堆積 以冰的結構為例，可說明氫鍵具有方向性籠狀化合物-天然氣水合物2.原子晶體-相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間立體網(wǎng)狀結構的晶體注意：a.構成原子晶體的粒子是原子 b.原子間以較強的共價鍵相結合物理性質(zhì)a.熔點和沸點高 b.硬度大c.一般不導電 d.且難溶于一些常見的溶劑常見的原子晶體a.某些非金屬單質(zhì)：金剛石（C）、晶體硅(Si)、晶體硼（B）、晶體鍺(Ge)等b.某些非金屬化合物：碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體c.某些氧化物

5、：二氧化硅（ SiO2）晶體、Al2O3 金剛石的晶體結構示意圖 二氧化硅的晶體結構示意圖思考：1.怎樣從原子結構角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降2.“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體”，這種說法對嗎？eg：1.在解釋下列物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律與物質(zhì)結構間的因果關系時，與鍵能無關的變化規(guī)律是（ ） A.HF、HCI、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依次減弱B.金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸點逐漸升高 D.N2可用做保護氣2.氮化硼是一種新合成的無機材料，它是一種超硬耐磨、耐高溫、抗腐蝕的物質(zhì)。下列各組物質(zhì)熔化時所克服的微粒間的作用力與氮化硼熔化所克服的微粒間的

6、作用力類型相同的是（ ）A.氯化鈉和金剛石 B.冰和干冰C.晶體硅和水晶 D.硼和苯3.單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)回答下面問題金剛石晶體硅晶體硼熔點/>382316832573沸點/510026282823硬度107.09.5（1）晶體硼的晶體類型屬于 晶體，理由是 （2）已知晶體硼結構單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個硼原子。通過分析圖形及推算，此晶體結構單元由_個硼原子構成，其中B-B鍵的鍵角為 ，共含有 個B-B鍵三、金屬晶體1.電子氣理論-金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，

7、從而把所有的金屬原子維系在一起2.物理性質(zhì)（電子氣理論可進行解釋）微粒導電性導熱性延展性金屬原子和自由電子自由電子在外加電場的作用下發(fā)生定向移動自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對滑動仍保持相互作用熔點的變化規(guī)律-金屬鍵的強弱決定金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多，金屬鍵越強，熔點就越高，硬度也越大如：K<Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs3.金屬晶體的原子堆積模型金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式配位數(shù)=6（密置層）配位數(shù)=4（非密置層）金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成，有四種基本模式簡單立方堆積

8、-Po 配位數(shù)為6，空間占用率52%，每個晶胞含1個原子體心立方堆積-K型（Na、K、Fe）配位數(shù)為8，空間占用率68%，每個晶胞含2個原子六方最密堆積-Mg型（Mg、Zn、Ti） 每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式配位數(shù)為12空間利用率74%每個晶胞含2個原子 面心立方堆積-Cu型（Cu、Ag、Au）每三層形成一個周期，即ABCABC堆積方式配位數(shù)為12空間利用率74%每個晶胞含4個原子 4.混合晶體-石墨晶體 石墨質(zhì)軟：石墨為層狀結構，各層之間是范德華力結合，容易滑動石墨的熔沸點很高（熔點高于金剛石）：石墨各層均為平面網(wǎng)狀結構，碳原子以sp2雜化與周圍三個碳原子形成鍵，垂直平面的pz軌

9、道形成大鍵eg：1.在下列有關晶體的敘述中錯誤的是（ ）A.分子晶體中，一定存在極性共價鍵B.原子晶體中，只存在共價鍵C.金屬晶體的熔沸點差別很大D.稀有氣體的原子能形成分子晶體2.下列敘述正確的是（ ）A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子的B.原子晶體中只含有共價鍵C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵D.分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵3.金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的強烈相互作用叫金屬鍵。金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔沸點越高，且據(jù)研究表明，一般說來金屬原子半徑越小，價電子數(shù)越多，則金屬鍵越強。由此判斷下列說法中錯誤的是（ ）A.鎂的硬度小于鋁B.鎂的熔沸點

10、低于鈣C.鎂的硬度大于鉀D.鈣的熔沸點高于鉀四、離子晶體1.離子晶體-由陰、陽離子通過離子鍵結合而成的晶體物理性質(zhì)：a.硬度較大 b.熔、沸點較高 c.固態(tài)時不導電，熔化狀態(tài)才導電2.結構模型每個Cl-周圍與之最接近且距離相等的Na+有6個，這幾個Na+構成正八面體；Na+同理NaCl型晶體Na+位于頂點和面心Cl-位于棱心和體心在NaCl 晶體的一個晶胞中含Na+：1+12×1/4=4 含Cl-：8×1/8+6×1/2=4 CsCl型晶體Cs+位于體心Cl-位于頂點在CsCl 晶體的一個晶胞中含Cs+：1含Cl-：8×1/8=1 CaF2型晶體Ca2+

11、的配位數(shù)為8，構成立方體F-的配位數(shù)為4，構成正四面體Ca2+位于頂點和面心F-位于內(nèi)部在CaF2 晶體的一個晶胞中含Ca2+：8×1/8+6×1/2=4含F(xiàn)-：8注意：審題時注意是“分子結構”還是“晶體結構”，若是分子結構，其化學式由圖中所有實際存在的原子個數(shù)決定，且原子個數(shù)比不約簡3.晶格能-氣態(tài)離子形成1摩爾離子晶體釋放的能量，或拆開1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽離子所吸收的能量晶格能越大，離子晶體越穩(wěn)定，熔沸點越高，硬度越大離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強，晶格能越大巖漿晶出規(guī)則與晶格能的關系-晶格能高的晶體熔點較高，更容易在巖漿冷

12、卻過程中冷卻下來，從而先結晶晶體類型分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構成粒子分子原子金屬陽離子和自由電子陰、陽離子相互作用分子間作用力共價鍵金屬鍵離子鍵物理性質(zhì)熔沸點很低很高一般較高，部分較低較高硬度很小很大一般較大，部分較小較大導電性差差（Si為半導體）良好固態(tài)不導電熔化狀態(tài)和溶液導電實例冰、干冰、碘等金剛石、SiO2Na、Fe、Au等NaCl、CsCl等eg：1. 下列說法正確的是（ ）A.一種金屬元素和一種非金屬元素一定能形成離子化合物B.離子鍵只存在于離子化合物中C.共價鍵只存在于共價化合物中D.離子化合物中必定含有金屬元素2.下列大小關系正確的是（ ）A.晶格能：NaCl<Na

13、Br B.硬度：MgO>CaOC.熔點：NaI>NaBr D.熔沸點：CO2>NaCl3.鈣鈦礦晶胞結構如下圖所示（1）該晶體結構中氧、鈦、鈣的離子個數(shù)比是 ，化學式可表示為 （2）在該物質(zhì)的晶體結構中，每個鈦離子周圍與它最接近且距離相等的鈦離子、鈣離子各有 、 個（3）若鈣、鈦、氧三元素的相對原子質(zhì)量分別為a，b，c，晶體結構圖中正方體邊長(鈦原子之間的距離)為dnm（1nm=10-9m），則該晶體的密度為 g/cm3（阿伏加德羅常數(shù)用NA表示）習題精選1.晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別是（ ） A.晶體有規(guī)則的幾何外形，而非晶體沒有規(guī)則的幾何外形 B.晶體內(nèi)粒子有序排列，而非晶體

14、內(nèi)粒子無序排列 C.晶體有固定熔、沸點，而非晶體沒有固定熔、沸點 D.晶體的硬度大，而非晶體的硬度小2.石墨晶體的層面上每個正六邊型擁有的共價鍵數(shù)和碳原子數(shù)分別為（ ）A.6，6 B.2，4 C.2，3 D.3，23.X是核外電子數(shù)最少的元素，Y是地殼中含量最豐富的元素，Z在地殼中的含量僅次于Y，W可以形成自然界中最硬的原子晶體，下列敘述錯誤的是（ ）A.WX4是沼氣的主要成分B.固態(tài)X2Y是分子晶體C.ZW是原子晶體D.ZY2的水溶液俗稱“水玻璃”4.下列有關晶體結構的敘述中，不正確的是（ ）A.冰晶體中，每個水分子與周圍最近的4個水分子通過氫鍵相吸引，并形成四面體B.干冰晶體中，每個晶胞平

15、均含有8個氧原子C.金剛石晶體中，碳原子與C-C鍵之比為12D.二氧化硅晶體中，最小環(huán)是由6個硅原子組成的六元環(huán)5.下列有關原子晶體的敘述中，不正確的是（ ）A.原子晶體中可能存在非極性共價鍵B.原子晶體的硬度一般比分子晶體的高C.在SiO2晶體中，1個硅原子和2個氧原子以共價鍵結合D.金剛砂晶體是直接由硅原子和碳原子通過共價鍵所形成的空間網(wǎng)狀結構的晶體6.關于晶體的下列說法正確的是（ ）A.1mol金剛石晶體中含有4mol共價鍵B.金屬鎂、金剛石和固體氖都是由原子直接構成的單質(zhì)晶體C.金屬晶體的熔點可能比分子晶體的低，也可能比原子晶體的高D.銅晶體中，1個銅離子跟2個價電子間有較強的相互作用

16、7.某晶體的部分結構為正三棱柱，這種晶體中A、B、C三種微粒數(shù)目之比為（ ）A.394 B.142 C.294 D.3848.前些年報道的硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導溫度的最高記錄。如圖所示是該化合物的晶體結構單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有1個鎂原子，6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學式可表示為（ ）A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.Mg3B29.根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于離子晶體的是（ ）A.熔點2700，導電性好，延展性強B.無色晶體，熔點3550，不導電，質(zhì)硬，難溶于水和有機溶劑C.無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點800，熔化時能導電D.熔點-5

17、6.6，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電10.下列有關晶體的敘述中不正確的是（ ）A.金剛石的網(wǎng)狀結構中,由共價鍵形成的碳原子環(huán)中,最小的環(huán)上有6個碳原子B.NaCl晶體中,每個Na+周圍距離相等的Na+離子共有6個C.CsCl晶體中,每個Cs+周圍緊鄰8個Cl-D.干冰晶體中,每個二氧化碳分子周圍緊鄰12個二氧化碳分子11.下列有關離子晶體的數(shù)據(jù)大小比較不正確的是（ ）A.熔點：NaFMgF2AlF3B.晶格能：NaFNaClNaBrC.陰離子的配位數(shù)：CsClNaClCaF2D.硬度：MgOCaOBaO12.有關物質(zhì)的結構和組成如圖所示，下列說法中不正確的是（ ）A.在NaCl晶體中，

18、距Na+最近的Cl-形成正八面體B.該氣態(tài)團簇分子的分子式為EF或FEC.在CO2 晶體中，一個CO2 分子周圍有12個CO2 分子緊鄰D.在碘晶體中，碘分子的排列有兩種不同的方向13.BCl3的熔點為10.7，沸點為12.5。在BCl3分子中，Cl-B-Cl鍵角為120°，它可以水解，水解產(chǎn)物之一是HCl。下列對BCl3的敘述中正確的是（ ）A.BCl3是原子晶體B.熔化時BCl3能導電C.BCl3分子是一種極性分子D.水解方程式：BCl3 + 3H2O H3BO3 + 3HCl14.有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關說法正確的是（ ）A.為簡單立方堆積，為六方最密堆

19、積，為體心立方堆積，為面心立方最密堆積B.每個晶胞含有的原子數(shù)分別為：1個，2個，3個，4個C.晶胞中原子的配位數(shù)分別為：6，8，12，12D.空間利用率的大小關系為：<<<15.C60、金剛石和石墨的結構模型如圖所示(石墨僅表示出其中的一層結構)（1）C60、金剛石和石墨三者的關系是互為 A.同分異構體 B.同素異形體 C.同系物 D.同位素（2）固態(tài)時，C60屬于 (填“原子”或“分子”)晶體，其熔點比金剛石 (填“高”、“低”或“無法確定”)（3）晶體硅的結構跟金剛石相似，1 mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是 NA個；二氧化硅的結構相當于在硅晶體結構中每個硅硅單鍵之

20、間插入1個氧原子，二氧化硅的空間網(wǎng)狀結構中，硅、氧原子形成的最小環(huán)上氧原子數(shù)目是 （4）石墨層狀結構中，平均每個正六邊形占有的碳原子數(shù)是 個16.下圖為一個金屬銅的晶胞，請完成以下各題（1）該晶胞擁有的銅原子數(shù)是 個（2）該晶胞稱為 （填序號）A.六方晶胞 B.體心立方晶胞 C.面心立方晶胞（3）此晶胞立方體的邊長為a cm，Cu的相對原子質(zhì)量為64，金屬銅的密度為g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)為 （用a、表示）17.現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(單位：)的數(shù)據(jù)A組B組C組D組金剛石：3550Li：181HF：83NaCl：801晶體硅：1410Na：98HCl：115KCl：776晶體硼：2300K：6

21、4HBr：89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：51CsCl：645據(jù)此回答下列問題：（1）A組屬于 晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是 （2）B組晶體共同的物理性質(zhì)是 （填序號）有金屬光澤 導電性 導熱性 延展性（3）C組中HF熔點反常是由于 （4）D組晶體可能具有的性質(zhì)是 （填序號）硬度小水溶液能導電固體能導電熔融狀態(tài)能導電（5）D組晶體的熔點由高到低的順序為：NaClKClRbClCsCl，其原因解釋為 18.氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應可以得到BF3和BN，如下圖所示請回答下列問題：（1）由B2O3制備BN的化學方程式是

22、（2）基態(tài)B原子的電子排布式為 ；B和N相比，電負性較大的是 ，BN中B元素的化合價為 （3）在BF3分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是 ， B原子的雜化軌道類型為 ，BF3和過量NaF作用可生成NaBF4，BF- 4的立體構型為 （4）在與石墨結構相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學鍵為 ，層間作用力為 （5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5 pm，立方氮化硼的一個晶胞中含有 個氮原子、 個硼原子，立方氮化硼的密度是 gcm-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)為NA，上圖為金剛石晶胞）19.下圖為C

23、aF2、H3BO3（層狀結構，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵結合）、金屬銅三種晶體的結構示意圖，請回答下列問題：圖銅晶體中銅原子堆積模型 （1）圖所示的CaF2晶體中與Ca2+最近且等距離的F-數(shù)為 ，圖中未標號的銅原子形成晶體后周圍最緊鄰的銅原子數(shù)為 （2）圖所示的物質(zhì)結構中最外能層已達8電子結構的原子是 ，H3BO3晶體中B原子個數(shù)與極性鍵個數(shù)比為 （3）金屬銅具有很好的延展性、導電性、傳熱性，對此現(xiàn)象最簡單的解釋是用 理論（4）三種晶體中熔點最低的是 （填化學式），其晶體受熱熔化時，克服的微粒之間的相互作用為 （5）已知兩個距離最近的Ca2+核間距離為a×10-8cm，結合CaF

24、2晶體的晶胞示意圖，CaF2晶體的密度為 （列出表達式，MCaF2= 78 g·mol-1）20.VIA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表現(xiàn)出多種氧化態(tài)，含VIA族元素的化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請回答下列問題：（1）S單質(zhì)的常見形式為S8，其環(huán)狀結構如下圖所示，S原子采用的軌道雜化方式是 （2）O、S、Se原子的第一電離能由大到小的順序為 （3）Se原子序數(shù)為 ，其核外M層電子的排布式為 （4）H2Se的酸性比H2S （填“強”或“弱”）。氣態(tài)SeO3分子的立體構型為 ，SO2- 3離子的立體構型為 （5）H2SeO3的K1和K2分別為2.7×

25、;10-3和2.5×10-8，H2SeO4第一步幾乎完全電離，K2為1.2×10-2，請根據(jù)結構與性質(zhì)的關系解釋：H2SeO3和H2SeO4第一步電離程度大于第二步電離的原因 H2SeO4比H2SeO3酸性強的原因 （6）ZnS在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應用廣泛。立方ZnS晶體結構如下圖所示，其晶胞邊長為540.0 pm，密度為 g·cm-3（列式并計算），a位置S2-離子與b位置Zn2+離子之間的距離為 pm（列式表示）21.碳元素不僅能形成豐富多彩的有機化合物，而且還能形成多種無機化合物，同時自身可以形成多種單質(zhì)，碳及其化合物的用途廣泛（1）C6

26、0分子的晶體中，在晶胞的頂點和面心均含有一個C60分子，則一個C60晶胞的質(zhì)量為 g（2）干冰和冰是兩種常見的分子晶體，下列關于兩種晶體的比較中正確的是 a.晶體的密度：干冰冰 b.晶體的熔點：干冰冰c.晶體中的空間利用率：干冰冰 d.晶體中分子間相互作用力類型相同（3）金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質(zhì)，下列關于這兩種單質(zhì)的敘述中正確的有 a.金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化b.晶體中共價鍵的鍵長：金剛石中C-C石墨中C-Cc.晶體的熔點：金剛石石墨d.晶體中共價鍵的鍵角：金剛石石墨e.金剛石晶體中只存在共價鍵，石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力f.金剛石和石墨的熔點都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體（4）金剛石晶胞結構如圖，立方BN結構與金剛石相似，在BN晶體中，B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為 ，B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為 ，一個晶胞中N原子數(shù)目