晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)考點梳理

湖北 朱敬華

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)考點梳理

湖北 朱敬華

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是選修3的重要組成部分，在高考中占有極其重要的地位。高頻考點有兩個：一是四種晶體性質(zhì)與類型的比較（含晶體的化學(xué)鍵）；二是有關(guān)晶胞的計算。下面將重要考點整合后精析，供大家參考。

考點一：晶體中化學(xué)鍵類型

高考考綱中明確要求：了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。高考命題主要常將晶體中化學(xué)鍵類型與晶體類型一起考查，常以信息題形式出現(xiàn)。

【例1】（2014·山東卷）石墨烯［如圖（a）所示］是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯［如圖（b）所示］。

（1）圖（a）中，1號C與相鄰C形成σ鍵的個數(shù)為_______。

（2）圖（b）中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________（填“＞”“＜”或“＝”）圖（a）中1號C與相鄰C形成的鍵角。

（3）若將圖（b）所示的氧化石墨烯分散在H2O中，則氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有________（填元素符號）。

【審題要點】通過結(jié)合“剝離”石墨所得“石墨烯”及“石墨烯”氧化所得的“氧化石墨烯”的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)已有的對石墨結(jié)構(gòu)的了解，很容易就可以解決題設(shè)問題。

【解析】（1）由圖（a）可知，1號C與另外3個碳原子形成3個σ鍵。（2）圖（b）中1號C與3個碳原子、1個氧原子共形成4個σ鍵，其價層電子對數(shù)為4，C的雜化方式為sp3；該C與相鄰C的鍵角約為109°28′，圖（a）中1號C采取sp2雜化，碳原子間夾角為120°。（3）氧化石墨烯中“—OH”的O可與H2O中的H形成氫鍵、氧化石墨烯中“—OH”的H可與H2O中的O形成氫鍵，氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有O、H。

【答案】（1）3 （2）sp3＜ （3）O、H

【以點帶面】大家有興趣，還可以參看本文例4（2）的分析，對于回答這類問題時的基本思路，即“確定晶體類型——確定晶體內(nèi)各微粒間是何種作用力（或化學(xué)鍵）——影響該作用力（或化學(xué)鍵）的強(qiáng)弱因素——得出結(jié)論”。

考點二：四種晶體的組成和性質(zhì)比較

高考中高頻考點有熔點、沸點比較，四種晶體的比較。

【例2】（高考組合題）（1）（2013·四川卷）NH4Cl固體的晶體類型是________。

（2）（2013·福建卷）NF3可由NH3和F2在Cu催化劑存在下反應(yīng)直接得到：

上述化學(xué)方程式中的5種物質(zhì)所屬的晶體類型有________（填序號）。

a．離子晶體 b．分子晶體

c．原子晶體d．金屬晶體

（3）（2013·浙江卷）NaF的熔點________（填“＞”“＝”或“＜”）的熔點，其原因是_____ ______________________________________________________。

【審題要點】要熟悉判斷晶體類型的方法與依據(jù)，不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律和同種類型晶體熔、沸點比較的規(guī)律。

【解析】（1）NH4Cl為離子化合物，為離子晶體。（2）銅為金屬晶體，NH3和F2及NF3都是分子晶體，NH4F是離子晶體。（3）兩種物質(zhì)都形成離子晶體，而離子晶體的熔點受離子鍵強(qiáng)弱的影響，離子鍵的強(qiáng)弱與離子半徑、離子所帶的電荷多少有關(guān)。兩種化合物中，陰、陽離子所帶電荷數(shù)均為1，但后者的離子半徑大，離子鍵較弱，因此前者的熔點高于后者。

【答案】（1）離子晶體

（2）abd

（3）＞ 兩者均為離子化合物，且陰、陽離子的電荷數(shù)均為1，但后者的離子半徑較大，離子鍵較弱，因此其熔點較低

【以點帶面】通過閱讀和觀察，利用題中所給的條件，根據(jù)所學(xué)的知識和規(guī)律直接判斷，得出正確的答案。多練習(xí)晶體類型的比較、晶體熔沸點的高低判斷兩個考點，加深記憶和理解。

考點三：晶胞結(jié)構(gòu)及其基本計算

晶胞計算是晶體考查的重要知識點之一，也是考查學(xué)生分析問題、解決問題能力的較好素材。晶體結(jié)構(gòu)的計算常常涉及如下數(shù)據(jù)：晶體密度、NA、M、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度的表達(dá)式往往是列等式的依據(jù)。

【例3】（1）（2012·新課標(biāo)卷）ZnS在熒光體、光導(dǎo)體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。立方ZnS晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，其晶胞邊長為540．0pm，密度為_________g·cm－3（列式并計算），a位置S2－與b位置Zn2＋之間的距離為________pm（列式表示）。

（2）（2015·新課標(biāo)卷Ⅱ）A、B、C、D為原子序數(shù)依次增大的四種元素，A2－和B＋具有相同的電子構(gòu)型：C、D為同周期元素，C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍；D元素最外層有一個未成對電子。回答下列問題：

單質(zhì)A有兩種同素異形體，其中沸點高的是________ ______（填分子式），原因是_______________________；A和B的氫化物所屬的晶體類型分別是________和________。

A和B能夠形成化合物F，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)a＝0．566nm。F的化學(xué)式為_______________；晶胞中A原子的配位數(shù)為_________；列式計算晶體F的密度：________g·cm－3。

【審題要點】先根據(jù)已知條件把明顯的未知首先剝離出來，然后根據(jù)已知將已剝離出來的未知當(dāng)作已知逐個求解那些潛在的未知。

【解析】（1）ZnS晶胞的體積為（540．0×10－10cm）3。S2－位于晶胞的頂點和面心，Zn2＋位于晶胞的內(nèi)部，一個ZnS晶胞中含有S2－：個，含有4個 Zn2＋，即一個ZnS晶胞含有4個S2－和4個Zn2＋，則晶胞的密度為ZnS晶胞中，面對角線上兩個相鄰S2－的距離為pm。每個Zn2＋與周圍4個S2－形成正四面體結(jié)構(gòu)，兩個S2－與Zn2＋之間連線的夾角為109°28′，兩個相鄰S2－與Zn2＋形成等腰三角形（如圖所示），則ab之間的距離為（2）根據(jù)題意推出A、B、C、D依次為O、 Na、P、Cl。氧元素有氧氣和臭氧兩種同素異形體，兩個都是分子晶體，O3的相對分子質(zhì)量大，范德華力大，沸點高，H2O是分子晶體，而NaH是離子晶體。通過均攤法計算，大黑球是8．1／8＋6．1／2＝4，在晶體內(nèi)部，小黑球有8個，所以得出化學(xué)式是Na2O，A的配位數(shù)是8，F(xiàn)的密度為

【答案】（1）

（2）O3O3的相對分子質(zhì)量大，范德華力大，沸點高分子晶體 離子晶體

【以點帶面】對于立方晶胞，可簡化成下面的公式進(jìn)行各物理量的計算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱長，ρ表示密度，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，n表示1mol晶胞中所含晶體的物質(zhì)的量，M表示相對分子質(zhì)量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的質(zhì)量。如NaCl，a3ρNA＝4 M（M＝58．5）解決這類題，一是要掌握晶體“均攤法”的原理，二是要有扎實的立體幾何知識，三是要熟悉常見晶體的結(jié)構(gòu)特征，并能融會貫通，舉一反三。

考點四：晶體空間結(jié)構(gòu)分析

由于晶體空間結(jié)構(gòu)試題能很好地考查學(xué)生的觀察能力和三維空間的想象能力，因此將會成為命題的熱點。常與數(shù)學(xué)和物理知識綜合在一起考查，特別易與立體幾何知識結(jié)合在一起。此類試題立意新穎，構(gòu)思巧妙，對學(xué)生的觀察思維能力、空間想象能力有較高的要求。

【例4】（2014·福建卷，節(jié)選）氮化硼（BN）晶體有多種相結(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)如下圖所示。

（1）基態(tài)硼原子的電子排布式為____________________。

（2）關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的是__________（填序號）。

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．兩種晶體中的B—N鍵均為共價鍵

d．兩種晶體均為分子晶體

（3）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個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________________________________________________。

【審題要點】氮化硼（BN）晶體類似金剛石晶體、石墨晶體的變身題。

【解析】（1）硼為第5號元素，核外有5個電子，基態(tài)硼原子的電子排布式為1s22s22p1。（2）a項，立方相氮化硼類似于金剛石的結(jié)構(gòu)只有σ鍵，沒有π鍵，錯誤；b項，六方相氮化硼類似于石墨的結(jié)構(gòu)，層與層之間存在分子間作用力，質(zhì)地軟，正確；c項，B—N間通過共用電子對結(jié)合，均為共價鍵，正確；d項，立方相氮化硼為原子晶體，六方相氮化硼為混合型晶體，錯誤。（3）由六方相氮化硼晶體結(jié)構(gòu)可知，層內(nèi)每個硼原子與相鄰的3個氮原子構(gòu)成平面三角形，由于六方相氮化硼結(jié)構(gòu)中已沒有自由移動的電子，故其不導(dǎo)電。

【答案】（1）1s22s22p1（2）bc （3）平面三角形 層狀結(jié)構(gòu)中沒有自由移動的電子

【以點帶面】解答類似題的一般程序是：要認(rèn)真審題，讀懂“圖”和“問句”的含義；對某些情境比較陌生，或內(nèi)容比較煩瑣，要通過思維轉(zhuǎn)換，將題示信息轉(zhuǎn)化為自己比較熟悉的、便于理解的或等價的形式，從而變陌生為熟悉，化難為易，迅速求解。

考點五：有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合推斷題

高考中此類題屬于選考，一般賦分15分，重在考查思維建模能力。

【例5】（2013·海南卷）圖A所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系中（具體反應(yīng)條件略），a、b、c和d分別為四種短周期元素的常見單質(zhì)，其余均為它們的化合物，i的溶液為常見的酸，a的一種同素異形體的晶胞如圖B所示。

回答下列問題：

（1）圖B對應(yīng)的物質(zhì)名稱是________，其晶胞中的原子數(shù)為________，晶體類型為________。

（2）d中元素的原子核外電子排布式為________。

（3）圖A中由兩種元素組成的物質(zhì)中，沸點最高的是________，原因是___________________，該物質(zhì)的分子構(gòu)型為________，中心原子的雜化軌道類型為________。

（4）圖A中的雙原子分子中，極性最大的分子是________。

（5）k的分子式為________，中心原子的雜化軌道類型為________，屬于________（填“極性”或“非極性”）分子。

【審題要點】本題審題在讀懂“信息”，找到突破口，逆推順證。

【解析】信息①：圖B?a原子周圍形成4個鍵?a為碳或硅?均攤法：晶胞中原子數(shù)為8。

信息②：a為短周期元素的常見單質(zhì)?a為碳。

信息③：a＋H2O→b（單質(zhì)）＋f?C＋H2O→H2＋CO?b為H2，f為CO。

信息④：b（H2）＋c（單質(zhì)）→H2O?c為O2。

信息⑤：f（CO）＋c（O2）→g?CO＋O2→CO2?g為CO2。

信息⑥：b（H2）＋d（單質(zhì)）→i（酸）?H2＋Cl2→HCl?i為HCl?i溶液為鹽酸。

信息⑦：f（CO）＋d（Cl2）→k?k的分子式為COCl2。

信息⑧：圖A中由兩種元素組成的物質(zhì)?CO、CO2、HCl、H2O?沸點最高的為H2O。

【答案】（1）金剛石 8 原子晶體

（2）1s22s22p63s23p5（寫［Ne］3s23p5也可）

（3）H2O 分子間形成氫鍵 V形（或角形） sp3

（4）HCl

（5）COCl2sp2極性

【以點帶面】

（作者單位：湖北省公安縣教育局教研室）