晶体结构与性质概述PPT课件.ppt

一 晶体的常识1 晶体与非晶体的区别 周期性排列 无 固定 无 无规则 2020 1 26 2 2 晶胞 1 定义 在晶体微观空间里取出一个 这个描述晶体 的基本单元叫做晶胞 2 结构 一般来说 晶胞都是 晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元 在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数个晶胞 而且所有晶胞的形状及其内部是完全相同的 平行六面体 结构 最小重复单元 2020 1 26 3 冰中 个水分子周围有 个水分子 冰的结构 思考 1mol冰周围有 mol氢键 2020 1 26 4 2020 1 26 5 二 分子晶体和原子晶体1 分子晶体 1 结构特点 晶体中只含 分子间作用力为 也可能有 范德华力 分子 氢键 4 2 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分子之间存在 每个CO2分子周围有 个紧邻的CO2分子 范德华力 氢键 范德华力 12 2020 1 26 6 2 原子晶体 1 结构特点 晶体中只含原子 原子间以 结合 结构 2 典型的原子晶体 金刚石 碳原子以 杂化轨道形成共价键 碳碳键之间夹角为 每个碳原子与相邻的 个碳原子结合 空间网状 共价键 4 sp3 109 28 2020 1 26 7 2020 1 26 8 Si与si o键比为1 4 2020 1 26 9 三 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 形成的一种 巨分子 金属键的强度 价电子 自由电子 金属阳离子 所有金属原子 所有原子 整个晶体 金属键 较大 2 金属晶体的 通性 金属光泽不透明导电导热延展性 2020 1 26 10 四 金属晶体的原子堆积模型1 二维空间模型 1 非密置层 配位数为 2 密置层 配位数为 2 三维空间模型 1 简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在同一直线上 配位数为 只有 采取这种堆积方式 4 6 6 Po 钋 2020 1 26 11 2 钾型将非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的 每层都照此堆积 如 等是这种堆积方式 配位数为 3 镁型和铜型密置层的原子按 型堆积方式堆积 若按 的方式堆积为 型 按 的方式堆积为 型 这两种堆积方式都是金属晶体的 配位数均为12 空间利用率均为 74 凹穴中 Na K Fe 8 最密 ABAB 镁 ABCABC 铜 最密堆积 2020 1 26 12 2020 1 26 13 五 离子晶体1 概念 1 离子键 间通过 指 和 的平衡 形成的化学键 2 离子晶体 由 和 通过 结合而成的晶体 2 决定离子晶体结构的因素 1 几何因素 2 电荷因素 即正负离子 3 一般物理性质一般地说 离子晶体具有较高的 点和 点 较大的 这些性质都是因为离子晶体中存在着 若要破坏这种作用需要 阴 阳离子 静电作用 异性电荷间的吸引力 电子与电子 原子核与原子核间的排斥力 阴离子 阳离子 离子键 正负离子的半径比 一定的能量 熔 沸 硬度 离子键 电荷比 2020 1 26 14 3 典型晶胞结构 1 比较氯化钠与氯化铯晶体 2020 1 26 15 2 比较金刚石和石墨晶体 共价键 碳原子与碳原子之间是共价键 而层与层之间是分子间作用力 硬度高 不导电 质软滑腻 电的良导体 用于润滑剂及电极等 原子晶体 混合型晶体 2020 1 26 16 3 比较二氧化硅和二氧化碳晶体 共价键 分子间作用力 硬度高 熔点高 难溶解于一般的溶剂等 熔点低 易升华 能够溶解于水等 原子晶体 分子晶体 2020 1 26 17 气态离子 所释放 kJ mol 1 稳定性 小 多 强 稳定 高 大 2020 1 26 18 1 四种典型晶体比较 离子间通过离子键 通过金属阳离子与自由电子之间 分子间以分子间作用力 原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 阴 阳离子 金属阳离子 自由电子 分子 原子 离子键 金属键 分子间作用力 共价键 2020 1 26 19 较高 有的高 如钨 有的低 如汞 低 很高 硬而脆 有的高 如Cr 有的低 如Na 低 很高 固体不导电 熔融或在水溶液中导电 良 熔融或固体不导电 在水溶液导电 绝缘体 半导体 不良 良 不良 不良 易溶于极性溶剂 一般不溶于溶剂 相似相容 不溶于任何溶剂 2020 1 26 20 2020 1 26 21 例1 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 石墨结构中的某一部分 2020 1 26 22 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 2020 1 26 23 2020 1 26 24 2 判断晶体类型的方法 1 依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断 离子晶体的微粒是阴 阳离子 微粒间的作用是离子键 原子晶体的微粒是原子 微粒间的作用是共价键 分子晶体的微粒是分子 微粒间的作用为分子间作用力 金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子 微粒间的作用是金属键 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 与合金是金属晶体 2020 1 26 25 3 依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高 常在数百至1000 原子晶体熔点高 常在1000 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化时能导电 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较硬 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 且具有延展性 2020 1 26 26 3 晶体熔 沸点高低的比较规律 1 不同类型晶体的熔 沸点高低一般规律 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 铂等熔 沸点很高 而汞 镓 铯等熔 沸点很低 2 原子晶体由共价键形成的原子晶体中 原子半径越小的键长越短 键能越大 晶体的熔 沸点越高 如熔点 金刚石 碳化硅 硅 2020 1 26 27 3 离子晶体一般地说 阴阳离子的电荷数越多 离子半径越小 则离子键越强 熔 沸点越高 如熔点 MgO MgCl2 NaCl CsCl 4 分子晶体 分子间作用力越大 物质的熔 沸点越高 分子间具有氢键的分子晶体 熔 沸点反常的高 如H2O H2Te H2Se H2S 2020 1 26 28 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 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 2020 1 26 29 5 金属晶体金属离子半径越小 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 Na Mg Al 合金的熔 沸点一般来说比它各组分纯金属的熔 沸点低 2020 1 26 30 变式训练3 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 答案 D 2020 1 26 31 4 下列化合物 按其晶体的熔点由高到低排列正确的是 A SiO2CsClCBr4CF4B SiO2CsClCF4CBr4C CsClSiO2CBr4CF4D CF4CBr4CsClSiO2 答案 A 2020 1 26 32 5 SiCl4的分子结构与CCl4类似 对其作出如下推测 其中不正确的是 A SiCl4晶体是分子晶体B 常温 常压下SiCl4是气体C SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子D SiCl4熔点高于CCl4 答案 B 2020 1 26 33 1 下列判断正确的是 A 酸酐一定是氧化物B 晶体中一定存在化学键C 碱性氧化物一定是金属氧化物D 正四面体分子中键角一定是109 28 答案 C 2020 1 26 34 2 下列晶体均按A1型方式进行最密堆积的是 A 干冰 NaCl 金属CuB ZnS 金属镁 氮化硼C 水晶 金刚石 晶体硅D ZnS NaCl 镁 答案 A 解析 本题考查晶体的堆积模型 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 不遵循紧密堆积原则 故只有A项正确 2020 1 26 35 3 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 答案 D 2020 1 26 36 4 下列说法正确的是 A 冰融化时 分子中H O键发生断裂B 原子晶体中 共价键的键长越短 通常熔点就越高C 分子晶体中 共价键键能越大 该分子的熔 沸点就越高D 分子晶体中 分子间作用力越大 则分子越稳定 答案 B 2020 1 26 37 5 下列说法中正确的是 A 金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1 1C 1molSiO2晶体中含2molSi O键D 金刚石化学性质稳定 即使在高温下也不会和O2反应 答案 A 2020 1 26 38 7 如右图所示晶体结构是一种具有优良的压电 磁电 电光等功能的晶体材料的最小结构单元 晶胞 晶体内与每个 Ti 紧邻的Ti原子数和这种晶体材料的化学式分别是 各元素所带电荷均已略去 A 8 BaTi8O12B 8 BaTi4O9C 6 BaTiO3D 3 BaTi2O3 答案 C 2020 1 26 39 8 最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子 如图所示 顶角和面心的原子是M原子 棱的中心和体心的原子是N原子 则它的化学式为 A M4N4B MNC M14N13D 条件不够 无法写出化学式 答案 C 2020 1 26 40 9 某离子晶体晶胞结构如右图所示 X位于立方体的顶点 Y位于立方体中心 试分析 1 晶体中每个Y同时吸引着 个X 每个X同时吸引着 个Y 该晶体的化学式为 2 晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有 个 3 晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角的度数为 2020 1 26 41 4 设该晶体的摩尔质量为Mg mol 1 晶体密度为 g cm 3 阿伏加德罗常数为NA 则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为 cm 2020 1 26 42 解析 1 同时吸引的原子个数指在某原子 离子 周围距其最近的其他种类的原子 离子 个数 观察题图可知 Y位于立方体的体心 X位于立方体的顶点 每个Y同时吸引着4个X 再分析每个X周围的Y数目 每个X同时为八个立方体共用 而每个立方体的体心都有一个Y 所以每个X同时吸引着8个Y 晶体的化