选修3物质结构与性质 晶体结构与性质

第3讲晶体结构与性质命题一晶体类型的判断及熔、沸点高低的比较1.(1)(2018年全国Ⅲ卷,35节选)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是,ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是。

(2)(2017年全国Ⅰ卷,35节选)K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K 的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是。

(1)ZnF2的熔点较高,故为离子晶体。

离子晶体难溶于乙醇等有机溶剂,分子晶体可以溶于乙醇等有机溶剂。

(2)金属键的强弱与半径成反比,与所带的电荷成正比。

(1)离子键;ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小(2)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱2.(2016年全国Ⅰ卷,37节选)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因: 。

GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃-49.5 26 146沸点/℃83.1 186 约400GeCl4、GeBr4、GeI4熔沸点依次升高;原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强3.(2016年全国Ⅱ卷,37节选)单质铜及镍都是由键形成的晶体。

金属4.(2016年全国Ⅲ卷,37节选)GaF3的熔点高于1000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是。

GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,离子晶体GaF3的熔沸点更高5.(2015年全国Ⅰ卷,37节选)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于晶体。

分子6.(2014年全国Ⅰ卷,37节选)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过方法区分晶体、准晶体和非晶体。

X-射线衍射命题二晶胞分析及计算7.(1)(2018年全国Ⅰ卷,35节选)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。

可知Li 2O 晶格能为 kJ·mol -1。

Li 2O 具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。

已知晶胞参数为0.4665 nm,阿伏加德罗常数的值为N A ,则Li 2O 的密度为 g·cm -3(列出计算式)。

(2)(2018年全国Ⅱ卷,35节选)FeS 2晶体的晶胞如图所示。

晶胞边长为a nm 、FeS 2相对式量为M 、阿伏加德罗常数的值为N A ,其晶体密度的计算表达式为 g·cm -3;晶胞中Fe 2+位于S 22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为 nm 。

(3)(2018年全国Ⅲ卷,35节选)金属Zn 晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为 。

六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为N A ,Zn 的密度为 g·cm -3(列出计算式)。

解析 (1)根据晶格能概念(气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量)和图中数据可得Li 2O 晶格能是2908 kJ·mol -1。

根据分割法可得,1个晶胞中含有Li +的个数为8,O 2-的个数为8×18+6×12=4,1个晶胞中含有4个Li 2O,Li 2O 的密度为8×7+4×16N A (0.4665×10-7)3g·cm -3。

(2)晶胞边长为a nm=a×10-7 cm,则晶胞的体积V=(a×10-7 cm)3=a 3×10-21 cm 3;由晶胞结构可知,12个Fe 2+处于晶胞的棱上,1个Fe 2+处于晶胞体心,S 22-处于晶胞的8个顶点和6个面心,则每个晶胞中含有Fe 2+的个数为12×14+1=4,含有S 22-的个数为8×18+6×12=4。

FeS 2的相对分子质量为M,阿伏加德罗常数的值为N A ,则晶体的密度为4MNA·a 3×10-21g·cm -3=4MNA a3×1021 g·cm -3。

晶胞中Fe 2+位于S 22-所形成的正八面体的体心,则该正八面体的边长为a2×√2 nm=√22a nm 。

(3)由晶胞图可知,Zn 为六方最密堆积。

1个Zn 晶胞中含有的原子数为12×16+2×12+3=6,正六边形底面积S=6×正三角形面积=6×√34a 2 cm 2,则Zn 晶胞的体积V=6×√34a 2c cm 3,1个Zn 晶胞的质量为6×65N Ag,则ρ=mV =6×65N A 6×√34a g·cm -3=A ×6×√34a g·cm -3。

(1)2908;8×7+4×16N A (0.4665×10-7)3(2)4M N Aa 3×1021;√22a(3)六方最密堆积(A 3型);65×6N A ×6×34a 2c8.(2017年全国Ⅰ卷,35节选)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 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KIO 3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。

0.315;12;体心;棱心9.(2017年全国Ⅱ卷,35节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N 5)6(H 3O)3(NH 4)4Cl(用R 代表)。

R 的晶体密度为d g·cm -3,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y 个[(N 5)6(H 3O)3(NH 4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y 的计算表达式为 。

602a 3d M(或a 3dN A M×10-21)10.(2017年全国Ⅲ卷,35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a=0.420 nm,则r(O 2-)为 nm 。

MnO 也属于NaCl 型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn 2+)为 nm 。

0.148;0.07611.(2016年全国Ⅲ卷,37节选)Ga 和As 的摩尔质量分别为M Ga g· mol -1 和M As g· mol -1,原子半径分别为r Ga pm 和r As pm,阿伏加德罗常数值为N A ,则GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。

4π×10-30N A ρ(r Ga 3+r As 3)3(M Ga +M As )×100%12.(2016年全国Ⅰ卷,37节选)晶胞有两个基本要素:(1)原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为Ge 单晶的晶胞,其中原子坐标参数A 为(0,0,0);B 为(12,0,12);C 为(12,12,0)。

则D 原子的坐标参数为 。

(2)晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知Ge 单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为 g·cm -3(列出计算式即可)。

(1)根据各个原子的相对位置可知,D 在各个方向的14处,所以其坐标是(14,14,14)。

(2)根据晶胞结构可知,在晶胞中含有的Ge 原子个数为8×18+6×12+4=8,所以晶胞的密度ρ=mV =8×73 g ·mol -1N A ×(565.76 pm×10-10cm ·pm -1)3=8×736.02×1023×(565.76×10-10)3g·cm -3=8×736.02×565.763×107 g·cm -3。

(1)(14,14,14) (2)8×736.02×565.763×107命题角度晶体结构与性质是高考必考内容,晶体类型的判断及晶体熔、沸点高低的比较相对比较简单;晶胞的分析及计算常出现在最后一问。

晶胞的分析主要考查晶胞中所含微粒的个数、配位数、原子坐标参数、原子在晶胞中的位置等;晶胞的计算主要考查原子半径、原子之间的距离、密度计算、体积百分率等备考启示重点要强化晶胞的分析与计算,首先要掌握金属晶体的各种堆积方式,最好能根据实物模型图来培养学生的空间想象力,掌握如何分析配位数,如何结合数学知识进行相关的计算,把全国卷常考的几种计算类型进行归纳总结,构建解题思维模式见《自学听讲》P235晶体常识1.晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒①排列结构微粒②排列性质特征自范性③④熔点⑤⑥异同表现⑦各向同性二者区别方法间接方法测定其是否有固定的⑧科学方法对固体进行⑨实验2.晶胞(1)概念:描述晶体结构的⑩。

(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙:相邻晶胞之间没有任何间隙。

②并置:所有晶胞平行排列、取向相同。

(3)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得的份额就是1n。

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)冰和碘晶体中相互作用力相同。

( )(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。

( )(3)凡有规则外形的固体一定是晶体。

( )(4)固体SiO2一定是晶体。

( )(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完整的立方体块。

( )(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。

( )(7)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。

( )(8)晶体与非晶体的本质区别:是否有自范性。

( )(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√2.某物质的晶体中含有A、B、C三种元素,其排列方式如图所示(其中前后两面面心中的B 元素的原子未画出)。

则晶体中A、B、C的原子个数之比为( )。

A.1∶3∶1B.2∶3∶1C.2∶2∶1D.1∶3∶3=1,B原子个数为利用均摊法计算。

据图知,该正方体中A原子个数为8×186×1=3,C原子个数为1,所以晶体中A、B、C的原子个数之比为1∶3∶1。

2A3.某离子晶体的结构中最小重复单元如图所示。

A 为阴离子,在正方体内,B 为阳离子,分别在顶点和面心,则该晶体的化学式为( )。