1、选修三物质结构与性质选修三物质结构与性质第三章晶体结构与性质第三章晶体结构与性质选修部分考纲展示考纲展示1.了解化学键和分子间作用力的区别。了解化学键和分子间作用力的区别。2.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。物理性质。3.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶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。体的结构与性质的关系。4.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。性质。5.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金
2、属晶体的结构微了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。粒、微粒间作用力的区别。一、晶体与晶胞一、晶体与晶胞1晶体与非晶体晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别晶体晶体非晶体非晶体结构特征结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列结构微粒无序排列性质特征性质特征自范性自范性 熔点熔点固定固定不固定不固定异同表现异同表现 二者区别方二者区别方法法间接方法间接方法看是否有固定的看是否有固定的_科学方法科学方法对固体进行对固体进行X射线衍射实验射线衍射实验有有无无各向异性各向异性各向同性各向同性熔点熔点2晶胞晶胞(1)概念概念
3、描述晶体结构的基本单元。描述晶体结构的基本单元。(2)特征：特征：无隙：相邻晶胞之间没有无隙：相邻晶胞之间没有 。并置：所有晶胞都是并置：所有晶胞都是 排列、取向排列、取向 。任何间隙任何间隙平行平行相同相同3晶格能晶格能(1)定义定义气态离子形成气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：位：。(2)影响因素：影响因素：离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越越 。离子的半径：离子的半径越离子的半径：离子的半径越 ，晶格能越大。，晶格能越大。kJ/mol大大小小(3)与离子晶体性质的关系与离子晶体性质
4、的关系晶格能越大，形成的离子晶体越晶格能越大，形成的离子晶体越 ，且熔点越，且熔点越 ，硬度越，硬度越。稳定稳定高高大大二、四类晶体的比较二、四类晶体的比较1四种晶体四种晶体类型类型比较比较分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体构成粒子构成粒子 粒子间的相粒子间的相互作用力互作用力 (可能有氢键可能有氢键)硬度硬度较小较小 有的很大，有的有的很大，有的很小很小 熔、沸点熔、沸点较低较低 有的很高，有的有的很高，有的很低很低 溶解性溶解性相似相溶相似相溶难溶于任何溶剂难溶于任何溶剂常见溶剂难溶常见溶剂难溶大多易溶于水等大多易溶于水等极性溶剂极性溶剂金属阳离子、金属阳离子
5、、自由电子自由电子阴、阳离子阴、阳离子分子间作用力分子间作用力分子分子原子原子共价键共价键金属键金属键离子键离子键很大很大较大较大很高很高较高较高类型类型比较比较分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体导电、传热性导电、传热性一般不导一般不导电，溶于水电，溶于水后有的导电后有的导电一般不具有导电性一般不具有导电性电和热的电和热的良导体良导体晶体不导电，水晶体不导电，水溶液或熔融态导溶液或熔融态导电电物质类别及举物质类别及举例例大多数非金大多数非金属单质、气属单质、气态氢化物、态氢化物、酸、非金属酸、非金属氧化物氧化物(SiO2除外除外)、绝大、绝大多数有机物多数有机物(
6、有机有机盐除外盐除外)、部分盐、部分盐(如如AlCl3)部分部分 单质单质(如如金刚石、硅、晶体金刚石、硅、晶体硼硼)，部分，部分 (如如SiC、SiO2)与与合金合金(如如Na、Al、Fe、青铜、青铜)(如如K2O、Na2O)、(如如KOH、NaOH)、(如如NaCl)非金属非金属非金属化合物非金属化合物金属单质金属单质金属氧化物金属氧化物强碱强碱绝大部分盐绝大部分盐解析：解析：晶体的特征之一是有自范性，即自发呈现多面体外晶体的特征之一是有自范性，即自发呈现多面体外形。切划整齐且规格相同的玻璃、石蜡、橡皮等都可以说具有形。切划整齐且规格相同的玻璃、石蜡、橡皮等都可以说具有规则的外形，但在它们
7、的内部，原子无序排列，它们也没有固规则的外形，但在它们的内部，原子无序排列，它们也没有固定的熔点，不是晶体。由晶体的特征和晶胞的概念可知定的熔点，不是晶体。由晶体的特征和晶胞的概念可知B、C项项正确。正确。X射线衍射实验测定的结果表明，组成晶体的原子、离射线衍射实验测定的结果表明，组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密子或分子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理，晶体采取紧密堆积方式能降低体系的能量而使晶体堆积原理，晶体采取紧密堆积方式能降低体系的能量而使晶体变得稳定，变得稳定，D项正确。项正确。答案：答案：A2(2011四川理综改编四川理综
8、改编)下列说法正确的是下列说法正确的是()A分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键B存在共价键的晶体一定是分子晶体存在共价键的晶体一定是分子晶体C含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体D元素的非金属性越强，其单质的活泼性一定越强元素的非金属性越强，其单质的活泼性一定越强解析：解析：稀有气体晶体中只存在分子间作用力，不存在共价稀有气体晶体中只存在分子间作用力，不存在共价键；原子晶体中一定存在共价键，离子晶体中也可能存在共价键；原子晶体中一定存在共价键，离子晶体中也可能存在共价键；金属晶体中含有金属阳离子，但不
9、是离子晶体；元素的非键；金属晶体中含有金属阳离子，但不是离子晶体；元素的非金属性越强，其单质的活泼性不一定越强，例如氮气。金属性越强，其单质的活泼性不一定越强，例如氮气。答案：答案：A3碳化硅碳化硅SiC是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列各种晶体：晶体硅晶体硅硝酸钾硝酸钾金刚石金刚石碳化硅碳化硅干冰干冰冰，它们的熔点冰，它们的熔点由高到低的顺序是由高到低的顺序是()ABCD解析：解析：这些晶体属于原子晶体的有这些晶体属于原子晶体的有、离子晶体的有、离子晶体的有、分子晶体的
10、有、分子晶体的有。一般来说，原子晶体的熔点。一般来说，原子晶体的熔点离子晶体离子晶体的熔点的熔点分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长分子晶体的熔点；对于原子晶体，键长SiSiSiCCC，相应键能，相应键能SiSiSiC碳化硅碳化硅晶体硅。晶体硅。答案：答案：C4下面关于下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是晶体网状结构的叙述正确的是()A存在四面体结构单元，存在四面体结构单元，O原子处于中心，原子处于中心，Si原子处于原子处于4个个顶角顶角B最小的环上，有最小的环上，有3个个Si原子和原子和3个个O原子原子C最小的环上，最小的环上，Si和和O原子数之比为原子数之比为1 2D最小的环上，有最小
11、的环上，有6个个Si原子和原子和6个个O原子原子 解析：解析：二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在硅氧二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角，所以个顶角，所以A项错误；在项错误；在SiO2晶体中，每晶体中，每6个个Si原子和原子和6个个O原子形成一个原子形成一个12元环元环(最小最小环环)，所以，所以D对，对，B、C错误。错误。答案：答案：D计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法。均摊法是指每计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法。均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。个晶胞平均拥有的粒子数目。(1)在使用均摊法计算晶胞
12、中粒子个数时，要注意晶胞的形在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时，要注意晶胞的形状，在计算晶胞中粒子个数的过程中，不要形成思维定势，任状，在计算晶胞中粒子个数的过程中，不要形成思维定势，任何形状的晶胞均可使用均摊法。不同形状的晶胞，应先分析任何形状的晶胞均可使用均摊法。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用，如六棱柱晶胞中，顶意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用，如六棱柱晶胞中，顶角、侧棱、底面上的棱、面心依次被角、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共个晶胞所共有。有。(2)晶胞是从晶体中晶胞是从晶体中“截取截取”出来具有代表性的最小部分，出来具有代表性的最小部
13、分，而不一定是最小的而不一定是最小的“平行六面体平行六面体”。如图，直线交点处的圆圈为如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中晶体中Na或或Cl所处的位置。这两种离所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。离排列的。(1)请将其中代表请将其中代表Na的圆圈涂黑的圆圈涂黑(不不必考虑体积大小必考虑体积大小)，以完成，以完成NaCl晶体结构晶体结构示意图。示意图。(2)晶体中，在每个晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距离相等的的周围与它最接近的且距离相等的Na共有共有_个。个。(3)在在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的晶胞中
14、正六面体的顶点上、面上、棱上的Na或或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl的个数等的个数等于于_，即，即_(填计算式填计算式)；Na的个数等于的个数等于_，即，即_(填计算式填计算式)。(4)设设NaCl的摩尔质量为的摩尔质量为Mr gmol1，食盐晶体的密度为，食盐晶体的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数的值为，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为的钠离子中心间的距离为_cm。解析：解析：(1)如图所示。如图所示。(2)从体心从体心Na看，与它最接近的且距看，与它最接近的且距离相等的离
15、相等的Na共有共有12个。个。(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是均摊法。子个数比的方法是均摊法。有关晶胞中各物理量的关系有关晶胞中各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：算：a3NAnM，其中，其中a晶胞的棱长晶胞的棱长晶体密度晶体密度NA阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数n1 mol晶胞中所含晶体的物质的量晶胞中所含晶体的物质的量M相对分子量。相对分子量。【迁移应用【迁移应用】1.(1)铅、钡、氧形成的某铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是化合物的晶胞结构是Pb4处于立方晶胞顶
16、处于立方晶胞顶点，点，Ba2处于晶胞中心，处于晶胞中心，O2处于晶胞棱边中处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为心。该化合物化学式为_，每个每个Ba2与与_个个O2配位。配位。答案：答案：(1)BaPbO312(2)4晶体晶体晶体结构晶体结构晶体详解晶体详解离子离子晶体晶体NaCl(型型)(1)每个每个Na(Cl)周围等距且紧邻周围等距且紧邻的的Cl(Na)有有6个。每个个。每个Na(Cl)周围等距且紧邻的周围等距且紧邻的Na(Cl)有有12个；个；(2)每个晶胞中含每个晶胞中含4个个Na和和4个个ClCsCl(型型)(1)每个每个Cs(Cl)周围等距且紧邻周围等距且紧邻的的Cl(Cs)有有8个，
17、每个个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的周围等距且紧邻的Cs(Cl)有有6个；个；(2)如图为如图为8个晶胞，每个晶胞个晶胞，每个晶胞中含中含1个个Cs、1个个ClCaF2(型型)(1)每个每个Ca2周围等距且紧邻的周围等距且紧邻的F有有8个。每个个。每个F周围等距且紧邻的周围等距且紧邻的Ca2有有4个个(2)每个晶胞中含每个晶胞中含4个个Ca2和和8个个F晶体晶体晶体结构晶体结构晶体详解晶体详解金属金属晶体晶体简单简单立方立方典型代表典型代表Po，空间利用率，空间利用率52%，配位数为，配位数为6钾型钾型典型代表典型代表Na、K、Fe，空间利，空间利用率用率68%，配位数为，配位数为8镁型镁
18、型典型代表典型代表Mg、Zn、Ti，空间，空间利用率利用率74%，配位数为，配位数为12铜型铜型典型代表典型代表Cu、Ag、Au，空间，空间利用率利用率74%，配位数为，配位数为12(1)混合晶体混合晶体(石墨石墨)石墨的片层结构如图所示，则：石墨的片层结构如图所示，则：石墨晶体中含有的作用力有：石墨晶体中含有的作用力有：共价键、金属键、范德华力。共价键、金属键、范德华力。石墨的导电性只能沿石墨的平面方向。石墨的导电性只能沿石墨的平面方向。(2)金刚石和石墨是同素异形体，碳的同素异形体还有碳原金刚石和石墨是同素异形体，碳的同素异形体还有碳原子簇，如子簇，如C60、C100、C200等，这些碳原
19、子簇是分子晶体。等，这些碳原子簇是分子晶体。(3)1 mol 金刚石中共价键数目为金刚石中共价键数目为2NA个，个，1 mol SiO2中中SiO键数目为键数目为4NA个。个。如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。分。(1)其中代表金刚石的是其中代表金刚石的是(填编号字母，下同填编号字母，下同)_，其中，其中每个碳原子与每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于于_晶体。晶体。(2)其中代表石墨的是其中
20、代表石墨的是_，其中每个正六边形占有碳，其中每个正六边形占有碳原子数平均为原子数平均为_个。个。(3)其中代表其中代表NaCl的是的是_，每个，每个Na周围与它最接近周围与它最接近且距离相等的且距离相等的Na有有_个。个。(4)代表代表CsCl的是的是_，它属于，它属于_晶体，每个晶体，每个Cs与与_个个Cl紧邻。紧邻。(5)代表干冰的是代表干冰的是_，它属于，它属于_晶体，每个晶体，每个CO2分子与分子与_个个CO2分子紧邻。分子紧邻。解析：解析：根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。物质。NaCl晶体是简单立方单元，每个晶体是简单立方
21、单元，每个Na与与6个个Cl紧邻，每紧邻，每个个Cl又与又与6个个Na紧邻，但观察与紧邻，但观察与Na距离最近且等距离的距离最近且等距离的Na数目时要抛开数目时要抛开Cl，从空间结构上看是，从空间结构上看是12个个Na，即，即x、y、z轴面轴面上各有上各有4个个Na。CsCl晶体由晶体由Cs、Cl分别构成立方结构，但分别构成立方结构，但Cs组成立方的中心有组成立方的中心有1个个Cl，Cl组成的立方中心又镶入组成的立方中心又镶入1个个Cs，可称为，可称为“体心立方体心立方”结构，结构，Cl紧邻紧邻8个个Cs，Cs紧邻紧邻8个个Cl。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面的中央。干冰也是立方体
22、结构，但在立方体每个正方形面的中央都有一个都有一个CO2分子，也组成立方结构，彼此相互套入面的中心。分子，也组成立方结构，彼此相互套入面的中心。答案：答案：(1)D4原子原子(2)E2(3)A12(4)C离子离子8(5)B分子分子12【迁移应用【迁移应用】2.下图为几种晶体或晶胞的示意图下图为几种晶体或晶胞的示意图 请回答下列问题：请回答下列问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是_。(2)冰、金刚石、冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰、干冰5种晶体的熔点由高到种晶体的熔点由高到低的顺序为低的顺序为_。(3)NaCl晶胞与晶胞与Mg
23、O晶胞相同，晶胞相同，NaCl晶体的晶格能晶体的晶格能_ _ _ _ _ _ _ _(“大 于大 于”、“小 于小 于”)M g O 晶 体，原 因 是晶 体，原 因 是_。(4)每个每个Cu晶胞中实际占有晶胞中实际占有_个个Cu原子，原子，CaCl2晶体晶体中中Ca2的配位数为的配位数为_。答案：答案：(1)金刚石晶体金刚石晶体(2)金刚石、金刚石、MgO、CaCl2、冰、干、冰、干冰冰(3)小于小于MgO晶体中离子的电荷数大于晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电晶体中离子电荷数，且荷数，且r(Mg2)r(Na)、r(O2)KClRbClMgO晶体为离子晶体，离晶体为离子晶体，离子所带
24、电荷越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高子所带电荷越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高【迁移应用【迁移应用】C和和Si元素在化学中占有极其重要的地位。元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出写出Si的基态原子核外电子排布式：的基态原子核外电子排布式：_。从电负。从电负性角度分析，性角度分析，C、Si和和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为_。(2)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式原子的杂化方式为为_，微粒间存在的作用力是，微粒间存在的作用力是_。SiC和晶体和晶体Si的的熔沸点高低顺序是熔沸点高低顺序是_。(
25、3)氧化物氧化物MO的电子总数与的电子总数与SiC的相等，则的相等，则M为为_(填填元素符号元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体晶体相似。相似。MO的熔点比的熔点比CaO的高，其原因是的高，其原因是_。(4)C、Si为同一主族的元素，为同一主族的元素，CO2和和SiO2的化学式相似，但的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。结构和性质有很大的不同。SiO2属于属于_晶体，晶体，CO2属于属于_晶体，所以熔点晶体，所以熔点CO2_SiO2(填填“”)。解析：解析：(1)C、Si和和O的电负性大小顺序为：的电负性大小顺序为：OCSi。(2)晶
26、体硅中一个硅原子周围与晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是结构，所以杂化方式是sp3，因为，因为SiC的键长小于的键长小于SiSi，所以熔，所以熔点碳化硅点碳化硅晶体硅。晶体硅。(3)SiC电子总数是电子总数是20个，则该氧化物为个，则该氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，比，MgO与与CaO的离子电荷数相同，的离子电荷数相同，Mg2半径比半径比Ca2小，小，MgO晶格能大，熔点高。晶格能大，熔点高。答案答案：(1)1s22s22p63s23p2OCSi(2)sp3共价键共价键SiCSi(3)MgMgO与与CaO的离子电荷数相等，而的离子电荷数相等，而Mg2半径比半径比Ca2小，小，MgO晶格能大，熔点高。晶格能大，熔点高。(4)原子分子原子分子
