高三化学总复习实用 选考7 晶体结构与性质课件 新人教版.ppt

1 知道分子晶体与原子晶体 离子晶体 金属晶体的结构粒子 粒子间作用力的区别 2 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 3 了解晶格能的应用 知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱 4 知道金属键的涵义 能用金属键理论解释金属的一些物理性质 5 能列举金属晶体的基本堆积模型 1 以nacl cscl 金刚石 二氧化硅 二氧化碳 冰 石墨为代表物质 复习各类晶体的结构特点 2 要用比较的方法 将各类晶体的组成粒子 粒子间的相互作用 性质 粒子的空间分布特点等列表比较 3 借助数学工具 进行晶胞中粒子数目 摩尔质量 阿伏加德罗常数等的计算 一 晶体的常识1 晶体与非晶体的区别 周期性重复排列 不规则 无 无 固定 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的 及是完全相同的 最小的重复单元 结构 平行六面体 微粒种类 数目 微粒所处的空间位置 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 分子密堆积 一个分子周围通常有个紧邻的水分子 分子 范德华力 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 4 范德华力 12 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 共价键 空间网状 sp3 109 5 4 三 金属晶体和离子晶体1 金属键 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 整块晶体 所有原子 所有原子 金属阳离子 价电子 金属键 较大 2 金属晶体的构成 通性及其解释 定向移动 外界能量 相互碰 撞 发生相对滑动 原来的排列方式 润滑剂 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 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 na k 凹穴中 fe 8 最密 abab 镁 abcabc 铜 最密堆积 74 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 键性因素 离子键的 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 电荷比 极化程度 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 熔 沸 硬度 离子键 一定的能量 六 晶格能1 定义形成1摩离子晶体的能量 单位 通常取 2 大小及其他量的关系 1 晶格能是最能反映离子晶体的数据 2 在离子晶体中 离子半径越 离子所带的电荷数越 则晶格能越大 3 晶格能越大 阴 阳离子间的离子键就越 形成的离子晶体就越 而且熔点越 硬度越 气态离子 所释放 kj mol 1或j mol 1 kj mol 1 稳定性 小 多 强 稳定 高 大 考点一晶体类型和晶体类型的判断 例1 2008 全国 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 解析 本题考查了晶体的类型和熔沸点的问题 四种物质中只有sio2为原子晶体 熔沸点最高 而cscl为离子晶体 熔沸点比sio2的低 cf4和cbr4均为分子晶体 而分子晶体熔沸点高低与相对分子质量有关 相对分子质量越大熔沸点越高 答案 a 1 四种典型晶体比较 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 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 主要是酸和强非金属氢化物 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 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 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 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 对于互为同分异构体的分子晶体 支链越多 熔 沸点越低 如ch3 ch2 ch2 ch2 ch3 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 1 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 解析 由于ccl4是分子晶体 所以sicl4也是分子晶体 由于sicl4的相对分子质量比ccl4的相对分子质量大 分子间作用力也应比ccl4的分子间作用力大 所以sicl4的熔 沸点应比ccl4高 而ccl4在常温 常压下是液体 所以sicl4在常温 常压下绝不是气体 答案 b 2 2008 天津理综 下列叙述正确的是 a 一个甘氨酸分子中存在9对共用电子b pcl3和bcl3分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构c h2s和cs2分子都是含极性键的极性分子d 熔点由高到低的顺序是 金刚石 碳化硅 晶体硅 解析 采用排除法 a项中应存在10对共用电子 b中bcl3分子中b原子最外层未达到8个电子的稳定结构 c项中cs2同co2一样应为含有极性键的非极性分子 故a b c错误 d项正确 答案 d 3 2008 四川理综 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 解析 本题考查的知识点是晶体的结构和性质 a项中在nacl晶体中 每个na 吸引着6个cl 同时每个cl 吸引着6个na 而在cscl晶体中每个离子吸引着8个带相反电荷的离子 故a错 b项中金属晶体内部存在自由电子 并不是在外电场作用下产生的 故b错 c项中分子晶体常温下有的是固体 例如 硫单质 磷单质 碘单质等 d项正确 答案 d 考点二晶体的空间结构 例2 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 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 5 代表干冰的是 它属于 晶体 每个co2分子与 个co2分子紧邻 解析 根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质 nacl晶体是简单的立方单元 每个na 与6个cl 紧邻 每个cl 又与6个na 紧邻 但观察na 与最近距离且等距离的na 数时要抛开cl 从空间结构上看是12个na 即x轴面上 y轴面上 z轴面上各4个 cscl晶体由cs cl 分别构成立方结构 但cs 组成立方的中心有1个cl cl 组成的立方体中心又镶入一个cs 可称为 体心立方 结构 cl 紧邻8个cs cs 紧邻8个cl 干冰也是立方结构 但在立方体每个正方形面的中央都有一个co2分子 称为 面心立方 实际上各面中央的co2分子也组成立方体结构 彼此相互套入面的中心 所以每个co2分子三维空间里x y z三个面各紧邻4个co2 共12个co2分子 金刚石的基本单元是正四面体 每个碳原子紧邻4个其他碳原子 石墨的片层由正六边形结构组成 每个碳原子紧邻另外3个碳原子 即每个六边形占有1个碳原子的1 3 所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6 1 3 2个 答案 1 d4原子 2 e2 3 a12 4 c离子8 5 b分子12 1 常见的晶体结构模型 2 常见的几种金属晶体的堆积方式 3 典型晶胞结构 1 比较氯化钠与氯化铯晶体 2 比较金刚石和石墨晶体 3 比较二氧化硅和二氧化碳晶体 1 下列关于晶体的说法一定正确的是 图中ca2 o2 ti4 分别位于立方体的体心 面心和顶点 a 分子晶体中都存在共价键b catio3晶体中每个ti4 与12个o2 相紧邻c sio2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合d 金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高 解析 b中晶胞每个ti4 处在立方体的顶点 所以一个ti4 同时属于8个立方体所共有 在这8个立方体中有12个o2 与之相紧邻 a中惰性气体属于分子晶体 但惰性气体是单原子分子 不存在共价键 c中sio2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键结合 d中金属晶体中的汞在常温下呈液态 它的熔点比常温下呈固态的分子晶体要低 答案 b 2 如图是氯化铯晶体的晶胞 晶体中最小的重复单元 已知晶体中2个最近的cs 离子核间距为acm 氯化铯的相对分子质量为m na为阿伏加德罗常数 则氯化铯晶体的密度为 a 8m naa3 g cm 3b ma3 8na g cm 3c m naa3 g cm 3d ma3 nag cm 3 答案 c 3 萤石 caf2 晶体属于立方晶系 萤石中每个ca2 被8个f 所包围 则每个f 周围最近距离的ca2 数目为 a 2b 4c 6d 8 解析 由caf2中n ca2 n f 1 2 推知f 周围ca2 数目为4 答案 b 考点三晶胞中结构质点的计算方法 例3 食盐晶体是由钠离子 右图 中的 和氯离子 右图中的 组成的 且均为等距离的交错排列 已知食盐的密度是2 2g cm3 阿伏加德罗常数的值为6 02 1023mol 1 食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于 a 3 0 10 8cmb 3 5 10 8cmc 4 0 10 8cmd 5 0 10 8cm 答案 c 1 2008 海南化学 已知x y z三种元素组成的化合物是离子晶体 其晶胞如图所示 则下面表示该化合物的化学式正确的是 a zxy3b zx2y6c zx4y8d zx8y12 答案 a 2 如下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 3 金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式 六方堆积 面心立方堆积和体心立方堆积 a b c分别代表这三种晶胞的结构 a b c三种晶胞内金属原子个数比为 a 3 2 1b 11 8 4c 9 8 4d 21 14 9 答案 a 例 下图表示3种晶体的微观结构 试回答下列问题 1 高温下 超氧化钾 ko2 晶体呈立方体结构 晶体中氧的化合价部分为0价 部分为 2价 图甲为ko2晶体的一个晶胞 则此晶体中 与每个k 距离最近的k 有 个 0价氧原子与 2价氧原子的数目比为 2 正硼酸 h3bo3 是一种具有片层状结构的白色晶体 层内的h3bo3分子通过氢键相连 如图乙 下列说法中正确的有 填数字序号 正硼酸晶体属于原子晶体 h3bo3分子的稳定性与氢键有关 在h3bo3分子中各原子都未能满足8电子稳定结构 含1molh3bo3的晶体中有3mol氢键 含1molh3bo3的晶体中有3mol极性共价键 h3bo3的结构式可表示为 因此h3bo3是三元酸 3 图乙和图丙均为层状结构 但存在本质性的差别 石墨属于混合晶体 此晶体中 每一层由无数个正六边形构成 平均每一个正六边形所占有的碳原子数为 c c键数为 解析 1 联想离子晶体的典型代表物nacl晶体 可推知 ko2晶体中 与每个k 距离最近的k 有12个 根据ko2晶体中元素化合价代数和为0 可推知 0价氧原子与 2价氧原子的数目比为 2 h3bo3是分子晶体 层内h3bo3分子间通过氢键相连 h3bo3分子的稳定性与分子内的共价键有关 与分子间的氢键无关 氢键影响分子的物理性质 h3bo3分子中h b原子没有满足8电子稳定结构 根据均摊法推知 1molh3bo3的晶体中含有氢键 6 3mol h3bo3的结构式为 1molh3bo3的晶体含有6mol极性共价键 h3bo3是三元含氧酸 3 根据均摊法推知 平均每一个正六边形所占有的碳原子数为 答案 1 123 1 2 3 23 1 金属能导电的原因是 a 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱b 金属晶体中的自由电子在外加电场作用下发生定向移动c 金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动d 金属晶体在外加电场作用下可失去电子 解析 金属原子失去电子后变为金属离子 失去的电子称为自由电子 自由电子可以在金属晶体中自由移动 在外加电场的作用下 自由电子就会定向移动而形成电流 金属的导热性 延展性 颜色等均与自由电子有关 答案 b 2 naf nai mgo均为nacl型离子化合物 由下表判断这三种化合物的熔点高低顺序是 a b c d 解析 离子晶体中阴 阳离子的核间距越小 离子的电荷越高 其晶格能越大 熔点就越高 答案 b 3 下图是金属晶体的a1型密堆积形成的立方面心的晶胞示意图 在密堆积中处于同一密置层上的原子组合是 a 456101112b 234567c 14568d 12148115 解析 要熟悉金属晶体的四种堆积方式 包括 简单立方型 只有po 体心立方型 钾型 六方紧密堆积 镁型 面心立方堆积 铜型 根据题给晶胞可看出a1属于面心立方型 面心立方最密堆积 a1 将第一密置层记作a 第二层记作b b层的球对准a层中顶点向上 或向下 的三角形空隙位置 第三层记作c c层的球对准b层的空隙 同时应对准a层中顶点向下 或向上 的三角形空隙 即c层球不对准a层球 以后各层分别重复a b c等 这种排列方式三层为一周期 记作 abcabc 如下图 由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞 故称这种堆积方式为面心立方最密堆积 故题中对应的六个b是2 3 4 5 6 7 当然也可以是8 9 10 11 12 13 或者是4 5 6 9 13 14 或者是1 5 7 8 9 10等 答案 b 4 2004年报道 硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录 该化合物的晶体结构单元是正六方棱柱 镁原子位于棱柱的各个顶点 而且上下底面各有一个镁原子 6个硼原子位于棱柱内 则该化合物的化学式可表示为 a mgbb mgb2c mg2bd mg3b2 解析 顶点上的镁原子被六个六棱柱所共有 底面上的镁原子被两个六棱柱所共用 所以每个晶胞中所含的镁原子数为 故在晶体中镁 硼原子个数比为1 2 其化学式为mgb2 答案 b 5 下列叙述正确的是 a 分子晶体中的每个分子内一定含有共价键b 原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键c 离子晶体中可能含有共价键d 金属晶体的熔点和沸点都很高 解析 选项a 分子晶体中不是每个分子内都有共价键 如稀有气体形成的分子晶体 故不正确 选项b 原子晶体中的相邻原子间可以存在极性共价键 如二氧化硅晶体中的si o键是极性共价键 故不正确 选项c 离子晶体中可能含有共价键 如氢氧化钠等 选项d 金属晶体的熔点有的很低 如汞 故不正确 答案 c 6 2009 广东 27 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 如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 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 考查考生对常见元素核外电子排布 电负性概念 常见杂化轨道类型以及离子晶体的晶胞结构 化学键 物质性质 配合物成键情况的了解 考查考生观察 读图 信息迁移及其表达能力 答案 1 1s22s22p63s23p63d9或 ar 3d9 2 4 3 bd 4 f的电负性比n大 n f成键电子对向f偏移 导致nf3中n原子核对其孤对电子的吸引能力增强 难以形成配位键 故nf3不易与cu2 形成配离子 5 高cu2o与cu2s相比 阳离子相同 阴离子所带电荷也相同 但o2 的半径比s2 小 所以cu2o的晶格能更大 熔点更高 7 2009 海南 19 4 已知a b c d和e都是元素周期表中前36号的元素 它们的原子序数依次增大 a与其他4种元素既不在同一周期又