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第23讲　晶体结构与性质 班级 姓名
考点一　晶体与晶胞
1．晶体与非晶体
晶体 非晶体
结构特征 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序
性质特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现 各向异性 各向同性
二者区 别方法 间接方法 看是否有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
科学方法 对固体进行X射线衍射实验
获得晶体的途径：①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中析出。
2．晶胞
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
(3)晶胞中微粒数的计算方法——均摊法
①长方体(包括立方体)晶胞②非长方体晶胞：镁原子个数为 ，硼原子个数为 。
【易错辨析】1．冰和碘晶体中相互作用力相同(　　) 2．晶体内部的微粒按一定规律周期性排列(　　)
3．凡有规则外形的固体一定是晶体(　　) 4．固体SiO2一定是晶体(　　)
5．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块(　　)
6．晶胞是晶体中最小的“平行六面体”(　　)
7．区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验(　　)
【对点训练1】晶胞、微粒数、配位数的判断
1．CaTiO3的晶胞如图所示，Ca2＋的配位数是__________。
2．C、N元素能形成一种类石墨的聚合物半导体g C3N4，其单层平面结构如图1，晶胞结构如图2。
根据图2，在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元。
3．下图为离子晶体空间结构示意图：(阳离子，○阴离子)以M代表阳离子，N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________、B________、C________。
4．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如左图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如右图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根的离子符号为________。
考点二　晶体类型、结构与性质
1．四种晶体类型的比较
类型 比较 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子 分子 原子 金属阳离子 自由电子 阴、阳离子
粒子间的相互作用力 范德华力/(氢键) 共价键 金属键 离子键
硬度 较小 很大 差异大 较大
熔、沸点 较低 很高 差异大 较高
溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 一般不溶于水，少数与水反应 大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性 一般不导电，溶于水后有的导电 一般不具有导电性，个别为半导体 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电
2．过渡晶体：大多数晶体是这四种晶体类型之间的过渡晶体（以第三周期最高价氧化物为例）
3．常见晶体结构模型
(1)共价晶体
①金刚石晶体中，最小的环是 元环；含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键是 mol。
②SiO2晶体中，Si的配位数为 ，O的配位数为 ；最小的环是 元环；1 mol SiO2中含有 mol Si—O。
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 个。
②冰晶体中，每个水分子与相邻的 个水分子以 相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 mol氢键。
(3)离子晶体：①NaCl型：Na＋、Cl－的配位数均为 。 ②CsCl型：Cs＋、Cl－的配位数为 。
(4)混合型晶体：石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是 ，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 。
【易错辨析】1．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(　　) 2．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(　　)
3．离子晶体一定都含有金属元素(　　) 4．金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(　　)
5．1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA(　　)
6．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个(　　)
7．冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键(　　)
8．金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子(　　)
【对点训练】晶体类型的判断；晶体熔、沸点的比较；晶体结构的有关计算
3．下列性质适合于分子晶体的是
A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电 B．熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃ D．熔点为97.8 ℃，质软，导电，密度为0.971 g·cm－3
4．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是
①O2、I2、Hg　②PH3、AsH3、NH3　③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
5．(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了________的作用力；碘的升华，粒子间克服了________作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是_______________________(填化学式)。
(2)下列六种晶体：①CO2 ②NaCl ③Na ④Si ⑤CS2⑥金刚石熔点从低到高的顺序为_______________(填序号)。
【归纳总结】晶体熔、沸点的比较
不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。
相同类型晶体
(1)金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。
(2)离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。
(3)共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。
(4)分子晶体：①组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，其分子的极性越大，熔、沸点越高。
6．(1)铜是第四周期最重要的过渡元素之一，已知CuH晶体结构单元如图甲所示。该化合物的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中Cu原子与H原子之间的最短距离为______ cm(用含ρ和NA的式子表示)。
(2)CuFeS2的晶胞如图乙所示，晶胞参数a＝0.524 nm，b＝0.524 nm，c＝1.032 nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与________个S原子相连，列式计算晶体密度ρ＝_____________。
(3)NaH具有NaCl型晶体结构，已知NaH晶体的晶胞参数a＝488 pm，Na＋半径为102 pm，H－的半径为________，NaH的理论密度是_______________ g·cm－3。
(4)金刚石晶胞结构如图丙所示，则金刚石晶体含有______个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率：________________。
【归纳总结】(1)晶胞计算公式(立方晶胞)：a3ρNA＝NM
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(棱长为a)
①面对角线＝a ②体对角线＝a ③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径) ④面心立方堆积4r＝a
(3)空间利用率＝×100%。
【真题演练】
1．(2021·辽宁)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是
A．S位于元素周期表p区 B．该物质的化学式为H3S
C．S位于H构成的八面体空隙中 D．该晶体属于分子晶体
2．(2021·天津)下列各组物质的晶体类型相同的是
A．SiO2和SO3 B．I2和NaCl C．Cu和Ag D．SiC和MgO
3．(2020·山东等级模拟考)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是
A．键能：C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p p π键
4．[2021·浙江6月选考，26(1)]已知3种共价晶体的熔点数据如下表：
金刚石 碳化硅 晶体硅
熔点/℃ >3 550 2 600 1 415
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是_________________________________________________________________。
5．[2019·全国卷Ⅰ](3)一些氧化物的熔点如表所示：
氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2
熔点/℃ 1 570 2 800 23.8 －75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_______________________________________________________________。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________ pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。
【课后限时作业】
1．下列关于晶体的说法不正确的是
①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性　②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体　③共价键可决定分子晶体的熔、沸点　④晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列⑤晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定　⑥干冰晶体中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
A．①②③ B．②③④ C．④⑤⑥ D．②③⑥
2．下列说法错误的是
A．分子晶体中一定存在分子间作用力 B．共价晶体中只含有共价键
C．任何晶体中，若含有阳离子就一定含有阴离子 D．单质的晶体中一定不存在离子键
3．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，与化学键强弱无关的变化规律是
A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 B．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高 D．Li、Na、K、Rb 的熔点逐渐降低
4．下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是
A．CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4 B．KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgO
C．MgBr2＞SiCl4＞BN D．金刚石＞晶体硅＞钠
5．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为
A.×100% B.×100% C.×100% D.×100%
6．非整比化合物Fe0.95O具有NaCl型晶体结构，由于n(Fe)∶n(O)<1，所以晶体存在缺陷，Fe0.95O可以表示为
A．FeFeO B．FeFe3＋O2 C．FeFeO D．FeFeO
7．(1)氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料，其晶胞结构如图所示，为长方体。写出与AlH空间结构相同的一种分子：_________(填化学式)。NaAlH4晶体中，与AlH紧邻且等距的Na＋有______个；NaAlH4晶体的密度为________ g·cm－3(用含a、NA的代数式表示)。
氮化钼
(2)氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示。氮化钼的化学式为________，氮化钼晶胞边长为a nm，晶体的密度ρ＝________ g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)①已知MgO与NiO的晶体结构(如图1所示)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点：MgO________(填“＞”“＜”或“＝”)NiO，理由是____________________________________________________。
②若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B(1,1,0)，则C的坐标参数为________。
③一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(如图2所示)。已知O2－的半径为a m，每平方米上分散的该晶体的质量为________ g[用a、NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)表示]。
8．CsSiB3O7属于正交晶系(长方体形)，晶胞参数为a nm、b nm和c nm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。
据此推断该晶胞中Cs原子的数目为________；CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol－1，设NA为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为________ g·cm－3(用含字母的代数式表示)。
第23讲　晶体结构与性质 参考答案
考点一　3 6 1.×　2.√　3.×　4.×　5.√　6.×　7.√
【对点训练】1．12 2． 3．MN　MN3　MN2 4．(1)MgB2　(2)BO
考点二 6 2 4 2 12 4 12 4 氢键 2 6 8 分子间作用力 2
1.×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.×　7.√　8.×
【对点训练】 3．C 4．D 5．(1)离子键　共价键　分子间　SiO2＞KClO3＞I2　(2)①⑤③②④⑥
6．(1)×　 (2)4　
(3)142 pm　 (4)8　　×100%
【真题演练】1．D 2．C 3．C
4．　共价晶体中，原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高，原子半径：C＜Si(或键长：C—C＜Si—Si)，键能：C—C＞Si—Si
5．　(3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO>Li2O。分子间作用力(分子量)：P4O6>SO2
(4)a　a　
【课后限时作业】DCCDBD
7．　(1)CH4(合理即可)　8　
(2)Mo2N　
(3)①＞　Mg2＋的半径比Ni2＋的小，MgO的离子键比NiO的强　②(1，，)
③
8．4　×1021
(
1
)

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