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[復(fù)習目標]1.掌握常見的晶體類型及微粒間相互作用。2.掌握常見晶體的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算。考點一晶體類型與微粒間相互作用力1.不同晶體的特點比較離子晶體金屬晶體分子晶體原子晶體概念陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而形成的晶體通過金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體晶體微粒陰、陽離子金屬陽離子、自由電子分子原子微粒之間作用力離子鍵金屬鍵分子間作用力共價鍵物理性質(zhì)熔、沸點較高有的高(如鐵)、有的低(如汞)低很高硬度硬而脆有的大、有的小小很大溶解性一般情況下,易溶于極性溶劑(如水),難溶于有機溶劑鈉等可與水、醇類、酸類反應(yīng)極性分子易溶于極性溶劑;非極性分子易溶于非極性溶劑不溶于任何溶劑2.晶體類別的判斷方法(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間作用力判斷由陰、陽離子形成的離子鍵構(gòu)成的晶體為離子晶體;由原子形成的共價鍵構(gòu)成的晶體為原子晶體;由分子依靠分子間作用力形成的晶體為分子晶體;由金屬陽離子、自由電子以金屬鍵構(gòu)成的晶體為金屬晶體。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷①活潑金屬氧化物和過氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)、絕大多數(shù)的鹽是離子晶體。②部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物的晶體是分子晶體。③常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等,常見的化合物類原子晶體有SiC、SiO2、AlN、BP、GaAs等。④金屬單質(zhì)、合金是金屬晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點判斷不同類型晶體熔點大小的一般規(guī)律:原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔點差別很大,如鎢、鉑等熔點很高,銫等熔點很低。(4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷①離子晶體溶于水和熔融狀態(tài)時均能導(dǎo)電。②原子晶體一般為非導(dǎo)體。③分子晶體為非導(dǎo)體,但分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和強極性非金屬氫化物)溶于水時,分子內(nèi)的化學鍵斷裂形成自由移動的離子,也能導(dǎo)電。④金屬晶體是電的良導(dǎo)體。(5)依據(jù)硬度和機械性能判斷一般情況下,硬度:原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體多數(shù)硬度大,但也有較小的,且具有較好的延展性。3.晶體熔、沸點的比較(1)原子晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點越高)如熔點:金剛石>碳化硅>晶體硅。(2)離子晶體一般地說,陰、陽離子的電荷數(shù)越多,離子半徑越小,離子間的作用力就越強,離子晶體的熔、沸點就越高,如熔點:MgO>NaCl>CsCl。(3)分子晶體①分子間作用力越大,物質(zhì)的熔、沸點越高;具有分子間氫鍵的分子晶體熔、沸點反常得高,如沸點:H2O>H2Te>H2Se>H2S。②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,熔、沸點越高,如熔、沸點:SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近),分子的極性越大,其熔、沸點越高,如熔、沸點:CO>N2。④在同分異構(gòu)體中,一般支鏈越多,熔、沸點越低,如熔、沸點:正戊烷>異戊烷。(4)金屬晶體金屬離子半徑越小,所帶電荷數(shù)越多,其金屬鍵越強,熔、沸點就越高,如熔、沸點:Na<Mg<Al。角度一晶體類型的判斷1.[2015·全國卷Ⅰ,37(4)]CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5,該化合物的熔點為253K,沸點為376K,其固體屬于________晶體。2.[2015·全國卷Ⅱ,37(2)改編]氧和鈉的氫化物所屬的晶體類型分別為______________和________________。角度二晶體微粒間作用力3.[2018·全國卷Ⅰ,35(3)改編]LiAlH4中,存在的微粒間作用力有________________________。4.[2018·全國卷Ⅲ,35(3)節(jié)選]ZnF2具有較高的熔點(872℃),其化學鍵類型是____________。5.[2016·全國卷Ⅰ,37(5)改編]Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu),其微粒之間存在的作用力是________________________________________________________________________。6.[2016·全國卷Ⅱ,37(3)節(jié)選]單質(zhì)銅及鎳都是由______鍵形成的晶體。角度三晶體熔、沸點高低的比較7.[2017·全國卷Ⅰ,35(2)節(jié)選]K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子構(gòu)型相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低,原因是____________________________________________。8.[2017·全國卷Ⅲ,35(3)改編]在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2+3H2=CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為__________________________________________,原因是_____________________________________________________________________________。9.[2016·全國卷Ⅲ,37(4)]GaF3的熔點高于1000℃,GaCl3的熔點為℃,其原因是_____________________________________________________________________________。10.[2015·全國卷Ⅱ,37(2)改編]單質(zhì)氧有兩種同素異形體,其中沸點高的是________(填分子式),原因是__________________________________________________________________。1.Cu2O與Cu2S比較,熔點較高的是____________________________________,原因是_______________________________________________________________________________。2.鈦比鋼輕,比鋁硬,是一種新興的結(jié)構(gòu)材料。鈦的硬度比鋁大的原因是_____________________________________________________________________________________________。3.已知Ba、Mo的氯化物沸點信息如表所示。二者沸點差異的原因是________________________________________________________________________________________________。氯化物沸點BaCl21560℃MoCl5268℃4.[Zn(IMI)4](ClO4)2是Zn2+的一種配合物,IMI的結(jié)構(gòu)為,IMI的某種衍生物與甘氨酸形成的離子化合物,常溫下為液態(tài)而非固態(tài),原因是________________________________________________________________________________________??键c二晶胞結(jié)構(gòu)1.常見原子晶體結(jié)構(gòu)分析(1)金剛石①每個C與相鄰4個C以共價鍵結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu);②鍵角均為109°28′;③最小碳環(huán)由6個C組成且6個C不在同一平面內(nèi);④每個C參與4個C—C的形成,C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2;⑤密度ρ=eq\f(8×12,NA×a3)(a為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(2)SiO2①每個Si與4個O以共價鍵結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu);②每個正四面體占有1個Si,4個“eq\f(1,2)O”,因此二氧化硅晶體中Si與O的個數(shù)之比為1∶2;③最小環(huán)上有12個原子,即6個O、6個Si;④密度ρ=eq\f(8×60,NA×a3)(a為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(3)SiC、BP、AlN①每個原子與另外4個不同種類的原子形成正四面體結(jié)構(gòu);②密度:ρ(SiC)=eq\f(4×40,NA×a3);ρ(BP)=eq\f(4×42,NA×a3);ρ(AlN)=eq\f(4×41,NA×a3)(a為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。2.常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析(1)干冰①8個CO2位于立方體的頂角且在6個面的面心又各有1個CO2;②每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子有12個;③密度ρ=eq\f(4×44,NA×a3)(a為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(2)白磷①面心立方最密堆積;②密度ρ=eq\f(4×124,NA×a3)(a為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。3.常見金屬晶體結(jié)構(gòu)分析(1)金屬晶體的四種堆積模型分析堆積模型簡單立方堆積體心立方堆積六方最密堆積面心立方最密堆積晶胞配位數(shù)681212原子半徑(r)和晶胞邊長(a)的關(guān)系2r=a2r=eq\f(\r(3)a,2)2r=eq\f(\r(2)a,2)一個晶胞內(nèi)原子數(shù)目1224原子空間利用率52%68%74%74%(2)金屬晶胞中原子空間利用率計算空間利用率=eq\f(球體積,晶胞體積)×100%,球體積為金屬原子的總體積。①簡單立方堆積如圖所示,原子的半徑為r,立方體的棱長為2r,則V球=eq\f(4,3)πr3,V晶胞=(2r)3=8r3,空間利用率=eq\f(V球,V晶胞)×100%=eq\f(\f(4,3)πr3,8r3)×100%≈52%。②體心立方堆積如圖所示,原子的半徑為r,晶胞邊長為a,體對角線c為4r,面對角線b為eq\r(2)a,由(4r)2=a2+b2得a=eq\f(4,\r(3))r。1個晶胞中有2個原子,故空間利用率=eq\f(V球,V晶胞)×100%=eq\f(2×\f(4,3)πr3,a3)×100%=eq\f(2×\f(4,3)πr3,\f(4,\r(3))r3)×100%≈68%。③六方最密堆積如圖所示,原子的半徑為r,底面為菱形(棱長為2r,其中一個角為60°),則底面面積S=2r×eq\r(3)r=2eq\r(3)r2,h=eq\f(2\r(6),3)r,V晶胞=S×2h=2eq\r(3)r2×2×eq\f(2\r(6),3)r=8eq\r(2)r3,1個晶胞中有2個原子,則空間利用率=eq\f(V球,V晶胞)×100%=eq\f(2×\f(4,3)πr3,8\r(2)r3)×100%≈74%。④面心立方最密堆積如圖所示,原子的半徑為r,面對角線為4r,晶胞邊長a=2eq\r(2)r,V晶胞=a3=(2eq\r(2)r)3=16eq\r(2)r3,1個晶胞中有4個原子,則空間利用率=eq\f(V球,V晶胞)×100%=eq\f(4×\f(4,3)πr3,16\r(2)r3)×100%≈74%。(3)晶體微粒與M、ρ之間的關(guān)系若1個晶胞中含有x個微粒,則1mol該晶胞中含有xmol微粒,其質(zhì)量為xMg(M為微粒的g,因此有xM=ρa3NA。4.常見離子晶體結(jié)構(gòu)分析(1)典型離子晶體模型的配位數(shù)晶體晶胞配位數(shù)NaClNa+、Cl-的配位數(shù)均為6CsClCs+、Cl-的配位數(shù)均為8ZnSZn2+、S2-的配位數(shù)均為4CaF2Ca2+()的配位數(shù)為8;F-()的配位數(shù)為4(2)晶格能①定義:氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量。晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的數(shù)據(jù),可以用來衡量離子鍵的強弱,晶格能越大,離子鍵越強。②影響因素:晶格能的大小與陰陽離子所帶電荷數(shù)、陰陽離子間的距離、離子晶體的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。離子所帶電荷數(shù)越多,半徑越小,晶格能越大。③對離子晶體性質(zhì)的影響:晶格能越大,形成的離子晶體越穩(wěn)定,而且熔點越高,硬度越大。(一)三年全國卷真題匯編1.[2021·全國甲卷,35(4)]我國科學家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑,其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是______,晶胞參數(shù)為apm、apm、cpm,該晶體密度為________g·cm-3(寫出表達式)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學式可表示為ZnxZr1-xOy,則y=________(用x表達)。2.[2021·全國乙卷,35(4)]在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強材料的耐腐蝕性、硬度和機械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu),如圖所示。處于頂角位置的是________原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為____________________%(列出計算表達式)。3.[2020·全國卷Ⅰ,35(4)]LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有________個。電池充電時,LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xFePO4,結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示,則x=________,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=________。4.[2019·全國卷Ⅰ,35(4)]圖(a)是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu),Mg以金剛石方式堆積,八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中,填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖。可見,Cu原子之間最短距離x=________pm,Mg原子之間最短距離y=________pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則MgCu2的密度是___________g·cm-3(列出計算表達式)。5.[2019·全國卷Ⅱ,35(4)]一種四方結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如圖2所示。圖中F-和O2-共同占據(jù)晶胞的上下底面位置,若兩者的比例依次用x和1-x代表,則該化合物的化學式表示為__________________;通過測定密度ρ和晶胞參數(shù),可以計算該物質(zhì)的x值,完成它們關(guān)系表達式:ρ=__________g·cm-3。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分數(shù)坐標,例如圖1中原子1的坐標為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(1,2),\f(1,2))),則原子2和3的坐標分別為________、________。(二)新高考卷真題研究6.[2021·廣東,20(6)]理論計算預(yù)測,由汞(Hg)、鍺(Ge)、銻(Sb)形成的一種新物質(zhì)X為潛在的拓撲絕緣體材料。X的晶體可視為Ge晶體(晶胞如圖a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。①圖b為Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一種單元結(jié)構(gòu),它不是晶胞單元,理由是________________________________________________________________________。②圖c為X的晶胞,X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為____________;該晶胞中粒子個數(shù)比Hg∶Ge∶Sb=__________。③設(shè)X的最簡式的式量為Mr,則X晶體的密度為________________g·cm-3(列出算式)。7.[2021·河北,17(7)]分別用、表示H2POeq\o\al(-,4)和K+,KH2PO4晶體的四方晶胞如圖(a)所示,圖(b)、圖(c)分別顯示的是H2POeq\o\al(-,4)、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:①若晶胞底邊的邊長均為apm、高為cpm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶體的密度為______________g·cm-3(寫出表達式)。②晶胞在x軸方向的投影圖為____________(填標號)。8.[2021·湖南,18(3)]下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。①已知化合物中Ge和O的原子個數(shù)比為1∶4,圖中Z表示________原子(填元素符號),該化合物的化學式為____________。②已知該晶胞的晶胞參數(shù)分別為anm、bnm、cnm,α=β=γ=90°,則該晶體的密度ρ=________________g·cm-3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、b、c、NA的代數(shù)式表示)。9.[2021·山東,16(4)]XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有______個XeF2分子。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分數(shù)坐標,如A點原子的分數(shù)坐標為(eq\f(1,2),eq\f(1,2),eq\f(1,2))。已知Xe—F鍵長為rpm,則B點原子的分數(shù)坐標為________;晶胞中A、B間距離d=______________pm。10.[2020·山東,17(4)]以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子的分數(shù)坐標。四方晶系CdSnAs2的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,晶胞中部分原子的分數(shù)坐標如下表所示。坐標原子xyzCd000Sn00As一個晶胞中有________個Sn,找出距離Cd(0,0,0)最近的Sn__________________(用分數(shù)坐標表示)。CdSnAs2晶體中與單個Sn鍵合的As有__________個??枷蛞弧傲⒎较怠本w結(jié)構(gòu)分析1.已知TiN晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,若該晶胞的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則晶胞中Ti原子與N原子的最近距離為__________(用含ρ、NA的代數(shù)式表示)pm。2.銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。一種金銅合金晶胞可以看成是銅晶胞面心上的銅被金取代,連接相鄰面心上的金原子構(gòu)成________(填“正四面體”“正八面體”或“正四邊形”)。已知:NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,晶胞參數(shù)為apm,則該金銅合金晶體的密度為______g·cm-3(用含a、NA的代數(shù)式表示)。3.金屬Ni可以與Mg、C形成一種化合物M,M是一種新型超導(dǎo)體,它的臨界溫度為8K。已知M的晶胞(α=β=γ=90°)結(jié)構(gòu)如圖所示,則M的化學式為______________。其晶胞參數(shù)為dpm,該晶體的密度為______________________________________g·cm-3。(列出計算式)考向二“非立方”晶體結(jié)構(gòu)分析4.天然硅酸鹽組成復(fù)雜陰離子的基本結(jié)構(gòu)單元是SiOeq\o\al(4-,4)四面體,如圖(a),通過共用頂角
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