【高中化学】一轮复习学案：晶体结构与性质(选修3)
- 格式：doc
- 大小：1.66 MB
- 文档页数：27
第三章 晶体结构与性质
【高考新动向】
考点梳理
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。
,
【考纲全景透析】
一.晶体常识
1.晶体与非晶体比较
晶体 非晶体
结构特性 结构微粒周期性有序排列 ,
结构微粒无序排列
性质特性 有自范性、固定熔点、对称性、各向异性 没有自范性、固定熔点、对称性、各向异性
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. 常见晶体类型的结构和性质
1.四种晶体的比较
类型比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体
概念 ~
分子间靠分子间作用力结合而形成的晶体 原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体 金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体 阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体
结构 构成粒子 分子 原子 ;
金属阳离子、自由电子 阴、阳离子
粒子间的相互作用力 分子间的作用力 共价键 金属键 离子键
。
性质 密度 较小 较大 有的很大，有的很小 较大
硬度 ~
较小 很大 有的很大，有的很小 较大
熔、沸点 较低 很高 >
有的很高，有的很低 较高
溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 难溶于常见溶剂 大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性 一般不导电，溶于水后有的导电 一般不具有导电性 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电
延展性 …
无 无 良好 无
物质类别及举例 大多数非金属单质
(如P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2、CO2，SiO2除外)、绝
大多数有机物(如CH4，有机盐除外) ；
一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，一部分非金属化合物(如SiC、SiO2) 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜) 金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2.几种典型的晶体模型
晶体 晶体结构示意图 晶体中粒子分布详解
氯化铯晶体 ~
每8个Cs＋、8个Cl－各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异种离子(Cs＋或Cl－)。在每个Cs＋周围最近的等距离(设为a/2)的Cl－有8个，在每个Cs＋周围最近的等距离(必为a)的Cs＋有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－周围最近的等距离的Cl－也有6个
二氧化碳晶体
每8个CO2构成立方体且再在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(a，a为立方体棱长)最近的CO2有12个(同层4个、上层4个、下层4个)
金刚石晶体
,
每个C与另4个C以共价键结合，采取sp3杂化，前者位于正四面体中心，后者位于正四面体顶点。晶体中均为C—C，键长相等、键角相等(109°28′)；晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；晶体中每个
C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中心的贡献只有一半，故C原子数与C—C键数之比为1∶2
石墨晶体
层内存在共价键、金属键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的特征。在层内，每个C与3个C形成C—C键，采取sp2杂化构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；在晶体中，每个C参与了3条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，每个正六边形平均只占6×＝2个C，C原子个数与C－C键数之比为2∶3
SiO2晶体
~
每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后四者在正四面体的顶点；同时每个O被两个正四面体所共用。正四面体键角为109°28′，每个正四面体占有一个完整的Si，四个“半O原子”，故晶体中S：原子与O原子个数比为1∶(4×)＝1∶2
【热点难点全析】
※考点一 晶胞组成的计算方法
晶胞组成的计算方法——分割法
【典例1】如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－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离排列的．
!
(1)请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图．
(2)晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个．
(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即________(填计算式)．
(4)设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA.食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为________ cm.
【解析】 (1)如图所示．
(2)从体心Na＋看，与它最接近的且距离相等的Na＋共有12个．
(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是均摊法．由此可知，如图NaCl晶胞中，含Na＋：8×18＋6×12＝4个；含Cl－：12×14＋1＝4个．
！
(4)设Cl－与Na＋的最近距离为a cm，则两个最近的Na＋间的距离为2a cm，又a＋a3·ρ4·NA＝Mr.即a＝
3Mr2ρNA.
所以Na＋间的最近距离为：2·3Mr2ρNA.
【答案】 (1) (答案不唯一，合理即可)
(2)12 (3)4 12×14＋1＝4 4 8×18＋6×12＝4(答案不唯一，只要与第1问对应即可)
(4)2·3Mr2ρNA
考点二晶体熔、沸点高低的比较方法
1.不同类型晶体熔、沸点的比较
、
(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。
(2)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.同种晶体类型熔、沸点的比较
(1)原子晶体
如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。
(2)离子晶体
①一般地说，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，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。
-
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)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。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，CH3OH＞CH3CH3。
(4)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。
【典例2】C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
）
(1)写出Si的基态原子核外电子排布式__________________。
从电负性角度分析，C、Si和O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C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________，SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是____________。
(3)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为__________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是
________________________________________________________________________。
Na、M、Ca三种晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(4)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：_____________________________________
,
_______________________，
SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“<”、“＝”或“>”)。
(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MO、CO2、M六种晶体的组成微粒分别是_____，熔化时克服的微粒间的
作用力是_______________________________。
【解析】 (1)C、Si和O的电负性大小顺序为：O>C>Si。
(2)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si，所以熔点碳化硅>晶体硅。
(3)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。Na、Mg、Ca三种晶体均为金属晶体，金属晶体都有金属光泽，都能导电、导热，都具有一定的延展性。
(4)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键，SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2>CO2。
(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价键；Mg为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，熔化时克服金属键，CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合；MgO为离子晶体，由Mg2＋和O2－构成，熔化时破坏离子键。
@
【答案】 (1)1s22s22p63s23p2 O>C>Si
(2)sp3 共价键 SiC>Si
(3)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大 ①②③④
(4)Si 的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 原子 分子 <
(5)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键
【高考零距离】
【2012年高考】
1、（2012·新课标全国卷·37）[化学—选修3物质结构与性质]（15分）
…
ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
