复习题第二课时 公开课

几种常见的晶体教学设计

考纲解读

考点

内容

（1）了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。

（2）了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。

晶体结构与性质

（3）了解分子晶体结构与性质的关系。

晶体结构与说明

（4）了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅性质是高考等原子晶体的结构与性质的关系。

（5）理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。

（6）了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。

必考点

考点精讲

1．晶体与非晶体

结构特征

自范性

性质特征

熔点[来源:中教网]

异同表现

二者区别方法

晶体

结构微粒周期性有序排列

有

非晶体

结构微粒无序排列

无

固定

不固定

各向异性

看是否有固定的熔点

各向同性

间接方法

科学方法

对固体进行X­射线衍射实验

2.得到晶体的途径

(1)熔融态物质凝固。

(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。

(3)溶质从溶液中析出。[来源:zzstep.com]

3．晶胞

(1)概念

描述晶体结构的基本单元。

(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置

①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。

②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

4．晶格能

(1)定义

气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。

(2)影响因素

①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。

②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。

(3)与离子晶体性质的关系

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。

【深度思考】

晶胞计算的思维方法

(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。[来源:中_教_网z_z_s_tep]

(2)“均摊法”原理

特别提醒

在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。

(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系

若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量)；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。

四种晶体性质比较

类型

比较

分子晶体

原子晶体

金属晶体

金属阳离构成粒子

分子

原子

子、自由电子

粒子间的相互作用力

硬度

分子间作用力

共价键

金属键

有的很大，有的很小

有的很高，有的很低

常见溶剂难溶

电和热的良离子晶体

阴、阳离子[来源:中教网]

离子键

较小

很大

较大

熔、沸点

溶解性[来源:中教网]

较低

很高

难溶于任何溶剂

较高

大多数易溶于水等极性溶剂

晶体不导电，水溶液或熔融相似相溶

导电、传热一般不导电，溶于一般不具有导性

水后有的导电

电性，个别为导体

半导体

所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单部分非金属单质(如质(如金刚石、金属单质与物质类别及卤素X2)、部分非金硅、晶体硼)，合金(如举例

属氧化物(如CO2、部分非金属化Na、Al、SO2)、几乎所有的合物(如SiC、Fe、青铜) 酸、绝大多数有机SiO2) 物(有机盐除外)

晶体类型的判断方法

1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断

(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。

(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。

(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。

(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。

2．依据物质的分类判断

(1)金属氧化物(如K2O)、强碱(如NaOH)和绝大多数的盐类是离子晶体。

态导电

金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) (2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。

(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。

(4)金属单质是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

(1) 离子晶体的熔点较高。

(2) 原子晶体熔点高。

(3) 分子晶体熔点低。

(4) 金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。

4．依据硬度和机械性能判断

离子晶体硬度较大或硬而脆。

原子晶体硬度大。

分子晶体硬度小且较脆。

金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

注意

(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。

(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10 m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。

(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190 ℃)。

(4)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。

分类比较晶体的熔、沸点

1．不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律

原子晶体>离子晶体>分子晶体。

金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，如汞、镓、铯等沸点很低，金属晶体一般不参与比较。

2．原子晶体[来源:学科网ZXXK]

由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>硅。

3．离子晶体

一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。

4．分子晶体

(1)分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。

(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4，F2

(3)组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。

(4)同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>

>。

(5)同分异构体的芳香烃，其熔、沸点高低顺序是邻>间>对位化合物。

5．金属晶体

金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaNa>K>Rb>Cs。

特别提醒

(1)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。

(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体Na晶体的熔点(98 ℃)小于分子晶体AlCl3晶体的熔点(190 ℃)。

(3)并非存在氢键的分子晶体的熔、沸点就高，分子内形成氢键，一般会使分子晶体的熔、沸点降低。例如邻羟基苯甲醛(()的熔、沸点低。

)由于形成分子内氢键，比对羟基苯甲醛几种常见的晶体模型

1．原子晶体(金刚石和二氧化硅)

(1)金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有2 mol。

(2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。

2．分子晶体

(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。

(2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氢键”。

3．离子晶体

(1)NaCl型：在晶体中，每个Na同时吸引6个Cl，每个Cl同时吸引6个Na，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。

(2)CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。

4．石墨晶体

＋－－＋

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。

5．常见金属晶体的原子堆积模型

结构型式

面心立方最密堆积A1

体心立方堆积A2

六方最密堆积A3

常见金属

Cu、Ag、Au 配位数

12 晶胞

Na、K、Fe 8 12[来

Mg、Zn、Ti 源:学#科#网

Z#X#X#K]

特别提醒

(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)：

每个面上有4个，共计12个。

(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。

试题分析：

1．

[2017全国卷Ⅲ-29：物质结构与性质（15分）] 研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：

（1）Co基态原子核外电子排布式为

。元素Mn与O中，

第一电离能较大的是

，基态原子核外未成对电子数较多的是

。

（2）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为

和

。

（3）

在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为

，原因是

。

（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在

。

（5）MgO具有NaCl型结构（如右图），其中阴离子

采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测

得MgO的晶胞参数为a=0.420nm，则r(O2-)为

nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞

参数为a' =0.448 nm，则r(Mn2+)为

nm。

1.

[2017全国卷Ⅲ-29：物质结构与性质（15分）] （1）1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2

O

Mn （2）sp

sp3

（3）H2O>CH3OH>CO2>H2，H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇

多，CO2分子量较大，范德华力较大

（4）π键、离子键

（5）0.148

0.076 2．[ 2016全国卷Ⅲ-29：物质结构与性质（15分）] 砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式

。

（2）根据元素周期律，原子半径Ga

As，第一电离能Ga

As。（填“大于”

或“小于”）

（3）

AsCl3分子的立体构型为

，其中As的杂化轨道类型为

。

（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是

。

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构

如图所示。该晶体的类型为

，Ga与As 以

键键合。Ga和As的摩尔质量分别为

MGa g·mol-1

和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，

阿伏伽德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞

体积的百分率为

。

2.

[ 2016全国卷Ⅲ-29：物质结构与性质（15分）] （1）1s22s22p63s23p63d104s24p3

或

[Ar]3d104s24p5

（2）

大于，小于；

（3）三角锥形，sp3；

（4）GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高；

4NA(rGa3rAs3)（5）原子晶体；共价键；100%

3(MGaMAs)