人教版高中化学选修3教学讲义，复习补习资料（含典例分析，巩固练习）：09《晶体结构与性质》全章复习与巩固(提高)

《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】
【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·cm－3
【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
①NaF
②NaI
③MgO
离子电荷数
1
1
2
离子间距离／10－10
m
2.31
3.18
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）
（4）
【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。
（3）每个晶胞的体积为：。
（4）每个晶胞的质量为，故金的密度为：。
【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。
【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
【巩固练习】
一、选择题(每题有1~2个选项符合题意)
1、某晶体不导电，在熔融状态下能被电解，则该晶体是(
　
)
　　A、分子晶体　　
B、原子晶体　　
C、离子晶体　　
D、金属晶体
2、下列特性适合金属晶体的是（　　
）
　　A、熔点1031
℃，固态不导电，水溶液能导电
　　B、熔点97.81
℃，固态能导电，质软
　　C、熔点162.7
℃，固态不导电，水溶液能导电
　　D、熔点1070
℃，液态能导电，但固态不能导电
　
3、（2019·信阳测试）下列说法正确的是（
）。
A．离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子
B．金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动
C．分子晶体的熔、沸点很低，常温下都呈液态或气态
D．原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合
　　4、根据晶体中晶胞结构，判断下列晶体的化学式中不正确的是（
）
　　5、下列说法中不正确的是（
）
A．金刚石晶体中共价键数目与碳原子数目之比为2∶1
B．Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶2
C．在金刚石晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与它紧邻的四个碳原子结合
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
　　6、（2019·建安月考）下列变化规律正确的是（
）。
A．KCl、MgCl2、MgO的熔点由低到高
B．H2O、H2S、H2Se的分解温度及沸点都由高到低
C．O2、I2、Hg、NaCl、SiO2的熔点由低到高
D．碳化硅、晶体硅、金刚石、石墨的熔点由低到高
7、（2019·哈尔滨检测）由短周期元素构成的某离子化合物中，一个阳离子和一个阴离子核外电子数之和为20。下列说法中正确的是（
）。
A．晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等
B．晶体中一定只有离子键没有共价键
C．所含元素一定不在同一周期也不在第一周期
D．晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径
　　8、分析下列各物质的物理性质，判断其固态属于分子晶体的是（　
）
　　A、碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电
　　B、溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电
　　C、五氧化二钒，无色晶体，熔点690℃
　　D、溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
　　9、在石墨晶体里，每一层由无数个正六边形构成，同一层内每个碳原子与相邻的三个碳原子以C-C键结合，则石墨晶体中碳原子数与C-C键数之比为　　
（　
）
　　A、1：1　　　　
B、2：1　　　　
C、2：3　　　　
D、3：2
　　10、下列物质的熔点均按由高到低的排列，其原因是由于键能由大到小排列的是
（　
）
　　A、铝、钠、干冰　　　　　　　　　B、金刚石、碳化硅、晶体硅
　　C、碘化氢、溴化氢、氯化氢　　　　D、二氧化硅、二氧化碳、一氧化碳
　　11、氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是(　
)
　　A、硝石和金刚石　　
B、晶体硅和水晶　　
C、冰和干冰　　
D、萘和蒽
　　12、下列大小关系正确的是（　
）
　　A、晶格能：NaClCaO　
　　C、熔点：NaI>NaBr　　　　　　　
D、熔沸点：CO2>NaCl
13、下列各项所述的数字不是6的是（
）
A．在NaCl晶体中，与一个Na+最近且距离相等的Cl－的个数
B．在金刚石晶体中，最小的环上的碳原子个数
C．在二氧化硅晶体中，最小的环上的原子个数
D．在石墨晶体的片层结构中，最小的环上的碳原子个数
14、在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是(
　
)
　　A、HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱
　　B、NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低
　　C、F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
　　D、H2S的熔沸点小于H2O的熔沸点
15、下列数据是对应物质的熔点，有关的判断正确的是（
）
Na2O
Na
AlF3
AlCl3
Al2O3
BCl3
CO2
SiO2
920℃
97.8℃
1291℃
190℃
2073℃
－107℃
－57℃
1723℃
A．只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体
B．在共价化合物分子中各原子都形成最外层8电子结构
C．同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体
D．金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
二、非选择题
　
1、（2019
全国高考卷2）A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2―和B+具有相同的电子构型：C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：
（1）四种元素中电负性最大的是
（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为
。
（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是
（填分子式），原因是
；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为
和
。
（3）C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为
，中心原子的杂化轨道为
。
（4）化合物D2A的立体构型为
，中心原子的价层电子对数为
，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为
。
（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a=0.566
nm，F的化学式为
；晶胞中A原子的配位数为
；列式计算晶体F的密度（g·cm―3）
。
　　2、碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。
（1）碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。
（2）用价电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br键的键角________120°（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4+处于立方晶胞顶点，Ba2+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Ba2+与________个O2－配位。
3、参考下表中物质的熔点，回答下列问题。
物
质
NaF
NaCl
NaBr
NaI
NaCl
KCl
RbCl
CsCl
熔点（℃）
995
801
755
651
801
776
715
646
物
质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
SiCl4
GeCl4
SbCl4
PbCl4
熔点（℃）
-90.4
-70.2
5.2
120
-70.2
-49.5
-36.2
-15
　　(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的______________________有关，随着__________________增大,熔点依次降低。
　　(2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与________________有关,随着______________增大,
__________________增强，熔点依次升高。
　　(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与__________________有关，因为一般__________________比熔点高。
【答案与解析】
一、选择题
1、C　
【解析】四种晶体能导电的只有金属晶体，D错误；熔融状态下能够被电解的是离子晶体。
2、B　
【解析】根据A、D选项条件，熔点高、水溶液或熔融状态能导电，应属于离子晶体；B项固态可导电，为金属晶体；C项熔点低，固态不导电而水溶液可以导电，应为分子晶体。
3、D
【解析】CsCl型的离子晶体中每个离子吸引着8个带相反电荷的离子，选项A不正确；金属晶体是由金属离子和自由电子构成，自由电子在外电场作用下，由无规则运动变为定向移动而导电，选项B不正确；硫、红磷等分子晶体，常温下呈固态，选项C不正确。
4、A
【解析】A选项的晶胞中含A的个数为l，含B的个数为8×1／8=1，所以该晶体的化学式为AB。
5、D
【解析】金刚石化学性质稳定，但在高温下也能在氧气中燃烧生成CO2。
6、A
【解析】选项A中所带电荷K+小于Mg2+，Cl－小于O2－，离子半径K+大于Mg2+，Cl－大于O2－，所以KCl、MgCl2、MgO的晶格能依次增大，熔点依次升高；选项B中沸点H2Se＞H2S；选项C中很明显熔点I2＞Hg（I2常温呈固态，Hg呈液态）；D项中熔点晶体硅＜碳化硅（Si—Si键键长大于Si—C键）。
7、A
【解析】在短周期中符合题设条件的物质有：NaF、Na2O、MgO、NaOH、NH4F等，故A正确；NaOH、NH4F含共价键，B错；所含元素可在同一周期，也可在第一周期，如NH4F，C错；NaF、Na2O、MgO等其阳离子半径都比阴离子半径小，故D错。
8、B　
【解析】分子晶体的物理性质和分子间作用力有关。其熔沸点一般比较低，硬度较小，并且固态或熔融状态都不导电。
9、C
　
【解析】每个碳原子被3个正六边形共用，每个正六边形实际含有1/3×6个碳原子；每个C-C键被2个正六边形共用，每个正六边形有1/2×6个C-C键。
10、B　
【解析】只有原子晶体的熔沸点与键能有关。键能大小，可通过比较成键原子半径得出。
11、B　
【解析】题目所给信息可判断氮化硅是原子晶体，熔化需克服共价键。B选项都是原子晶体。
12、B　
【解析】A、B、C选项中的物质都是离子晶体，晶格能、熔沸点、硬度可通过比较成键离子所带电荷、成键离子半径判断选项是否正确；D项，CO2是分子晶体，NaCl是离子晶体。
13、C
【解析】SiO2中最小环上有12个原子（6个Si原子、6个O原子）。
14、CD　
【解析】C选项与分子间作用力有关；D选项与氢键有关。
15、D
【解析】金属晶体中含有金属阳离子，A错误；BCl3中B原子形成最外层6个电子的结构，B错误；CO2和SiO2分别属于分子晶体和原子晶体，C错误；Na的熔点低于AlCl3，D正确。
二、非选择题
1、（1）O；1s22s22p63s23p3（或[Ne]
3s23p3）
（2）O3；O3相对分子质量较大，范德华力大；分子晶体；离子晶体
（3）三角锥形；sp3
（4）V形；4；2Cl2＋2Na2CO3＋H2O==Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl
（或2Cl2＋2Na2CO3==Cl2O＋CO2＋2NaCl）
（5）Na2O；8；
【解析】A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2―和B+具有相同的电子构型，则A是O，B是Na；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C是P；D元素最外层有一个未成对电子，所以D是氯元素。
（1）非金属性越强，电负性越大，则四种元素中电负性最大的是O。P的原子序数是15，则根据核外电子排布可知C原子的核外电子排布布式为1s22s22p63s23p3（或[Ne]
3s23p3）。
（2）氧元素有氧气和臭氧两种单质，由于O3相对分子质量较大，范德华力大，所以中沸点高的是O3；A和B的氢化物分别是水和NaH，所属的晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。
（3）C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，即E是PCl3，其中P含有一对孤对电子，其价层电子对数是4，所以E的立体构型为三角锥形，中心原子的杂化轨道类型为sp3。
（4）化合物Cl2O分子中氧元素含有2对孤对电子，价层电子对数是4，所以立体构型为V形。单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，则化学方程式为2Cl2+2Na2CO3+H2O==Cl2O+2NaHCO3+2NaCl。
（5）根据晶胞结构可知氧原子的个数，Na全部在晶胞中，共计是8个，则F的化学式为Na2O。以顶点氧原子为中心，与氧原子距离最近的钠原子的个数8个，即晶胞中A原子的配位数为8。晶体F的密度。考点：考查元素推断、核外电子排布、电负性、空间构型、杂化轨道及晶胞结构与计算等
2、（1）sp2
分子间作用力（范德华力）
（2）＜
（3）PbBaO3
12
【解析】（1）石墨的每个碳原子采用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些平面网状结构再以分子间作用力（范德华力）结合形成层状结构。因碳纳米管结构与石墨类似，故得出每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子成键。
（2）SnBr2分子中，Sn的价电子对数目是（4+2）／2=3，与其成键的原子数为2，故Sn含有一对未成对电子，SnBr2的空间构型为V形，键角小于120°。
（3）每个晶胞含有：Pb4+：8×=1个，Ba2+：1个，O2－：12×=3个，故化学式为PbBaO3。Ba2+处于晶胞中心，只有1个，O2－处于晶胞棱边中心，共12个，故每个Ba2+与12个O2－配位。
3、
(1)
半径，半径
　　(2)相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。
　　(3)晶体类型，离子晶体，分子晶体。
　　【解析】本题主要考查物质溶沸点的高低与晶体类型和晶体内部微粒之间作用力的关系以及分析数据进行推理的能力。
　　(1)表中第一栏的熔点明显高于第二栏的熔点，第一栏为IA元素与ⅦA元素组成的离子晶体，则第二栏为分子晶体。
　　(2)分析比较离子晶体熔点高低的影响因素：物质熔化实质是减弱晶体内微粒间的作用力，而离子晶体内是阴、阳离子，因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的作用力——离子键，故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。
　　从钠的卤化物进行比较：卤素离子半径是r（F-）　　又从碱金属的氯化物进行比较：碱金属阳离子半径是r（Na+）　　(3)分析比较分子晶体熔点高低的影响因素：分子晶体内的微粒是分子，因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。从硅的卤化物进行比较：硅的卤化物分子具有相似的结构，从SiF4到SiI4相对分子量逐步增大，说明熔点随化学式的式量的增加而增大。由从硅、锗、锡、铅的氯化物进行比较：这些氯化物具有相似的结构，从SiCl4到PbCl4相对分子质量逐步增大，说明熔点随化学式的式量的增加而增大。
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