1、第 3 節 物質的集合狀態與物質性質考綱定位 1. 懂得離子鍵的形成, 能依據離子化合物的結構特點說明其物理性質； 2. 明白原子晶體的特點,能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系；3. 懂得金屬鍵的含義, 能用金屬鍵理論說明金屬的一些物理性質；明白金屬晶體常見的積累方式；4.明白晶體類型,明白不同類型晶體中結構微粒及微粒間作用力的區 別；5. 明白晶胞概念,能依據晶胞確定晶體組成并進行相關的運算；6. 明白晶格能的概念及其對離子晶體性質的影響；7. 明白分子晶體結 構與性質關系；考點 1| 晶體與晶胞 1晶體與非晶體 1 晶體與非晶體比較結構特點晶體非晶體結構微粒在三維空間結構微

2、粒里呈周期性有序排列無序排列性質 特點自范性 熔點 異同表現有無固定不固定各向異性無各向異性二者間接方法看是否有固定的熔點區別方科學方法對固體進行 X-射線衍射試驗法 2 獲得晶體的途徑 熔融態物質凝固；氣態物質冷卻不經液態直接凝固 凝華 ；第 1 頁 共 22 頁溶質從溶液中析出；2晶胞 1 概念：描述晶體結構的基本單元；2 晶體中晶胞的排列無隙并置；無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙；并置：全部晶胞平行排列、取向相同；3 一般外形為平行六面體；4 晶胞中粒子數目的運算均攤法晶胞任意位置上的一個原子假如是被個晶胞對這個原子分得的份額就是1 n；n 個晶胞所共有, 那么,每長方體 包括立方體 晶胞

3、中不同位置的粒子數的運算非長方體：如三棱柱示例第 2 頁 共 22 頁CaF2的晶胞如下圖所示；該晶胞含Ca 24 個 ,F8 個； 高考命題點突破 命題點 1 晶體的性質 1如圖是某固體的微觀結構示意圖,請仔細觀看兩圖,判定下 列說法正確選項 A兩種物質在肯定條件下都會自動形成有規章幾何外形的晶體 B形成的固體物理性質有各向異性 C形成的固體肯定有固定的熔、沸點 D二者的 X-射線圖譜是相同的B 會自動形成規章幾何外形的晶體,具有各向異性,X射線圖譜有明銳的譜線；不會形成晶體； 22022 全國卷,節選 準晶體是一種無平移周期序,但有嚴格準周期位置序的獨特晶體,可通過_ 方法區分晶體、準晶體

4、和非晶體；【解析】晶體是內部質點 原子、分子或離子 在三維空間周期 性地重復排列構成的固體物質, 而非晶體內部質點在三維空間無規律地排列,因此可以通過X-射線衍射的方法進行區分,晶體能使X-射線發生衍射,而非晶體、準晶體就不能；【答案】X-射線衍射第 3 頁 共 22 頁命題點 2 晶胞中粒子數及其晶體化學式的判定 3如圖為甲、乙、丙三種晶體的晶胞：試寫出： 1 甲晶體化學式 X 為陽離子 為_；2 乙晶體中 A、B、C三種微粒的個數比是 _；3 丙晶體中每個 D四周結合 E的個數是 _；4 乙晶體中每個 A四周結合 B的個數為 _；【答案】1X 2Y 21 3138 412 4.Zn 與 S

5、所形成化合物晶體的晶胞如右圖所示；1 在 1 個晶胞中, Zn 2的數目為 _；2 該化合物的化學式為 _；【解析】1 從晶胞圖分析,1 個晶胞含有 Zn 2的個數為 81 861 24；2S 為 4 個,所以化合物中化學式為 ZnS；【答案】14 2ZnS Zn 與 S數目之比為 11,就5Cu元素與 H元素可形成一種紅色化合物,其晶體結構單元如下圖所示；就該化合物的化學式為_；1 346；【解析】Cu個數： 121 621 236,H個數： 6【答案】CuH 第 4 頁 共 22 頁 易錯防范 均攤法運算應留意的問題在使用均攤法運算晶胞中微粒個數時,要留意晶胞的外形, 不同外形的晶胞, 應

6、先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共有,如 六棱柱晶胞中,頂點、側棱、底面上的棱、面心依次被 6、3、4、2 個晶胞所共有；命題點 3 晶體密度及粒子間距的運算 62022 全國卷組合 1 卷,節選 KIO3 晶體是一種性能良好的非線性光學材料, 具有鈣鈦礦型的立體結構,邊長為a0.446 nm,晶胞中 K、I 、O分別處于頂角、體心、面心位置,如下列圖；K 與 O 間的最短距離為 _nm,與 K 緊鄰的 O個數為 _；在 KIO3 晶胞結構的另一種表示中, I 處于各頂角位置,就 K處 于_位置, O處于_位置；2 卷,節選 N5 6H3O3NH4 4Cl 的晶體密度為 d g cm 3

7、,其立方晶胞參數為 a nm,晶胞中含有 y 個N 5 6H3O3NH4 4Cl 單元,該 單 元 的 相 對 質 量 為 M , 就 y 的 計 算 表 達 式 為_；2 2【解析】1 K 與 O 間的最短距離為 2a2 0.446 nm0.315 nm；由于 K、O分別位于晶胞的頂角和面心,所以與 K 緊鄰的 O原子為 12 個；依據 KIO3的化學式及晶胞結構可畫出KIO3 的另一種晶胞結構,如下圖,可看出 K 處于體心, O處于棱心；第 5 頁 共 22 頁2 晶胞的質量為 d g/cm3 a 10 7 cm 3a 3d 1021 g,NA個該單元的質量為 Mg,就a 3d 10y 2

8、1 gM NA,故 y602a 3d 或a 3dNAM 10 21 ；【答案】1 0.315 12 體心 棱心2 602a M 3d 或a 3dNAM 102172022 全國卷,節選 GaAs的熔點為 1 238 ,密度為 g cm3,其晶胞結構如圖所示；該晶體的類型為 _,Ga與 As 以_鍵鍵合；Ga和As 的摩爾質量分別為MGag mol 1和 MAs g mol1,原子半徑分別為 r Gapm和 r As pm,阿伏加德羅常數值為 晶胞體積的百分率為 _；NA,就 GaAs晶胞中原子的體積占【解析】GaAs的熔點為 1 238 ,其熔點較高, 據此推知 GaAs 為原子晶體, Ga與

9、 As 原子之間以共價鍵鍵合；分析 GaAs的晶胞結 構,4 個 Ga原子處于晶胞體內, 8 個 As 原子處于晶胞的頂點、 6 個 As 原子處于晶胞的面心,結合“ 均攤法” 運算可知,每個晶胞中含 有 4 個 Ga原子,含有 As 原子個數為 8 1/8 6 1/2 4,Ga和 As的原子半徑分別為r Ga pmr Ga 1010 cm,r As pmr As 1010 cm,就第 6 頁 共 22 頁4原子的總體積為 V原子 43 r Ga 1010cm 3r As 10 10 cm 3163 1030r Gar Ascm 3；又知 Ga和 As的摩爾質量分別為 MGag mol1 和

10、MAs g mol1,晶胞的密度為 g cm 3,就晶胞的體積為 V晶胞4 MGaMAs/ NA cm 3,故 GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為V原子 100%1630 10rGar3 As33 cm 100%3V晶胞4MGaMAs cm NA4 1030 NArGar3 100%；As3M GaMAs【答案】原子晶體共價4 10 30 NArGar3 100%As3MGaMAs82022 全國卷,節選 某鎳白銅合金的立方晶胞結構如下列圖；1 晶胞中銅原子與鎳原子的數量比為_；2 如合金的密度為 d g cm3,晶胞參數 a_nm；【解析】1 由晶胞結構圖可知, Ni 原子處于立方

11、晶胞的頂點,Cu原子處于立方晶胞的面心,依據均攤法,每個晶胞中含有 Cu原子 81,故晶胞中 Cu原 的個數為 61 23,含有 Ni 原子的個數為 8 1 子與 Ni 原子的數量比為 31；第 7 頁 共 22 頁2 依據 m V 可得,1 mol 晶胞的質量為 64 3 59ga 3 dg cm 3 NA,就 a6.02 10 25123 d 13cm6.02 10 25123 d 13 10 7 nm；【答案】13 1 2 6.02 10 25123 d 3 10 1 7 或 3 251NAd 10 7 方法技巧 晶體結構的相關運算1 晶胞運算公式 立方晶胞 a 3 NAnM a：棱長,

12、 ：密度, NA：阿伏加德羅常數的值, n：1 mol 晶胞所含基本粒子或特定組合的個數, M：組成的摩爾質量；2 金屬晶體中體心立方積累、面心立方積累中的幾組公式設棱長為 a面對角線長2a ；體對角線長3 a；體心立方積累4r 3 ar 為原子半徑面心立方積累4r 2 ar 為原子半徑3空間利用率晶胞中微粒體積；晶胞體積第 8 頁 共 22 頁考點 2| 常見晶體模型的微觀結構分析 1原子晶體金剛石與 SiO21 金剛石晶體中,每個C與另外 4 個 C形成共價鍵,碳原子實行 sp 3 雜化,CC鍵之間的夾角是 109 28 ,最小的環是 6 元環；每個 C被 12 個六元環共用；含有1 mo

13、l C的金剛石中形成的CC有2 mol ；在金剛石的晶胞中,內部的 晶胞含有 8 個 C；C 在晶胞的體對角線的1 4處；每個2SiO 2晶體中,每個 Si 原子與 4 個 O原子成鍵,每個 O原子與2 個 Si 原子成鍵,最小的環是12 元環,在“ 硅氧” 四周體中,處于中心的是 Si 原子； 1 mol SiO 2晶體中含 Si O鍵數目為 4NA,在 SiO2 晶體中 Si 、O原子均實行 sp 3 雜化；2分子晶體干冰和冰1 干冰晶體中,每個CO 2 分子四周等距且緊鄰的CO 2 分子有 12個,屬于分子密積累；晶胞中含有 I 2、晶體 O2 等；4 個 CO 2分子；同類晶體仍有晶體

14、第 9 頁 共 22 頁2 冰的結構模型中,每個水分子與相鄰的4 個水分子以氫鍵相連接,含 1 mol H 2O的冰中,最多可形成 2 mol 氫鍵；晶胞結構與金 剛石相像,含有 8 個 H2O；3金屬晶體 1 “ 電子氣理論” 要點 該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“ 電子氣” , 被全部原子所共用, 從而把全部金屬原子維系在一起；2 金屬鍵的實質是金屬陽離子與電子氣間的靜電作用；3 金屬晶體的常見積累結構型式常見金屬配位晶胞數面心立方最密積累Cu、Ag、Au 12 銅型 體心立方Na、K、Fe 8 積累六方最密積累Mg、Zn、Ti 12 鎂型 簡潔立方Po 6

15、 第 10 頁 共 22 頁積累說明：六方最密積累是按ABABAB 的方式積累,面心立方最密積累是按 ABCABCABC 的方式積累；4離子晶體1NaCl 型：在晶體中,每個Na同時吸引 6 個 Cl,每個 Cl同時吸引 6 個 Na,配位數為 6；每個晶胞含 4 個 Na和 4 個 Cl；2CsCl 型：在晶體中,每個 Cl吸引 8 個 Cs,每個 Cs吸引 8個 Cl,配位數為 8；3CaF 2型：在晶體中, F的配位數為 4,Ca 2的配位數為 8,晶胞中含 4 個 Ca 2,含 8 個 F；晶胞中 Ca 2在體對角線的1 4處；5. 石墨晶體混合型晶體1 石墨層狀晶體中,層與層之間的作

16、用是范德華力；2 平均每個正六邊形擁有的碳原子個數是 的雜化方式是 sp 2；2,C原子實行3 每層中存在 鍵和 鍵,仍有金屬鍵；4C C的鍵長比金剛石的 5 能導電；CC鍵長短,熔點比金剛石的高； 高考命題點突破 命題點 常見晶體的微觀結構分析 12022 全國卷,節選 MgO具有 NaCl 型 結構 如圖 ,其中陰離子采納面心立方最密積累方 式,X射線衍射試驗測得 MgO的晶胞參數為 a0.420 第 11 頁 共 22 頁nm,就 rO 2 為_nm；MnO也屬于 NaCl 型結構,晶胞參數為 a0.448 nm,就 r Mn 2為_nm；【解析】O 2采納面心立方最密積累方式,面對角線

17、是O 2半徑的 4 倍,即 4r O 2 2a,解得 r O 2 0.148 nm；依據晶胞的結構可知,棱上陰陽離子相切,因此 2r Mn 2 2r O 20.448 nm ,所以 rMn 2 0.076 nm；【答案】0.148 0.076 22022 全國卷,節選 原子坐標參數,表示晶胞內部各原子的相對位置；下圖為 Ge 單晶的晶胞,其中原子坐標參數 A 為0,0,0；B 為1 2,0,1 2；C 為 1 2,1 2,0 ；就 D 原子的坐標參數為_；【解析】依據題給圖示可知, D原子的坐標參數為4,1 4,1 4；【答案】1 4,1 14,432022 全國卷,節選 碳有多種同素異形體,

18、其中石墨烯與金剛石的晶體結構如下列圖：1 在石墨烯晶體中,每個C 原子連接 _個六元環,每個第 12 頁 共 22 頁六元環占有 _個 C原子；2 在金剛石晶體中, C原子所連接的最小環也為六元環,每個 C 原子連接 _個六元環,六元環中最多有 _個 C原子在同一平面；【解析】1 由石墨烯的結構可知,每個C原子連接 3 個六元環,每個六元環占有的C原子數為1 3 62；2 由金剛石的結構可知, 每個 C可參加形成 4 條 CC鍵,其中 任意兩條邊 共價鍵 可以構成 2 個六元環；依據組合學問可知四條邊 共價鍵 任選其中兩條有6 組,6 212；因此每個 C 原子連接 12個六元環；六元環中C原

19、子實行 sp3雜化,為空間六邊形結構,最多有 4 個 C原子位于同一平面；【答案】13 2 212 4 42022 衡水模擬 CaC2晶體的晶胞結構與 NaCl晶體的相像 如圖所示 ,但 CaC2 晶體中由于啞鈴形的2C 2 存在,使晶胞沿一個方向拉長；以下關于 CaC 2 晶體的說法中正確選項 【導學號：95160414】A1 個 Ca 2四周距離最近且等距離的2C 2 數目為 6 B該晶體中的陰離子與 F2是等電子體C6.4 g CaC 2晶體中含陰離子 0.1 mol D與每個 Ca 2距離相等且最近的Ca 2共有 12 個C A 項,依據晶胞示意圖可以看出,晶胞的一個平面的長與寬不相等

20、,再由圖中體心可知,1 個 Ca 2四周距離最近的 C 2 有 4 個,第 13 頁 共 22 頁2而不是 6 個,錯誤； B 項,C 2 含電子數為 2 6214,F2的電子數為 18,二者電子數不同,不是等電子體,錯誤；C 項,6.4 g CaC 2為 0.1 mol ,就含陰離子 0.1 mol ,正確； D項,與每個 Ca 2距離相等且最近的 Ca 2為 4 個,錯誤； 題后歸納 立方體中粒子四周粒子的個數判定1 A四周有 4個B,B四周有 12個A2 A四周有 2個C,C四周有 6個A3 B四周有 6個D,D四周有 2個B4 B四周有 8個C,C四周有 8個B5 C四周有 12個D,

21、D四周有 4個C6 A四周有 4個D,D四周有 4個A考點 3| 四種晶體的性質與判定1晶格能1 定義1 mol 離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸取的能量,單位 kJ/mol ,通常取正值；2 影響因素離子所帶電荷數：離子所帶電荷數越多,晶格能越大；離子的半徑：離子的半徑越小,晶格能越大；3 與離子晶體性質的關系晶格能越大,形成的離子晶體越穩固,且熔點越高,硬度越大；【留意】晶格能只描述離子晶體的性質；實例：比較以下晶格能大小：第 14 頁 共 22 頁1NaClKCl ；2CaF2MgO；3Na 2SKCl；2四種晶體類型比較類型分子晶體原子晶金屬晶體離子晶體比較體金屬陽離構成粒子分

22、子原子子陰、陽離子和自由電子粒子間的分子間作用力共價鍵金屬鍵離子鍵相互作用力有的很硬度較小很大大,有的較大很小有的很熔、沸點較低很高高,有的較高很低溶解性相像相溶難溶于常見溶劑大多易溶于水任何溶難溶等極性溶劑劑導電、傳熱性一般不導電,一般不電和熱的晶體不導電,溶于水后有的具有導水溶液或熔融良導體導電電性態導電第 15 頁 共 22 頁【留意】石墨晶體為混合型晶體,為層狀結構,熔點比金剛石的高,導電； 高考命題點突破 命題點 1 晶體類型的判定 1在以下物質中： NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、NH4 2S、CO 2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶體硅、金剛石；1其

23、中只含有離子鍵的離子晶體是_；2 其 中 既 含 有 離 子 鍵 又 含 有 極 性 共 價 鍵 的 離 子 晶 體 是 _；3 其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵和配位鍵的離子晶體是 _；4 其 中 既 含 有 離 子 鍵 又 含 有 非 極性 共 價 鍵 的 離 子 晶 體 是 _；5其中含有極性共價鍵的原子晶體是_；6其中屬于分子晶體的是_；【答案】1NaCl 、Na2S 2NaOH、NH4 2S 3NH 4 2S 4Na 2S25SiO 2、SiC 6H 2O2、CO 2、CCl4、C2H2212022 全國卷,節選 GaF3的熔點高于 1 000 ,GaCl3的熔點為77.9 ,其原因

24、是_；22022 全國卷,節選 CO能與金屬 Fe 形成 FeCO5,該化第 16 頁 共 22 頁合物的熔點為 253 K,沸點為 376 K,其固體屬于 _晶體；32022 全國卷,節選 O 和 Na的氫化物所屬的晶體類型分 別為_和_；42022 福建高考,節選NF3 可由 NH 3和 F2 在 Cu催化劑存在下反應直接得到： 4NH 33F2= Cu NF33NH 4F 上述化學方程式中的 5 種物質所屬的晶體類型有 _填序 號 ；a離子晶體 b分子晶體 c原子晶體 d 金屬晶體【答案】1GaF3為離子晶體, GaCl3為分子晶體 4abd 2 分子 3 分子晶體 離子晶體3有 A、B

25、、C三種晶體,分別由H、C、Na、Cl 四種元素中的一種或幾種組成,對這三種晶體進行試驗,結果如表：A 熔點/ 硬水溶導電性水溶液與 Ag度性反應811 較易溶水溶液白色沉或熔融大淀導電B 3 500 很不溶不導電不反應大C 114.2 很易溶液態不白色沉小導電淀1 晶體的化學式分別為A_、B_、C_；2 晶體的類型分別是 A_、B_、C_；第 17 頁 共 22 頁3 晶 體 中 微 粒 間 作 用 力 分 別 是 A_、 B_、C_；【解析】依據所述 A、B、C晶體的性質可知, A為離子晶體,只能為 NaCl,微粒間的作用力為離子鍵； B應為原子晶體,只能為金剛石,微粒間的作用力為共價鍵；

26、C應為分子晶體,且易溶,只能為HCl,微粒間的作用力為范德華力；體【答案】1NaCl C HCl 2 離子晶體原子晶體分子晶3 離子鍵共價鍵范德華力 題后歸納 三角度判定晶體類型1 依據構成晶體的微粒和微粒間的作用力判定 離子晶體的構成微粒是陰、 陽離子,微粒間的作用力是離子鍵；原子晶體的構成微粒是原子,微粒間的作用力是共價鍵；分子晶體的構成微粒是分子,微粒間的作用力為分子間作用 力；金屬晶體的構成微粒是金屬陽離子和自由電子,微粒間的作用 力是金屬鍵；2 依據物質的分類判定 金屬氧化物 如 K2O、Na2O2等 、強堿 NaOH、KOH等 和絕大多 數的鹽類是離子晶體；大多數非金屬單質 除金剛

27、石、石墨、晶體硅等 、非金屬氫化 物、非金屬氧化物 除 SiO2外、幾乎全部的酸、絕大多數有機物 除 有機鹽外 是分子晶體；常見的單質類原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等,常見的 化合物類原子晶體有碳化硅、二氧化硅等；金屬單質是金屬晶體；第 18 頁 共 22 頁3 依據各類晶體的特點性質判定一般來說,低熔、沸點的化合物屬于分子晶體；熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態下能導電的化合物為離子晶體；熔、沸點很高,不導電,不溶于一般溶劑的物質屬于原子晶體；能導電、傳熱、具有延展性的晶體為金屬晶體；命題點 2 晶體主要性質 熔沸點、硬度等 比較412022 全國卷,節選 K 和 Cr 屬于同一周期,

28、且核外最外層電子構型相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr 低,原因是_；22022 全國卷,節選 比較以下鍺鹵化物的熔點和沸點,分析其變化規律及原因_；熔點/ GeCl4GeBr4GeI426 146 49.5 沸點/ 83.1 186 約 400 32022 全國卷,節選 已知 A、B分別為 O、Na元素；單質A 有兩種同素異形體,其中沸點高的是_填分子式 ,緣由是 _；A和 B的氫化物所屬的晶體類型分別為_和_；【答案】1Cr的原子半徑小于K 且其價電子數較多,就Cr的金屬鍵強于 K 2GeCl 4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高；緣由是分子結構相似,相對分子質量依次增大,分子間作用力逐步增強第 19 頁 共 22 頁3O3O3 相對分子質量較大,范德華力大分子晶體離子