201X-201x版高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质章末重难点专题突破学案 鲁科版选修3

第3章物质的聚集状态与物质性质
章末重难点专题突破
[学习目标定位] 1.能根据晶体的组成、结构和物理性质判断晶体类型。

2.了解晶体熔、沸点的变化规律，理解晶体性质与结构之间的关系。

3.能利用均摊法进行晶胞的分析和计算。

一、晶体类型的判断
例1(2017·北京四中高二期中)(1)判断下列晶体类型。

①SiI4：熔点为120.5 ℃，沸点为271.5 ℃，易水解，为__________。

②硼：熔点为2 300 ℃，沸点为2 550 ℃，硬度大，为______________。

③硒：熔点为217 ℃，沸点为685 ℃，溶于氯仿，为______________。

④锑：熔点为630.74 ℃，沸点为1 750 ℃，可导电，为__________________。

(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为282 ℃，沸点为315 ℃，在300 ℃以上易升华。

易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。

据此判断三氯化铁晶体为______________(填晶体类型)。

答案(1)①分子晶体②原子晶体③分子晶体④金属晶体(2)分子晶体
解析(1)①SiI4为低熔点化合物，为分子晶体；②晶体硼熔点高，硬度大，是典型的原子晶体；③硒熔、沸点低，易溶于CHCl3，为分子晶体；④锑可导电，为金属晶体。

(2)FeCl3熔、沸点低，易溶于水及有机溶剂，应为分子晶体。

二、晶体熔、沸点的比较
例2下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是( )
A．NH3、CH4、NaCl、Na
B．H2O、H2S、MgSO4、SO2
C．CH4、H2O、NaCl、SiO2
D．Li、Na、K、Rb、Cs
答案C
解析C项中SiO2是原子晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH
是气态。

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方法规律——比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态，一般情况下是固体＞液体＞气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体＞离子晶体＞分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。

同类晶体熔、沸点比较思路：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。

三、四种类型的结构与性质的对比
例3下列有关晶体的说法正确的是( )
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．冰融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
解析分子的稳定性由分子内共价键的强弱决定，而与分子间作用力的大小无关，A项错误；原子晶体中只存在共价键，共价键越强，破坏共价键所需的能量越多，熔点越高，B项正确；冰在融化时克服的是氢键和范德华力，水分子内部共价键并没有断裂，C项错误；氯化钠熔化时，离子间的距离变大，离子键被破坏，D项错误。

四、晶胞分析及化学式的确定
例4镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表、由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。

它的最大优点是容易活化。

其晶胞结构如图所示：
则它的化学式为( )
A．LaNi2B．La2Ni3
C．La2Ni5D．LaNi5
答案D
解析根据晶胞结构图可知，面心上的原子为2个晶胞所共有，顶点上的原子为6个晶胞所共有，内部的原子为整个晶胞所有，所以晶胞中La原子个数为3，Ni原子个数为15，则镧系合金的化学式为LaNi5。

易误警示
(1)晶胞中关于粒子个数的计算，关键是分析晶胞中任意位置的一个粒子被几个晶胞共有。

对于由独立原子构成的分子则不能用均摊法。

(2)在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时，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、面心上的微粒依次被6、3、4、2个晶胞所共有。

五、有关晶胞密度的计算
例5(1)Cu的一种氯化物晶胞结构如图所示(黑球表示铜原子，白球表示氯原子)，该氯化物的化学式是______。

若该晶体的密度为ρg·cm－3，以N A表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的边长a＝________ nm。

(2)用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm－3，Cu的原子半径为__________ cm(阿伏加德罗常数的值为N A，只要求列式表示)。

(3)一种铜金合金晶胞如图所示(Au原子位于顶点，Cu原子位于面心)，则该合金中Au原子与Cu原子个数之比为________，若该晶胞的边长为a pm，则合金的密度为________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为N A)。

答案 (1)CuCl 3 3.98×1023ρ N A (2)24×34×649.00×N A
(3)1∶3 197＋64×3×1030
a 3N A
解析 (1)晶胞中铜原子的个数是4，氯原子的个数是8×18＋6×12
＝4，所以该氯化物的化学式为CuCl 。

根据m ＝Vρ可知(a ×10－7 cm)3×ρ g·cm －3
＝4N A mol －1×99.5 g·mol －1，解得a ＝3 3.98×1023
ρN A nm 。

(2)Cu 的晶胞为面心立方最密堆积，根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有铜原子数为8×18
＋6×12
＝4，设晶胞的边长为a cm ，则a 3 cm 3×ρ g·cm －3×N A mol －1＝4×64 g·mol －1，所以a ＝34×64ρ N A ，Cu 的原子半径为24×34×649.00×N A
cm 。

(3)在晶胞中，Au 原子位于顶点，Cu 原子位于面心，该晶胞中Au 原子个数为8×18
＝1，Cu 原子个数为6×12
＝3，所以该合金中Au 原子与Cu 原子个数之比为1∶3，晶胞体积V ＝(a ×10－10 cm)3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au 原子个数是1，则ρ＝197＋64×3
N A
a ×10－103 g·cm －3＝
197＋64×3×1030
a 3N A
g·cm －3。

方法规律
(1)晶体密度的求解过程：确定晶胞中微粒数(设为N 个)→求该微粒的物质的量(N /N A )→用物质的量乘以摩尔质量得到晶胞的质量→晶胞的质量除以晶胞的体积得到密度。

(2)在计算晶胞密度时，一定注意单位之间的换算，一般情况下边长的单位是pm ，而密度的单位是g·cm －3，没有进行单位换算或没有正确进行换算(即1 pm ＝10－10 cm)，则会导致错误。

六、晶胞中原子空间占有率的计算
例6GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为________，Ga与As以____________键键合。

Ga和As的摩尔质量分别为M Ga g·mol－1和
M As g·mol －1，原子半径分别为r Ga pm 和r As pm ，阿伏加德罗常数的值为N A ，则GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________。

答案 原子晶体 共价 4π×10－30N A ρr 3Ga ＋r 3As 3M Ga ＋M As
×100% 解析 根据晶胞结构示意图可以看出，As 原子与Ga 原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs 的熔点知GaAs 是原子晶体。

首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As 原子的个数为8×18
＋6×12
＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga 原子。

4个As 原子和4个Ga 原子的总体积V 1＝4×(43π×10－30×r 3As ＋43
π×10－30×r 3Ga )cm 3；1个晶胞的质量为4个As 原子和4个Ga 原子的质量之和，即(4M As N A ＋4M Ga N A ) g ，所以1个晶胞的体积V 2＝4ρN A (M As ＋M Ga ) cm 3。

最后由V 1V 2
×100%即得晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率。

易错警示
计算时，若没有注意到1个晶胞中含有4个“GaAs”，则会错误地按照含1个“GaAs”进行计算；若没有注意到所给原子半径的单位是pm ，没有进行单位换算或没有正确进行换算(1 pm ＝10－10 cm)，则会导致计算错误。

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