1、1第 3 节 物质的聚集状态与物质性质考纲定位 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。3.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解金属晶体常见的堆积方式。4.了解晶体类型，了解不同类型晶体中结构微粒及微粒间作用力的区别。5.了解晶胞概念，能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。7.了解分子晶体结构与性质关系。考点 1| 晶体与晶胞(对应学生用书第 243 页)考纲知识整合1晶体与非晶体(1)晶体与非晶体比较晶体 非晶体结构特征结
2、构微粒在三维空间里呈周期性有序排列结构微粒无序排列自范性 有 无熔点 固定 不固定性质特征异同表现 各向异性 无各向异性间接方法 看是否有固定的熔点二者区别方法 科学方法 对固体进行 X射线衍射实验(2)获得晶体的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。2晶胞(1)概念：描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列无隙并置。无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；并置：所有晶胞平行排列、取向相同。(3)一般形状为平行六面体。(4)晶胞中粒子数目的计算均摊法晶胞任意位置上的一个原子如果是被 n 个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分2得的份额就是 。1n长方体(包
3、括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算非长方体：如三棱柱示例CaF2的晶胞如下图所示。该晶胞含 Ca2 4 个 ，F 8 个。高考命题点突破 命题点 1 晶体的性质1如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是( ) 【导学号：95160411】3A两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体B形成的固体物理性质有各向异性C形成的固体一定有固定的熔、沸点D二者的 X射线图谱是相同的B 会自动形成规则几何外形的晶体，具有各向异性，X 射线图谱有明锐的谱线。不会形成晶体。2(2014全国卷，节选)准晶体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
4、分晶体、准晶体和非晶体。【解析】 晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过 X射线衍射的方法进行区分，晶体能使 X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。【答案】 X射线衍射 命题点 2 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断3如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式(X 为阳离子)为_。(2)乙晶体中 A、B、C 三种微粒的个数比是_。(3)丙晶体中每个 D 周围结合 E 的个数是_。(4)乙晶体中每个 A 周围结合 B 的个数为_。【答案】 (1)X 2Y (2)131 (3)8 (4)124
5、.Zn 与 S 所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。(1)在 1 个晶胞中，Zn 2 的数目为_。(2)该化合物的化学式为_。【解析】 (1)从晶胞图分析，1 个晶胞含有 Zn2 的个数为8 6 4。(2)S 为 4 个，所以化合物中 Zn 与 S 数目之比为 11，则化学式为 ZnS。18 12【答案】 (1)4 (2)ZnS5Cu 元素与 H 元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为_。4【解析】 Cu 个数：12 2 36，H 个数：6 46。16 12 13【答案】 CuH易 错 防 范 均 摊 法 计 算 应 注 意 的 问 题在使用均摊法计算晶胞中微粒
6、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、面心依次被 6、3、4、2 个晶胞所共有。 命题点 3 晶体密度及粒子间距的计算6(2017全国卷组合)(1)(卷，节选)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为 a0.446 nm，晶胞中 K、I、O 分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K 与 O 间的最短距离为_nm，与 K 紧邻的 O 个数为_。在 KIO3晶胞结构的另一种表示中，I 处于各顶角位置，则 K 处于_位置，O 处于_位置。(2)(卷，节选)(N 5)6(H3O
7、)3(NH4)4Cl的晶体密度为 d gcm3 ，其立方晶胞参数为 a nm，晶胞中含有 y 个(N 5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为 M，则 y 的计算表达式为_。【解析】 (1)K 与 O 间的最短距离为 a 0.446 nm0.315 nm；由于 K、O 分22 22别位于晶胞的顶角和面心，所以与 K 紧邻的 O 原子为 12 个。根据 KIO3的化学式及晶胞结构可画出 KIO3的另一种晶胞结构，如下图，可看出 K 处于体心，O 处于棱心。(2)晶胞的质量为 d g/cm3(a107 cm)3 a3d10 21 g， NA个该单元的质量为 M 5g，则 ，故 y
8、 。a3d10 21 gy MNA 602a3dM (或 a3dNAM 10 21)【答案】 (1)0.315 12 体心 棱心(2)602a3dM (或 a3dNAM 10 21)7(2016全国卷，节选)GaAs 的熔点为 1 238 ，密度为 gcm3 ，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_，Ga 与 As 以_键键合。Ga 和 As 的摩尔质量分别为 MGagmol1 和 MAs gmol1 ，原子半径分别为 rGa pm 和 rAs pm，阿伏加德罗常数值为 NA，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。【解析】 GaAs 的熔点为 1 238 ，其熔点较高，据此推知
9、GaAs 为原子晶体，Ga 与As 原子之间以共价键键合。分析 GaAs 的晶胞结构，4 个 Ga 原子处于晶胞体内，8 个 As 原子处于晶胞的顶点、6 个 As 原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有 4 个 Ga 原子，含有 As 原子个数为 81/861/24，Ga 和 As 的原子半径分别为rGa pm rGa1010 cm， rAs pm rAs1010 cm，则原子的总体积为 V 原子4 ( rGa1010 cm)3( rAs1010 cm)3 1030 (r r )cm3。又知 Ga43 163 3Ga 3As和 As 的摩尔质量分别为 MGa gmol1
10、和 MAs gmol1 ，晶胞的密度为 gcm3 ，则晶胞的体积为 V 晶胞 4( MGa MAs)/N A cm3，故 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为100% 100%V原 子V晶 胞163 10 30 r3Ga r3As cm34 MGa MAs NA cm3100%。4 10 30NA r3Ga r3As3 MGa MAs【答案】 原子晶体 共价100%4 10 30NA r3Ga r3As3 MGa MAs8(2016全国卷，节选)6某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 【导学号：95160412】(1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。(2)若合金的密度为 d gcm
11、3 ，晶胞参数 a_nm。【解析】 (1)由晶胞结构图可知，Ni 原子处于立方晶胞的顶点，Cu 原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有 Cu 原子的个数为 6 3，含有 Ni 原子的个数12为 8 1，故晶胞中 Cu 原子与 Ni 原子的数量比为 31。18(2)根据 m V 可得，1 mol 晶胞的质量为(64359)g a3d gcm3 NA，则a cm 107 nm。2516.021023d13 2516.021023d13【答案】 (1)31 (2) 107 或 1072516.021023d13 3251NAd方 法 技 巧 晶 体 结 构 的 相 关 计 算1 晶胞计算
12、公式 立方晶胞 a3N A nM a：棱长， ：密度， NA：阿伏加德罗常数的值， n：1 mol 晶胞所含基本粒子或特定组合的个数， M：组成的摩尔质量 。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 a。3体心立方堆积 4r a r 为原子半径 。3面心立方堆积 4r a r 为原子半径 。23 空间利用率 。晶 胞 中 微 粒 体 积晶 胞 体 积7考点 2| 常见晶体模型的微观结构分析(对应学生用书第 245 页)考纲知识整合1原子晶体金刚石与 SiO2(1)金刚石晶体中，每个 C 与另外 4 个 C 形成共价键，碳原子采取 sp3杂化
13、，C C 键之间的夹角是 10928，最小的环是 6 元环。每个 C 被 12 个六元环共用。含有 1 mol C的金刚石中形成的 CC 有 2 mol。在金刚石的晶胞中，内部的 C 在晶胞的体对角线的 处。每个晶胞含有 8 个 C。14(2)SiO2晶体中，每个 Si 原子与 4 个 O 原子成键，每个 O 原子与 2 个 Si 原子成键，最小的环是 12 元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是 Si 原子。1 mol SiO2晶体中含SiO 键数目为 4NA，在 SiO2晶体中 Si、O 原子均采取 sp3杂化。2分子晶体干冰和冰(1)干冰晶体中，每个 CO2分子周围等距且紧邻的 CO2分
14、子有 12 个，属于分子密堆积。晶胞中含有 4 个 CO2分子。同类晶体还有晶体 I2、晶体 O2等。(2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接，含 1 mol H2O 的冰中，最多可形成 2 mol 氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有 8 个 H2O。3金属晶体(1)“电子气理论”要点该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气” ，被8所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。(2)金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。(3)金属晶体的常见堆积结构型式 常见金属 配位数 晶胞面心立方最密堆积(铜型)Cu、Ag、Au 12体心立方堆
15、积Na、K、Fe 8六方最密堆积(镁型)Mg、Zn、Ti 12简单立方堆积 Po 6说明：六方最密堆积是按 ABABAB的方式堆积，面心立方最密堆积是按ABCABCABC的方式堆积。4离子晶体(1)NaCl 型：在晶体中，每个 Na 同时吸引 6 个 Cl ，每个 Cl 同时吸引 6 个 Na ，配位数为 6。每个晶胞含 4 个 Na 和 4 个 Cl 。(2)CsCl 型：在晶体中，每个 Cl 吸引 8 个 Cs ，每个 Cs 吸引 8 个 Cl ，配位数为8。(3)CaF2型：在晶体中，F 的配位数为 4，Ca 2 的配位数为 8，晶胞中含 4 个 Ca2 ，含8 个 F 。晶胞中 Ca2
16、 在体对角线的 处。145.石墨晶体混合型晶体(1)石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力。(2)平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 2，C 原子采取的杂化方式是 sp2。(3)每层中存在 键和 键，还有金属键。(4)CC 的键长比金刚石的 CC 键长短，熔点比金刚石的高。9(5)能导电。高考命题点突破 命题点 常见晶体的微观结构分析1(2017全国卷，节选)MgO 具有 NaCl 型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X 射线衍射实验测得 MgO 的晶胞参数为 a0.420 nm，则 r(O2 )为_nm。MnO 也属于NaCl 型结构，晶胞参数为 a0.448 nm，则
17、r(Mn2 )为_nm。【解析】 O 2 采用面心立方最密堆积方式，面对角线是 O2 半径的 4 倍，即 4r(O2 ) a，解得 r(O2 )0.148 nm；根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此 2r(Mn2 )22 r(O2 )0.448 nm，所以 r(Mn2 )0.076 nm。【答案】 0.148 0.0762(2016全国卷，节选)原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge 单晶的晶胞，其中原子坐标参数 A 为(0,0,0)；B 为 ；C 为 。则 D 原子(12， 0， 12) (12， 12， 0)的坐标参数为_。 【导学号：95160413】【解析】 根据
18、题给图示可知，D 原子的坐标参数为 。(14， 14， 14)【答案】 (14， 14， 14)3(2015全国卷，节选)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：(1)在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接_个六元环，每个六元环占有_个 C 原子。(2)在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接_个10六元环，六元环中最多有_个 C 原子在同一平面。【解析】 (1)由石墨烯的结构可知，每个 C 原子连接 3 个六元环，每个六元环占有的C 原子数为 62。13(2)由金刚石的结构可知，每个 C 可参与形成 4 条 CC 键，其中任意两条边(共价键)可以构成
19、 2 个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有 6 组，6212。因此每个 C 原子连接 12 个六元环。六元环中 C 原子采取 sp3杂化，为空间六边形结构，最多有 4 个 C 原子位于同一平面。【答案】 (1)3 2 (2)12 44(2018衡水模拟)CaC 2晶体的晶胞结构与 NaCl 晶体的相似(如图所示)，但 CaC2晶体中由于哑铃形的 C 存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于 CaC2晶体的说法中正确22的是( ) 【导学号：95160414】A1 个 Ca2 周围距离最近且等距离的 C 数目为 622B该晶体中的阴离子与 F2是等电子体C6.4 g CaC 2晶
20、体中含阴离子 0.1 molD与每个 Ca2 距离相等且最近的 Ca2 共有 12 个C A 项，依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心可知，1 个 Ca2 周围距离最近的 C 有 4 个，而不是 6 个，错误；B 项，C 含电子数22 22为 26214，F 2的电子数为 18，二者电子数不同，不是等电子体，错误；C 项，6.4 g CaC2为 0.1 mol，则含阴离子 0.1 mol，正确；D 项，与每个 Ca2 距离相等且最近的 Ca2为 4 个，错误。题 后 归 纳 立 方 体 中 粒 子 周 围 粒 子 的 个 数 判 断Error!考点 3| 四种晶体的性质与判断(对应学生用书第 246 页)考纲知识整合
