湖北 朱敬華

晶體結構與性質考點梳理

湖北 朱敬華

晶體結構與性質是選修3的重要組成部分，在高考中占有極其重要的地位。高頻考點有兩個：一是四種晶體性質與類型的比較（含晶體的化學鍵）；二是有關晶胞的計算。下面將重要考點整合后精析，供大家參考。

考點一：晶體中化學鍵類型

高考考綱中明確要求：了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。高考命題主要常將晶體中化學鍵類型與晶體類型一起考查，常以信息題形式出現。

【例1】（2014·山東卷）石墨烯［如圖（a）所示］是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發(fā)生改變，轉化為氧化石墨烯［如圖（b）所示］。

（1）圖（a）中，1號C與相鄰C形成σ鍵的個數為_______。

（2）圖（b）中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________（填“＞”“＜”或“＝”）圖（a）中1號C與相鄰C形成的鍵角。

（3）若將圖（b）所示的氧化石墨烯分散在H2O中，則氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有________（填元素符號）。

【審題要點】通過結合“剝離”石墨所得“石墨烯”及“石墨烯”氧化所得的“氧化石墨烯”的結構示意圖，根據已有的對石墨結構的了解，很容易就可以解決題設問題。

【解析】（1）由圖（a）可知，1號C與另外3個碳原子形成3個σ鍵。（2）圖（b）中1號C與3個碳原子、1個氧原子共形成4個σ鍵，其價層電子對數為4，C的雜化方式為sp3；該C與相鄰C的鍵角約為109°28′，圖（a）中1號C采取sp2雜化，碳原子間夾角為120°。（3）氧化石墨烯中“—OH”的O可與H2O中的H形成氫鍵、氧化石墨烯中“—OH”的H可與H2O中的O形成氫鍵，氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有O、H。

【答案】（1）3 （2）sp3＜ （3）O、H

【以點帶面】大家有興趣，還可以參看本文例4（2）的分析，對于回答這類問題時的基本思路，即“確定晶體類型——確定晶體內各微粒間是何種作用力（或化學鍵）——影響該作用力（或化學鍵）的強弱因素——得出結論”。

考點二：四種晶體的組成和性質比較

高考中高頻考點有熔點、沸點比較，四種晶體的比較。

【例2】（高考組合題）（1）（2013·四川卷）NH4Cl固體的晶體類型是________。

（2）（2013·福建卷）NF3可由NH3和F2在Cu催化劑存在下反應直接得到：

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

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

【審題要點】要熟悉判斷晶體類型的方法與依據，不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律和同種類型晶體熔、沸點比較的規(guī)律。

【解析】（1）NH4Cl為離子化合物，為離子晶體。（2）銅為金屬晶體，NH3和F2及NF3都是分子晶體，NH4F是離子晶體。（3）兩種物質都形成離子晶體，而離子晶體的熔點受離子鍵強弱的影響，離子鍵的強弱與離子半徑、離子所帶的電荷多少有關。兩種化合物中，陰、陽離子所帶電荷數均為1，但后者的離子半徑大，離子鍵較弱，因此前者的熔點高于后者。

【答案】（1）離子晶體

（2）abd

（3）＞ 兩者均為離子化合物，且陰、陽離子的電荷數均為1，但后者的離子半徑較大，離子鍵較弱，因此其熔點較低

【以點帶面】通過閱讀和觀察，利用題中所給的條件，根據所學的知識和規(guī)律直接判斷，得出正確的答案。多練習晶體類型的比較、晶體熔沸點的高低判斷兩個考點，加深記憶和理解。

考點三：晶胞結構及其基本計算

晶胞計算是晶體考查的重要知識點之一，也是考查學生分析問題、解決問題能力的較好素材。晶體結構的計算常常涉及如下數據：晶體密度、NA、M、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度的表達式往往是列等式的依據。

【例3】（1）（2012·新課標卷）ZnS在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應用廣泛。立方ZnS晶體結構如圖所示，其晶胞邊長為540．0pm，密度為_________g·cm－3（列式并計算），a位置S2－與b位置Zn2＋之間的距離為________pm（列式表示）。

（2）（2015·新課標卷Ⅱ）A、B、C、D為原子序數依次增大的四種元素，A2－和B＋具有相同的電子構型：C、D為同周期元素，C核外電子總數是最外層電子數的3倍；D元素最外層有一個未成對電子。回答下列問題：

單質A有兩種同素異形體，其中沸點高的是________ ______（填分子式），原因是_______________________；A和B的氫化物所屬的晶體類型分別是________和________。

A和B能夠形成化合物F，其晶胞結構如圖所示，晶胞參數a＝0．566nm。F的化學式為_______________；晶胞中A原子的配位數為_________；列式計算晶體F的密度：________g·cm－3。

【審題要點】先根據已知條件把明顯的未知首先剝離出來，然后根據已知將已剝離出來的未知當作已知逐個求解那些潛在的未知。

【解析】（1）ZnS晶胞的體積為（540．0×10－10cm）3。S2－位于晶胞的頂點和面心，Zn2＋位于晶胞的內部，一個ZnS晶胞中含有S2－：個，含有4個 Zn2＋，即一個ZnS晶胞含有4個S2－和4個Zn2＋，則晶胞的密度為ZnS晶胞中，面對角線上兩個相鄰S2－的距離為pm。每個Zn2＋與周圍4個S2－形成正四面體結構，兩個S2－與Zn2＋之間連線的夾角為109°28′，兩個相鄰S2－與Zn2＋形成等腰三角形（如圖所示），則ab之間的距離為（2）根據題意推出A、B、C、D依次為O、 Na、P、Cl。氧元素有氧氣和臭氧兩種同素異形體，兩個都是分子晶體，O3的相對分子質量大，范德華力大，沸點高，H2O是分子晶體，而NaH是離子晶體。通過均攤法計算，大黑球是8．1／8＋6．1／2＝4，在晶體內部，小黑球有8個，所以得出化學式是Na2O，A的配位數是8，F的密度為

【答案】（1）

（2）O3O3的相對分子質量大，范德華力大，沸點高分子晶體 離子晶體

【以點帶面】對于立方晶胞，可簡化成下面的公式進行各物理量的計算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱長，ρ表示密度，NA表示阿伏加德羅常數，n表示1mol晶胞中所含晶體的物質的量，M表示相對分子質量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的質量。如NaCl，a3ρNA＝4 M（M＝58．5）解決這類題，一是要掌握晶體“均攤法”的原理，二是要有扎實的立體幾何知識，三是要熟悉常見晶體的結構特征，并能融會貫通，舉一反三。

考點四：晶體空間結構分析

由于晶體空間結構試題能很好地考查學生的觀察能力和三維空間的想象能力，因此將會成為命題的熱點。常與數學和物理知識綜合在一起考查，特別易與立體幾何知識結合在一起。此類試題立意新穎，構思巧妙，對學生的觀察思維能力、空間想象能力有較高的要求。

【例4】（2014·福建卷，節(jié)選）氮化硼（BN）晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結構如下圖所示。

（1）基態(tài)硼原子的電子排布式為____________________。

（2）關于這兩種晶體的說法，正確的是__________（填序號）。

a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大

b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質地軟

c．兩種晶體中的B—N鍵均為共價鍵

d．兩種晶體均為分子晶體

（3）六方相氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間構型為________，其結構與石墨相似卻不導電，原因是________________________________________________。

【審題要點】氮化硼（BN）晶體類似金剛石晶體、石墨晶體的變身題。

【解析】（1）硼為第5號元素，核外有5個電子，基態(tài)硼原子的電子排布式為1s22s22p1。（2）a項，立方相氮化硼類似于金剛石的結構只有σ鍵，沒有π鍵，錯誤；b項，六方相氮化硼類似于石墨的結構，層與層之間存在分子間作用力，質地軟，正確；c項，B—N間通過共用電子對結合，均為共價鍵，正確；d項，立方相氮化硼為原子晶體，六方相氮化硼為混合型晶體，錯誤。（3）由六方相氮化硼晶體結構可知，層內每個硼原子與相鄰的3個氮原子構成平面三角形，由于六方相氮化硼結構中已沒有自由移動的電子，故其不導電。

【答案】（1）1s22s22p1（2）bc （3）平面三角形 層狀結構中沒有自由移動的電子

【以點帶面】解答類似題的一般程序是：要認真審題，讀懂“圖”和“問句”的含義；對某些情境比較陌生，或內容比較煩瑣，要通過思維轉換，將題示信息轉化為自己比較熟悉的、便于理解的或等價的形式，從而變陌生為熟悉，化難為易，迅速求解。

考點五：有關晶體結構與性質的綜合推斷題

高考中此類題屬于選考，一般賦分15分，重在考查思維建模能力。

【例5】（2013·海南卷）圖A所示的轉化關系中（具體反應條件略），a、b、c和d分別為四種短周期元素的常見單質，其余均為它們的化合物，i的溶液為常見的酸，a的一種同素異形體的晶胞如圖B所示。

回答下列問題：

（1）圖B對應的物質名稱是________，其晶胞中的原子數為________，晶體類型為________。

（2）d中元素的原子核外電子排布式為________。

（3）圖A中由兩種元素組成的物質中，沸點最高的是________，原因是___________________，該物質的分子構型為________，中心原子的雜化軌道類型為________。

（4）圖A中的雙原子分子中，極性最大的分子是________。

（5）k的分子式為________，中心原子的雜化軌道類型為________，屬于________（填“極性”或“非極性”）分子。

【審題要點】本題審題在讀懂“信息”，找到突破口，逆推順證。

【解析】信息①：圖B?a原子周圍形成4個鍵?a為碳或硅?均攤法：晶胞中原子數為8。

信息②：a為短周期元素的常見單質?a為碳。

信息③：a＋H2O→b（單質）＋f?C＋H2O→H2＋CO?b為H2，f為CO。

信息④：b（H2）＋c（單質）→H2O?c為O2。

信息⑤：f（CO）＋c（O2）→g?CO＋O2→CO2?g為CO2。

信息⑥：b（H2）＋d（單質）→i（酸）?H2＋Cl2→HCl?i為HCl?i溶液為鹽酸。

信息⑦：f（CO）＋d（Cl2）→k?k的分子式為COCl2。

信息⑧：圖A中由兩種元素組成的物質?CO、CO2、HCl、H2O?沸點最高的為H2O。

【答案】（1）金剛石 8 原子晶體

（2）1s22s22p63s23p5（寫［Ne］3s23p5也可）

（3）H2O 分子間形成氫鍵 V形（或角形） sp3

（4）HCl

（5）COCl2sp2極性

【以點帶面】

（作者單位：湖北省公安縣教育局教研室）