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第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
單元專項提升
1.晶體與非晶體
點撥：
1.概念：
(1)晶體：質(zhì)點(分子、離子、原子)在空間有規(guī)則地排列成的、具有整齊外型、以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì)。晶體具有的規(guī)則的幾何外形源于組成晶體的微粒按一定規(guī)律周期性的重復(fù)排列。
(2)非晶體：非晶態(tài)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有周期性特點，而是雜亂無章地排列，如：玻璃、松香、明膠等。非晶體不具有晶體物質(zhì)的共性，某些非晶態(tài)物質(zhì)具有優(yōu)良的性質(zhì)
(3)晶體與非晶體的區(qū)分：
晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。許多固體的粉末用肉眼是看不見晶體的，但我們可以借助于顯微鏡觀察，這也證明固體粉末仍是晶體，只不過晶粒太小了。
晶體的熔點較固定，而非晶體則沒有固定的熔點。區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是對固體，進(jìn)行X—射線衍射實驗，X射線透過晶體時發(fā)生衍射現(xiàn)象。
特別注意：一種物質(zhì)是否晶體，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而非由外觀判斷。
2.分類：
3.晶體與非晶體的本質(zhì)差異：
自范性 微觀結(jié)構(gòu)
晶體 有(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形) 原子在三維空間里呈周期性有序排列
非晶體 沒有(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形) 原子排列相對無序
(1)自范性：晶體能自發(fā)性地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。所謂自范性即“自發(fā)”進(jìn)行，但這里要注意，“自發(fā)”過程的實現(xiàn)仍需一定的條件。例如：水能自發(fā)地從高處流向低處，但若不打開攔截水流的閘門，水庫里的水不能下瀉；
(2)晶體自范性的條件之一：生長速率適當(dāng)；
(3)晶體自范性的本質(zhì)：是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。
4.晶體形成的途徑：
(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固，例：熔融態(tài)的二氧化硅，快速冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶。
(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；
(3)溶質(zhì)從溶液中析出。
5.晶體的特性：
(1)有規(guī)則的幾何外形；
(2)有固定的熔沸點；
(3)各向異性(強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等)；
說明：因研究角度不同而產(chǎn)生差異，即為各向異性。
例如：藍(lán)晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；
石墨在與層垂直的方向上的導(dǎo)電率是層平行的方向上的導(dǎo)電率1/104。
(4)自發(fā)的形成多面體外形；
(5)有特定的對稱性；
(6)使X射線產(chǎn)生衍射。
【例題】
1．晶體與非晶體的嚴(yán)格判別可采用
A．有否自范性 B．有否各向同性 C．有否固定熔點 D．有否周期性結(jié)構(gòu)
2.晶胞
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1.定義：晶體中重復(fù)出現(xiàn)的最基本的結(jié)構(gòu)單元。
晶體可看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成，所謂“無隙”是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙，所謂“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
說明：劃分晶胞要遵循2個原則：一是盡可能反應(yīng)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對稱性，二是盡可能小。
2.三種典型的立方晶體結(jié)構(gòu)：
說明：晶胞的頂角原子是8個晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個晶胞共用的。
3.晶胞中原子個數(shù)的計算：
在一個晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的多個原子，這些原子并不是只為這個晶胞所獨立占有，而是為多個晶胞所共有，那么，在一個晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的每個原子，這個晶體能分?jǐn)偟蕉嗌俦壤@就是分?jǐn)偡?。分?jǐn)偡ǖ母灸康氖撬愠鲆粋€晶胞單獨占有的各類原子的個數(shù)。
分?jǐn)偡ǖ母驹瓌t是：晶胞任意位置上的一個原子如果是被x個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是1/x。在立體晶胞中，原子可以位于它的頂點，也可以位于它的棱上，還可以在它的面上(不含棱)，當(dāng)然，它的體內(nèi)也可以有原子。每個頂點被8個晶胞共有，所以晶胞對自己頂點上的每個原子只占1/8份額；每條棱被4個晶胞共有，所以晶胞對自己棱上的每個原子只占1/4份額；每個面被2個晶胞共有，所以晶胞對自己面上(不含棱)的每個原子只占1/2份額；晶胞體內(nèi)的原子不與其他晶胞分享，完全屬于該晶胞。
①每個晶胞涉及A原子數(shù)目m個，每個A原子為n個晶胞共有，則每個晶胞占有A原子：m×1/n。
②計算方法
位置 頂點 棱邊 面心 體心
貢獻(xiàn) 1/8 1/4 1/2 1
【例題】
2．早期發(fā)現(xiàn)的一種天然二十面體準(zhǔn)晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成。回答下列問題：
(1)準(zhǔn)晶是一種無平移周期序，但有嚴(yán)格準(zhǔn)周期位置序的獨特晶體，可通過 方法區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體。
(2)Cu2O為半導(dǎo)體材料，在其立方晶胞內(nèi)部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有 個銅原子。
3.判斷晶體類型的依據(jù)
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1.看構(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用
對于分子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是分子，微粒間的相互作用是分子間作用力；
對于原子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是原子，微粒間的相互作用是共價鍵。
2.看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點或硬度等)
一般情況下，不同類晶體熔點高低順序是：原子晶體>分子晶體。原子晶體比分子晶體的熔沸點高得多。
3.依據(jù)物質(zhì)的分類判斷
金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。常見的原子晶體單質(zhì)有金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼等；常見的原子晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)(除汞外)與合金都是金屬晶體。
【例題】
3．下列晶體由原子直接構(gòu)成,但屬于分子晶體的是
A．固態(tài)氫 B．固態(tài)氖
C．磷 D．三氧化硫
4.晶體熔、沸點比較規(guī)律
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1.不同類晶體：
一般情況下，原子晶體>離子晶體>分子晶體(金屬晶體的熔沸點范圍較大)
2.同種類型晶體：
構(gòu)成晶體質(zhì)點間的作用大，則熔沸點高，反之則小。
①離子晶體：結(jié)構(gòu)相似且化學(xué)式中各離子個數(shù)比相同的離子晶體中，離子半徑小(或陰、陽離子半徑之和越小的)，鍵能越強(qiáng)的熔、沸點就越高。如NaCl、NaBr、NaI；NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸點依次降低。離子所帶電荷大的熔點較高。如：MgO熔點高于NaCl
②分子晶體：在組成結(jié)構(gòu)均相似的分子晶體中，式量大的分子間作用力就大熔點也高。如：F2、Cl2、Br2、I2和HCl、HBr、HI等均隨式量增大。熔、沸點升高。但結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，有氫鍵存在的熔、沸點較高。
③原子晶體：在原子晶體中，只要成鍵原子半徑小，鍵能大的，熔點就高。如金剛石、金剛砂(碳化硅)、晶體硅的熔、沸點逐漸降低。
④金屬晶體：在元素周期表中，主族數(shù)越大，金屬原子半徑越小，其熔、沸點也就越高。如IIIA的Al，IIA的Mg，IA的Na，熔、沸點就依次降低。而在同一主族中，金屬原子半徑越小的，其熔、沸點越高。
3.常溫常壓下狀態(tài)
①熔點：固態(tài)物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì)
②沸點：液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì)
【例題】
4．碳化硅的一種晶體(SiC)具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列三種晶體：①金剛石②晶體硅③碳化硅中，它們的熔點由高到低的順序是
A．①③② B．②③① C．③①② D．②①③
5.離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的比較
晶體類型 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 離子晶體
晶體質(zhì)點(粒子) 原子 分子 金屬陽離子、自由電子 陰、陽離子
粒子間作用 共價鍵 分子間作用力 復(fù)雜的靜電作用 離子鍵
熔沸點 很高 很低 一般較高，少部分低 較高
硬度 很硬 一般較軟 一般較硬，少部分軟 較硬而脆
溶解性 難溶解 相似相溶 難溶(Na等與水反應(yīng)) 溶解性差異很大
導(dǎo)電情況 不導(dǎo)電(除硅) 一般不導(dǎo)電 良導(dǎo)體 固體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后導(dǎo)電
實例 金剛石、水晶、碳化硅等 干冰、冰、純硫酸、H2(S) Na、Mg、Al等 NaCl、CaCO3、NaOH等
【例題】
5．下列變化規(guī)律正確的是
A．NaCl、MgCl2、MgO熔點由低到高
B．H2O、H2S、H2Se的分解溫度及沸點都由高到低
C．O2、I2、Hg、NaCl、SiO2熔點由低到高
D．碳化硅、單晶硅、金剛石、石墨熔點由低到高
6.混合晶體
石墨不同于金剛石，其碳原子不像金剛石的碳原子那樣呈sp3雜化。而是呈sp2雜化，形成平面六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)的，層內(nèi)的碳原子的核間距為142pm，層間距離為335pm，說明層間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的；石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每一個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵，還有范德華力，不能簡單地歸屬于其中任何一種晶體，是一種混合晶體。
【例題】
6．如圖，石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為
A．2 B．3 C．4 D．6
7.配合物理論簡介
點撥：
1.配位鍵
(1)概念：由一個原子單方向提供共用電子對給另一原子共用所形成的共價鍵。
②形成條件：其中一個原子必須提供孤對電子。另一原子必須有接受孤對電子的軌道。
③常見的含有配位鍵的分子或離子的形成過程：
H3O+：
：
注意：在中，雖然有一個N-H鍵形成過程與其它3個N-H鍵形成過程不同，但是一旦形成之后，4個共價鍵就完全相同。
2.配位化合物
①概念：金屬離子或原子與某些分子或離子以配位鍵結(jié)合而形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。
②配合物的組成
③常見配合物的生成
a向硫酸銅溶液里逐滴加入氨水，先形成難溶的氫氧化銅沉淀，繼續(xù)滴加難溶物溶解，得到深藍(lán)色的透明溶液，實驗中發(fā)生的兩個反應(yīng)的離子方程式：
氫氧化銅與足量氨水反應(yīng)后溶解是因為生成
b向盛有氯化鐵溶液的試管中滴加1滴硫氰化鉀溶液：
形成配位化合物時某些性質(zhì)發(fā)生改變，比如顏色、溶解度等。配位鍵的強(qiáng)度有大有小，因而有的配位化合物很穩(wěn)定，有的很不穩(wěn)定。
【例題】
7．在[Co（NH3）6]3+中，與中心離子形成配位鍵的原子是
A．N原子 B．H原子 C．Co原子 D．N、H兩種原子同時
試卷第1頁，共3頁
試卷第1頁，共3頁
參考答案：
1．D
【詳解】晶體與非晶體的根本區(qū)別在于內(nèi)部粒子在微觀空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列，晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)微粒周期性有序排列，所以晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形，有固定熔點，有自范性，有對稱性，有各向異性；綜上晶體與非晶體的嚴(yán)格判別可采用有否周期性結(jié)構(gòu)，故選D。
2．(1)X-射線衍射
(2)16
【詳解】（1）晶體對X射線發(fā)生衍射，非晶體不發(fā)生衍射，準(zhǔn)晶體介于二者之間，因此可以通過X-射線衍射后有無衍射現(xiàn)象即可確定；
該晶胞中O原子數(shù)為4×1+6×+8×=8，由Cu2O中Cu和O的比例可知該晶胞中銅原子數(shù)為O原子數(shù)的2倍，即為16個；
3．B
【詳解】根據(jù)題意可知必須是單原子分子，符合條件的只有稀有氣體，故選B。
4．A
【詳解】在共價晶體中，原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，熔、沸點越高，題目中所給的信息是有關(guān)SiC的結(jié)構(gòu)知識，通過加工信息，并比較碳原子和硅原子的半徑，應(yīng)得出Si－Si鍵的鍵長比Si－C鍵的鍵長長，Si－C鍵比C－C鍵的鍵長長，所以鍵能由高到低的順序應(yīng)該是：C－C鍵＞C－Si鍵＞Si－Si鍵，由此可推出熔點由高到低的順序是：① ③ ②，故選A。
5．A
【詳解】A．離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越大，離子鍵越強(qiáng)，則晶格能越大，Cl-、O2-的離子半徑依次減小，則晶格能由大到小的順序為MgO>MgCl2>NaCl，A正確；
B．具有分子間氫鍵的分子晶體，與同族元素的氫化物相比，其熔、沸點較高，水可以形成分子間氫鍵，則沸點由低到高的順序為H2S＜H2Se＜H2O，非金屬性越強(qiáng)，氫化物越穩(wěn)定，分解溫度越高，則分解溫度由高到低為：H2O、H2S、H2Se，B錯誤；
C．一般來說晶體的熔點：原子晶體>離子晶體>分子晶體，但在常溫下Hg為液體，是固體，則晶體的熔點體的熔點：SiO2>NaCl>>Hg＞O2，C錯誤；
D．鍵長越短，共價鍵越強(qiáng)，熔點越大，鍵長：C-C鍵＜C-Si鍵＜Si-Si鍵，則熔點由大到小的順序為石墨＞金剛石＞碳化硅＞晶體硅，D錯誤；
故選A。
6．A
【詳解】據(jù)均攤法，從圖中可知，每個頂點上的碳原子為三個正六邊形共有，因而每個正六邊形占有的碳原子數(shù)目為，故選A。
7．A
【詳解】試題分析：根據(jù)結(jié)構(gòu)簡式可知，該微粒的配體是氨氣分子，但提供孤對電子的是氮原子，所以與中心離子形成形成配位鍵的原子是N原子，而不是H原子，答案選A。
考點：考查配位鍵的形成
點評：本題通過對配位鍵的有關(guān)判斷，有利于鞏固學(xué)生對配位鍵的理解，加深對教材基礎(chǔ)知識的熟悉掌握。
答案第1頁，共2頁
答案第1頁，共2頁

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