复习题第二课时教案

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晶体结构与性质(习题课) 教学目标：通过高考真题的分析，让学生明确本节知识在高考中的考点，并回顾基础知识，让学生学会用所学基础知识解决实际问题。

科学素养：通过对真题的分析和讲解，培养学生分析问题，解决问题的能力。

教学重点：晶体的物理性质和结构

教学难点:

晶体的空间结构及计算

教学方法：分析讲解，归纳总结

教学课时：2课时

教学过程

：

考点一

晶体类型与性质的判断

[细品真题]

完成下列填空：

(1)(2017·全国卷Ⅰ)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是________________________________________。

(2)(2016·全国卷Ⅰ)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/℃

(3)(2016·全国卷Ⅰ)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)(2016·全国卷Ⅲ)GaAs的熔点为1 238 ℃，该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。

(5)(2016·全国卷Ⅲ)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________。

(6)(2015·全国卷Ⅰ)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。

GeCl4

－49.5 83.1 GeBr4

26 186 GeI4

146 约400

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[突破重点]

晶体类型的判断要依据晶体的结构和性质，前者如构成微粒、微粒间作用力，后者如硬度大小、熔沸点高低及溶解性、导电性等；晶体熔沸点高低的比较则要依据晶体微粒间作用力的强弱

1．“五依据”判断晶体类型

(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。

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2．“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―→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

a．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。

b．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。

c．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。

d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

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。

[对点集训]

角度1

晶体类型的判断

1．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(

) A．AlON和石英的化学键类型相同

B．AlON和石英晶体类型相同

C．AlON和Al2O3的化学键类型不同

D．AlON和Al2O3晶体类型相同

2．下表给出几种氯化物的熔点和沸点：

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熔点/℃

沸点/℃

NaCl 801 1 413 MgCl2

714 1 412 AlCl3

190 180 SiCl4

－70 57.57 有关表中所列四种氯化物的性质，以下叙述正确的是(

) ①氯化铝在加热时能升华

②四氯化硅在晶态时属于分子晶体

③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合

④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响

A．仅②

C．仅①②④

B．仅③④

D．①②③④

3．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________。

4．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。

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(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)。

角度2

晶体熔、沸点高低的比较

5．(2018·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 7．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

③Na、K、Rb

A．①③

C．②③

②CO、KCl、SiO2

④Cl2、Br2、I2

B．①④

D．②④

6．(2018·延边校级期中)20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图)。下列说法错误的是(

)

A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高

B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高

C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体

D．C60的熔点低于C90

考点二

晶体的计算

[细品真题]

完成下列填空：

(1)(2017·全国卷Ⅰ)①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________ nm，与K紧邻的O个数为________。

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②在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。

(2)(2017·全国卷Ⅲ)MgO具有NaCl型结构(如图)，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＝0.420 nm，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。

＋(2)(2016·全国卷Ⅰ)晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。

111，1，0。，0，；如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为C为2222则D原子的坐标参数为________。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为________g·cm3(列出计算式即可)。

－(43(2016·全国卷Ⅱ)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所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。

－示。

(4)(2014·山东高考)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为______________。

(5)(2014·四川高考)Z与某元素形成的化合物的晶胞如下图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。

(6)(2014·江苏高考)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如右图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。

(7)(2013·全国卷Ⅱ)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B－＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。A、B和D三

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种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为________；

D的配位数为________；

②列式计算该晶体的密度________g·cm3。

－(8)(2012·全国卷)立方ZnS晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为________________________________ g·cm3(列式并－计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为__________________________________________ pm(列式表示)。

[突破重点]

由晶胞构成确定晶体的化学式主要依据均摊法；而有关晶体中粒子间距离、晶体密度的计算，除具备空间想象力外，还应具备几何知识，掌握一定的计算技巧和方法

1．均摊法确定晶胞的化学组成

(1)方法

晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，该原子对这个晶胞的1贡献就是。

n(2)类型

①长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：

②非长方体(非正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内1碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为。再如图所示的正三棱柱形晶3胞中：

2．晶体密度及粒子间距离的计算

(1)计算晶体密度的方法

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以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为：M×n＝NAρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。

(2)计算晶体中粒子间距离的方法

[对点集训]

角度1

晶胞中粒子数目的计算

1．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(

)

2．(2018·贵阳模拟)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积(镁型)、面心立方堆积(铜型)和体心立方堆积(钾型)，图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为(

)

A．11∶8∶4

C．9∶8∶4

B．3∶2∶1

D．21∶14∶9 3．(2018·太原模拟)硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图是该化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为(

) A．MgB C．MgB2

B．Mg3B2

D．Mg2B3

角度2

晶体密度及微粒间距离的计算

4．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

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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。

5．(1)如图为碳化钨晶体的一部分结构，碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙＋固溶体，也称为填隙化合物。在此结构中，其中钨原子有________个，1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有________个，下列金属元素的堆积方式与碳化钨晶胞中碳原子和钨原子所处位置类似的是________(填字母)。

A．Fe

Cu

C．Mg

Zn

B．Ti

Au

D．Cu

Ag －－(2)假设该部分晶体的体积为V cm3，碳化钨的摩尔质量为M g·mol1，密度为b g·cm3，则阿伏加德罗常数NA用上述数据可以表示为________________________________________________________________________。