選考部分第十三章物質結構與性質第3講晶體結構與性質導航高考考點突破單元綜合測試隨堂演練自我診斷課時作業1．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構與性質的關系。2．理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質。3．了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結構微粒、微粒間作用力的區別。考綱解讀本講重點考查以下四點：1．根據晶胞的結構確定物質的化學式以及判斷特定微粒周圍微粒的個數。2．晶體的空間結構與物質性質之間的關系。3．晶體中微粒間的相互作用力以及物理性質的比較。4．晶胞的有關計算。考向分析考點圖析一、晶體的常識1．晶體與非晶體的區別基礎知識梳理晶體非晶體微粒結構內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈____________內部原子或分子的排列________自范性有(能自發呈現多面體外形)________各向異性有(晶體在不同的方向上表現出不同的物理性質)________對稱性有無熔點________不固定2.晶胞(1)定義：在晶體微觀空間里取出一個______________，這個描述晶體________的基本單元叫做晶胞。(2)結構：一般來說，晶胞都是________，晶胞只是晶體微觀空間里的一個基本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著無數個晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內部的________、________及________________是完全相同的。二、分子晶體和原子晶體1．分子晶體(1)結構特點①晶體中只含________。②分子間作用力為________，也可能有________。③分子密堆積：一個分子周圍通常有____個緊鄰的分子。(2)典型的分子晶體①冰水分子之間的主要作用力是________，也存在________，每個水分子周圍只有________個緊鄰的水分子。②干冰CO2分子之間存在________，每個CO2分子周圍有________個緊鄰的CO2分子。2．原子晶體(1)結構特點①晶體中只含原子。②原子間以________結合。③________結構。(2)典型的原子晶體——金剛石①碳原子以________雜化軌道形成共價鍵，碳碳鍵之間夾角為________。②每個碳原子與相鄰的________個碳原子結合。三、金屬晶體1．“電子氣理論”要點①該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的________形成遍布________的“電子氣”，被________所共用，從而把________維系在一起。②金屬晶體是由________、________通過________形成的一種“巨分子”。③金屬鍵的強度________。2．金屬晶體的構成、通性及其解釋金屬晶體結構微粒作用力名稱導電性導熱性延展性金屬陽離子和自由電子金屬鍵自由電子在電場中作①____形成電流電子氣中的自由電子在②________的作用下與金屬原子③_____而導熱當金屬受到外力作用時，金屬晶體中的各原子層就會④________，但不會改變其⑤___________，而彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間⑥________的作用四、金屬晶體的原子堆積模型1．二維空間模型(1)非密置層，配位數為________。(2)密置層，配位數為________。2．三維空間模型(1)簡單立方堆積相鄰非密置層原子的原子核在同一直線上，配位數為________。只有________采取這種堆積方式。(2)鉀型將非密置層上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的________，每層都照此堆積。如________、________、________等是這種堆積方式，配位數為________。(3)鎂型和銅型密置層的原子按________型堆積方式堆積。若按______……的方式堆積為________型，按________……的方式堆積為________型。這兩種堆積方式都是金屬晶體的________，配位數均為12，空間利用率均為________。五、離子晶體1．概念(1)離子鍵：________間通過________(指________________________和____________________________的平衡)形成的化學鍵。(2)離子晶體：由________和________通過________結合而成的晶體。2．決定離子晶體結構的因素(1)幾何因素：________________。(2)電荷因素：即正負離子________。(3)鍵性因素：離子鍵的________。3．一般物理性質一般地說，離子晶體具有較高的________點和________點，較大的________。這些性質都是因為離子晶體中存在著________。若要破壞這種作用需要________________。六、晶格能1．定義________形成1摩離子晶體________的能量，單位________________，通常取________。2．大小及其他量的關系(1)晶格能是最能反映離子晶體________的數據。(2)在離子晶體中，離子半徑越________，離子所帶的電荷數越________，則晶格能越大。(3)晶格能越大，陰、陽離子間的離子鍵就越________，形成的離子晶體就越________，而且熔點越________，硬度越________。答案：一、1.周期性重復排列不規則無無固定2．最小的重復單元結構平行六面體微粒種類數目微粒所處的空間位置二、1.(1)分子范德華力氫鍵12

(2)范德華力氫鍵4范德華力122．(1)共價鍵空間網狀(2)sp3

109.5°

4三、1.(1)價電子整塊晶體所有原子所有金屬原子金屬陽離子價電子金屬鍵較大(2)定向移動外界能量相互碰撞發生相對滑動原來的排列方式潤滑劑四、1.4

6

2.6

Po(釙)凹穴中Na

K

Fe

8最密ABAB鎂ABCABC銅最密堆積74%五、1.(1)陰、陽離子靜電作用異性電荷間的吸引力電子與電子、原子核與原子核間的排斥力(2)陰離子陽離子離子鍵2．正負離子的半徑比電荷比極化程度3．熔沸硬度離子鍵一定的能量六、1.氣態離子所釋放kJ·mol－1或J·mol－1

kJ·mol－12．(1)穩定性(2)小多(3)強穩定高大1．常見的晶體結構模型考點一晶體的空間結構

晶體晶體結構示意圖晶體中粒子分布詳解氯化銫晶體每8個Cs＋、8個Cl－各自構成立方體，在每個立方體的中心有一個異種離子(Cs＋或Cl－)。在每個Cs＋周圍最近的等距離(設為)的Cl－有8個，在每個Cs＋周圍最近的等距離(設為a)的Cs＋有6個(上、下、左、右、前、后)，在每個Cl－周圍最近的等距離的Cl－也有6個晶體晶體結構示意圖晶體中粒子分布詳解二氧化碳晶體每8個CO2構成立方體，且在6個面的中心又各占據1個CO2。在每個CO2周圍等距離(，a為立方體棱長)的最近的CO2有12個(同層4個，上層4個、下層4個)晶體晶體結構示意圖晶體中粒子分布詳解金剛石晶體金剛石晶體是一種空間網狀結構——每個C與另外4個C以共價鍵結合，前者位于正四面體的中心。晶體中所有C—C鍵鍵長相等，鍵角相等(均為109°28′)；晶體中最小碳環由6個C組成且六者不在同一平面內；晶體中每個C參與了4個C—C鍵的形成，C原子數與C—C鍵數之比為1∶2晶體晶體結構示意圖晶體中粒子分布詳解SiO2晶體每個Si與4個O結合，前者在正四面體的中心，后者在正四面體的頂點；同時每個O被兩個正四面體所共用。每個正四面體占有一個完整的Si原子，四個“半O原子”，故晶體中Si原子與O原子個數比為1∶(4×)＝1∶22．常見的幾種金屬晶體的堆積方式三種典型結構類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位數81212常見金屬的晶體結構(有些金屬晶體可能有兩種或三種晶格)Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Nb、Ta、Cr、W、FeCa、Sr、Cu、Ag、Al、Pb、Ni、Pd、PtBe、Mg、Ca、Sr、Co、Ni、Zn、Cd、Ti結構示意圖空間利用率68.02%74.05%74.05%堆積形式體心立方最密堆積面心立方最密堆積六方最密堆積3.典型晶胞結構(1)比較氯化鈉與氯化銫晶體氯化鈉氯化銫晶體類型離子晶體晶體結構模型配位離子及數目Na＋∶Cl－＝6∶6Cs＋∶Cl－＝8∶8(2)比較金剛石和石墨晶體金剛石石墨晶體類型原子晶體混合型晶體結構模型作用力共價鍵碳原子與碳原子之間是共價鍵，而層與層之間是分子間作用力性質、用途硬度高、不導電；用于鉆戒、裝飾品等質軟滑膩，電的良導體；用于潤滑劑及電極等(3)比較二氧化硅和二氧化碳晶體二氧化硅二氧化碳(干冰)晶體類型原子晶體分子晶體結構模型微粒之間作用力共價鍵二氧化碳和二氧化碳之間是分子間作用力性質、比較硬度高、熔點高，難溶解于一般的溶劑等熔點低，易升華，能夠溶解于水等(2)非長方體形(正方體形)晶胞中粒子對晶胞的貢獻視具體情況而定。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)對六邊形的貢獻為1/3。[例1]下圖表示一些晶體中的某些結構，它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨結構中的某一部分：(1)代表金剛石的是(填編號字母，下同)________，其中每個碳原子與________個碳原子最接近且距離相等。金剛石屬于________晶體。(2)代表石墨的是________，每個正六邊形占有的碳原子數平均為________個。(3)代表NaCl的是________，每個Na＋周圍與它最接近且距離相等的Na＋有________個。(4)代表CsCl的是________，它屬于________晶體，每個Cs＋與________個Cl－緊鄰。(5)代表干冰的是________，它屬于________晶體，每個CO2分子與________個CO2分子緊鄰。[解析]根據不同物質晶體的結構特點來辨別圖形所代表的物質。NaCl晶體是簡單的立方單元，每個Na＋與6個Cl－緊鄰，每個Cl－又與6個Na＋緊鄰，但觀察Na＋與最近距離且等距離的Na＋數時要拋開Cl－，從空間結構上看是12個Na＋，即x軸面上、y軸面上、z軸面上各4個。CsCl晶體由Cs＋、Cl－分別構成立方結構，但Cs＋組成立方的中心有1個Cl－，Cl－組成的立方體中心又鑲入一個Cs＋，可稱為“體心立方”結構，Cl－緊鄰8個Cs＋，Cs＋緊鄰8個Cl－。干冰也是立方結構，但在立方體每個正方形面的中央都有一個CO2分子，稱為“面心立方”。實際上各面中央的CO2分子也組成立方體結構，彼此相互套入面的中心。所以每個CO2分子三維空間里x、y、z三個面各緊鄰4個CO2，共12個CO2分子。金剛石的基本單元是正四面體，每個碳原子緊鄰4個其他碳原子。石墨的片層由正六邊形結構組成，每個碳原子緊鄰另外3個碳原子，即每個六邊形占有1個碳原子的1/3，所以大的結構中每個六邊形占有的碳原子數是6×1/3＝2個。[答案](1)D

4原子(2)E

2

(3)A

12

(4)C離子8

(5)B分子121．已知X、Y、Z三種元素組成的化合物是離子晶體，其晶胞如圖所示，則下面表示該化合物的化學式正確的是(

)A．ZXY3

B．ZX2Y6C．ZX4Y8

D．ZX8Y12變式訓練

[答案]A1．四種典型晶體比較考點二晶體類型和晶體類型的判斷

類型比較離子晶體金屬晶體分子晶體原子晶體概念離子間通過離子鍵結合而形成的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分子間以分子間作用力相結合而形成的晶體相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間網狀結構的晶體構成晶體微粒陰、陽離子金屬陽離子、自由電子分子原子類型比較離子晶體金屬晶體分子晶體原子晶體微粒之間的作用力離子鍵金屬陽離子與自由電子間的靜電作用分子間作用力共價鍵物理性質熔、沸點較高有的高(如鎢)、有的低(如汞)低很高硬度硬而脆有的高(如Cr)、有的低(如Na)低很高導電性熔融或在水溶液中導電良不良絕緣體(半導體)類型比較離子晶體金屬晶體分子晶體原子晶體物理性質傳熱性不良良不良不良延展性差良差差溶解性易溶于極性溶劑，難溶于有機溶劑一般不溶于溶劑，鈉等可與水、醇類、酸類反應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典型實例大部分堿(如NaOH)、鹽(如NaCl)、金屬氧化物(如Na2O)金屬(如鈉、鋁、鐵等)大多數非金屬單質(如P4、硫等)、非金屬氧化物(如干冰)、酸(如硫酸)、所有非金屬氫化物(如甲烷、硫化氫等)金剛石、晶體硅、二氧化硅等2.判斷晶體類型的方法(1)依據組成晶體的微粒和微粒間的作用判斷。離子晶體的微粒是陰、陽離子，微粒間的作用是離子鍵；原子晶體的微粒是原子，微粒間的作用是共價鍵；分子晶體的微粒是分子，微粒間的作用為分子間作用力；金屬晶體的微粒是金屬陽離子和自由電子，微粒間的作用是金屬鍵。(2)依據物質的分類判斷。金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數的鹽類是離子晶體；大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)是分子晶體；常見的原子晶體單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的原子晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等；金屬單質(除汞外)與合金是金屬晶體。(3)依據晶體的熔點判斷。離子晶體的熔點較高，常在數百至1000℃；原子晶體熔點高，常在1000℃至幾千攝氏度；分子晶體熔點低，常在數百攝氏度以下至很低溫度；金屬晶體多數熔點高，但也有相當低的。(4)依據導電性判斷。離子晶體水溶液及熔化時能導電；原子晶體一般為非導體；分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由離子也能導電；金屬晶體是電的良導體。(5)依據硬度和機械性能判斷。離子晶體硬度較大或較硬、脆；原子晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數硬度大，但也有較低的，且具有延展性。3．晶體熔、沸點高低的比較規律(1)不同類型晶體的熔、沸點高低一般規律：原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點很高，而汞、鎵、銫等熔、沸點很低。(2)原子晶體由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑越小的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：金剛石>碳化硅>硅。(3)離子晶體一般地說，陰陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，則離子鍵越強，熔、沸點越高，如熔點：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。(4)分子晶體①分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；分子間具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常的高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。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，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③組成和結構不相似的物質(相對分子質量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④對于互為同分異構體的分子晶體，支鏈越多，熔、沸點越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>(5)金屬晶體金屬離子半徑越小，離子電荷數越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na<Mg<Al。合金的熔、沸點一般來說比它各組分純金屬的熔、沸點低。[例2]現有幾組物質的熔點數據如下表：A組B組C組D組金剛石：3100℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶體：1410℃Na：98℃HCl：－114℃KCl：776℃硼晶體：2300℃K：64℃HBr：－87℃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熔融狀態能導電[解析]A組熔點高，而且已知金剛石、硅為原子晶體；B組為金屬晶體，所以應該具備金屬晶體的性質；C組中HF存在氫鍵；D組為離子晶體，具備離子晶體的性質。[答案](1)原子共價鍵(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)②④2．下列說法中正確的是(

)A．離子晶體中每個離子周圍均吸引著6個帶相反電荷的離子B．金屬導電的原因是在外電場作用下金屬產生自由電子，電子定向運動C．分子晶體的熔沸點很低，常溫下都呈液態或氣態D．原子晶體中的各相鄰原子都以共價鍵相結合變式訓練

[答案]D[解析]本題考查的知識點是晶體的結構和性質。A項中在NaCl晶體中，每個Na＋吸引著6個Cl－，同時每個Cl－吸引著6個Na＋，而在CsCl晶體中每個離子吸引著8個帶相反電荷的離子，故A錯，B項中金屬晶體內部存在自由電子，并不是在外電場作用下產生的，故B錯。C項中分子晶體常溫下有的是固體，例如，硫單質、磷單質、碘單質等，D項正確。1．有關非晶體的描述中不正確的是(

)A．非晶體和晶體均呈固態B．非晶體內部的微粒是長程無序和短程有序的C．非晶體結構無對稱性、各向異性和自范性D．非晶體合金的硬度和強度一定比晶體合金的小[答案]D[解析]晶體與非晶體都是固體物質，且晶體長程有序，非晶體長程無序，短程有序。正是由于晶體粒子排列長程有序，所以才有非晶體所不具備的特征，例如對稱性、自范性、各向異性，非晶體材料往往表現出一些特性，如某些非晶體合金的硬度和強度大于晶體合金。2．下列說法正確的是(

)A．冰融化時，分子中H—O鍵發生斷裂B．原子晶體中，共價鍵的鍵長越短，通常熔點就越高C．分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子的熔、沸點就越高D．分子晶體中，分子間作用力越大，則分子越穩定[答案]B[解析]A冰為分子晶體，融化時，破壞的是分子間作用力而非共價鍵，故A、C錯，B原子晶體熔化時破壞共價鍵，所以熔、沸點較高，故B對；D分子間作用力影響晶體的物理性質，而非化學性質，故D錯。3．下列說法中正確的是(

)A．金剛石晶體中的最小碳原子環由6個碳原子構成B．Na2O2晶體中陰離子與陽離子數目之比為1∶1C．1molSiO2晶體中含2molSi—O鍵D．金剛石化學性質穩定，即使在高溫下也不會和O2反應[答案]A4．(雙選)下列有關晶體的敘述，錯誤的是(

)A．離子晶體在熔化時，離子鍵被破壞，而分子晶體熔化時化學鍵不被破壞B．白磷晶體中，結構粒子之間通過共價鍵結合C．石英晶體是直接由硅原子和氧原子通過共價鍵所形成的空間網狀結構的晶體D．分子晶體中一定存在范德華力和共價鍵[答案]BD[解析]離子晶體是通過離子鍵將陰、陽離子結合在一起的，所以熔化時，離子鍵遭破壞；而分子晶體是通過范德華力將分子結合在一起的，所以熔化時，分子內部的化學鍵未發生變化，破壞的只是范德華力，則A正確。白磷晶體屬分子晶體，在P4內部存在共價鍵，而結構粒子(P4)之間是通過范德華力結合的，則B錯誤。石英晶體是原子晶體，則C正確。分子晶體He等