第三章晶体结构与性质

第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体①晶体：是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。

②非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。

2、晶体的特征（1）晶体的基本性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。

①自范性：a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。

b．“自发”过程的实现，需要一定的条件。

晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。

②均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。

③各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。

④对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。

在外形上，常有相等的对称性。

这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。

晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。

⑤最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比较，其内能最小。

⑥稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。

⑦有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。

⑧能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。

X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。

利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。

非晶体物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。

（2）晶体SiO2与非晶体SiO2的区别①晶体SiO2有规则的几何外形，而非晶体SiO2无规则的几何外形。

②晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。

③晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。

④晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。

第三章晶体结构与性质课标要求1.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性质。

5.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。

要点精讲一.晶体常识1.晶体与非晶体比较2.获得晶体的三条途径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.晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元。

晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。

4.晶胞中微粒数的计算方法——均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于这个晶胞。

中学中常见的晶胞为立方晶胞立方晶胞中微粒数的计算方法如下：注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状二.四种晶体的比较2．晶体熔、沸点高低的比较方法（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、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。

（2）原子晶体由共价键形成的原子晶体中，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）离子晶体一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高。

（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、沸点反常的高。

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。

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。

④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

（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。

三.几种典型的晶体模型。

一、共价晶体的概念及其性质1．共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。

(2)构成微粒及微粒间作用(3)物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。

①结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。

2．常见共价晶体及物质类别(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。

(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。

(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。

二、常见共价晶体结构分析1．金刚石晶体金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。

其中最小的环是六元环。

2.二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。

晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1①2。

(2)低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。

这一结构决定了它具有手性。

熔点/① 194 -70 2180 ＞3500 1410 沸点/①18157365048272355A ．SiCl 4、AlCl 3是分子晶体B ．晶体硼是共价晶体C ．晶体硅是共价晶体D ．金刚石中的C -C 键比晶体硅中的Si -Si 键弱 9．工业制玻璃时，主要反应的化学方程式为：Na 2CO 3+SiO 2高温−−−→Na 2SiO 3+CO 2↑完成下列填空：(1)钠原子核外电子排布式为___________。

第三章晶体结构与性质第一节晶体常识▍课标要求▍1．初步了解晶体知识，知道晶体与非晶体的本质差异。

2．学会识别晶体与非晶体的结构示意图。

3．掌握晶胞的概念以及晶胞中粒子个数的计算方法。

要点一晶体与非晶体1．晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体微粒在三维空间里呈排列非晶体微粒排列相对23．晶体的特点4．区分晶体与非晶体(1)测熔点：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。

(2)最可靠的科学方法是：对固体进行实验。

思考1：(1)晶体为什么有自范性？(2)晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？要点二晶胞1．概念描述晶体结构的叫做晶胞。

2．晶体和晶胞的关系一般来说，晶胞都是体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。

(1)“无隙”是指相邻晶胞之间。

(2)“并置”是指所有晶胞都是排列的，取向。

(3)所有晶胞的、内部的原子及几何排列是完全相同的。

3．晶胞中粒子个数的计算(以铜晶胞为例)晶胞的顶角是个晶胞共用的，棱上的原子是4个晶胞共用的，面上的原子是个晶胞共用的(如图所示)。

铜晶胞金属铜的一个晶胞所含的原子数有个。

思考2：铜晶胞含有4个铜原子，为什么不是14个？考点一晶体与非晶体的区别1．晶体和非晶体在结构上的差异，导致它们在性质上有所不同。

2．根据固体是否具有自范性、物理性质是否体现各向异性、有无固定熔沸点、外形和内部质点排列是否高度有序，可以判断是晶体还是非晶体。

【例题1】下列叙述正确的是()A．具有规则几何外形的固体一定是晶体B．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C．具有各向异性的固体一定是晶体D．一种物质不是晶体就是非晶体【变式1】不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是()A．石墨和金刚石是同素异形体B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列C．石墨的熔点为3 625 ℃D．在石墨的X－射线衍射图谱上有明锐的谱线判断晶体的“4点”注意事项(1)晶体一般属于纯净物。

(2)微观上，晶体中的微粒在三维空间呈周期性有序排列，表现在外观上晶体往往有规则的几何外形。

晶体构造与性质一、晶体的常识1.晶体与非晶体晶体与非晶体的本质差异自性微观构造晶体有〔能自发呈现多面体外形〕原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无〔不能自发呈现多面体外形〕原子排列相对无序晶体呈现自性的条件：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--描述晶体构造的根本单元.即晶体中无限重复的局部一个晶胞平均占有的原子数=×晶胞顶角上的原子数+×晶胞棱上的原子+×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心的原子数思考：以下图依次是金属钠(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.eg：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.以下关于晶体与非晶体的说确的是〔〕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.非晶体无自性而且排列无序D.固体SiO2一定是晶体3.以下图是CO2分子晶体的晶胞构造示意图.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〔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.局部非金属单质:：X2、O2、H2、S8、P4、C60d.局部非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、N2O4、P4O6、P4O10等f.大多数有机物：乙醇.冰醋酸.蔗糖等③构造特征a.只有德华力--分子密堆积〔每个分子周围有12个紧邻的分子〕CO2晶体构造图b.有分子间氢键--分子的非密堆积以冰的构造为例.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构造的晶体注意：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金刚石的晶体构造示意图二氧化硅的晶体构造示意图思考：1.怎样从原子构造角度理解金刚石、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.在解释以下物质性质的变化规律与物质构造间的因果关系时.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。

一、选择题1．下列说法正确的是A．NaH与KCl均含离子键B．NH4Cl含N-H共价键，是共价化合物C．HCl在水中可电离出H+和Cl－，是离子化合物D．工业合成氨反应中有非极性键的断裂和生成答案：A解析：A. NaH由钠Na+和H-构成、与KCl均含离子键，A正确；B. NH4Cl由铵离子和氯离子构成，是离子化合物，铵离子内含N-H共价键，B错误；C. HCl分子在水中被破坏，可电离出H+和Cl－，HCl是共价化合物，C错误；D. 工业合成氨反应中氮气和氢气参加反应，分子内非极性键断裂，反应生成的氨分子内存在共价极性键，D错误；答案选A。

2．下列物质中，既含有离子键，又含有非极性共价键的是（）A．H2O B．CaCl2C．NH4Cl D．Na2O2答案：DH O是共价化合物，只含极性共价键，A不符合题意；解析：A.2CaCl是离子化合物，只含离子键，B不符合题意；B. 2NH Cl是离子化合物，其中铵根离子中含有极性共价键，铵根离子和氯离子之间存在C. 4离子键，C不符合题意；D. Na2O2是离子化合物，钠离子和过氧根离子之间存在离子键，两个氧原子之间存在非极性共价键，D符合题意。

综上所述，既含离子键，又含非极性共价键的是选项D。

答案选D。

3．下列有关性质的比较中，正确的是A．键的极性：N－H<O－H<F－HB．第一电离能：Na<Mg<AlC．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：＞答案：A解析：A.非金属性强到弱的是N＜O＜F，与氢元素形成共价键时，极性由小到大分别是N-H＜H-O＜H-F，故A正确；B.同周期元素从左到右，第一电离能逐渐增大，但Mg的最外层为全充满状态，电子能量最低，第一电离能：Mg＞Al＞Na，故B错误；C.白磷、冰均为分子晶体，二氧化硅为原子晶体，原子晶体的硬度大，则硬度：二氧化硅＞白磷＞冰，故C错误；D.邻位的形成了分子内氢键，熔沸点比形成分子间氢键的对位取代物更低，所以熔点＜，故D错误。