第31講晶體結構與性質1．了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。2．了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質的影響。3．了解分子晶體結構與性質的關系。4．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。5．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。6．了解晶胞的概念，能根據晶胞確定晶體的組成并進行相關的計算。知識點一晶胞、晶體結構模型1．晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的區(qū)別比較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各向異性各向同性二者區(qū)別方法間接方法測定其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)獲得晶體的三條途徑①熔融態(tài)物質凝固②氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)直接凝固(凝華)③溶質從溶液中析出2．晶胞(1)概念：晶胞是描述晶體結構的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列——無隙并置①無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同?！咎貏e提醒】(1)具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體，如玻璃。(2)晶體與非晶體的本質區(qū)別：是否有自范性。(3)晶胞是從晶體中“截取”出來具有代表性的“平行六面體”，但不一定是最小的“平行六面體”。3．常見晶體的結構模型晶體晶體結構晶體詳解原子晶體金剛石①每個碳與相鄰eq\a\vs4\al(4)個碳以共價鍵結合，形成正四面體結構②鍵角均為109°28′③最小碳環(huán)由eq\a\vs4\al(6)個C組成且六原子不在同一平面內④每個C參與4條C—C鍵的形成，C原子數與C—C鍵數之比為1∶2SiO2①每個Si與eq\a\vs4\al(4)個O以共價鍵結合，形成正四面體結構②每個正四面體占有1個Si,4個eq\f(1,2)O，n(Si)∶n(O)＝1∶2③最小環(huán)上有eq\a\vs4\al(12)個原子，即6個O,6個Si分子晶體干冰①8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據1個CO2分子②每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有eq\a\vs4\al(12)個冰每個水分子與相鄰的eq\a\vs4\al(4)個水分子以氫鍵相連接，含1molH2O的冰中，最多可形成eq\a\vs4\al(2)mol氫鍵離子晶體NaCl型①每個Na＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cl－(Na＋)有6個，每個Na＋周圍等距且緊鄰的Na＋有eq\a\vs4\al(12)個②每個晶胞中含eq\a\vs4\al(4)個Na＋和eq\a\vs4\al(4)個Cl－CsCl型①每個Cs＋周圍等距且緊鄰的Cl－有eq\a\vs4\al(8)個，每個Cs＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cs＋(Cl－)有6個②如圖為8個晶胞，每個晶胞中含1個Cs＋、1個Cl－金屬晶體簡單立方堆積典型代表Po，配位數為eq\a\vs4\al(6)，空間利用率52%面心立方最密堆積典型代表Cu、Ag、Au，配位數為eq\a\vs4\al(12)，空間利用率74%體心立方堆積典型代表Na、K、Fe，配位數為eq\a\vs4\al(8)，空間利用率68%六方最密堆積典型代表Mg、Zn、Ti，配位數為eq\a\vs4\al(12)，空間利用率74%混合晶體石墨①石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是范德華力②平均每個正六邊形擁有的碳原子個數是eq\a\vs4\al(2)，C原子采取的雜化方式是sp2③每層中存在σ鍵和π鍵④石墨的C—C的鍵長比金剛石的C—C的鍵長短，熔點比金剛石的高⑤硬度不大、有滑膩感、能導電知識點二四種晶體的性質與判斷1．金屬鍵、金屬晶體(1)金屬鍵：金屬陽離子與自由電子之間的作用。(2)本質——電子氣理論該理論認為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。(3)金屬晶體的物理性質及解釋2．離子晶體的晶格能(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，單位為kJ·mol－1。(2)影響因素①離子所帶電荷數：離子所帶電荷數越多，晶格能越eq\a\vs4\al(大)。②離子的半徑：離子的半徑越eq\a\vs4\al(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eq\a\vs4\al(大)。3．四種晶體類型的比較分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構成微粒分子原子金屬陽離子、自由電子陰、陽離子微粒間的相互作用力范德華力(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、導熱性一般不導電，溶于水后有的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)【特別提醒】(1)原子晶體一定含有共價鍵，而分子晶體可能不含共價鍵。(2)含陰離子的晶體中一定含有陽離子，但含陽離子的晶體中不一定含陰離子，如金屬晶體。4．晶體熔、沸點高低的比較(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)同種類型晶體熔、沸點的比較①原子晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點越高)如熔點：金剛石eq\a\vs4\al(＞)碳化硅eq\a\vs4\al(＞)硅。②離子晶體一般地說，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，則晶格能越大，晶體的熔、沸點越eq\a\vs4\al(高)，如熔點：MgOeq\a\vs4\al(＞)MgCl2，NaCleq\a\vs4\al(＞)CsCl。③分子晶體a．分子間范德華力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常高。如H2Oeq\a\vs4\al(＞)H2Teeq\a\vs4\al(＞)H2Se＞H2S。b．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。c．組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近)，其分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3Cleq\a\vs4\al(＞)CH3CH3。d．同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。如CH3CH2CH2CH2CH3eq\a\vs4\al(＞)④金屬晶體金屬離子半徑越小，離子電荷數越多，其金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，如熔、沸點：Naeq\a\vs4\al(<)Mgeq\a\vs4\al(<)Al?！咎貏e提醒】(1)原子晶體的熔點不一定比離子晶體高，如石英的熔點為1710℃，MgO的熔點為2852℃。(2)金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的熔點高，如Na的熔點為97℃，尿素的熔點為132.7℃?！痉椒记伞颗袛嗑w類型的方法(1)主要是根據各類晶體的特征性質判斷如低熔、沸點的化合物形成分子晶體；熔、沸點較高，且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的化合物形成離子晶體；熔、沸點很高，不導電，不溶于一般溶劑的物質形成原子晶體；晶體能導電、傳熱、具有延展性的為金屬晶體。(2)根據物質的類別判斷金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數的鹽類是離子晶體；大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)是分子晶體。常見的原子晶體中單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等；常見的原子晶體中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(注：汞在常溫為液體)與合金是金屬晶體。高頻考點一晶體類型判斷【例1】（2022·江蘇卷）下列說法正確的是（）A.金剛石與石墨烯中的夾角都為B.、都是由極性鍵構成的非極性分子C.鍺原子()基態(tài)核外電子排布式為D.ⅣA族元素單質的晶體類型相同【變式探究】（2021·遼寧卷）單質硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導材料，其晶胞如圖。下列說法錯誤的是A．S位于元素周期表p區(qū) B．該物質的化學式為C．S位于H構成的八面體空隙中 D．該晶體屬于分子晶體【變式探究】（2021·天津卷）下列各組物質的晶體類型相同的是A．SiO2和SO3 B．I2和NaCl C．Cu和Ag D．SiC和MgO【變式探究】（2021·全國甲卷）太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。Si的價電子層的電子排布式為；單質硅的晶體類型為。【變式探究】（2020·山東卷）CdSnAs2是一種高遷移率的新型熱電材料，回答下列問題：（1）Sn為ⅣA族元素，單質Sn與干燥Cl2反應生成SnCl4。常溫常壓下SnCl4為無色液體，SnCl4空間構型為_____________，其固體的晶體類型為_____________。高頻考點二晶胞粒子數與晶體化學式判斷【例2】（2022·湖北卷）某立方鹵化物可用于制作光電材料，其晶胞結構如圖所示。下列說法錯誤的是（）A.的配位數為6 B.與距離最近的是C.該物質的化學式為 D.若換為，則晶胞棱長將改變【變式探究】（2022·廣東卷）我國科學家發(fā)展了一種理論計算方法，可利用材料的晶體結構數據預測其熱電性能，該方法有助于加速新型熱電材料的研發(fā)進程。化合物X是通過該方法篩選出的潛在熱電材料之一，其晶胞結構如圖1，沿x、y、z軸方向的投影均為圖2。①X的化學式為_______。②設X的最簡式的式量為，晶體密度為，則X中相鄰K之間的最短距離為_______(列出計算式，為阿伏加德羅常數的值)?！咀兪教骄俊浚?022·湖南卷）鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示：①該超導材料的最簡化學式為_______；②Fe原子的配位數為_______；③該晶胞參數、。阿伏加德羅常數的值為，則該晶體的密度為_______(列出計算式)?！咀兪教骄俊浚?021·天津卷）用X射線衍射測定，得到Fe的兩種晶胞A、B，其結構如圖所示。晶胞A中每個Fe原子緊鄰的原子數為___________。每個晶胞B中含Fe原子數為___________。高頻考點三晶體密度及粒子間距的計算【例3】（2022·全國甲卷）螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物，其晶胞結構如圖所示，X代表的離子是_______；若該立方晶胞參數為apm，正負離子的核間距最小為_______pm?！咀兪教骄俊浚?022·全國乙卷）晶體中離子作體心立方堆積(如圖所示)，主要分布在由構成的四面體、八面體等空隙中。在電場作用下，不需要克服太大的阻力即可發(fā)生遷移。因此，晶體在電池中可作為_______。已知阿伏加德羅常數為，則晶體的摩爾體積_______(列出算式)?！咀兪教骄俊?2022·北京卷)晶胞為立方體，邊長為，如圖所示。①與緊鄰的陰離子個數為___________。②晶胞的密度為___________?！咀兪教骄俊浚?021·山東卷）XeF2晶體屬四方晶系，晶胞參數如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，該晶胞中有___________個XeF2分子。以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱為原子的分數坐標，如A點原子的分數坐標為(，，)。已知Xe—F鍵長為rpm，則B點原子的分數坐標為_______________；晶胞中A、B間距離d=_________pm。【變式探究】（2021·廣東卷）理論計算預測，由汞（Hg）、鍺（Ge）、銻（Sb）形成的一種新物質X為潛在的拓撲絕緣體材料。X的晶體可視為Ge晶體（晶胞如圖9a所示）中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。①圖9b為Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一種單元結構，它不是晶胞單元，理由是__________________。②圖9c為X的晶胞，X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數目為_________；該晶胞中粒子個數比Hg：Ge：Sb=_________。③設X的最簡式的式量為Mr，則X晶體的密度為________g/cm3（列出算式）。【變式探究】（2021·湖南卷）下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。①己知化合物中Ge和O的原子個數比為1：4，圖中Z表示_____________原子(填元素符號)，該化合物的化學式為________V_____；②已知該晶胞的晶胞參數分別為anm、bnm、cnm，，則該晶體的密度____________(設阿伏加德羅常數的值為NA，用含a、b、c、NA的代數式表示)?！咀兪教骄俊浚?020·新課標Ⅱ卷）一種立方鈣鈦礦結構的金屬鹵化物光電材料的組成為Pb2+、I﹣和有機堿離子，其晶胞如圖(b)所示。其中Pb2+與圖(a)中__________的空間位置相同，有機堿中，N原子的雜化軌道類型是__________；若晶胞參數為anm，則晶體密度為_________g·cm-3(列出計算式)?！咀兪教骄俊浚?020·新課標Ⅲ卷）研究發(fā)現，氦硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結構，晶胞參數分別為apm、bpm、cpm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結構如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ=___________g·cm?3(列出計算式，設NA為阿伏加德羅常數的值)。【變式探究】（2020·天津卷）CoO的面心立方晶胞如圖所示。設阿伏加德羅常數的值為NA，則CoO晶體的密度為______g﹒cm-3：三種元素二價氧化物的晶胞類型相同，其熔點由高到低的順序為_______________。高頻考點四常見晶體模型的微觀結構分析【例4】（2022·