[特讯]2020版 第2部分 选修3 第3节 物质的聚集状态与物质性质

精校Word文档，欢迎下载使用！ 1 第3节 物质的聚集状态与物质性质

考纲定位 核心素养 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．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中微粒结构、微粒间作用力的区别。 3．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 4．了解分子晶体结构与性质的关系。 5．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。 6．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。 7．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。 1.微观探析——从微观角度认识不同类型晶体的组成粒子，空间分布特点，理解“结构决定性质”的观念。 2．模型认知——根据典型物质的晶体晶胞结构模型推测各类物质的晶体晶胞结构。 3．证据推理——根据晶胞参数进行晶体密度、粒子空间利用率的有关计算。 4．宏观辨识——根据晶体的不同类型分析判断晶体的有关性质(如熔沸点、硬度等)。

考点一| 晶体与晶胞 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

性质 特征

自范性 有 无

熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 无各向异性 二者区 间接方法 看是否有固定的熔点 精校Word文档，欢迎下载使用！ 2 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 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。 2．晶胞 (1)概念：晶体结构中最小的重复单元。 (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)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粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这

个粒子分得的份额就是1n。 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算

[深度归纳] 其他结构单元的粒子数的计算分析 (1)三棱柱 精校Word文档，欢迎下载使用！ 3 (2)六棱柱

考法1 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断 1．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)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12 2．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。

解析：能量越低越稳定，故更稳定的Cu替代型为Cu替代a位置，故晶胞中Cu为1个，Fe为3个，N为1个，故化学式为Fe3CuN。 精校Word文档，欢迎下载使用！ 4 答案：Fe3CuN [思维建模] 立方体中粒子周围粒子的个数

 1

A周围有4个B，B周围有12个A

2A周围有2个C，C周围有6个A3B周围有6个D，D周围有2个B4B周围有8个C，C周围有8个B5C周围有12个D，D周围有4个C6A周围有4个D，D周围有4个A

考法2 晶体密度、晶胞参数和空间利用率的计算 3．(2018·全国卷Ⅰ，T35(5))Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________ g·cm－3(列出计算式)。

解析：1个氧化锂晶胞含O的个数为8×18＋6×12＝4，含Li的个数为8,1 cm

＝107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为8×7＋4×16NA0.466 5×10－73 g·cm－3。 答案：8×7＋4×16NA0.466 5×10－73

4．(2018·惠州二模，节选)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为________ g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数精校Word文档，欢迎下载使用！ 5 的值，列出计算式即可)。 解析：该晶胞中含有的钛原子的数目为2×12＋3＋12×16＝6，则该晶胞的质

量为6×48NA g，又该晶胞的体积为32a×10－7×a×10－7×12×6×c×10－7，所以该钛晶体的密度为6×48332×2.95×10－82×4.69×10－8NA g·cm－3。

答案：6×48332×2.95×10－82×4.69×10－8NA 5．(2018·唐山统考)NiO的立方晶体结构如图所示，则O2－填入Ni2＋构成的________(填“正四面体”“正八面体”“立方体”或“压扁八面体”)空隙。NiO晶体的密度为ρ g·cm－3，Ni2＋和O2－的半径分别为r1 pm和r2 pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析：1个O2－周围有6个距其最近且距离相等的Ni2＋

，分别在

O2－

的上、下、左、右、前、后，其构成了正八面体。运用均摊法，每个晶胞中

含有4个Ni2＋、4个O2－，晶胞的体积为59×4＋16×4NA g÷ρ g·cm－3＝300ρNA cm3，原子的体积为[43 π(r1×10－10 cm)3＋43 π(r2×10－10 cm)3]×4＝163π(r31＋r32)×10－30

cm3，故该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为163π(r31＋r22)×10－30 cm3÷300ρNA cm3×100%＝4ρNAπr31＋r32×10－30225×100%。 答案：正八面体 4ρNAπr31＋r32×10－30225×100% [思维建模] 晶体结构的相关计算模板 精校Word文档，欢迎下载使用！ 6 (1)晶胞计算公式(立方晶胞) a3ρN

A＝nM(a：棱长，ρ：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物质的量，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) ①面对角线长＝2a。 ②体对角线长＝3a。 ③体心立方堆积4r＝3a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝2a(r为原子半径)。

(3)空间利用率＝晶胞中微粒体积晶胞体积。

考点二| 常见晶体模型的微观结构分析

1．原子晶体——金刚石与SiO2

(1)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，C—C—C夹角是109°28′，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C—C有2 mol。

②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的14处。每个晶胞含有8个C。 (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Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。 精校Word文档，欢迎下载使用！ 7 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)金属键的实质是金属阳离子与“自由电子”之间的强的相互作用。 (2)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个精校Word文档，欢迎下载使用！

8 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，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个

Ca2＋，含8个F－。晶胞中Ca2＋在体对角线的14处。 5．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)在每层内存在共价键和金属键。 (4)C—C的键长比金刚石的C—C键长短，熔点比金刚石的高。 (5)能导电。晶体中每个C形成3个共价键，C的另一价电子在电场作用下可移动，形成电流。

考法☆ 晶体的微观结构 1．(2015·全国卷Ⅰ，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