高考化学一轮复习 考点28 晶体结构与性质（第43课时）晶体结构与性质课件.ppt

第43课时晶体结构与性质 课标版化学 一 晶体常识1 晶体与非晶体 有 无 有 无 固定 不固定 2 晶胞 1 概念 描述晶体结构的 2 晶体中晶胞的排列 无隙并置 a 无隙 相邻晶胞之间没有任何 b 并置 所有晶胞都是平行排列的 相同 自测1判断下列说法是否正确 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排列 4 凡有规则外形的固体一定是晶体 5 晶体与非晶体的本质区别 是否有自范性 6 晶体有一定的熔沸点 基本单元 空隙 取向 答案 1 2 3 4 5 6 自测2下图为离子晶体空间构型示意图 表示阳离子 表示阴离子 以m表示阳离子 以n表示阴离子 写出各离子晶体的组成表达式 a b c 答案mnmn3mn2 解析在a中 含m n的个数相等 故组成为mn 在b中 含m 4 1 个 含n 4 2 4 个 故组成为mn3 在c中 含m 4 个 含n为1个 故组成为mn2 二 常见晶体类型的结构与性质1 四种晶体类型比较 分子 原子 金属阳离子 自由电子 阴 阳离子 范德华力 共价键 金属键 离子键 续表 2 晶格能 1 定义气态离子形成1摩离子晶体释放的能量 通常取正值 单位 2 影响因素a 离子所带电荷数 离子所带电荷数越多 晶格能越 b 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 kj mol 1 大 小 稳定 高 大 自测3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 5 离子晶体一定都含有金属元素 6 金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体 答案 1 2 3 4 5 6 自测4下列晶体分类中正确的一组是 答案ca项 ar属于分子晶体 故a错误 b项 石墨属于混合晶体 h2so4属于分子晶体 故b错误 c正确 d项 玻璃不属于晶体 故d错误 自测5下列各物质的晶体中 晶体类型相同的是 a ccl4与h2ob sio2和co2c nacl与金刚石d mgcl2与na答案asio2是原子晶体 co2为分子晶体 二者晶体类型不同 故b错误 nacl是离子晶体 金刚石是原子晶体 二者晶体类型不同 故c错误 mgcl2是离子晶体 na是金属晶体 二者晶体类型不同 故d错误 考点一晶体的基本类型 续表 续表 典例1决定物质性质的重要因素是物质结构 请回答下列问题 1 下图是石墨的结构 其晶体中存在的作用力有 填序号 a 键b 键c 氢键d 配位键e 分子间作用力f 金属键g 离子键 2 下面关于晶体的说法不正确的是 a 晶体熔点由低到高 cf4碳化硅 晶体硅c 熔点由高到低 na mg ald 晶格能由大到小 naf nacl nabr nai 3 caf2结构如图 所示 cu形成晶体的结构如图 所示 图 为h3bo3晶体结构图 层状结构 层内的h3bo3分子通过氢键结合 图 所示的晶体中与ca2 最近且等距离的ca2 数为 图 中未标号的cu原子形成晶体后周围最紧邻的cu原子数为 h3bo3晶体中b原子杂化方式为 cno 的构型为 三种晶体的熔点高低顺序为 填化学式 h3bo3晶体受热熔化时 克服的微粒之间的相互作用力为 答案 1 abef 2 c 3 1212 sp2杂化直线形 caf2 cu h3bo3分子间作用力解析 1 石墨晶体是一种特殊晶体 层与层之间存在范德华力 也可看成 分子间作用力 层内存在共价键 每个c原子的一个未参与杂化的p轨道上都有自由电子 可以形成 电子气 即所谓的金属键 在石墨晶体中 同层的每一个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以 键结合 六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环 伸展成片层结构 这里c c键的键长皆为142pm 这正好属于原子晶体的键长范围 因此对于同一层来说 它是原子晶体 在同一平面上的碳原子还各剩下一个p轨道 其中有一个2p电子 这些p轨道又都互相平行 并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面 形成了大 键 因此石墨晶体中 既存在 键又存在 键 2 组成和结构相似的分子晶体的相对分子质量越大 熔点越高 故晶体熔点 cf4碳化硅 晶体硅 b正确 对于金属晶体 原子半径越小 价电子数越多 金属键越强 熔点越高 故熔点 nanacl nabr nai d正确 3 在立方体的8个顶点上和6个面心上各有1个ca2 故顶点上的ca2 与晶胞中顶点所在的三个面的面心上的ca2 最近且等距离 故由图 可以看出晶体中与ca2 最近且等距离的ca2 数为 12 图 中未标号的cu原子形 成晶体后周围最紧邻的cu原子数为3 6 3 12 h3bo3分子中 硼原子最外层只有3个电子 b原子与3个羟基相连 与氧原子形成3对共用电子对 即形成3个 键 无孤电子对 杂化轨道数为3 故b原子采取sp2杂化 cno 与co2互为等电子体 co2为直线形结构 故cno 也为直线形结构 caf2为离子晶体 cu为金属晶体 h3bo3为分子晶体 三种晶体的熔点高低顺序为caf2 cu h3bo3 1 1a b c d e f为前四周期元素且原子序数依次增大 其中a含有3个能级 且每个能级所含的电子数相同 c的最外层有6个运动状态不同的电子 d是短周期元素中电负性最小的元素 在这六种元素中e的最高价氧化物的水化物酸性最强 f除最外层原子轨道处于半充满状态外 其余能层均充满电子 g元素与d元素同主族 且相差3个周期 1 元素a b c的第一电离能由小到大的顺序是 用元素符号表示 2 e的最高价含氧酸中e的杂化方式为 3 f原子的外围电子排布式为 f的晶体中原子的堆积方式是下图中的 填 甲 乙 或 丙 4 de ge两种晶体都属于离子晶体 但配位数不同 其原因是 答案 1 c o n 2 sp3杂化 3 3d104s1丙 4 正 负离子的半径比不同解析a b c d e f为前四周期元素且原子序数依次增大 其中a 含有3个能级 且每个能级所含的电子数相同 因此a的原子序数是6 即a是碳元素 c的最外层有6个运动状态不同的电子 则c是第 a族元素 d是短周期元素中电负性最小的元素 说明d的金属性最强 则d是钠元素 c的原子序数小于钠 所以c是氧元素 b的原子序数介于a和c之间 则b是氮元素 在这六种元素中e的最高价氧化物的水化物酸性最强 因此e是氯元素 f除 最外层原子轨道处于半充满状态外 其余能层均充满电子 则f的原子序数是2 8 18 1 29 所以f是铜元素 g元素与d元素同主族 且相差3个周期 所以g是第六周期的cs元素 1 元素a b c的第一电离能由小到大的顺序是c o n 3 根据核外电子的排布规律可知 铜原子的外围电子排布式为3d104s1 铜形成的晶体是面心立方最密堆积 因此选丙 4 nacl cscl的阴 阳离子的个数之比都是1 1 都属于ab型离子晶体 但由于晶体中正 负离子的半径比不同 因此二者的配位数不同 考点二晶体结构中的有关计算1 长方体 正方体 晶胞中不同位置的粒子数目的计算方法 2 非长方体 正方体 晶胞中粒子数目的计算方法非长方体 正方体 晶胞中粒子数目的计算要根据具体情况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有 然后运用均摊法具体计算 如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形 其顶点 1个碳原子 被三个六边形所共有 每个六边形拥有该粒子的1 3 则每个六元环占有的c原子数为6 1 3 2 如下图 3 根据晶体晶胞的结构特点和有关数据 求算晶体的密度对于立方晶胞 可建立如下求算途径 晶胞 a表示晶胞边长 表示密度 na表示阿伏加德罗常数 n表示1个晶胞所含基本粒子或特定组合的个数 m表示摩尔质量 典例2 1 fe单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式 信息如下 则方式 与方式 中fe原子配位数之比为 晶体密度之比为 2 已知caf2晶体的密度为 g cm3 na为阿伏加德罗常数的值 棱上相邻的两个ca2 的核间距为acm 则caf2的相对分子质量可以表示为 答案 1 3 22b3 a3 2 解析 1 方式 中fe原子配位数为12 方式 中fe原子配位数为8 故配位数之比为12 8 3 2 中密度为 中密度为 故密度之比为2b3 a3 2 该晶胞中含有钙离子个数 8 6 4 含有氟离子个数为8 晶胞体积v a3 caf2密度 则caf2的相对分子质量m 2 1 2015河南洛阳统考 24 已知元素x y z r为前四周期元素 且原子序数依次增大 x原子核外电子有6种不同的运动状态 s轨道电子数是p轨道电子数的两倍 z原子l电子层上有2对成对电子 r 核外有3个电子层且各层均处于全满状态 请回答下列问题 1 r基态原子的外围电子排布式为 其基态原子有种能量不同的电子 2 元素x y z的第一电离能由小到大的顺序为 用元素符号表示 3 与xyz 互为等电子体微粒的化学式为 写出一种即可 xyz 的中心原子的杂化方式为杂化 4 与nh3形成的配离子中 提供孤对电子的原子是 5 已知z r能形成两种化合物 其晶胞如图所示 甲的化学式为 乙的化学式为 高温时 甲易转化为乙的原因为 若甲晶体中一个晶胞的边长为apm 则甲晶体的密度为g cm3 写出含a的表达式 用na表示阿伏加德罗常数的值 答案 1 34s17 2 c o n 3 co2 n2o scn 等 写出任意一种即可 sp 4 n 5 cuocu2ocu2o中cu 的3d能级为全充满状态 较稳定解析x原子核外电子有6种不同的运动状态 则x原子核外有6个电子 故x是c z原子的l电子层上有2对成对电子 应为2p4 故z为o 根据x y z r的原子序数依次增大知y是n r 核外有3个电子层且各层均处于全满状态 分别有2 8 18个电子 故r是cu 1 cu的基态原子的外围电子排布式为3d104s1 核外电子分布在1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s7个能级 因此其基态原子有7种能量不同的电子 2 同周期第一电离能由左向右呈增大的趋势 第 a族元素原子的p能级是半充满状态 它们的第一电离能比相邻元素大 故第一电离能c o n 3 与cno 互为等电子体的微粒有co2 n2o scn 等 互为等电子体的物质结构相似 co2的结构是直线形 c原子采取sp杂化 因此cno 的中心原子的杂化方式为sp杂化 4 n原子有孤对电子 c有空轨道 即n提供孤对电子 5 根据均摊法可知甲含cu原子4个 o原子8 4 2 1 4 化学式为cuo 乙含cu原子4个 o原子8 1 2 化学式为cu2o cuo易转变为cu2o 是 因为cu2o中cu 的3d能级是全充满状态 而轨道处于全充满 半充满 全空时是稳定结构 1个甲中含cuo4个 质量为g 晶胞体积为 a 1 3cm3 所以密度是g cm3 考点三四种晶体熔 沸点的比较1 不同晶体一般规律 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体较复杂 2 同种晶体 1 原子晶体 在原子晶体中 成键原子半径小 键能大 熔点就高 如金刚石 金刚砂 碳化硅 晶体硅的熔 沸点逐渐降低 2 离子晶体 结构相似且化学式中离子个数比相同的离子晶体中 离子半径小 离子所带电荷数多的键能越强 熔 沸点就越高 如nacl nabr nai的熔 沸点依次降低 3 分子晶体 在组成 结构均相似的分子晶体中 相对分子质量越大 分子间的作用力越大 熔 沸点越高 如o2 n2 hi hbr hcl hf除外 但结构相似的分子晶体中 有氢键存在时熔 沸点较高 4 金属晶体 金属键越强 原子半径小 价电子多 熔 沸点越高 如na mg al 特别提示 1 金属晶体熔 沸点差异很大 有些金属晶体熔点低于分子晶体 2 有些离子晶体的熔点要高于原子晶体 3 石墨晶体硬度很小 但熔 沸点很高 其熔点要高于金刚石 典例3 2015内蒙古包头测试 已知a b c d e f是周期表中前36号元素 a是原子半径最小的元素 b元素基态原子的2p轨道上只有两个电子 c元素的基态原子l层只有2对成对电子 d是元素周期表中电负性最大的元素 e2 的核外电子排布和ar原子相同 f的核电荷数是d和e的核电荷数之和 请回答下列问题 1 bc2的空间构型为形 f2 的核外电子排布式为 2 a分别与b c形成的最简单化合物的稳定性bc 填 大于 或 小于 a c两元素可组成原子个数比为1 1的化合物 c元素的杂化类型为 3 a2c所形成的晶体类型为 f单质形成的晶体类型为 其采用的堆积方式为 4 f元素氧化物的熔点比其硫化物的 填 高 或 低 请解释其原因 5 e元素与c元素形成的化合物是化合物 其晶体熔化时破坏的作用力是 晶体ec的熔点比晶体bc2的熔点 填 高 或 低 答案 1 直线1s22s22p63s23p63d9或 ar 3d9 2 小于sp3 3 分子晶体金属晶体面心立方最密堆积 4 高cuo的晶格能大于cus的晶格能 5 离子离子键高解析由题意可以判断出a为h元素 b为c元素 c为o元素 d为f元素 e 为ca元素 f为cu元素 1 co2的空间构型为直线形 cu2 的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或 ar 3d9 2 氧元素非金属性比碳元素强 可知稳定性ch4 h2o h2o2中o原子采取sp3杂化 3 h2o为分子晶体 cu为金属晶体 堆积方式为面心立方最密堆积 4 o2 半径小于s2 cuo的晶格能较cus的晶格能大 cuo熔点较高 5 cao是离子化合物 晶体熔化时破坏离子键 co2形成的晶体为分子晶体 熔点