高考化学一轮复习 选修3 物质结构与性质 第三章 晶体结构与性质课件.ppt

第三章晶体结构与性质 考点一晶体和晶胞 核心知识通关 1 晶体与非晶体 1 晶体与非晶体比较 周期性 有序 无序 熔点 2 获得晶体的途径 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固 凝华 溶质从溶液中析出 2 晶胞 1 晶胞 描述晶体结构的基本单元 2 晶体与晶胞的关系 数量巨大的晶胞 构成晶体 3 晶胞中粒子数目的计算 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 无隙并置 特别提醒 1 具有规则几何外形的固体不一定是晶体 如玻璃 2 晶体与非晶体的本质区别 是否有自范性 3 晶胞是从晶体中 截取 出来具有代表性的 平行六面体 但不一定是最小的 平行六面体 4 区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行x 射线衍射实验 高考模拟精练 1 1 2015 全国卷 节选 氧和钠可形成化合物f 其晶胞结构如图所示 晶胞参数a 0 566nm f的化学式为 晶胞中氧原子的配位数为 列式计算晶体f的密度 g cm 3 2 2014 山东高考 石墨烯可转化为富勒烯 c60 某金属m与c60可制备一种低温超导材料 晶胞如图所示 m原子位于晶胞的棱上与内部 该晶胞中m原子的个数为 该材料的化学式为 解析 1 由晶胞结构知位于立方体顶点和面心上的小球为8 6 4 个 而位于立方体内部的深色小球的个数为8个 故na与o个数比为2 1 即f的化学式为na2o而非na2o2 1mol这样的立方体中应含4molna2o 则其密度为 2 27g cm 3 2 根据均摊法 晶胞含m原子的个数为12 9 12 c60位于顶点和面心 故晶胞含c60的个数为8 6 4 故化学式为m3c60 答案 1 na2o8 2 27g cm 3 2 12m3c60 2 2016 安庆模拟 m n o p q是元素周期表中原子序数依次增大的前四周期元素 m原子最外层电子数为内层电子数的3倍 n的焰色反应呈黄色 o的氢化物是一种强酸 其浓溶液可与m q的化合物反应生成o的单质 p是一种金属元素 其基态原子中有6个未成对电子 请回答下列问题 1 元素q的名称为 p的基态原子价层电子排布式为 2 o的氢化物的沸点比其上一周期同族元素的氢化物低 是因为 3 m o电负性大小顺序是 用元素符号表示 o的最高价含氧酸根的空间构型为 其中心原子的杂化类型为 4 m n形成的化合物的晶胞如图所示 该晶胞的化学式为 该晶体类型为 5 该晶胞的边长为a 10 10cm 则距离最近的m n离子间的距离为 cm 解析 依题意可知 m为氧元素 n为钠元素 o是氯元素 p是铬元素 q是锰元素 因此有 1 元素q的名称为锰 p的基态原子价层电子排布式为3d54s1 2 o的氢化物的沸点比其上一周期同族元素的氢化物低是因为hf分子间存在氢键 而hcl分子间无氢键 3 m o电负性大小顺序是o cl o的最高价含氧酸根为 空间构型为正四面体 其中心原子的杂化类型为sp3杂化 4 m微粒的数目为8 6 4 n微粒的数目为8 因此m n形成的化合物的晶胞的化学式为na2o 该晶体类型为离子晶体 5 晶胞的边长为a 10 10cm 则距离最近的2个m离子间的距离为 10 10cm 故距离最近的m n离子间的距离为 10 10cm 答案 1 锰3d54s1 2 hf分子间存在氢键 而hcl分子间无氢键 3 o cl正四面体形sp3杂化 4 na2o离子晶体 5 10 10 加固训练 1 1 用晶体的x 射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数 对金属铜的测定得到以下结果 晶胞为面心立方最密堆积 边长为361pm 又知铜的密度为9 00g cm 3 则铜晶胞的体积是 cm3 晶胞的质量是 g 阿伏加德罗常数为 列式计算 已知ar cu 63 6 2 cao与nacl的晶胞同为面心立方结构 已知cao晶体密度为ag cm 3 na表示阿伏加德罗常数 则cao晶胞体积为 cm3 3 x与y所形成化合物晶体的晶胞如图所示 在1个晶胞中 x离子的数目为 该化合物的化学式为 解析 1 体积是a3 质量 体积 密度 一个体心晶胞含4个原子 则摩尔质量 四分之一 晶胞质量 na 可求na 2 因为cao与nacl的晶胞同为面心立方结构 所以一个晶胞中有四个钙离子和四个氧离子 根据m cao 56g mol 1 则一个cao的质量m cao g v cao晶胞 质量 密度 3 1个晶胞中x离子的数目为8 6 4 y离子的数目为1 4 4 x与y离子的个数比为1 1 则该化合物的化学式为xy或yx 答案 1 4 70 10 234 23 10 22na 6 01 1023mol 1 2 3 4 xy或yx 2 2016 武汉模拟 三氟化氮 nf3 是一种无色 无味 无毒且不可燃的气体 它可在铜的催化作用下由f2和过量的nh3反应得到 该反应的另一种产物是盐 1 生成物nf3中氮原子的轨道杂化方式为 nf3分子空间构型为 键角 109 28 填 大于 小于 或 等于 2 被称为类卤离子 写出1种与互为等电子体的分子的化学式 3 某元素x跟氟可形成离子晶体 其晶胞结构如图 该离子化合物的化学式为 用x f表示 4 若晶胞边长为acm 该离子化合物的摩尔质量为mg mol 1 则该晶体的密度为 g cm 3 用a m na表达 解析 1 nf3中有一对孤电子对 n和f形成3个n f键 则nf3中的杂化轨道数为4 所以是sp3杂化 空间结构为三角锥形 如果排斥相同 键角应为109 28 氟成键后负电成分高 孤电子对对它的排斥力比对氮的大 导致nf3键角压缩 故键角小于109 28 2 中有22个电子 那么含22个电子且原子数为3的分子有co2或n2o 3 f 位于晶胞内部 共8个 x离子位于顶点和面 心 个数为 8 1 8 6 1 2 4 故该离子化合物的化学式为xf2 4 若晶胞边长为acm 则该晶胞的体积为a3cm3 该离子化合物的摩尔质量为mg mol 1 则1mol该物质的质量为mg 则1个晶胞的质量为4m nag 故密度为4m nag a3cm3 4m a3nag cm 3 答案 1 sp3三角锥形小于 2 co2或n2o 3 xf2 4 4m a3na 考点二四种晶体类型的结构和性质 核心知识通关 1 分子晶体 1 结构特点 构成晶体的微粒是 分子间作用力为 也可能有氢键 分子密堆积 一个分子周围通常有 个紧邻的分子 分子 范德华力 12 2 性质特点 硬度 熔 沸点 3 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分子之间的作用力是 每个co2分子周围有 个紧邻的co2分子 较小 较低 氢键 范 德华力 4 范德华力 12 2 原子晶体 1 结构特点 构成晶体的微粒是 原子间以 结合 三维空间网状结构 2 性质特点 硬度 熔点 原子 共价键 很大 很高 3 典型的原子晶体 金刚石 碳原子轨道采取 杂化 与4个碳原子分别形成4个 构成 形 碳碳键之间夹角为 sio2 硅原子轨道采取 杂化 与4个氧原子分别形成4个共价键 形成 sio4 四面体 每个氧原子连接 个硅原子 sp3 共价键 正四面体 109 28 sp3 2 3 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 通过金属键形成的一种 巨分子 金属键的强度差异很大 价电 子 整块晶体 所有原子 所有金属原子 金属阳离子 自由电子 2 金属晶体的通性及其解释 导电性 自由电子在电场中 形成电流 导热性 电子气中的自由电子在 的作用下与金属原子 而导热 延展性 当金属受到外力作用时 金属晶体中的各原子层就会 但不会改变其 而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间 的作用 定向移动 热 碰撞 相对滑动 体系的排列方 式 润滑剂 3 金属晶体的常见堆积方式 12 8 12 4 离子晶体 1 离子晶体 概念 a 离子键 间通过 指相互排斥和相互吸引的平衡 形成的化学键 b 离子晶体 由 和 通过离子键结合而成的晶体 阴 阳离子 静电作用 阴离子 阳离子 决定离子晶体结构的因素 a 几何因素 即 b 电荷因素 即正 负离子 c 键性因素 离子键的纯粹程度 性质特点 硬度 熔 沸点 晶体中正 负离子的半径比 电荷不同 配位数不同 较大 较高 2 晶格能 定义 形成1摩离子晶体 的能量 单位 通常取 值 大小及与其他量的关系 a 晶格能是最能反映离子晶体 的数据 b 在离子晶体中 离子半径越 离子所带电荷数越 则晶格能越大 气态离子 释放 kj mol 1 正 稳定性 小 多 c 晶格能越大 形成的离子晶体就越 而且熔点越 硬度越 稳定 高 大 3 典型的离子晶体 nacl型 在晶体中 每个na 同时吸引 个cl 每个cl 同时吸引 个na 配位数为 每个晶胞含 个na 和 个cl cscl型 在晶体中 每个cl 吸引 个cs 每个cs 吸引 个cl 配位数为 6 6 6 4 4 8 8 8 方法规律 1 四种晶体的比较 2 晶体熔沸点的比较方法 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 2 同种类型晶体 晶体内粒子间的作用力越大 熔 沸点越高 离子晶体 一般来说 阴 阳离子的电荷数越多 离子半径越小 离子晶格能越大 其离子晶体的熔 沸点就越高 如熔点 mgo mgcl2 nacl cscl 原子晶体 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 晶体硅 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 沸点反常得高 如h2o h2te h2se h2s 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snh4 geh4 sih4 ch4 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co n2 ch3oh ch3ch3 金属晶体 一般来说 金属阳离子半径越小 离子所带电荷数越多 其金属键越强 金属熔 沸点就越高 如熔 沸点 na mg al 高考模拟精练 1 2015 全国卷 碳及其化合物广泛存在于自然界中 回答下列问题 1 co能与金属fe形成fe co 5 该化合物的熔点为253k 沸点为376k 其固体属于 晶体 2 碳有多种同素异形体 其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示 在石墨烯晶体中 每个c原子连接 个六元环 每个六元环占有 个c原子 在金刚石晶体中 c原子所连接的最小环也为六元环 每个c原子连接 个六元环 六元环中最多有 个c原子在同一平面 解析 1 该化合物熔点为253k 沸点为376k 熔沸点较低 所以为分子晶体 2 根据均摊法来计算 石墨烯晶体中 每个碳原子被3个六元环共有 每个六元环占有的碳原子数是6 1 3 2 每个碳原子形成4个共价键 每2个共价键即可形成1个六元环 则可形成6个六元环 每个共价键被2个六元环共用 所以一个碳原子可连接12个六元环 根据数学知识 3个碳原子可形成一个平面 而每个碳原子都可构成1个正四面体 所以六元环中最多有4个碳原子共面 答案 1 分子 2 32 124 2 2016 揭阳模拟 下列数据是对应物质的熔点 有关的判断错误的是 a 只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体b 在共价化合物中各原子都形成8电子结构c 同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体d 金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高 如图为几种晶体或晶胞的构型示意图 请回答下列问题 1 这些晶体中 粒子之间以共价键结合形成的晶体是 2 冰 金刚石 mgo cacl2 干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 3 nacl晶胞与mgo晶胞相同 nacl晶体的晶格能 填 大于 或 小于 mgo晶体的晶格能 原因是 4 每个铜晶胞中实际占有 个铜原子 cacl2晶体中ca2 的配位数为 5 冰的熔点远高于干冰 除因为h2o是极性分子 co2是非极性分子外 还有一个重要的原因是 解析 a项含有金属阳离子的可能为金属晶体 b项共价化合物中各原子不一定都形成8电子结构 如bcl3 1 分析各种物质的晶胞发现以共价键结合的晶体为金刚石晶体 2 结合不同晶体的熔点特点及氢键的知识确定熔点高低顺序为金刚石 氧化镁 氯化钙 冰 干冰 4 分析铜晶胞的特点 顶点的铜原子为8 1 8 1 位于面上的cu为6 1 2 3 所以实际占有4个铜原子 答案 a b 1 金刚石晶体 2 金刚石 氧化镁 氯化钙 冰 干冰 3 小于镁离子和氧离子电荷数大于钠离子和氯离子 并且离子半径氧比氯小 镁比钠小 4 48 5 冰在晶态时存在氢键 而干冰没有 加固训练 1 2016 武汉模拟 铁和铜都是日常生活中常见的金属 有着广泛的用途 请回答下列问题 1 铁的核外电子排布式为 2 配合物fe co x常温下呈液态 熔点为 20 5 沸点为103 易溶于非极性溶剂 据此可判断fe co x晶体属于 填晶体类型 fe co x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18 则x 3 k3 fe cn 6 的配体cn 中碳原子杂化轨道类型为 碳 氮 氧三元素的电负性由大到小的顺序为 用元素符号表示 4 铜晶体铜原子的堆积方式如图所示 铜位于元素周期表的 区 每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 5 某m原子的外围电子排布式为3s23p5 铜与m形成化合物的晶胞如附图所示 黑点代表铜原子 该晶体中铜原子和m原子之间的最短距离为apm 阿伏加德罗常数为na 则该晶体的密度为 g cm 3 只写计算式 解析 1 铁是26号元素 位于周期表中第4周期第 族 核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 2 分子晶体的熔 沸点较低 根据题给信息知 该物质的熔 沸点较低 所以为分子晶体 配合物fe co x的中心原子是铁原子 其价电子数是8 每个配体提供的电子数是2 8 2x 18 x 5 3 cn 中碳原子价层电子对数 1 4 1 1 3 2 所以采取sp杂化 一般来说非金属性越强 电负性越大 所以碳 氮 氧三元素的电负性由大到小的顺序为o n c 4 铜为29号元素 基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1 位于元素周期表的ds区 根据晶胞结构图可知 铜为面心立方堆积 所以每个铜原子周围距离最近的铜原子共有12个 5 根据m的外围电子排布式判断出m原子为氯原子 由晶