复习题教案及板书设计

课题

晶体结构与性质

章末复习

【教学目标】

1.巩固有关晶体粒子、粒子间作用力、晶体结构和晶体性质的基本知识。

2.掌握有关晶体的简单计算。

【教学重点】

1.四种晶体类型的基本知识及应用；

2.有关晶体的简单计算。

【教学难点】

提高归纳和应用知识的能力，训练学生思维的敏捷性和严密性。

【教学过程】

课前自测

1．碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：

(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。

(2)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

2．(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因____________。

熔点/℃

沸点/℃

GeCl4

－49.5 83.1 GeBr4

26 186 GeI4

146 约400 (2ClF3的熔、沸点比BrF3的_____(填“高”或“低”)。

(3)熔点：金刚石________晶体硅，沸点：CH4________SiH4(用“>”或“<”填空)。

(4) X(C)所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是________(填化学式)；Z(F)和U(Cl)的氢化物中沸点较高的是________(填化学式)；Q(Mg)、R(Si)、U(Cl)的单质形成的晶体，熔点由高到低的排列顺序是________(填化学式)。

(5)下列有关性质的比较，正确的是________。

A．第一电离能：O>N B．水溶性：CH3CH2OH>CH3CH2OCH2CH3

1

C．沸点：HCl>HF D．晶格能：NaCl>MgO 3．

M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。

请回答下面的问题：

M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子是________(填离子符号)。

知识巩固

一、熟记晶体与非晶体的特征

1．晶体与非晶体的比较

晶体

非晶体

结构粒子周期性有结构粒子无序排结构特征

序排列

列

自范性

有

无

性质特征

熔点

固定

不固定

异同表现

各向异性

各向同性

二者区

间接方法：测定其是否有固定的熔点

别方法

科学方法：对固体进行X-射线衍射实验

2．获得晶体的三条途径

(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。

二、掌握一个概念——晶胞

1．概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。

2．晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。

3．晶胞中粒子数目的计算——均摊法

2

1如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。

n[基点小练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高(

) (2)具有规则几何外形的固体一定是晶体(

) (3)固态物质一定是晶体(

) (4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同(

) (5)固体SiO2一定是晶体(

) (6)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块(

) (7)通过X-射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体(

) (8)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”(

)

(9)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列(

) (10)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用(

) 2．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是______，乙中a与b的个数比是______，丙中一个晶胞中有______个c离子和______个d离子。

典例(一)

晶胞中微粒数目的计算

1．某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B元素的原子未能画出)。则晶体中A、B、C的原子个数比为(

) A．1∶3∶1

C．2∶2∶1

B．2∶3∶1

D．1∶3∶3 2.(2017·赣州模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子，在正方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为(

) A．B2A C．B7A4

B．BA2

D．B4A7

3.(2013·江苏高考节选)Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。

(1)在1个晶胞中，Zn离子的数目为________。

(2)该化合物的化学式为________。

3

11解析：(1)从晶胞图分析，含有Zn离子为8×＋6×＝4。(2)S为4个，所以化合物中Zn与S数目之比82为1∶1，则化学式为ZnS。

答案：(1)4

(2)ZnS

“均摊法”突破晶胞组成的计算

(1)原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份1额就是。

n(2)方法：①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算

②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)1被三个六边形共有，每个六边形占。

3典例(二)

晶体密度及微粒间距离的计算

4.(2016·全国甲卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。

(1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。

(2)若合金的密度为d g·cm3，晶胞参数a＝______ nm。

－5．(2015·全国卷Ⅱ节选)O和Na能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中O原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·cm3)________。

－6.某离子晶体晶胞的结构如图所示。

X(●)位于立方体顶点，Y(○)位于立方体中心。试分析：

(1)晶体的化学式为________。

(2)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是________。

(3)设该晶体的摩尔质量为M

g·mol1，晶体的密度为ρ

g·cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，－－则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。

晶体粒子与M、ρ(晶体密度，g·cm3)之间的关系

－若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为

4

3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。

考点二

常见晶体的结构与性质

一、理清四种晶体类型的结构与性质

晶体类型比较项目

分子晶体

原子晶体

金属晶体

离子晶体

金属阳离子、自由电阴、阳离构成粒子

分子

原子

子

子

粒子间的相互作用范德华力(某些含共价键

金属键

离子键

力

氢键) 硬度

较小

很大

有的很大，有的很小

较大

熔、沸点

较低

很高

有的很高，有的很低

较高

大多易溶难溶于任溶解性

相似相溶

常见溶剂难溶

于水等极何溶剂

性溶剂

晶体不导一般不导电，溶于水一般不具电，水溶液导电、传热性

电和热的良导体

后有的导电

有导电性

或熔融态导电

部分非金金属氧化大多数非金属单质、属单质(如物(如气态氢化物、酸、非金刚石、物质类别及实例

金属氧化物(SiO硅、晶体金属单质与合金(如Na2O)、强2除碱(如外)、绝大多数有机硼)，部分非Na、Al、Fe、青铜) KOH)、绝物(有机盐除外) 金属化合大部分盐物(如SiC、SiO(如NaCl) 2)

[基点小练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体(

) (2)晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(

) (3)在分子晶体中一定有范德华力和化学键(

) (4)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(

) (5)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(

) (6)离子晶体一定都含有金属元素(

)

5 ρa

2．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。

(1)其中只含有离子键的离子晶体是________________。

(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是______________________。

(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________________。

(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________________。

(5)其中含有极性共价键的原子晶体是___________________________。

(6)其中属于分子晶体的是____________________________________________。

二、掌握典型晶体的结构

晶体

晶体结构

晶体详解

(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构

(2)键角均为109°28′

原子晶体

金刚石

(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内

(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构

原子晶体

SiO2

(2)每个正四面体占有1个Si,4个“12O”，

N(Si)∶N(O)＝1∶2 (3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO分子晶体

干冰

2分子

(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12

个

6

＋－－＋NaCl (1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有6＋＋(型) 个。每个Na周围等距且紧邻的Na有12个

(2)每个晶胞中含10□4个Na＋和11□4个Cl－

离子晶体

(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有12□8个，每个CsCl(Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有8个

型) (2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个

Cl－

简单立典型代表Po，配位数为13□6，空间利用率52% 方堆积

面心立又称为A方最密1型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为14□12，空间利用率74% 堆积

金属晶体

体心立又称为A2型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位方堆积

数为15□8，空间利用率68%

六方最又称为A3型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配密堆积

位数为16□12，空间利用率74%

[基点小练] 3．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个(

) (2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个(

) (3)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个(

) (4)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个(

) 三、明晰离子晶体的晶格能

1．概念

气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位为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

7

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。

典例(一)

晶体类型的判断

1．(2017·宜昌模拟)下列说法正确的是(

)

A．钛和钾都采取图1的堆积方式

B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积

C．图3是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为a cm，则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个

D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果

2．有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：

熔点/℃

硬度

水溶性

导电性

水溶液或

熔融导电

不导电

液态不导电

水溶液与

Ag反应

白色沉淀

不反应

白色沉淀

＋A B C

811 3 500 －114.2 较大

很大

很小

易溶

不溶

易溶

(1)晶体的化学式分别为A______、B______、C______。

(2)晶体的类型分别是A______、B______、C______。

(3)晶体中微粒间作用力分别是A______、B______、C________。

3．(2014·海南高考)碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：

(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。

(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。

(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。

8

(5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_______________________________________________(不要求计算结果)。

“五依据”突破晶体类型判断

1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断

①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。②原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为范德华力或氢键。④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。

2．依据物质的类别判断

①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。③常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。④金属单质(常温汞除外)与合金是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

①离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度。②原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度。③分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度。④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。

4．依据导电性判断

①离子晶体水溶液及熔化时能导电。②原子晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要指酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。④金属晶体是电的良导体。

5．依据硬度和机械性能判断

①离子晶体硬度较大或硬而脆。②原子晶体硬度大。③分子晶体硬度小且较脆。④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

典例(二)

晶体熔、沸点高低的比较

4．(2017·乌鲁木齐模拟)下面的排序不正确的是(

) A．熔点由高到低：Na＞Mg＞Al B．硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅

C．晶体熔点由低到高：CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4

D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI 5．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(

) ①O2、I2、Hg

②CO、KCl、SiO2

③Na、K、Rb

④Na、Mg、Al A．①③

B．①④

9

C．②③

D．②④

6．下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是(

) A．金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅

B．CI4＞CBr4＞CCl4>CH4

C．MgO＞H2O＞N2＞O2

D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠

“两角度”比较晶体熔、沸点的高低

1．不同类型晶体熔、沸点的比较

(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。

(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。

2．同种类型晶体熔、沸点的比较

(1)原子晶体

原子半径越小、键长越短、键能越大，物质的熔、沸点越高，如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。

(2)离子晶体

一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。

(3)分子晶体

①分子间范德华力越大，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。

③组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3Cl＞CH3CH3。

④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如正戊烷>异戊烷>新戊烷

(4)金属晶体

金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。

课堂总结

晶体结构的相关计算

M(1)晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×。

NA晶胞占有的微粒体积(2)空间利用率＝。

晶胞体积(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)

10

①面对角线长＝2a。

②体对角线长＝3a。

③体心立方堆积4r＝3a(r为原子半径)。

④面心立方堆积4r＝2a(r为原子半径)。

【课堂强化训练】

一、选择题

1．关于晶体的下列说法中正确的是(

) A．溶质从溶液中析出是得到晶体的三条途径之一

B．区别晶体和非晶体最好的方法是观察是否有规则的几何外形

C．水晶在不同方向上的硬度、导热性、导电性相同

D．只有无色透明的固体才是晶体

2．现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是(

)

3．下列说法中，正确的是(

) A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂

B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高

C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔沸点一定越高

D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定

4．下列对各组物质性质的比较中，正确的是(

) A．硬度：Li>Na>K B．熔点：金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅

C．第一电离能：Na

5．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是(

)

A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K和4个O2

11 ＋－

B．晶体中每个K周围有8个O2，每个O2周围有8个K

C．晶体中与每个K距离最近的K有8个

D．晶体中与每个O2距离最近的O2有6个

6．

(1)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：

①NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2和Fe2的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔＋＋－－＋＋＋－－＋点FeO________NiO(填“<”或“>”)；

②铁有δ、γ、α三种同素异形体，各晶胞如下图，则δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为________。

(2)元素金(Au)处于周期表中的第六周期，与Cu同族，一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的强相互作用是______________。

(3)某钙钛型复合氧化物如图1所示，以A原子为晶胞的顶点，A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb，当B位是V、Cr、Mn、Fe等时，这种化合物具有CMR效应。

①用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式：________。

②已知La为＋3价，当被钙等二价元素A替代时，可形成复合钙钛矿化合物La1－xAxMnO3(x<0.1)，此时一部分锰转变为＋4价。导致材料在某一温度附近有反铁磁—铁磁、铁磁—顺磁及金属—半导体的转变，则La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为________。

③下列有关说法正确的是________。

A．镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区

B．氧的第一电离能比氮的第一电离能大

C．锰的电负性为1.59，Cr的电负性为1.66，说明锰的金属性比铬强

D．铬的堆积方式与钾相同，则其堆积方式如图2所示

7．Ⅰ.对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是________。

A．SiX4难水解

B．SiX4是共价化合物

C．NaX易水解

D．NaX的熔点一般高于SiX4

Ⅱ.碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

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回答下列问题：

(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为__________。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。

(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。

(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。

(5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。

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