专题二(3)化学物质的空间结构.doc

专题二（3）化学物质的空间结构主讲：杨勇飞一、事先应该明确的几个问题：1中学化学考虑的空间结构分为：分子或离子的空间结构、晶体的空间结构。如：H2O、NH3、CO2、P4、CH4、NH4+、NaCl、CsCl、金刚石、石墨、干冰等等。2分子、离子的空间结构处理方法与思路：3中学化学应该了解的晶体（代表物）及其空间结构：晶体的分类离子晶体原子晶体分子晶体混合晶体典型代表物构成的微粒微粒个数比晶体内作用4了解晶体空间结构基本知识的主要应用（1）了解影响晶体物质的熔、沸点高低的因素（2）结合一些物理、数学（几何）知识加深对物质内部结构的认识二、课程的基本知识回顾1、了解晶体的概念2、会判断简单物质所形成的晶体类型（方法）3、如何比较物质熔、沸点高低（一般）1由晶体结构来确定.首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素.一般规律：原子晶体 离子晶体 分子晶体 如：Si02 NaCl CO2(干冰)同属原子晶体，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高. 如：金属石 金刚砂 晶体硅 原因： 同类型的离子晶体，离子电荷数越大，阴、阳离子核间距越小，则离子键越牢固，晶体的熔、沸点一般越高。如：MgO NaCl分子晶体，分子间范德华力越强，熔、沸点越高.i分子组成和结构相似的分子晶体，一般分子量越大，分子间作用力越强，晶体熔、沸点越高.如：F2 Cl2 Br2 I2ii若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体强，故熔、沸点特别高.如：氢化物的沸点如下图所示.HF分子间氢键：H2O分子间氢键：三、课程知识的提高1、典型晶体的结构特征（1）离子晶体 CsCl NaCl 重点掌握NaCl晶体结构，它还具有的特征： 一个Na+周围等距且最近的Cl有6个，此6个Cl连线形成的空间几何体为正八而体，Na+位于其中心.一个Na+周围等距且最近的Na+有12个如何计算离子晶体中不同部位的离子（质点）对晶体重复单元的贡献？体心（内） 面心 棱上 角顶（2）金刚石和石墨的比较石墨有导电性，是因为层内有自由电子.碳还有多种因素异形体，如足球碳C60等.想一想：C60、N60等属于什么晶体？可能是原子晶体吗？（3）二氧化硅和二氧化碳晶体二氧化硅二氧化碳空间结构构成微粒结构特征晶体类型熔 点溶 解 性四、典型例题讲评例1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2200OC，熔融态不导电_；B溴化铝，无色晶体，熔点98OC，熔融态不导电_；C五氟化钒，无色晶体，熔点19.5OC，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中_；D溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电_。例21995年美国Lagow教授报道，他制得了碳的第四种同素异性体一链式炔碳-CC-CC-CC-该物质的一个分子中含有300500个碳原子，性质很活泼。据此判断，链式炔碳固体形成的晶体应属于_；其熔点估计比石墨的_。例3已知氯化铝的熔点为190OC(2.02105Pa)，但它在180OC即开始升华。(1)氯化铝是_(填“离子化合物”或“共价化合物”)。(2)在500K和1.01105Pa时，它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92g/L，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为_，结构式为_。(3)无水氯化铝在潮湿空气中强烈地“发烟”，其原因是_。(4)如何通过其他实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？例4某离子晶体部分结构如图。(1)晶体中每个Y同时吸引着最近的_个X，每个X同时吸引着最近的_个Y，该晶体的化学式为_。(2)晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有_个；(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角XYX的角度_；(4)设该晶体的摩尔质量为Mg，晶体密度为，阿佛加法罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距离为_cm。 补充资料：什 么 是 晶 胞？ 1998年高中学生化学竞赛（初赛）涉及晶胞概念。1999年全国高考化学试题第33题本不必借助晶胞概念就能得解，但许多人却将之与1998年初赛试题联系起来，认为引入晶胞概念会有助于解题，便追究起什么是晶胞的问题来，鉴于经常见到教学参考资料中出现错误，完全不讨论似已脱离教学实际，借此小文，以供辨析。图 1 晶胞是描述晶体微观结构的基本单位。整块晶体可视作成千上万个晶胞“无隙并置”地堆积而成。习用晶胞都是平行六面体，按其几何特征（边长和夹角）可以分为立方、四方、正交、单斜、三斜、六方和菱方7系（通称布拉维系），它们的边长与夹角被称为晶胞参数，如表1和图3、4所示。考察一个晶胞，绝对不能把它当作游离孤立的几何体，而需“想见”它的上下左右前后都有完全等同的晶胞与之比邻。从一个晶胞平移到另一个晶胞，不会察觉是否移动过了。这就决定了，晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱一定完全等同的。由此我们就不难判断，如图1中的实线小立方体不是“氯化钠晶胞”和“金刚石晶胞”，因为它们的顶角不等同，图中的虚线大立方体才分别是氯化钠晶胞和金刚石晶胞，其上下左右前后都有等同的比邻晶胞，虽未在图中画出，却不应不想见，这点想象力大家都有，只是有时忘记了，才引出错误。图 2 金属镁图3 晶胞参数还见到某教学参考资料说，如图2的六方柱体由三个晶胞构成，其底面中心的原子为6个晶胞共用。其错误是忘记图中构成六方柱的三个平行六面体并非“并置”，从一个平行六面体到另一个平行六面体需要旋转，换言之，我们只能取其一而不能同时取其三为晶胞。若取其中位于前右的平行六面体为晶胞，其相邻晶胞为如虚线所画的平行六面体，其他晶胞也全都如此取向。总之，不应忘记，晶胞顶角永远为8个晶胞共用；也应提醒：六方柱不是六方晶胞。表1 7种晶胞的边长与夹角立方（a = b = c，a = b = g = 90o，只有一个晶胞参数a）四方 （a = b c，a = b = g = 90o，有2个晶胞参数a和b）六方（a = b c，a = b = 90o，g =120o，有2个晶胞参数a和c）正交（a b c，a = b = g = 90o，有3个晶胞参数a、b和c）单斜（a b c，a =g = 90o，b 90o，有4个晶胞参数a、b、c和b）三斜（a b c，a b g ，有6个晶胞参数a、b、c、a、b 和 g ）菱方（a = b = c，a = b = g 90o，有2个晶胞参数a和a ）图4 布拉维系的七种晶胞 晶胞有素晶胞和复晶胞之分。素晶胞是最小的晶胞，是不可能再小的晶胞（注：也叫“简单晶胞”，但需指出，此处的“简单”不是指晶胞内原子数少或者结构简单，而是相对于复晶胞而言的）。复晶胞是素晶胞的多倍体，分体心晶胞（2倍体）、面心晶胞（4倍体）和底心晶胞（2倍体）三种。考察某晶胞是否体心晶胞最简单的方法是：将晶胞的框架（围拢晶胞的平行六面体）的顶角移到原晶胞的体心位置（晶胞内外原子的位置保持在原位不动！），若移位后的框架围拢的“新晶胞”里所有原子的位置与原晶胞里所有原子的位置一一对应地相等，就表明是体心晶胞，否则就不是体心晶胞。例如，图5中的金属钠是体心晶胞，而氯化铯则不是体心晶胞而是素晶胞。用同样方式将原晶胞框架的顶角平移原晶胞的任一面心位置得到的新晶胞与原晶胞无差别，则这种晶胞叫做面心晶胞，如图6中的金刚石是面心晶胞而干冰是素晶胞，因为干冰晶胞中处于面心位置的二氧化碳分子与处于顶角位置的二氧化碳分子的取向互不相同，框架移动后得到的新晶胞中原子的位置不同于原晶胞中原子的位置了。