晶体结构与性质1.docx

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晶体结构与性质1

精品晶体结构与性质1

适用学科

高中化学

适用年级

高中三年级

适用区域

全国

课时时长（分钟）

60分钟

知识点

（1）晶体,晶胞的概念，晶胞的相关计

（2）晶体类型，常见的晶胞结构

教学目标

（1）掌握晶胞的概念，掌握常见晶体的分类

（2）掌握常见的晶胞结构，能够熟练的进行相关计算

教学重点

（1）掌握常见的晶胞结构，能够熟练的进行相关计算

教学难点

（1）掌握常见的晶胞结构，能够熟练的进行相关计算

教学过程

一、课堂导入

晶体的知识是选修三中难度比较大的一部分，对于常见的晶体的分类，尤其是晶体中常见的晶胞的结构，都是考查频率非常高的知识部分，今天，我们来共同复习相关的知识模块。

二、复习预习

1．晶体的概念，晶胞的概念

2．常见的晶体的分类

3．晶胞密度计算，配位数的概念

三、知识讲解

考点1：

晶胞

1．晶胞是描述晶体结构的最基本单元。

多是平行六面体。

2．晶体与晶胞的关系：

晶体是由数量巨大的晶胞无隙并置堆砌而成。

无隙并置的条件：

（1）相邻晶胞之间没有任何空隙；

（2）晶胞都是平行排列，取向相同（相邻晶胞能共顶点相连接）

3．计算晶体化学式或晶胞中粒子数的一般方法——均摊法

（1）顶点——同时为8个晶胞甩共有——×1/8

（2）棱上——同时为4个晶胞甩共有——×1/4

（3）面上——同时为2个晶胞甩共有——×1/2

（4）内部——同时为1个晶胞甩共有——×1

考点2：

常见晶体的分类

类型

比较

分子晶体

原子晶体

金属晶体

离子晶体

构成粒子

分子

原子

金属阳离子、自由电子

阴、阳离子[中教网]

粒子间的相互作用力

分子间作用力

共价键

金属键

离子键

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

常见溶剂难溶

大多数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，个别为半导体

电和热的良导体

晶体不导电，水溶液或熔融态导电

物质类别及举例

所有非金属氢化物（如水、硫化氢）、部分非金属单质（如卤素X2）、部分非金属氧化物（如CO2、SO2）、几乎所有的酸、绝大多数有机物（有机盐除外）

部分非金属单质（如金刚石、硅、晶体硼），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）

考点3：

几种常见的晶体模型

1．原子晶体（金刚石和二氧化硅）

（1）金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。

含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

（2）SiO2晶体中，每个Si原子与4个O成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。

2．分子晶体

（1）干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。

（2）冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol“氢键”。

3．离子晶体

（1）NaCl型：

在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。

每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。

（2）CsCl型：

在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。

4．石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。

5．常见金属晶体的原子堆积模型

结构型式

常见金属

配位数

晶胞

面心立方最密堆积A1

Cu、Ag、Au

12

体心立方堆积A2

Na、K、Fe

8

六方最密堆积A3

Mg、Zn、Ti

12

特别提醒　

（1）判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。

如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目（Na＋用“○”表示）：

每个面上有4个，共计12个。

（2）常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。

当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。

四、例题精析

【例题1】

【题干】下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（）

A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角

B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子

C．最小的环上，Si和O原子数之比为1：

2

D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子

【答案】D

【解析】二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角所以A项错误；在SiO2晶体中，每6个Si和6个O形成一个12元环（最小环），所以D对，B、C都错误。

【例题2】

【题干】

（1）下图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有________个与之

紧邻且等距离的CO2分子。

在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，在盖上另一块干冰，出现的现象为，该反应的化学方程式是。

（2）下列三种晶体①CO2　②CS2　③SiO2的熔点由高到低的顺序是___>________>________（用序号填空），其原因是______。

【答案】

（1）12　镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成　2Mg＋CO2

2MgO＋C

（2）③　②　①　SiO2是原子晶体，CO2、CS2是分子晶体，所以SiO2熔点最高；CO2和CS2组成和结构相似，且CS2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量，所以CS2的熔点高于CO2

【解析】

（1）以晶胞中的任意一个顶点为坐标原点，以通过该顶点的三条棱边为坐标轴建立起一个三维直角坐标系，在坐标原点的周围可以无隙并置8个晶胞，这样在每一个坐标轴上都可以看到有两个与坐标原点上的CO2分子等距离的CO2分子，但是这些CO2分子与坐标原点上的CO2分子的距离并不是最近的。

与坐标原点上的CO2分子最近的CO2分子应该是每一个晶胞的面心上的，其距离应是前者的

，每个CO2分子周围共有12个这样的CO2分子。

（2）一般来说，原子晶体的熔点高于分子晶体的熔点，因为原子晶体熔化时要破坏共价键，而分子晶体熔化时只需克服分子间作用力，分子间作用力比共价键弱得多。

如果同为分子晶体，当分子的组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。

【例题3】

【题干】NaF、NaI、MgO晶体均为离子晶体，根据下列数据，这三种晶体的熔点高低顺序是（）。

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

2

离子间距离/10-10m

2.31

3.18

2.10

A．①>②>③B．③>①>②C．③>②>①D．②>①>③

【答案】B

【解析】离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，而离子键的强弱可用晶格能来衡量。

晶格能∝

，即离子所带电荷数越多，离子间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。

故答案为B。

【例题4】

【题干】科学家发现的C60是一种新的分子，它具有空心、类似于足球的结构。

最近科学家又确认存在着另一种分子“N60”，它与C60的结构相似，在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。

下列关于N60的说法中正确的是（　　）

A．N60是由共价键结合而成的空心球状结构，是一种原子晶体

B．N60和14N都是氮的同位素

C．N60与NO2互为同素异形体

D．N60的发现开发出了新的能源，可能成为很好的火箭燃料

【答案】C　

【解析】非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。

故C正确。

五、课堂运用

【基础】

1．下列有关晶胞的叙述正确的是（）

A．晶胞是晶体中的最小的结构重复单元

B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同

C．晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞

D．晶胞都是正方体

【答案】A

【解析】相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中的晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中有的粒子被若干个晶胞所共有，而不专属于某个晶胞，C选项错误；晶胞一般是平行六面体，但不一定是正方体，D错误。

2．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（）

A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体

B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块

C．圆形容器中结出的冰是圆形的体现了晶体的自范性

D．由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性

【答案】B

【解析】晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则的多面体外形的性质，这一适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件，A选项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D选项中玻璃是非晶体。

3．下列物质中属于晶体的是（）

A．玻璃

B．水晶

C．水泥

D．橡胶

【答案】B

【解析】晶体是能自发形成规则几何外形的固体，玻璃、水泥、橡胶尽管可以塑造成为规则的几何体，但不是自发的，所以它们不是晶体。

【巩固】

1．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是（）

A．范德华力、范德华力、范德华力     

B．范德华力、范德华力、共价键

C．范德华力、共价键、共价键  

D．共价键、共价键、共价键

【答案】B

【解析】 石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气属于物质的三态变化，属于物理变化，破坏了范德华力，石蜡蒸气→裂化气发生了化学变化，破坏了共价键；所以在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是范德华力、范德华力、共价键。

2．某个固体在不同方向上的物理性质是相同的，那么它（）

A．一定是晶体

B．一定是非晶体

C．一定是多晶体

D．不一定是非晶体

【答案】D

【解析】晶体具有各向异性，A错误；固体在不同方向上的物理性质相同，该固体可能是非晶体，也可能是其他聚集状态的物质，如纳米材料，综上所述，只有D正确。

3．下列关于物质聚集状态的叙述中，错误的是（　　）

A．物质只有气、液、固三种聚集状态

B．气态是高度无序的体系存在状态

C．固态中的原子或者分子结合得较紧凑，相对运动较弱

D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性

【答案】A

【解析】物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态

；对于固态物质，原子或分子相距很近，分子难以平动和转动，但能够在一定的位置上做不同程度的振动；对液态物质而言，分子间距离比固态中的大

一些

，分子间作用力也比固态中的小一些，分子的转动明显活跃，平动也有所增加，使之表现出明显的流动性。

【拔高】

1．某固体仅由一种元素组成，其密度为5.0g·cm-3，用X射线研究该固体的结构时得知：

在边长10-7cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近下列数据中的（　　）

A．32B．120C．150D．180

【答案】C

【解析】CM=Vm·ρ=

×6.02×1023mol-1×5.0g·cm-3=150g·mol-1,故Mr=150。

2．金和铜可以形成多种金属化合物，其中一种的晶体结构如图所示（为面心立方结构）。

（1）该金属化合物的化学式__________。

（2）已知Au的相对原子质量为197，Cu的相对原子质量为64,阿伏加德罗常数为Namol-1，若该化合物的密度为dg·cm-3，试计算两个最近金原子的核间距。

【答案】

（1）AuCu3

（2）两个最近金原子的核间距即该晶胞的棱长为：

【解析】

（1）处于顶点的离子为8个晶胞共有，每个原子有

属于该晶胞，则Au原子数=8×

=1；处于面上的离子，同时为两个晶胞共有，每个原子有

属于该晶胞，则Cu原子数=6×

=3,原子数比Cu∶Au=3∶1,则化学式为AuCu3。

（2）1个晶胞占有的体积=

（设a为棱长），则

。

课程小结

1．晶体的概念，晶胞的概念

2．晶体的类型

3．常见的晶胞的结构

4．与晶胞相关的计算