高中化学选修3之知识讲解 - 《晶体结构与性质》全章复习与巩固 -

《晶体结构与性质》全章复习与巩固（提高）

【学习目标】

1、从晶体的一般性认识出发，了解晶体与非晶体的本质区别；

2、知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成；

3、了解分子晶体和原子晶体的特征，能以典型的物质为例描述分子晶体和原子晶体的结构与性质的关系； 4、从组成微粒和微粒间相互作用的不同，认识金属晶体和离子晶体的结构及其性质特点； 5、能列举金属晶体的基本规程模型——简单立方堆积、钾型、镁型和铜型。 【知识网络】

【要点梳理】

要点一、用均摊法分析晶体并确定晶体的组成

均摊法：是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。如：某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有胞。

（1）长方体（正方体）形晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。

1属于一个晶n1。 81 ②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为。

41 ③处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为。

2 ①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为

④处于体心的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为1。

（2）非长方体（正方体）形晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点的1个碳原子对六边形的贡献为

1。 3要点诠释：

①晶胞的组成和晶体的组成含义不同。如NaCl晶体的组成为NaCl（化学式），晶胞的组成则表示为Na4Cl4。 ②晶胞的确定方法：晶胞是晶体中周期性重复的最小结构单元，通过平移结构单元看其是否发生重合来确定其是否为晶胞。

要点二、四种晶体的类型和性质 比较 晶体粒子 离子晶体 阴、阳离子 原子晶体 原子 分子晶体 分子 金属晶体 金属阳离子和自由电子 粒子间作用 离子键 共价键 分子间作用力（范德华力） 硬度 熔点、沸点、挥发性 略硬而脆 硬度高 硬度小 低熔点、低沸点、高挥发性 一般较高 一般熔点和沸点较高，但有部分低熔点金属（如Ga、Hg等） 导热性 导电性 热的不良导体 固态不导电，熔化后可导电，有的溶于水能导电 机械加工性 物质（实例） 不良 大部分盐类、碱类、低不良 金刚石、晶体硅、热的不良导体 非导体 热的不良导体 非导体，具有极性键的物质，溶于水后能导电 不良 良 热的良导体 良导体 金属键 熔点相对较高，沸点高，熔点和沸点高，无一般无挥发性 挥发性 X2、O2、S、N2、P4、各种金属（除汞外）CO2、SO2，气态氢化物、有机物、酸类 与合金 价金属氧化物（如NaCl、二氧化硅、碳化硅NaOH、Na2O等） 要点诠释：判断晶体类型的依据与方法

①依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。

②依据物质的分类判断。 ③依据晶体的熔点判断。 ④依据导电性判断。

⑤依据硬度和机械加工性能判断。 要点三、物质熔、沸点高低比较的规律 要点诠释：

（SiC） ①不同类型晶体的熔、沸点高低规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体；金属晶体（除少数外）＞分子晶体。 金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、镓、铯等。

②由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如：金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。

③离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。

④分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如熔、沸点：O2＞N2，HI＞HBr＞HCl。组成和结构不相似的物质，分子极性越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO＞N2，在同分异构体中，一般地说，支链数越多，熔、沸点越低，如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷；芳香烃及其衍生物的同分异构体，其熔、沸点高低顺序是“邻位＞间位＞对位”化合物。

⑤金属晶体中金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。如熔、沸点： Na＜Mg＜Al。

⑥元素周期表中第ⅦA族卤素的单质（分子晶体）的熔、沸点随原子序数递增而升高，如熔、沸点：F2＜

Cl2＜Br2＜I2；第ⅠA族碱金属元素（金属晶体）的熔、沸点随原子序数的递增而降低。如熔、沸点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs。

【典型例题】

类型一、晶体类型的判断

例1、下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是（ ） A．食盐和蔗糖的熔化 B．钠和硫的熔化

C．碘和干冰的升华 D．二氧化硅和氧化钠的熔化

【思路点拨】关键是判断晶体类型。晶体类型相同，发生状态变化时所克服的粒子间的相互作用必属于同种类型。

【答案】C

【解析】A项中食盐为离子晶体，蔗糖为分子晶体；B项中钠为金属晶体，硫为分子晶体；D项中二氧化硅为原子晶体，氧化钠为离子晶体，以上三项各组物质均不属于同类晶体，其粒子间的相互作用也就不属于同一类型。选项C，碘和干冰均属于分子晶体，它们升华是克服很弱的分子间作用力，属于同种类型。

【总结升华】物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用类型取决于晶体类型，原子晶体克服共价键，离子晶体克服离子键，分子晶体克服范德华力，金属晶体克服金属键。 举一反三：

【变式1】下列性质适合分子晶体的是（ ） A．熔点为1070℃，易溶于水，水溶液导电 B．熔点为10.31℃，液态不导电，水溶液导电 C．能溶于CS2，熔点为112.8℃，沸点为444.6℃ D．熔点为97.81℃，质软导电，密度为0.97 g·cm3

－

【答案】BC

【解析】A项中的物质熔点高，不是分子晶体，分子晶体熔点较低；D项中的物质能导电，是金属晶体的性质。

【变式2】氮化铝（A1N）暂用做砂轮及高温炉衬材料，熔化状态下不导电，可知它属于（ ） A．离子晶体 B．原子晶体 C．分子晶体 D．金属晶体 【答案】B

【解析】熔化状态下不导电的化合物必定是共价化合物，排除是离子化合物的可能，又因为具有耐高温的性能，所以必定是原子晶体。 类型二、晶体的结构与性质

例2、氮化碳结构如下图所示，其中β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列关于氮化碳晶体的说法正确的是（ ）

A．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合

B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要短

C．C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，而每个氮原子连接3个碳原子 D．由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显－4价，氮元素显+3价

【答案】BC

【解析】根据C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度可推 C3N4与金刚石一样都是原子晶体，原子间以共价键相结合。由于氮原子的半径比碳原子的半径小，所以C—N键的键长比C—C键短，从而导致C—N键的键能比C—C键大，所以C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度。题中C3N4晶体中原子间均以单键结合，则可推知晶体中碳原子形成4个共价键，氮原子形成三个共价键，即每个碳原子与4个氮原子成键，每个氮原子与3个碳原子成键。由于氮元素的电负性比碳元素的电负性大，所以碳显+4价，氮显－3价。

【总结升华】构成原子晶体的微粒是原子，原子之间通过共价键结合而构成空间立体网状结构。原子晶体中，原子间通过较强的共价键相结合，要使晶体熔化和汽化就要克服共价键的作用，需要很高的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点，并难溶于水。 举一反三：

【变式1】离子晶体熔点的高低决定于晶体中阳离子与阴离子之间的静电引力，静电引力大则熔点高，引力小则反之。试根据你学过的物理电学知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是（ ）。

A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaO B．NaCl＞KCl＞CaO＞BaO C．CaO＞BaO＞NaCl＞KCl D．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl 【答案】C

【解析】离子晶体中，离子键越强，晶体熔、沸点越高。而离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强。Ca2+、O2―、Ba2+都带2个电荷；Na+、Cl―、K+只带1个电荷，r (Ca2+)＜r (Ba2+)，r (Na2+)＜r (K+)，故熔点：CaO＞BaO＞NaCl＞KCl。

【总结升华】不同晶体的熔沸点高低取决因素不同，比较物质熔沸点时，先判断晶体类型，晶体类型相同的，再根据具体规律判断

【变式2】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 离子电荷数 离子间距离／10－10①NaF 1 m 2.31 ②NaI 1 3.18 ③MgO 2 2.10 A．①＞②＞③ B．③＞①＞② C．③＞②＞① D．②＞①＞③ 【答案】B

【解析】③中离子电荷数最多，离子间距离最短，所以熔点最高；②中离子电荷数与①中同，但离子间距离②中大，所以熔点最低。

类型三、有关晶胞中粒子数的计算

例3、晶体金的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心各有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有，如图所示。金原子的直径为d，用A表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。

（1）金晶体每个晶胞中含有________个金原子。

（2）欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定________。 （3）一个晶胞的体积是多少？ （4）金的密度是多少？

【思路点拨】考查有关晶胞的知识，可用分摊法计算。

【答案】（1）4 （2）在立方体各个面的对角线上3个金原子（相邻）彼此两两相切 （3）22d （4）

32M 3dNA【解析】（1）在每个面心立方体中，每个角上的金原子被8个晶胞所共有，因此每个金原子有1／8属于晶胞；每个面的中心的金原子有1／2属于晶胞。所以每个晶胞中的金原子数=8×1／8+6×1／2=4。

（2）应假定：在立方体各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切。

?2?3?22d（3）每个晶胞的体积为：?d?2?。 ???2??34M4MNAm2M（4）每个晶胞的质量为，故金的密度为：??。 ??3NAV22d3dNA【总结升华】正确应用均摊法确定一个晶胞中包含的各粒子的数目，结合M、NA、?等知识综合应用，解决晶体中的相关计算。 举一反三：

【变式1】铜单质及其化合物在许多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。右图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为________。

【答案】4

【解析】由图可知，氧离子位于8个顶点，2个面心，4条棱，1个体心，所以晶胞中氧离子个数为

1118??2??4??1?4。 824【变式2】下列有关晶胞的叙述中不正确的是（ ） 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．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成

【答案】BC

【解析】不同的晶体中，晶胞的形状可能相同，也可能不同，但由于组成不同的晶体的微粒大小不同，晶胞的大小各不相同，故B不正确；晶胞中的粒子不一定都属于某晶胞，如晶胞顶点上的粒子被8个晶胞共有，面心上的粒子被2个晶胞共有，棱上的粒子被4个晶胞共有，只有体心上的粒子才被晶胞独有，故C不正确。

【变式3】根据NaCl的晶胞结构，计算：(1)每个晶胞中平均分_______个Na+，_____ 个Cl-。(2)若某NaCl晶体的质量为58.5g，计算所含NaCl晶胞的物质的量。

【答案】（1）4；4；（2）1个晶胞中有4个NaCl单元，设58.5gNaCl中有x mol晶胞，则：4×58.5g/mol·x＝58.5g，解得x＝0.25

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