2012高考化学总复习3晶体结构11.ppt

专题二复习 一核外电子的排布 电子层 KLMNOPQ离核远近 近远能量高低 低高 分层排布 2 各层最多容纳2n2个电子 3 最外层不超过8个 K层2个 4 次外层不超过18个 倒数第三层不超过32个 相互制约 相互联系 排布规律 一低四不超 1 能量最低原理 核电荷数为1 18的元素的原子结构示意图 金属元素 非金属元素 稀有气体元素 最外层电子数一般少于4个 最外层电子数一般多于4个 最外层电子数已达到最多 2个或8个 二 原子轨道 量子力学研究表明 处于同一电子层的原子核外电子 也可以在不同类型的原子轨道上运动 轨道的类型不同 轨道的形状也不同 用s p d f分别表示不同形状的轨道 形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向 1 原子轨道的特点 s原子轨道是球形的 p原子轨道是纺锤形的 s轨道是球形对称的 所以只有1个轨道 p轨道在空间上有x y z三个伸展方向 所以p轨道包括px py pz3个轨道 d轨道有5个伸展方向 5个轨道 f轨道有7个伸展方向 7个轨道 2 各原子轨道的能量高低 电子层和形状相同的原子轨道的能量相等 如2px 2py 2pz轨道的能量相等 相同电子层上原子轨道能量的高低 ns np nd nf 形状相同的原子轨道能量的高低 1s 2s 3s 4s 多电子原子中 电子填充原子轨道时 原子轨道能量的高低存在如下规律 2px 2py 2pz 三 原子核外电子的排布 描述原子核外电子的运动状态涉及电子层 原子轨道和电子自旋 科学家经过研究发现 原子核外电子的排布遵循能量最低原理 泡利不相容原理和洪特规则 1 原子核外电子排布原理 1 能量最低原理 原子核外电子先占有能量低的轨道 然后依次进入能量较高的轨道 2 泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子 3 洪特规则 原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时 电子尽可能分占不同的原子轨道 自旋状态相同 全充或半充满时能量最低 练习 写出下列原子的电子排布式 轨道表示式 原子结构示意图 原子实表示式 原子外围电子排布式 主族元素的电子式 H He C N Ne Na Cl K Sc Cr Fe Cu Br 回顾随着原子序数的递增元素原子的核外电子排布元素原子半径元素主要化合价 呈现周期性变化 还有 元素的第一电离能 电负性等均呈现周期性变化 四 元素周期律 金属性最强 周期表结构 7个周期 三短 三长 一不全 7个副族 仅由长周期构成的族 B B 族 3个纵行 Fe Co Ni等9种元素 零族 稀有气体元素 随着原子序数的增加 元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化 每隔一定数目的元素 元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化 8 18 18 32 6s1 6s26p6 8 8 8 8 8 8 最后1个电子填充在ns轨道上 价电子的构型是ns1或ns2 位于周期表的左侧 包括 A和 A族 它们都是活泼金属 容易失去电子形成 1或 2价离子 s区元素 s区和p区的共同特点是 最后1个电子都排布在最外层 最外层电子的总数等于该元素的族序数 s区和p区就是按族划分的周期表中的主族 最后1个电子填充在np轨道上 价层电子构型是ns2np1 6 位于周期表右侧 包括 A A族元素 大部分为非金属 0族稀有气体也属于p区 p区元素 它们的价层电子构型是 n 1 d1 9ns1 2 最后1个电子基本都是填充在倒数第二层 n 1 d轨道上的元素 位于长周期的中部 这些元素都是金属 常有可变化合价 称为过渡元素 它包括 B 族元素 d区元素 价层电子构型是 n 1 d10ns1 2 即次外层d轨道是充满的 最外层轨道上有1 2个电子 它们既不同于s区 也不同于d区 故称为ds区 它包括 B和 B族 处于周期表d区和p区之间 它们都是金属 也属过渡元素 ds区元素 最后1个电子填充在f轨道上 价电子构型是 n 2 f0 14ns2 或 n 2 f0 14 n 1 d0 2ns2 它包括镧系和锕系元素 各有14种元素 f区元素 A A族 A A族 B 族 B B族 镧系和锕系 ns1 ns2 ns2np1 6 n 1 d1 9ns1 2 n 1 d10ns1 2 n 2 f0 14ns2 各区元素特点 活泼金属 大多为非金属 过渡元素 过渡元素 小结 五 元素第一电离能的周期性变化 1电离能 气态原子失去一个电子形成 1价气态阳离子所需的最低能量 叫做该元素的第一电离能 用符号I1表示 失去第二个电子所需要的能量叫做第二电离能用I2表示 M g 基态 M g e I1M g 基态 M2 g e I2 电离能反映了原子失去电子倾向的大小 电离能越大 越难失去电子 2 第一电离能的变化规律 同周期 主族元素从左到右 电离能呈逐渐增大的趋势 同主族 主族元素从上到下 电离能逐渐减小 特殊 I Be I B I Mg I Al I N I O I P I S I Zn I Ga 六 元素电负性的周期性变化 1 电负性的概念 X 为了比较元素的原子吸引电子能力的大小 美国化学家鲍林 L Pauling 于1932年首先提出了用电负性 electronegativity 来衡量元素在化合物中吸引电子的能力 他指定氟的电负性为4 0 并以此为标准确定其他元素的电负性 增大 减小 反映了原子间的成键能力和成键类型 一般认为 电负性1 8的元素为非金属元素 电负性1 8的元素为金属元素 小于 大于 3 电负性的意义 一般认为 如果两个成键元素间的电负性差值大于1 7 他们之间通常形成键 如果两个成键元素间的电负性差值小于1 7 他们之间通常形成键 规律与总结 离子 共价 1 元素非金属性的判别一般来说金属元素的电负性在1 8以下 非金属元素的电负性在1 8以上 利用电负性这一概念 结合其它键参数可以判断不同元素的原子 或离子 之间相互结合形成化合键的类型 2 化学键型判别电负性相差较大 x 1 7 的两种元素的原子结合形成化合物 通常形成离子键 电负性相差较小 x 1 7 的两种元素的原子结合形成化合物 通常形成共价键 且电负性不相等的元素原子间一般形成极性共价健 3 判断分子中元素的正负化合价 X大者 化合价为负 X小者 化合价为正 X 0 化合价为零 3 电负性的应用 位 构 性三者关系 练习 写出下列元素的原子实表示式 Na S Ca Br 离子晶体 分子晶体和原子晶体 回顾化学键 离子化合物 共价化合物 金属单质 分子间 分子间 离子化合物 静电作用力 强 很弱 较弱 离子半径 相对分子质量 原子半径 离子半径 离子电荷 中心原子非金属性 非金属性 稳定性 熔沸点 稳定性 金属性 熔沸点 熔沸点 溶解性 熔沸点 基本概念 阴 阳离子 原子 分子 金属阳离子 自由电子 离子键 共价键 共价键 金属键 离子化合物 部分属共价化合物 单质 金属及合金 离子键 共价键 分子间作用力 金属键 熔点 硬度 导电性 传热性 延展性 溶解性 较高 很高 较低 差别较大 硬而脆 大 较小 差别较大 固态时不导电 非导体 非导体 良导体 不良 不良 不良 良好 不良 不良 不良 良好 大多数易溶于极性溶剂 不溶于任何溶剂 相似相溶 不溶 化学式与分子式 分子晶体 一个分子中所含微粒个数 微粒个数比 典型晶体结构 一 离子晶体 氯化钠型 氯化铯型 氯化钠晶体结构 思考 与一个钠离子相邻最近且距离相等的氯离子有多少个 距离是多少 图示距离为a 1 2 4 5 6 个 a 氯化钠晶体结构 立方顶点结构 个 思考 与一个钠离子相邻最近且距离相等的钠离子有多少个 距离是多少 图示距离为a 小结 1 每个Na 同时吸引个Cl 每个Cl 同时吸引个Na 而Na 数目与Cl 数目之比为化学式为 2 根据氯化钠的结构模型确定晶胞 并分析其构成 每个晶胞中有Na 有个Cl 3 在每个Na 周围与它最近的且距离相等的Na 有个 6 6 1 1 NaCl 4 4 12 氯化铯晶体 立方顶点体心结构 氯化铯的小晶胞 铯离子 氯离子 思考 氯化铯晶体中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什么位置 对每个小立方体而言 若铯离子位于顶点 则氯离子位于体心 反之依然 思考 1 每个Cs 同时吸引个Cl 每个Cl 同时吸引个Cs 而Cs 数目与Cl 数目之为化学式为 2 根据氯化的结构模型确定晶胞 并分析其构成 每个晶胞中有Cs 有个Cl 3 在每个Cs 周围与它最近的且距离相等的Cs 有个 8 8 1 1 CsCl 1 1 12 晶胞中微粒的计算 思考 处于晶胞顶点上 棱上 面上的离子分别被多少个晶胞共用 处于晶胞顶点上离子被 个晶胞共用 处于晶胞棱上离子被 个晶胞共用 处于晶胞面上离子被2个晶胞共用 二氧化碳晶体 立方顶点面心结构 思考问题 1 二氧化碳分子处于立方体的什么位置 2 一个立方体中含有多少个二氧化碳分子 代表一个二氧化碳分子 顶点和面心 8 8 6 1 2 4 同一平面内二氧化碳分子的位置 思考 在同一平面上与一个二氧化碳分子距离最近的二氧化碳分子有多少个 个 距离最近的分子的位置 思考 三维立体中 与一个二氧化碳分子距离最近的二氧化碳有几个 个 基本单元 六元环 金刚石晶体 金刚石晶体 思考 一个碳原子与多少个碳原子相连 多少个碳原子形成一个环 一个碳被几个环共有 与4个碳相连 个碳原子形成一个环一个碳被 个环共有碳原子与键数比是 1 2 每个硅连 个氧原子 每个氧原子连 个硅原子 最小环为 元环 一个硅原子被 个环共有一个氧原子被6个环共有 二氧化硅晶体 石墨晶体结构 石墨的晶体结构俯视图 层状结构的基本单元 石墨的层状结构 可移动的电子 碳原子与键数比是 2 3 石墨的层间移动 可自由移动的电子 石墨晶体 石墨的六方晶胞 用隧道扫描显微镜放大后的石墨层状结构 金属键 1 金属晶体的特点 金属晶体是由金属阳离子和自由电子组成 其中自由电子并不属于某个固定的金属阳离子 而可以在整个金属中自由移动 金属键 金属离子与自由电子之间的强烈的相互作用 定义 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用 形成 成键微粒 金属阳离子和自由电子存在 金属单质和合金中 影响金属键强弱的因素 1 金属元素的原子半径 2 单位体积内自由电子的数目如 同一周期金属原子半径越来越小 单位体积内自由电子数增加 故熔点越来越高 硬度越来越大 同一主族金属原子半径越来越大 单位体积内自由电子数减少 故熔点越来越低 硬度越来越小 2 金属的特点 常温下 单质都是固体 汞 Hg 除外 大多数金属呈银白色 有金属光泽 但金 Au 色 铜 Cu 色 铋 Bi 色 铅 Pb 色 黄红微红 蓝白 不同金属熔沸点 硬度差别较大 良好的导电性 分析原因 金属中存在着大量的可自由移动的电子 良好的导热性 分析原因 通过自由电子和金属阳离子的相互碰撞传递热量 良好的延展性 金 铂 金属单质在化学反应中只作还原剂 在化合物中金属元素只显正价 3 金属的分类 按颜色 黑色金属 FeCrMn 有色金属 除以上三种金属以外 按密度 轻金属 4 5g cm3NaMg 重金属 4 5g cm3ZnCu 按含量 常见金属 FeMgAl 稀有金属 锆 钒 钼 根据以上分类 金属镁 铝属于 金属 有色 轻常见 二 金属晶体 1 晶体 1 定义 通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体 2 其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的周期性 即隔一定距离重复出现 2 晶胞 能够反映晶体结构特征的基本重复单元 3 合金 1 定义 把两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金 2 特点 合金的熔点比其成分中金属 低 高 介于两种成分金属的熔点之间 具有比各成分金属更好的硬度 强度和机械加工性能 低 金属晶体中原子的堆积方式 非密置层 简单立方堆积 体心立方堆积 密置层 六方密堆积 面心立方堆积 三种最常见堆积方式 金属晶体中原子的堆积方式 六方堆积 面心立方堆积 体心立方堆积 立方堆积 钾型 铜型 钋型 镁型 晶体类型的判断 金属晶体 离子晶体 活泼金属与非金属 共价键 空间网状 共价键 分子间作用力 金属键 金属阳离子 自由电子 共用电子对 熔 沸点较高 熔 沸点较低 熔 沸点高硬度大 熔沸点有的很高 有的较低 CSiBSiO2SiC 离子键 分子晶体 原子晶体 得失电子 一 回顾 几种常见晶体小结 二 晶体类型的判断 依据组成晶体的微粒及微粒间作用力判断 阴阳离子 离子键 离子晶体 原子 共价键 原子晶体 分子 分子间作用力 分子晶体 例1 下表中列出的有关晶体的说明 有错误的是 C 例2下列各组物质的晶体中 化学键类型相同 晶体类型也相同的是 A SO2和SiO2B CO2和H2OC NaCl和HClD CCl4和KCl B 依据物质的分类判断 金属氧化物 过氧化物 强碱 大多数盐 离子晶体 大多数非金属单质 非金属氧化物 气态氢化物 酸有机物 分子晶体 常见的原子晶体 金刚石 单质硅 碳化硅 氮化硅 依据物质的熔点及硬度判断 原子晶体 离子晶体 熔点几百到一千 熔点一般 1000 熔点 1000 硬度大 分子晶体 例3 C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度 原子间均以单键结合 下列关于C3N4晶体的说法正确的是 A 是分子晶体B 粒子间通过离子键结合C 每个C原子与4个N原子连接 每个N原子与3个C原子连接D是离子晶体 C 例4 氮化硅是一种新型耐高温耐磨材料 在工业上有广泛用途 它属于 A 原子晶体B 分子晶体C 金属晶体D 离子晶体 A 依据物质的导电性判断 例5 许多事实都证明氯化铝是分子晶体请你设计一个实验证实这一结论实验方案为 测定融化态氯化铝的导电性 溶于水 导电 融化态 不导电 均导电 离子晶体 分子晶体 练习1 从下列各物质中 选出符合题目要求的代号填空 CH4 SiO2 CaCl2 H2O NH4Cl KCl Na NaCl KOH Al SiC Ar NH3 CH3COOH H2O2 Na2O2 Hg Br2 晶体硅 金刚石 21 I2 22 H2S 23 CBr4 24 CF4 3 原子晶体 2 分子晶体 1 离子晶体 4 金属晶体 离子晶体 3 5 6 8 9 16 分子晶体 1 4 12 13 14 15 18 21 22 23 24 原子晶体 2 11 19 20 金属晶体 7 10 17 2 在常温常压下呈气态的化合物 降温使其固化得到的晶体属于 A 分子晶体B 原子晶体C 离子晶体D 何种晶体无法判断 C 3 四川卷 下列物质发生变化时 所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是 A 液溴和苯分别受热变为气体B 干冰和氯化铵分别受热变为气体C 二氧化硅和铁分别受热熔化D 食盐和葡萄糖分别溶解在水中 A 4 分析下列物质的物理性质 判断其晶体类型 A 碳化铝 黄色晶体 熔点2200 熔融态不导电 B 溴化铝 无色晶体 熔点98 熔融态不导电 C 五氟化钒 无色晶体 熔点19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 D 物质A 无色晶体 熔融时或溶于水中都能导电 原子晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 晶体熔沸点的比较 不同类型 原子晶体 离子晶体 分子晶体 一般而言 金属晶体 除少数外 分子晶体 同种类型 原子晶体 原子晶体 共价键强弱 成键原子半径 原子半径越小 共价键越 熔沸越 强 高 离子晶体 离子晶体 离子键强弱 离子半径 离子电荷 离子电荷数越多离子半径越小 金属晶体 金属阳离子电荷数越多离子半径越小 强 高 金属晶体 金属键强弱 金属阳离子半径 所带电荷数 金属键越强 熔沸点越高 分子晶体 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越大 分子间力越大 熔沸点越 式量相同 分子极性越大 熔沸点越 分子中存在氢键的比不存在氢键的熔沸点 高 高 高 例1 将下列各组物质按熔点由高到低的顺序排列 1 CaCl2 H2O KCl 晶体硅2 SiC 晶体硅 金刚石3 CH4 CCl4 CBr4 CF44 CaCl2 NH4Cl KCl NaCl5 Na Fe Ar Hg6 NH3 Hg Br2 金刚石7 H2O I2 H2S 1 晶体硅 CaCl2 KCl H2O 2 金刚石 SiC 晶体硅 3 CBr4 CCl4 CF4 CH4 4 NaCl CaCl2 KCl NH4Cl 5 Fe Na Hg Ar 6 金刚石 Hg Br2 NH3 7 I2 H2O H2S 例2 北京卷 右图中每条折线表示周期表 A A中的某一族元素氢化物的沸点变化 每个小黑点代表一种氢化物 其中a点代表的是 A H2SB HClC PH3D SiH4 D 例3 关于晶体的下列说法正确的是 A 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 A 晶体中微粒个数比的求解 一 晶胞中含微粒个数比的计算原则 2在顶点 1在内部 3在面上 4在棱上 处于内部的离子 完全属于该晶胞 该离子按1计入晶胞 处于顶点的离子 同时为8个晶胞共有 每个离子有1 8属于晶胞 处于面上的离子 同时为2个晶胞共有 每个离子有1 2属于晶胞 处于棱上的离子 同时为4个晶胞共有 每个离子有1 4属于晶胞 立方结构 1 氯化钠化学式推导 继续 二 晶体化学式推导 一个NaCl晶胞 顶点 8 1面点 6 3楞上 12 3体心 1 1 1 Na Cl 一个大NaCl晶胞平均包含4个Na 4个Cl Na Cl 1 1 21 氯化铯化学式推导 氯化铯 每个CSCl晶胞中有个CS 有个Cl 1 1 SiO2最小的环为 其中有 个Si原子 个O原子每个环实际占有 个Si原子 个O原子每个Si原子被 个环所