（新课标）高考化学一轮复习选考部分物质结构与性质3晶体结构与性质课件.ppt

第3节晶体结构与性质 2 考纲要求 1 了解晶体的类型 了解不同类型晶体中结构微粒 微粒间作用力的区别 2 理解离子键的形成 能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质 3 了解晶格能的概念 了解晶格能对离子晶体性质的影响 4 了解分子晶体结构与性质的关系 5 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 6 理解金属键的含义 能用金属键理论解释金属的一些物理性质 了解金属晶体常见的堆积方式 7 了解晶胞的概念 能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算 3 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 晶体常识与四种晶体的比较1 晶体 1 晶体与非晶体 4 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 得到晶体的途径 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固 凝华 溶质从溶液中析出 5 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 四种晶体的比较 6 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 7 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 凡是有规则外形的固体一定是晶体 2 晶体与非晶体的本质区别 是否有自范性 3 熔融态物质凝固就得到晶体 4 晶体有一定的熔 沸点 5 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法 是否具有固定的熔沸点 6 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 7 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 8 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 9 离子晶体中一定不含有共价键 10 分子晶体或原子晶体中一定不含离子键 8 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 1 晶体类型的5种判断方法 1 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断 离子晶体的构成微粒是阴 阳离子 微粒间的作用是离子键 原子晶体的构成微粒是原子 微粒间的作用是共价键 分子晶体的构成微粒是分子 微粒间的作用为分子间作用力 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子 微粒间的作用是金属键 9 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 依据物质的分类判断 金属氧化物 如K2O Na2O2等 强碱 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 晶体硅等 非金属氢化物 非金属氧化物 除SiO2外 几乎所有的酸 绝大多数有机物 除有机盐外 是分子晶体 常见的单质类原子晶体有金刚石 晶体硅 晶体硼等 常见的化合类原子晶体有碳化硅 二氧化硅等 金属单质是金属晶体 3 依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高 原子晶体的熔点很高 分子晶体的熔点低 金属晶体多数熔点较高 但有少数熔点相当低 10 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 依据导电性判断 离子晶体溶于水及熔融状态时能导电 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 主要是酸和强极性非金属氢化物 溶于水 使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子 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 硬而脆 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 但也有硬度较小的 且具有延展性 11 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 晶体熔 沸点的比较 1 不同类型晶体熔 沸点的比较 不同类型晶体的熔 沸点高低的一般规律 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 汞 铯等熔 沸点很低 12 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 同种晶体类型熔 沸点的比较 原子晶体 比较共价键强弱 原子半径越小 键长越短 键能越大 共价键越强 熔 沸点越高 如熔点 金刚石 碳化硅 晶体硅 离子晶体 比较离子键强弱或晶格能大小 a 一般地说 阴 阳离子所带电荷数越多 离子半径越小 则离子间的作用力就越大 其离子晶体的熔 沸点就越高 如熔点 MgO NaCl CsCl b 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 13 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 分子晶体 比较分子间作用力大小 a 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 沸点反常地高 如沸点H2O H2Te H2Se H2S b 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 c 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 d 同分异构体 支链越多 熔 沸点越低 14 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 金属晶体 金属离子半径越小 离子所带电荷数越多 其金属键越强 金属熔 沸点就越高 如熔 沸点 Na Mg Al 15 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例1现有几组物质的熔点 数据 据此回答下列问题 1 由表格中数据可知 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 硅的熔点低于二氧化硅 是由于 硼晶体的硬度与硅晶体相对比 16 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 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晶体的熔点高于前三者 其原因解释为 17 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 答案 1 原子共价键 Si Si键键能小于Si O键键能 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 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 18 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 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 解释相关的性质 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 熔点较高 具有离子晶体的性质 5 晶格能大小与离子电荷数和离子半径有关 电荷数越多 半径越小 晶格能越大 熔点越高 19 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 误区警示 1 分子晶体熔 沸点的比较要特别注意氢键的存在 2 离子晶体的熔点不一定都低于原子晶体 如MgO是离子晶体 熔点是2800 而SiO2是原子晶体 熔点是1732 20 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 2017河北衡水二模 磷是人体含量较多的元素之一 磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛 回答下列问题 1 基态磷原子的核外电子排布式为 2 P4S3可用于制造火柴 其分子结构如图1所示 第一电离能 磷硫 电负性 磷硫 填 或 P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为 每个P4S3分子中含孤电子对的数目为 图1 21 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 3 N P As Sb均是第 A族的元素 上述元素的氢化物的沸点关系如图2所示 沸点 PH3 NH3 其原因是 沸点 PH3 AsH3 SbH3 其原因是 22 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 某种磁性氮化铁的晶胞结构如图3所示 该化合物的化学式为 4 磷化铝熔点为2000 它与晶体硅互为等电子体 磷化铝晶胞结构如图4所示 磷化铝晶体中磷与铝微粒间的作用力为 图中A点和B点的原子坐标参数如图4所示 则C点的原子坐标参数为 磷化铝晶体的密度为 g cm 3 用NA表示阿伏加德罗常数的数值 则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为cm 23 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 答案 1 1s22s22p63s23p3或 Ne 3s23p3 2 sp3 10 3 NH3分子间存在氢键相对分子质量不断增大 分子间作用力不断增强 Fe3N 24 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 解析 1 磷是15号元素 基态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或 Ne 3s23p3 2 磷的3p能级为半充满结构 较为稳定 故第一电离能 磷 硫 硫的非金属性比磷强 故电负性 磷 硫 P4S3分子中硫原子与2个P原子相连 每个硫原子还有2个孤电子对 采用sp3杂化 每个P原子有1个孤电子对 每个S原子有2个孤电子对 每个P4S3分子中含孤电子对的数目为1 4 2 3 10 3 氨分子间存在氢键 导致沸点 PH3 NH3 随相对分子质量不断增大 分子间作用力不断增强 因此沸点 PH3 AsH3 SbH3 N原子位于体内 数目为2 Fe原子位于顶点 面心和体内 数目为 25 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 26 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 1 写出基态Fe2 的最高能层的电子排布式 将Fe2O3 KNO3 KOH混合加热共熔可制取绿色净水剂K2FeO4 其中KNO3被还原为KNO2 写出该反应的化学方程式 2 Cr H2O 4Cl2 Cl 2H2O中Cr的配位数为 已知CrO5中Cr为 6价 则CrO5的结构式为 3 金属镍粉在CO气流中轻微加热 生成无色 挥发性液体Ni CO n 该物质的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18 则n 该配合物固体属于晶体 27 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 金刚砂 SiC 结构与金刚石结构相似 若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子且同种原子不成键 则得到金刚砂 SiC 结构 SiC是晶体 键角是 如果我们以一个硅原子为中心 设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d 则与硅原子次近的第二层有个原子 离中心原子的距离是 5 铜是第四周期重要的过渡元素之一 其单质及化合物具有广泛用途 CuH的晶体结构如图所示 若CuH的密度为dg cm 3 设阿伏加德罗常数的值为NA 则该晶胞的边长为cm 用含d和NA的式子表示 28 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 29 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 解析 1 由基态铁原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2 可知在形成Fe2 时失去的是4s原子轨道上的两个电子 则Fe2 的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6 根据得失电子守恒和原子守恒可写出反应的化学方程式 2 由配合物的化学式 Cr H2O 4Cl2 Cl 2H2O 可知Cr为中心原子 Cl 和H2O为配体 则Cr的配位数为6 由于CrO5中Cr为 6价 根据化合价规律可知CrO5的结构式为 3 镍原子的价电子数是10 一个配体CO提供一个孤电子对 则10 2n 18 故n 4 所以在Ni CO n中应有4个配体CO 由于Ni CO n是挥发性液体 说明其组成微粒间的作用力很微弱 应是范德华力 故其固态时属于分子晶体 30 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 因为金刚砂 SiC 结构与金刚石结构相似 SiC是原子晶体 由于C Si的价键结构都是正四面体形 故其键角是109 28 由于一个硅原子与四个碳原子以C Si键相连 一个碳原子又与另外3个硅原子以C Si键相连 则以一个硅原子为中心 与硅原子次近的第二层有12个硅原子 若SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d 根据几何知识可计算出与硅原子次近的第二层硅原子的距离是 31 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 晶胞与典型晶体模型及相关计算1 晶胞 1 晶胞 是描述晶体结构的基本单元 2 晶体与晶胞的关系 整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞 无隙并置 而成 晶胞是晶体结构中的基本重复单元 晶胞的结构可以反映晶体的结构 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 32 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 典型晶体模型 33 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 34 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 35 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 36 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 37 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 自主巩固 1 如图是甲 乙 丙三种晶体的晶胞 则甲晶体中x与y的个数比是2 1 乙中a与b的个数比是1 1 丙中一个晶胞中有4个c离子和4个d离子 38 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 将等径圆球在二维空间里进行排列 可形成密置层和非密置层 在图1所示的半径相等的圆球的排列中 A属于非密置层 配位数是4 B属于密置层 配位数是6 将非密置层一层一层地在三维空间里堆积 得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞 它被称为简单立方堆积 在这种晶体中 金属原子的配位数是6 平均每个晶胞所占有的原子数目是1 有资料表明 只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式 钋位于元素周期表的第六周期第 A族 元素符号是Po 最外层电子排布式是6s26p4 39 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 1 晶胞组成的计算规律 1 平行六面体形晶胞数目的计算 40 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 41 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 42 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例2 1 2016课标全国 节选 东晋 华阳国志 南中志 卷四中已有关于白铜的记载 云南镍白铜 铜镍合金 闻名中外 曾主要用于造币 亦可用于制作仿银饰品 回答下列问题 某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示 晶胞中铜原子与镍原子的数量比为 若合金的密度为dg cm 3 晶胞参数a nm 43 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 2 碳化硅的结构与金刚石类似 其硬度仅次于金刚石 具有较强的耐磨性能 碳化硅晶胞结构 如右图 中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有个 与碳原子等距离最近的碳原子有个 已知碳化硅晶胞边长为apm 则碳化硅的密度为g cm 3 44 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 45 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 46 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 跟踪训练3 2017山东泰安一模 常见的太阳能电池有单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 GaAs太阳能电池及铜铟镓硒薄膜太阳能电池等 1 铜原子在基态时的价电子排布式为 金属铜的结构形式为面心立方最密堆积 晶胞中每个铜原子周围最近的铜原子有个 2 砷 硒是第四周期的相邻元素 已知砷的第一电离能大于硒 请从原子结构的角度加以解释 3 GaCl3和AsF3的空间构型分别是 47 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 硼酸 H3BO3 本身不能电离出H 在水中易结合一个OH 生成 B OH 4 而体现弱酸性 B OH 4 中B原子的杂化类型为 B OH 4 的结构式为 5 金刚石的晶胞如图 若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子 便得到晶体硅 若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子 且碳 硅原子交替 即得到碳化硅晶体 金刚砂 金刚石 晶体硅 碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是 用化学式表示 立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似 硬度与金刚石相当 晶胞边长为361 5pm 1pm 10 12m 立方氮化硼的密度是g cm 3 只要求列算式 不必计算出数值 阿伏加德罗常数值为NA 48 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 答案 1 3d104s112 2 砷的4p能级上的电子处于半充满状态 比较稳定 气态原子失去一个电子需要的能量比较大 3 平面三角形三角锥形 49 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 解析 1 铜的核电荷数为29 根据构造原理 其电子排布式为 Ar 3d104s1 晶体为面心立方最密堆积的铜 配位数为12 故晶胞中每个铜原子周围最近的铜原子是12个 2 砷的4p能级上的电子处于半充满状态 比较稳定 气态原子失去一个电子需要的能量比较大 所以砷的第一电离能大于硒 3 GaCl3中 3价的镓原子没有孤电子对 而AsF3中 3价的砷原子有一个孤电子对 故GaCl3空间构型为平面三角形 AsF3空间构型为三角锥形 50 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 B OH 4 中B原子的价层电子对数是4 杂化类型为sp3 硼酸 H3BO3 本身不能电离出H 在水中易结合一个OH 生成 B OH 4 而体现弱酸性 这说明 B OH 4 中含有配位键 则结构式为 5 金刚石 晶体硅 碳化硅都是原子晶体 原子半径越小 晶体中键长越短 形成的共价键越强 熔点越高 即熔点高低顺序为C SiC Si 根据均摊原则 立方氮化硼晶胞中共有8个原子 N和B各占4个 由于晶胞边长为361 5pm 故立方氮化硼的密度是 51 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4 1 NaH具有NaCl型晶体结构 已知NaH晶体的晶胞参数a 488pm Na 半径为102pm H 的半径为 NaH的理论密度是g cm 3 2 单质A与某化合物和氨气在一定温度下可发生置换反应 产物之一的立方晶胞结构如图所示 若两个最近的A原子间的距离为acm 则该晶体的密度是g cm 3 设A B的相对原子质量分别为MA MB 52 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 53 54 晶体结构与性质 55 2 1 3 4 5 1 2017河南联考 磷化铜 Cu3P2 用于制造磷青铜 磷青铜是含少量锡 磷的铜合金 主要用作耐磨零件和弹性元件 1 基态铜原子的电子排布式为 价电子中已成对电子数有个 2 磷化铜与水作用产生有毒的磷化氢 PH3 PH3分子中的中心原子的杂化方式是 P与N同主族 其最高价氧化物对应水化物的酸性 HNO3 填 或 或 P 56 2 1 3 4 5 4 某磷青铜晶胞结构如图所示 则其化学式为 该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有个 这些Sn原子所呈现的构型为 若晶体密度为8 82g cm 3 最近的Cu原子核间距为pm 用含NA的代数式表示 设NA表示阿伏加德罗常数的值 57 2 1 3 4 5 答案 1 1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s110 2 sp3 因为HNO3分子中含有2个非羟基氧原子 比H3PO4中多1个 3 P 最高价氧化物对应的水化物的酸性为HNO3 H3PO4 从结构的角度分析 因为HNO3分子中含有2个非羟基氧原子 比H3PO4中多1个 故酸性为HNO3 H3PO4 58 2 1 3 4 5 59 2 1 3 4 5 2 2017河北保定 唐山模拟 磷是生物体中不可缺少的元素之一 它能形成多种化合物 1 磷元素位于周期表的区 基态磷原子中电子占据的最高能层符号为 该能层具有的原子轨道数为 2 第三周期中 元素的第一电离能位于铝元素和磷元素之间的有种元素 3 白磷 P4 分子是正四面体结构 其键角为 磷原子杂化方式为 3 1g白磷中 键的数目为 P4易溶于二硫化碳 难溶于水 原因是 60 2 1 3 4 5 4 磷酸与Fe3 可形成H3 Fe PO4 2 基态Fe3 的核外电子排布式为 Fe P O电负性由大到小的顺序是 5 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料 下图为其晶胞示意图 晶胞边长为apm 阿伏加德罗常数的值为NA 则磷化硼晶体的密度为g cm 3 列出计算式即可 61 2 1 3 4 5 答案 1 pM9 2 3 3 60 sp30 15NAP4和CS2是非极性分子 H2O是极性分子 根据相似相溶的原理 P4易溶于CS2 难溶于水 4 1s22s22p63s23p63d5O P Fe 62 2 1 3 4 5 解析 1 P原子核外有15个电子 分三层排布 即有三个能层 所以电子占据的最高能层符号为M 最外层价电子排布为3s23p3 则磷元素位于周期表的p区 3s能级有1个轨道 3p能级有3个轨道 3d能级有5个轨道 所以M能层具有的原子轨道数为9 2 同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势 但Mg的3s能级全充满 3p能级全空 相对较稳定 第一电离能高于同周期相邻元素 P原子3p能级是半充满稳定状态 能量较低 第一电离能高于同周期相邻元素 故第一电离能位于铝到磷元素之间的有Mg Si S三种元素 63 2 1 3 4 5 3 P4分子为正四面体构型 键角为60 P4分子中每个P原子与相邻的3个P原子形成3个 键 每个P原子含有1对孤电子对 杂化轨道数目为4 故P原子采取sp3杂化 因为P4分子中每个P原子与相邻的3个P原子形成3个 键 则平均1molP原子形成1 5mol 键 所以3 1g白磷中 键的数目为0 15NA 相似相溶原理是指极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂 非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂 P4和CS2都是非极性分子 H2O是极性分子 根据相似相溶的原理 P4易溶于CS2 难溶于水 64 2 1 3 4 5 4 Fe原子核外有26个电子 核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2 Fe原子失去4s能级的2个电子和3d能级的1个电子形成Fe3 Fe3 电子排布式为1s22s22p63s23p63d5 同周期元素从左到右 元素的电负性逐渐增大 故电负性 S P 同主族元素从上到下电负性逐渐减小 则电负性 O S 所以电负性O P Fe为金属元素 则电负性由大到小的顺序是O P Fe 65 4 3 1 2 5 3 2016课标全国 节选 锗 Ge 是典型的半导体元素 在电子 材料等领域应用广泛 1 比较下列锗卤化物的熔点和沸点 分析其变化规律及原因 66 4 3 1 2 5 2 晶胞有两个基本要素 原子坐标参数 表示晶胞内部各原子的相对位置 下图为Ge单晶的晶胞 其中原子坐标参数A为 0 0 0 则D原子的坐标参数为 晶胞参数 描述晶胞的大小和形状 已知Ge单晶的晶胞参数a 565 76pm 其密度为g cm 3 列出计算式即可 67 4 3 1 2 5 答案 1 GeCl4 GeBr4 GeI4的熔 沸点依次增高 原因是分子结构相似 相对分子质量依次增大 分