1、【 精品教育资源文库 】 第 47讲 晶体结构与性质 考纲要求 考情分析 命题趋势 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。 3.了解分子晶体结构与性质的关系。 4.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅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计算。 2017，全国卷 ，35T 2017，全国卷 ，35T 2017，全国卷 ，35T 2016，全国卷甲，37T 2016，
2、全国卷乙，37T 2016，全国卷丙，37T 高考对本部分的考查主要从两个方面切入： (1)关于晶胞的计算； (2)晶体微粒间的相互作用力以及物理性质的比较。预计2019 年高考将主要考查晶体类型、四种晶体的区别、晶体的结构特点以及晶胞的相关计算。题型以非选择题为主，分值约为 4分。 分值： 4 6分 考点一 晶体和晶胞 1晶体与非晶体 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒 _周期性有序 _排列 结构微粒 _无序 _排列 性质特征 自范性 _有 _ _无 _ 熔点 _固定 _ _不固定 _ 异同表现 _各向异性 _ _各向同性 _ 实例 冰、 NaCl、 Fe 玻璃、石蜡 二者区 间接方法 看是否
3、有固定的 _熔点 _ 【 精品教育资源文库 】 别方法 科学方法 对固体进行 _X射线衍射 _实验 2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 无隙：相邻晶胞之间没有 _任何间隙 _。 并置：所有晶胞 _平行 _排列、 _取向 _相同。 (3)晶胞中粒子数目的计算 均摊法 晶胞任意位置上 的一个原子如果是被 n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是 1n。 “ 均摊法 ” 原理及其注意事项 (1)基本原理 (适用长方体晶胞 ) (2)注意事项 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
4、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个晶胞共有。 在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。 1判断正误，正确的划 “” ，错误的划 “” 。 (1)具有规则几 何外形的固体一定是晶体。 ( ) (2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列。 ( ) (3)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。 ( ) (4)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。 ( ) 2区别晶体与非晶体的最科学的方法是 ( D ) 【 精品教育资源文库 】 A观察自范性 B观察各向异性 C测定固定熔点 D进行 X射线衍射
5、实验 3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 _2 1_，乙中a与 b的个数比是 _1 1_，丙中一个晶胞中有 _4_个 c离子和 _4_个 d离子。 晶体中常见的四种计算 1计算 1个晶胞中的粒子数目 例如： NaCl晶胞 (如图 ) ? Na 的数目为 8 18 6 12 4Cl 的数目为 12 14 1 4非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点 (1 个碳原子 )对六边形的贡献为 13，那么每一个六边形实际有 6 13 2 个碳原子。 2计算原子晶体中共价键的
6、数目 例如：在金刚石晶体中，每个 C 参与了 4个 C C 键的形成，而在每条键中的贡献只有一半。因此，平均每一个碳原子形成共价键的数目为 4 12 2。则 1 mol金刚石中碳碳键的数目为 2NA。 3化学式计算 运用均摊法计算出一个晶胞中的粒子数目，然后再求其比值，得出化学式。 【 精品教育资源文库 】 例如：元素 Cu 的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，晶胞中有 4 个铜原子， 4 个氯原子，化学式为 CuCl。 4计算晶体密度和晶体中微粒间距离 (1)计算晶体密度的方法 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 “
7、 分子 ” 质量 )；又 1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积 )，则 1 mol晶胞的质量为 a3 NA g，因此有 xM a3NA。 (2)计算晶体中微粒间距离的方法 例 1(1)立方 ZnS 晶体结构如图所示，其晶胞边长为 540.0 pm，密度为_4 ?65 32? gmol 16.0210 23 mol 1?540.010 10 cm?3 4.1_gcm 3(列式并计算 )， a位置 S2 离子与 b位置 Zn2 离子之间的距离为 _ 2701 cos 10928?或 135 2sin109282或 135 3 _pm(列式表示 )。 (2)(2017 江苏卷节选 )某 Fe
8、xNy的晶胞如图 1 所示， Cu 可以完全替代该晶体中 a 位置Fe或者 b位置 Fe，形成 Cu 替代型产物 Fex nCunNy。 FexNy转化为两种 Cu替代型产物的能量变化如图 2所示，其中更稳定的 Cu 替代型产物的化学式为 _Fe3CuN_。 【 精品教育资源文库 】 (3)(2017 全国卷 节选 )我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用 R代表 )。 R的晶体密度为 d gcm 3，其立方晶胞参数为 a nm，晶胞中含有 y个 (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为 M，则 y的计算表达式为 602
9、a3dM (或a3dNAM 10 21) 。 解析 (1)用均摊法算出每个晶胞中含 4个 Zn2 和 4个 S2 。其质量为 4 65 326.0210 23 g，其体积是 (540.010 10 cm)3，所以其密度为4 65 326.0210 23 g?540.010 10cm?3 4.1 gcm 3。每个黑色小球连接 4个白色小球，构成正四面体结构，白球和黑色之间的夹角为 10928 ，两个白球之间的距离为 270 2 pm，设 S2 离子与 Zn2 离子之间的距离为 x，则 2x2 2x2cos 10928 (270 2)2， x ?270 2?22?1 cos 10928 ?2701
10、 cos 10928 pm。 (2)由图 2 可知更稳定的 Cu 替代型产物为 Cu替代 a位置 Fe型，利用均摊法可得晶胞中各原子个数 Cu： 8 181， Fe： 6 12 3， N： 1，故化学式为 Fe3CuN。 (3)该晶胞的体积为 (a10 7cm)3，根据 yNA M (a10 7)3d，可求出 y 602a3dM (或a3dNAM 10 21)。 例 1(2017 全国卷 ) 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
11、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 分子中碳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 ? 键外，还存在_。 (5)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 n
12、m，则 r(Mn2 )为 _nm。 【 精品教育资源文库 】 答题送检 来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 (3) 没弄清 H2O、 CH3OH 沸点存在差异的主要原因 3 (5) MgO 晶胞中，边长与离子半径间的定量关系 (4r 2a)记忆不牢导致计算错误 4 解析 (1)Co 为第四周期第 族的 27 号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或 Ar3d74s2。 Mn 是金属元素，而 O元素是非金属元素 ，难失去电子，所以 O元素的第一电离能较大。 O基态原子价电子为 2s22p4，未成对电子是 p 轨道的 2个电子，而 Mn 基态原子价电子排布
13、为 3d54s2，未成对电子是 d 轨道的 5 个电子，因此核外未成对电子数较多的是 Mn。 (2)CO2为直线形结构，碳原子为 sp 杂化， CH3OH 分子中碳原子的价层电子对数为 4，所以碳原子为 sp3杂化。 (3)常温下水和甲醇是液体，二氧化碳和氢气是气体，液体的沸点高于气体；水分子中有两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可以形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇； CO2 的相对分子质量比 H2大，分子间作用力较大，熔、沸点较高。 (4)硝酸锰中硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中 N 原子得到 1 个电子后共 6 个价电子， 3 个电子与 3 个
14、 O 原子形成 3 个 ?键， N 原子剩余 3 个电子，与 3 个 O 原子形成 键 ( 64)。 (5)根据晶胞结构，面对角线是O2 半径的 4倍，即 4r(O2 ) 2a，解得 r(O2 ) 24 0.420 nm 0.148 nm；根据 MgO晶胞的结构， a 2r(O2 ) 2r(Mn2 )，则 r(Mn2 ) 0.448 20.1482 nm 0.076 nm。 答案 (1)Ar3d74s2 O Mn (2)sp杂化 sp3杂化 (3)H2OCH3OHCO2H2 H2O与 CH3OH 均为极性分子， H2O中氢键比甲醇多； CO2与 H2均为非极性分子， CO2的分子量较大，范德华力较大 (4)离子键和 键 ( 64键 ) (5)0.148 0.076 1 (2017 全国卷 节选 )(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿【 精品教育资源文库 】 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 _0.315_nm，与 K紧邻的 O个数为 _12_。 (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 _体心 _位置， O处于 _棱心 _位置。 解析 (1)二者间的最短距离为晶胞面
