晶体结构与性质考点梳理

2016-04-10湖北朱敬华

教学考试(高考化学) 2016年2期

关键词：氮化硼晶胞晶体结构

湖北朱敬华

晶体结构与性质考点梳理

湖北朱敬华

晶体结构与性质是选修3的重要组成部分，在高考中占有极其重要的地位。高频考点有两个：一是四种晶体性质与类型的比较（含晶体的化学键）；二是有关晶胞的计算。下面将重要考点整合后精析，供大家参考。

考点一：晶体中化学键类型

高考考纲中明确要求：了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。高考命题主要常将晶体中化学键类型与晶体类型一起考查，常以信息题形式出现。

【例1】（2014·山东卷）石墨烯［如图（a）所示］是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯［如图（b）所示］。

（1）图（a）中，1号C与相邻C形成σ键的个数为_______。

（2）图（b）中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________（填“＞”“＜”或“＝”）图（a）中1号C与相邻C形成的键角。

（3）若将图（b）所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________（填元素符号）。

【审题要点】通过结合“剥离”石墨所得“石墨烯”及“石墨烯”氧化所得的“氧化石墨烯”的结构示意图，根据已有的对石墨结构的了解，很容易就可以解决题设问题。

【解析】（1）由图（a）可知，1号C与另外3个碳原子形成3个σ键。（2）图（b）中1号C与3个碳原子、1个氧原子共形成4个σ键，其价层电子对数为4，C的杂化方式为sp3；该C与相邻C的键角约为109°28′，图（a）中1号C采取sp2杂化，碳原子间夹角为120°。（3）氧化石墨烯中“—OH”的O可与H2O中的H形成氢键、氧化石墨烯中“—OH”的H可与H2O中的O形成氢键，氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有O、H。

【答案】（1）3 （2）sp3＜（3）O、H

【以点带面】大家有兴趣，还可以参看本文例4（2）的分析，对于回答这类问题时的基本思路，即“确定晶体类型——确定晶体内各微粒间是何种作用力（或化学键）——影响该作用力（或化学键）的强弱因素——得出结论”。

考点二：四种晶体的组成和性质比较

高考中高频考点有熔点、沸点比较，四种晶体的比较。

【例2】（高考组合题）（1）（2013·四川卷）NH4Cl固体的晶体类型是________。

（2）（2013·福建卷）NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：

上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有________（填序号）。

a．离子晶体 b．分子晶体

c．原子晶体d．金属晶体

（3）（2013·浙江卷）NaF的熔点________（填“＞”“＝”或“＜”）的熔点，其原因是_____ ______________________________________________________。

【审题要点】要熟悉判断晶体类型的方法与依据，不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律和同种类型晶体熔、沸点比较的规律。

【解析】（1）NH4Cl为离子化合物，为离子晶体。（2）铜为金属晶体，NH3和F2及NF3都是分子晶体，NH4F是离子晶体。（3）两种物质都形成离子晶体，而离子晶体的熔点受离子键强弱的影响，离子键的强弱与离子半径、离子所带的电荷多少有关。两种化合物中，阴、阳离子所带电荷数均为1，但后者的离子半径大，离子键较弱，因此前者的熔点高于后者。

【答案】（1）离子晶体

（2）abd

（3）＞两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低

【以点带面】通过阅读和观察，利用题中所给的条件，根据所学的知识和规律直接判断，得出正确的答案。多练习晶体类型的比较、晶体熔沸点的高低判断两个考点，加深记忆和理解。

考点三：晶胞结构及其基本计算

晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。

【例3】（1）（2012·新课标卷）ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为540．0pm，密度为_________g·cm－3（列式并计算），a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为________pm（列式表示）。

（2）（2015·新课标卷Ⅱ）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：

单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________ ______（填分子式），原因是_______________________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别是________和________。

A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0．566nm。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·cm－3。

【审题要点】先根据已知条件把明显的未知首先剥离出来，然后根据已知将已剥离出来的未知当作已知逐个求解那些潜在的未知。

【解析】（1）ZnS晶胞的体积为（540．0×10－10cm）3。S2－位于晶胞的顶点和面心，Zn2＋位于晶胞的内部，一个ZnS晶胞中含有S2－：个，含有4个 Zn2＋，即一个ZnS晶胞含有4个S2－和4个Zn2＋，则晶胞的密度为ZnS晶胞中，面对角线上两个相邻S2－的距离为pm。每个Zn2＋与周围4个S2－形成正四面体结构，两个S2－与Zn2＋之间连线的夹角为109°28′，两个相邻S2－与Zn2＋形成等腰三角形（如图所示），则ab之间的距离为（2）根据题意推出A、B、C、D依次为O、 Na、P、Cl。氧元素有氧气和臭氧两种同素异形体，两个都是分子晶体，O3的相对分子质量大，范德华力大，沸点高，H2O是分子晶体，而NaH是离子晶体。通过均摊法计算，大黑球是8．1／8＋6．1／2＝4，在晶体内部，小黑球有8个，所以得出化学式是Na2O，A的配位数是8，F的密度为

【答案】（1）

（2）O3O3的相对分子质量大，范德华力大，沸点高分子晶体离子晶体

【以点带面】对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。如NaCl，a3ρNA＝4 M（M＝58．5）解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。

考点四：晶体空间结构分析

由于晶体空间结构试题能很好地考查学生的观察能力和三维空间的想象能力，因此将会成为命题的热点。常与数学和物理知识综合在一起考查，特别易与立体几何知识结合在一起。此类试题立意新颖，构思巧妙，对学生的观察思维能力、空间想象能力有较高的要求。

【例4】（2014·福建卷，节选）氮化硼（BN）晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如下图所示。

（1）基态硼原子的电子排布式为____________________。

（2）关于这两种晶体的说法，正确的是__________（填序号）。

a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大

b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软

c．两种晶体中的B—N键均为共价键

d．两种晶体均为分子晶体

（3）六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为________，其结构与石墨相似却不导电，原因是________________________________________________。

【审题要点】氮化硼（BN）晶体类似金刚石晶体、石墨晶体的变身题。

【解析】（1）硼为第5号元素，核外有5个电子，基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。（2）a项，立方相氮化硼类似于金刚石的结构只有σ键，没有π键，错误；b项，六方相氮化硼类似于石墨的结构，层与层之间存在分子间作用力，质地软，正确；c项，B—N间通过共用电子对结合，均为共价键，正确；d项，立方相氮化硼为原子晶体，六方相氮化硼为混合型晶体，错误。（3）由六方相氮化硼晶体结构可知，层内每个硼原子与相邻的3个氮原子构成平面三角形，由于六方相氮化硼结构中已没有自由移动的电子，故其不导电。

【答案】（1）1s22s22p1（2）bc （3）平面三角形层状结构中没有自由移动的电子

【以点带面】解答类似题的一般程序是：要认真审题，读懂“图”和“问句”的含义；对某些情境比较陌生，或内容比较烦琐，要通过思维转换，将题示信息转化为自己比较熟悉的、便于理解的或等价的形式，从而变陌生为熟悉，化难为易，迅速求解。