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第三章 晶体结构与性质
单元专项提升
1.晶体与非晶体
点拨：
1.概念：
(1)晶体：质点(分子、离子、原子)在空间有规则地排列成的、具有整齐外型、以多面体出现的固体物质。晶体具有的规则的几何外形源于组成晶体的微粒按一定规律周期性的重复排列。
(2)非晶体：非晶态物质内部结构没有周期性特点，而是杂乱无章地排列，如：玻璃、松香、明胶等。非晶体不具有晶体物质的共性，某些非晶态物质具有优良的性质
(3)晶体与非晶体的区分：
晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。周期性是晶体结构最基本的特征。许多固体的粉末用肉眼是看不见晶体的，但我们可以借助于显微镜观察，这也证明固体粉末仍是晶体，只不过晶粒太小了。
晶体的熔点较固定，而非晶体则没有固定的熔点。区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体，进行X—射线衍射实验，X射线透过晶体时发生衍射现象。
特别注意：一种物质是否晶体，是由其内部结构决定的，而非由外观判断。
2.分类：
3.晶体与非晶体的本质差异：
自范性 微观结构
晶体 有(能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里呈周期性有序排列
非晶体 没有(不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对无序
(1)自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。所谓自范性即“自发”进行，但这里要注意，“自发”过程的实现仍需一定的条件。例如：水能自发地从高处流向低处，但若不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻；
(2)晶体自范性的条件之一：生长速率适当；
(3)晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。
4.晶体形成的途径：
(1)熔融态物质凝固，例：熔融态的二氧化硅，快速冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到水晶。
(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。
5.晶体的特性：
(1)有规则的几何外形；
(2)有固定的熔沸点；
(3)各向异性(强度、导热性、光学性质等)；
说明：因研究角度不同而产生差异，即为各向异性。
例如：蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；
石墨在与层垂直的方向上的导电率是层平行的方向上的导电率1/104。
(4)自发的形成多面体外形；
(5)有特定的对称性；
(6)使X射线产生衍射。
【例题】
1．晶体与非晶体的严格判别可采用
A．有否自范性 B．有否各向同性 C．有否固定熔点 D．有否周期性结构
2.晶胞
点拨：
1.定义：晶体中重复出现的最基本的结构单元。
晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所谓“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
说明：划分晶胞要遵循2个原则：一是尽可能反应晶体内部结构的对称性，二是尽可能小。
2.三种典型的立方晶体结构：
说明：晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。
3.晶胞中原子个数的计算：
在一个晶胞结构中出现的多个原子，这些原子并不是只为这个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞所共有，那么，在一个晶胞结构中出现的每个原子，这个晶体能分摊到多少比例，这就是分摊法。分摊法的根本目的是算出一个晶胞单独占有的各类原子的个数。
分摊法的根本原则是：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x。在立体晶胞中，原子可以位于它的顶点，也可以位于它的棱上，还可以在它的面上(不含棱)，当然，它的体内也可以有原子。每个顶点被8个晶胞共有，所以晶胞对自己顶点上的每个原子只占1/8份额；每条棱被4个晶胞共有，所以晶胞对自己棱上的每个原子只占1/4份额；每个面被2个晶胞共有，所以晶胞对自己面上(不含棱)的每个原子只占1/2份额；晶胞体内的原子不与其他晶胞分享，完全属于该晶胞。
①每个晶胞涉及A原子数目m个，每个A原子为n个晶胞共有，则每个晶胞占有A原子：m×1/n。
②计算方法
位置 顶点 棱边 面心 体心
贡献 1/8 1/4 1/2 1
【例题】
2．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：
(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过 方法区分晶体、准晶体和非晶体。
(2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有 个铜原子。
3.判断晶体类型的依据
点拨：
1.看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用
对于分子晶体，构成晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是分子间作用力；
对于原子晶体，构成晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键。
2.看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度等)
一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是：原子晶体>分子晶体。原子晶体比分子晶体的熔沸点高得多。
3.依据物质的分类判断
金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(除汞外)与合金都是金属晶体。
【例题】
3．下列晶体由原子直接构成,但属于分子晶体的是
A．固态氢 B．固态氖
C．磷 D．三氧化硫
4.晶体熔、沸点比较规律
点拨：
1.不同类晶体：
一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体(金属晶体的熔沸点范围较大)
2.同种类型晶体：
构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。
①离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如NaCl、NaBr、NaI；NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO熔点高于NaCl
②分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在的熔、沸点较高。
③原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。
④金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如IIIA的Al，IIA的Mg，IA的Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔、沸点越高。
3.常温常压下状态
①熔点：固态物质>液态物质
②沸点：液态物质>气态物质
【例题】
4．碳化硅的一种晶体(SiC)具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列三种晶体：①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点由高到低的顺序是
A．①③② B．②③① C．③①② D．②①③
5.离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的比较
晶体类型 原子晶体 分子晶体 金属晶体 离子晶体
晶体质点(粒子) 原子 分子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子
粒子间作用 共价键 分子间作用力 复杂的静电作用 离子键
熔沸点 很高 很低 一般较高，少部分低 较高
硬度 很硬 一般较软 一般较硬，少部分软 较硬而脆
溶解性 难溶解 相似相溶 难溶(Na等与水反应) 溶解性差异很大
导电情况 不导电(除硅) 一般不导电 良导体 固体不导电，熔化或溶于水后导电
实例 金刚石、水晶、碳化硅等 干冰、冰、纯硫酸、H2(S) Na、Mg、Al等 NaCl、CaCO3、NaOH等
【例题】
5．下列变化规律正确的是
A．NaCl、MgCl2、MgO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熔点由低到高
D．碳化硅、单晶硅、金刚石、石墨熔点由低到高
6.混合晶体
石墨不同于金刚石，其碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化。而是呈sp2杂化，形成平面六元环状结构，因此石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子的核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；石墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。
【例题】
6．如图，石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为
A．2 B．3 C．4 D．6
7.配合物理论简介
点拨：
1.配位键
(1)概念：由一个原子单方向提供共用电子对给另一原子共用所形成的共价键。
②形成条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须有接受孤对电子的轨道。
③常见的含有配位键的分子或离子的形成过程：
H3O+：
：
注意：在中，虽然有一个N-H键形成过程与其它3个N-H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。
2.配位化合物
①概念：金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
②配合物的组成
③常见配合物的生成
a向硫酸铜溶液里逐滴加入氨水，先形成难溶的氢氧化铜沉淀，继续滴加难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液，实验中发生的两个反应的离子方程式：
氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成
b向盛有氯化铁溶液的试管中滴加1滴硫氰化钾溶液：
形成配位化合物时某些性质发生改变，比如颜色、溶解度等。配位键的强度有大有小，因而有的配位化合物很稳定，有的很不稳定。
【例题】
7．在[Co（NH3）6]3+中，与中心离子形成配位键的原子是
A．N原子 B．H原子 C．Co原子 D．N、H两种原子同时
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】晶体与非晶体的根本区别在于内部粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列，晶体结构呈现微粒周期性有序排列，所以晶体能自发地呈现多面体外形，有固定熔点，有自范性，有对称性，有各向异性；综上晶体与非晶体的严格判别可采用有否周期性结构，故选D。
2．(1)X-射线衍射
(2)16
【详解】（1）晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间，因此可以通过X-射线衍射后有无衍射现象即可确定；
该晶胞中O原子数为4×1+6×+8×=8，由Cu2O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，即为16个；
3．B
【详解】根据题意可知必须是单原子分子，符合条件的只有稀有气体，故选B。
4．A
【详解】在共价晶体中，原子半径越小、键长越短、键能越大，熔、沸点越高，题目中所给的信息是有关SiC的结构知识，通过加工信息，并比较碳原子和硅原子的半径，应得出Si－Si键的键长比Si－C键的键长长，Si－C键比C－C键的键长长，所以键能由高到低的顺序应该是：C－C键＞C－Si键＞Si－Si键，由此可推出熔点由高到低的顺序是：① ③ ②，故选A。
5．A
【详解】A．离子半径越小，所带电荷数越大，离子键越强，则晶格能越大，Cl-、O2-的离子半径依次减小，则晶格能由大到小的顺序为MgO>MgCl2>NaCl，A正确；
B．具有分子间氢键的分子晶体，与同族元素的氢化物相比，其熔、沸点较高，水可以形成分子间氢键，则沸点由低到高的顺序为H2S＜H2Se＜H2O，非金属性越强，氢化物越稳定，分解温度越高，则分解温度由高到低为：H2O、H2S、H2Se，B错误；
C．一般来说晶体的熔点：原子晶体>离子晶体>分子晶体，但在常温下Hg为液体，是固体，则晶体的熔点体的熔点：SiO2>NaCl>>Hg＞O2，C错误；
D．键长越短，共价键越强，熔点越大，键长：C-C键＜C-Si键＜Si-Si键，则熔点由大到小的顺序为石墨＞金刚石＞碳化硅＞晶体硅，D错误；
故选A。
6．A
【详解】据均摊法，从图中可知，每个顶点上的碳原子为三个正六边形共有，因而每个正六边形占有的碳原子数目为，故选A。
7．A
【详解】试题分析：根据结构简式可知，该微粒的配体是氨气分子，但提供孤对电子的是氮原子，所以与中心离子形成形成配位键的原子是N原子，而不是H原子，答案选A。
考点：考查配位键的形成
点评：本题通过对配位键的有关判断，有利于巩固学生对配位键的理解，加深对教材基础知识的熟悉掌握。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页

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