專題02晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

物質(zhì)的聚集狀態(tài)

物質(zhì)的聚集狀晶體與非晶體

態(tài)與晶體常識(shí)晶胞

晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定

分子晶體的概念和性質(zhì)

分子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

分子晶體與共價(jià)晶體

共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)

常見(jiàn)共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)分析

金屬犍與金屬晶體

離子鍵與離子晶體

；過(guò)渡晶體與混合型晶體

晶體類型的匕僦

常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)的比較與分析

晶體結(jié)構(gòu)的計(jì)算

配位健

配合物

超分子

02考點(diǎn)梳理

?考點(diǎn)01物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體常識(shí)

1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)

(1)物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，還有晶態(tài)、非晶態(tài)以及介乎晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液晶

態(tài)等。

(2)等離子體和液晶

概念主要性能

由電子、陽(yáng)離子和電中性粒子組

等離子體成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集具有良好的導(dǎo)電性和流動(dòng)性

體

既具有液體的流動(dòng)性、黏度、形變性，又具有晶

液晶介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)

體的導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等

2.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(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)粒子周期性有序排列結(jié)構(gòu)粒子無(wú)序排列

自范性有無(wú)

性質(zhì)特征熔點(diǎn)固定不固定

異同表現(xiàn)各向異性各向同性

二者區(qū)間接方法測(cè)定其是否有固定的熔點(diǎn)

別方法科學(xué)方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)

(2)獲得晶體的三條途徑

①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。

②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。

③溶質(zhì)從溶液中析出。

3.晶胞

⑴概念：晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，是從晶體中“截取”出來(lái)具有代表性的最小重復(fù)單元。

(2)晶胞形狀

常規(guī)的晶胞都是平行六面體。

(3)晶體中晶胞的排列——無(wú)隙并置

①無(wú)隙：相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙。

②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

(4)晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算方法——均攤法

①長(zhǎng)方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算：如某個(gè)粒子為N個(gè)晶胞所共有，則該粒子有(屬于

這個(gè)晶胞。常見(jiàn)的晶胞為立方晶胞，立方晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算方法如圖1。

位于有1/8屬于

f

頂角該立方體

位于有1/4屬于

棱上該立方體

位于有1/2屬于

面上該立方體

位于完全屬于

內(nèi)部該立方體

圖1

②非長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)

在六棱柱結(jié)構(gòu)(如圖2)中，頂角上的原子有*屬于此結(jié)構(gòu)，面上的原子有3屬于此結(jié)構(gòu)，因此六

棱柱中鎂原子個(gè)數(shù)為其+2xg=3,硼原子個(gè)數(shù)為6。

oMg?B

圖2

4.晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定

(1)測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀。在單一波長(zhǎng)X射線通過(guò)晶體時(shí)，X射線和晶體中的電子相

互作用，會(huì)在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或明銳的衍射峰。

(2)由衍射圖形獲得晶體結(jié)構(gòu)的信息包括晶體形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對(duì)稱類型、

原子在晶體里的數(shù)目和位置等。

?考點(diǎn)02常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

L金屬鍵

(1)“電子氣理論”

電子氣理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用,

從而把所有的金屬原子維系在一起。

(2)金屬鍵特征

沒(méi)有方向性、飽和性。

(3)金屬鍵的強(qiáng)度

金屬鍵的強(qiáng)度差別很大。例如，金屬鈉的熔點(diǎn)較低、硬度較小，是因?yàn)殁c中金屬鍵較弱，而鴇是熔點(diǎn)最高

的金屬、銘是硬度最大的金屬，是因?yàn)轼d、銘中金屬鍵較強(qiáng)。

(4)金屬鍵的應(yīng)用

金屬鍵可以解釋金屬的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

2.晶格能

⑴定義

氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ.moP'o

(2)意義：晶格能越大，表小昌子鍵越強(qiáng)，禺子晶體越穩(wěn)定，熔、沸點(diǎn)越高。

(3)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。

3.四種晶體類型的比較

類型

分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體

比較

金屬陽(yáng)離子、自由電

構(gòu)成微粒分子原子陰、陽(yáng)離子

子

粒子間的相互范德華力

共價(jià)鍵金屬鍵離子鍵

作用力(某些含氫鍵)

硬度較小很大有的很大，有的很小較大

熔、沸點(diǎn)較低很高有的很高，有的很低較高

難溶于任大多易溶于水等極

溶解性相似相溶難溶于常見(jiàn)溶劑

何溶劑性溶劑

一般不導(dǎo)電，溶一般不具電和熱的晶體不導(dǎo)電，水溶

導(dǎo)電、導(dǎo)熱性

于水后有的導(dǎo)電有導(dǎo)電性良導(dǎo)體液或熔融態(tài)導(dǎo)電

4.典型晶體模型

晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解

(1)每個(gè)碳與相鄰4個(gè)碳以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)

(2)鍵角均為109°28'

￥

金剛石

*(3)最小碳環(huán)由6個(gè)C組成且六原子不在同一平面內(nèi)

(4)每個(gè)C參與4條C—C的形成，C原子數(shù)與C—C數(shù)之比

共

a為1：2

價(jià)

⑴二二氧化正圭晶體結(jié)構(gòu)

晶

(1)每個(gè)Si與4個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)

體暫不??Si

?0(2)每個(gè)正四面體占有1個(gè)Si,4個(gè)'$0"，N(Si)：N(O)=1：2

SiO2

最小環(huán)上有個(gè)原子，即個(gè)個(gè)

⑵彳三英晶CK中的硅氧(3)1260,6Si

四隹相適3成螺旋鏈

分

子8個(gè)C02分子構(gòu)成立方體且在6個(gè)面心又各占據(jù)1個(gè)C02分

干冰

晶子

體

⑴每個(gè)Na+(C廠)周圍等距且緊鄰的Cl「(Na+)有6個(gè)，每個(gè)

NaCl：A------力

Na+周圍等距且緊鄰的Na+有12個(gè)

離型?/Fp/

/拉一:戶……T(2)每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na+和4個(gè)CF

子-------O--------?

?Na+OCK

晶

(1)每個(gè)Cs+周圍等距且緊鄰的cr有8個(gè)，每個(gè)Cs+(C「)周

體CsCl

由冷口?盡力(?竹八C+/廠1一、右左人

0::一:心:。圍寺距且祭仙的Cs(Cl)侶6個(gè)

型,攙源:少

——v(2)如圖為8個(gè)晶胞，每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs+、1個(gè)cr

?Cs+ocr

混(1)層內(nèi)每一個(gè)碳原子分別與另外3個(gè)碳原子以共價(jià)鍵連接，

合形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)

i!1.

型石墨(2)碳原子與共價(jià)鍵的個(gè)數(shù)比為2:3；每個(gè)六元環(huán)平均占有2

晶個(gè)碳原子

體(3)層間的作用力是范德華力

5.過(guò)渡晶體

純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它們之間的過(guò)渡晶體。如Na2O和A12O3晶體中都含有離子鍵的成

分，它們既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價(jià)鍵，Na?。更偏向離子晶體，AI2O3更偏向共價(jià)晶體。

【方法技巧】同種類型晶體熔、沸點(diǎn)高低的規(guī)律

⑴共價(jià)晶體

[mWl

|徑越小|

如熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅〉硅。

(2)離子晶體

①一般地說(shuō)，陰、陽(yáng)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強(qiáng)，其離子晶體的熔、沸

點(diǎn)就越高，如熔點(diǎn)：MgO>MgCl2>NaCl>CsClo

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(diǎn)越高，硬度越大。

⑶分子晶體

①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點(diǎn)反常地高，如H2O>H2Te>

H2Se>H2So

②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。

③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對(duì)分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點(diǎn)越高，如CO>N2,

CH3(DH>CH3cH3。

④同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低。

(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(qiáng)，金屬熔、沸點(diǎn)就越高，如熔、沸點(diǎn)：Na<Mg<

AL

?考點(diǎn)03配合物與超分子

1.配位鍵

(1)概念：由一個(gè)原子單方面提供孤電子對(duì)，而另一個(gè)原子提供空軌道接受孤電子對(duì)形成的共價(jià)鍵，即“電

子對(duì)給予一接受鍵，，。

(2)表示方法：配位鍵可以用A-B來(lái)表示，其中A是提供孤電子對(duì)的原子，B是接受孤電子對(duì)的原子。

(3)實(shí)例

+

H2Or

HQfCu-OH,

t

[CU(H2O)F+中的配位鍵為?凡。

2.配合物

(1)概念：金屬離子或原子(稱為中心離子或原子)與某些分子或離子(稱為配體或配位體)以配位鍵結(jié)合形成

的化合物，簡(jiǎn)稱配合物。

(2)形成條件：①配體有孤電子對(duì)；②中心原子有空軌道。

(3)組成(實(shí)例)

[CU(NH3)4]SO4的組成為

配位原子

t

[CU(NH3)4]SO4

/II、

中心離子配位體配位數(shù)外界離子

內(nèi)界外界

配合物

3.配合物生成的實(shí)驗(yàn)

(l)CuSO4溶液蟠氨在Cu(OH)2(藍(lán)色沉淀)是堇型%Cu(NH3)4]2+(深藍(lán)色)，其反應(yīng)的離子方程式為Cu2++

2+

2NH3H2O=CU(OH)2J.+2NH：,Cu(OH)2+4NH3=lCu(NH3)4]+2OH-o

⑵FeCb溶液“迎鷺夜[Fe(SCN)/-"(紅色)，KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3+?

⑶NaCl溶液邂液AgCl(白色沉淀)這正[Ag(NH3)2「，反應(yīng)的離子方程式為Cr+Ag+=AgCH，

+

AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]+CF-

4.配合物的種類與應(yīng)用

配合物種類繁多，如葉綠素、血紅素和維生素B12都是配合物。如葉綠素中Mg2+為中心離子，大環(huán)有機(jī)物

作配體，配位原子為N。配合物在醫(yī)藥科學(xué)、化學(xué)催化劑、新型分子材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

5.超分子

⑴概念

超分子是由兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體。

（2）超分子內(nèi)分子間的作用力

多數(shù)人認(rèn)為，超分子內(nèi)部分子之間通過(guò)非共價(jià)鍵相結(jié)合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與

金屬離子形成的弱配位鍵等。

（3）超分子的兩個(gè)重要特征是分子識(shí)別和自組裝。

（4）超分子的應(yīng)用

①分離C60和C70

雷全國(guó)甲苯溶解.分離C；0

圖為「杯酚溶于氯仿

?！梗鄢肿优c

*-60

②冠醛識(shí)別堿金屬離子：冠醛與合適的堿金屬離子形成超分子。

?考點(diǎn)04晶胞中微粒配位數(shù)的計(jì)算

L配位數(shù)

一個(gè)粒子周圍最鄰近的粒子數(shù)稱為配位數(shù)，它反映了晶體中粒子排列的緊密程度。

2.晶體中原子（或分子）的配位數(shù)

若晶體中的微粒為同種原子或同種分子，則某原子（或分子）的配位數(shù)指的是該原子（或分子）最接近且等距離

的原子（或分子）的數(shù)目，常見(jiàn)晶胞的配位數(shù)如下：

簡(jiǎn)單立方：面心立方：體心立方：

配位數(shù)為6配位數(shù)為12配位數(shù)為8

時(shí)7

3.離子晶體的配位數(shù)

指一個(gè)離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數(shù)目。

以NaCl晶體為例：

Na*

NaCl晶胞

①找一個(gè)與其他粒子連接情況最清晰的粒子，如上圖中心的黑球（C「）。

②數(shù)一下與該粒子周圍距離最近的粒子數(shù)，如上圖標(biāo)數(shù)字的面心白球（Na+）。確定C廠的配位數(shù)為6,同樣

方法可確定Na+的配位數(shù)也為6。

?考點(diǎn)05晶胞參數(shù)計(jì)算

1.晶胞參數(shù)

晶胞的形狀和大小可以用6個(gè)參數(shù)來(lái)表示，包括晶胞的3組棱長(zhǎng)a、b、c和3組棱相互間的夾角a、6y,

即晶格特征參數(shù)，簡(jiǎn)稱晶胞參數(shù)。

2.晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算

晶胞占有的微粒體積

⑴空間利用率=xl00%o

晶胞體積

（2）金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組計(jì)算公式（設(shè)棱長(zhǎng)為a）

①面對(duì)角線長(zhǎng)=也必

②體對(duì)角線長(zhǎng)

③體心立方堆積4r=\[3a（r為原子半徑）。

④面心立方堆積4r=pa（r為原子半徑）。

3.宏觀晶體密度與微觀晶胞參數(shù)的關(guān)系

?考點(diǎn)06原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)、投影圖

L原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)

（1）概念：以晶胞參數(shù)為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的相對(duì)位置，稱為原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。

（2）原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)的表示方法（實(shí)例）

晶胞中的任一個(gè)原子的中心位置均可用3個(gè)分別小于1的數(shù)在立體坐標(biāo)系中表示出來(lái)，如位于晶胞原點(diǎn)

A（頂角）的原子的坐標(biāo)為（0,0,0）；

B點(diǎn)原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為&￡）；

C點(diǎn)原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為0,

D點(diǎn)原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為&0,0)。

體心

【方法技巧】原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)的確定方法

(1)依據(jù)已知原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)確定坐標(biāo)系取向。

(2)一般以坐標(biāo)軸所在正方體的棱長(zhǎng)為1個(gè)單位。

(3)從原子所在位置分別向x、y、z軸作垂線，所得坐標(biāo)軸上的截距即為該原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。

2.晶胞投影圖

(1)晶胞沿x、y平面上的投影圖

晶胞結(jié)構(gòu)沿體對(duì)角線的投影圖

cc

LU14,(

cE

JI一(

CcEE

°io°c1一i

O—0—-0—

O超A>-^-6-^-(!

(2)晶胞沿體對(duì)角線的投影圖

晶胞結(jié)構(gòu)沿體對(duì)角線的投影圖

c

d

o力

(

i裁

03考點(diǎn)演練

1.（24-25高二下?陜西西安?期中）下列物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)高低順序中，正確的是

A.金剛石>石墨〉碳-60

C.MgO>H2O>O2>Br2D.金剛石＞生鐵〉純鐵,鈉

2.（24-25高二上?河南洛陽(yáng)?期末）晶體是一類非常重要的材料，在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)已能

夠拉制出直徑為300毫米、重量達(dá)81千克的大直徑單晶硅，晶體硅大量用于電子產(chǎn)業(yè)。下列對(duì)晶體硅的敘

述正確的是

A.形成晶體硅時(shí)速率越快越好

B.晶體硅沒(méi)有固定的熔點(diǎn)

C.可用X射線衍射實(shí)驗(yàn)來(lái)區(qū)別晶體硅和玻璃

D.晶體硅的形成與晶體的自范性有關(guān)，而與各向異性無(wú)關(guān)

3.（23-24高二上?甘肅蘭州?期中）許多過(guò)渡金屬離子對(duì)多種配體有很強(qiáng)結(jié)合力，能形成種類繁多的配合物,

下列說(shuō)法正確的是

A.配合物［TiCl（H2O）51C12舊2。的配位數(shù)為5

B.配合物［CU（NH3）/SO「H2O中存在的化學(xué)鍵有離子鍵，共價(jià)鍵，配位鍵和氫鍵

C.［CU（NH3）4『中，插+提供空軌道，NH3提供孤對(duì)電子

D.配合物K3【Fe（CN）6］中Fe的化合價(jià)為+2

4.（24-25高二上?湖北武漢?期中）金晶體是銅型堆積，制作出不同形貌的納米金具有不同的應(yīng)用。納米金

的形貌有球形、棒狀、片狀、花狀、籠狀及多面體等。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.金晶體的空間利用率約為74%

B.納米金的熔點(diǎn)比大塊金晶體更低

C.觀察納米金的形貌可以使用電子顯微鏡

D.由于自范性的存在，各種形貌的納米金顆粒中只有一種形貌能穩(wěn)定存在

5.（24-25高二上?甘肅天水?期中）下列關(guān)于晶體的說(shuō)法正確的是

A.離子晶體只含離子鍵，不含共價(jià)鍵

B.稀有氣體形成的晶體屬于分子晶體

C.CO?晶體是分子晶體，可推測(cè)Si。?晶體也是分子晶體

D.任何晶體中，若含有陽(yáng)離子就一定含有陰離子

6.（24-25高二上?江蘇無(wú)錫?期中）下列關(guān)于化學(xué)式為［CO（NH3）4C12］C1的配合物的說(shuō)法正確的是

A.配體是NH3,配位數(shù)是4

B.配合物[CO（NH3）4C12]C1中Co元素的化合價(jià)是+2價(jià)

C.配合物中的NH3的H—N—H鍵角大于游離NH3的鍵角

D.在1mol該配合物中加入足量AgNO3溶液，可以得到3molAgCl沉淀

7.（23-24高二下.北京?期中）下列關(guān)于微粒間的作用力說(shuō)法正確的是

①分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定

②離子鍵的強(qiáng)弱和離子半徑及所帶電荷有關(guān)

③在晶體中有陽(yáng)離子一定有陰離子

④石墨晶體既存在共價(jià)鍵又存在范德華力，屬于混合型晶體

A.①④B.②④C.②③D.①③④

8.（24-25高二上?浙江杭州?期末）結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。下列結(jié)構(gòu)因素正確且與性質(zhì)差異匹配的是

選項(xiàng)性質(zhì)差異結(jié)構(gòu)因素

A硬度：金剛石〉石墨金剛石中碳碳鍵鍵能＞石墨中碳碳鍵能

鍵角:HO

BNH3>H2ONH3分子氫鍵數(shù)目＞2分子氫鍵數(shù)目

C酸性：CI^COOH>CH3COOHC-F鍵長(zhǎng)〉C-H鍵長(zhǎng)

HO。分子極性＞?分子極性

D\的溶解度:CC14溶液＞2溶液Hz0"

9.（24-25高二上?浙江杭州?期末）冠酸能與陽(yáng)離子作用，12-冠-4與Li+作用而不與K+作用；18-冠-6與K+

作用，但不與Li+或Na+作用。下列說(shuō)法正確的是

12-冠-418-冠-6超分子

A.冠酸適配堿金屬離子，體現(xiàn)了超分子的自組裝特征

B.超分子中O原子與K+間存在離子鍵

C.12-冠-4中C和0的雜化方式分別是sp3超分子和sp2

D.18-冠-6可增大KMnO,在甲苯中的溶解度

10.（24-25高二上?湖南長(zhǎng)沙?期末）CuS晶胞結(jié)構(gòu)中S2-的位置如圖1所示。Cu2+位于S?-所構(gòu)成的四面體中

心，其晶胞俯視圖如圖2所示。若晶胞參數(shù)為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,下列說(shuō)法正確的是