2011届高考化学一轮复习课件：选修3物质结构与性质第三节晶体的结构与性质.ppt

1. 了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结结构微粒、微粒间间作用力的区别别 。 2了解原子晶体的特征，能描述金刚刚石、二氧化硅等原子晶体的结结构与性质质的关系。 3理解金属键键的含义义，能用金属键键理论论解释释金属的一些物理性质质。 第三节 晶体的结构与性质 分类类是否有自范性微观结观结 构 晶体有原子在三维维空间间里呈 排列 非晶体没 有原子排列相对对 1晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别 周期性有序 无序 (2)得到晶体的途径 。 。 。 (3)晶体的特点 外形和内部质质点排列的 性。 晶体的许许多物理性质质如强度表现现出 性。 晶体具有 性，即晶体能自发发地呈现现 的性质质。 熔融态态物质质凝固 气态态物质质凝华华 溶质质从溶液中析出 高度有序 各向异 自范几何多面体 (4)区别别晶体和非晶体的方法 熔点法： 的熔点较较固定，而 没有固定的熔点。 ：当单单一波长长的X 射线线通过过晶体时时，会在记录仪记录仪 上看到 ，而非晶体则则没有。 2晶胞 (1)概念 描述晶体结结构的 。 晶体非晶体 X 射线线衍射法 分立的斑点或谱线谱线 基本单单元 (2)晶体中晶胞的排列无隙并置 无隙：相邻邻晶胞之间间没有 。 并置：所有晶胞 排列、 相同。 延伸： 1. 晶胞是晶体中最小的结结构重复单单元。 2晶胞一定是一个平行六面体，其三条边边的长长度不一定相等，也不一定互 相 垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结结构所决定，晶胞不能是八面体或 六方柱体等其他形状。 任何间间隙 平行取向 3整个晶体就是晶胞按其周期性在三维维空间间重复排列而成的。这这种排列必须须是晶 胞的并置堆砌。所谓谓并置堆砌是指平行六面体之间间没有任何空隙，同时时相邻邻的 八个平行六面体均能共顶顶点相连连接。 同一晶体所划出来的同类类晶胞大小和形状完全相同。 1分子晶体 (1)结构特点 晶体中只含 。 分子间作用力为 ，也可能有 。 分子密堆积：一个分子周围通常有 个紧邻的小分子。 (2)典型的分子晶体 冰 水分子之间的主要作用力是 ，也存在 ，每个水分子周围只有 个紧邻的水分子。 分子 范德华华力氢键氢键 12 氢键氢键范德华华力 4 干冰 CO2分子之间间存在 ，每个CO2分子周围围有 个紧邻紧邻 的CO2分子。 2.原子晶体 (1)结构特点 晶体中只含原子。 原子间间均以 结结合。 结结构。 范德华华力 12 共价键键 三维维空间间网状 (2)典型的原子晶体金刚刚石 碳原子取 杂杂化轨轨道形成共价键键，碳碳键键之间夹间夹 角为为 。 每个碳原子与相邻邻的 个碳原子结结合。 sp3 10928 4 晶体类类型原子晶体分子晶体 概 念 相邻邻原子间间以共价键键相结结合而形成空 间间网状结结构的晶体 分子间间以分子间间作用力相结结合 的晶体 组组成微粒原 子分 子 微粒间间作用力共价键键分子间间作用力 熔、沸点很 高较较 低 硬 度很 大较较 小 溶解性不易溶于任何中性溶剂剂部分溶于水 导电导电 性不导电导电 ，个别为别为 半导导体不导电导电 ，部分溶于水导电导电 熔化时时破坏 的作用力 破坏共价键键 一定破坏分子间间作用力(有 的还还破坏氢键氢键 ，如冰熔化；S8 熔化时还时还 破坏共价键键) 实实 例金刚刚石干冰 结结构特点 其最小的C原子环环中有6个C原子 ，CC键夹键夹 角为为10928 CO2晶体中存在CO2分子 升华：原子晶体与分子晶体比较 1金属键 (1)“电子气理论”要点 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的 形成遍布 的“电 子气”，被 所共用，从而把 维系在一起。 金属晶体是由 、 通过 形成的一种“巨分子”。 金属键的强度 。 价电电子整块块晶体 所有原子所有的金属原子 金属阳离子自由电电子金属键键 差别很大 金属晶体 结结构微粒 作用力 名称 导电导电 性导热导热 性延展性 金属阳离子 自由电电子 金属键键 自由电电子在电场电场 中作 形成 电电流 电电子气中的 自由电电子在 的 作用下与金属原 子 而 导热导热 当金属受到外力 作用时时，金属晶体 中的各原子层层就会 ，但不会改变变其 ， 而弥漫在金属原子 间间的电电子气可以起 到类类似轴轴承中滚滚珠 之间间 的作用 (2)金属晶体的构成、通性及其解释释 定向运动动 频频繁碰撞 相对对滑动动 体系的排列方式 润润滑剂剂 热热 2. 金属晶体的原子堆积模型 (1)二维维空间间模型 非密置层层，配位数为为 。 密置层层，配位数为为 。 (2)三维维空间间模型 简单简单 立方堆积积 相邻邻非密置层层原子的原子核在同一直线线上，配位数为为 。只有 采取这这种 堆积积方式。 4 6 6Po 钾钾型 将非密置层层上层层金属原子填入下层层的金属原子形成的 中，每层层都照此堆积积。 如 、 、 等是这这种堆积积方式，配位数为为 。 镁镁型和铜铜型 密置层层的原子按 型堆积积方式堆积积。若按 的方式堆积为积为 型， 按 的方式堆积为积为 型。这这两种堆积积方式都是金属晶体的 ，配位数均为为12，空间间利用。 凹穴 NaKFe 钾钾ABABAB 镁镁 ABCABCABC铜铜 最密堆积积 8 思考： 若某物质质中有阳离子，一定有阴离子吗吗？ 提示：在金属晶体中，只存在金属离子和自由电子，不存在金属中性原子和阴离 子。 在金属晶体中： (1)含金属阳离子的晶体中不一定含阴离子。 (2)含阳离子的晶体中不一定含有离子键。 1离子晶体 (1)概念 离子键键： 间间通过过 (指 和 的平衡)形成 的化学键键。 离子晶体：由 和 通过过 结结合而成的晶体。 (2)决定离子晶体结结构的因素 几何因素： 。 电电荷因素：即正负负离子 。 键键性因素：离子键键的 。 阴、阳离子静电电作用相互排斥相互吸引 阳离子阴离子离子键键 即晶体中阴阳离子的半径比决定晶体结结构 电电荷不同，配位数必然不同 纯纯粹程度 (3)一般物理性质质 一般地说说，离子晶体具有较较高的 点和 点，较较大的 、难难于 。这这 些 性质质都是因为为离子晶体中存在着 。若要破坏这这种作用需 要 。 沸硬度压缩压缩 较较强的离子键键 较较多的能量 熔 2晶格能 (1)定义义 形成1摩尔离子晶体 的能量。单单位 ，通常取 值值。 (2)大小及与其他量的关系 晶格能是最能反映离子晶体 的数据。 在离子晶体中，离子半径越 ，离子所带电带电 荷数越 ，则则晶格能越大。 气态态离子释释放kJmol1 正 稳稳定性 小 大 晶格能越大，阴、阳离子间间的离子键键就越 ，形成的离子晶体就越稳稳定， 而且熔点 ，硬度 。 延伸：几种典型离子晶体的结构模型 (1)NaCl晶体结结构模型(右图图)：配位数为为6。 在NaCl晶体中每个Na同时时吸引着6个Cl， 每个Cl也同时时吸引着6个Na。 每个Na周围围与它最近等距的Na有12个， 每个Na周围围与它最近等距的Cl有6个。 强 大高 (2)CsCl晶体结结构模型(右图图)：配位数为为8。 在CsCl晶体中每个Cs同时时吸引着8个Cl，每个Cl也同时时吸引着8个Cs。 每个Cs与6个Cs等距离相邻邻，每个Cs与8个Cl等距离相邻邻。 CsCl的晶体结结构模型 (3)ZnS晶体结结构模型与(下图图)：配位数为为4。 ZnS型晶体结构 ZnS型晶体结结构中，阴离子和阳离子的排列类类似NaCl型，但相互穿插的位置不同 ，使阴、阳离子的配位数不是6，而是4。常见见的ZnS型离子晶体有硫化锌锌、碘化 银银、氧化铍铍的晶体等。 晶体类类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体 定 义义 金属原子通 过过金属键键形成的 晶体 阴、阳离子通过过 离子键键形成的晶 体 分子间间通过过 分子间间作用力 形成的晶体 相邻邻原子间间通过过共 价键结键结 合而形成的 立体网状结结构的晶 体 基本微粒 金属阳离子、 电电子 阴离子、阳离子分 子原 子 物质类质类 别别 金属单质单质 (合金)离子化合物 多数的非金属 单质单质 和共价化 合物 金刚刚石、碳化硅 (SiC)、晶体硅、二 氧化硅等少数的非 金属单质单质 和共价化 合物 物理性质质 硬度和密度较较大 ，熔、沸点较较高 ，有延展性，有 光泽泽 硬度和密度较较 大，熔、沸点 较较高 硬度和密度较较小， 熔、沸点低 硬度和密度大， 熔、沸点高 决定熔、 沸点高低 的因素 金属键键强弱 离子键键强弱(或 晶格能大小) 范德华华力(或氢键氢键 ) 的强弱 共价键键的强弱 导电导电 性固态态就可导电导电 熔融或溶于水 能导电导电 某些溶于水能导电导电一般不导电导电 【例1】据美国科学杂杂志报报道：在40 GPa高压压下，用激光器加热热到1800 K，制 得具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。下列关于该该晶体的说说法正确的是( ) A该该晶体属于分子晶体 B该该晶体易汽化，可用作制冷材料 C一定条件下，该该晶体可跟氢氢氧化钠钠反应应 D每摩尔该该晶体中含2 mol CO键键 解析：高熔点、高硬度是原子晶体的特点，故该二氧化碳晶体是原子晶体。每 摩尔该晶体中含4 mol CO键。 答案：C 判断晶体类型的方法 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体中的微粒是阴、阳离子， 微粒间的作用是离子键；原子晶体中的微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分 子晶体中的微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体中的微粒是金 属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。 (2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH 等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅 、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸，绝大多数有机物(除有 机盐外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，化合物 有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(除液态汞外)与合金是金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断。离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000；原子晶体熔 点高，常在1 000至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低 温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。 (4)依据导电性判断。可溶性的离子晶体水溶液或离子晶体熔化时能导电；原子 晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是强酸和 非金属氢化物非金属氧化物)溶于水后，使分子内的化学键断裂形成自由离子也 能导电；金属晶体是电的良导体。 (5)依据硬度和机械性能判断。离子晶体硬度较大；原子晶体硬度大；分子晶体 硬度小且较脆；金属晶体硬度有大有小，且具有延展性。 1按下列四种有关性质质的叙述，可能属于金属晶体的是( ) A由分子间间作用力结结合而成，熔点低 B固体或熔融后易导电导电 ，熔点在1 000左右 C由共价键结键结 合成网状结结构，熔点高 D固体不导电导电 ，但溶于水或熔融后能导电导电 解析：A为分子晶体；B中固体能导电，熔点在1 000左右，应为金属晶体； C为原子晶体；D为离子晶体。 答案：B 1晶胞 描述晶体结构的基本单元。 2晶胞的结构 一般来说，晶胞都是平行六面体，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元， 在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内 部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 3. 求晶体化学式或晶胞中微粒个数的一般方法 (1)处于顶顶点的粒子，同时为时为 8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于该该晶胞； (2)处处于棱上的粒子同时为时为 4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于该该晶胞； (3)处处于面上的粒子，同时为时为 2个晶胞共有，每个粒子有1/2属于该该晶胞； (4)处处于晶胞内部的粒子，则则完全属于该该晶胞。 如图图晶体的一个晶胞中，有C粒子：12 14个，有D粒子： 8 6 4个，N(C)N(D)11，晶体的化学式为为CD或DC。 【例2】 (2010模拟精选，海南海口3月)已知X、Y、Z三种元素组组成的化合物是离子 晶体，其晶胞如图图所示，则则下面表示该该化合物的化学式正确的是( ) AZXY3 BZX2Y6 CZX4Y8 DZX8Y12 解析：由晶胞可知X占据8个顶点，属于该晶胞的X8 1；Y占据12条棱的中 间，属于该晶胞的Y12 3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z1。故化 学式为ZXY3。 答案：A (1)晶体：通过结晶得到的有规则几何外形的固体。其外形的规则是由其内在的粒子 有序排列所决定的。 (2)晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分。 (3)均摊法：是指每个图形平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个图形(晶胞)所共 有，则该粒子有 属于一个图形(晶胞)。 长方体形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。 a处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为 。 b处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为 。 c处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为 。 d处于体内的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为1。 非长方体形(正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一 层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为1/3。 对于给出晶胞的图形确定其化学式的问题，一定要正确分析晶胞任意位置(一般是 顶点、棱易出错)上的微粒被几个相邻的晶胞所共用。 2食盐盐晶体是由钠钠离子(右图图中的“”)和氯氯离子(右图图中的“”)组组成的，且均 为为等距离的交错错排列。已知食盐盐的密度是2.2gcm3，阿伏加德罗罗常数 6.021023 mol1。在食盐盐晶体中两个距离最近的钠钠离子中心间间的距离最接近于 ( ) A3.0108 cm B3.5108 cm C4.0108 cm D5.0108 cm 解析：从NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体，如右图所示，a表示其边长，d 表示两个Na中心间的距离。每个小立方体含Na： ，含Cl： ，即 每个小立方体含NaCl对 个。 即： 解得a2.81108 cm，又因为d a，故食盐晶体中两个距离最近的Na中心间 的距离为d 2.81108 cm4.0108 cm。 答案：C 【例1】最近发现发现 一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团态团 簇分子，如图图所 示。顶顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，则则它的化学 式为为( ) AM4N4 BMN CM14N13 D条件不够够，无法写出化学式 解析：题目指出它是一个“气态团簇分子”，而非像NaCl晶体那样的巨型微粒，故 图中的M和N原子个数就是一个分子中含有的原子个数，这样得到它的化学式为 M14N13。 答案：C 高分策略 本题考查了对晶体结构的分析。隐含信息、干扰信息等都会对正确解题造成影响， 如果解题时不细致审题，没有抓住本质或有用信息，可能会得出错误答案。看到图 示，考生就联想到NaCl晶体，受思维定势的影响，多数考生按晶胞问题进行处理， 计算出答案为NM或MN错选B，而未注意题中明确告诉的“分子”二字，由此可见 认真审题是至关重要的。 关于晶体结构的分析。第一步：判断晶体类型。对于无限重复的晶体，如离子 晶体(以氯化钠为代表)、原