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2019-2020年高考化學一輪復習 第三講 晶體結構與性質（選修3） [考綱展示] 1．了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系?！?.了解分子晶體、原子晶體、離子晶體和金屬晶體的結構微粒及微粒間作用力的區(qū)別?！?.理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結構特征解釋其物理性質?！?.理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質。了解金屬晶體常見的堆積方式?！?.能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關的計算?！?.了解晶格能的概念及其對離子晶體性質的影響。 考 點 一　四種晶體性質比較 一、晶體 1．晶體與非晶體 晶體 非晶體 結構特征 結構微粒周期性有序排列 結構微粒無序排列 性質 特征 自范性 有 無 熔點 固定 不固定 異同表現(xiàn) 各向異性 各向同性 二者區(qū) 別方法 間接方法 看是否有固定的熔點 科學方法 對固體進行X-射線衍射實驗 2.得到晶體的途徑 (1)熔融態(tài)物質凝固。 (2)氣態(tài)物質冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。 (3)溶質從溶液中析出。 3．晶胞 (1)概念 描述晶體結構的基本單元。 (2)晶體中晶胞的排列——無隙并置 a．無隙：相鄰晶胞之間沒有任何空隙。 b．并置：所有晶胞平行排列、取向相同。 4．晶格能 (1)定義：氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ·mol－1。 (2)影響因素 ①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。 ②離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。 (3)與離子晶體性質的關系 晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。 二、四種晶體類型的比較 類型 比較　　 分子晶體 原子晶體 金屬晶體 離子晶體 構成粒子 分子 原子 金屬陽離子、自由電子 陰、陽離子 粒子間的相互作用　 范德華力(某些含氫鍵) 共價鍵 金屬鍵 離子鍵 硬度 較小 很大 有的很大，有的很小 較大 熔、沸點 較低 很高 有的很高，有的很低 較高 溶解性 相似相溶 難溶于任何溶劑 難溶于常見溶劑 大多易溶于水等極性溶劑 導電、傳熱性 一般不導電，溶于水后有的能導電 一般不具有導電性 電和熱的良導體 晶體不導電，水溶液或熔融態(tài)導電 物質類別及舉例 大多數(shù)非金屬單質、氣態(tài)氫化物、酸、非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外) 部分非金屬單質(如金剛石、硅、晶體硼)、部分非金屬化合物(如SiC、SiO2) 金屬單質與合金(如Na、Al、Fe、青銅) 金屬氧化物(如K2O、Na2O)、強堿(如KOH、NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl) 三、晶體熔、沸點的比較 1．不同類型晶體熔、沸點的比較 (1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律：原子晶體>離子晶體>分子晶體。 (2)金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點很高，汞、銫等熔、沸點很低。 2．同種晶體類型熔、沸點的比較 (1)原子晶體 ―→―→―→ 如熔點：金剛石>碳化硅>硅。 (2)離子晶體 ①一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用力就越大，其離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。 ②衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點越高，硬度越大。 (3)分子晶體 ①分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常地高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。 ②組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。 ③組成和結構不相似的物質(相對分子質量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。 ④同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。 例如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> (4)金屬晶體 金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na②>①，D項錯誤。 8．(xx·江蘇鹽城模擬)鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴音器中都有應用。鈦酸鋇晶體的晶胞結構示意圖如圖所示，它的化學式是(　　) A．BaTi8O12　　　　　　　　 B．BaTi4O5 C．BaTi2O4 D．BaTiO3 解析：選D。本題結合識圖考查晶體的晶胞結構知識及空間想象能力。解題關鍵：由一個晶胞想象出在整個晶體中，每個原子為幾個晶胞共用。仔細觀察鈦酸鋇晶體的晶胞結構示意圖可知：Ba2＋在立方體的中心，完全屬于該晶胞；Ti4＋處于立方體的8個頂角，每個Ti4＋為與之相連的8個立方體所共用，即每個Ti4＋只有屬于該晶胞；O2－處于立方體的12條棱的中點，每條棱為4個立方體共用，即每個O2－只有屬于該晶胞。則晶體中Ba2＋、Ti4＋、O2－的個數(shù)比為1∶(8×)∶(12×)＝1∶1∶3。 9．(xx·四川廣安質檢)下面的排序不正確的是(　　) A．晶體熔點的高低：對羥基苯甲醛>鄰羥基苯甲醛 B．硬度由大到?。航饎偸?碳化硅>晶體硅 C．熔點由高到低：Na>Mg>Al D．晶格能由大到?。篘aF>NaCl>NaBr>NaI 解析：選C。A項形成分子間氫鍵的物質的熔、沸點要大于形成分子內氫鍵的物質，正確；B項均為原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短共價鍵越牢固，硬度越大，鍵長有：C—CMg>Na，不正確；D項晶格能越大，則離子鍵越強，離子所帶電荷相同時離子鍵的強弱與離子半徑有關，半徑越小，則離子鍵越強，正確。 二、非選擇題 10．(xx·山東煙臺四校聯(lián)考)碳元素在生產(chǎn)生活中具有非常重要的作用，在新物質的制備中也發(fā)揮了舉足輕重的作用。 (1)與碳同周期，且基態(tài)原子的核外未成對電子數(shù)相等的元素是________(寫出元素符號)。 (2)石墨烯是目前人們制造的新物質，該物質是由單層碳原子六邊形平鋪而成的，像一張紙一樣(如圖甲)，石墨烯中碳原子的雜化方式為________；常溫條件下丙烯是氣態(tài)，而相對分子質量比丙烯小的甲醇，常溫條件下卻呈液態(tài)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是________________________________________________________________________。 (3)二氧化硅結構跟金剛石結構相似，即二氧化硅的結構相當于在硅晶體結構中每個硅與硅的化學鍵之間插入一個O原子。觀察圖乙中金剛石的結構，分析二氧化硅的空間網(wǎng)狀結構中，Si、O形成的最小環(huán)上O原子數(shù)目是________。 (4)圖丙是C60的晶胞模型(一個小黑點代表一個C60分子)，圖中顯示的C60分子數(shù)為14個。實際上一個C60晶胞中含有________個C60分子。 解析：(1)C元素和O元素基態(tài)原子的核外未成對電子數(shù)都是2。(3)金剛石空間結構中數(shù)目最少的環(huán)中有6個原子，即六元環(huán)，共有6個C—C鍵，而二氧化硅中的硅原子相當于金剛石中的碳原子，氧原子在硅硅鍵之間，故二氧化硅中氧原子的數(shù)目與金剛石中C—C鍵的數(shù)目相同。(4)晶胞中微粒個數(shù)的計算公式＝體內×1＋面上×1/2＋棱上×1/4＋頂角×1/8。C60晶胞模型中顯示出的14個C60分子，8個在晶胞頂角上，6個在面心上，故一個晶胞中含有的C60分子數(shù)目為8×1/8＋6×1/2＝4(個)。 答案：(1)O　(2)sp2　甲醇分子間存在氫鍵，而丙烯分子間只有范德華力　(3)6　(4)4 11．不銹鋼是由鐵、鉻、鎳、碳及眾多不同元素所組成的合金，鐵是主要成分元素，鉻是第一主要的合金元素。其中鉻的含量不能低于11%，不然就不能生成致密氧化膜CrO3以防止腐蝕。 (1)基態(tài)碳(C)原子的電子排布圖為________________________________________________________________________。 (2)[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O中Cr的配位數(shù)為________。 (3)與銅屬于同一周期，且未成對價電子數(shù)最多的元素基態(tài)原子外圍電子排布式為________________________________________________________________________。 (4)Fe的一種晶胞結構如甲、乙所示，若按甲中虛線方向切乙得到的A～D圖中正確的是________。 (5)據(jù)報道，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體具有超導性。鑒于這三種元素都是常見元素，從而引起廣泛關注。該晶體的晶胞結構如圖所示，試寫出該晶體的化學式：______________。晶體中每個鎂原子周圍距離最近的鎳原子有________個。 (6)根據(jù)下列五種元素的第一至第四電離能數(shù)據(jù)(單位：kJ·mol－1)，回答下列問題。 元素代號 I1 I2 I3 I4 Q 2 080 4 000 6 100 9 400 R 500 4 600 6 900 9 500 S 740 1 500 7 700 10 500 T 580 1 800 2 700 11 600 U 420 3 100 4 400 5 900 ①在周期表中，最可能處于同一族的是______________和________。 ②T元素最可能是________區(qū)元素。若T為第二周期元素，F(xiàn)是第三周期元素中原子半徑最小的元素，則T、F形成的化合物的空間構型為________，其中心原子的雜化方式為________。 解析：(1)基態(tài)碳(C)原子的電子排布圖為。(2)[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O中Cr的配位數(shù)為6。(3)與銅屬于同一周期的元素中，當基態(tài)原子外圍電子的3d軌道、4s軌道均為半充滿狀態(tài)時未成對價電子數(shù)最多，故該元素原子的外圍電子排布式為3d54s1。(6)若T為第二周期元素，F(xiàn)是第三周期元素中原子半徑最小的元素，則T為B、F為Cl，則T、F形成化合物的空間構型為平面正三角形，其中心原子的雜化方式為sp2。 答案：(1) (2)6　(3)3d54s1　(4)A　(5)MgNi3C　12 (6)①R　U?、趐　平面正三角形　sp2 12．下圖為CaF2、H3BO3(層狀結構，層內的H3BO3分子通過氫鍵結合)、金屬銅三種晶體的結構示意圖，請回答下列問題。 (1)圖Ⅰ所示的CaF2晶體中與Ca2＋最近且等距離的F－的個數(shù)為________。 (2)圖Ⅱ所示的物質結構中最外層已達8電子結構的原子是________，H3BO3晶體中B原子個數(shù)與極性鍵個數(shù)比為________。 (3)由圖Ⅲ所示的銅原子的堆積模型可知，每個銅原子與其相鄰的銅原子數(shù)為________。 (4)三種晶體中熔點最低的是________，其晶體受熱熔化時，克服的微粒之間的相互作用為________。 答案：(1)8　(2)O　1∶6　(3)12　(4)H3BO3　分子間作用力 13．(xx·四川資陽聯(lián)考)下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分別代表一種化學元素。 (1)請寫出元素c的基態(tài)原子電子排布式：____________________。 (2)b元素的氧化物中b與氧元素之間的共價鍵類型是______________，其中b原子的雜化方式是________。 (3)a單質晶體中原子的堆積方式如下圖甲所示，其晶胞特征如下圖乙所示，原子之間相互位置關系的平面圖如下圖丙所示。 若已知a的原子半徑為d，NA代表阿伏加德羅常數(shù)，a的相對原子質量為Mr，則一個晶胞中a原子的數(shù)目為________，該晶體的密度為______________(用字母表示)。 解析：(1)根據(jù)洪特規(guī)則的特例，d軌道半充滿時更穩(wěn)定，其Cr原子電子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1 而不是1s22s22p63s23p63d44s2。 (2)SiO2硅氧之間的共價鍵是“頭碰頭”的方式，所以是σ鍵，其中Si的雜化方式是sp3。 (3)由分攤法計算：8×＋6×＝4；該晶胞的質量m＝4×，該晶胞的體積V＝(4×d×)3＝16 d3，晶胞密度ρ＝＝。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1) (2)σ鍵(或極性共價鍵)　sp3 (3)4