高考化学大一轮复习讲义—第四十四讲 晶体结构与性质

第四十四讲晶体结构与性质1.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。

2.了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成粒子及粒子间作用力的区别。

3.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。

4.了解晶格能的概念及其离子晶体的性质。

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.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。

一、晶体常识12.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。

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．立方晶胞中粒子数目的计算【典型例题1】【2020届河北省石家庄辛集中学高三上期中】有关晶体的下列说法中正确的是（）A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B．原子晶体中共价键越强，熔点越高C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂D．氯化钠熔化时离子键未被破坏【答案】B【考点定位】考查化学键与晶体结构【点评】本题考查了晶体的有关知识，注意分子晶体的稳定性与分子间作用力无关，与化学键的强弱有关。

明确不同类型的晶体在熔化时克服不同的作用力是解答本题的关键，注意把握晶体类型的判断方法和微粒间的作用。

离子晶体熔化克服离子键，原子晶体熔化克服共价键，金属晶体熔化克服金属键，分子晶体熔化或升华克服分子间作用力或氢键，尤其注意氢键属于分子间作用力。

【迁移训练1】下列关于晶体的说法中，不正确的是（）①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体③共价键可决定分子晶体的熔、沸点④在分子晶体中一定不存在离子键，而在离子晶体中可能存在共价键⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定⑦干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻A．①②③ B．②③ C．④⑤⑥ D．②③④【答案】B考点：考查晶体和非晶体的区别、离子的配位数、晶格能等。

二、四类晶体的组成和性质1．晶体的基本类型与性质2．晶体熔、沸点高低的比较（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。

金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，汞、铯等沸点很低。

（2）原子晶体：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＞碳化硅＞硅。

（3）离子晶体的晶格能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影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。

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。

（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。

（5）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，金属熔、沸点就越高。

如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。

【典型例题2】已知C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。

下列关于C3N4晶体的说法正确的是（）A．C3N4晶体是分子晶体B．C3N4晶体中C-N键长比金刚石中C-C要长C．C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合【答案】C【考点定位】考查晶体类型判断【点评】本题考查晶体类型判断、晶体结构等知识点，明确晶体类型判断方法、化学键类型判断方法及物质空间构型。

掌握常见物质所属晶体类型，记住常见的原子晶体。

注意石墨的晶体结构与玻璃态物质。

【迁移训练2】下面的排序不正确．．．的是（）A．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅B．晶格能由大到小： NaF> NaCl> NaBr>NaIC．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4D．熔点由高到低：Na>Mg>Al【答案】D【解析】试题分析：A、都属于原子晶体，比较键长，键长越长硬度越小，C－C>C－Si>Si－Si，故说法正确；B、晶格能与所带电荷数和离子半径有关，半径大小：F－<Cl－<Br－<I－，半径越小、所带电荷数越大，晶格能越大，故说法正确；C、都是分子晶体，不含氢键，因此比较范德华力，相对分子量越大，范德华力越大，熔点越高，故说法正确；D、金属晶体熔沸点比较：金属阳离子所带电荷数越多、半径越小，熔沸点越高，因此是Na<Mg<Al，故说法错误。

考点：考查晶体熔沸点高低的判断等知识。

【归纳总结】晶体类型的5种判断方法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、Na2O2等)、强碱(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(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)原子晶体熔点很高。

(3)分子晶体熔点低。

(4)金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。

4．依据导电性判断(1)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。

(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(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，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、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。

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1.42×10－10m，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)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。

【典型例题3】下列有关晶体的说法中正确的是（）A．某晶体固态不导电，水溶液能导电说明该晶体是离子晶体B．原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力C．区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X﹣射线衍射实验D．任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子【答案】C晶体中含有阳离子不一定含有阴离子，如金属晶体中含有金属阳离子，但不含有阴离子，而含有自由移动的电子，错误，答案选C。

考点：考查对晶体的有关判断【点评】比较晶体的熔点，首先要判断晶体的类型，一般是原子晶体的熔点＞离子晶体＞分子晶体。

若有相同类型的晶体，则比较这些晶体中粒子间的作用力强弱。

【迁移应用3】下列各组晶体中，化学键类型相同，熔化时所克服的作用力也完全相同的是（）A．CO2和SiO2 B．Na和I2C．蔗糖和干冰 D．金刚石和石墨【答案】C考点：考查化学键和分子间作用力的区别考点二：晶体结构的计算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、N A、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。

1.晶体化学式的求法晶体的化学式的确定常用分摊法，其核心为若晶体中某位置上粒子被n 个重复单元共用，那该粒子有1n属于这个晶胞。

如由立方晶胞中：(1)处于顶点上的粒子被8个晶胞共用，该粒子有18属于这个晶胞；(2)处于棱上的粒子被4个晶胞共用，该粒子有14属于这个晶胞；(3)处于面心上的粒子被2个晶胞共用，该粒子有12属于这个晶胞；(4)处于晶胞内部的粒子，该粒子完全属于这个晶胞。

2．有关晶胞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算：a 3×ρ×N A ＝n ×M ，a 表示晶胞的棱长，ρ表示密度，N A 表示阿伏加德罗常数，n 表示1 mol 晶胞中所含晶体的物质的量，M 表示相对分子质量，a 3×ρ×N A 表示1 mol 晶胞的质量。

【典型例题4】请根据下面食盐晶体的晶胞结构示意图计算，已知食盐的密度为ρ g·cm－3，其摩尔质量为M g·mol －1，阿伏加德罗常数为N A ，则在食盐晶体中Na ＋和Cl －的核间距大约是 （ ）A ． cmB ． cmC ．cm D ．cm【答案】B考点：考查晶体密度与微粒间距离的关系的计算的知识。

【点评】晶体结构和性质的考查重点是晶胞的组成、性质及结构的相关计算。

解答此类问题的关键是正确分析微粒在晶胞中的位置关系，结合晶胞的结构特点进行晶胞的有关计算，其计算角度如下：(1)晶胞体积的计算；(2)晶体密度的计算；(3)晶胞中离子与离子之间距离的计算。

【迁移应用4】【2020届山西省重点中学协作体高三上学期开学考试】有下列离子晶体空间结构示意图：●为阳离子，○为阴离子．以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为（）A． B． C． D．【答案】B考点：考查了晶胞的计算的相关知识。