【志鸿优化设计】高考化学一轮复习 物质结构与性质第三节物质的聚集状态与物质性质教学案 鲁科版选修3.doc

第三节物质的聚集状态与物质性质考纲点击1根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2用金属键理论解释金属的一些物理性质。3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。4了解分子晶体、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。一、晶体的常识1晶体的概念：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做_而构成的固体物质称为晶体，而像橡胶、玻璃等固体，其内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态，称为_。2晶体的特性：有规则的_、_性、_性、_性以及_性。3根据晶体内部微粒的_和微粒间_的不同，将晶体分为通过分子间作用力形成的_晶体，通过_形成的离子晶体，通过_形成的原子晶体和以金属键形成的_晶体。4晶胞是_的基本单元，在晶体中排列呈_。5晶胞中微粒数目的计算：计算晶胞中的微粒数目常采用均摊法，如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有_属于这个晶胞。一般晶胞为长方体(立方体)形晶胞。(1)位于顶点上的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。(2)位于棱上的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。(3)位于面上的粒子，同时为_个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为_。(4)位于体内的粒子，则完全属于该晶胞。6晶体与非晶体的区别晶体 非晶体微粒结构结构微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈_排列结构微粒_排列自范性有(能自发呈现多面体外形)各向异性有(晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质)对称性熔点不固定二者区别方法间接方法：看是否有固定的熔点科学方法：对固体进行x射线衍射实验7晶格能(1)定义气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：_。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越_。离子的半径：离子的半径越_，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越_，且熔点越_，硬度越_。特别提示：(1)具有规则几何外形的固体物质不一定是晶体，如玻璃。(2)晶胞是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小部分，而不一定是最小的“平行六面体”。(3)在计算晶胞中微粒个数的过程中，不要形成思维定势，任何形状的晶胞均可使用分割法。不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共用。即时训练1判断下列叙述是否正确：(1)固态物质一定是晶体()(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同()(3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列()(4)凡有规则外形的固体一定是晶体()二、金属晶体与离子晶体1(1)金属原子通过_形成的晶体称为金属晶体。_和_之间强烈的相互作用称为金属键，金属键没有_性和_性，从而导致金属晶体最常见的结构形式具有_大，_高、能充分利用空间等特点。面心立方最密堆积a1、体心立方密堆积a2、六方最密堆积a3的配位数分别为_、_、_。(2)金属具有良好的延性、展性和可塑性，其原因是金属晶体通常采用_方式，在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的_方式，而且在滑动过程中_能够维系整个_的存在，即各层之间始终保持着_的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。2(1)离子晶体是阴、阳离子通过_结合，在空间呈现_的排列所形成的晶体。晶格能是指_离子化合物中_，由相互远离的气态结合成_时所放出的能量。放出能量越多，晶格能_，表示离子键_，离子晶体_。晶格能与阴、阳离子所带电荷的_，与阴、阳离子间的_。除此以外，晶格能大小还与离子晶体的_有关。(2)离子晶体的特性：熔点、沸点_，而且随着离子电荷的增加、核间距离的缩短，晶格能_，熔点_；一般_溶于水，而_溶于非极性溶剂；在固态时_导电，熔融状态或在水溶液中_导电。特别提示：(1)金属晶体：通过金属键作用形成的晶体。(2)金属键的强弱和金属晶体熔沸点的变化规律：阳离子所带电荷越多、半径越小，金属键越强，熔沸点越高。如熔点：namgal，linakrbcs。(3)金属晶体的熔沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体na晶体的熔点(98 )小于分子晶体alcl3晶体的熔点(190 )。即时训练2判断下列说法是否正确：(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子()(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子()(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高()(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低()三、原子晶体与分子晶体1(1)相邻原子间以_相结合而形成的具有_结构的晶体称为原子晶体，如_、_、_、_等都属于原子晶体。(2)原子晶体的组成微粒是_，微粒间的作用力是_，原子晶体熔化或被破坏时必须破坏该作用力，而该作用力比较强，破坏它需很大的能量，故原子晶体具有_的熔点和_的硬度，对结构相似的原子晶体来说，_越小，_越短，_越大，晶体的熔点就越高。如熔点的高低顺序：金刚石_碳化硅_晶体硅。2(1)分子间通过_结合形成的晶体称为分子晶体。_、_、二氧化碳等气体以及多数_形成的晶体大都属于分子晶体。(2)分子晶体的组成微粒是_，组成微粒间的相互作用是微弱的_，破坏它只需外界提供较少的能量，故分子晶体的熔点通常_，硬度_，有较强的_。对组成和结构相似的晶体中又不含_的物质来说，随着_的增大，_增强，_升高。符合此规律的物质有_、_、碳族元素的气态氢化物、_等。特别提示：并非存在氢键的分子晶体的熔、沸点就高，分子内形成氢键，一般会使分子晶体的熔沸点降低。例如邻羟基苯甲醛()由于形成分子内氢键，比对羟基苯甲醛()的熔沸点低。即时训练3有下列八种晶体：a水晶b冰醋酸c氧化镁d白磷e晶体氩f铝g氯化铵h金刚石。用序号回答下列问题：(1)直接由原子构成的晶体是_，属于原子晶体的化合物是_。(2)由极性分子构成的晶体是_，含有共价键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_，受热熔化后化学键不发生变化的是_，需克服共价键的是_。四、几类其他聚集状态的物质1液晶在_率、_率、_率等宏观性质方面之所以表现出类似晶体的各向异性，是因为其内部分子的排列沿_方向呈现出_。2纳米材料由_和_两部分组成，纳米颗粒内部具有_，界面则为_，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。3由大量_和_所组成的物质聚集体称为等离子体，等离子体中正、负电荷数_，总体看等离子体呈_。等离子体中的微粒_且能_，使等离子体具有很好的_，加之有很高的温度和流动性，所以等离子体用途十分广泛。即时训练4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 一、典型的晶体模型1几种典型的晶体模型晶体类型晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为10928(3)最小碳环由6个c组成且六个原子不在同一平面内(4)每个c参与4条cc键的形成，c原子数与cc键之比为12sio2(1)每个si与4个o以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个si，4个“o”，n(si)n(o)12(3)最小环上有12个原子，即6个o，6个si分子晶体干冰(1)8个co2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个co2分子(2)每个co2分子周围等距紧邻的co2分子有12个，属于分子密堆积(3)每个晶胞含4个co2分子离子晶体nacl型(1)每个na(cl)周围等距且紧邻的cl(na)有6个。每个na周围等距且紧邻的na有12个(2)每个晶胞中含4个na和4个cl(3)阴、阳离子的配位数为6cscl型(1)每个cs周围等距且紧邻的cl有8个，每个cs(cl)周围等距且紧邻的cs(cl)有6个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个cs、1个cl(3)阴、阳离子的配位数为8caf2型(1)每个f周围有4个ca2，即f的配位数为4，每个ca2周围有8个f，即ca2的配位数为8(2)每个caf2晶胞中含8个f，4个ca22常见金属晶体的原子堆积模型结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积a1cu、ag、au12体心立方密堆积a2na、k、fe8六方最密堆积a3mg、zn、ti12特别提示：(1)由原子构成的晶体不一定是原子晶体，如稀有气体形成的晶体是分子晶体。 (2)含有离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。(3)含共价键的晶体不一定是原子晶体，如分子晶体的结构粒子分子内部含共价键，离子晶体结构粒子离子内部也可以有共价键，如na2o2、naoh、nh4cl等。 【例1】c和si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出si的基态原子核外电子排布式_。从电负性角度分析，c、si和o元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为_。(2)sic的晶体结构与晶体硅的相似，其中c原子的杂化方式为_，微粒间存在的作用力是_。sic晶体和晶体si的熔沸点高低顺序是_。(3)氧化物mo的电子总数与sic的相等，则m为_(填元素符号)。mo是优良的耐高温材料，其晶体结构与nacl晶体相似。mo的熔点比cao的高，其原因是_；na、m、ca三种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(4)c、si为同一主族的元素，co2和sio2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。co2中c与o原子间形成键和键，sio2中si与o原子间不形成上述键。从原子半径大小的角度分析，为何c、o原子间能形成上述键，而si、o原子间不能形成上述键：_，sio2属于_晶体，co2属于_晶体，所以熔点co2_sio2(填“”“”或“”)。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅、mo、co2、m六种晶体的组成微粒分别是_，熔化时克服的微粒间的作用力是_。二、晶体的基本类型与性质1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类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体概念分子间靠分子间作用力结合而形成的晶体原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力分子间作用力共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多数易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素x2)、部分非金属氧化物(如co2、so2)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如sic、sio2)金属单质与合金(如na、al、fe、青铜)金属氧化物(如k2o、na2o)、强碱(如koh、naoh)、绝大部分盐(如nacl)2晶体熔、沸点高低的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律 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、铂等沸点很高，汞、铯等沸点很低。(2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔沸点越高原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小、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。离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔沸点就越高。如熔点：mgomgcl2naclcscl。分子晶体 a分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有氢键的分子晶体熔沸点反常的高。如h2oh2teh2seh2s。b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snh4geh4sih4ch4。c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con2，ch3ohch3ch3。d同分异构体，支链越多，熔沸点越低。如ch3ch2ch2ch2ch3金属晶体 金属阳离子半径越小，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：namgal。(3)常温常压下状态熔点：固态物质液态物质沸点：液态物质气态物质特别提示：(1)离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如熔点：mgosio2。(2)金属晶体的熔点不一定高于分子晶体，如熔点：shg(hg常温下为液体)。(3)晶体类型判断出现错误。如石墨晶体的熔点很高，但不属于原子晶体，而是过渡型晶体。(4)有氢键存在，回答熔沸点高低原因时，回答不准确。如h2o的熔沸点高于h2s的原因答成h2o分子存在氢键是错误的，而应该是h2o分子间易形成氢键。3判断晶体类型的方法(1)依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断：离子晶体的晶格质点是阴、阳离子，质点间的作用是离子键；原子晶体的晶格质点是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的晶格质点是分子，质点间的作用是分子间作用力即范德华力；金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子，质点间的作用是金属键。(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)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余摄氏度；原子晶体熔点高，常在1 000摄氏度至几千摄氏度；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融时能导电；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硬而脆；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，具有延展性。【例2】氮是地球上极为丰富的元素。(1)li3n晶体中氮以n3存在，基态n3的电子排布式为_。(2)nn的键能为942 kjmol1，nn单键的键能为247 kjmol1，计算说明n2中的_键比_键稳定(填“”或“”)。(3)(ch3)3nh和alcl可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100 ，其挥发性一般比有机溶剂_(填“大”或“小”)，可用作_(填代号)。a助燃剂b“绿色”溶剂c复合材料 d绝热材料(4)x中所有电子正好充满k、l、m三个电子层，它与n3形成的晶体结构如下图所示。x的元素符号是_，与同一个n3相连的x有_个。1下列叙述中，正确的是()。a具有规则几何外形的固体一定是晶体b晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形c具有各向异性的固体一定是晶体d依据构成微粒的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体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3下列晶体均按a1型方式进行最密堆积的是()。a干冰、nacl、金属cubzns、金属镁、氮化硼c水晶、金刚石、晶体硅dzns、nacl、镁 4现有几组物质的熔点()数据：a组b组c组d组金刚石：3 550li：181hf：84nacl：801硅晶体：1 410na：98hcl：114kcl：776硼晶体：2 300k：64hbr：87rbcl：718二氧化硅：1 723rb：39hi：51cscl：645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组晶体属于_晶体。(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(5)d组晶体的熔点由高到低的顺序为：naclkclrbclcscl，其原因解释为_。5(1)已知w的原子序数为29。元素w的一种氯化物晶体的晶胞结构如下图所示，该氯化物的化学式是_。(2)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：pb4处于立方晶胞顶点，ba2处于晶胞中心，o2处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为_，每个ba2与_个o2配位。(3)cao与nacl的晶胞同为面心立方结构，已知cao晶体密度为a gcm3，na表示阿伏加德罗常数，则cao晶胞体积为_ cm3。6如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、石墨结构中的某一种的某一部分。(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。参考答案基础梳理整合一、1周期性重复排列非晶体2几何外形自范轴对称面对称各向异3种类相互作用分子离子键共价键金属4晶体结构无隙并置5(1)8(2)4(3)26周期性有序无序无无有无固定7(1)kjmol1(2)大小(3)稳定高大即时训练1答案：(1)(2)(3)(4)二、1(1)金属键金属阳离子自由电子方向饱和堆积密度原子配位数12812(2)密堆积排列自由电子金属键金属键2(1)离子键有规律1 mol阴、阳离子离子晶体越大越强越稳定乘积成正比距离成反比结构形式(2)较高增大升高能不不能即时训练2答案：(1)(2)(3)(4)三、1(1)共价键空间立体网状金刚石晶体硅金刚砂水晶(2)原子共价键很高很大原子半径键长键能大于大于2(1)分子间作用力非金属单质气态氢化物有机化合物(2)分子范德华力较低较小挥发性氢键相对分子质量分子间作用力熔沸点卤素单质四卤化碳稀有气体即时训练3答案：(1)aeha(2)bgde(3)ffah四、1折射磁化电导分子长轴有序的排列2直径为几个或几十个纳米的颗粒颗粒间的界面晶状结构无序结构3带电微粒(离子、电子)中性微粒(分子或原子)大致相等准电中性带有电荷自由移动导电性即时训练4d核心归纳突破【例1】答案：(1)1s22s22p63s23p2ocsi(2)sp3共价键sicsi(3)mgmg2半径比ca2小，mgo晶格能大(4)si的原子半径较大，si、o原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的键原子分子(5)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键解析：(1)c、si和o的电负性大小顺序为：ocsi。(2)晶体硅中1个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为sic的键长小于sisi，所以熔点碳化硅晶体硅。(3)sic电子总数是20个，则该氧化物为mgo；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，mgo与cao的离子电荷数相同，mg2半径比ca2小，mgo晶格能大，熔点高。na、mg、ca三种晶体均为金属晶体，金属晶体都有金属光泽，都能导电、导热，都具有一定的延展性。(4)si的原子半径较大，si、o原子间距离较大，pp轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的键，sio2为原子晶体，co2为分子晶体，所以熔点sio2co2。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价键；mg为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，熔化时克服金属键，co2为分子晶体，由分子构成，co2分子间以分子间作用力结合；mgo为离子晶体，由mg2和o2构成，熔化时破坏离子键。【例2】答案：(1)1s22s22p6(2)(3)小b(4)cu6解析：(1)基态n3的最外层有8个电子，其电子排布与ne原子的相同。(2)氮氮叁键(一个键和两个键)的键能比单键(键)的三倍要大，因此键比键要稳定。(3)离子液体中的离子键比分子间作用力要大，因此不易挥发，可作为“绿色”溶剂。(4)由能级排布，x的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10，则x的原子序数为29，即铜元素；根据晶胞结构计算出黑球数目为123，白球数目为81，由电荷守恒知该化合物为cu3n，因此图中黑球为亚铜离子。图示中每个cu连接两个n3，则每个n3相连6个cu或者根据晶胞结构的均摊法：每个顶点上的n3上下左右前后各连接一个cu共6个。演练巩固提升1c解析：晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列。晶体所具有的规则的几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此b错。有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形和高度对称性，但具有各向异性的固体一定是晶体，所以a错，c正确。晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体是依据构成晶体的微粒及微粒间的相互作用来进行分类的，因此d错。2d解析： 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。3a解析：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