晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

題專十六物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(選考)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

2.了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。

考綱要求:1.化學(xué)鍵與物質(zhì)的性質(zhì)：(1)理解離子鍵、共價(jià)鍵的含義，能說(shuō)明離子鍵、共價(jià)鍵的形成；(2)了解NaCl型和CsCl型離子晶體的結(jié)構(gòu)特征，能用晶格能解釋典型離子化合物的某些物理性質(zhì)；3.了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系；4.能用金屬鍵的自由電子理論解釋金屬的某些物理性質(zhì)；5.知道金屬晶體的基本堆積方式，了解簡(jiǎn)單晶體的晶胞結(jié)構(gòu)特征(能進(jìn)行晶體內(nèi)部空隙的識(shí)別、與晶胞的邊長(zhǎng)等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的計(jì)算)；欄目索引考點(diǎn)

微粒作用與晶體結(jié)構(gòu)1.離子鍵——離子晶體(1)化學(xué)鍵：相鄰原子之間強(qiáng)烈的相互作用?；瘜W(xué)鍵包括

、

和

。(2)離子鍵：陰、陽(yáng)離子通過(guò)

形成的化學(xué)鍵。離子鍵強(qiáng)弱的判斷：離子半徑越

，離子所帶電荷數(shù)越

，離子鍵越

，離子晶體的熔沸點(diǎn)越

。知識(shí)精講考點(diǎn)微粒作用與晶體結(jié)構(gòu)離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵靜電作用小多強(qiáng)高離子鍵的強(qiáng)弱可以用晶格能的大小來(lái)衡量，晶格能是指拆開(kāi)1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和陽(yáng)離子所吸收的能量。晶格能

，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越

，硬度越

。越大大高(3)離子晶體：通過(guò)離子鍵作用形成的晶體。①典型的離子晶體結(jié)構(gòu)：NaCl型晶體CsCl型晶體每個(gè)Na＋周圍被6個(gè)Cl－所包圍，同樣每個(gè)Cl－也被6個(gè)Na＋所包圍每個(gè)正離子被8個(gè)負(fù)離子包圍著，同時(shí)每個(gè)負(fù)離子也被8個(gè)正離子所包圍②晶胞中粒子數(shù)的計(jì)算方法——均攤法位置頂點(diǎn)棱邊面心體心貢獻(xiàn)1/81/41/212.共價(jià)鍵——原子晶體(1)原子晶體：所有原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合成的晶體或相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成

結(jié)構(gòu)的晶體。(2)典型的原子晶體有金剛石(C)、晶體硅(Si)、二氧化硅(SiO2)?？臻g立體網(wǎng)狀(3)典型原子晶體結(jié)構(gòu)

金剛石二氧化硅結(jié)構(gòu)示意圖晶胞示意圖特點(diǎn)正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最小的碳環(huán)中有6個(gè)碳原子，每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，1mol金剛石中含有2mol碳碳鍵二氧化硅晶體是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最小的環(huán)中有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子，每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子成鍵，每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子成鍵，1molSiO2中含有4mol硅氧鍵(4)共價(jià)鍵強(qiáng)弱和原子晶體熔沸點(diǎn)大小的判斷：原子半徑越

，形成共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越

，共價(jià)鍵的鍵能越

，其晶體熔沸點(diǎn)越

。如熔點(diǎn)：金剛石

碳化硅

晶體硅。小短大高>>3.分子間作用力——分子晶體(1)分子間作用力：把分子聚集在一起的作用力。分子間作用力是一種靜電作用，比化學(xué)鍵弱得多，包括范德華力和氫鍵。范德華力一般

飽和性和方向性，而氫鍵則

飽和性和方向性。沒(méi)有有(2)①分子晶體：分子間以分子間作用力(范德華力、氫鍵)相結(jié)合的晶體，典型的分子晶體有冰、干冰。其晶體結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)為

干冰冰晶體模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)干冰晶體是一種立方面心結(jié)構(gòu)——每8個(gè)CO2分子構(gòu)成立方體，在六個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子。每個(gè)CO2分子周圍，離該分子最近且距離相等的CO2分子有12個(gè)(同層4個(gè)，上層4個(gè)，下層4個(gè))每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙。當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子的空隙減小，密度反而增大，超過(guò)4℃時(shí)，才由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離加大，密度逐漸減?、诜肿娱g作用力強(qiáng)弱和分子晶體熔沸點(diǎn)大小的判斷：組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越

，克服分子間作用力使物質(zhì)熔化和汽化就需要更

的能量，熔沸點(diǎn)越

。但存在氫鍵時(shí)分子晶體的熔沸點(diǎn)往往反常地

。大多高高(3)NH3、H2O、HF中由于存在氫鍵，使得它們的沸點(diǎn)比同族其他元素氫化物的沸點(diǎn)反常地高。影響物質(zhì)的性質(zhì)方面：增大物質(zhì)的熔沸點(diǎn)，增大物質(zhì)的溶解性。表示方法：X—H…Y(N、O、F)，一般都是氫化物中存在。4.金屬鍵——金屬晶體(1)金屬鍵：金屬離子和

之間強(qiáng)烈的相互作用。運(yùn)用自由電子理論可解釋金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。自由電子晶體中的微粒導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬離子和自由電子自由電子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向移動(dòng)自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對(duì)滑動(dòng)仍保持相互作用(2)①金屬晶體：通過(guò)金屬鍵作用形成的晶體。②金屬鍵的強(qiáng)弱和金屬晶體熔沸點(diǎn)的變化規(guī)律：陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)越

，半徑越

，金屬鍵越

，熔沸點(diǎn)越高，如熔點(diǎn)：Na

Mg

Al，Li

Na

K

Rb

Cs。金屬鍵的強(qiáng)弱可以用金屬的原子化熱來(lái)衡量。多小強(qiáng)<<>>>>5.分子晶體、原子晶體、離子晶體與金屬晶體的結(jié)構(gòu)微粒，以及微粒間作用力的區(qū)別晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體離子晶體結(jié)構(gòu)微粒原子分子金屬陽(yáng)離子、自由電子陰、陽(yáng)離子微粒間作用(力)共價(jià)鍵分子間作用力復(fù)雜的靜電作用離子鍵熔沸點(diǎn)很高很低一般較高，少部分低較高硬度很硬一般較軟一般較硬，少部分軟較硬溶解性難溶解相似相溶難溶(Na等與水反應(yīng))易溶于極性溶劑導(dǎo)電情況不導(dǎo)電(除硅)一般不導(dǎo)電良導(dǎo)體固體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后導(dǎo)電實(shí)例金剛石、水晶、碳化硅等干冰、冰、純硫酸、H2(S)等Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3、NaOH等6.物質(zhì)熔沸點(diǎn)的比較(1)不同類型晶體：一般情況下，原子晶體>離子晶體>分子晶體。(2)同種類型晶體：構(gòu)成晶體質(zhì)點(diǎn)間的作用大，則熔沸點(diǎn)高，反之則小。①離子晶體：離子所帶的電荷數(shù)越高，離子半徑越小，則其熔沸點(diǎn)就越高。②分子晶體：對(duì)于同類分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，則熔沸點(diǎn)越高。③原子晶體：鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，則熔沸點(diǎn)越高。(3)常溫常壓下?tīng)顟B(tài)：①熔點(diǎn)：固態(tài)物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì)；②沸點(diǎn)：液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì)。題組集訓(xùn)1.[2015·全國(guó)卷Ⅰ，37(4)(5)](4)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，其固體屬于________晶體。(5)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：分子①在石墨烯晶體中，每個(gè)C原子連接________個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有________個(gè)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(gè)C原子連接________個(gè)六元環(huán)，六元環(huán)中最多有________個(gè)C原子在同一平面。321242.[2014·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ，37(3)(4)改編]Cu2O為半導(dǎo)體材料，在其立方晶胞內(nèi)部有4個(gè)氧原子，其余氧原子位于面心和頂點(diǎn)，則該晶胞中有__________個(gè)銅原子。Al單質(zhì)為面心立方晶體，其晶胞參數(shù)a＝0.405nm，晶胞中鋁原子的配位數(shù)為_(kāi)________。列式表示Al單質(zhì)的密度________________________g·cm－3。16123.[2014·江蘇，21(A)—(5)]Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。銅晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，銅晶體中每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目為_(kāi)_________。124.[2014·四川理綜，8(3)]Z基態(tài)原子的M層與K層電子數(shù)相等，它與某元素形成的化合物的晶胞如下圖所示，晶胞中陰離子和陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)之比是_________。2∶15.[2014·福建理綜，31(2)(3)(4)]氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(2)關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法，正確的是________(填序號(hào))。a.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大b.六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟c.兩種晶體中的B—N鍵均為共價(jià)鍵d.兩種晶體均為分子晶體解析立方相氮化硼晶體的硬度大小與是否含有σ鍵和π鍵無(wú)關(guān)，與晶體的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即立方相氮化硼晶體為原子晶體，硬度較大，a錯(cuò)誤；六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，根據(jù)石墨晶體可知其層和層之間是靠范德華力結(jié)合的，故其作用力小，質(zhì)地較軟，b正確；B和N都是非金屬元素，兩種晶體中的B—N鍵都是共價(jià)鍵，c正確；六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，屬于混合型晶體，立方相氮化硼晶體為原子晶體，d錯(cuò)誤。答案

bc(3)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為_(kāi)___________，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是______________________________。解析六方相氮化硼晶體與石墨晶體相似，同一層上的原子在同一平面內(nèi)，根據(jù)六方相氮化硼晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知，1個(gè)B原子與3個(gè)N原子相連，故為平面三角形結(jié)構(gòu)；由于B最外層有3個(gè)電子都參與了成鍵，層與層之間沒(méi)有自由移動(dòng)的電子，故不導(dǎo)電。平面三角形層狀結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自由移動(dòng)的電子(4)立方相氮化硼晶體中，硼原子的雜化軌道類型為_(kāi)___。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實(shí)，推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是____________。解析立方相氮化硼晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，故B原子為sp3雜化；該晶體存在地下約300km的古地殼中，因此制備需要的條件是高溫、高壓。sp3高溫、高壓6.[2014·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，37(4)(5)]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價(jià)電子層中的未成對(duì)電子有3個(gè)，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族；e的最外層只有1個(gè)電子，但次外層有18個(gè)電子?；卮鹣铝袉?wèn)題：(4)e和c形成的一種離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)如圖1，則e離子的電荷為_(kāi)_______。解析

e為Cu，c為O，由圖1可知，晶胞中含Cu原子數(shù)為4個(gè)，含O原子為8×＋1＝2個(gè)，故化學(xué)式為Cu2O，O為－2價(jià)，則Cu為＋1價(jià)。答案

＋1(5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)；陽(yáng)離子呈軸向狹長(zhǎng)的八面體結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。該化合物中，陰離子為_(kāi)_______，陽(yáng)離子中存在的化學(xué)鍵類型有________________；該化合物加熱時(shí)首先失去的組分是_____，判斷理由是_______________________________________。解析含有H、N、O、S、Cu5種元素的化合物，結(jié)合課本選修3配合物有關(guān)知識(shí)和題目所給信息，觀察中心為1個(gè)Cu2＋，周圍為4個(gè)NH3分子和2個(gè)H2O分子，得到該化合物化學(xué)式為[Cu(NH3)4]SO4·2H2O，加熱時(shí)，由于H2O和Cu2＋作用力較弱會(huì)先失去。共價(jià)鍵和配位鍵H2OH2O與Cu2＋的配位鍵比NH3與Cu2＋的弱7.[2013·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ，37(2)(3)(4)(6)](2)硅主要以硅酸鹽、_________等化合物的形式存在于地殼中。(3)單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以________相結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)______個(gè)原子。解析金剛石晶胞的面心上各有一個(gè)原子，面上的原子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)是

。二氧化硅共價(jià)鍵3(4)單質(zhì)硅可通過(guò)甲硅烷(SiH4)分解反應(yīng)來(lái)制備。工業(yè)上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH4，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________。Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2(6)在硅酸鹽中，SiO四面體[如下圖(a)]通過(guò)共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)型式。圖(b)為一種無(wú)限長(zhǎng)單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根：其中Si原子的雜化形式為_(kāi)_____________，Si與O的原子數(shù)之比為_(kāi)_____________，化學(xué)式為_(kāi)_______________。8.[2013·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，37(3)(4)]前四周期