2022届老高考化学(人教版)一轮总复习学案:第32讲 晶体结构与性质 (含解析).doc
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1、第第 32 讲讲晶体结构与性质晶体结构与性质 高考备考导航 考试要求:1.能说出晶体与非晶体的区别。2.能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规 律。3.能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间 的相互作用。 名师点拨:本讲内容为高考必考内容,晶体结构知识主要考查晶体构成微粒的直径、核 间距、晶体密度、晶胞参数等的计算,配位数、化学式的判断,利用原子分数坐标判断晶体 中原子的相对位置。晶体性质知识主要考查晶体类型的判断,晶体熔沸点高低的比较及原因 解释。难度以中等或中等偏难为主,预计 2022 年高考命题围绕陌生物质的晶体密度、晶胞参 数计算,晶体中原子的空间
2、位置判断等知识点,考查考生触类旁通、具体问题具体分析处理 的能力。 2022 年高考备考应掌握教材中典型的分子晶体(冰、 干冰、 碘单质)、 离子晶体(NaCl、 CsCl、 CaF2)、金属晶体(Cu、Mg 等)、原子(共价)晶体(金刚石、SiO2等)的结构特点,建立常见晶体 结构的思维模型。关注社会热点、科技前沿成果中涉及的新型物质的结构,并能运用晶体模 型理论对新型物质的结构进行判断,对其性质进行预测和解释。熟练掌握运用均摊法和数学 思维解决不同晶体模型的有关计算。 考点一晶体和晶胞 核心知识梳理 1晶体 (1)晶体与非晶体的比较 比较晶体非晶体 结构特征 结构微粒(原子、 离子或分子)
3、在三 维空间里呈_周期性有序_排列 结构微粒(原子、 离子或分 子)_无序_排列 性质特征 自范性_有_无_ 熔点_固定_不固定_ 异同表现_各向异性_无各向异性_ 实例水、NaCl、Fe玻璃、石蜡 两者区别方法 间接方法:测定其是否有固定的_熔点_ 科学方法:对固体进行_X射线衍射_实验 (2)获得晶体的三种途径。 熔融态物质凝固。 气态物质冷却不经液态直接_凝固(凝华)_。 溶质从溶液中析出。 微点拨具有规则几何外形的固体不一定是晶体,如玻璃。 晶体与非晶体的本质区别是晶体有自范性,非晶体无自范性。 2晶胞 (1)定义:晶胞是描述晶体结构的_基本单元_。 (2)晶体与晶胞的关系:数量巨大的
4、晶胞“_无隙并置_”构成晶体。 相邻晶胞之间没有任何间隙。 所有晶胞都是平行排列、取向相同。 (3)晶胞中粒子数目的计算方法均摊法。 如某个粒子为 n 个晶胞所共有,则该粒子有1 n属于这个晶胞。 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。 非长方体晶胞中粒子视具体情况而定 A正三棱柱晶胞中: B六棱柱晶胞中: C石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶角(1 个碳原子)被三个六边形共有,每个 六边形占1 3。 微点拨在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时, 要注意晶胞的形状, 不同形状的晶胞, 应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上 的棱、面心的微
5、粒依次被 6、3、4、2 个晶胞所共有。 3晶体结构的堆积模型 (1)晶体结构的密堆积的原理 金属原子、离子或分子在没有其他因素(如氢键)影响时,在空间的排列大都服从紧密堆积 原理。这是因为金属键、离子键和分子间作用力均没有_方向性_,因此都趋向于使原子、离 子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于周围,并以密堆积的方式_降低_体系 的能量,使晶体变得比较稳定。 (2)等径圆球的密堆积(金属晶体) 三维空间模型 A非密置层在三维空间堆积 a简单立方堆积 相邻非密置层原子的原子核在_同一直线上_的堆积, 空间利用率太低, 只有金属_钋_(Po) 采用这种堆积方式。 b体心立方堆积 将上层
6、金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中,并使非密置层的原子稍稍分离,每层 均照此堆积。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体,一个原子在立方体的_ 顶角_,另一个原子在立方体的_体心_,其空间利用率比简单立方堆积_高_,碱金属属于 这种堆积方式。 B密置层在三维空间堆积 a六方最密堆积 按 ABABAB的方式堆积,称为_A3型最密堆积_ b面心立方最密堆积 按 ABCABCABC的方式堆积,称为_A1型最密堆积_。 常见的堆积模型 三种典型结构型式面心立方最密堆积(A1)体心立方堆积(A2)六方最密堆积(A3) 常见金属Cu、Au、AgNa、K、FeMg、Zn、Ti 结构示意图 晶胞
7、配位数_12_8_12_ 空间利用率_74%_68%74% 每个晶胞所含原子数_4_2_2_ (3)非等径圆球的密堆积(离子晶体) 由于阴、阳离子的半径不同,因此离子晶体为_不等径圆球_的密堆积,可以将这种堆 积方式看成是大球先按一定的方式做_等径圆球_的密堆积,小球再填充在大球所形成的_空 隙_中。 在一些离子晶体中,阴离子半径较大,应先将阴离子看成是_等径圆球_进行密堆积, 而阳离子有序地填在阴离子所形成的空隙中。例如,NaCl 晶体中的 Cl 按_A1型_方式进行最 密堆积,Na 填在 Cl所形成的空隙中;ZnS 晶体中 S2按_A1型_方式进行最密堆积,Zn2填 入 S2 所形成的空隙
8、中。 4晶体结构的相关计算 (1)晶胞计算公式(立方晶胞)。 a3NAnM(a 为棱长;为密度;NA为阿伏加德罗常数的数值;n 为 1 mol 晶胞所含基本 粒子或特定组合的物质的量;M 为该粒子或特定组合的摩尔质量)。 (2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为 a)。 面对角线长 2a。 体对角线长 3a。 体心立方堆积 4r 3a(r 为原子半径)。 面心立方堆积 4r 2a(r 为原子半径)。 (3)空间利用率晶胞中微粒体积 晶胞体积 。 基础小题自测 1判断正误,正确的打“”,错误的打“”。 (1)凡是有规则外形的固体一定是晶体() (2)晶体与非晶体的本质区别
9、:是否有自范性() (3)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。() (4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。() (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)通过 X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。() (7)粉末状的物质不是晶体,具有各向异性的固体一定是晶体。() (8)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。 () (9)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。() (10)A1型最密堆积又称为六方最密堆积。() (11)A1型最密堆积和 A3型最密堆积的配位数均为 12。() (12)体心立方堆积的金属晶体的晶胞
10、中含有 4 个原子。() (13)金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞(),晶胞的边长为 a。假定金属钠原子为 等径的刚性球,且晶胞中处于体对角线上的三个球相切,则钠原子的半径 r 为 3a 4 。() 2深度思考 某物质的晶体中含有 A、B、C 三种元素,其原子排列方式如图所示(其中前后两面面心中 的 B 元素的原子未能画出)。则晶体中 A、B、C 的原子个数比为(A) A131B231 C221D133 考点突破提升 微考点 1晶体与非晶体的比较 典例 1 (2021湖北武汉高三检测)(1)晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有 广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为 300 毫米的大直径硅单晶
11、,晶体硅大量用于电子产 业。下列对晶体硅的叙述中正确的是(C) A形成晶体硅的速率越大越好 B晶体硅没有固定的熔、沸点 C可用 X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D晶体硅的形成与晶体的自范性有关,而与各向异性无关 (2)下列说法错误的是(D) A晶体在受热熔化过程中不一定存在化学键的断裂 B原子晶体的原子间只存在共价键,而分子晶体的分子间除存在范德华力外,还有可能 存在氢键 C区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行 X射线衍射实验 D非金属元素的原子间只形成共价键,金属元素的原子和非金属元素的原子间只形成离 子键 解析分子晶体熔化时一般破坏分子间作用力,而不影响化学键,如碘单质熔化,故 A
12、正确;原子晶体的原子间只存在共价键,某些分子晶体的分子间存在范德华力和氢键,如冰 等,故 B 正确;构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征 可以通过 X射线衍射图谱反映出来, 因此, 区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体 进行 X射线衍射实验,故 C 正确;铵盐是非金属元素组成的化合物,属于离子化合物,氯 化铝是金属元素与非金属元素组成的共价化合物,故 D 错误。 对点集训 1(1)下列物质中前者为晶体,后者为非晶体的是(C) A白磷、蓝矾B陶瓷、塑料 C碘、橡胶D食盐、蔗糖 解析A 中白磷和蓝矾都是晶体;B 中二者均为非晶体;C 中碘为晶体,橡胶为非晶体;
13、D 中二者均为晶体。 (2)(2021经典习题汇编)下列有关的叙述不正确的有_(填序号)。 固体物质一定是晶体 铁、冰、玻璃是晶体 缺角的 NaCl 晶体在饱和 NaCl 溶液中会慢慢变为完美的立方体晶体体现了晶体的自范 性 晶体的熔点一定比非晶体的熔点高 晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列 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 解析固体物质分为晶体和非晶体,故错误,符合题意。玻璃是非晶体,故错误, 符合题意。晶体的自范性是指晶体能自发地呈现多面体外形的性质,缺角的氯化钠晶体在饱 和 NaCl 溶液中慢慢变为完美的立方体晶体体现了晶体的自范性
14、,故正确,不符合题意。非 晶体没有固定的熔点,不能比较熔点的高低,故错误,符合题意。晶体中粒子在微观空间 呈现周期性的有序排列,而非晶体中微粒排列无序,故正确,不符合题意。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,故正确,不符合题意。 萃取精华: 晶体与非晶体的几点理解 同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体 SiO2和非晶体 SiO2。 有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以 塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。 具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。 晶体不一定都有规则的几何外形,如玛瑙。 微考
15、点 2晶体的堆积模型 典例2 (2021湖北咸宁模拟)下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是(C) A金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式 B金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式,其配位数都是 6 C六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式 D金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式,其空间利用率相同 解析A 项,金属晶体中的原子在二维空间只有非密置层和密置层两种方式,A 错;B 项,非密置层在三维空间可以形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式,其配位数分 别是 6 和 8,B 错;D 项,金属晶中的原子在三维空间有四种堆积方式,其中六方最密堆积
16、和 面心立方最密堆积的空间利用率较高,D 错。 对点集训 2如图为金属镉的堆积方式,下列说法正确的是(D) A此堆积方式属于非最密堆积 B此堆积方式为 A1型最密堆积 C配位数为 8 D镉的堆积方式与铜的堆积方式不同 解析根据图可以看出:镉的堆积方式为“ABAB”,为 A3型,而铜的堆积方式为 A1型,故 AB 两项错误,D 项正确;A3型最密堆积的配位数为 12,即中间一层有 6 个上、下 两层各有 3 个,C 项错误。 微考点 3根据晶胞的结构求化学式、配位数、原子个数 典例 3 (1)(2021经典习题选萃)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图 1 所示。晶 胞中 Sm 和 As 原子的投
17、影位置如图 2 所示。 图中 F 和 O2共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用 x 和 1x 代表,则该 化合物的化学式表示为_SmFeAsO1xFx_;通过测定密度和晶胞参数,可以计算该物质的 x 值,完成它们关系表达式:_2281161x19x a2cNA10 30 _gcm 3。 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标, 例如图 1 中原子 1 的坐标为 1 2, 1 2, 1 2 , 则原子 2 和 3 的坐标分别为_ 1 2, 1 2,0_、 _ 0,0,1 2 _。 (2)NH4H2PO4和 LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷
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