高三化学专题复习课件：晶体结构.ppt

高三化学总复习 基本理论 晶体结构 观察1细细品味 慢慢数数 面数顶点数棱数 612123030 探索1好好想想 找出联系 4 4 66 8 128 6 1212 20 3020 12 30 规律1总结归纳 叙述规律 面数 顶点数 棱数 2 欧拉定律 适用范围 凸多面体 4681220 4862012 观察2各种正多面体中每条棱被几个面共用 探索2各种正多面体中二面角的度数必须满足什么条件 每条棱被2个面共用 双面角 资料 70 32 90 109 28 116 34 138 12 规律2 凸多面体双面角必小于180 观察3面的边数会聚于顶点的棱数 33435 探索3正多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形 可否是正六边形或正七边形等 为什么 规律3 凸多面体每一个顶点的面角之和必须小于360 正多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形 顶点的面角之和 3 60 3 90 4 60 3 108 5 60 34353 sf6是一种无色气体 具有很强的稳定性 可用于灭火 sf6的分子结构下图所示 呈正八面体型 如果f元素有两种稳定的同位素 则sf6的不同分子种数为 分析设f元素两种稳定的同位素为a和b 则6个f原子的组合有几种 a6a5ba4b2a3b3a2b4ab5b6 它们在正八面体顶点上的分布方式分别有几种 1种1种 七种 10 2种2种2种 1种1种 等边三角形 等腰直角三角形 想想 下图是十二面体烷的空间构型 写出它的化学式并计算它的一氯取代物和二氯取代物的数目 化学式 c20h20 一氯取代物 1种 二氯取代物 5种 练练 单质硼有无定形和晶体两种 参考下列数据 1 晶体硼的晶体类型属于晶体 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 其中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点 每个顶点各有一个硼原子 通过观察图形及推算得出此基本结构单元是由个硼原子构成 共有个b b键 其中b b键的键角为 原子 12 30 60 想想 sic是原子晶体 其结构类似金刚石 为c si两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结构 如图所示为两个中心重合 各面分别平行的大小两个正方体 其中心为一个硅原子 试在小正方体的顶点上画出与该si最近的c的位置 在大正方体的棱上画出与该si最近的si的位置 通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能 键能的大小可以衡量化学键的强弱 也可以估算化学反应的反应热 h 化学反应的 h等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差 请回答下列问题 1 比较下列两组物质的熔点高低 填 或 sic si sicl4 sio2 2 右图立方体中心的 表示硅晶体中的一个原子 请在立方体的顶点用 表示出与之紧邻的硅原子 3 工业上用高纯硅可通过下列反应制取 sicl4 g 2h2 g si s 4hcl g 该反应的反应热 h kj mol 碘元素有多种价态 可以形成多种含氧阴离子ixoyn 由两个io62 正八面体共用一个面形成的ixoyn 的化学式为a i2o94 b i2o106 c i2o118 d i2o1210 例 已知氯化铝的熔点为90 2 02 105pa 但它在180 即开始升华 1 氯化铝是 填 离子化合物 或 共价化合物 2 在500k和1 01 105pa时 它的蒸气密度 换算成标准状况时 为11 92g l 且已知它的结构中还含有配位键 氯化铝的化学式为 结构式为 3 无水氯化铝在空气中强烈地 发烟 其原因是 4 如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物 例 已知lii晶体结构为nacl型 实验测得li 和i 最邻近的距离为3 02 10 10m 假定li 和i 都是刚性球 试回答下列各问 欲计算得到li 和i 的近似半径 你还须做何假设 计算的li i 近似半径 若用另一方法测得li 的半径为6 0 10 11m 6 8 10 11m 试验证你的假设是否正确 由于离子间并非接触 即 3 02 10 10 r r r 8 80 10 11m所以假设成立 解 由于阴阳离子半径为 接触 半径 所以还必须假设离子间相接触 在上述假设下 联想晶胞结构 并取其一个面来观察 得如右图所示关系 在 abc中 因ac 2 3 02 10 10m 4r r 2 14 10 10m故r 8 80 10 11m 例 1 中学教材上图示了nacl晶体结构 它向三维空间延伸得到完美晶体 nio 氧化镍 晶体的结构与nacl相同 ni2 与最邻近o2 的核间距离为a 10 8cm 计算nio晶体的密度 已知nio的摩尔质量为74 7g mol 1 2 天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷 例如在某种nio晶体中就存在如右图所示的缺陷 一个ni2 空缺 另有两个ni2 被两个ni3 所取代 其结果晶体仍呈电中性 但化合物中ni和o的比值却发生了变化 某氧化镍样品组成为ni0 97o 试计算该晶体中ni3 与ni2 的离子数之比 六 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 已知物质晶体类型的判断依据 仅限于中学范围 观察有无金属离子 若有 一般是离子晶体 观察是否属于 原子晶体 以上皆否定 则多数是分子晶体 例 下列性质适合分子晶体的是 bc a 熔点1070 易溶于水 水溶液能导电 b 熔点10 31 液态不导电 水溶液能导电 c 能溶于cs2 熔点112 8 沸点444 6 d 熔点97 81 质软 导电 密度0 97g cm3 c 2 同种晶体 离子晶体 比较离子键强弱 离子半径越小 电荷越多 熔沸点越高mgo mgcl2 nacl kcl kbr原子晶体 比较共价键强弱 看键能和键长 金刚石 c 水晶 sio2 sic si分子晶体 比较分子间力1 组成和结构相似时 分子量越大熔沸点越高f2异戊烷 新戊烷金属晶体 比较金属键 熔沸点同族从上到下减小 同周期从左到右增大 li na k rb cs na mg al 物质熔沸点的一般规律 1 不同晶型的熔沸点 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体的熔沸点有的很高 如钨 铂等 有的则很低 如汞等 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 面数顶点数棱数 612123030 4 4 66 8 128 6 1212 20 3020 12 30 规律1总结归纳 叙述规律 面数 顶点数 棱数 2 欧拉定律 适用范围 凸多面体 4681220 4862012 sf6是一种无色气体 具有很强的稳定性 可用于灭火 sf6的分子结构下图所示 呈正八面体型 如果f元素有两种稳定的同位素 则sf6的不同分子种数为 分析设f元素两种稳定的同位素为a和b 则6个f原子的组合有几种 a6a5ba4b2a3b3a2b4ab5b6 它们在正八面体顶点上的分布方式分别有几种 1种1种 七种 10 2种2种2种 1种1种 等边三角形 等腰直角三角形 想想 下图是十二面体烷的空间构型 写出它的化学式并计算它的一氯取代物和二氯取代物的数目 化学式 c20h20 一氯取代物 1种 二氯取代物 5种 练练 单质硼有无定形和晶体两种 参考下列数据 1 晶体硼的晶体类型属于晶体 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 其中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点 每个顶点各有一个硼原子 通过观察图形及推算得出此基本结构单元是由个硼原子构成 共有个b b键 其中b b键的键角为 原子 12 30 60 想想 sic是原子晶体 其结构类似金刚石 为c si两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结构 如图所示为两个中心重合 各面分别平行的大小两个正方体 其中心为一个硅原子 试在小正方体的顶点上画出与该si最近的c的位置 在大正方体的棱上画出与该si最近的si的位置 通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能 键能的大小可以衡量化学键的强弱 也可以估算化学反应的反应热 h 化学反应的 h等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差 请回答下列问题 1 比较下列两组物质的熔点高低 填 或 sic si sicl4 sio2 2 右图立方体中心的 表示硅晶体中的一个原子 请在立方体的顶点用 表示出与之紧邻的硅原子 3 工业上用高纯硅可通过下列反应制取 sicl4 g 2h2 g si s 4hcl g 该反应的反应热 h kj mol 碘元素有多种价态 可以形成多种含氧阴离子ixoyn 由两个io62 正八面体共用一个面形成的ixoyn 的化学式为a i2o94 b i2o106 c i2o118 d i2o1210 例 已知氯化铝的熔点为90 2 02 105pa 但它在180 即开始升华 1 氯化铝是 填 离子化合物 或 共价化合物 2 在500k和1 01 105pa时 它的蒸气密度 换算成标准状况时 为11 92g l 且已知它的结构中还含有配位键 氯化铝的化学式为 结构式为 3 无水氯化铝在空气中强烈地 发烟 其原因是 4 如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物 一定压强和温度下 取两份等体积氟化氢气体 在35 和90 时测得其摩尔质量分别为40 0g mol和20 0g mol 1 35 氟化氢的化学式为 2 不同温度下摩尔质量不同的可能原因是 1 hf 2 2 在较底温度下hf以氢键结合而成 hf n 随着温度的升高 氢键不断被破坏 例 已知lii晶体结构为nacl型 实验测得li 和i 最邻近的距离为3 02 10 10m 假定li 和i 都是刚性球 试回答下列各问 欲计算得到li 和i 的近似半径 你还须做何假设 计算的li i 近似半径 若用另一方法测得li 的半径为6 0 10 11m 6 8 10 11m 试验证你的假设是否正确 由于离子间并非接触 即 3 02 10 10 r r r 8 80 10 11m所以假设成立 解 由于阴阳离子半径为 接触 半径 所以还必须假设离子间相接触 在上述假设下 联想晶胞结构 并取其一个面来观察 得如右图所示关系 在 abc中 因ac 2 3 02 10 10m 4r r 2 14 10 10m故r