高考化学精品【一轮复习】PPT第六章 第31讲　晶体结构与性质

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考点一　常见物质的聚集状态　晶体与非晶体
考点三　常见晶体的类型及性质
1．了解晶体和非晶体的区别。2.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。3.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中构成粒子、粒子间作用力的区别。4.了解分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。
1．物质的聚集状态(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有____、______以及介乎____和______之间的塑晶态、液晶态等。(2)等离子体和液晶①等离子体：由____、______和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体。具有良好的导电性和流动性。②液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的导热性、光学性质等。
2．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较
(2)获得晶体的途径①熔融态物质凝固。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。
正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在物质的三态相互转化过程中只是分子间距离发生了变化。(　　)(2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　　)(3)晶体有自范性但排列无序。(　　)(4)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。(　　)(5)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。(　　)
1．下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是(　　)A．液晶中分子的长轴取向一致，表现出类似晶体的各向异性B．等离子体是一种特殊的气体，由阳离子和电子两部分构成C．纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化D．超分子内部的分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体
题组一　物质聚集状态的多样性
解析：等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体，故B错误；纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化，熔点可能下降，故C正确。
2．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，下列有关玻璃态水的叙述正确的是(　　)A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C．玻璃态是水的一种特殊状态D．在玻璃态水的X射线图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，因密度与普通液态水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
题组二　晶体与非晶体的区别
3．下列关于晶体和非晶体的说法正确的是(　　)A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质B．晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同D．晶体和非晶体之间不可以相互转化
解析：晶体的许多物理性质常常会表现出各向异性，A不正确；晶体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，B不正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D不正确。
4．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(　　)A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则的几何外形的晶体B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点D．两者的X射线图谱是相同的
解析：观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排列，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。
1．晶胞的概念及计算(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，晶体中晶胞的排列——无隙并置。①无隙：相邻晶胞之间没有________。②并置：所有晶胞都是____排列的，____相同。
(2)晶胞中粒子数的计算方法——均摊法①长方体（包括立方体）晶胞
②三棱柱晶胞③六棱柱晶胞
(3)晶胞中粒子配位数的计算一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数，它反映了晶体中粒子排列的紧密程度。①晶体中原子（或分子）的配位数若晶体中的粒子为同种原子（或同种分子），则某原子（或分子）的配位数指的是该原子（或分子）最接近且等距离的原子（或分子）的数目，常见晶胞的配位数如下：
②离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
2．常见晶体结构模型(1)共价晶体
①金刚石晶体中，每个C与相邻__个C形成共价键，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是__元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键是__ ml。②SiO2晶体中，每个硅原子与__个氧原子成键，每个氧原子与__个硅原子形成共价键，最小的环是____元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是__原子，1 ml SiO2中含有__ ml Si—O。
(2)分子晶体①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有____个。②冰晶体中，每个水分子与相邻的__个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成__ ml氢键。
(3)离子晶体——NaCl、CsCl、CaF2
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引__个Cl－，每个Cl－同时吸引__个Na＋，配位数为__。每个晶胞含__个Na＋和__个Cl－。②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引__个Cs＋，每个Cs＋吸引__个Cl－，配位数为__。③CaF2型：在晶体中，每个Ca2+吸引__个F－，每个F－吸引__个Ca2+，每个晶胞含__个Ca2+，__个F－。
(4)混合型晶体——石墨石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是____________，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是__，碳原子采取的杂化方式是________。
题组一　晶胞中粒子数及化学式的计算
1．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料，如镧(La)镍(Ni)合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物。某镧镍储氢合金晶胞结构如图，该材料中镧、镍、氢的原子个数比为(　　)A．8∶9∶10 B．1∶5∶6C．1∶5∶3 D．1∶5∶5
2．如图所示晶体结构是一种具有优良的压电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元（晶胞）。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是（各元素所带电荷均已略去）(　　)A．8；BaTi8O12 B．8；BaTi4O9C．6；BaTiO3 D．3；BaTi2O3
3．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为_________。解析：每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根的离子符号为______。
题组二　常见晶体结构的分析
4．（2024·安徽亳州联考）以下是几种晶体的结构模型。下列说法正确的是(　　)
A．NaCl晶体中，每个晶胞中含有4个NaCl分子B．CsCl晶胞中，每个Cl－周围与其最近且等距的Cs＋有8个D．干冰晶体熔化时破坏的化学键有范德华力和共价键
5．(1)如图为钛酸钡晶体的晶胞结构，该晶体经X射线衍射实验分析得出，重复单元为立方体，顶角位置被Ti4+所占据，体心位置被Ba2+所占据，棱心位置被O2-所占据。①写出该晶体的化学式：_____________。②若将Ti4+置于晶胞的体心，Ba2+置于晶胞顶角，则O2-处于立方体的____位置。③Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数分别为________。
(2)Li2S是目前正在开发的锂离子电池的新型固体电解质，其晶胞结构如图所示，已知晶胞参数a＝588 pm，S2-的配位数为__。解析：以最右面中心S2-分析，连接的左边的晶胞中有4个锂离子，则右边的晶胞中也应该有4个锂离子，因此配位数为8。
1．常见晶体类型(1)四种晶体类型的比较
(2)过渡晶体纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。如Na2O和Al2O3晶体中都含有离子键的成分，它们既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，Na2O更偏向____晶体，Al2O3更偏向____晶体。
2．晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)相同类型晶体①金属晶体：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高。②离子晶体：阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。③共价晶体：原子半径越小，键长越短，熔、沸点越高。④分子晶体：a.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常高。b.组成和结构不相似的分子晶体（相对分子质量接近），其分子的极性越大，熔、沸点越高。
正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　　)(2)离子晶体一定都含有金属元素。(　　)(3)分子晶体不导电，溶于水后也都不导电。(　　)(4)共价晶体中共价键越弱，熔点越低。(　　)(5)金属晶体能导电是因为金属晶体在外加电场作用下可失去电子。(　　)
1．在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是________________。(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________。(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________。
题组一　晶体类型的判断
NaOH、(NH4)2S
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是______。(5)其中形成的晶体是分子晶体的是________________________________。(6)其中含有极性共价键的共价晶体是______________。
H2O2、CO2、CCl4、C2H2、晶体氩
2．五种物质的一些性质如表：晶体类型：单质硫是____晶体；单质硼是____晶体；氯化铝是____晶体；苛性钾是____晶体；锑是____晶体。
解析：单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，为共价晶体；氯化铝为共价化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，为离子晶体；锑固态时导电，属于金属晶体。
判断晶体类型的常见方法(1)依据粒子的构成来看：由阴、阳离子构成的晶体，则为离子晶体；由分子构成的晶体，则为分子晶体；由金属或合金构成的晶体，则为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断：一般，熔点达到几千度以上的，为共价晶体；熔点在几百至一千度左右的，为离子晶体；熔点很低的，为分子晶体。金属晶体的熔点有大有小。(3)依据导电性来看：离子晶体在熔融状态或水溶液中均可以导电；共价晶体一般不导电；金属晶体可以导电；分子晶体在熔融状态下肯定不导电，但在水溶液中，有部分会导电。
题组二　晶体熔、沸点的比较
3．关于下列晶体的熔、沸点高低排列判断不正确的是(　　)A．CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4B．金刚石>碳化硅>晶体硅C．H2O＞H2S＞H2Se＞H2TeD．NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
解析：组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高，则晶体熔、沸点由低到高顺序为CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4，故A正确；共价晶体的键长越短，共价键越强，熔、沸点越高，键长为C—C＜C—Si＜Si—Si，则熔、沸点由高到低为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故B正确；水分子间能够形成氢键，其余不能，分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高，则晶体熔、沸点由高到低顺序为H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，故C不正确；离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高，F、Cl、Br、I的离子半径依次增大，则熔、沸点由高到低：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，故D正确。
4．(1)FeF3具有较高的熔点（高于1 000 ℃），其化学键类型是______，FeBr3的相对分子质量大于FeF3，但其熔点只有200 ℃，原因是____________________________________________________________。(2)已知：K2O的熔点为770 ℃，Na2O的熔点为1 275 ℃，二者的晶体类型均为________，K2O的熔点低于Na2O的原因是______________________________________________。
子晶体，FeBr3的化学键以共价键为主，属于分子晶体
K＋的半径大于Na＋，故
Na2O离子键强，熔点高
(3)已知氨（NH3，熔点：－77.8 ℃、沸点：－33.5 ℃），联氨（N2H4，熔点：2 ℃、沸点：113.5 ℃），解释其熔、沸点高低的主要原因：______________________________________________。(4)已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是____（填化学式），其理由是_________________________________________________________________。
间形成氢键的数目多于氨分子形成的氢键
两种晶体均为共价晶体，N和B原子半径较小，
比较不同晶体熔、沸点的基本思路首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
1．（2024·山东卷）下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是(　　)A．金刚石(C)B．单晶硅(Si)C．金刚砂(SiC)D．氮化硼（BN，立方相）
解析：金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)，都为共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，在这几种晶体中，键长：Si—Si>Si—C>B—N>C—C，所以熔点最低的为单晶硅。
2．（2023·北京卷）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(　　)A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键B．三种物质中的碳原子都是sp3杂化C．三种物质的晶体类型相同D．三种物质均能导电
解析：原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，A项正确；金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，B项错误；金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体，C项错误；金刚石中没有自由移动的电子，不能导电，D项错误。
3．（2024·甘肃卷）β­-MgCl2晶体中，多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示，其中部分结构显示为图乙，下列说法错误的是(　　)A．电负性：MgCCl4>CH4D．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
9．（2025·广东湛江高三期末）甲为碳单质的一种晶体，其二维结构图如图，乙为C、K原子构成的一种晶体，其二维结构图如图。下列叙述错误的是(　　)A．甲、乙的二维材料都具有良好的导电性B．甲、乙中碳原子都是sp2杂化C．乙的化学式为KC12D．甲中碳原子数与C—C键数之比为2∶3
10．（2024·江西重点中学联盟3月联考）Ce的某种氧化物具有良好的储氧放氧能力，可作为氧载体参与有机物氧化反应，其中Ce为面心立方堆积，O填充在Ce立方晶格所有的正四面体空隙中（如图，未标注全部的O）。下列说法错误的是(　　)
A．该氧化物化学式为CeO2B．氧原子周围等距且最近氧原子个数为6C．若反应后，晶胞中O脱离形成一个O的空位，则该物质中Ce3+与Ce4+的个数比为1∶3D．若顶点位置原子位于体心时，则面心原子位于棱心
11．（2025·八省联考四川卷）一种具有钙钛矿结构的光催化剂，其四方晶胞结构如图所示(α＝β＝γ＝90°)，NA是阿伏加德罗常数的值。
下列说法错误的是(　　)A．该物质的化学式为PbTiO3
二、非选择题（共16分）12．（16分）下表数据是8种物质的熔点：请根据上表中的信息回答下列问题：
(1)上述涉及的元素中最活泼非金属元素原子核外电子排布式是________，其核外有__种不同运动状态的电子，能量最高且相同的电子有__个。上述元素能形成简单离子的半径由大到小的顺序：________________________（用离子符号表示）。解析：题述涉及元素中最活泼非金属元素是氟元素，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p5，有9种不同运动状态的电子，能量最高且相同的电子为2p电子，有5个；电子层数越多，离子半径越大，电子层结构相同，核电荷数越小，离子半径越大，则能形成简单离子的半径由大到小的顺序为Cl－>O2->F－>Na＋>Al3+。
Cl－>O2->F－>Na＋>Al3+
(3)不能用于比较Na与Al金属性相对强弱的事实是__（填字母）。A．最高价氧化物对应水化物的碱性B．Na最外层1个电子，Al最外层3个电子C．单质与H2O反应的难易程度D．比较同浓度NaCl和AlCl3溶液的pH
解析：最高价氧化物对应水化物的碱性越强，该元素的金属性越强，故A正确；元素金属性强弱与最外层电子数无关，与得失电子难易程度有关，故B错误；单质与H2O反应的难易程度能判断其单质的还原性强弱，从而确定元素金属性强弱，故C正确；比较同浓度NaCl和AlCl3溶液的pH来判断其金属元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，从而确定其金属性强弱，故D正确。
(4)③比④熔点高出很多，其原因是________________________________。①和②都属于离子晶体，但①比②的熔点高，请解释原因：____________________________________________________________________________________________。
AlF3是离子晶体，AlCl3是分子晶体
氯离子半径小且氧离子带2个电荷，故Na2O的离子键比NaCl强，熔点比