高考化学 3.3 晶体结构与性质课件.ppt

第三章晶体结构与性质 知识梳理 一 晶体和晶胞1 晶体与非晶体 周期性有序 无序 熔点 2 晶胞 1 晶胞 晶胞是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 微点拨 1 具有规则几何外形的固体不一定是晶体 如玻璃 2 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 二 分子晶体和原子晶体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 2 性质特点 硬度 熔 沸点 分子 范德华力 12 较小 较低 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 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 微点拨 1 常温下为气态或液态的物质 其晶体应属于分子晶体 hg除外 2 原子晶体中一定含有共价键 而分子晶体中不一定有共价键 如稀有气体的晶体 3 原子晶体熔化时 破坏共价键 分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力 分子内的共价键不被破坏 三 金属晶体1 电子气理论 要点 1 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 2 金属晶体是由 通过金属键形成的一种 巨分子 3 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 1 导电性 自由电子在电场中 形成电流 2 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 3 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 微点拨 由于形成金属键的自由电子是分布于整个晶体中 在整个晶体中的金属阳离子间自由运动 所以当金属晶体发生变形时 金属键不被破坏 使金属晶体具有延展性的特殊性质 四 离子晶体1 离子晶体 1 概念 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 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 2 决定离子晶体结构的因素 几何因素 即 电荷因素 即正 负离子 键性因素 离子键的纯粹程度 3 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 1 定义 形成1mol离子晶体 的能量 单位 通常取 值 2 大小及与其他量的关系 晶格能是最能反映离子晶体 的数据 气态离子 释放 kj mol 1 正 稳定性 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 晶格能越大 形成的离子晶体就越 而且熔点越 硬度越 小 多 稳定 高 大 微点拨 1 离子晶体中一定含有离子键 可能含有共价键 2 离子晶体熔化或溶于水时 会破坏离子键 但没有新化学键的生成 一般不认为是化学变化 考点一晶体结构的计算1 晶胞组成的计算 均摊法 1 原则 晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有 那么 每个晶胞对这个原子分得的份额就是 2 方法 长方体 包括立方体 晶胞中不同位置的粒子数的计算 非长方体晶胞中粒子视具体情况而定 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 被三个六边形共有 每个六边形占1 3 2 有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞 可简化成下面的公式进行各物理量的计算 a3 na n m a表示晶胞的棱长 表示密度 na表示阿伏加德罗常数 n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量 m表示相对分子质量 a3 na表示1mol晶胞的质量 典题 1 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 2 2014 新课标全国卷 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 铝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 列式表示铝单质的密度 g cm 3 不必计算出结果 3 2014 海南高考 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 不要求计算结果 4 2014 江苏高考 铜晶胞结构如下图所示 铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 解析 1 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 2 氧化亚铜晶胞中含有氧原子个数为4 8 1 8 6 1 2 8 根据氧化亚铜的化学式可知 晶胞中铜原子和氧原子的个数之比为2 1 所以晶胞中铜原子个数为16个 在晶体中 与铝原子距离相等且最近的铝原子共有3 4 12个 所以在晶胞中铝原子的配位数为12 一个晶胞中含有铝原子的个数是8 1 8 6 1 2 4 晶体的密度为 3 金刚石晶胞中各个顶点 面上和体内的原子数目依次为8 6 4 然后依据晶胞计算确定在晶体中碳原子数目 碳原子数目为n 8 1 8 6 1 2 4 8 根据硬球接触模型可以确定 体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴 因此有然后可以确定原子的占有率为 4 cu为面心立方晶胞 配位数为12 答案 1 12m3c60 2 1612 3 8 4 12 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 cm3 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 22 2 3 4 xy或yx 2 某离子晶体的晶胞结构如图所示 x 位于立方体的顶点 y 位于立方体的中心 试分析 1 晶体中每个y同时吸引 个x 2 该晶体的化学式为 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 解析 1 从晶胞结构图中可直接看出 每个y同时吸引4个x 2 在晶胞中 平均包含x 4 平均包含y 1 所以在晶体中x和y的个数之比为1 2 晶体的化学式为xy2或y2x 3 摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量 数值上等于该物质的相对分子 或原子 质量 由题意知 该晶胞中含有1 2个xy2或y2x 设晶胞的边长为acm 则有 a3na则晶体中两个距离最近的x之间的距离为cm 答案 1 4 2 xy2或y2x 3 考点二四种晶体的组成和性质比较1 四种晶体的比较 2 判断晶体类型的方法 1 根据构成粒子及粒子间的作用力类别进行判断 2 根据各类晶体的特征性质判断 低熔 沸点的化合物一般属于分子晶体 熔 沸点较高 且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物一般为离子晶体 熔 沸点很高 不导电 不溶于一般溶剂的物质一般为原子晶体 能导电 传热 具有延展性的晶体一般为金属晶体 3 根据物质类别判断 金属氧化物 强碱 大部分盐类是离子晶体 大多数非金属单质 除金刚石 石墨 晶体硅 气态氢化物 非金属氧化物 sio2除外 酸 大多数有机物 有机盐除外 是分子晶体 金刚石 晶体硅 晶体硼 碳化硅 sio2等是原子晶体 金属单质固体是金属晶体 3 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 高考警示 1 离子晶体中不一定都含有金属元素 如nh4cl是离子晶体 金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体 如alcl3是分子晶体 含有金属离子的晶体不一定是离子晶体 如金属晶体中含有金属离子 2 含阴离子的晶体中一定含有阳离子 但含阳离子的晶体中不一定含阴离子 如金属晶体 3 易误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高 其实不一定 如na的熔点为97 尿素的熔点为132 7 4 石墨属于混合型晶体 虽然质地很软 但其熔点比金刚石还高 其结构中的碳碳键比金刚石中的碳碳键还强 典题 1 2014 海南高考 c60属于 晶体 石墨属于 晶体 2 2013 四川高考 nh4cl固体的晶体类型是 3 2013 福建高考 nf3可由nh3和f2在cu催化剂存在下反应直接得到 4nh3 3f2nf3 3nh4f上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有 填序号 a 离子晶体b 分子晶体c 原子晶体d 金属晶体 4 2013 浙江高考 naf的熔点 填 或 的熔点 其原因是 解析 1 一个 c60 就是一个分子 故形成分子晶体 石墨层与层之间是范德华力 而同一层中碳原子之间是共价键 故形成的是混合晶体 2 nh4cl为离子化合物 为离子晶体 3 铜为金属晶体 nh3和f2及nf3都是分子晶体 nh4f是离子晶体 4 两种物质都形成离子晶体 而离子晶体的熔点受离子键强弱的影响 离子键的强弱与离子半径 离子所带的电荷多少有关 两种化合物中 阴 阳离子所带电荷数均为1 但后者的离子半径大 离子键较弱 因此前者的熔点高于后者 答案 1 分子混合 2 离子晶体 3 a b d 4 两者均为离子化合物 且阴 阳离子的电荷数均为1 但后者的离子半径较大 离子键较弱 因此其熔点较低 加固训练 1 参考下表中物质的熔点 回答有关问题 1 钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的 有关 随着 的增大 熔点依次降低 2 硅的卤化物的熔点及硅 锗 锡 铅的氯化物的熔点与 有关 随着 增大 增大 故熔点依次升高 3 钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多 这与 有关 因为 故前者的熔点远高于后者 解析 分析表中的物质和数据 naf nacl nabr nai均为离子晶体 它们的阳离子相同 随着阴离子离子半径的增大 离子键依次减弱 熔点依次降低 nacl kcl rbcl cscl四种碱金属的氯化物均为离子晶体 它们的阴离子相同 随着阳离子离子半径的增大 离子键逐渐减弱 熔点依次降低 sif4 sicl4 sibr4 sii4四种硅的卤化物均为分子晶体 它们的结构相似 随着相对分子质量的增大 分子间作用力逐渐增强 熔点依次升高 sicl4 gecl4 sncl4 pbcl4也为分子晶体 答案 1 半径半径 2 相对分子质量相对分子质量分子间作用力 3 晶体类型nax是离子晶体 six4是分子晶体 2 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 氯化铵g 铝h 金刚石以上晶体中 1 属于原子晶体的化合物是 直接由原子构成的晶体是 直接由原子构成的分子晶体是 2 由极性分子构成的晶