2020届高三化学一轮复习 专题8 第38讲 晶体结构与性质课件 苏教版

专题八物质结构与性质(选考)第38讲晶体结构与性质目标导航复习目标1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.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。5.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。6.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。知识体系问题思考问题1：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，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体？[答案]利用X­射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。问题2：NaCl、CsCl、金属晶体、金刚石、干冰晶体的配位数是多少？[答案]金属晶体晶体NaClCsCl简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积金刚石干冰配位数68681212412课前8min栏目导航考点透视质量验收课前8min1.(2017·全国Ⅰ卷)(1)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_____________________________________________。(2)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如下图所示。K与O间的最短距离为_____________________nm，与K紧邻的O个数为________。K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱0.315或22×0.44612(3)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。体心棱心[解析](1)金属的熔、沸点与金属键强弱有关，金属键的强弱又与金属的原子半径以及价电子数有关，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。(2)根据晶胞结构，K与O间最短距离是面对角线一半，即22×0.446nm；根据晶胞结构，距离K最近的O的个数为12个。(3)根据KIO3的化学式，以及晶胞结构，K处于体心，O处于棱心，有12×14＝3个。2.(1)(2017·全国Ⅱ卷)R的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为______________________。(2)(2017·全国Ⅲ卷)MgO具有NaCl型结构(如下图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420nm，则r(O2－)为____________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a＝0.448nm，则r(Mn2＋)为________nm。602a3dM(或a3dNAM×10－21)0.1480.076[解析](1)晶胞的体积为(a×10－7)3cm3，结合密度公式可知d＝yNA×Ma×10－73，可得y＝602a3dM或a3dNAM×10－21。(2)因为O2－是面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即4r＝2a，解得r＝24×0.420nm＝0.148nm；MnO中r(Mn2＋)＋r(O2－)＝a2，r(Mn2＋)＝0.448nm2－0.148nm＝0.076nm。3.(1)(2016·全国Ⅰ卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________________________。晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)、B为12，0，12、C为12，12，0，则D原子的坐标参数为______________。sp3共价键(或非极性键)②晶胞参数描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为______________________________________g·cm－3(列出计算式即可)。8×736.02×1023×565.76×10－103(2)(2016·全国Ⅱ卷)单质铜及镍都是由________键形成的晶体；某镍白铜合金的立方晶胞结构如下图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝________nm。金属3∶13251602d(3)(2016·全国Ⅲ卷)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________________________________________________________。GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如上图所示。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MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，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_________________________。GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔、沸点高原子晶体共价4πNAρr3Ga＋r3As×10－303MGa＋MAs×100%[解析](1)②该晶胞中含有Ge原子个数＝8×18＋6×12＋4＝8，所以晶胞的密度为ρ＝mV＝8×736.02×1023×565.76×10－103g·cm－3。(2)①Cu位于面心，故晶胞中Cu个数为6×12＝3；Ni位于顶点，故晶胞中Ni个数为8×18＝1。②一个晶胞中有3个Cu和1个Ni，则一个晶胞的质量为3×64＋59NAg，一个晶胞的体积为(a×10－7cm)3，根据密度计算公式，d＝mV＝3×64＋59NAa×10－73g·cm－3，将NA＝6.02×1023代入，即可解得a＝3251602dnm。(3)GaAs的熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是4NA×MGa＋MAsρcm3，原子总体积是4×43πr3Ga＋4×43πr3As×10－30cm3，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为4×43πr3Ga＋r3As×10－304NA×MGa＋MAsρ×100%＝4πNAρr3Ga＋r3As×10－303MGa＋MAs×100%。4.(1)(2018·广东潮州二模)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如右图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295nm，c＝0.469nm，则该钛晶体的密度为________________________________g·cm－3(用NA表示阿伏德罗常数的值，列出计算式即可)。6×48332×2.95×10－82×4.69×10－8NA(2)(2018·广东肇庆二模)Ti的某氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐的晶胞结构如上图所示(Ti4＋位于立方体的顶点，Ca2＋处于立方体的中心)。该晶体中，Ti4＋和周围________个O2－相紧邻；若该晶胞的密度为dg·cm－3，则钛氧键的键长为____________________pm(用含NA的代数式表示)。123136d·NA×22×1010(3)(2018·广东六校联盟二模)NiAs的晶胞结构如下图所示。①镍离子的配位数为________。②若阿伏加德罗常数的值为NA，晶体密度为ρg·cm－3，则该晶胞中最近的砷离子之间的距离为________________pm。42234×134ρNA×1010[解析](1)每个晶胞含Ti原子数为12×16＋3＋2×12＝6，晶胞质量是6×48NAg，晶胞的体积是332×(2.95×10－8)2×4.69×10－8cm3，根据ρ＝mV＝6×48332×2.95×10－82×4.69×10－8NAg·cm－3。(2)由晶胞结构图可知，体心为Ca2＋，面心为O2－，该晶体中每个顶点Ti4＋与面心的O2－相邻，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，晶体中Ti4＋周围紧相邻的O2－数目为3×8×12＝12；如图晶胞中Ti4＋个数为8×18＝1，Ca2＋个数为1，O2－个数为6×12＝3，令晶胞边长为xpm，ρ＝mV，则d＝136NAx·10－103，x＝3136d·NA×1010，则钛氧键的键长为3136d·NA×22×1010pm。(3)该晶胞中含有的Ni3＋数为18×8＋12×6＝4，含有的As3－数为4，由图可知砷离子的配位数为4，则镍离子的配位数也为4；设其棱长为acm，其质量为134×4NAg，所以a＝3134×4ρNA，而As3－位于其18晶胞的体心，两个As3－间的距离相当于面对角线的一半，即为223134×4ρNA×1010pm。考点透视考点1常见晶体与晶体类型的判断基础梳理1.晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元，晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的重复单位。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。2.常见晶体晶体类型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离子和自由电子粒子间的作用力金属键(复杂的静电作用)最小阴、阳离子分子间作用力共价键离子键硬度较小大有的较小，有的较大较大熔、沸点较低高有的较低，有的较高较高举例CO2SiO2NaNaCl常见晶体及结构结构3.离子键与离子晶体(1)离子键：阴、阳离子通过形成的化学键。(2)离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量，晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越。晶格能越，离子晶体的熔点越、硬度越。(3)离子晶体：由离子通过结合而成的晶体。(4)典型的离子晶体有两种结构：NaCl型和CsCl型。氯化钠晶体中，每个钠离子周围有个氯离子，每个氯离子周围有个钠离子，每个氯化钠晶胞中含有__个钠离子和个氯离子；氯化铯晶体中，每个铯离子周围有个氯离子，每个氯离子周围有个铯离子，每个氯化铯晶胞中含有个铯离子和个氯离子。静电作用大大高大阴、阳离子键66488114NaCl型晶体CsCl型晶体每个Na＋被6个Cl－所包围，同样，每个Cl－也被6个Na＋所包围每个Cs＋被8个Cl－所包围，同样，每个Cl－也被8个Cs＋所包围举题悟法(1)(2018·广东揭阳期末)NaH的熔点为800℃，不溶于有机溶剂。NaH属于________晶体，其电子式为________。单质硒的熔点为217℃，它属于________晶体。(2)(2018·广东佛山二模)K和Na位于同主族，K2S的熔点为840℃，Na2S的熔点为950℃，前者熔点较低的原因是_________________________________________。(3)立方BP(磷化硼)的晶胞结构如右图所示，晶胞中含B原子数目为___。离子Na＋[∶H]－分子K＋的半径比Na＋大，K2S的晶格能比Na2S小4[解析](3)晶胞中B原子位于顶点和面心，数目为8×18＋6×12＝4。(2018·各地模拟汇集)(1)科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图1所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为________。(2)SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依次相间排列的正四面体形空间网状结构。试在图2正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置。图1图23∶1[解析](1)晶胞中K原子数目＝12×12＝6、C60分子数目＝1＋8×18＝2，故晶胞中K原子和C60分子数目之比为6∶2＝3∶1。(2)SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，每个Si原子连接4个C原子，形成四面体结构，则四个C原子在不同的两