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2013年高三化学第一轮复习 第一讲晶体的常识 胆矾明矾晶体 冰糖晶体水晶 水晶石 祖母绿 绿宝石 猫眼石 紫水晶 黄水晶 黄水晶 NaCl晶体结构示意图 金刚石晶体结构示意图 干冰晶体结构 一 自然界中物质的存在状态 物质状态 气态 液态 固态 晶体 非晶体 玻璃体 通过结晶过程形成的具有规则几何外形和固定熔点的固体 没有固定熔点 加热时逐渐软化 最后变成液体的固体 粒子间的相互作用力 构成晶体的粒子种类 分子晶体 原子晶体 离子晶体 金属晶体 混合晶体 二 晶体与非晶体的差异 自范性 微观结构 物理性质 熔点 有 没有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 强度 导热性 光学性质等各向异性 没有各向异性 固定 不固定 物质 项目 晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质 三 获取晶体的途径 1 溶质从饱和溶液中析出 2 熔融物质凝固 3 气态物质凝华 4 晶体自范性的条件之一是生长的速率适当 天然水晶球里的玛瑙和水晶 1 晶体有什么特点和性质 特点和性质 1 晶体有自范性 几何外形和内部质点排列的高度有序性 非晶体没有 2 晶体具有各向异性 非晶体不具有各向异性 晶体的特点并不限于外形和内部质点排列的高度有序性 它们的许多物理性质如强度 导热性 光学性质等常常会表现出各向异性 3 晶体具有固定的熔点 非晶体不具有固定的熔点 四 晶体的特点和性质 表面涂蜡的玻璃 柱面涂蜡的水晶 分别用红热的针接触蜡面中央 2 如何鉴别晶体和非晶体 1 性质差异 如外形 硬度 熔点 折光率 2 区分晶体和非晶体最科学的方法是 对固体进行X 射线衍射实验 五 晶胞 1 描述晶体结构的基本单元叫做晶胞 蜂巢与蜂室 铜晶体 铜晶胞 可用蜂巢与峰室的关系比喻晶体和晶胞的关系 晶胞一般是平行六面体 整块晶体可看作数量巨大的晶胞 无隙并置 而成 晶胞间无间隙 平行排列 平行六面体 无隙并置 2 特点 晶胞都是平行六面体 晶胞在晶体中 无隙并置 铜晶体 铜晶胞 晶体结构 晶胞示意图 金刚石的多面体外形 晶体结构和晶胞示意图 NaCl晶体结构和晶胞 CO2晶胞 2 三种典型立方晶体结构 体心立方 简单立方 面心立方 3 晶胞中原子个数的计算 分摊法 晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有 那么 每个晶胞对这个原子分得的份额就是1 x 体心 1 面心 1 2 顶点 1 8 棱边 1 4 铜晶胞 1下图依次是金属钠 Na 金属锌 Zn 碘 I2 金刚石 C 晶胞的示意图 数一数 它们分别平均含有几个原子 Na Zn I2 金刚石 2个 2个 8个 8个 2右面图形是石墨晶体的层面结构图 试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数是分别 A 6 6B 2 4C 2 3D 3 2 3 某离子晶体晶胞结构如右图所示 X位于立方体的顶点 Y位于立方体的中心 晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角 XYX的角度为 A 90 B 60 C 120 D 109 28 8 6 3 12 4 下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图 其中有多少个原子 第二讲分子晶体与原子晶体 离子型晶体 原子型晶体 分子型晶体 金属型晶体 1 定义 2 构成晶体的微粒 3 微粒间作用 4 气化或熔化时破坏的作用力 5 在分子晶体内的原子间以结合 一 分子晶体 分子 分子间作用力 分子间作用力 只含有分子的晶体 共价键 6 分子晶体的物理特性 1 较低的熔点和沸点 2 较小的硬度 3 一般不导电 熔融状态也不导电 结合力越强 晶体的熔沸点越高 晶体的硬度越大 决定晶体物理性质的因素 构成晶体微粒之间的结合力 1 所有非金属氢化物 H2O H2S NH3 CH4 HX 2 几乎所有酸 H2SO4 HNO3 H3PO4 3 部分非金属单质 X2 O2 H2 S8 P4 C60 4 部分非金属氧化物 CO2 SO2 NO2 P4O6 P4O10 5 绝大多数有机物晶体 乙醇 冰醋酸 蔗糖 7 典型的分子晶体 1 一个干冰晶胞中平均有几个CO2分子 2 与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有多少个 8 分子晶体结构特征 只有范德华力 无分子间氢键 分子密堆积 每个分子周围有12个紧邻的分子 如 C60 干冰 O2 有分子间氢键 不具有分子密堆积特征 如 HF 冰 NH3 3 有单个分子存在 化学式就是分子式 分子的密堆积 与每个分子距离最近的相同分子共有12个 氧 O2 的晶体结构 碳60的晶胞 每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子 分子的密堆积 冰晶体 冰中 个水分子周围有 个水分子 冰的结构 氢键具有方向性 分子的非密堆积 科学视野天然气水合物 一种潜在的能源 笼状化合物 概念 相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体 注 1 构成原子晶体的粒子是原子 2 原子间以较强的共价键相结合 3 整块晶体是一个三维的共价键网状结构 是一个 巨分子 又称共价晶体 二 原子晶体 共价晶体 金刚石的多面体外形 晶体结构和晶胞示意图 金刚石是典型的原子晶体 在金刚石晶体中 每个碳原子以对称地与相邻的4个碳原子结合 C C C夹角为 金刚石中的碳以杂化轨道形成共价键 金刚石里的C C共价键的键长很短 键能很大 这一结构使金刚石在所有已知晶体中硬度 而且熔点也 3550 109 28 四个共价单键 109 28 SP3 最大 很高 109 28 金刚石的晶体结构示意图 共价键 180 109 28 Si O 二氧化硅的晶体结构示意图 共价键 二氧化硅晶体中每个硅原子周围结合4个氧原子 同时每个氧原子跟2个硅原子相结合 晶体中硅氧原子个数比为1 2 1mol二氧化硅中含有Si O共价键 在原子晶体中 由于原子间以较强的共价键相结合 而且形成空间立体网状结构 所以原子晶体一般具有 1 熔点和沸点高 2 硬度大 3 一般不导电 4 且难溶于一些常见的溶剂 2 原子晶体的物理特性 3 常见的原子晶体某些非金属单质 金刚石 C 晶体硅 Si 晶体硼 B 晶体锗 Ge 等某些非金属化合物 碳化硅 SiC 晶体 氮化硼 BN 晶体氮化硅晶体某些氧化物 二氧化硅 SiO 晶体氧化铝晶体 4二氧化硅的用途自然界有许多矿物和岩石 化学式都是SiO 也是典型的原子晶体 SiO 具有许多重要用途 是制造水泥 玻璃 人造宝石 单晶硅 硅光电池 芯片和光导纤维的原料 以SiO2为原料制造的高科技产品 小结 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较小 很大 较小 不溶于任何溶剂 部分溶于水 不导电 个别为半导体 固体和熔化状态都不导电 部分溶于水导电 结论 结构相似的原子晶体 原子半径越小 键长越短 键能越大 晶体熔点越高金刚石 碳化硅 晶体硅 交流与研讨 1 怎样从原子结构角度理解金刚石 硅和锗的熔点和硬度依次下降 解释 从碳到锗 核电荷数增大 电子层数增多 原子半径依次增大 C C键 Si Si键 Ge Ge键的键长依次增大 键长越长 共价键越不牢固 根据键的稳定性 C C键 Si Si键 Ge Ge键 而熔化时破坏的是共价键 所以金刚石 硅 锗的熔点和硬度依次下降 2 具有共价键的晶体叫做原子晶体 这种说法对吗 为什么 不对 如HCl H2O CO2 C2H5OH等分子中都有共价键 而它们是分子晶体 只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体 如金刚石 晶体Si SiC 晶体SiO2 石墨晶体是片层网状结构 在每一层中每个碳原子与周围3个碳原子结合 构成最小环为6元环 晶体中每个六边形平均占有2个碳原子 且碳原子数与碳碳共价键数目之比为2 3 Ti 第三讲金属晶体 一 金属共同的物理性质 容易导电 导热 有延展性 有金属光泽等 金属为什么具有这些共同性质呢 二 金属的结构 金属阳离子和自由电子 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的 电子气 被所有原子所共用 从而把所有的金属原子维系在一起 1 电子气理论 自由电子理论 2 金属键 金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用 金属键强弱判断 金属阳离子所带电荷多 半径小的金属键强 金属熔沸点高 3 金属晶体 通过金属键作用形成的单质晶体 讨论1 金属为什么易导电 在金属晶体中 存在着许多自由电子 这些自由电子的运动是没有一定方向的 但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动 因而形成电流 所以金属容易导电 水溶液或熔融状态下 晶体状态 自由移动的离子 自由电子 比较离子晶体 金属晶体导电的区别 三 金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1 金属晶体结构与金属导电性的关系 讨论2 金属为什么易导热 金属容易导热 是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分 从而使整块金属达到相同的温度 2 金属晶体结构与金属导热性的关系 讨论3 金属为什么具有较好的延展性 原子晶体受外力作用时 原子间的位移必然导致共价键的断裂 因而难以锻压成型 无延展性 而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性 各原子层之间发生相对滑动以后 但不会改变原来的排列方式 而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到润滑剂的作用 所以金属都有良好的延展性 3 金属晶体结构与金属延展性的关系 4 金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可吸收所有频率的光 然后很快释放出各种频率的光 因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽 而某些金属 如铜 金 铯 铅等 由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色 当金属成粉末状时 金属晶体的晶面取向杂乱 晶格排列不规则 吸收可见光后辐射不出去 所以成黑色 思考 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低 而卤素单质的熔沸点从上到下却升高 四 金属晶体熔点变化规律 1 金属晶体熔点变化较大 与金属晶体紧密堆积方式 金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系 熔点最低的金属 汞 常温时成液态 熔点很高的金属 钨 3410 铁的熔点 1535 2 一般情况下 金属晶体熔点由金属键强弱决定 金属阳离子半径越小 所带电荷越多 自由电子越多 金属键越强 熔点就相应越高 硬度也越大 如 KNaMgAlLiNaKRbCs 五 金属晶体的原子堆积模型 金属原子在平面上有几种排列方式 a 非密置层 b 密置层 思考 金属原子在形成晶体时有几种堆积方式 比较不同方式堆积时金属晶体的配位数 原子的空间利用率 晶胞的区别 简单立方堆积 Po 金属晶体的原子空间堆积模型1 晶胞的形状是什么 含几个原子 1 简单立方堆积钋型 体心立方堆积 IA VB VIB 金属晶体的原子空间堆积模型2 2 体心立方堆积钾型 简单立方堆积 钾型体心立方 由非密置层一层一层堆积而成 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1 3 5位 或对准2 4 6位 其情形是一样的 关键是第三层 对第一 二层来说 第三层可以有两种最紧密的堆积方式 思考 密置层的堆积方式有哪些 下图是此种六方紧密堆积的前视图 A 第一种是将球对准第一层的球 于是每两层形成一个周期 即ABAB堆积方式 形成六方紧密堆积 配位数12 同层6 上下层各3 六方密堆积 镁型 金属晶体的原子空间堆积模型3 六方密堆积 此种立方紧密堆积的前视图 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 得到面心立方堆积 配位数12 同层6 上下层各3 镁型 铜型 金属晶体的两种最密堆积方式 面心立方 铜型 金属晶体的原子空间堆积模型4 三 金属晶体的四种堆积模型对比 阅读课文 79 资料卡片 并填写下表 简单立方 钾型 体心立方堆积 镁型 六方密堆积 铜型 面心立方最密堆积 金属晶体的四种堆积模型对比 二 晶体的熔沸点高低判断 1 单质的熔沸点变化规律 同主族 随原子序数递增 金属单质的熔沸点一般渐降 非金属单质的熔沸点一般渐增 非金属单质 如果是原子晶体 则渐降 2 四种晶体的熔沸点高低判断 一般规律是 原子晶体 离子晶体 金属晶体 分子晶体 1 对于离子晶体化学式与结构相似 离子的电荷数越多 半径越小 键越强 熔沸点越高 2 金属晶体 核电荷数大 原子半径越小 价层电子数越多 键越强 熔沸点越高 合金的熔沸点一般比它的组分的熔沸点低 回顾 三种晶体结构与性质的比较 相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体 分子间以范德华力相结合而成的晶体 通过金属键形成的晶体 共价键 范德华力 金属键 原子 分子 金属阳离子和自由电子 很高 很低 差别较大 差别较大 很大 很小 无 硅为半导体 无 导体 金刚石 二氧化硅 晶体硅 碳化硅 I2 干冰 冰等 Au Fe Cu 钢铁等 第四讲离子晶体 1 定义 2 结构特点 1 成键粒子 2 相互作用力 常见的离子晶体 强碱 活泼金属氧化物 大部分的盐类 由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 阴 阳离子 离子键 一 离子晶体 有无单个分子存在 无单个分子存在 NaCl不表示分子式 2 硬度 3 离子晶体物理性质的特点 1 熔沸点 难挥发难压缩 较高 较大 3 水溶性 4 导电性 离子电荷越多 核间距离越小 熔沸点升高 一般易溶于水 而难溶于非极性溶剂 固态不导电 水溶液或者熔融状态下能导电 钠离子和氯离子在晶胞中的位置 4 几种常见的离子晶体的晶胞结构 1 氯化钠型晶胞 氯离子 体心和棱中点 钠离子 面心和顶点 Na Cl 或者反之 交错排列 计算方法 均摊法顶点占1 8 棱占1 4 面心占1 2 体心占1 每个NaCl晶胞含Na Cl 的个数 Na Cl Na Cl 2 CsCl晶胞 铯离子和氯离子的位置 铯离子 氯离子 每个晶胞含铯离子 氯离子的个数 铯离子 氯离子 或者反之 1个 1个 体心 顶点 Cl Cs 重点研究晶体中的配位数 在离子晶体中离子的配位数 缩写为C N 是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 在NaCl晶体中 与Na Cl 等距离且最近的Cl Na 有几个 在CsCl晶体中 与Cs Cl 等距离且最近的Cl Cs 有几个 NaCl晶体中阴 阳离子的配位数 Na 的配位数为 Cl 的配位数为 6 6 CsCl的晶体结构示意图 Cs 的配位数为 Cl 的配位数为 8 8 6 6 1 1 8 8 1 1 CaF2 萤石 型晶胞 Ca2 的配位数 F 的配位数 1 立方晶系 面心立方晶胞 2 Ca2 立方最密堆积 F 填充在全部四面体空隙中 3 配位数 4个Ca2 和8个F CaF2晶体中Ca2 和F 的位置关系如何 一个CaF2晶胞中含Ca2 F 个数是多少 8 4 5 决定离子晶体结构的因素 1 几何因素 2 电荷因素 3 键性因素 晶体中正负离子的半径比 晶体中正负离子的电荷比 离子键的纯粹因素 一般决定配位数的多少 正负离子的半径比越大 配位数越多 正负离子电荷比 正负离子的配位数比 正负离子的数目反比 二 晶格能 定义 气态离子形成1摩离子晶体时释放的能量 晶格能的大小与阴 阳离子所带电荷的乘积成正比 与阴 阳离子间的距离成反比 晶格能越大 形成的离子晶体越稳定 离子键越强 熔点越高 硬度越大 总结 离子晶体有什么特点 无单个分子存在 NaCl不表示分子式 熔沸点较高 硬度较大 难挥发难压缩 且随着离子电荷的增加 核间距离的缩短 晶格能增大 熔点升高 一般易溶于水 而难溶于非极性溶剂 固态不导电 水溶液或者熔融状态下能导电 哪些物质属于离子晶体 强碱 部分金属氧化物 部分盐类 晶体中微粒的排列 个数及密度的计算 在氯化钠晶体中 每个Na 周围与之最接近且距离相等的Cl 共有个 这几个Cl 在空间构成的几何构型为 6 正八面体 NaCl晶体中 每个Na 周围与它最接近的且距离相等的Na 个数为 12 若已知NaCl的摩尔质量为Mg mol晶胞的边长为acm 设阿伏加德常数为NA 则NaCl晶体的密度为 g cm3 晶胞法 小立方体法 在氯化铯晶体中 每个Cl 或Cs 周围与之最接近且距离相等的Cs 或Cl 共有 这几个Cs 或Cl 在空间构成的几何构型为 在每个Cs 周围距离相等且最近的Cs 共有 这几个Cs 或Cl 在空间构成的几何构型为 CsCl晶体 8个 立方体 6个