晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)常見考點(diǎn)剖析

■山東省沂源縣第一中學(xué) 朱振宇

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)常見考點(diǎn)剖析

■山東省沂源縣第一中學(xué) 朱振宇

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)主要涉及晶體與非晶體、晶體類型、晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、晶體密度的計(jì)算等。下面根據(jù)選修3第三章內(nèi)容和考試說明的要求,提煉出該部分常見的重要考點(diǎn),并結(jié)合典型例題闡釋相關(guān)考點(diǎn)的考查情況。

考點(diǎn)一：晶體類型及其所含微粒之間的作用力

該考點(diǎn)主要涉及晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體、離子晶體、分子晶體、原子晶體、金屬晶體,以及構(gòu)成晶體的微粒之間作用力類型的判斷等。

例1 (1)下列變化需克服相同類型作用力的是( )。

A.碘和干冰的升華

B.硅和C60的熔化

C.氯化氫和氯化鈉的溶解

D.溴和汞的汽化

(2)N F3可由NH3和F2在C u催化劑存在下反應(yīng)直接得到：3 NH4F。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(hào))。

a.離子晶體 b.分子晶體c.原子晶體 d.金屬晶體

(4)硼砂是含結(jié)晶水的四硼酸鈉,其陰離子Xm-(含B、O、H三種元素)的球棍模型如圖1所示。硼砂晶體由N a+、Xm-和H2O構(gòu)成,它們之間存在的作用力有(填序號(hào))。

A.離子鍵 B.共價(jià)鍵 C.金屬鍵D.范德華力 E.氫鍵

解析：(1)碘和干冰都是由分子構(gòu)成的分子晶體,分子間存在范德華力,升華是物理變化,需要克服范德華力,A項(xiàng)正確。硅是原子晶體,C60是分子晶體,熔化時(shí)分別需要克服共價(jià)鍵、范德華力,B項(xiàng)錯(cuò)誤。氯化氫是共價(jià)化合物,氯化鈉是離子化合物,二者溶解時(shí)分別要克服共價(jià)鍵、離子鍵,C項(xiàng)錯(cuò)誤。溴是分子晶體,汞是金屬晶體,二者汽化時(shí)分別要克服范德華力、金屬鍵,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

(2)NH3、F2、N F3都是由分子構(gòu)成的分子晶體,b項(xiàng)正確;NH4F是由離子構(gòu)成的離子晶體,a項(xiàng)正確;C u是金屬晶體,d項(xiàng)正確。

(3)觀察反應(yīng)方程式可知左右相差2個(gè)K、1個(gè)S,則A的化學(xué)式為K2S,K2S由K+、S2-構(gòu)成,屬于離子晶體。

(4)N a+、Xm-之間存在離子鍵,H2O與H2O之間存在范德華力和氫鍵,N a+、Xm-和H2O之間不存在共價(jià)鍵和金屬鍵。

答案：(1)A (2)a、b、d (3)離子晶體(4)A、D、E

點(diǎn)評(píng)：金屬氧化物(如K2O、N a2O2等)、強(qiáng)堿(N a OH、KOH等)和絕大多數(shù)鹽是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除了金剛石、石墨、晶體硅等)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除S i O2外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等。常見的化合類原子晶體有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)是金屬晶體。

圖1

考點(diǎn)二：晶體的性質(zhì)（主要指熔點(diǎn)高低）及其原因

該考點(diǎn)主要考查不同類別晶體的熔、沸點(diǎn)等性質(zhì)的變化規(guī)律,通過構(gòu)成微粒及其相互作用力的大小進(jìn)行判斷或解釋原因。

例2 (1)N a的單質(zhì)和S i的單質(zhì)相比,熔點(diǎn)較高的是。

(3)N i O、F e O的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同,N i2+和F e2+的離子半徑分別為6 9p m和7 8p m,則熔點(diǎn)N i O F e O(填“＜”或“＞”)。

(4)M g O晶體結(jié)構(gòu)與N a C l相同,M g O熔點(diǎn)高于N a C l的原因是。

解析：(1)N a是金屬晶體,易熔化,S i是原子晶體,很難熔化。

(2)二者都是離子晶體,且陰、陽離子電荷數(shù)均為1,但陽離子半徑前者小于后者,陰離子半徑前者小于后者,則晶格能前者大于后者,N a F的熔點(diǎn)較高。

(3)N i O由N i2+和O2-構(gòu)成,F e O由F e2+和O2-構(gòu)成,離子半徑：N i2+＜F e2+,晶格能：N i O＞F e O,晶格能越大,熔化時(shí)需要克服離子之間的作用力越大,熔點(diǎn)：N i O＞F e O。

(4)M g O由M g2+和O2-構(gòu)成,N a C l由N a+和C l-構(gòu)成,陽離子半徑：M g2+＜N a+,陰離子半徑：O2-＜C l-,晶格能：M g O＞N a C l,則熔點(diǎn)：M g O＞N a C l。

答案：(1)S i (2)＞ 二者均為離子化合物,且陰、陽離子電荷數(shù)均為1,但后者的離子半徑較大,離子鍵較弱,因此前者的熔點(diǎn)高于后者 (3)＞ (4)晶格能大

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于不同類型晶體,熔、沸點(diǎn)高低一般為：原子晶體＞離子晶體＞分子晶體。組成、結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,熔、沸點(diǎn)高低與相對(duì)分子質(zhì)量的大小成正比;組成、結(jié)構(gòu)相似的原子晶體,熔、沸點(diǎn)高低主要看共價(jià)鍵的強(qiáng)弱;離子晶體的熔點(diǎn)與晶格能有關(guān)系,形成離子鍵的離子半徑越小,離子所帶電荷數(shù)越多,離子鍵越強(qiáng),晶格能越大,熔點(diǎn)就越高。

考點(diǎn)三：晶胞結(jié)構(gòu)與晶體的化學(xué)式和密度

該考點(diǎn)主要涉及典型晶體的晶胞的辨認(rèn)、判斷某微粒的配位數(shù)、根據(jù)均攤法等計(jì)算晶體的化學(xué)式,以及晶胞的體積、阿伏加德羅常數(shù)、1m o l晶胞的數(shù)目和質(zhì)量、晶胞或晶體的密度等,這是近年高考考查的熱點(diǎn)。

例3 (1)C a C2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與N a C l晶體的相似(如圖2所示),但C a C2晶體中含有的啞鈴形C22-的存在,使晶胞沿一個(gè)方向拉長(zhǎng)。C a C2晶體中1個(gè)C a2+周圍距離最近的C22-數(shù)目為。

圖2

(2)金屬鎳與鑭(L a)形成的合金是一種良好的儲(chǔ)氫材料,其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,該合金的化學(xué)式為。

圖3

(3)鉛、鋇、氧形成的某化合物的晶胞結(jié)構(gòu)是：P b4+處于立方晶胞頂點(diǎn),B a2+處于晶胞中心,O2-處于晶胞棱邊中心,該化合物化學(xué)式為,每個(gè)B a2+與個(gè)O2-配位。

(4)六方氫化硼在高溫高壓下,可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼,其結(jié)構(gòu)與金剛石相似,硬度與金剛石相當(dāng),晶胞邊長(zhǎng)為3 6 1.5×1 0-10c m,立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)氮原子、4個(gè)硼原子,立方氮化硼的密度是g·c m-3(只要求列算式,不必計(jì)算出數(shù)值,阿伏加德羅常數(shù)為NA)。

(5)用晶體的X射線衍射法可以測(cè)得阿伏加德羅常數(shù)。對(duì)金屬銅的測(cè)定得到以下結(jié)果：晶胞為面心立方最密堆積,邊長(zhǎng)為3 6 1× 1 0—10c m。又知銅的密度為9.0 0g·c m—3,則銅晶胞的體積是c m3,晶胞的質(zhì)量是

g,阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值為(列式計(jì)算)。

解析：(1)依題意,將N a C l立方晶胞沿上下方向拉長(zhǎng),左右前后方向不拉長(zhǎng),即得到C a C2晶胞,1個(gè)C a2+周圍距離最近的C22-數(shù)目不再是6個(gè),而是4個(gè)。

(4)1個(gè)立方氮化硼晶胞含有4個(gè)N,4個(gè)B,則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的質(zhì)量為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個(gè)晶胞,設(shè)每個(gè)立方氮化硼晶胞的體積為(3 6 1.5×1 0—10)3c m3,則1m o l立方氮化硼晶胞的總體積為NA

(5)銅晶胞的體積為(3 6 1×1 0—10c m)3= 4.7 0×1 0—23c m3;由m=ρ×V可知銅晶胞的質(zhì)量為9.0 0g·c m—3×4.7 0×1 0—23c m3=4.2 3 ×1 0—22g;依題意,1個(gè)銅晶胞含有=4個(gè)C u,則1m o l銅晶胞含有4m o l C u, 4m o l C u的質(zhì)量為4m o l×6 3.6g·m o l-1。1m o l銅晶胞含有NA個(gè)晶胞,則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

點(diǎn)評(píng)：(1)計(jì)算晶體密度(或微粒間距離)的思維模型為：知道微粒間距離晶胞體積密度,或已知密度求微粒間距離。(2)晶體微粒與M、ρ之間的關(guān)系：若1個(gè)晶胞中含有x個(gè)微粒,則1m o l晶胞中含有xm o l微粒,其質(zhì)量為x Mg(M為微粒的相對(duì)分子質(zhì)量);1個(gè)晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3g (a3為晶胞的體積數(shù)值),則1m o l晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3NAg,因此有x M=ρa(bǔ)3NA。

中俄界江地區(qū)生態(tài)旅游資源基礎(chǔ)雄厚，不但包括中俄界江、界湖和界島等不可復(fù)制的地理資源，同時(shí)還擁有獨(dú)特的森林系統(tǒng)、草地資源、濕地環(huán)境、山嶺地貌和眾多野生生物品種等得天獨(dú)厚的自然景觀以及傳統(tǒng)建筑、歷史遺址與少數(shù)民族風(fēng)情等具有獨(dú)特風(fēng)韻的人文景觀。中俄界江區(qū)域具有豐富的旅游文化資源，類型多樣，組合豐富，極具特色（見表1）。

針對(duì)性練習(xí)

1.氟在自然界中常以C a F2的形式存在。下列關(guān)于C a F2的表述正確的是。

a.C a2+與F-間僅存在靜電吸引作用

b.F-的離子半徑小于C l-,則C a F2的熔點(diǎn)高于C a C l2

c.陰陽離子比為2∶1的物質(zhì),均與C a F2晶體構(gòu)型相同

d.C a F2中的化學(xué)鍵為離子鍵,因此C a F2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電

(2)氧和鈉能夠形成化合物F,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖4所示,晶胞參數(shù)a=0.5 6 6n m,F的化學(xué)式為,晶胞中氧原子的配位數(shù)為。列式計(jì)算晶體F的密度(g·c m-3)：。

圖4

答案：1.b、d

2.(1)O3O3相對(duì)分子質(zhì)量較大,范德華力大 分子晶體 離子晶體

(責(zé)任編輯 謝啟剛)