专题24 晶体结构与性质汇总

专题24晶体结构与性质【知识框架】【基础回顾】一、晶体类型的判断1、依据组成晶体的粒子及粒子之间的作用力判断。离子晶体由阴阳离子通过离子键构成；原子晶体由原子通过共价键构成；金属晶体由金属离子和自由电子通过金属键构成；而分子晶体由分子通过分子之间作用力（或氢键）构成。2、依据物质分类判断。金属氧化物（如氧化钠、氧化钾等）、强碱和绝大多数的盐类是离子晶体。多数非金属单质（金刚石、石墨、硅、硼等例外）、气态氢化物、非金属氧化物（二氧化硅例外）、酸、绝大多数有机物（有机盐例外）是分子晶体。常见原子晶体：单质有金刚石、石墨、硅晶体、硼等；化合物有二氧化硅、氮化铝、碳化硅等。金属单质（汞例外）和合金属于金属晶体。3、依据导电性判断。离子晶体在水溶液或熔化状态时能导电；原子晶体一般是非导体；分子晶体为非导体，而有的分子晶体（主要是酸和非金属性强的元素的氢化物）在溶于水时，可电离出自由移动的离子而能导电；金属晶体是电的良导体。4、依据晶体熔点判断。原子晶体熔点高，离子晶体熔点较高，分子晶体熔点较低，而金属晶体熔点有些高，有些较低。二、晶体熔沸点高低规律1、不同类型晶体。一般地原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。金属晶体有的高（如钨），有的低（如汞）。2、原子晶体。原子半径越小，熔沸点越高。如金刚石（C-C）＞二氧化硅（Si-O）＞碳化硅（C-Si）＞晶体硅（Si-Si）。3、离子晶体。离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔沸点越高。例如，MgO＞NaCl＞CsCl。4、金属晶体。金属阳离子所带电荷数越高，原子半径越小，熔沸点越高。例如，Al＞Mg＞Na。Li＞Na＞K＞Cs。5、分子晶体。分子间作用力越强，熔沸点越高。、“位”、“构”、“性”三者的关系（1）组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。例如，CI4＞CBr4＞CCl4＞CF4，CS2＞CO2；（2）组成和结构不相似的分子晶体，分子的极性越大，熔沸点越高。如CO＞N2；（3）同分异构体：一般地，支链越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。结构对称，熔沸点越低。如沸点：邻二甲苯间二甲苯对二甲苯。（4）若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔沸点较高。例如沸点：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。（5）根据物质所处的状态判断。熔沸点：固体＞液体＞气体。例如，S＞Hg＞O2。（6）有些有机物熔沸点与某分子中含有碳碳双键数目有关。组成结构相似的有机物一般含碳碳双键越多，熔沸点越低。例如，油酸甘油酯（油）的熔点低于硬脂酸甘油酯（脂肪）。【技能方法】晶体结构计算题的两种解法1、均摊法所谓均摊法，就是说在一个晶胞中出现多个原子时，这些原子并不是只为这个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞所共有，计算一个晶胞结构中出现的每个原子，均摊到原子个数比例的方法。均摊法的根本目的就是算出一个晶胞单独占有的各类原子的个数。均摊法的根本原则是：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子均得的份额就是1/x。采用均摊法求解的最常见的题型就是已知晶胞的结构，求晶体的化学式。（1）晶胞中原子均摊法下面对立方晶胞进行详细分析。图1就表示一个立方晶胞。在图中，原子可以位于它的顶点，也可以位于它的棱上，还可以在它的面上（不含棱），当然，它的体内也可以有原子；图2是这种晶胞进行堆积的情况，图3是图2的单图。从这些图可以看出：（A）每个顶点被8个晶胞共有，所以晶胞对自己顶点上的每个原子只占1/8份额；（B）每条棱被4个晶胞共有，所以晶胞对自己棱上的每个原子只占1/4份额；（C）每个面被2个晶胞共有，所以晶胞对自己面上（不含棱）的每个原子只占1/2份额；（D）晶胞体内的原子不与其它晶胞分享；（E）每个顶点是被8个晶胞的6条棱共享，6条棱包括x轴上的二条、y轴上的二条和z轴上的二条。（F）每个顶点也被这6条棱构成的12个晶胞面共享，这12个面包括xy平面的4个面、yz平面内的4个面和zx平面内的4个面。（2）棱和面中原子均摊法如根据上面第E条，结论：棱对自己每个顶点占的份额是1/6；根据上面第F条，结论：面对自己每个顶点占的份额是1/12；同样，均摊法也不只是对原子进行均摊，还可以把棱分摊到面或把面分摊到棱，等等。2、切割法，就是将抽象的、复杂的三维图分割成形象的、简单的图形，使相对难以完成的习题变成形象化、具体化的问题。【基础达标】1．下列每组物质发生的变化所克服的粒子间的相互作用完全相同的是（）A．氯化铵和过氧化氢的分解B．二氧化硅与二氧化碳的熔化C．蔗糖和干冰的熔化D．氯化镁和氯化铝的熔化【答案】C【解析】试题分析：A、氯化铵是离子晶体，熔化破坏离子键，过氧化氢是分子晶体，熔化破坏分子间作用力，故说法错误；B、二氧化硅属于原子晶体，熔化破坏共价键，二氧化碳属于分子晶体，熔化破坏分子间作用力，故说法错误；C、蔗糖属于分子晶体，熔化破坏分子间作用力，干冰属于分子晶体，熔化破坏分子间作用力，故说法正确；D、氯化镁属于离子晶体，破坏离子键，氯化铝属于分子晶体，破坏分子间作用力，故说法错误。考点：考查微粒间作用力、晶体类型等知识。2．已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列结论错误的是（）A．氯化铝是电解质B．固体氯化铝是分子晶体C．可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝D．氯化铝为非极性分子【答案】C【解析】试题分析：根据已知条件可知氯化铝是共价化合物，易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则说明AlCl3是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。根据相似相容原理可知AlCl3是非极性分子，在水中在水分子的作用下电离产生Al3+、Cl-，所以AlCl3是电解质，在水溶液中能够导电，在熔融状态没有离子不能导电，因此不能通过电解熔融氯化铝的办法制取金属铝，应该通过电解熔融的Al2O3的方法冶炼铝。故选项错误的是C。考点：考查氯化铝的结构、性质及应用的知识。3．下列各组中，含有离子晶体、分子晶体、原子晶体各一种的是（）A．KCl、H2SO4、SB．金刚石、Na3PO4、MgC．HF、SiC、ArD．H2O、SiO2、K2CO3【答案】D【解析】试题分析：A．KCl是离子晶体；H2SO4、S都是分子晶体，错误。B．金刚石是原子晶体；Na3PO4是离子晶体；Mg是金属晶体，错误。C．SiC是原子晶体；HF和Ar都是分子晶体，错误。D．H2O是分子晶体；SiO2是原子晶体；K2CO3是离子晶体。符合题意，正确。考点：考查物质的晶体类型的判断的知识。4．在金属晶体中，根据影响金属键的因素判断下列各组金属熔沸点高低顺序，其中正确的是（）A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞LiC．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞Al【答案】C【解析】试题分析：构成金属晶体的金属键越强，金属晶体的熔沸点越高。金属键强弱与金属阳离子半径和所带电荷有关系，离子半径越小，电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高。则A、应该是Mg＞Al＞Ca，A错误；B、应该是Al＞Li＞Na，B错误；C、熔沸点是Al＞Mg＞Ca，C正确；D、应该是Al＞Mg＞Ba，D错误，答案选C。考点：考查金属晶体熔沸点比较5．下列叙述正确的是（）A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔沸点越高B．分子晶体中，分子间作用力越大，该分子越稳定C．金属阳离子只能与阴离子构成晶体D．正四面体构型的分子中，键角一定为109°28′【答案】A【解析】试题分析：A．原子晶体中的作用力是共价键，共价键的键能越大，熔沸点越高，A正确；B．分子晶体中，分子间作用力越大，熔沸点越高，但分子的稳定性与分子中的共价键有关系，B错误；C．金属阳离子能与阴离子构成晶体，也能与自由电子构成金属晶体，C错误；D．正四面体构型的分子中，键角不一定为109°28′，也可能是60°，例如白磷，D错误，答案选A。考点：考查晶体结构与性质的有关判断【能力提升】1．下表给出几种氯化物的熔点和沸点：有关表中所列四种氯化物的性质，有以下叙述：①氯化铝在加热时能升华②四氯化硅在晶态时属于分子晶体③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合④氯化铝晶体是典型的离子晶体其中与表中数据一致的是（）A．①②B．②③C．①②④D．②④【答案】A【解析】试题分析：①氯化铝的沸点是180℃，低于其熔点190℃，所以在加热时能升华，正确。②四氯化硅熔沸点比较低，在晶态时属于分子晶体，正确。③氯化钠晶体中离子之间以离子键结合，由于离子键较强，断裂消耗较多的能量，因此熔沸点较高，错误。④氯化铝熔沸点较低，晶体是分子晶体，错误。故正确的说法是①②。选项是A。考点：考查氯化物的熔点和沸点与物质晶体类型的判断的知识。2．有关晶体的结构如下图所示,则下列说法中不正确的是（）A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-形成正八面体B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE【答案】D【解析】试题分析：A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-在Na+的上、下、前、后、左、右六个方向，它们连接形成的是正八面体，正确。B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有Ca2+：8×1/8+6×1/2=4个，正确。C．在金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的四个碳原子形成共价键，每个共价键为2个碳原子所共有，所以碳原子与碳碳键个数的比为1∶4×1/2=1：2，正确。D．由于是气态团簇分子，所以该分子的分子式为E4F4，错误。考点：考查有关晶体的结构的正误判断的知识。3．石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边形排列成平面网状结构，如果将每对相邻碳原子间的短线看成一个化学键，则石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是（）A．2∶3B．1∶3C．1∶1D．1∶2【答案】A【解析】试题分析：石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，每个C原子属于三个六边形，属于每一个六边形的C原子数的6×1/3=2；每一个C-C为两个六边形所共有，所以属于每一个六边形的C-C键数目是：6×1/2=3，石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是2:3。选项是A。考点：考查石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数关系的计算的知识。4．由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构如图所示，下列说法正确的是（）A．该化合物化学式可表示为LiAlSiB．晶体中Al和Li构成CsCl型骨架C．晶体中Al和Si构成金刚石型骨架D．晶体中与每个Al距离最近的Li为4个【答案】AC【解析】试题分析：A、处于顶点的原子占1/8,处于边上的原子占1/4,处于面上的原子占1/2,在体内的占1，所以Al：8×1/8+6×1/2=4,Li：12×1/4+1=3,Si：4,所以该化合物化学式可表示为LiAlSi，故A正确；B、CsCl型是立方体的8个顶点是Cl原子，体心是Cs,图7显然不是，故B错误；C、金刚石属于正四面体结构，每个硅原子4个方向连接4个铝原子，故C正确；D、晶体中与每个Al距离最近的Li为6个，故D错误；此题选AC。考点：考查晶体结构模型相关知识5．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是（）A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子C．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构【答案】D【解析】试题分析：A．C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合，这说明该晶体属于原子晶体。由于碳原子半径大于氮原子半径，则其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固，A正确；B．碳最外层有4个电子，氮最外层有5个电子，则该晶体中每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子，B正确；C．构成该晶体的微粒间只以单键结合，每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子，晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电