晶体结构与性质常见考点剖析

■山东省沂源县第一中学 朱振宇

晶体结构与性质常见考点剖析

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晶体结构与性质主要涉及晶体与非晶体、晶体类型、晶体结构和性质、晶体密度的计算等。下面根据选修3第三章内容和考试说明的要求,提炼出该部分常见的重要考点,并结合典型例题阐释相关考点的考查情况。

考点一：晶体类型及其所含微粒之间的作用力

该考点主要涉及晶体、非晶体、准晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体,以及构成晶体的微粒之间作用力类型的判断等。

例1 (1)下列变化需克服相同类型作用力的是( )。

A.碘和干冰的升华

B.硅和C60的熔化

C.氯化氢和氯化钠的溶解

D.溴和汞的汽化

(2)N F3可由NH3和F2在C u催化剂存在下反应直接得到：3 NH4F。上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有(填序号)。

a.离子晶体 b.分子晶体c.原子晶体 d.金属晶体

(4)硼砂是含结晶水的四硼酸钠,其阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图1所示。硼砂晶体由N a+、Xm-和H2O构成,它们之间存在的作用力有(填序号)。

A.离子键 B.共价键 C.金属键D.范德华力 E.氢键

解析：(1)碘和干冰都是由分子构成的分子晶体,分子间存在范德华力,升华是物理变化,需要克服范德华力,A项正确。硅是原子晶体,C60是分子晶体,熔化时分别需要克服共价键、范德华力,B项错误。氯化氢是共价化合物,氯化钠是离子化合物,二者溶解时分别要克服共价键、离子键,C项错误。溴是分子晶体,汞是金属晶体,二者汽化时分别要克服范德华力、金属键,D项错误。

(2)NH3、F2、N F3都是由分子构成的分子晶体,b项正确;NH4F是由离子构成的离子晶体,a项正确;C u是金属晶体,d项正确。

(3)观察反应方程式可知左右相差2个K、1个S,则A的化学式为K2S,K2S由K+、S2-构成,属于离子晶体。

(4)N a+、Xm-之间存在离子键,H2O与H2O之间存在范德华力和氢键,N a+、Xm-和H2O之间不存在共价键和金属键。

答案：(1)A (2)a、b、d (3)离子晶体(4)A、D、E

点评：金属氧化物(如K2O、N a2O2等)、强碱(N a OH、KOH等)和绝大多数盐是离子晶体。大多数非金属单质(除了金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除S i O2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等。常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。

图1

考点二：晶体的性质（主要指熔点高低）及其原因

该考点主要考查不同类别晶体的熔、沸点等性质的变化规律,通过构成微粒及其相互作用力的大小进行判断或解释原因。

例2 (1)N a的单质和S i的单质相比,熔点较高的是。

(3)N i O、F e O的晶体结构类型均与氯化钠的相同,N i2+和F e2+的离子半径分别为6 9p m和7 8p m,则熔点N i O F e O(填“＜”或“＞”)。

(4)M g O晶体结构与N a C l相同,M g O熔点高于N a C l的原因是。

解析：(1)N a是金属晶体,易熔化,S i是原子晶体,很难熔化。

(2)二者都是离子晶体,且阴、阳离子电荷数均为1,但阳离子半径前者小于后者,阴离子半径前者小于后者,则晶格能前者大于后者,N a F的熔点较高。

(3)N i O由N i2+和O2-构成,F e O由F e2+和O2-构成,离子半径：N i2+＜F e2+,晶格能：N i O＞F e O,晶格能越大,熔化时需要克服离子之间的作用力越大,熔点：N i O＞F e O。

(4)M g O由M g2+和O2-构成,N a C l由N a+和C l-构成,阳离子半径：M g2+＜N a+,阴离子半径：O2-＜C l-,晶格能：M g O＞N a C l,则熔点：M g O＞N a C l。

答案：(1)S i (2)＞ 二者均为离子化合物,且阴、阳离子电荷数均为1,但后者的离子半径较大,离子键较弱,因此前者的熔点高于后者 (3)＞ (4)晶格能大

点评：对于不同类型晶体,熔、沸点高低一般为：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。组成、结构相似的分子晶体,熔、沸点高低与相对分子质量的大小成正比;组成、结构相似的原子晶体,熔、沸点高低主要看共价键的强弱;离子晶体的熔点与晶格能有关系,形成离子键的离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子键越强,晶格能越大,熔点就越高。

考点三：晶胞结构与晶体的化学式和密度

该考点主要涉及典型晶体的晶胞的辨认、判断某微粒的配位数、根据均摊法等计算晶体的化学式,以及晶胞的体积、阿伏加德罗常数、1m o l晶胞的数目和质量、晶胞或晶体的密度等,这是近年高考考查的热点。

例3 (1)C a C2晶体的晶胞结构与N a C l晶体的相似(如图2所示),但C a C2晶体中含有的哑铃形C22-的存在,使晶胞沿一个方向拉长。C a C2晶体中1个C a2+周围距离最近的C22-数目为。

图2

(2)金属镍与镧(L a)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图3所示,该合金的化学式为。

图3

(3)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：P b4+处于立方晶胞顶点,B a2+处于晶胞中心,O2-处于晶胞棱边中心,该化合物化学式为,每个B a2+与个O2-配位。

(4)六方氢化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为3 6 1.5×1 0-10c m,立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子,立方氮化硼的密度是g·c m-3(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏加德罗常数为NA)。

(5)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积,边长为3 6 1× 1 0—10c m。又知铜的密度为9.0 0g·c m—3,则铜晶胞的体积是c m3,晶胞的质量是

g,阿伏加德罗常数的数值为(列式计算)。

解析：(1)依题意,将N a C l立方晶胞沿上下方向拉长,左右前后方向不拉长,即得到C a C2晶胞,1个C a2+周围距离最近的C22-数目不再是6个,而是4个。

(4)1个立方氮化硼晶胞含有4个N,4个B,则1m o l立方氮化硼晶胞含有4m o lN和4 m o lB,4 m o lN和4m o l B的质量为4m o l×(1 4+1 1)g·m o l-1;1m o l立方氮化硼晶胞含有NA个晶胞,设每个立方氮化硼晶胞的体积为(3 6 1.5×1 0—10)3c m3,则1m o l立方氮化硼晶胞的总体积为NA

(5)铜晶胞的体积为(3 6 1×1 0—10c m)3= 4.7 0×1 0—23c m3;由m=ρ×V可知铜晶胞的质量为9.0 0g·c m—3×4.7 0×1 0—23c m3=4.2 3 ×1 0—22g;依题意,1个铜晶胞含有=4个C u,则1m o l铜晶胞含有4m o l C u, 4m o l C u的质量为4m o l×6 3.6g·m o l-1。1m o l铜晶胞含有NA个晶胞,则4.2 3×1 0—22g ×NA=4 m o l×6 3.6g·m o l-1,NA=

答案：(1)4 (2)L a N i5(3)P b B a O31 2 (4)4 4

(5)4.7 0×1 0—234.2 3×1 0—22

点评：(1)计算晶体密度(或微粒间距离)的思维模型为：知道微粒间距离晶胞体积密度,或已知密度求微粒间距离。(2)晶体微粒与M、ρ之间的关系：若1个晶胞中含有x个微粒,则1m o l晶胞中含有xm o l微粒,其质量为x Mg(M为微粒的相对分子质量);1个晶胞的质量为ρa3g (a3为晶胞的体积数值),则1m o l晶胞的质量为ρa3NAg,因此有x M=ρa3NA。

中俄界江地区生态旅游资源基础雄厚，不但包括中俄界江、界湖和界岛等不可复制的地理资源，同时还拥有独特的森林系统、草地资源、湿地环境、山岭地貌和众多野生生物品种等得天独厚的自然景观以及传统建筑、历史遗址与少数民族风情等具有独特风韵的人文景观。中俄界江区域具有丰富的旅游文化资源，类型多样，组合丰富，极具特色（见表1）。

针对性练习

1.氟在自然界中常以C a F2的形式存在。下列关于C a F2的表述正确的是。

a.C a2+与F-间仅存在静电吸引作用

b.F-的离子半径小于C l-,则C a F2的熔点高于C a C l2

c.阴阳离子比为2∶1的物质,均与C a F2晶体构型相同

d.C a F2中的化学键为离子键,因此C a F2在熔融状态下能导电

(2)氧和钠能够形成化合物F,其晶胞结构如图4所示,晶胞参数a=0.5 6 6n m,F的化学式为,晶胞中氧原子的配位数为。列式计算晶体F的密度(g·c m-3)：。

图4

答案：1.b、d

2.(1)O3O3相对分子质量较大,范德华力大 分子晶体 离子晶体

(责任编辑 谢启刚)