2021版高考化学一轮复习文档：选修3-物质结构与性质第3节-晶体结构与性质
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2021版高考化学一轮复习文档：选修3-物质结构与性质第3节-晶体结构与性质
ks5u
晶体结构与性质
考纲定位
1.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。
2．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。
3．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。
4．了解晶体类型，了解不同类型晶体中结构微粒及微粒间作用力的区别。
5．了解晶胞概念，能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。
6．了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。
7．了解分子晶体结构与性质关系。
考点1|
晶体与晶胞
[基础知识整合]
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体比较
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒在三维空间里呈周期性有序排列
结构微粒
无序排列
性质
特征 自范性
有
无
熔点
固定
不固定
异同表现
各向异性
无各向异性
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的熔点
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
(2)获得晶体的途径
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。
2．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。
(3)一般形状为平行六面体。
(4)晶胞中粒子数目的计算——均摊法
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 ②非长方体：如三棱柱
[应用体验]
下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。
A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)
B．干冰(含________个CO2)
C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)
D．金刚石(含________个C)
E．体心立方(含________个原子)
F．面心立方(含________个原子)
[提示]A．44B．4C．48D．8E．2F．4
[考点多维探究]
角度1晶体的概念及其性质
1．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()
【导学号：95812296】
A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体
B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点
D．二者的X－射线图谱是相同的
B[Ⅰ会自动形成规则几何外形的晶体，具有各向异性，X－射线图谱有明锐的谱线。Ⅱ不会形成晶体。]
2．(2021·全国卷Ⅰ节选)准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________________________________________________
方法区分晶体、准晶体和非晶体。
[解析]晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射的方法进行区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。
[答案]X射线衍射 角度2晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断
3．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：
试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为________。
[答案](1)X2Y(2)1∶3∶1(3)8(4)12
4．右图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。
[解析]R：8×＋1＝2
G：8×＋8×＋4×＋2＝8
Q：8×＋2＝4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。
由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。
[答案]＋3
5．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
B[A粒子数为6×＝；B粒子数为6×＋3×＝2；C粒子数为1；故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。]
6．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。
[解析]Cu个数：12×＋2×＋3＝6，H个数：6×＋4＝6。
[答案]CuH
7．石墨晶体为层状结构，每层内每个六边形含有________个碳原子，________个C—C键。
[解析]C个数：6×＝2，C—C键数：6×＝3。 [答案]23
1．晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
2．在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，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、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
角度3利用晶胞结构进行晶体密度的有关计算
8．(2021·全国丙卷节选)GaAs的熔点为1
238
℃，密度为ρ
g·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MGag·mol－1和MAs
g·mol－1，原子半径分别为rGa
pm和rAs
pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
[解析]GaAs的熔点为1
238
℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGa
pm＝rGa×10－10cm，rAs
pm＝rAs×10－10cm，则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×10－10cm)3＋(rAs×10－10cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa
g·mol－1和MAs
g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNA
cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为
×100%＝×100%＝
×100%。
[答案]原子晶体共价
×100%
9．(2021·全国甲卷节选)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
(1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
(2)若合金的密度为d
g·cm－3，晶胞参数a＝________nm。
[解析](1)由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×＝3，含有Ni原子的个数为8×＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。
(2)根据m＝ρV可得，1
mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×d
g·cm－3×NA，则a＝cm＝×107
nm。
[答案](1)3∶1(2)×107
或×107
10．(2021·海南高考节选)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_________________________(不要求计算结果)。
[解析]金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据晶胞计算确定在晶体中碳原子数目，碳原子数目为n＝8×1/8＋6×1/2＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有·(a)＝2r，则r＝a；然后可以确定原子的占有率为(8×πr3)/a3＝。
[答案]8＝ 11．(2021·全国卷Ⅱ节选)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如下图所示，晶胞参数a＝0.566
nm，F的化学式为__________；晶胞中A原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·cm－3
)________。(已知A为O元素，B为Na元素)
[解析]O2－半径大于Na＋半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每个晶胞中含有O2－个数为8×1/8＋6×1/2＝4，含有Na＋个数为8，故O2－、Na＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566
nm＝0.566×10－7cm，则晶胞的体积为(0.566×10－7cm)3，从而可知晶体F的密度为
≈2.27
g·cm－3。
[答案]Na2O8
≈2.27
g·cm－3
晶体结构的相关计算
(1)晶胞计算公式(立方晶胞)
a3ρNA＝nM(a：棱长，ρ：密度，NA：阿伏加德罗常数的数值，n：1
mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量，M：组成的摩尔质量)。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)
①面对角线长＝a。
②体对角线长＝a。
③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。
(3)空间利用率＝。
考点2|
常见晶体模型的微观结构分析
