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第16講 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
2023.8.8
一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)
電子、陽離子和電中性粒子（分子或原子）組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)
晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)
液態(tài)
固態(tài)
氣態(tài)
Q：還有哪些聚集狀態(tài)？
等離子體
離子液體是熔點(diǎn)不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)
Q：氣態(tài)、液態(tài)物質(zhì)一定是由分子構(gòu)成的嗎？
離子液體
Q：純H2SO4、熔融NaCl是離子液體嗎？
1-己基-3-甲基咪 四氟硼酸
熱致液晶
溶致液晶
二、晶體與非晶體
晶體：
非晶體：
結(jié)構(gòu)微粒呈周期性有序排列而構(gòu)成具有規(guī)則幾何外形的固體
冰、碘、二氧化硅等
離子晶體
分子晶體
共價(jià)晶體
金屬晶體
結(jié)構(gòu)微粒無序排列，不具有規(guī)則幾何外形的固體
玻璃、橡膠、塑料、瑪瑙等
Q：具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體嗎？
大本148 易錯(cuò)小練
1.晶體與非晶體的概念
2.晶體的性質(zhì)
（1）自范性
①定義：
在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的幾何多面體外形。
結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列的宏觀表現(xiàn)
②形成條件：晶體生長(zhǎng)速率適當(dāng)
P70-天然水晶球的形成
熔融態(tài)SiO2+地殼內(nèi)空洞
外層：瑪瑙
內(nèi)層：水晶
（2）各向異性
晶體內(nèi)部微粒的排列呈現(xiàn)周期性，而不同方向上的微粒排列情況是不同的。因此，在晶體中，不同方向上具有不同的物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度。
例：石墨在與層平行的方向上的電導(dǎo)率數(shù)值約為在與層垂直的方向上的電導(dǎo)率數(shù)值的1萬倍。
（3）有固定的熔點(diǎn)
區(qū)分晶體和非晶體最好的方法：X-射線衍射
衍射：當(dāng)入射光的波長(zhǎng)與光柵縫隙大小相當(dāng)時(shí)，能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。
產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或明銳的衍射峰。
獲得晶體的三條途徑：
①溶質(zhì)從溶液中析出
在飽和氯化鈉溶液中滴入濃鹽酸 P71 實(shí)驗(yàn)3-1
苯甲酸的重結(jié)晶
②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝華
I2 + NaCl
③熔融態(tài)物質(zhì)凝固
P71 資料卡片
3.四種常見晶體
分子晶體
共價(jià)晶體
離子晶體
金屬晶體
構(gòu)成微粒
分子
原子
陰、陽離子
金屬陽離子和自由電子
微粒間相互作用力
分子間作用力
共價(jià)鍵
離子鍵
金屬鍵
Q：在分子晶體中一定有范德華力和化學(xué)鍵。
在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。 大本P149
常見物質(zhì)
非金屬氫化物
大多數(shù)非金屬單質(zhì)
非金屬氧化物
幾乎所有酸、絕大多數(shù)有機(jī)物
金剛石 鍺 硼
晶體硅 錫
碳化硅 氮化硼
二氧化硅
金屬氧化物
強(qiáng)堿
絕大多數(shù)鹽（AlCl3除外）
金屬
嘗試判斷大本149 150出現(xiàn)的晶體為什么晶體？
主要集中在周期表哪個(gè)位置？
氮化硅是什么晶體？砷化鎵呢？
判斷下列物質(zhì)的晶體類型：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶體硅、金剛石、晶體氬、銅。
2.(2021·天津，2)下列各組物質(zhì)的晶體類型相同的是
A.SiO2和SO3 B.I2和NaCl
C.Cu和Ag D.SiC和MgO
√
FeCl3是什么晶體？
單子8題(4)問
3.四種常見晶體
分子晶體
共價(jià)晶體
離子晶體
金屬晶體
硬度
熔沸點(diǎn)
大本P150
較小
大
較大
有的很大有的很小
較低
很高
較高
有的很高有的很低
不同類型
相同類型
共價(jià)>離子>分子
①分子晶體
氫鍵>范德華力
極性越大，熔點(diǎn)越高
CO>N2
②離子、共價(jià)、金屬晶體
練習(xí)：P150 5題 6題
單子1題A、B選項(xiàng)
單子2題
單子7題
單子1題C選項(xiàng)
例1　(1)金剛石的熔點(diǎn)比NaCl高，原因是 。
(2)SiO2的熔點(diǎn)比CO2高，原因是 。
金剛石是共價(jià)晶體，而NaCl是離子晶體
SiO2是共價(jià)晶體，而CO2是分子晶體
答題模板：×××為×××晶體，而×××為×××晶體。
鹵化物CsICl2受熱發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，生成無色晶體X和紅棕色液體Y。X為 。解釋X的熔點(diǎn)比Y高的原因。
CsCl為離子晶體，ICl為分子晶體。
不同類型晶體熔點(diǎn)的比較
例2　(1)NH3的沸點(diǎn)比PH3高，原因是_________________________________________
______________________________。
(2)CO2比CS2的熔、沸點(diǎn)低，原因是__________________________________________
_________________。
(3)CO比N2的熔、沸點(diǎn)高，原因是___________________________________________
____________________。
同為分子晶體，NH3分子間存在較強(qiáng)的氫鍵，而PH3分子間僅有較弱的范德華力
同為分子晶體，CS2的相對(duì)分子質(zhì)量大，范德華力強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)高
同為分子晶體，兩者相對(duì)分子質(zhì)量相同，CO的極性大，熔、沸點(diǎn)高
答題模板：
①同為分子晶體，×××存在氫鍵，而×××僅存在較弱的范德華力。
②同為分子晶體，×××的相對(duì)分子質(zhì)量大，范德華力強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)高。
③同為分子晶體，兩者的相對(duì)分子質(zhì)量相同(或相近)，×××的極性大，熔、沸點(diǎn)高。
④同為分子晶體，×××形成分子間氫鍵，而×××形成的則是分子內(nèi)氫鍵，分子間氫鍵會(huì)使熔、沸點(diǎn)升高。
分子晶體熔點(diǎn)的比較
的沸點(diǎn)比 高，原因是______________________
_____________________________________________________________________。
內(nèi)氫鍵，而 形成分子間氫鍵，分子間氫鍵會(huì)使沸點(diǎn)升高
形成分子
S位于周期表中第______族，該族元素氫化物中，H2Te比H2S沸點(diǎn)高的原因是______________________________________________________________________，H2O比H2Te沸點(diǎn)高的原因是______________________________________。
ⅥA
兩者均為分子晶體且結(jié)構(gòu)相似，H2Te相對(duì)分子質(zhì)量比H2S大，分子間作用力更強(qiáng)
　兩者均為分子晶體，H2O分子間存在氫鍵
　Si單質(zhì)比化合物SiC的熔點(diǎn)低，理由是___________________________________
____________________________________________________。
已知氮化硼與砷化鎵屬于同種晶體類型。則兩種晶體熔點(diǎn)較高的是_____(填化學(xué)式)，其理由是___________________________________________________________。
兩種晶體均為共價(jià)晶體，N和B原子半徑較小，鍵能較大，熔點(diǎn)較高
BN
共價(jià)晶體熔點(diǎn)的比較
答題模板：同為共價(jià)晶體，×××晶體的鍵長(zhǎng)短，鍵能大，熔、沸點(diǎn)高。
晶體硅與SiC均屬于共價(jià)晶體，晶體硅中的Si—Si比SiC中Si—C的鍵長(zhǎng)長(zhǎng)，鍵能低，所以熔點(diǎn)低
(1)ZnO和ZnS的晶體結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)較高的是ZnO，理由是________________
_______________________________________________________________。
(2)FeO的熔點(diǎn)小于Fe2O3的熔點(diǎn)，原因是______________________________________
________________________________________。
ZnO和ZnS同屬于離子晶體，O2－半徑小于S2－，故ZnO晶格能大(或離子鍵強(qiáng))，熔點(diǎn)高
同為離子晶體，F(xiàn)e2＋半徑比Fe3＋大，所帶電荷數(shù)也小于Fe3＋，F(xiàn)eO的晶格能比Fe2O3小
答題模板：
①陰、陽離子電荷數(shù)相等，則看陰、陽離子半徑：
同為離子晶體，Rn－(或Mn＋)半徑小于Xn－(或Nn＋)，故×××晶體晶格能大(或離子鍵強(qiáng))，熔、沸點(diǎn)高。
②陰離子(或陽離子)電荷數(shù)不相等，陰離子(或陽離子)半徑不相同：
同為離子晶體，Rn－(或Mn＋)半徑小于Xm－(或Nm＋)，Rn－(或Mn＋)電荷數(shù)大于Xm－(或Nm＋)，故×××晶體晶格能大(或離子鍵強(qiáng))，熔、沸點(diǎn)高。
離子晶體熔點(diǎn)的比較
分子晶體
共價(jià)晶體
離子晶體
金屬晶體
溶解性
導(dǎo)電導(dǎo)熱性
3.四種常見晶體
相似相溶
一般難溶
大多數(shù)易溶于水
一般難溶
一般不導(dǎo)電，溶于水后有的導(dǎo)電
一般不導(dǎo)電
導(dǎo)電導(dǎo)熱
水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電
練習(xí)：P149 4題
題目有給出的其他信息時(shí)，結(jié)合信息判斷。
2.下列有關(guān)晶體類型的判斷正確的是
A SiI4：熔點(diǎn)120.5 ℃，沸點(diǎn)271.5 ℃ 共價(jià)晶體
B B：熔點(diǎn)2 300 ℃，沸點(diǎn)2 550 ℃，硬度大 金屬晶體
C 銻：熔點(diǎn)630.74 ℃，沸點(diǎn)1 750 ℃，晶體導(dǎo)電 共價(jià)晶體
D FeCl3：熔點(diǎn)282 ℃，易溶于水，也易溶于有機(jī)溶劑 分子晶體
√
三、配合物與超分子
1.配合物
（1）配位鍵
思考：依據(jù)反應(yīng) NH3 +H+ == NH4+ ，從成鍵角度討論NH3是如何與H＋形成NH4＋的？
思考：類比NH4＋ 的形成，推測(cè)Cu2+與H2O是怎樣形成[Cu(H2O)4]2＋的？
Cu2+
（具有空軌道）
孤電子對(duì)
O
H
H
Cu2+
OH2
H2O
H2O
H2O
[Cu(H2O)4]2＋
H2O
Cu2+
提供孤電子對(duì)
有空軌道接受孤電子對(duì)
電子對(duì)給予體
電子對(duì)接受體
①定義：
由一個(gè)原子單獨(dú)提供孤電子對(duì)，另一方提供空軌道而形成的化學(xué)鍵，即“電子對(duì)給予 — 接受”鍵。
②表示方法：
A B(或A—B)
[Cu(H2O)4]2＋
NH4＋
嘗試畫出以下兩個(gè)微粒中的配位鍵：
H2O
↓
H2O→Cu←OH2
↑
H2O
2＋
H
N
H
H
H
[ ]
+
←
Q：NH3、H2O、NH4+、H3O+、Al2Cl6中是否存在配位鍵？
③形成條件：
孤對(duì)電子+空軌道
（2）配位化合物
Q:下列物質(zhì)是否屬于配合物？
NH4Cl [Cu(NH3)4]SO4 [Ag(NH3)2]OH
①概念
通常由金屬離子或原子與某些分子或離子以配位鍵結(jié)合形成的化合物，簡(jiǎn)稱配合物。
（稱為中心離子或原子）
（稱為配位體或配體）
②組成結(jié)構(gòu)
[Cu(NH3)4] SO4
內(nèi)界
（配離子）
外界
中心離子
配體
配位數(shù)
配合物 內(nèi)界 外界 中心粒子 配位體 配位數(shù)
[Ag(NH3)2]OH
K3[Fe(CN)6]
[Co(NH3)5Cl]Cl2
Ni(CO)4
（3）配合物的形成
【實(shí)驗(yàn)3-3】向硫酸銅溶液中加入氨水再加入乙醇：
【實(shí)驗(yàn)3-4】向盛有少量0.1mol/LFeCl3溶液(或任何含F(xiàn)e3+的溶液)的試管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化鉀(KSCN)溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（Fe3+的檢驗(yàn)）
【實(shí)驗(yàn)3-5】向氯化鈉溶液中滴加AgNO3和氨水
（4）配合物的性質(zhì)特點(diǎn)
對(duì)于具有內(nèi)外界的配合物，內(nèi)外界之間以離子鍵結(jié)合， 在水溶液中內(nèi)外界之間完全電離，但內(nèi)界離子較穩(wěn)定一般不能電離出來。
如[Cu(NH3)4]SO4＝[Cu(NH3)4]2＋＋SO42－
在水溶液能電離:
配合物內(nèi)界難電離，不拆
能力1　配合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1.[Co(NH3)5Cl](OH)2 是一種鈷的配合物,下列說法中正確的是(　　)。
A.配體是OH- 、Cl- 和NH3,配位數(shù)是8
B.1 mol [Co(NH3)5Cl](OH)2 中σ 鍵的數(shù)目是21NA
C.內(nèi)界和外界中Cl- 、OH- 的數(shù)目之比是1∶2
D.加入足量AgNO3 溶液,Cl- 一定被完全沉淀
C
P156 1題
2.超分子
由兩種或兩種以上的分子(包括離子)通過分子間相互作用形成的分子聚集體。
（1）概念：
（2）超分子的實(shí)例：
分子識(shí)別：
①“杯酚”分離 C60 和 C70
自組裝
②冠醚識(shí)別堿金屬離子：
分子中含有多個(gè)--氧-亞甲基(CH2)--結(jié)構(gòu)單元的大環(huán)多醚
書P99
Q：可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子
O原子吸引陽離子
冠醚 冠醚空腔直徑/pm 適合的粒子
（直徑/pm）
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120～150 170～220 260～320 340～430 Li+（152）
Na+（204）
Rb+（304）
Cs+（334）
思考： K+ 直徑為276 pm，應(yīng)該選擇哪種冠醚呢？
冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，將陽離子以及對(duì)應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑，因而成為有機(jī)反應(yīng)中很好的催化劑。
應(yīng)用:KMnO4氧化烯烴
4.冠醚能識(shí)別堿金屬離子,X、Y、Z是常見的三種冠醚,Li+與X作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)W,其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)。
A.冠醚分子中,所有原子不可能共平面
B.冠醚與堿金屬離子之間形成的配位鍵屬于離子鍵
C.冠醚Y能與K+形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)但不能與Li+形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原因是Li+的半徑太小
D.烯烴難溶于水,被酸性KMnO4溶液氧化的效果較差,若烯烴中溶入冠醚Z,則烯烴被氧化的效果會(huì)明顯提升
B
P156 4題
四、常見晶體的結(jié)構(gòu)模型
1.晶胞
(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元
(2)晶體中晶胞的排列----無隙并置
2.晶胞參數(shù)的計(jì)算
①粒子數(shù)目的計(jì)算
均攤法
頂點(diǎn)被幾個(gè)晶胞共用？
體內(nèi)被幾個(gè)晶胞共用？
2
4
3
7
6
1
8
5
2
1
1
面上及棱上被幾個(gè)晶胞共用？
2
1
3
4
能力1　晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算及化學(xué)式的確定
1.某晶體結(jié)構(gòu)的基本單元如圖所示。A為陰離子,位于立方體內(nèi),B為陽離子,分別位于頂角和面心,則該晶體的化學(xué)式為(　　)。
A.B2A　　　　　　　　B.BA2
C.B7A4 D.B4A7
B
P153 1題
非平行六面體—六方晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)
頂點(diǎn)被幾個(gè)晶胞共用？
體內(nèi)被幾個(gè)晶胞共用？
面上及棱上被幾個(gè)晶胞共用？
2.氫氣是重要的清潔能源。要利用氫氣作為能源,必須解決好儲(chǔ)存氫氣的問題。化學(xué)家研究出利用合金儲(chǔ)存氫氣的方法,其中鑭(La)鎳(Ni)合金是一種儲(chǔ)氫材料,這種合金的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)測(cè)定,其基本結(jié)構(gòu)單元如圖所示,則該合金的化學(xué)式可表示為(　　)。
A.LaNi5 B.LaNi
C.La14Ni24 D.La7Ni12
A
P153 2題
②晶體密度的計(jì)算
以晶胞為研究對(duì)象，晶胞的密度即為晶體的密度
求一個(gè)晶胞的質(zhì)量--g
求一個(gè)晶胞的體積--cm3
ρ=
1nm=10-7cm 1pm=10-10cm
確定晶胞參數(shù)時(shí)就轉(zhuǎn)化好長(zhǎng)度單位！
③配位數(shù)的計(jì)算
距離該粒子最近的粒子的個(gè)數(shù)
3.常見晶體結(jié)構(gòu)模型分析
①離子晶體
Q1: 一個(gè)晶胞中,有 個(gè)Na+,有 個(gè)Cl-
Q2: 每個(gè)Cl-周圍距離最近Na+的有 個(gè)，構(gòu)成 體
Q3：每個(gè)Na+周圍距離最近的Na+有 個(gè)
Q4：Na+和Cl-的配位數(shù)為？
Q5：晶體密度為？
離子晶體中與某離子距離最近的異電性離子的數(shù)目叫該離子的配位數(shù)
①離子晶體
Q1: 一個(gè)晶胞中,有 個(gè)CS+,有 個(gè)Cl-
Q2: 每個(gè)Cl-周圍距離最近的CS+有 個(gè)
Q3：每個(gè)CS+周圍距離最近的CS+有 個(gè)
Q4：CS+和Cl-的配位數(shù)為？
Q5：晶體密度為？
Q1: 一個(gè)晶胞中,有 個(gè)Zn2+,有 個(gè)S2-
Q2：Zn2+和S2-的配位數(shù)為？
Q3：Zn2+和S2-的最短距離為？
Q4：晶體密度為？
①離子晶體
Q1: 一個(gè)晶胞中,有 個(gè)Ca2+,有 個(gè)F-
Q2：Ca2+和F-的配位數(shù)為？
Q3：Ca2+和F-的最短距離為？
Q4：晶體密度為？
能力2　晶體的微觀結(jié)構(gòu)分析
3.高溫下,超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu),晶體中氧的化合價(jià)部分為0,部分為-2。超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.超氧化鉀的化學(xué)式為KO2,每個(gè)晶胞含有4個(gè)K+和4個(gè)O2-
B.晶體中每個(gè)K+周圍最近的O2-有8個(gè),每個(gè)O2-周圍最近的K+有8個(gè)
C.晶體中與每個(gè)K+距離最近的K+有8個(gè)
D.晶體中與每個(gè)K+距離最近的K+有6個(gè)
A
P154 3題
3.(改編)鎢酸鉛(PWO)是一種閃爍晶體,晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)。
A.鎢酸根結(jié)構(gòu)式為 ,該離子中σ鍵和π鍵的個(gè)數(shù)之比是2∶1
B.PWO晶體中同時(shí)存在離子鍵和共價(jià)鍵
C.1個(gè)該晶胞中含有的陰離子數(shù)為3
D.若PWO的摩爾質(zhì)量為M g·mol-1,則該晶體的密度 g·cm-3
C
P157 3題
AlF3 結(jié)構(gòu)屬立方晶系，晶胞如圖3b所示，F(xiàn)-的配位數(shù)為 。若晶胞參數(shù)為apm，
晶體密度 。
2023全國(guó)甲卷35題節(jié)選
②共價(jià)晶體
金剛石
Q1: 1molC原子含C-C鍵的數(shù)目為？
Q2：每個(gè)金剛石晶胞中含有 個(gè)C原子 ，最小環(huán)為 環(huán)
Q3：晶體密度為？
Q1: 1molSiO2含Si-O鍵的數(shù)目為？
最小環(huán)為 環(huán)
Q2：晶體密度為？
若Si與C最近距離為d,則邊長(zhǎng)(a)與最近距離(d)的關(guān)系為？
③分子晶體
Q1：每個(gè)水分子與相鄰的 個(gè)水分子以氫鍵相連
Q2：每個(gè)水分子實(shí)際擁有 “氫鍵”
Q3：冰晶體和金剛石晶胞相似的原因？
Q：每個(gè)CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有 個(gè)
堆積模型 簡(jiǎn)單立方堆積 體心立方堆積(鉀型) 面心立方最密堆積(銅型)
晶胞
代表金屬 Po Na、K、Fe Cu、Ag、Au
配位數(shù) 6 8 12
晶胞占有的原子數(shù) 1 2 4
原子半徑(r)與立方體邊長(zhǎng)為(a)的關(guān)系 a=2r a=4r a=4r
④金屬晶體

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