高中化学选修三——晶体结构与性质.doc

晶体结构与性质一、晶体的常识1.晶体与非晶体晶体与非晶体的本质差异晶体非晶体自范性有（能自发呈现多面体外形）无（不能自发呈现多面体外形）微观结构原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序晶体呈现自范性的条件：晶体生长的速率适当得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等）③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法）2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分一个晶胞平均占有的原子数=8×晶胞顶角上的原子数+4×晶胞棱上的原子+2×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？111eg：1.晶体具有各向异性。

如蓝晶（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。

晶体的各向异性主要表现在（）①硬度②导热性③导电性④光学性质 A.①③B.②④C.①②③D.①②③④2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（）A.晶体一定比非晶体的熔点高B.晶体一定是无色透明的固体C.非晶体无自范性而且排列无序D.固体SiO2一定是晶体3.下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？二、分子晶体与原子晶体1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合①物理性质a.较低的熔、沸点b.较小的硬度c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂②典型的分子晶体a.非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等b.酸：H2SO4 、HNO3、H3PO4等c.部分非金属单质:：X2、O2、H2、S8、P4、C60d.部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、N2O4、P4O6、P4O10等f.大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等③结构特征a.只有范德华力--分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子）CO2晶体结构图b.有分子间氢键--分子的非密堆积以冰的结构为例，可说明氢键具有方向性④笼状化合物--天然气水合物2.原子晶体--相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体注意：a.构成原子晶体的粒子是原子 b.原子间以较强的共价键相结合①物理性质a.熔点和沸点高b.硬度大c.一般不导电d.且难溶于一些常见的溶剂②常见的原子晶体a.某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等b.某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体c.某些氧化物：二氧化硅（SiO2）晶体、Al2O3金刚石的晶体结构示意图二氧化硅的晶体结构示意图思考：1.怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降2.“具有共价键的晶体叫做原子晶体”，这种说法对吗？eg：1.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是（）A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱B.金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高D.N2可用做保护气2.氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。

下列各组物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硼熔化所克服的微粒间的作用力类型相同的是（）A.氯化钠和金刚石B.冰和干冰C.晶体硅和水晶D.硼和苯3.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答下面问题熔点/℃沸点/℃硬度金刚石>3823 5100 10 晶体硅1683 2628 7.0 晶体硼2573 2823 9.5 （1）晶体硼的晶体类型属于晶体，理由是（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个硼原子。

通过分析图形及推算，此晶体结构单元由____个硼原子构成，其中B-B键的键角为，共含有个B-B键三、金属晶体1.电子气理论--金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起2.物理性质（电子气理论可进行解释）微粒金属原子和自由电子导电性自由电子在外加电场的作用下发生定向移动导热性自由电子与金属离子碰撞传递热量延展性晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用熔点的变化规律--金属键的强弱决定金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高，硬度也越大如：K<Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs3.金属晶体的原子堆积模型金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式配位数=6（密置层）配位数=4（非密置层）金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成，有四种基本模式①简单立方堆积--Po 配位数为6，空间占用率52%，每个晶胞含1个原子②体心立方堆积--K型（Na、K、Fe）配位数为8，空间占用率68%，每个晶胞含2个原子③六方最密堆积--Mg型（Mg、Zn、Ti）每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式配位数为12 空间利用率74% 每个晶胞含2个原子④面心立方堆积--Cu型（Cu、Ag、Au）每三层形成一个周期，即ABCABC堆积方式配位数为12 空间利用率74% 每个晶胞含4个原子4.混合晶体--石墨晶体石墨质软：石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动石墨的熔沸点很高（熔点高于金刚石）：石墨各层均为平面网状结构，碳原子以sp2杂化与周围三个碳原子形成σ键，垂直平面的pz轨道形成大π键eg：1.在下列有关晶体的叙述中错误的是（）A.分子晶体中，一定存在极性共价键B.原子晶体中，只存在共价键C.金属晶体的熔沸点差别很大D.稀有气体的原子能形成分子晶体2.下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子的B.原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D.分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键3.金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用叫金属键。

金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高，且据研究表明，一般说来金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。

由此判断下列说法中错误的是（）A.镁的硬度小于铝B.镁的熔沸点低于钙C.镁的硬度大于钾D.钙的熔沸点高于钾四、离子晶体1.离子晶体--由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体物理性质：a.硬度较大 b.熔、沸点较高 c.固态时不导电，熔化状态才导电2.结构模型①NaCl型晶体Na位于顶点和面心Cl位于棱心和体心在NaCl 晶体的一个晶胞中含Na：1+12×1/4=4 含Cl：8×1/8+6×1/2=4 -+-+每个Cl周围与之最接近且距离相等的Na有6个，这几个Na构成正八面体；Na同理+++-②CsCl型晶体Cs位于体心Cl位于顶点在CsCl 晶体的一个晶胞中含Cs：1 含Cl：8×1/8=1 -+-+③CaF2型晶体Ca位于顶点和面心F位于内部在CaF2 晶体的一个晶胞中含Ca：8×1/8+6×1/2=42+-2+Ca的配位数为8，构成立方体F的配位数为4，构成正四面体-2+注意：审题时注意是“分子结构”还是“晶体结构”，若是分子结构，其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定，且原子个数比不约简3.晶格能--气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量①晶格能越大，离子晶体越稳定，熔沸点越高，硬度越大②离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，晶格能越大③岩浆晶出规则与晶格能的关系--晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中冷却下来，从而先结晶含F：8-晶体类型构成粒子相互作用物理性质熔沸点硬度导电性实例分子晶体分子分子间作用力很低很小差冰、干冰、碘等原子晶体原子共价键很高很大差（Si为半导体）金刚石、SiO2金属晶体金属阳离子和自由电子金属键一般较高，部分较低一般较大，部分较小良好Na、Fe、Au等离子晶体阴、阳离子离子键较高较大固态不导电．熔化状态和溶液导电NaCl、CsCl等eg：1. 下列说法正确的是（）A.一种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物B.离子键只存在于离子化合物中C.共价键只存在于共价化合物中D.离子化合物中必定含有金属元素2.下列大小关系正确的是（）A.晶格能：NaCl<NaBrB.硬度：MgO>CaOC.熔点：NaI>NaBrD.熔沸点：CO2>NaCl3.钙钛矿晶胞结构如下图所示（1）该晶体结构中氧、钛、钙的离子个数比是，化学式可表示为（2）在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子、钙离子各有、个（3）若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a，b，c，晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为dnm（1nm=10-9m），则该晶体的密度为g/cm3 （阿伏加德罗常数用NA表示）习题精选1.晶体与非晶体的本质区别是（）A.晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形B.晶体内粒子有序排列，而非晶体内粒子无序排列C.晶体有固定熔、沸点，而非晶体没有固定熔、沸点D.晶体的硬度大，而非晶体的硬度小2.石墨晶体的层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数分别为（）A.6，6B.2，4C.2，3D.3，23.X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的原子晶体，下列叙述错误的是（）A.WX4是沼气的主要成分B.固态X2Y是分子晶体C.ZW是原子晶体D.ZY2的水溶液俗称“水玻璃”4.下列有关晶体结构的叙述中，不正确的是（）A.冰晶体中，每个水分子与周围最近的4个水分子通过氢键相吸引，并形成四面体B.干冰晶体中，每个晶胞平均含有8个氧原子C.金刚石晶体中，碳原子与C-C键之比为1∶2D.二氧化硅晶体中，最小环是由6个硅原子组成的六元环5.下列有关原子晶体的叙述中，不正确的是（）A.原子晶体中可能存在非极性共价键B.原子晶体的硬度一般比分子晶体的高C.在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子以共价键结合D.金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体6.关于晶体的下列说法正确的是（）A.1mol金刚石晶体中含有4mol共价键B.金属镁、金刚石和固体氖都是由原子直接构成的单质晶体C.金属晶体的熔点可能比分子晶体的低，也可能比原子晶体的高D.铜晶体中，1个铜离子跟2个价电子间有较强的相互作用7.某晶体的部分结构为正三棱柱，这种晶体中A、B、C三种微粒数目之比为（）A.3∶9∶4B.1∶4∶2C.2∶9∶4D.3∶8∶4 8.前些年报道的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。