2104高考化学一轮复习 第三章 晶体结构与性质课件 新人教版选修3.ppt

第三章晶体结构与性质 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 3 晶格能 离子晶体 1 定义 气态离子形成1摩离子晶体 的能量 单位 2 影响因素 离子所带电荷数 离子所带电荷数越多 晶格能 离子的半径 离子的半径 晶格能越大 对离子晶体性质的影响 晶格能越大 形成的离子晶体越 且熔点 硬度 释放 kj mol 1 越大 越小 稳定 越高 越大 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 常见晶体类型的结构和性质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 2 典型晶体模型 6 1 2 12 6 12 8 8 12 6 12 8 12 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 原子晶体一定含有共价键 而分子晶体可能不含共价键 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 高考警示 1 在晶胞中微粒个数的计算过程中 不要形成思维定势 不能对任何形状的晶胞都使用上述计算方法 不同形状的晶胞 应先分析任意位置上的一个粒子是被几个晶胞共用 如六棱柱晶胞中 顶点 侧棱 底面上的棱 面心依次被6 3 4 2个晶胞共用 2 判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时 要注意运用三维想象法 如nacl晶体中 na 周围的na 数目 na 用 表示 每个面上有4个 共计12个 典题通关1 1 2013 四川高考 al2o3在一定条件下可制得aln aln的晶体结构如下图 1 所示 该晶体中al的配位数是 2 2013 新课标全国卷 改编 f k和ni三种元素组成的一个化合物的晶胞如下图 2 所示 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 解题指南 解答本题要注意以下两点 1 要明确配位数的概念 2 灵活应用 均摊法 分析计算 解析 1 以题干图中居于晶胞体心位置的铝原子为例 距离该原子最近且相等的氮原子有4个 2 由题干晶胞示意图可以看出 晶胞中氟原子位置 棱上16个 面上4个 体内2个 故每个晶胞平均占有氟原子个数为16 1 4 4 1 2 2 8 钾原子的位置 棱上8个 体内2个 故每个晶胞平均占有钾原子个数为8 1 4 2 4 镍原子的位置 顶点8个 体心1个 故每个晶胞平均占有镍原子个数为8 1 8 1 2 所以这三种原子个数比为k ni f 4 2 8 2 1 4 故该化合物的化学式为k2nif4 该化合物是离子晶体 配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 由图可以看出ni的配位数是6 由密度公式知该晶体的密度为m v 39 4 59 2 19 8 na 400 400 1308 10 30 g cm 3 3 4g cm 3 答案 1 4 2 k2nif46 39 4 59 2 19 8 na 400 400 1308 10 30 g cm 3 3 4 互动探究 1 图 1 中氮原子的配位数是多少 提示 4 可按铝原子进行分析 因为aln晶体中 两原子个数比为1 1 2 若 1 小题中晶胞的边长为acm 则aln晶体的密度为多少 提示 根据均摊法分析可知 每个aln晶胞中含有两个氮原子和两个铝原子 故该晶体的密度为82 a3na g cm 3 变式训练 1 zns在荧光体 光导体材料 涂料 颜料等行业中应用广泛 立方zns晶体结构如图所示 其晶胞边长为540 0pm 密度为g cm 3 列式并计算 a位置s2 与b位置zn2 之间的距离为pm 列式表示 2 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 解析 1 晶胞密度 设m为晶胞边长 过b向上面作垂线 构成直角三角形 两边分别为 4m 1 4m 即可求出斜边为 4m 4 540 0pm 135pm 2 根据晶胞示意图 8个镧原子均位于顶点上 故本晶胞含有的镧原子数为8 1 8 1 镍原子有8个在面上 1个在晶胞内部 故本晶胞含有的镍原子数为8 1 2 1 5 故其化学式为lani5 答案 1 2 lani5 加固训练 1 2014 烟台模拟 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 1 与碳同周期 且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是 写出元素符号 2 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 3 二氧化硅结构跟金刚石结构相似 即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个氧原子 观察图甲中金刚石的结构 分析二氧化硅的空间网状结构中 si o形成的最小环上氧原子数目是 4 图乙是c60的晶胞模型 一个小黑点代表一个c60分子 图中显示出的c60分子数为14个 实际上一个c60晶胞中含有个c60分子 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 2 甲醇比丙烯沸点高的原因是甲醇中存在分子间氢键 3 金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子 即六元环 共有6个c c键 而二氧化硅中的硅原子相当于金刚石中的碳原子 氧原子在硅硅键之间 故二氧化硅中氧原子的数目与金刚石中c c键的数目相同 4 晶胞中粒子个数的计算公式 体内 1 面上 1 2 棱上 1 4 顶点 1 8 c60晶胞模型中显示出的14个c60分子 8个在晶胞顶点上 6个在面上 故一个晶胞中含有的c60分子数目为8 1 8 6 1 2 4 答案 1 o 2 甲醇分子间存在氢键 而丙烯分子间只有范德华力 3 6 4 4 2 如图 直线交点处的圆圈为nacl晶体中na 或cl 所处的位置 这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的 1 请将其中代表na 的圆圈涂黑 不必考虑体积大小 以完成nacl晶体结构示意图 2 晶体中 在每个na 的周围与它最接近的且距离相等的na 共有个 3 晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞 在nacl晶胞中正六面体的顶点上 面上 棱上的na 或cl 为该晶胞与其相邻的晶胞所共有 一个晶胞中cl 的个数等于 即 填计算式 na 的个数等于 即 填计算式 4 设nacl的摩尔质量为mrg mol 1 食盐晶体的密度为 g cm 3 阿伏加德罗常数的值为na 食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为cm 解析 2 与na 最接近的且距离相等的na 共有12个 3 根据离子晶体的晶胞 求阴 阳离子个数比的方法是 处于顶点的离子 同时为8个晶胞共有 每个离子有1 8属于晶胞 处于棱上的离子 同时为4个晶胞共有 每个离子有1 4属于晶胞 处于面上的离子 同时为2个晶胞共有 每个离子有1 2属于晶胞 处于晶胞内部 体心 的离子 则完全属于该晶胞 由此可知 在nacl晶胞中 含cl 12 1 4个 含na 8 6 4个 4 设cl 与na 的最近距离为acm 则两个最近的na 间的距离为所以na 间的最近距离为 答案 1 2 12 3 412 1 448 6 4 4 考点二晶体熔 沸点高低的比较方法1 不同类型晶体熔 沸点的比较 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 2 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 2 同种类型晶体熔 沸点的比较 1 原子晶体 如熔点 金刚石 碳化硅 硅 2 离子晶体 一般地说 阴阳离子的电荷数越多 离子半径越小 则离子间的作用力就越强 其离子晶体的熔 沸点就越高 如熔点 mgo mgcl2 nacl cscl 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能 晶格能越大 形成的离子晶体越稳定 熔点越高 硬度越大 3 分子晶体 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 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 4 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 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 典题通关2 2013 九江模拟 现有几组物质的熔点 数据 据此回答下列问题 1 由表格可知 a组熔点普遍偏高 据此回答 a组属于晶体 其熔化时克服的粒子间的作用力是 硅的熔点高于二氧化硅 是由于 硼晶体的硬度与硅晶体相对比 2 b组晶体中存在的作用力是 其共同的物理性质是 填序号 可以用理论解释 有金属光泽 导电性 导热性 延展性 3 c组中hf熔点反常是由于 4 d组晶体可能具有的性质是 填序号 硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电 5 d组晶体中nacl kcl rbcl的熔点由高到低的顺序为 mgo晶体的熔点高于三者 其原因解释为 解题指南 解答本题注意以下3点 1 根据表格中数据可以判断出晶体类型 再推测晶体的性质 2 hf熔点反常的原因与氢键有关 3 利用晶格能的知识分析离子晶体熔点高低的原因 解析 1 a组由非金属元素组成 熔点最高 属于原子晶体 熔化时需破坏共价键 由共价键形成的原子晶体中 原子半径小的键长短 键能大 晶体的熔 沸点高 硬度大 2 b组都是金属 存在金属键 具有金属晶体的性质 可以用 电子气理论 解释相关物理性质 3 c组卤化氢晶体属于分子晶体 hf熔点高是由于分子之间形成氢键 4 d组是离子化合物 熔点高 具有离子晶体的性质 5 晶格能与离子电荷数和离子半径有关 电荷越多半径越小 晶格能越大 晶体熔点越高 答案 1 原子共价键 si si键能大于si o键能 硼晶体大于硅晶体 2 金属键 电子气 3 hf分子间能形成氢键 其熔化时需要消耗的能量更多 只要答出hf分子间能形成氢键即可 4 5 nacl kcl rbclmgo晶体为离子晶体 离子所带电荷越多 半径越小 晶格能越大 熔点越高 变式训练 1 氯酸钾熔化 粒子间克服了的作用力 二氧化硅熔化 粒子间克服了的作用力 碘的升华 粒子间克服了作用力 三种晶体的熔点由高到低的顺序是 2 下列六种晶体 co2 nacl na si cs2 金刚石 它们的熔点从低到高的顺序为 填序号 3 在h2 nh4 2so4 sic co2 hf中 由极性键形成的非极性分子是 由非极性键形成的非极性分子是 能形成分子晶体的物质是 含有氢键的晶体的化学式是 属于离子晶体的是 属于原子晶体的是 五种物质的熔点由高到低的顺序是 4 a b c d为四种晶体 性质如下 a 固态时能导电 能溶于盐酸b 能溶于cs2 不溶于水c 固态时不导电 液态时能导电 可溶于水d 固态 液态时均不导电 熔点为3500 试推断它们的晶体类型 a b c d 解析 1 氯酸钾是离子晶体 熔化离子晶体时需要克服离子键的作用力 二氧化硅是原子晶体 熔化原子晶体时需要克服共价键的作用力 碘为分子晶体 熔化分子晶体时需克服的是分子间作用力 由于原子晶体是由共价键形成的空间网状结构的晶体 所以原子晶体的熔点最高 其次是离子晶体 由于分子间作用力比化学键要小得多 所以碘的熔点最低 2 先把六种晶体分类 原子晶体 离子晶体 金属晶体 分子晶体 由于碳原子半径小于硅原子半径 所以金刚石的熔点高于晶体硅 co2和cs2同属于分子晶体 其熔点与相对分子质量成正比 故cs2的熔点高于co2 na在通常状况下是固态 而cs2是液态 co2是气态 所以na的熔点高于cs2和co2 na在水中即熔化成小球 说明它的熔点较nacl低 答案 1 离子键共价键分子间sio2 kclo3 i2 2 3 co2h2h2 co2 hfhf nh4 2so4sicsic nh4 2so4 hf co2 h2 4 金属晶体分子晶体离子晶体原子晶体 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