高中化学 第三章 晶体结构与性质章末归纳整合三课件 新人教版选修3.ppt

请分别用一句话表达下列关键词 晶体晶胞分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体晶格能提示晶体 内部微粒 原子 离子和分子 在三维空间按一定规律做周期性有序排列构成的固体物质 叫晶体 晶胞 描述晶体结构的基本单元 一般都是平行六面体 分子晶体 由分子构成 相邻分子靠分子间作用力相互吸引 原子晶体 原子间都以共价键相结合 是三维的空间网状结构 章末归纳整合 金属晶体 通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体 叫做金属晶体 离子晶体 由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 晶格能 气态离子形成1摩离子晶体释放的能量 通常取正值 一 氯化钠 氯化铯晶体 离子晶体由于离子键无饱和性与方向性 所以离子晶体中无单个分子存在 阴阳离子在晶体中按一定的规则排列 使整个晶体不显电性且能量最低 离子的配位数分析如下 1 氯化钠晶体中每个na 周围有6个cl 每个cl 周围有6个na 与一个na 距离最近且相等的cl 围成的空间构型为正八面体 每个na 周围与其最近且距离相等的na 有12个 如图 因此cscl的一个晶胞中含有1个cscl 1个cs 和1个cl 二 金刚石 二氧化硅 原子晶体 金刚石晶体 c原子数 c c键键数 1 2 c原子数 六元环数 1 2 2 二氧化硅晶体结构与金刚石相似 c被si代替 c与c之间插氧 即为sio2晶体 则sio2晶体中最小环为12环 6个si 6个o 即si o 1 2 用sio2表示 在sio2晶体中每个si原子周围有4个氧原子 同时每个氧原子结合2个硅原子 一个si原子可形成4个si o键 1molsi原子可形成4molsi o键 但是由此有许多学生认为二氧化硅晶体结构中一个最小的环是由8个原子构成的 实际上 在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的4个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围的其他碳原子连接的情况是相同的 即每个硅原子与周围的4个氧原子构成一个正四面体 只是每个氧原子又处在由另一个硅原子为中心的一个正四面体上 即每个氧原子为两个硅氧四面体共用 如上图所示 从此图中可以明确看出 构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构成的椅式环 注意图中o si o夹角为109 28 三 干冰 分子晶体干冰晶体是一种立方面心结构 立方体的8个顶角及6个面的中心各排布一个co2分子 晶胞是一个面心立方 一个晶胞实际拥有的co2分子数为4个 均摊法 每个co2分子周围距离相等且最近的co2分子共有12个 分子间由分子间作用力形成晶体 每个co2分子内存在共价键 因此晶体中既有分子间作用力 又有化学键 但熔 沸点的高低由分子间的作用力决定 重要因素是相对分子质量 因此当晶体熔化时 分子内的化学键不发生变化 四 石墨 混合型晶体石墨晶体是层状结构 在每一层内有无数个正六边形 同层碳原子间以共价键结合 晶体中c c的夹角为120 层与层之间的作用力为范德华力 每个c原子被6个棱柱共用 每6个棱柱实际占有的c原子数为2个 石墨的独特结构决定了它的独特性质 该晶体实际介于原子晶体 分子晶体 金属晶体之间 因此具有各种晶体的部分性质特点 是一种混合型晶体 如熔点高 硬度小 能导电等 五 固态金属单质 金属晶体金属 除金属汞外 在常温下都是晶体 在金属中 金属原子好像许多硬球一样一层一层紧密地堆积着 每个金属原子周围都有许多相同的金属原子围绕着 其实由于金属原子的最外层电子都较少 故金属原子容易失去电子变成金属离子 金属原子释放电子后形成的离子按一定规律堆积 释放的电子则在这个晶体里由运动 这就是自由电子 在金属晶体的内部 金属离子和自由电子之间存在较强的相互作用力 这个作用力便是金属键 因此有人形象地将金属键比喻为金属阳离子沉浸在自由电子的海洋里 现有四种晶体 其离子排列方式如下图所示 其中化学式正确的是 例1 答案cd nacl的晶胞如图 每个nacl晶胞中含有的na 离子和cl 离子的数目分别是 a 14 13b 1 1c 4 4d 6 6 例2 答案c 下面关于sio2晶体网状结构的叙述正确的是 a 最小的环上 有3个si原子和3个o原子b 最小的环上 si和o原子数之比为1 2c 最小的环上 有6个si原子和6个o原子d 存在四面体结构单元 o处于中心 si处于4个顶角解析二氧化硅是原子晶体 结构为空间网状 存在硅氧四面体结构 硅处于中心 氧处于4个顶角 在sio2晶体中 每6个si和6个o形成一个12元环 最小环 所以c选项正确 a b d选项均错误 答案c 例3 石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料 结构示意图如下 可由石墨剥离而成 具有极好的应用前景 下列说法正确的是 a 石墨烯与石墨互为同位素b 0 12g石墨烯中含有6 02 1022个碳原子c 石墨烯是一种有机物d 石墨烯中的碳原子间以共价键结合 例4 解析同位素的研究对象是原子 a选项错误 0 12g石墨烯的物质的量为0 01mol 所含碳原子个数为0 01na b选项错误 有机物一般含有碳 氢元素 c选项错误 由图示可知 石墨烯中碳原子间均为共价键结合 d选项正确 答案d 乙炔是有机合成工业的一种原料 工业上曾用cac2与水反应生成乙炔 1 cac2中c22 与o22 互为等电子体 o22 的电子式可表示为 1molo22 中含有的 键数目为 2 将乙炔通入 cu nh3 2 cl溶液生成cu2c2红棕色沉淀 cu 基态核外电子排布式为 3 乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈 h2c ch c n 丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是 分子中处于同一直线上的原子数目最多为 例5 4 cac2晶体的晶胞结构与nacl晶体的相似 如右图所示 但cac2晶体中含有的中哑铃形c22 的存在 使晶胞沿一个方向拉长 cac2晶体中1个ca2 周围距离最近的c22 数目为 解析 1 根据等电子体原理可知 o22 的电子式 o o 2 在1mol三键含有2mol的 键和1mol的 键 故1molo22 中 含有2na个 键 2 cu为29号元素 要注意3d轨道写在4s轨道的前面同时还有就是它的3d结构 cu 的基本电子排布式为1s22s22p63s23p63d10 3 通过丙烯氰的结构可以知道碳原子的杂化轨道类型为sp和sp2杂化 同一直线上有3个原子 4 依据晶胞示意图可以看出 从晶胞结构图中可以看出 1个ca2 周围距离最近的c22 有4个 而不是6个 要特别注意题给的信息 答案 1 o o 2 2na 2 1s22s22p63s23p63d10 3 sp杂化sp2杂化3 4 4 铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途 如金属铜用来制造电线电缆 五水硫酸铜可用作杀菌剂 1 cu位于元素周期表第 b族 cu2 的核外电子排布式为 2 下图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图 可确定该晶胞中阴离子的个数为 例6 3 胆矾cuso4 5h2o可写成 cu h2o 4 so4 h2o 其结构示意图如下 下列说法正确的是 填字母 a 在上述结构示意图中 所有氧原子都采用sp3杂化b 在上述结构示意图中 存在配位键 共价键和离子键c 胆矾是分子晶体 分子间存在氢键d 胆矾中的水在不同温度下会分步失去 4 往硫酸铜溶液中加入过量氨水 可生成 cu nh3 4 2 配离子 已知nf3与nh3的空间构型都是三角锥形 但nf3不易与cu2 形成配离子 其原因是 5 cu2o的熔点比cu2s的 填 高 或 低 请解释原因 解析 1 cu 电子排布式为 ar 3d104s1 cu2 的过程中 参与反应的电子是最外层的4s及3d上各一个电子 故cu2 离子的电子是为 ar 3d9或1s22s22p63s23p63d9 2 从图中可以看出阴离子在晶胞有四类 顶角 8个 棱上 4个 面上 2个 体心 1个 根据立方体的分摊法 可知该晶胞中有4个阴离子 3 胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的 属于离子化合物 c不正确 4 n f h三种元素的电负性 f n h 所以nh3中共用电子对偏向n 而在nf3中 共用电子对偏向f 偏离n原子 5 由于氧离子的离子半径小于硫离子的离子半径 所以亚铜离子与氧离子形成的离子键强于亚铜离子与硫离子形成的离子键 所以cu2o的熔点比cu2s的高 答案 1 ar 3d9或1s22s22p63s23p63d9 2 4个 3 b d 4 n f h三种元素的电负性 f n h 在nf3中 共用电子对偏向f 偏离n原子使得氮原子上的孤对电子难于与cu2 形成配位键 5 高cu2o与cu2s相比阳离子相同 阴离子所带的电荷数也相同 但o2 半径比s2 半径小 所以cu2o的晶格能更大 熔点更高 在nacl晶体中 na 和cl 的最短平均距离为acm nacl晶体的密度为bg cm 3 则阿伏加德罗常数可表示为 例7 答案b点拨灵活运用解题策略处理复杂 抽象 一般性的问题 往往可以使问题变得简单 具体 特殊 而易于形成解题思路 最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子 如图所示 顶角和面心的原子是钛原子 棱的中心和体心的原子是碳原子 则它的化学式是 a ticb ti6c7c ti14c13d ti13c14 例8 解析由于是构成的气态团簇分子结构 而非晶胞结构 故只需数出ti和c的数目 即可得它的化学式 答案c 生物质能是一种洁净 可再生的能源 生物质气 主要成分为co co2 h2等 与h2混合 催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一 1 上述反应的催化剂含有cu zn al等元素 写出基态zn原子的核外电子排布式 2 根据等电子原理 写出co分子结构式 3 甲醇催化氧化可得到甲醛 甲醛与新制cu oh 2的碱性溶液反应生成cu2o沉淀 甲醇的沸点比甲醛的高 其主要原因是 甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 例9 甲醛分子的空间构型是 1mol甲醛分子中 键的数目为 在1个cu2o晶胞中 结构如图所示 所包含的cu原子数目为 解析 1 zn的原子序数为30 注意3d轨道写在4s轨道的前面 2 依据等电子原理 可知co与n2为等电子体 n2分子的结构式为 n n 互为等电子体分子的结构相似 可写出co的结构式 3 甲醇分子之间形成了分子间氢键 甲醛分子间只是分子间作用力 而没有形成氢键 故甲醇的沸点高 甲醛分子中含有碳氧双键 故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化 分子的空间构型为平面型 1mol甲醛分子中含有2mol碳氢 键 1mol碳氧 键 故含有 键的数目为3na 依据晶胞示意图可以看出cu原子处于晶胞内部 所包含的cu原子数目为4 答案 1 1s22s22p63s23p63d104s2或 ar 3d104s2 2 c o 3 甲醇分子之间形成氢键sp2杂化 平面三角形3na 4点拨本题主要考查核外电子排布式 等电子体原理 分子间作用力 杂化轨道 共价键类型 分子的平面构型 下图是超导化合物 钙钛矿晶体中最小重复单元 晶胞 的结构 请回答 例10 1 该化合物的化学式为 2 在该化合物晶体中 与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有 个 3 设该化合物的式量为m 密度为ag cm 3 阿伏加德罗常数为na 则晶体中钙离子与钛离子之间的最短距离为 点拨要看清图形 把数学知识迁移到化学题当中 单质硼有无定形和晶体两种 参考下列数据 例11 1 晶体硼的晶体类型属于 晶体 理由是 2 已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体 如图所示 其中含有二十个等边三角形和一定数目 的顶角 每个顶角上各有一个硼原子 通过观察图形及计算确定 该基本结构单元是由 个硼原子构成的 其中b b键的键角为 所含b b键的的数目是 若将晶体硼结构单元中的每一个顶角均削去 余下的部分就和c60晶体的结构相同 据此确定 c60是由 个正六边形和 个正五边形构成 硼酸分子的结构式为和al oh 3的结构相似 已知0 01mol硼酸与20ml0 5mol l 1的naoh溶液反应的化学方程式为 答案 1 原子晶体硼的熔点 沸点都很高 硬度也很大 2 1260 30 2012 b oh 3 naoh nabo2 2h2o点拨物质的分子有各种几何构型 应用数学中的几何思想 分析分子结构 能使抽象的变为具体的 枯燥的变为美好的 因此在化学学习过程中 要把数学知识渗透其中 达到相互融合 互相促进 形成立体化知识结构 有利于发散思维 创新思维的形成 解题是为了培养我们的能力 在解题过程中学会学习 学会思考 学会创新 镁 铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子 工业上从海水中提取镁时 先制备无水氯化镁 然后将其熔融电解 得到金属镁 1 以mgcl2为原料用熔融盐电解法制备镁时 常加入nacl kcl或cacl2等金属氯化物 其主要作用除了降低熔点之外还有 2 已知mgo的晶体结构属于nacl型 某同学画出的mgo晶胞结构示意图如右图所示 请改正图中错误 例12 3 用镁粉 碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火 燃放时 焰火发出五颜六色的光 请用原子结构的知识解释发光的原因 4 mg是第三周期元素 该周期部分元素氟化物的熔点见表 解释表中氟化物熔点差异的原因 5 人工模拟是当前研究的热点 有研究表明 化合物x可用于研究模拟酶 当其结合nnoor h或cu i i表示化合价为 1 时 分别形成a和b a中连接相邻含n杂环的碳碳键可以旋转 说明该碳碳键具有 键的特性 微粒间的相互作用包括化学键和分子间相互作用 比较a和b中微粒间相互作用力的差异 答案 1 增大离子浓度 从而增大熔融盐的导电性 2 应为黑色 3 原子核外电子按一定轨道顺序排列 轨道离核越远 能量越高 燃烧时 电子获得能量 从内侧轨道跃迁到外侧的另一条轨道 跃迁到新轨道的电子处在一种不稳定的状态 它随即就会跳回原来轨道 并向外界释放能量 光能 4 naf与mgf2为离子晶体 sif4为分子晶体 所以naf与mgf2远比sif4熔点要高 又因为mg2 的半径小于na 的半径 所以mgf2的离子键强度大于naf的离子键强度 故mgf2的熔点大于naf 5 a中微粒间的相互作用为氢键 b中微粒间的相互作用为配位共价键 1 根据物质在相同条件下的状态不同提示一般熔 沸点 固 液 气 如 碘单质 汞 co22 由周期表看主族单质的熔 沸点提示同一主族单质的熔点基本上是越向下金属熔点渐低 而非金属单质熔点 沸点渐高 但碳族元素特殊 即c si ge sn越向下 熔点越低 与金属族相似 还有 a族的镓熔点比铟 铊低 a族的锡熔点比铅低 3 同周期中的几个区域的熔点规律提示 高熔点单质c si b三角形小区域 因其为原子晶体 故熔点高 金刚石和石墨的熔点最高大于3550 金属元素的高熔点区在过渡元素的中部和中下部 其最高熔点为钨 3410 低熔点单质非金属低熔点单质集中于周期表的右和右上方 另有 a的氢气 其中稀有气体熔 沸点均为同周期的最低者 如氦的熔点 272 2 26 105pa 沸点 268 9 最低 金属的低熔点区有两处 a b族zn cd hg及 a族中al ge th a族的sn pb a族的sb bi 呈三角形分布 最低熔点是hg 38 87 近常温呈液态的镓 29 78 铯 28 4 体温即能使其熔化 4 从晶体类型看熔 沸点规律提示晶体纯物质有固定熔点 不纯物质凝固点与成分有关 凝固点不固定 非晶体物质 如玻璃 水泥 石蜡 塑料等 受热变软 渐变流动性 软化过程 直至液体 没有熔点 原子晶体的熔 沸点高于离子晶体 又高于分子晶体 在原子晶体中成键元素之间共价键越短的键能越大 则熔点越高 判断时可由原子半径推导出键长 键能再比较 如键长 金刚石 c c 碳化硅 si c 晶体硅 si si 熔点 金刚石 碳化硅 晶体硅 在离子晶体中 化学式与结构相似时 阴阳离子半径之和越小 离子键越强 熔沸点越高 反之越低 如kf kcl kbr ki cao kcl 分子晶体的熔沸点由分子间作用力而定 分子晶体分子间作用力越大物质的熔沸点越高 反之越低 具有氢键的分子晶体 熔沸占反常地高 如 h2o h2te h2se h2s c2h5oh ch3 o ch3 对于分子晶体而言又与极性大小有关 其判断思路大体是 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越大 分子间作用力越强 物质的熔沸点越高 如 ch4 sih4 geh4 snh4 组成和结构不相似的物质 相对分子质量相近 分子极性越大 其熔沸点就越高 如 co n2 ch3oh ch3 ch3 在高级脂肪酸形成的油脂中 不饱和程度越大 熔沸点越低 如c17h35cooh 硬脂酸 c17h33cooh 油酸 烃 卤代烃 醇 醛 羧酸等有机物一般随着分子里碳原子数增加 熔沸点升高 如c2h6 ch4 c2h5cl ch3cl ch3cooh hcooh 同分异构体 链烃及其衍生物的同分异构体随着支链增多 熔沸点降低 如 ch3 ch2 3ch3 正 ch3ch2ch ch3 2 异 ch3 4c 新 芳香烃的异构体有两个取代基时 熔点按对 邻 间位降低 沸点按邻 间 对位降低 金属晶体 金属单质和合金属