
【知識(shí)清單】
一、金屬晶體
1、三維堆積方式
2、電子氣理論
金屬原子脫落下來(lái)的 形成遍布整塊晶體的“電子氣”,被所有原子共用,從而把所有金屬原子維系在一起。
3、金屬通性(用電子氣理論解釋)
思考1:為什么合金的硬度比純金屬大?
思考2:為什么加熱后金屬電阻變大?
二、離子晶體
常見(jiàn)晶體類型
例、如圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來(lái)的部分結(jié)構(gòu)圖,其中屬于從NaCl晶體中分割出來(lái)的結(jié)構(gòu)圖是( )
A.圖①和圖③ B.圖②和圖③
C.圖①和圖④ D.只有圖④
三、分子晶體
1、分子常見(jiàn)堆積方式
2、常見(jiàn)分子晶體結(jié)構(gòu)分析
例、C60晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,下列說(shuō)法正確的是( )
A、該晶體熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵 B、晶體中1個(gè)C60分子有12個(gè)緊鄰的C60分子,屬于分子密堆積類型
C、1個(gè)晶胞中含有8個(gè)C60分子 D、晶體中C60分子間以范德華力結(jié)合,故C60分子的熱穩(wěn)定性較差
四、共價(jià)晶體
(1)金剛石
①碳原子采取 雜化,鍵角為 。每個(gè)碳原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu),向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),碳的配位數(shù)為 。
②金剛石晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)和面心均有1個(gè)C原子,晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子,內(nèi)部的C在晶胞的體對(duì)角線的eq \f(1,4)處,每個(gè)金剛石晶胞中含有 個(gè)C原子。
③最小碳環(huán)由6個(gè)碳原子組成,每個(gè)碳原子被 個(gè)六元環(huán)共用。六元環(huán)中最多有4個(gè)碳原子在同一平面。晶體中每個(gè)碳原子數(shù)目與C-C數(shù)目之比為 。
(2)二氧化硅晶體。
二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物,有多種結(jié)構(gòu),最常見(jiàn)的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長(zhǎng)鏈,沒(méi)有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。
①Si原子采取 雜化,正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為 。
②每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,Si原子位于正四面體的中心,O原子位于正四面體的頂點(diǎn),同時(shí)每個(gè)O原子被2個(gè)硅氧正四面體共用,晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為 ,硅的配位數(shù) ,氧的配位數(shù) 。
③最小環(huán)上有 個(gè)原子,包括 個(gè)O原子和 個(gè)Si原子。
③1 ml SiO2晶體中含Si—O數(shù)目為 。
④SiO2晶胞中有8個(gè)Si原子位于立方晶胞的頂點(diǎn),有6個(gè)Si原子位于立方晶胞的面心,還有4個(gè)Si原子與16個(gè)O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個(gè)硅氧四面體。每個(gè)SiO2晶胞中含有 個(gè)Si原子和 個(gè)O原子。
(3)碳化硅晶體
①碳、硅原子都采取 雜化,Si—C—Si鍵角為 。
②每個(gè)硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳(硅)原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu),向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硅或碳的配位數(shù)為 。
③最小碳環(huán)由 個(gè)原子組成且不在同一平面內(nèi),其中包括 個(gè)C原子和 個(gè)Si原子。
④每個(gè)SiC晶胞中含有 個(gè)C原子和 個(gè)Si原子。
例、碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似,碳化硅硬度僅次于金剛石,立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng),其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(C:12,Si:28,N:14,B:11)
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)碳化硅晶體中,硅原子雜化類型為_(kāi)_______,每個(gè)硅原子周圍與其距離最近的碳原子有________個(gè);設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a cm,密度為b g·cm-3,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為_(kāi)_______(用含a、b的式子表示)。
(2)立方氮化硼晶胞中有________個(gè)硼原子,________個(gè)氮原子,硼原子的雜化類型為_(kāi)_______,若晶胞的邊長(zhǎng)為a cm,則立方氮化硼的密度表達(dá)式為_(kāi)_______g·cm-3(設(shè)NA為阿加德羅常數(shù))。
五、過(guò)渡晶體與混合型晶體
1、概念
①過(guò)渡晶體:純粹的分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過(guò)渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過(guò)渡晶體當(dāng)作離子晶體來(lái)處理,把偏向共價(jià)晶體的過(guò)渡晶體當(dāng)作共價(jià)晶體來(lái)處理。
②混合型晶體:像石墨,既有共價(jià)鍵又有范德華力,同時(shí)存在類似金屬鍵的作用力,兼具有共價(jià)晶體、分子晶體、金屬晶體的特征的晶體。
2、典型混合型晶體結(jié)構(gòu)分析——石墨晶體
①石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu),層與層之間是以 力相結(jié)合,同層內(nèi)碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合成平面網(wǎng)狀。層內(nèi)碳原子核間距為142pm,層間距為335pm。
②每一層碳原子排列成正六邊形,則每個(gè)碳原子采用 雜化,形成正六邊形。
③所有p軌道相互平行且相互重疊,形成離域大π鍵,使p軌道中的電子可在事個(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng),而電子不能從一個(gè)平面跳躍到另一個(gè)平面,所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面的方向。
④石墨晶體中每個(gè)正六邊形含有的C原子數(shù)為 ,含有的C-C鍵數(shù)為 。
例、氮化硼(BN)晶體有多種結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相,與石墨相似,具有層狀結(jié)構(gòu),可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。
(1)關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法,正確的是 (填序號(hào))。
A.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵,所以硬度大 B.六方相氮化硼層間作用力小,所以質(zhì)地軟
C.兩種晶體中B-N鍵均為共價(jià)鍵 D.兩種晶體均為分子晶體
(2)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為 ,其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電,原因是 。
(3)立方相氮化硼晶體,硼原子的雜化軌道類型為 。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km在古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實(shí),推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是 。
(4)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。1 mlNH4BF4含有 ml配位鍵。
【概念辨析】
1、分子晶體不導(dǎo)電,溶于水后也都不導(dǎo)電( )
2、第三周期主族元素從左到右,最高價(jià)氧化物中離子鍵的百分?jǐn)?shù)逐漸增大( )
3、大多數(shù)晶體是過(guò)渡晶體( )
4、共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比離子晶體的高( )
5、金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下產(chǎn)生自由電子( )
6、金屬具有光澤是因?yàn)榻饘訇?yáng)離子吸收并放出可見(jiàn)光( )
7、過(guò)渡晶體是指某些物質(zhì)的晶體通過(guò)改變條件,轉(zhuǎn)化為另一種晶體( )
8、Na2O是純粹的離子晶體,SiO2純粹的共價(jià)晶體( )
9、自由電子屬于整塊金屬( )
10、金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)( )
11、有陽(yáng)離子的晶體一定有陰離子( )
12、金屬晶體與共價(jià)晶體一樣,是一種“巨分子”( )
13、金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用,在一定外力作用下,不會(huì)因形變而消失( )
14、溫度越高,自由電子的運(yùn)動(dòng)速率越快,金屬的導(dǎo)電性越強(qiáng)( )
15、金屬晶體堆積密度大,原子配位數(shù)高,能充分利用空間的原因是金屬原子的價(jià)電子數(shù)少( )
16、金屬一般具有金屬光澤,是物理性質(zhì),與金屬鍵無(wú)關(guān)( )
17、晶格能由大到小:NaF<NaCl<NaBr<NaI( )
18、晶格能是氣態(tài)離子形成1 ml離子晶體吸收的能量( )
19、固態(tài)和熔融時(shí)易導(dǎo)電,熔點(diǎn)在1 000 ℃左右的晶體可能是金屬晶體( )
20、因金屬性K>Na,故金屬鉀的熔點(diǎn)高于金屬鈉( )
21、金屬(除汞外)在常溫下都是晶體,稱其為金屬晶體( )
22、高硬度、高熔點(diǎn)是許多有共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的共價(jià)晶體的特性( )
23、具有共價(jià)鍵的晶體叫共價(jià)晶體( )
24、物質(zhì)經(jīng)受錘擊的性質(zhì)屬于延展性( )
【跟蹤練習(xí)】
1、(2023·北京卷)中國(guó)科學(xué)家首次成功制得大面積單晶石墨炔,是碳材料科學(xué)的一大進(jìn)步。
下列關(guān)于金剛石、石墨、石墨炔的說(shuō)法正確的是( )
A.三種物質(zhì)中均有碳碳原子間的鍵B.三種物質(zhì)中的碳原子都是雜化
C.三種物質(zhì)的晶體類型相同D.三種物質(zhì)均能導(dǎo)電
2、(2021·遼寧1月適應(yīng)性測(cè)試,6)我國(guó)科學(xué)家合成了富集11B的非碳導(dǎo)熱材料立方氮化硼晶體,晶胞結(jié)構(gòu)如圖。下列說(shuō)法正確的是( )
A.11BN和10BN的性質(zhì)無(wú)差異 B.該晶體具有良好的導(dǎo)電性
C.該晶胞中含有14個(gè)B原子,4個(gè)N原子 D.N原子周圍等距且最近的N原子數(shù)為12
3、(2021·遼寧,7)單質(zhì)硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導(dǎo)材料,其晶胞如圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.S位于元素周期表p區(qū) B.該物質(zhì)的化學(xué)式為H3S
C.S位于H構(gòu)成的八面體空隙中 D.該晶體屬于分子晶體
4、釩的某種氧化物的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,晶胞參數(shù)為a pm。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) (V:51 O:16)
A.該釩的氧化物的化學(xué)式為VO2 B.V原子在該晶體中的堆積方式為體心立方
C.V原子的配位數(shù)與O原子的配位數(shù)之比為1∶2 D.該晶胞的密度為eq \f(2×?51+16×2?,?a×10-10?3×6.02×1023) g·cm-3
5、金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì),下列說(shuō)法正確的是( )
A.金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個(gè)碳原子
B.在金剛石中每個(gè)C原子連接4個(gè)六元環(huán),石墨中每個(gè)C原子連接3個(gè)六元環(huán)
C.金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2
D.金剛石中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶4,而石墨中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶3
6、如圖是金屬晶體內(nèi)部的電子氣理論示意圖。電子氣理論可以用來(lái)解釋金屬的性質(zhì),其中正確的是( )
A.金屬能導(dǎo)電是因?yàn)榻饘訇?yáng)離子在外加電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)
B.金屬能導(dǎo)熱是因?yàn)樽杂呻娮釉跓岬淖饔孟孪嗷ヅ鲎玻瑥亩l(fā)生熱的傳導(dǎo)
C.金屬具有延展性是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?,金屬中各原子層間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),但自由電子可以起到潤(rùn)滑劑的作用,使金屬不會(huì)斷裂
D.合金與純金屬相比,由于增加了不同的金屬或非金屬,使電子數(shù)目增多,所以合金的延展性比純金屬?gòu)?qiáng),硬度比純金屬小
7、碳化硅(SiC)晶體具有多種結(jié)構(gòu),其中一種晶體的晶胞(如圖所示)與金剛石的類似。下列判斷正確的是( )
A.該晶體屬于分子晶體 B.該晶體中存在極性鍵和非極性鍵
C.該晶體中Si的化合價(jià)為-4 D.該晶體中C的雜化類型為sp3
8、有關(guān)晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示,下列說(shuō)法不正確的是( )
A.在NaCl晶體中,距Cl-最近的Na+形成正八面體 B.在CaF2晶體中,每個(gè)晶胞平均含有4個(gè)Ca2+
C.冰晶體中每個(gè)水分子與另外四個(gè)水分子形成四面體結(jié)構(gòu) D.該氣態(tài)團(tuán)簇分子的分子式為EF
9、鐵有δ、γ、α三種晶體結(jié)構(gòu),以下依次是δ、γ、α三種晶體的晶胞在不同溫度下轉(zhuǎn)化的示意圖。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是( )
A.每個(gè)δ-Fe晶體中有2個(gè)鐵原子
B.γ-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)
C.每個(gè)γ-Fe晶胞中含有14個(gè)鐵原子
D.將鐵加熱到1 500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體類型不相同
10、鋇在氧氣中燃燒時(shí)得到一種鋇的氧化物晶體,其結(jié)構(gòu)如圖所示,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
A.該晶體屬于分子晶體 B.晶體的化學(xué)式為Ba2O2
C.該晶體晶胞結(jié)構(gòu)與CsCl相似 D.與Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有12個(gè)
11、石英晶體的平面示意圖如圖,它實(shí)際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(可以看作是晶體硅中的每個(gè)Si—Si中插入一個(gè)O),其中硅、氧原子數(shù)比是m∶n,下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.m∶n=2∶1 B.6 g該晶體中含有0.1NA個(gè)分子
C.原硅酸根離子(SiOeq \\al(4-,4))的結(jié)構(gòu)為,則二聚原硅酸根離子Si2Oeq \\al(6-,x)中的x=7
D.石英晶體中由硅、氧原子構(gòu)成的最小的環(huán)上含有的Si、O原子個(gè)數(shù)和為8
12、如圖是其晶胞結(jié)構(gòu)模型,下列說(shuō)法正確的是( )
A.基態(tài)鈣原子核外有2個(gè)未成對(duì)電子 B.CaTiO3晶體中與每個(gè)Ti4+最鄰近的O2-有12個(gè)
C.分子晶體中都存在共價(jià)鍵 D.金屬晶體的熔點(diǎn)都比分子晶體的熔點(diǎn)高
13、CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體的相似(如圖所示),但CaC2晶體中由于啞鈴形的Ceq \\al(2-,2)存在,使晶胞沿一個(gè)方向拉長(zhǎng)。下列關(guān)于CaC2晶體的說(shuō)法正確的是( )
A.1個(gè)Ca2+周圍距離最近且等距離的Ceq \\al(2-,2)數(shù)目為6 B.1個(gè)CaC2晶體的晶胞平均含有1個(gè)Ca2+和1個(gè)Ceq \\al(2-,2)
C.6.4 g CaC2晶體中含陰離子0.1 ml D.與每個(gè)Ca2+距離相等且最近的Ca2+共有12個(gè)
14、將石墨置于熔融的鉀或氣態(tài)鉀中,石墨吸收鉀形成名稱為鉀石墨的物質(zhì),其組成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。下列分析正確的是( )
A.題干中所列舉的6種鉀石墨屬于有機(jī)高分子
B.鉀石墨中碳原子的雜化方式是sp3雜化
C.若某鉀石墨的原子分布如圖所示,則它所表示的是C12K
D.最近兩個(gè)K原子之間距離為石墨中C—C鍵長(zhǎng)的2eq \r(3)倍堆積模型
簡(jiǎn)單立方堆積
體心立方堆積
六方最密堆積
面心立方最密堆積
晶胞
配位數(shù)
原子半徑(r)和晶胞邊長(zhǎng)(a)的關(guān)系
2r=
4r=
4r=
一個(gè)晶胞內(nèi)原子數(shù)目
常見(jiàn)金屬
P
Na、K、Fe
Mg、Zn、Ti
Cu、Ag、Au
空間利用率
52.36%
68.05%
74.05%
74.05%
通性
解釋
導(dǎo)電性
通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)是自由的,但在外加電場(chǎng)的作用下會(huì)定向移動(dòng)形成電流。
導(dǎo)熱性
金屬受熱時(shí),自由電子與金屬離子(金屬原子)的碰撞頻率增加,自由電子把能量傳給金屬離子(或金屬原子)從而把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低得區(qū)域。
延展性
由于金屬鍵沒(méi)有方向性,在外力作用下,金屬原子之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后,各層金屬原子仍可保持這種相互作用,發(fā)生形變也不易斷裂。
有金屬光澤
當(dāng)光線投射到金屬表面時(shí),自由電子吸收可見(jiàn)光,然后又把各種波長(zhǎng)的光大部分再反射出來(lái),使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時(shí),金屬原子的取向雜亂,排列不規(guī)則,吸收可見(jiàn)光后不能再反射出來(lái),所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
晶體類型
晶胞模型
考點(diǎn)
NaCl晶胞
①在晶體中,每個(gè)Na+同時(shí)吸引 個(gè)Cl-,每個(gè)Cl-同時(shí)吸引 個(gè)Na+,配位數(shù)為 。
②每個(gè)晶胞含 個(gè)Na+和 個(gè)Cl-。
CsCl晶胞
①在晶體中,每個(gè)Cl-吸引 個(gè)Cs+,每個(gè)Cs+吸引 個(gè)Cl-,配位數(shù)為 。
②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Cs+ 個(gè),Cl-有 個(gè)。
CaF2晶胞
①在晶體中,每個(gè)Ca2+吸引 個(gè)F-,每個(gè)F-吸引 個(gè)Ca2+。
②每個(gè)晶胞含 個(gè)Ca2+, 個(gè)F-。
ZnS晶胞
①每個(gè)Zn2+周圍距離最近的S2-有 個(gè),每個(gè)S2-周圍距離最近的Zn2+有 個(gè)。
②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Zn2+有 個(gè),S2-有 個(gè)。
分子間作用力
堆積方式
實(shí)例
范德華力
采用密堆積,每個(gè)分子周圍有 個(gè)緊鄰的分子
如C60、干冰、I2、O2
范德華力、氫鍵
采用非密堆積,每個(gè)分子周圍緊鄰的分子少于12個(gè)
如HF、NH3、冰
晶體類型
晶胞模型
考點(diǎn)
冰的結(jié)構(gòu)模型
(分子非密堆積形式)
①冰晶體中,氫鍵有方向性,它的存在迫使每個(gè)水分子與四面體頂角方向的 個(gè)相鄰水分子相互吸引。
②1 ml H2O的冰中,最多可形成 ml氫鍵。
③氫鍵H-O···H較長(zhǎng),分子間距離增大并在水分子中間留有空隙,所以固態(tài)水的密度比液態(tài)水的 。
干冰的晶胞
(分子密堆積形式)
①每個(gè)晶胞中有 個(gè)CO2分子, 個(gè)原子。
②干冰晶體中,每個(gè)CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有 個(gè)。
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