PAGEPAGE10第4課時相識層面——晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學問點一晶體和晶胞1．晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的區(qū)分比較晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)粒子周期性有序排列結(jié)構(gòu)粒子無序排列性質(zhì)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)分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-射線衍射試驗(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)干脆凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。2．晶胞(1)概念：晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)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：全部晶胞平行排列、取向相同。[對點訓練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)凡有規(guī)則外形的固體肯定是晶體(×)(2)晶體有自范性但排列無序(×)(3)不同的晶體中晶胞的大小和形態(tài)都相同(×)(4)固體SiO2肯定是晶體(×)(5)冰和固體碘晶體中相互作用力相同(×)(6)晶體內(nèi)部的微粒按肯定規(guī)律周期性的排列(√)(7)區(qū)分晶體和非晶體最牢靠的方法是對固體進行X-射線衍射試驗(√)2．下列物質(zhì)中前者為晶體，后者為非晶體的是()A．白磷、藍礬 B．陶瓷、塑料C．碘、橡膠 D．食鹽、蔗糖解析：選CA中白磷和藍礬都是晶體；B中二者均為非晶體；C中碘為晶體，橡膠為非晶體；D中二者均為晶體。3．晶體是一類特別重要的材料，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應用。我國現(xiàn)已能夠拉制出直徑為300毫米的大直徑硅單晶，晶體硅大量用于電子產(chǎn)業(yè)。下列對晶體硅的敘述中正確的是()A．形成晶體硅的速率越大越好B．晶體硅沒有固定的熔、沸點C．可用X-射線衍射試驗來鑒別晶體硅和玻璃D．晶體硅的形成與晶體的自范性有關(guān)，而與各向異性無關(guān)解析：選CA項，晶體的形成都要有肯定的形成條件，如溫度、壓強、結(jié)晶速率等，但并不是說結(jié)晶速率越大越好，錯誤；B項，晶體有固定的熔、沸點，錯誤；C項，X-射線衍射試驗能夠測出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，依據(jù)微粒是否有規(guī)則的排列就能區(qū)分出晶體與非晶體，正確；D項，晶體的形成與晶體的自范性和各向異性都有親密關(guān)系，錯誤。學問點二晶體類型、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對應學生用書P1611．四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(gòu)成微粒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像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(zhì)類別及舉例大多數(shù)非金屬單質(zhì)、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(zhì)(如金剛石、硅、晶體硼)、部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)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)2．晶格能(1)概念：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·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(zhì)的關(guān)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晶體晶體結(jié)構(gòu)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(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)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(nèi)④每個C參加4條C—C鍵的形成，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2SiO2①每個Si與eq\a\vs4\al(4)個O以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)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(gòu)成立方體且在6個面心又各占據(jù)1個CO2分子②每個CO2分子四周等距且緊鄰的CO2分子有eq\a\vs4\al(12)個離子晶體NaCl型①每個Na＋(Cl－)四周等距且緊鄰的Cl－(Na＋)有6個，每個Na＋四周等距且緊鄰的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＋四周等距且緊鄰的Cl－有eq\a\vs4\al(8)個，每個Cs＋(Cl－)四周等距且緊鄰的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－金屬晶體簡潔立方積累典型代表Po，配位數(shù)為eq\a\vs4\al(6)，空間利用率52%面心立方最密積累典型代表Cu、Ag、Au，配位數(shù)為eq\a\vs4\al(12)，空間利用率74%體心立方積累典型代表Na、K、Fe，配位數(shù)為eq\a\vs4\al(8)，空間利用率68%六方最密積累典型代表Mg、Zn、Ti，配位數(shù)為eq\a\vs4\al(12)，空間利用率74%4．晶體熔、沸點的凹凸的比較(1)不同類型晶體熔、沸點的比較①不同類型晶體的熔、沸點凹凸一般規(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＞碳化硅＞硅。②離子晶體一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則晶格能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。③分子晶體a．分子間范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b．組成和結(jié)構(gòu)相像的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．組成和結(jié)構(gòu)不相像的分子晶體(相對分子質(zhì)量接近)，其分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3Cl＞CH3CH3。d．同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低。如CH3CH2CH2CH2CH3＞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，金屬晶體的熔、沸點越高，如熔、沸點：Na＜Mg＜Al。[對點訓練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)在晶體中只要有陽離子就肯定有陰離子(×)(2)分子晶體的熔點肯定比金屬晶體的低(×)(3)原子晶體的熔點肯定比金屬晶體的高(×)(4)離子晶體肯定都含有金屬元素(×)(5)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不肯定是離子晶體(√)(6)金屬鈉形成的晶體中，每個鈉原子四周與其距離最近的鈉原子有8個(√)(7)在CsCl晶體中，每個Cs＋四周與其距離最近的Cl－有8個(√)2．下面的排序不正確的是()A．熔點由高到低：Na＞Mg＞AlB．硬度由大到?。航饎偸咎蓟瑁揪w硅C．晶體熔點由低到高：CO<KCl<SiO2D．晶格能由大到?。篘aF＞NaCl＞NaBr＞NaI解析：選AA項，金屬離子的電荷越多、半徑越小，金屬晶體的熔點越高，則熔點由高到低為Al＞Mg＞Na，錯誤；B項，鍵長越短，鍵能越大，硬度越大，鍵長C—C＜C—Si＜Si—Si，則硬度由大到小為金剛石＞碳化硅＞晶體硅，正確；C項，一般狀況下，分子晶體的熔點低于離子晶體的熔點，離子晶體的熔點低于原子晶體的熔點，熔點：CO(分子晶體)＜KCl(離子晶體)＜SiO2(原子晶體)，正確；D項，電荷相同的離子，離子半徑越小，晶格能越大，F(xiàn)、Cl、Br、I的離子半徑由小到大，則晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，正確。3．在下列物質(zhì)中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶體硅、金剛石、晶體氬。(1)只含有離子鍵的離子晶體是_______________________________________________。(2)既含有離子鍵又含有極性共價鍵和配位鍵的離子晶體是________。(3)既含有離子鍵又含有非極性共價鍵的離子晶體是__________。(4)含有極性共價鍵的原子晶體是______________________________________________。(5)不含共價鍵的分子晶體是_________，只含非極性共價鍵的原子晶體是____________。答案：(1)NaCl、Na2S(2)(NH4)2S(3)Na2S2(4)SiO2、SiC(5)晶體氬晶體硅、金剛石4．分析下列物質(zhì)的物理性質(zhì)，推斷其晶體類型。(1)碳化鋁，黃色晶體，熔點2200℃，熔融態(tài)不導電：________。(2)五氟化礬，無色晶體，熔點19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：________。(3)溴化鉀，無色晶體，熔融時或溶于水中都能導電：________。(4)硼，熔點2300℃，沸點2550℃，硬度大：________。(5)硒，熔點217℃，沸點685℃，溶于氯仿：________。(6)銻，熔點630.74℃，沸點1750℃，導電：________。答案：(1)原子晶體(2)分子晶體(3)離子晶體(4)原子晶體(5)分子晶體(6)金屬晶體學問點三晶體結(jié)構(gòu)的分析與計算1．“均攤法”突破晶胞組成的計算(1)原則：晶胞隨意位置上的一個粒子假如是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個粒子分得的份額就是eq\f(1,n)。(2)方法①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算②非長方體晶胞中粒子視詳細狀況而定，如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占有eq\f(1,3)個碳原子，一個六邊形實際占有6×eq\f(1,3)＝2個碳原子。又如，在六棱柱晶胞(如圖中所示的MgB2晶胞)中，頂點上的原子為6個晶胞(同層3個，上層或下層3個)共有，面上的原子為2個晶胞共有，因此鎂原子個數(shù)為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，硼原子個數(shù)為6。2．晶胞中粒子數(shù)與M、ρ(晶體密度，g·cm－3)之間的關(guān)系若1個晶胞中含有x個粒子，則1mol該晶胞中含有xmol粒子，其質(zhì)量為xMg；又1個晶胞的質(zhì)量為ρa3g(a3為晶胞的體積，單位為cm3)，則1mol晶胞的質(zhì)量為ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。[對點訓練]1.磁光存儲的探討是Williams等在1957年使Mn和Bi形成的晶體薄膜磁化并用光讀取之后起先的。如圖是Mn和Bi形成的某種晶體的結(jié)構(gòu)示意圖(白球均在六棱柱內(nèi))，則該晶體物質(zhì)的化學式可表示為()A．Mn2Bi B．MnBiC．MnBi3 D．Mn4Bi3解析：選B由晶體的結(jié)構(gòu)示意圖可知：白球代表Bi原子，且均在六棱柱內(nèi)，所以Bi為6個。黑球代表Mn原子，個數(shù)為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋1＋6×eq\f(1,3)＝6(個)，則二者的原子個數(shù)比為1∶1。2．用晶體的X-射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù)。對金屬銅的測定得到以下結(jié)果：晶胞為面心立方最密積累，棱長為361pm。又知銅的密度為9.00g·cm－3，則銅晶胞的體積是________cm3、晶胞的質(zhì)量是____________g，阿伏加德羅常數(shù)為____________[列式計算，已知Ar(Cu)＝63.6]。解析：體積＝(3.61×10－8)3cm3＝4.70×10－23cm3(a為棱長)；質(zhì)量＝體積×密度＝4.70×10－23cm3×9.00g·cm－3＝4.23×10－22g；一個銅晶胞含4個銅原子，則4×Ar(Cu)＝NA·m(晶胞)，NA＝eq\f(4Ar(Cu),m(晶胞))＝eq\f(4×63.6g·mol－1,4.23×10－22g)≈6.014×1023mol－1。答案：4.70×10－234.23×10－22NA＝eq\f(4Ar(Cu),m(晶胞))＝eq\f(4×63.6g·mol－1,4.23×10－22g)≈6.014×1023mol－13.O和Na能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a＝0.566nm，F(xiàn)的化學式為________；晶胞中O原子的配位數(shù)為____________；列式計算晶體F的密度(g·cm－3)：________________。解析：O2－半徑大于Na＋半徑，由F的晶胞結(jié)構(gòu)可知，大球代表O2－，小球代表Na＋，每個晶胞中含有O2－個數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，含有Na＋個數(shù)為8，故O2－、Na＋離子個數(shù)之比為4∶8＝1∶2，從而推知F的化學式為Na2O。由晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個O原子四周有8個Na原子，故O原子的配位數(shù)為8。晶胞參數(shù)a＝0.566nm＝0.566×10－7cm，則晶胞的體積為(0.566×10－7cm)3，從而可知晶體F的密度為eq\f(4×62g·mol－1,(0.566×10－7cm)3×6.02×1023mol－1)≈2.27g·cm－3。答案：Na2O8eq\f(4×62g·mol－1,(0.566×10－7cm)3×6.02×1023mol－1)≈2.27g·cm－34．(2024·全國卷Ⅲ節(jié)選)GaAs的熔點為1238℃，密度為ρg·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體的類型為________，Ga與As以________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半徑分別為rGapm和rAspm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為________。解析：GaAs的熔點為1238℃，其熔點較