高考化学一轮总复习 第十二单元 第3讲 晶体结构与性质课件.ppt

第3节 晶体结构与性质 1 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 2 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 3 理解离子键的形成 能根据离子化合物的结构特征解释 其物理性质 4 理解金属键的含义 能用金属键理论解释金属的一些物理性质 了解金属晶体常见的堆积方式 了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响 5 能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算 回归教材 有 有 无 一 晶体和晶胞1 晶体与非晶体 固定 无 不固定 2 晶胞 1 晶胞 是描述晶体结构的基本单元 2 晶体与晶胞的关系 整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞 而成 晶胞是晶体结构中的基本重复单元 晶胞的结构可以反映晶体的结构 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 3 晶格能 kj mol 1 大 小 1 定义 气态离子形成1mol离子晶体释放的能量 通常取正值 单位 2 影响因素 稳定 高 大 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 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 二 常见晶体类型 分子 原子 阴 阳离子 1 四种晶体的比较 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 续表 2 晶体熔 沸点的比较 原子晶体 离子晶体 1 不同类型晶体熔 沸点的比较 分子晶体 不同类型晶体的熔 沸点高低的一般规律 金属晶体的熔 沸点差别很大 如钨 铂等熔 沸点很 高 汞 铯等熔 沸点很低 小 短 大 强 高 2 同种晶体类型熔 沸点的比较 原子晶体 比较共价键 原子半径越 键长越 键能越 共价键越 熔 沸点越 如熔点 金 刚石 碳化硅 晶体硅 离子晶体 比较离子键强弱或晶格能大小 一般地说 阴 阳离子的电荷数越 离子半径越 则离子间的作用力就越 其离子晶体的熔 沸点就越 如熔点 mgo mgcl2 nacl cscl 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能 晶格能越 形成的离子晶体越 熔 点越 硬度越 多 小 大 高 大 稳定 高 大 大 高 高 分子晶体 比较分子间作用力 分子间作用力越 物质的熔 沸点越 具有氢键的分子晶体熔 沸点反常地 如h2o h2te h2se h2s 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越 熔 沸点越 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 同分异构体 支链越多 熔 沸点越低 如 大 高 ch3 ch2 ch2 ch2 ch3 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 3 典型晶体模型 6 1 2 12 续表 6 12 8 6 续表 12 6 续表 12 8 12 自主测评 1 1 2014年新课标卷 cu2o为半导体材料 在其立方晶胞内部有4个氧原子 其余氧原子位于面心和顶点 则该晶胞中有 个铜原子 al单质为面心立方晶体 其晶胞参数a 0 405nm 晶胞中铝原子的配位数为 列式表示al单质的密度 g cm 3 不必计算出结果 2 2014年江苏卷 cu2o在稀硫酸中生成cu和cuso4 铜晶胞结构如上图所示 铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 3 2013年江苏卷 zn与s所形成化合物晶体的晶胞如图所 示 在1个晶胞中 zn离子的数目为 该化合物的化学式为 4 2013年四川卷 al2o3在一定条件下可制得aln aln的晶体结构如上图所示 该晶体中al的配位数是 5 2013年新课标卷 f k和ni三种元素组成的一个化 合物的晶胞如图所示 解析 1 利用均摊法得氧原子的个数为4 6 8 该化合物的化学式为 ni的配位数为 列式计算该晶体的密度 g cm 3 12 18 8 依据化学式cu2o可知cu原子数为16 面心立方晶体 结构如图 选择顶点上一个al原子为中心原子 列描述错误的是 4 氮氧化铝 alon 属原子晶体 是一种超强透明材料 下 a alon和石英的化学键类型相同b alon和石英晶体类型相同 c alon和al2o3的化学键类型不同d alon和al2o3晶体类型相同 cuf2 nf3的晶体类型为分子晶体 cu为金属晶体 nh4f为离子晶体 2 bn为原子晶体 mgbr2为离子晶体 sicl4为分子晶体 因而熔点 bn mgbr2 sicl4 3 两者均为离子化合物 且电荷数均为1 但后者离子半径大 离子键较弱 因此熔点较低 4 氮氧化铝 alon 与石英 sio2 均为原子晶体 所含化学键均为共价键 al2o3为离子晶体 所含化学键为离子键 答案 1 abd 2 bn mgbr2 sicl4 3 两者均为离子 晶体 且电荷数均为1 但后者离子半径大 离子键较弱 因 此熔点较低 4 d 解析 1 在反应4nh3 3f2 nf3 4nh4f中 nh3 4 金属镍与镧 la 形成的合金是一种良好的储氢材料 其晶胞结构示意图如图所示 该合金的化学式为 5 丁二酮肟常用于检验ni2 在稀氨水介质中 丁二酮肟 与ni2 反应可生成鲜红色沉淀 其结构如图所示 该结构中 碳碳之间的共价键类型是 键 碳氮之间的共价键类型是 氮镍之间形成的化学键是 该结构中 氧氢之间除共价键外还可能存在 该结构中 碳原子的杂化轨道类型有 答案 1 ar 3d84s2 或1s22s22p63s23p63d84s2 2 3 66 4 lani5 5 键和 键配位键 氢键 sp2杂化和sp3杂化 4 mno2是碱锰电池材料中最普通的正极材料之一 在活性材料mno2中加入cotio3纳米粉体 可以提高其利用率 优化碱锰电池的性能 1 写出基态mn原子的核外电子排布式 2 cotio3晶体结构模型如下图所示 在cotio3晶体中1个ti原子 1个co原子周围距离最近的o原子数目分别为 3 二氧化钛 tio2 是常用的 具有较高催化活性和稳定性的光催化剂 常用于污水处理 o2在其催化作用下 可将cn 氧化成cno 进而得到n2 与cno 互为等电子体的分子 离子化学式分别为 各写一种 考点一考向1 晶体和晶胞晶胞中粒子个数的计算 例1 元素x的某价态离子xn 中所有电子正好充满k l m三个电子层 它与n3 形成的晶体结构如图所示 1 该晶体的阳离子与阴离子个数比为 3 x元素的原子序数是 4 晶体中每个n3 被 个等距离的xn 包围 2 该晶体中xn 中n 答案 1 3 1 2 1 3 29 4 6 方法技巧 晶胞组成的计算规律 1 2 非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法 其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有 例如 石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形 其顶点 1个碳原子对六边 考向2 晶体密度与微粒距离间的关系计算 例2 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 方法技巧 晶体微粒与m 摩尔质量 g mol 1 晶体密度 g cm 3 之间的关系 若1个晶胞中含有x个微粒 则1mol晶胞中含有xmol微粒 其质量为xmg 又1个晶胞的质量为 a3g a3为晶胞的体积 单位为cm3 则1mol晶胞的质量为 a3nag 因此有xm a3na 考点练透 1 某离子晶体晶胞的结构如图所示 x 位于立方体顶 点 y 位于立方体中心 试分析 1 晶体的化学式为 2 晶体中距离最近的2个x与1个y形成的夹角 xyx是 3 设该晶体的摩尔质量为mg mol 1 晶体的密度为 g cm 3 阿伏加德罗常数的值为na 则晶体中两个距离最近的x之间的距离为 cm 2 金晶体的最小重复单元 也称晶胞 是面心立方体 即在立方体的8个顶点及各个面的中心各有一个金原子 每个金原子被相邻的晶胞所共用 如图 金原子的直径为d 用na表示阿伏加德罗常数 m表示金的摩尔质量 1 金晶体每个晶胞中含有 个金原子 2 欲计算一个晶胞的体积 除假定金原子是刚性小球外 还应假定 3 一个晶胞的体积是 4 金晶体的密度是 考点二考向1 晶体类型的结构和性质晶体类型的判断 例3 有a b c三种晶体 分别由h c na cl四种元素中的一种或几种组成 对这三种晶体进行实验 结果如下表 1 晶体的化学式分别为a b c 2 晶体的类型分别是a b c 3 晶体中微粒间作用力分别是a b c 解析 根据a b c所述晶体的性质可知 a为离子晶体 只能为nacl 微粒间的作用力为离子键 b应为原子晶体 只能为金刚石 微粒间的作用力为共价键 c应为分子晶体 且易溶 只能为hcl 微粒间的作用力为范德华力 答案 1 naclc hcl 2 离子晶体 原子晶体 分子晶体 3 离子键 共价键 范德华力 方法技巧 晶体类型的判断方法 1 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断 离子晶体的构成微粒是阴 阳离子 微粒间的作用力是离子键 原子晶体的构成微粒是原子 微粒间的作用力是共价键 分子晶体的构成微粒是分子 微粒间的力作用为范德华力或氢键 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子 微粒间的作用力是金属键 2 依据物质的类别判断 金属氧化物 如k2o na2o2等 强碱 naoh koh等 和绝大多数盐类是离子晶体 大多数非金属单质 除金刚石 石墨 晶体硅等 非金属氢化物 非金属氧化物 除sio2外 几乎所有的酸 绝大多数有机物 除有机盐外 是分子晶体 常见的单质类原子晶体有金刚石 晶体硅 晶体硼等 常见的化合类原子晶体有碳化硅 二氧化硅等 金属单质 合金是金属晶体 3 依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高 原子晶体熔点高 分子晶体熔点低 金属晶体多数熔点高 但也有相当低的 4 依据导电性判断 离子晶体溶于水及熔融状态时能导电 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 主要是酸和强极性非金属氢化物 溶于水 使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子 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 且具有延展性 考向2 常见的晶体结构 例4 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 填 或 sio2 5 金刚石 晶体硅 二氧化硅 mo co2 m六种晶体的构成微粒分别是 熔化时克服的微粒间的作用力分别是 解析 1 c si和o的电负性大小顺序为o c si 2 晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连 呈正四面体结构 所以杂化方式是sp3 因为si c的键长小于si si 所以熔点 碳化硅 晶体硅 3 sic电子总数是20 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 p p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 sio2 co2 5 金刚石 晶体硅 二氧化硅均为原子晶体 构成微粒为原子 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 答案 1 1s22s22p63s23p2o c si 2 sp3共价键sic si 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 p p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 考向3 晶体熔 沸点高低的比较 例5 1 分析下列物质的物理性质 判断其晶体类型 碳化铝 黄色晶体 熔点2200 熔融态不导电 溴化铝 无色晶体 熔点98 熔融态不导电 五氟化钒 无色晶体 熔点19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 溴化钾 无色晶体 熔融或溶于水中都能导电 2 金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式 晶胞分别如图所示 面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为 解析 1 将晶体的熔点高低 熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据 原子晶体和离子晶体的熔点都很高或较高 两者最大的差异是熔融态的导电性不同 原子晶体熔融态不导电 离子晶体熔融态或水溶液中都能导电 原子晶体和分子晶体的区别则主要在于熔 沸点有很大差异 一般原子晶体和分子晶体熔融态都不能导电 另外 易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一 2 面心立方晶胞中 答案 1 原子晶体分子晶体分子晶体离子晶体 2 2 1 考点练透 3 2016年福建厦门模拟 碳元素在生产生活中具有非常重要的作用 在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用 碳元素的单质有多种形式 下图依次是c60 石墨和金刚石的结构图 1 与碳同周期 且基态原子的核外未成对电子数与碳相等 的元素 其基态原子的电子排布式为 2 金刚石 石墨 c60 碳纳米管等都是碳元素的单质形式 它们互为 3 金刚石 石墨 指单层石墨 中碳原子的杂化形式分别为 常温条件下丙烯是气态 而相对分子质量比丙烯小的甲醇 常温条件下却呈液态 出现这种现象的原因是 4 c60属于 晶体 c60晶体内含有的微粒间作用有 5 金刚石晶胞含有 个碳原子 若碳原子半径为r 金刚石晶胞的边长为a 根据硬球接触模型 则r a 列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率 要求写出计算结果 解析 1 碳元素和氧元素基态原子的核外未成对电子数都是2 所以氧原子的基态原子的电子排布式为1s22s22p4 2 金刚石 石墨 c60 碳纳米管等都是碳元素的单质形式 性质不同 它们互为同素异形体 3 在金刚石中碳原子的4个价电子与4个碳原子形成四个共价键 碳的杂化形式是sp3杂化 在石墨中碳原子与相邻的三个碳原子形成三个共价键 碳的杂化形式为sp2杂化 因为甲醇分子间存在氢键 而丙烯分子间只有范德华力 所以常温条件下丙烯是气态 而相对分子质量比丙烯小的甲醇 常温条件下却呈液态 4 c60是由60个碳原子以共价键形成的分子 属于分子晶体 c60晶体内含有的微粒间作用有范德华力和共价键 答案 1 1s22s22p4 2 同素异形体 3 sp3 sp2 甲醇分子间存在氢键 而丙烯分子间只有范德 华力 4 分子 范德华力 共价键 4 2015年福建福州一中检测 三氟化氮是一种无色 无味 无毒且不可燃的气体 在半导体加工 太阳能电池和液晶显示器制造中得到广泛应用 nf3是一种三角锥形分子 键角102 沸点 129 可在铜的催化作用下由f2和过量nh3反应得到 cu 1 上述化学方程式中的5种物质所含的化学键类型有 填序号 a 离子键 b 共价键 c 配位键 d 金属键 4nh3 3f2 nf3 3nh4f 2 与铜属于同一周期 且未成对价电子数最多的元素基态 原子价电子排布式为 3 nf3的沸点比nh3的沸点 33 低得多的主要原因是 4 理论上hf naalo2和nacl按6 1 2的物质的量之比恰好反应生成hcl h2o和一种微溶于水的重要原料 该物质含有三种元素 在金属铝的冶炼中有重要作用 该物质为配合物 其中心离子是 配位数为 5 根据下列五种元素的第一至第四电离能数据 单位 kj mol 1 回答下面各题 在周期表中 最可能处于同一族的是 和 t元素最可能是 填 s p d ds 等 区元素 若t为第二周期元素 f是第三周期元素中原子半径最小的元素 则t f形成化合物的空间构型为 其中心原子的杂化轨道类型为 解析 1 上述5种物质中 氨气 氟单质 nf3 氟化氨中都存在共价键 氟化氨中还存在离子键和配位键 cu中存在金属键 所以选择abcd 2 cu位于第四周期 第四周期元素大部分属于d区 所以未成对价电子数最多时价电子的排布为3d54s1 3 nf3的沸点比nh3的沸点 33 低得多的主要原因是nh3分子间形成氢键 使分子间作用力增大 沸点升高 4 根据质量守恒定律 反应的化学方程式为 6hf naalo2 2nacl 2hcl 2h2o na3alf6 该配合物为na3alf6 其中心离子为al3 配位数是6 5 根据第一电离能的数据可知 q的第一电离能数值较大 可能为非金属 r的第一电离能与第二电离能差值较大 所以r可能是第 a族元素 s的第二电离能与第三电离能差值较大 所以s可能是第 a族元素 t的第三电离能与第四电离能差值较大 所以t可能是第 a族元素 u的第一电离能与第二电离能的存在较大 所以u可能是第 a族元素 所以最可能处于同一族的是r和u元素 答案 1 abcd 2 3d54s1 3 nh3分子间形成氢键 4 al3 6 5 r u p 平面正三角形 sp2 5 2015年河北正定中学检测 原子序数依次增大的x y z g q r t七种元素 核电荷数均小于36 已知x的一种1 2型氢化物分子中既有 键又有 键 且所有原子共平面 z