2022高考化学第12章物质结构与性质第3节晶体结构与性质考点2常见晶体的结构和性质讲与练含解析

第12章（物质结构与性质）李仕才考点二　常见晶体的结构和性质　1．金属键、金属晶体(1)金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。(2)本质——电子气理论该理论认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”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。(3)金属晶体的物理性质及解释在金属晶体中，金属离子与自由电子以金属键相互结合。金属都具有优良的导电性、导热性和延展性。用电子气理论可解释如下：2．四种类型晶体的比较17\n3.离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成1摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位为kJ·mol－1。(2)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。4．典型晶体模型17\n17\n17\n5．石墨晶体石墨晶体是混合型晶体，呈层状结构。同层内碳原子以共价键形成正六边形平面网状结构，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。层与层之间以分子间作用力结合。所以石墨晶体熔、沸点很高，但硬度不大，有滑腻感，能导电。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。(　×　)17\n2．晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(　×　)3．在分子晶体中一定有范德华力和化学键。(　×　)4．金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个。(　√　)5．金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。(　×　)6．在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个。(　√　)7．在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个。(　√　)8．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　×　)9．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　×　)10．离子晶体一定都含有金属元素。(　×　)1．只有在分子晶体中存在两种作用力，分子间存在的分子间作用力和分子内部的化学键(稀有气体形成的晶体除外)。2．影响分子晶体的物理性质的是分子间作用力而不是化学键，而影响原子晶体、离子晶体物理性质的是化学键(共价键和离子键)。3．原子晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。4．含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。5．原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1710℃，MgO的熔点为2852℃。6．金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97℃，尿素的熔点为132.7℃。晶体的结构与性质1．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)①SiO2和SO3　②晶体硼和HCl　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　⑥硫黄和碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥D．①③⑤解析：本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘，属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石，但晶体氖是由稀有气体分子构成的，分子间不存在化学键。17\n答案：C2．下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是(　　)A．分子晶体中一定含有共价键B．原子晶体中共价键越强，熔点越高C．离子晶体中含有离子键，不含有共价键D．金属阳离子只能存在于离子晶体中解析：稀有气体晶体为分子晶体，不含共价键，A项错误；原子晶体中共价键越强，熔点越高，B项正确；离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，C项错误；金属阳离子也可以存在于金属晶体中，D项错误。答案：B3．最近科学家成功的制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为一种空间网状的无限伸展结构，下列对该晶体叙述错误的是(　　)A．该物质的化学式为CO2B．晶体的熔沸点高、硬度大C．晶体中碳原子数与C—O化学键数之比为1∶4D．该物质的性质与二氧化碳相似解析：晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数比＝1∶2，化学式为CO2，A正确；该化合物晶体属于原子晶体，熔沸点高，硬度大，B正确；该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，C原子与C—O化学键数目之比为1∶4，C正确；该化合物晶体属于原子晶体，二氧化碳为分子晶体，性质与二氧化碳不相似，D错误。答案：D4．下列各物质熔化时，所克服的粒子间作用力相同的是(　　)A．Na2O和SO3B．Mg和SiC．NaOH和NaClD．AlCl3和MgCl2解析：Na2O、NaOH、NaCl、MgCl2熔化时破坏离子键；SO3和AlCl3熔化时克服分子间作用力；Mg熔化时克服金属键；Si熔化时克服共价键。答案：C5．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　)A．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子17\n解析：氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等且最近的Na＋共12个，距离相等且最近的Cl－共6个。答案：B6．下面是C60、金刚石和二氧化碳的结构模型。请回答下列问题：(1)从晶体类型来看，C60属于________晶体。(2)二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O原子形成的最小环上O原子的数目是________，晶体硅中硅原子与共价键的个数比为________。(3)图丙是二氧化碳的晶胞模型，图中显示出的二氧化碳分子数为14个。实际上一个二氧化碳晶胞中含有________个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。解析：(1)C60有固定的组成，不属于空间网状结构，熔沸点远低于金刚石等原子晶体，为分子晶体。(2)金刚石中最小的环为六元环，二氧化硅结构跟金刚石结构相似，Si、O原子形成的最小环上应有6个Si原子，每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子，则Si、O原子形成的最小环上O原子的数目是6；在晶体中，每个Si原子形成4个共价键，每一个共价键中Si的贡献为，则平均1个Si原子形成2个共价键，所以晶体硅中硅原子与共价键的个数比为1∶2。(3)干冰晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳分子数为8×＋6×＝4，每个CO2分子中含有2个σ键和2个π键，σ键与π键的个数比为1∶1。答案：(1)分子　(2)6　1∶2　(3)4　1∶17．碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：17\n(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(2)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________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。解析：(1)该化合物熔点为253K，沸点为376K，熔沸点较低，所以为分子晶体；(2)根据均摊法来计算。①石墨烯晶体中，每个碳原子被3个六元环共有，每个六元环占有的碳原子数是6×1/3＝2；②每个碳原子形成4个共价键，每2个共价键即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个碳原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个碳原子可形成一个平面，而每个碳原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个碳原子共面。答案：(1)分子　(2)①3　2　②12　48．Ⅰ.下列数据是对应物质的熔点，有关判断错误的是(　　)A．只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体B．在共价化合物中各原子都形成8电子结构C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高Ⅱ.如图为几种晶体或晶胞的构型示意图。17\n请回答下列问题：(1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是____________。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为______________________________________________。(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是___________________________________________________________________________。(4)每个铜晶胞中实际占有________个铜原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。(5)冰的熔点远高于干冰，除因为H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是______________________________________________________________________________________。解析：Ⅰ.A项含有金属阳离子的可能为金属晶体；B项共价化合物中各原子不一定都形成8电子结构，如BCl3。Ⅱ.(1)分析各种物质的晶胞发现以共价键结合的晶体为金刚石晶体。(2)结合不同晶体的熔点特点及氢键的知识确定熔点高低顺序为金刚石，氧化镁，氯化钙，冰，干冰。(4)分析铜晶胞的特点，顶点的铜原子为8×1/8＝1，位于面上的Cu为6×1/2＝3，所以实际占有4个铜原子。答案：Ⅰ.A、BⅡ.(1)金刚石晶体(2)金刚石，氧化镁，氯化钙，冰，干冰(3)小于　镁离子和氧离子电荷数大于钠离子和氯离子，并且离子半径氧比氯小，镁比钠小17\n(4)4　8(5)冰在晶态时存在氢键，而干冰没有　一、晶体类型的判断1依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用力是范德华力。(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用力是金属键。2依据物质的分类判断(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、绝大多数酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质及合金是金属晶体。3依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高；(2)原子晶体的熔点很高；(3)分子晶体的熔点较低；(4)金属晶体多数熔点高，但也有比较低的。4依据导电性判断(1)离子晶体溶于水或处于熔融状态时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。(4)金属晶体是电的良导体。5依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大(或硬而脆)；(2)原子晶体硬度大；(3)分子晶体硬度小且较脆；(4)金属晶体多数硬度大且具有延展性，但也有硬度较低的。1．下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是(　　)A．O2和SiO2B．NaI和I217\nC．CO2和H2OD．CCl4和NaCl解析：A项，O2是分子晶体，SiO2是原子晶体；B项，NaI是离子晶体，I2是分子晶体；C项，CO2和H2O都是分子晶体；D项，CCl4是分子晶体，NaCl是离子晶体。答案：C2．根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中，错误的是(　　)NaClMgCl2AlCl3SiCl4单质B熔点/℃810710190－682300沸点/℃14651418182.7572500A.SiCl4是分子晶体B．单质B是原子晶体C．AlCl3加热能升华D．MgCl2所含离子键的强度比NaCl大解析：原子晶体具有高熔点、密度大、不能导电等性质，而MgCl2、NaCl等离子化合物形成的晶体虽然也具有较高的熔沸点、较大的硬度，但它们在水溶液或熔融状态下能导电。分子晶体熔沸点低、硬度小、不导电，熔融时无化学键断裂，据这些性质可确定晶体类型。根据上述性质特点及表中数据分析，NaCl的熔、沸点均比MgCl2高，所以NaCl晶体中的离子键应比MgCl2强，D不正确。答案：D3．下列晶体分类中正确的一组是(　　)离子晶体原子晶体分子晶体ANaOHArSO2BH2SO4石墨SCCH3COONaSiO2CO2DBa(OH)2金刚石玻璃解析：Ar属于分子晶体，A错误；石墨属于混合晶体，H2SO4属于分子晶体，B错误；CH3COONa属于离子晶体，SiO2属于原子晶体，CO2属于分子晶体，C正确；玻璃属于玻璃态物质，不属于晶体，D错误。答案：C4．X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法中不正确的是(　　)A．X的单质固态时为分子晶体B．Y的单质为原子晶体C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体D．X与碳形成的化合物为分子晶体17\n解析：由题意可知，X是O，Y是Si。固态O2及O与碳形成的化合物(CO、CO2)均为分子晶体，Si的单质为原子晶体，A、B、D正确；SiO2为原子晶体，C错误。答案：C5．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电：________。(2)溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电：________。(3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：________。(4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：________。(5)SiI4：熔点120.5℃，沸点287.4℃，易水解：________。(6)硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大：________。(7)硒：熔点217℃，沸点685℃，溶于氯仿：________。(8)锑：熔点630.74℃，沸点1750℃，导电：________。解析：晶体的熔点高低、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据。原子晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔融态的导电性不同。原子晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或其水溶液都能导电。原子晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般原子晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。金属晶体能导电。答案：(1)原子晶体　(2)分子晶体　(3)分子晶体(4)离子晶体　(5)分子晶体　(6)原子晶体(7)分子晶体　(8)金属晶体6．现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550℃Li：181℃HF：－83℃NaCl：801℃硅晶体：1410℃Na：98℃HCl：－115℃KCl：776℃硼晶体：2300℃K：64℃HBr：－89℃RbCl：718℃二氧化硅：1723℃Rb：39℃HI：－51℃CsCl：645℃　据此回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于____________________________。(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电17\n(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为______________________________________________。解析：(1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。答案：(1)原子　共价键(2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)②④(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高二、物质熔沸点高低的比较1不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律(1)原子晶体>离子晶体>分子晶体。(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等金属的熔、沸点很高，汞、铯等金属的熔、沸点很低。2同种类型晶体的熔、沸点的比较(1)原子晶体→→→如熔点：金刚石>碳化硅>硅。(2)离子晶体①一般地，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度也越大。(3)分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；能形成氢键的分子晶体熔、沸点反常的高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②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，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。17\n如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>(4)金属晶体①金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属的熔、沸点越高，如熔、沸点：Na<Mg<Al。②合金的熔点比组成合金的纯金属低。7．下面的排序不正确的是(　　)A．熔点由高到低：Na>Mg>AlB．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅C．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4D．晶格能由大到小：NaF>NaCl>NaBr>NaI解析：A项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na，错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C<C—Si<Si—Si，则硬度由大到小为金刚石>碳化硅>晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4<CCl4<CBr4<CI4，正确；D项，电荷相同的离子，离子半径越小，晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径由小到大，则晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI，正确。答案：A8．下列晶体熔、沸点由高到低的顺序正确的是(　　)①SiC　②Si　③HCl　④HBr　⑤HI　⑥CO　⑦N2　⑧H2A．①②③④⑤⑥⑦⑧B．①②⑤④③⑥⑦⑧C．①②⑤④③⑦⑥⑧D．⑥⑤④③②①⑦⑧解析：一般来说，晶体熔、沸点高低顺序是：原子晶体>离子晶体>分子晶体，原子晶体熔、沸点与键长成反比，分子晶体熔、沸点与相对分子质量成正比，但含有氢键的熔、沸点较高，SiC和Si是原子晶体，熔、沸点较高，键长Si—C<Si—Si，所以熔、沸点SiC>Si；剩余这些物质都是分子晶体，且都不含氢键，相对分子质量大小顺序是⑤④③⑥⑦⑧，氮气为非极性分子、CO为极性分子，极性分子熔、沸点高于非极性分子，所以所有物质熔、沸点高低顺序是①②⑤④③⑥⑦⑧。17\n答案：B9．下列物质的熔沸点高低顺序正确的是(　　)A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅B．CI4>CBr4>CCl4>CH4C．MgO>H2O>N2>O2D．金刚石>生铁>纯铁>钠解析：原子晶体中共价键的键长越短，键能越大，熔沸点越高，则熔沸点为金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅，A错误；结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高，则熔沸点为CI4>CBr4>CCl4>CH4，B正确；离子晶体的熔沸点大于分子晶体，水中含有氢键，沸点比氮气、氧气的高，则熔沸点为MgO>H2O>O2>N2，C错误；熔沸点一般为原子晶体>金属晶体，合金的熔点比纯金属的低，则熔沸点为金刚石>纯铁>生铁>钠，D错误。答案：B10．下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是(　　)A．F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高B．HF、HCl、HBr的熔、沸点顺序为HF>HBr>HClC．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅D．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低解析：A项、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间的作用力有关，含有氢键时会出现反常现象，与分子内共价键无关。D项离子晶体内存在的是离子键。答案：C11．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)①O2、I2、Hg②CO、KCl、SiO2③Na、K、Rb④Na、Mg、AlA．①③B．①④C．②③D．②④解析：①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错误；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错误；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。答案：D12．已知：CH4SiH4NH3PH3沸点(K)101.7161.2239.7185.417\n分解温度(K)8737731073713.2分析上表中四种物质的相关数据，请回答：(1)CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，沸点高低的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，分解温度高低的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。综合上述数据和规律判断，一定压强下HF和HCl的混合气体降温时________先液化。解析：(1)CH4和SiH4比较，相对分子质量大的沸点高，而NH3和PH3比较，氨气分子间形成氢键沸点高。(2)键长越短，键能越大，分子越稳定，分解温度就越高，分解破坏的均为共价键，C—H的键能大于Si—H的键能，N—H键的键能大于P—H键的键能；一定压强下，沸点高的气体先液化，HF分子间存在氢键，沸点高，则HF和HCl的混合气体降温时HF先液化。答案：(1)CH4和SiH4比较，SiH4相对分子质量大，分子间作用力大，沸点高；NH3和PH3比较，NH3分子间存在氢键，沸点高(2)分解破坏的均为共价键，C—H的键能大于Si—H的键能，N—H键的键能大于P—H键的键能　HF17