2023屆新高考化學選考一輪總復習學案-第18講　晶體結構與性質

第18講晶體結構與性質內容要求1.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性,認識簡單的晶胞。2.借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型認識晶體的結構特點。3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。知識點1物質的聚集狀態(tài)與晶胞一、物質的聚集狀態(tài)1.物質三態(tài)間的相互轉化2.物質的聚集狀態(tài)物質的聚集狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)外,還有更多的聚集狀態(tài)如晶態(tài)、非晶態(tài)以及介乎兩者之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二、晶體與非晶體1.特征和區(qū)別方法晶體非晶體結構特征結構微粒周期性有序排列結構微粒無序排列性質特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性無各向異性兩者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點科學方法對固體進行X射線衍射實驗2.得到晶體的途徑(1)熔融態(tài)物質凝固。(2)氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)溶質從溶液中析出。三、晶胞1.概念:描述晶體結構的基本單元。2.晶體中晶胞的排列——“無隙并置”(1)“無隙”:相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”:所有晶胞平行排列的,取向相同。1.H2O(s)變?yōu)镠2O(g)需要吸收熱量,該過程為吸熱反應。()2.區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是測定其有無固定熔、沸點。()3.固體SiO2一定是晶體。()4.晶體內部的微粒按一定規(guī)律周期性的排列。()5.凡有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。()6.晶胞中的任何一個粒子都只屬于該晶胞。()7.缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。()答案:1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.√1.下列關于晶體的說法正確的是(B)A.將飽和硫酸銅溶液降溫,析出的固體不是晶體B.假寶石往往是玻璃仿造的,可以用劃痕的方法鑒別寶石和玻璃制品C.石蠟和玻璃都是非晶體,但它們都有固定的熔點D.藍寶石在不同方向上的硬度一定相同解析:選項A,將飽和CuSO4溶液降溫可析出膽礬,膽礬屬于晶體;選項B,寶石的硬度較大,玻璃制品的硬度較小,可以根據有無劃痕來鑒別;選項C,非晶體沒有固定熔點;選項D,晶體的各向異性導致藍寶石在不同方向上的硬度有些差異。2.如圖是某固體的微觀結構示意圖。判斷下列說法正確的是(B)A.兩種物質在一定條件下都會自動形成有規(guī)則幾何外形的晶體B.Ⅰ形成的固體物理性質有各向異性C.Ⅱ形成的固體一定有固定的熔、沸點D.兩者的X射線衍射圖譜是相同的解析:Ⅰ會自動形成有規(guī)則幾何外形的晶體,具有各向異性,X射線衍射圖譜有明顯的譜線。Ⅱ為非晶體。3.(1)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,如圖為其晶胞結構示意圖,則每個晶胞中含有B原子的個數(shù)為,該功能陶瓷的化學式為。

(2)某晶體結構模型如圖所示。該晶體的化學式是,在晶體中1個Ti原子、1個Co原子周圍距離最近的O原子數(shù)目分別為個、個。

(3)MgH2是金屬氫化物儲氫材料,其晶胞結構如圖所示。已知該晶體的密度為ag·cm-3,則該晶胞的體積為cm3[用a、NA表示(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)]。

解析:(1)每個氮化硼晶胞中含有白球表示的原子(B)個數(shù)為8×18+1=2,灰球表示的原子(N)個數(shù)為1+4×1(2)晶胞中含有O原子個數(shù)為6×12=3,含Co原子個數(shù)為8×18=1,含Ti原子個數(shù)為1,故化學式為CoTiO3(3)每個晶胞中含有Mg的數(shù)目為8×18+1=2,含有H的數(shù)目為4×12+2=4,所以晶胞的體積為2×26g·答案:(1)2BN(2)CoTiO3612(3)52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是被n個晶胞所共有,那么,每個晶胞對這個原子分得的份額就是1n(2)方法①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算,如圖:②非長方體:視具體情況而定,不同形狀的晶胞,應先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共有,如三棱柱:示例CaF2的晶胞如圖所示。該晶胞含Ca2+4個,F-8個。知識點2常見晶體的組成與性質一、常見晶體的微觀結構1.共價晶體——金剛石與SiO2晶體晶體結構晶體詳解金剛石(1)每個碳與相鄰4個碳以共價鍵結合,形成正四面體結構(2)鍵角均為109°28′(3)最小碳環(huán)由6個C組成且六個原子不在同一平面內(4)每個C參與4條C—C的形成,C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2SiO2(1)每個Si與4個O以共價鍵結合,形成正四面體結構(2)每個正四面體占有1個Si,4個“12O”,n(Si)∶n(O)=(3)最小環(huán)上有12個原子,即6個O,6個Si2.分子晶體——干冰和冰晶體晶體結構晶體詳解干冰(1)8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據1個CO2分子(2)每個CO2分子周圍等距緊鄰的CO2分子有12個冰冰的結構模型中,每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接,含1molH2O的冰中,最多可形成2mol氫鍵。晶胞結構與金剛石相似,含有8個H2O3.金屬晶體(1)金屬晶體通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體,叫作金屬晶體。(2)用電子氣理論解釋金屬的性質(3)金屬晶體包含金屬單質和合金,常見的合金有碳鋼、錳鋼、不銹鋼等鐵合金,黃銅、青銅、白銅等銅合金。4.離子晶體晶體晶體結構晶體詳解NaCl型(1)每個Na+(Cl-)周圍等距且緊鄰的Cl-(Na+)有6個。每個Na+周圍等距且緊鄰的Na+有12個(2)每個晶胞中含4個Na+和4個Cl-CsCl型(1)每個Cs+周圍等距且緊鄰的Cl-有8個,每個Cs+(Cl-)周圍等距且緊鄰的Cs+(Cl-)有6個(2)如圖為8個晶胞,每個晶胞中含1個Cs+、1個Cl-CaF2型(1)F-的配位數(shù)為4,Ca2+的配位數(shù)為8,晶胞中含4個Ca2+,含8個F-(2)晶胞中F-在體對角線的145.石墨晶體——混合型晶體(1)石墨層狀晶體中,層與層之間的作用是范德華力。(2)平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2,C原子采取的雜化方式是sp2。(3)在每層內存在σ鍵和π鍵。(4)C—C的鍵長比金剛石的C—C鍵長短,熔點比金剛石的高。(5)能導電,晶體中每個C形成3個共價鍵,C的另一價電子在電場作用下可移動,形成電流。6.過渡晶體(1)過渡晶體的存在:四類典型晶體為分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體,事實上純粹的典型晶體并不多,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。(2)第三周期主族元素的氧化物對應晶體的過渡情況,示例:氧化物Na2OMgOAl2O3、SiO2P2O5、SO3、Cl2O7化學鍵百分數(shù)變化從左往右,離子鍵百分數(shù)依次減小,共價鍵百分數(shù)依次增大說明:一般把離子鍵為主的過渡晶體歸為離子晶體,如Na2O,偏向共價鍵為主的過渡晶體歸為共價晶體,如Al2O3、SiO2等,隨著共價鍵成分的加強,晶體可能過渡到分子晶體,如SO3等。二、晶體的比較和辨別1.四種典型晶體的比較類型比較分子晶體共價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、陽離子粒子間的相互作用力范德華力、氫鍵共價鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很大,有的很小較大熔、沸點較低很高有的很高,有的很低較高溶解性相似相溶難溶于任何溶劑常見溶劑難溶大多易溶于水等極性溶劑導電、傳熱性一般不導電,溶于水后有的導電一般不具有導電性電和熱的良導體晶體不導電,水溶液或熔融態(tài)導電2.四種典型晶體類型的辨別(1)依據構成晶體的粒子和粒子間的作用判斷。(2)依據物質的類別判斷①金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。②大多數(shù)非金屬單質(金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼除外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(SiO2除外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外)是分子晶體。③常見的共價晶體單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等;常見的共價晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金屬單質(常溫汞除外)與合金是金屬晶體。(3)依據晶體的特征判斷①一般來說,低熔、沸點的化合物屬于分子晶體;熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電,硬度較大、硬而脆的化合物為離子晶體。②熔、沸點很高,不導電,不溶于一般溶劑,硬度大的物質為共價晶體。③能導電、傳熱,具有延展性的晶體為金屬晶體。1.離子晶體一定含有金屬元素。()2.在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。()3.熔融時能導電的化合物一定是離子晶體。()4.由非金屬元素組成的晶體一定是分子晶體。()5.共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高。()6.金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的熔點依次降低。()7.SiO2晶體中每個硅原子與兩個氧原子以共價鍵相結合。()答案:1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.×題點一常見晶體的微觀結構1.下列有關晶體的敘述中,不正確的是(B)A.金剛石網狀結構中,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.石墨晶體中,每個碳原子形成4個共價鍵C.氯化銫晶體中,每個Cs+周圍緊鄰8個Cl-D.干冰晶體中,每個CO2分子周圍緊鄰12個CO2分子解析:石墨晶體中每個C形成3個共價鍵,C的另一價電子在電場作用下可移動。2.如圖是石墨、足球烯(C60)、金剛石三種晶體的結構圖,下列說法正確的是(C)A.這三種物質是碳的同分異構體,燃燒產物相同B.這三種物質熔化時,克服的粒子間作用力都是化學鍵C.等物質的量的石墨、金剛石所含的C—C數(shù)目之比為3∶4D.石墨晶體C—C的鍵長短于金剛石的C—C,則金剛石比石墨穩(wěn)定解析:A.石墨、足球烯(C60)、金剛石均是碳元素形成的單質,因此這三種物質是碳的同素異形體,錯誤;B.石墨是混合晶體,足球烯是分子晶體,兩者熔化時還要破壞分子間作用力,不都是化學鍵,錯誤;C.1mol石墨所含的C—C數(shù)目為32NA,1mol金剛石所含的C—C數(shù)目為2NA題點二四種典型晶體的比較和辨別3.下列物質的熔、沸點高低順序中,正確的是(B)A.金剛石>晶體硅>碳化硅B.>C.MgO>H2O>O2>Br2D.金剛石>生鐵>純鐵>鈉解析:A項,同屬于共價晶體,熔、沸點高低主要看共價鍵的強弱,鍵能大小為晶體硅<碳化硅<金剛石,錯誤;B項,形成分子間氫鍵的物質的熔、沸點要高于形成分子內氫鍵的物質的熔、沸點,正確;C項,對于不同類型晶體,其熔、沸點高低一般為共價晶體>離子晶體>分子晶體,常溫下Br2為液體,O2為氣體,故MgO>H2O>Br2>O2,錯誤;D項,生鐵為鐵合金,熔點要低于純鐵,錯誤。4.現(xiàn)有幾組物質的熔點(℃)數(shù)據:A組B組C組D組金剛石:3550℃Li:181℃HF:-83℃NaCl:801℃硅晶體:1410℃Na:98℃HCl:-115℃KCl:776℃硼晶體:2300℃K:64℃HBr:-89℃RbCl:718℃二氧化硅:1723℃Rb:39℃HI:-51℃CsCl:645℃據此回答下列問題。(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是(填序號)。

①有金屬光澤②導電性③導熱性④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是(填序號)。

①硬度小②水溶液能導電③固體能導電④熔融狀態(tài)能導電解析:(1)A組熔點最高,屬于共價晶體,共價晶體的構成微粒為原子,微粒間作用力為共價鍵,因此熔化時克服的微粒間的作用力是共價鍵。(2)B組物質為金屬,具有金屬光澤、導電性、導熱性、延展性。(3)由于HF分子間能形成氫鍵,其熔化時需要消耗的能量更多,導致HF的熔點比其他氫化物的熔點高。(4)D組物質為離子晶體,有硬度大、水溶液能導電、固體不能導電而熔融狀態(tài)能導電的性質。答案:(1)共價共價鍵(2)①②③④(3)HF分子間能形成氫鍵,其熔化時需要消耗的能量更多(4)②④比較晶體熔、沸點高低的解題思維流程注意:不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律為共價晶體>離子晶體>分子晶體,但不是絕對的,如氧化鋁的熔點大于晶體硅。當堂檢測1.在高壓下可將CO2轉化為具有類似SiO2結構的共價晶體,下列關于CO2的共價晶體說法,正確的是(D)A.CO2的共價晶體和分子晶體互為同分異構體B.在一定條件下,CO2共價晶體轉化為CO2分子晶體是物理變化C.CO2的共價晶體和CO2分子晶體具有相同的物理性質和化學性質D.在CO2的共價晶體中,每一個C原子周圍結合4個O原子,每一個O原子跟兩個C原子相結合解析:A.二氧化碳共價晶體中不含分子,錯誤;B.CO2共價晶體轉化為CO2分子晶體,結構已發(fā)生改變,且兩者的性質也有較大差異,故兩者是不同的物質,所以兩者的轉變是化學變化,錯誤;C.CO2共價晶體與CO2分子晶體,結構不同,兩者是不同的物質,物理性質不同,如CO2共價晶體硬度很大,CO2分子晶體硬度不大,其化學性質也不同,錯誤;D.CO2共價晶體與SiO2結構類似,每個碳原子與4個氧原子通過1對共用電子對連接,每個氧原子與兩個碳原子通過1對共用電子對連接,正確。2.二硫醇烯與鋅的配合物(M)是一種具有光、電、磁等特殊功能的新型材料,合成途徑如下:上述7種物質的晶體類型中不含有(C)A.離子晶體 B.分子晶體C.共價晶體 D.金屬晶體解析:Na2CS3是離子晶體,CS2是分子晶體,Na為金屬晶體,不含共價晶體,選C。3.氮化硼(BN)晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相,與石墨相似,具有層狀結構,可作高溫潤滑劑,但不能導電。立方相氮化硼是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示。關于這兩種晶體的說法,