高考化学一轮复习 第13章 第3讲 晶体结构与性质.ppt

选考部分 第十三章 物质结构与性质 导航高考 考点突破 单元综合测试 随堂演练 自我诊断 课时作业 1 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 2 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 3 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 考纲解读 本讲重点考查以下四点 1 根据晶胞的结构确定物质的化学式以及判断特定微粒周围微粒的个数 2 晶体的空间结构与物质性质之间的关系 3 晶体中微粒间的相互作用力以及物理性质的比较 4 晶胞的有关计算 考向分析 考点图析 一 晶体的常识1 晶体与非晶体的区别 基础知识梳理 2 晶胞 1 定义 在晶体微观空间里取出一个 这个描述晶体 的基本单元叫做晶胞 2 结构 一般来说 晶胞都是 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个晶胞 而且所有晶胞的形状及其内部的 及 是完全相同的 二 分子晶体和原子晶体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 干冰co2分子之间存在 每个co2分子周围有 个紧邻的co2分子 2 原子晶体 1 结构特点 晶体中只含原子 原子间以 结合 结构 2 典型的原子晶体 金刚石 碳原子以 杂化轨道形成共价键 碳碳键之间夹角为 每个碳原子与相邻的 个碳原子结合 三 金属晶体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 2 金属晶体的构成 通性及其解释 四 金属晶体的原子堆积模型1 二维空间模型 1 非密置层 配位数为 2 密置层 配位数为 2 三维空间模型 1 简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在同一直线上 配位数为 只有 采取这种堆积方式 2 钾型将非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的 每层都照此堆积 如 等是这种堆积方式 配位数为 3 镁型和铜型密置层的原子按 型堆积方式堆积 若按 的方式堆积为 型 按 的方式堆积为 型 这两种堆积方式都是金属晶体的 配位数均为12 空间利用率均为 五 离子晶体1 概念 1 离子键 间通过 指 和 的平衡 形成的化学键 2 离子晶体 由 和 通过 结合而成的晶体 2 决定离子晶体结构的因素 1 几何因素 2 电荷因素 即正负离子 3 键性因素 离子键的 3 一般物理性质一般地说 离子晶体具有较高的 点和 点 较大的 这些性质都是因为离子晶体中存在着 若要破坏这种作用需要 六 晶格能1 定义 形成1摩离子晶体 的能量 单位 通常取 2 大小及其他量的关系 1 晶格能是最能反映离子晶体 的数据 2 在离子晶体中 离子半径越 离子所带的电荷数越 则晶格能越大 3 晶格能越大 阴 阳离子间的离子键就越 形成的离子晶体就越 而且熔点越 硬度越 答案 一 1 周期性重复排列不规则无无固定2 最小的重复单元结构平行六面体微粒种类数目微粒所处的空间位置二 1 1 分子范德华力氢键12 2 范德华力氢键4范德华力122 1 共价键空间网状 2 sp3109 5 4三 1 1 价电子整块晶体所有原子所有金属原子金属阳离子价电子金属键较大 2 定向移动外界能量相互碰撞发生相对滑动原来的排列方式润滑剂 四 1 462 6po 钋 凹穴中nakfe8最密abab镁abcabc铜最密堆积74 五 1 1 阴 阳离子静电作用异性电荷间的吸引力电子与电子 原子核与原子核间的排斥力 2 阴离子阳离子离子键2 正负离子的半径比电荷比极化程度3 熔沸硬度离子键一定的能量六 1 气态离子所释放kj mol 1或j mol 1kj mol 12 1 稳定性 2 小多 3 强稳定高大 1 常见的晶体结构模型 考点一 晶体的空间结构 2 常见的几种金属晶体的堆积方式 3 典型晶胞结构 1 比较氯化钠与氯化铯晶体 2 比较金刚石和石墨晶体 3 比较二氧化硅和二氧化碳晶体 2 非长方体形 正方体形 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 例1 下图表示一些晶体中的某些结构 它们分别是nacl cscl 干冰 金刚石 石墨结构中的某一部分 1 代表金刚石的是 填编号字母 下同 其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等 金刚石属于 晶体 2 代表石墨的是 每个正六边形占有的碳原子数平均为 个 3 代表nacl的是 每个na 周围与它最接近且距离相等的na 有 个 4 代表cscl的是 它属于 晶体 每个cs 与 个cl 紧邻 5 代表干冰的是 它属于 晶体 每个co2分子与 个co2分子紧邻 解析 根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质 nacl晶体是简单的立方单元 每个na 与6个cl 紧邻 每个cl 又与6个na 紧邻 但观察na 与最近距离且等距离的na 数时要抛开cl 从空间结构上看是12个na 即x轴面上 y轴面上 z轴面上各4个 cscl晶体由cs cl 分别构成立方结构 但cs 组成立方的中心有1个cl cl 组成的立方体中心又镶入一个cs 可称为 体心立方 结构 cl 紧邻8个cs cs 紧邻8个cl 干冰也是立方结构 但在立方体每个正方形面的中央都有一个co2分子 称为 面心立方 实际上各面中央的co2分子也组成立方体结构 彼此相互套入面的中心 所以每个co2分子三维空间里x y z三个面各紧邻4个co2 共12个co2分子 金刚石的基本单元是正四面体 每个碳原子紧邻4个其他碳原子 石墨的片层由正六边形结构组成 每个碳原子紧邻另外3个碳原子 即每个六边形占有1个碳原子的1 3 所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6 1 3 2个 答案 1 d4原子 2 e2 3 a12 4 c离子8 5 b分子12 1 已知x y z三种元素组成的化合物是离子晶体 其晶胞如图所示 则下面表示该化合物的化学式正确的是 a zxy3b zx2y6c zx4y8d zx8y12 变式训练 答案 a 1 四种典型晶体比较 考点二 晶体类型和晶体类型的判断 2 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 离子晶体的微粒是阴 阳离子 微粒间的作用是离子键 原子晶体的微粒是原子 微粒间的作用是共价键 分子晶体的微粒是分子 微粒间的作用为分子间作用力 金属晶体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 常见的原子晶体化合物有碳化硅 二氧化硅等 金属单质 除汞外 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1000 原子晶体熔点高 常在1000 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 离子晶体水溶液及熔化时能导电 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 主要是酸和非金属氢化物 溶于水 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 离子晶体硬度较大或较硬 脆 原子晶体硬度大 分子晶体硬度小且较脆 金属晶体多数硬度大 但也有较低的 且具有延展性 3 晶体熔 沸点高低的比较规律 1 不同类型晶体的熔 沸点高低一般规律 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体的熔 沸点差别很大 如钨 铂等熔 沸点很高 而汞 镓 铯等熔 沸点很低 2 原子晶体由共价键形成的原子晶体中 原子半径越小的键长越短 键能越大 晶体的熔 沸点越高 如熔点 金刚石 碳化硅 硅 3 离子晶体一般地说 阴阳离子的电荷数越多 离子半径越小 则离子键越强 熔 沸点越高 如熔点 mgo mgcl2 nacl cscl 4 分子晶体 分子间作用力越大 物质的熔 沸点越高 分子间具有氢键的分子晶体 熔 沸点反常的高 如h2o h2te h2se h2s 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越大 熔 沸点越高 如snh4 geh4 sih4 ch4 组成和结构不相似的物质 相对分子质量接近 分子的极性越大 其熔 沸点越高 如co n2 ch3oh ch3ch3 对于互为同分异构体的分子晶体 支链越多 熔 沸点越低 如ch3 ch2 ch2 ch2 ch3 5 金属晶体金属离子半径越小 离子电荷数越多 其金属键越强 金属熔 沸点就越高 如熔 沸点 na mg al 合金的熔 沸点一般来说比它各组分纯金属的熔 沸点低 例2 现有几组物质的熔点数据如下表 据此回答下列问题 1 a组属于 晶体 其熔化时克服的微粒间的作用力是 2 b组晶体共同的物理性质是 填序号 有金属光泽 导电性 导热性 延展性 3 c组中hf熔点反常是由于 4 d组晶体可能具有的性质是 填序号 硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电 解析 a组熔点高 而且已知金刚石 硅为原子晶体 b组为金属晶体 所以应该具备金属晶体的性质 c组中hf存在氢键 d组为离子晶体 具备离子晶体的性质 答案 1 原子共价键 2 3 hf分子间能形成氢键 其熔化时需要消耗的能量更多 4 2 下列说法中正确的是 a 离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子b 金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子 电子定向运动c 分子晶体的熔沸点很低 常温下都呈液态或气态d 原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合 变式训练 答案 d 解析 本题考查的知识点是晶体的结构和性质 a项中在nacl晶体中 每个na 吸引着6个cl 同时每个cl 吸引着6个na 而在cscl晶体中每个离子吸引着8个带相反电荷的离子 故a错 b项中金属晶体内部存在自由电子 并不是在外电场作用下产生的 故b错 c项中分子晶体常温下有的是固体 例如 硫单质 磷单质 碘单质等 d项正确 1 有关非晶体的描述中不正确的是 a 非晶体和晶体均呈固态b 非晶体内部的微粒是长程无序和短程有序的c 非晶体结构无对称性 各向异性和自范性d 非晶体合金的硬度和强度一定比晶体合金的小 答案 d 解析 晶体与非晶体都是固体物质 且晶体长程有序 非晶体长程无序 短程有序 正是由于晶体粒子排列长程有序 所以才有非晶体所不具备的特征 例如对称性 自范性 各向异性 非晶体材料往往表现出一些特性 如某些非晶体合金的硬度和强度大于晶体合金 2 下列说法正确的是 a 冰融化时 分子中h o键发生断裂b 原子晶体中 共价键的键长越短 通常熔点就越高c 分子晶体中 共价键键能越大 该分子的熔 沸点就越高d 分子晶体中 分子间作用力越大 则分子越稳定 答案 b 解析 a冰为分子晶体 融化时 破坏的是分子间作用力而非共价键 故a c错 b原子晶体熔化时破坏共价键 所以熔 沸点较高 故b对 d分子间作用力影响晶体的物理性质 而非化学性质 故d错 3 下列说法中正确的是 a 金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成b na2o2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1 1c 1molsio2晶体中含2molsi o键d 金刚石化学性质稳定 即使在高温下也不会和o2反应 答案 a 4 双选 下列有关晶体的叙述 错误的是 a 离子晶体在熔化时 离子键被破坏 而分子晶体熔化时化学键不被破坏b 白磷晶体中 结构粒子之间通过共价键结合c 石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体d 分子晶体中一定存在范德华力和共价键 答案 bd 解析 离子晶体是通过离子键将阴 阳离子结合在一起的 所以熔化时 离子键遭破坏 而分子晶体是通过范德华力将分子结合在一起的 所以熔化时 分子内部的化学键未发生变化 破坏的只是范德华力 则a正确 白磷晶体属分子晶体 在p4内部存在共价键 而结构粒子 p4 之间是通过范德华力结合的 则b错误 石英晶体是原子晶体 则c正确 分子晶体he等中不存在共价键 所以d错 5 下列晶体均按a1型方式进行最密堆积的是 a 干冰 nacl 金属cub zns 金属镁 氮化硼c 水晶 金刚石 晶体硅d zns nacl 镁 答案 a 解析 本题考查晶体的堆积模型 干冰 nacl cu zns均为面心立方堆积 a1 mg为a3型 水晶 金刚石 晶体硅 氮化硼为原子晶体 不遵循紧密堆积原则 故只有a项正确 6 如右图所示晶体结构是一种具有优良的压电 磁电 电光等功能的晶体材料的最小结构单元 晶胞 晶体内与每个 ti 紧邻的ti原子数和这种晶体材料的化学式分别是 各元素所带电荷均已略去 a 8 bati8o12b 8 bati4o9c 6 batio3d 3 bati2o3 答案 c 7 某离子晶体晶胞结构如右图所示 x位于立方体的顶点 y位于立方体中心 试分析 1 晶体中每个y同时吸引着 个x 每个x同时吸引着 个y 该晶体的化学式为 2 晶体中每个x周围与它最接近且距离相等的x共有 个 3 晶体中距离最近的2个x与1个y形成的夹角的度数为 4 设该晶体的摩尔质量为mg mol 1 晶体密度为 g cm 3 阿伏加德罗