高考复习课件晶体结构(1).ppt

高三化学总复习 基本理论 晶体结构 一 基础知识回顾 一 晶体的概念及性质 晶体 决定晶体物理性质的因素是什么 通过结晶得到的具有规则几何外形的固体叫晶体 晶体中的微粒按一定的规则排列 有固定的熔点 构成晶体微粒之间的结合力 结合力越强 晶体的熔沸点越高 晶体的硬度越大 二 微粒间的作用力 化学键 分子间作用力 相邻原子之间强烈的相互作用 1 离子键 2 共价键 3 金属键 概念 影响因素 如何判断离子键的存在 概念 类型 如何判断共价键的强弱 影响因素 概念 影响因素 如何认识分子间作用力和共价键 分子间作用力 范德瓦耳斯力 对于组成和结构相似的物质 相对分子质量越大 分子间作用力越大 物质的熔沸点也就越高 分子间作用力对物质性质的影响规律 氢键 共价型分子中八电子稳定结构的判断 1 分子中若含有氢元素 则氢原子不能满足最外层8电子稳定结构 2 若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8 则该元素的原子满足8电子稳定结构 否则不满足 三 四种晶体的比较 离子晶体 1 离子间通过离子键结合而成的晶体 2 离子晶体的特点 无单个分子存在 nacl不表示分子式 熔沸点较高 硬度较大 难压缩 但质地较脆 水溶液或者熔融状态下均导电 3 哪些物质属于离子晶体 强碱 部分金属氧化物 大部分盐类 分子晶体 1 分子间通过分子间作用力结合成的晶体 2 分子晶体的特点 3 哪些物质可以形成分子晶体 卤素 氧气 等多数非金属单质 稀有气体 非金属氢化物 多数非金属氧化物 酸 多数有机物等 原子晶体 1 原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体 2 原子晶体的特点 3 哪些物质属于原子晶体 金刚石 单晶硅 碳化硅 二氧化硅等 熔沸点很高 硬度很大 难溶于一般溶剂 四种晶体的比较 四 晶体类型的判断 从物质的分类上判断 从性质上判断 固态时不导电熔融状态时能导电 离子晶体 固态时导电熔融状态时也导电 金属晶体及石墨 固态时不导电熔融状态时也不导电 分子晶体 原子晶体 高 原子晶体 中 离子晶体 低 分子晶体 离子晶体 强碱 大多数盐类 活泼金属氧化物 分子晶体 大多数非金属单质 金刚石 石墨 晶体硅 晶体硼除外 及氧化物 sio2除外 所有的酸及非金属氢化物 大多数有机物等 原子晶体 金刚石 晶体硅 晶体硼 sio2 sic bn等 金属晶体 金属单质 液态hg除外 及合金 熔沸点和硬度 物质的导电性 五 晶体化学基础 每个晶体是由无数个晶胞连在一起形成的 故晶胞的结构反映了晶体的结构 所以对于某些晶体我们就可以通过研究晶胞结构来研究晶体结构 晶胞 从晶体中 截取 出来的具有代表性的最小部分 晶体中的最小重复单元 简单立方 体心立方 面心立方 三种典型立方晶体结构 二 晶体常见题型 一 求晶体化学式的确定 c 例1 西安市竞赛题 右图所示晶体结构是一种具有优良的压电 铁电 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 紧邻的氧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 bati8o12 b 8 bati4o9 c 6 batio3 d 3 bati2o3 例21987年2月 朱经武教授等发现釔钡铜氧化物在90k下具有超导性 若该化合物的晶胞结构如下图所示 则该化合物的化学式可能为 a yba2cuo7 xb yba2cu2o7 xc yba2cu3o7 xd yba2cu4o7 x 计算晶胞中各原子数 y 1ba 2cu 8 1 8 8 1 4 3 c 此题给出的是分子簇结构而非晶体结构 故只需数出原子的数目即可 均摊法是研究晶体结构的常用方法 但要注意以下题型 例1 右图为nacl晶胞的结构示意图 它向三维空间延伸得到完美晶体 试回答 1 一个nacl晶胞中有个na 有个cl 2 一定温度下 用x射线衍射法测得晶胞的边长为acm 求该温度下nacl晶体的密度 3 若nacl晶体的密度为 g cm3 则nacl晶体中na 与na十之间的最短距离是多少 8 1 8 6 1 2 4 1 12 1 4 4 m v n m v 58 5 4 na a3 二 晶体密度 粒子间距离的计算 例2 右图为nacl晶胞结构 已知fexo晶体晶胞结构为nacl型 由于晶体缺陷 x值小于1 测知fexo晶体的密度为 5 71g cm3 晶胞边长为4 28 10 10m 1 fexo中的x值 精确至0 01 为 2 晶体虽的fen 分别为fe2 和fe3 在fe2 和fe3 的总数中 fe2 所占分数 用小数表示 为 3 此晶体的化学式为 4 与某个fe2 或fe3 距离最近且距离相等的o2 离子围成的空间几何形状是 5 在晶体中铁元素的离子间最短距离为m 0 92 0 826 正八面体 3 03 10 10 fe0 762 fe0 163 o 例3 金晶体的最小重复单元 也称晶胞 是面心立方 即在立方体的8个顶点上各有一个金原子 各个面的面心上各有一个金原子 如图 每个金原子被相邻的晶胞共用 金原子的直径为d 用na表示阿伏加德罗常数 m表示金的摩尔质量 1 金晶体中每个晶胞中含有个金原子 2 欲计算一个晶胞的体积 除假定金原子是刚性小球外 还应假定 3 一个晶胞的体积是多少 4 金晶体的密度是多少 4 在立方体各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切 三 晶体中点 线 面的关系 例1 c60是碳单质家族中的新成员 已知每个碳原子与其它三个碳原子相连 请根据碳的成键方式计算c60分子中存在 条c c单键 条c c双键 分析 碳原子的成键方式 每个碳原子通过4条共价键与其它原子成键 其成键方式图为 由图可以看出 每个c c单键为2个碳原子所拥有 故每个碳原子占有2 1 2 1条c c单键 分子中共有1 60 60条c c单键 每个c c双键为2个碳原子所拥有 故每个碳原子占有1 1 2 1 2条c c双键 分子中共有1 2 60 30条c c双键 60 30 例2 石墨晶体的层内结构如图所示 每一层由无数个正六边形构成 则 1 平均每一个正六边形所占的碳原子数为 2 石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是 3 ng碳原子可构成个正六边形 每个碳原子为三个正六边形共用 每个正六边形的碳原子数为6 1 3 2 2 又每个正六边形所占的c c键数为 6 1 2 3 碳原子数与碳一碳化学键之比是2 3 2 3 三 常见的几种晶体类型 几种重要晶体的微观结构分析 nacl的晶体结构 1 每个晶胞由个小立方体组成 见右图 每个小立方体的个顶点分上有个na 和个cl 它们分别位于小立方体互不相邻的四个顶点上 2 每个晶胞中含有na 数目为 8 1 8 6 1 2 4 含有cl 数目为 1 12 1 4 4 故每个晶胞中含有4个 nacl 结构单元 3 晶胞中每个离子都被个异号离子包围 上 下 左 右 前 后 它们之间构成的空间结构 4 晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有个 12条棱的棱心 5 设晶胞的边长为dcm 则晶胞中na 和cl 的最近距离 即小立方体的边长 为cm 则晶胞中同种离子的最近距离为cm 8 8 4 4 6 正八面体 12 d 2 d 2 连接正方体六个面的面心构成一个正八面体 1 晶胞为体心立方 每个立方体的8个顶点分上有个cs 或cl 体心上有个cl 或cs 2 每个晶胞中含有cs 数目为 含有cl 数目为 故每个晶胞中含有个 cscl 结构单元 3 晶胞中每个离子都被个异号离子包围 8个顶点 它们之间构成的空间结构 4 晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有个 上 下 左 右 前 后 它们之间构成的空间结构 5 设晶胞的边长为dcm 则晶胞中同种离子的最近距离为cm cs 和cl 的最近距离 即立方体体对角线的一半 为cm cscl的晶体结构 8 1 8 1 8 1 1 1 8 立方体 6 正八面体 d d 2 在每个co2周围等距离且相距最近的co2共有个 在每个小立方体中平均分摊到的co2分子数为 个 干冰晶体结构 12 8 1 8 6 1 2 4 金刚石 在金刚石晶体中 碳原子构成的最小环为非平面 与环已烷碳环相似键角为109 28 每个碳与相邻4个碳构成正四面体 其中n c n c c 1 4 1 2 1 2 每个碳原子被多少个六元环共用呢 相邻两条c c键可构成2个六元环 它共有c24这种相邻 故共被2c24 12个六元环共用 同理 每条c c键被2c13 6个六元环共用 金刚石晶胞实际上是由8个相邻的小立方体并置堆砌而成 黑体碳位于相互错开排列的4个小立方体的重心 其余碳位于大立方体的8个顶点和6个面心 该晶体实际分摊到的碳原子数为 4 6 1 2 8 1 8 8个 设c c键长为d 晶胞边长为a 可列 若令a 0 0 0 则b 1 4 1 4 1 4 c 1 1 1 若令金刚石的密度为b 可列 将b 3 51g cm3代入 解得d 1 55 10 8cm 1 55 10 10m 1 金刚石由碳原子构成正四面体的单元 每个碳原子等距离紧邻其它个碳原子 键角为 金刚石中由共价键构成的最小环有6个碳原子 但6个碳原子不都在一个平面上 2 每个环平均拥有 个c c键 个c原子 3 晶体中每个c原子被个六元环所共有 每个c原子占有个c c键 小结 109 28 4 1 2 1 12 2 石墨 在石墨晶体中 碳原子构成的最小环为平面型六元环 与苯环相似 键角为120 每个碳原子与相邻3个碳原子构成正三角形 其中n c n c c 1 3 1 2 2 3 每个碳原子被3个六元环共用 每个c c键被2个六元环共用 将a 1 42 10 10m 1 42 10 8cm h 3 35 10 8cm代入上式解得 密度 2 27g cm3 3 二氧化硅晶体 可以这样去理解sio2的结构 即在晶体硅中的si si键间插入1个o晶体中存在sio4四面体及osio折线 osio 109 18 晶体中最小环为十二元环 由6个si和6个o构成 每个si被2c24 12个十二元环共用 每个o被2c13 6个十二元环共用 4 晶体硅 晶体硅的结构与金刚石相似 只不过键长不同 由于晶体硅的密度为2 32g cm3 2 34g cm3 取2 33g cm3 计算方法同金刚石 可求出si si键键长为2 35 10 8cm 6 c60等 c60分子中含有12个五边形 20个六边形存在以下关系 1 点 碳原子数 与线 棱边数即化学键 的关系 要素 三线共一点 两点连一线 规律 每个点管辖3 1 2 1 5条线 2 点与面 五边形和六边形 的关系 要素 五边形五点 六边形六点 每点连三面 规律 一个五边形含碳原子数为5 1 3 5 3 每个碳原子只占1 3 一个六边形含碳原子数为6 1 3 2 3 线与面的关系 要素 五