2018届一轮复习人教版 晶体结构与性质 学案

第三节 晶体结构与性质

高考研究——把握考情，方向不对努力白费

考 纲 要 求 1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 2．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 3．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。 4．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。了解分子晶体结构与性质的关系。 5．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。 [高考这样考]

1．(1)(2016·全国甲卷节选)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：

某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 ①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。

②若合金的密度为d g·cm3，晶胞参数a＝________nm。

－

高 频 考 点 1.考查晶体的组成及相关计算 5年5考 2.考查晶体类型的性质及判断方法 5年2考 (2)(2016·全国乙卷节选)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

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。

11?1，1，0?。，0，?；下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为?C为2??2?22?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·cm3(列出计算式即可)。

－

(3)(2016·全国丙卷节选)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

①GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________。

②GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm3，其晶胞结构如图所

－

示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol

－1

和MAs g·mol1，原子半径分别为rGa

－

pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析：(1)①由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞11的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×＝3，含有Ni原子的个数为8×

28＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。

②根据m＝ρV可得， 1 mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×d g·cm3×NA，则a＝

－

251251??1 cm＝??1×107 nm。 2323?6.02×10×d?3?6.02×10×d?3

111?

(2)①根据题给图示可知，D原子的坐标参数为??4，4，4?。

8×73 g·mol1②每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8(个)，每个晶胞的质量为，

NA

－

晶胞的体积为(565.76×10

－10

8×73 g·mol1

cm)，所以晶胞的密度为。 －

NA×?565.76×1010 cm?3－

3

(3)①GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。②GaAs的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10则原子的总体积为V

原子

－10

cm，rAspm＝rAs×10

－10

cm，

416π－－33

＝4×π×[(rGa×1010cm)3＋(rAs×1010cm)3]＝×1030(r3Ga＋rAs)cm。33

－1

又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·molV原子

率为×100%＝

V晶胞

16π－33

×1030?r3Ga＋rAs?cm3

×100%＝

4?MGa＋MAs?

cm3

ρ NA4π10

－30

和MAs g·mol1，晶胞的密度为ρ g·cm3，则

－

－

晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNA cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分

3

×NAρ?r3Ga＋rAs?

×100%。

3?MGa＋MAs?

2511

答案：(1)①3∶1 ②?6.02×1023×d?×107

??38×73111?7

，， ②(2)①?3×10 ?444?6.02×565.76

(3)①GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 ②原子晶体 共价 4π10

－30

3×NAρ?r3Ga＋rAs?

×100%

3?MGa＋MAs?

2．(1)(2015·全国卷Ⅰ节选)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题： ①CO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。

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：

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。

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。

(2)(2015·全国卷Ⅱ节选)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有

－

＋

相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：

①A(O)和B(Na)的氢化物所属的晶体类型分别为______和________。 ②A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm3)_____________。

－

解析：(1)①因Fe(CO)5熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。

②由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为1

×6＝2。由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价3

键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。

(2)①O元素形成的氢化物有H2O和H2O2，二者均能形成分子晶体。Na元素形成的氢化物为NaH，属于离子晶体。

②O2半径大于Na半径，由F的晶胞结构可知，大球代表O2，小球代表Na，每个

－

＋

－

＋

11－＋－＋

晶胞中含有O2个数为8×＋6×＝4，含有Na个数为8，故O2、Na离子个数之比为4∶8

82＝1∶2，从而推知F的化学式为Na2O。由晶胞结构可知，每个O原子周围有8个Na原子，故O原子的配位数为8。晶胞参数a＝0.566 nm＝0.566×107 cm，则晶胞的体积为(0.566×10

－

－7

4×62 g·mol1－

cm)，从而可知晶体F的密度为cm3。 －7－1＝2.27 g·323?0.566×10cm?×6.02×10 mol

－

3

答案：(1)①分子 ②3 2 12 4 (2)①分子晶体 离子晶体 ②Na2O 8

4×62 g·mol1－

cm3 －7－1＝2.27 g·323?0.566×10cm?×6.02×10mol

－

3．(1)(2014·全国卷Ⅰ节选)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：

①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。

②Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。

③Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________ g·cm3(不必计算出结果)。

－

(2)(2014·全国卷Ⅱ节选)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：

①e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。 ②这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________________，判断理由是________________________________________。

解析：(1)①区分晶体、准晶体和非晶体可运用X-射线衍射的方法。②根据均摊原理，11

一个晶胞中含有的氧原子为4＋6×＋8×＝8(个)，再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有

2816个铜原子。③面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×

1

8

14＋6×＝4(个)，一个晶胞的质量为×27 g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关

26.022×1023系即可求出密度，计算中要注意1 nm＝107 cm。

－

(2)①由图可知，e和c的个数比为2∶1，则化学式为Cu2O，e离子的电荷为＋1。②由该化合物的阳离子结构可知，该阳离子可以表示为[Cu(NH3)4(H2O)2]2，结合阴离子呈四面体

＋

结构，可知阴离子为SO24，即该化合物是Cu(NH3)4(H2O)2SO4；阳离子中存在的化学键有

－

共价键和配位键；由于阳离子呈轴向狭长，则H2O与Cu2的配位键比NH3与Cu2的弱，

＋

＋

故加热该化合物时，首先失去的组分是H2O。

答案：(1)①X-射线衍射 ②16 ③12

4×27

－

6.022×1023×?0.405×107?3－

＋

＋

22

(2)①＋1 ②SO24 共价键和配位键 H2O H2O与Cu的配位键比NH3与Cu的弱

4．(1)(2013·全国卷Ⅰ节选)硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：

单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献________个原子。

(2)(2013·全国卷Ⅱ节选)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B

＋

－

的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中

的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

回答下列问题：

A(F)、B(K)和D(Ni)三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。 ①该化合物的化学式为________；D的配位数为________； ②列式计算该晶体的密度________g·cm3。

－

解析：(1)硅晶体中，硅原子间以共价键结合在一起，其晶胞6个面上各有一个硅原子，依据均摊原则，面心位置贡献3个原子。

(2)根据均摊法，可以求得化合物的化学式为K2NiF4，晶体的密度可由晶胞的质量除以晶胞的体积求得。

答案：(1)共价键 3 (2)①K2NiF4 6