高考化学总复习 第11章 物质结构与性质 第3讲 晶体结构与性质配套课件 新人教版选修3.ppt

第3讲晶体结构与性质 2019 备考 最新考纲 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 了解晶格能的概念 了解晶格能对离子晶体性质的影响 3 了解分子晶体结构与性质的关系 4 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 5 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 6 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 考点一晶体的常识和常见四种晶体性质 频数 难度 1 晶体 1 晶体与非晶体 周期性有序 无序 有 无 固定 不固定 各向异性 各向同性 熔点 x 射线衍射 2 晶胞 概念 描述晶体结构的 晶体中晶胞的排列 无隙并置a 无隙 相邻晶胞之间没有 b 并置 所有晶胞 排列 相同 3 晶格能 定义 气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量 通常取正值 单位 基本单元 任何间隙 平行 取向 kj mol 1 影响因素a 离子所带电荷数 离子所带电荷数越多 晶格能越 b 离子的半径 离子的半径越 晶格能越大 与离子晶体性质的关系晶格能越大 形成的离子晶体越 且熔点越 硬度越 具有规则几何外形的固体不一定是晶体 如玻璃 晶胞是从晶体中 截取 出来具有代表性的 平行六面体 但不一定是最小的 平行六面体 大 小 稳定 高 大 2 四种晶体类型的比较 分子 原子 阴 阳离子 范德华力 共价键 金属键 离子键 较小 很大 很大 很小 较大 较低 很高 很高 很低 较高 原子晶体 离子晶体 分子晶体 小 短 大 高 离子晶体 a 一般地说 阴 阳离子的电荷数越 离子半径越 则离子间的作用力就越 其离子晶体的熔 沸点就越 如熔点 mgo mgcl2 nacl cscl b 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能 晶格能越 形成的离子晶体越 熔点越 硬度越 分子晶体 a 分子间作用力越 物质的熔 沸点越 具有氢键的分子晶体熔 沸点反常地 如h2o h2te h2se h2s b 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越 熔 沸点越 如snh4 geh4 sih4 ch4 多 小 强 高 大 稳定 高 大 大 高 高 大 高 常温下为气态或液态的物质 其晶体应属于分子晶体 hg除外 原子晶体中一定含有共价键 而分子晶体中不一定有共价键 如稀有气体的晶体 原子晶体熔化时 破坏共价键 分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力 分子内的共价键不被破坏 1 rj选修3 p844改编 下列各组物质中 化学键类型相同 晶体类型也相同的是 a si和co2b nabr和o2c ch4和h2od hcl和kcl解析a项 晶体类型不同 b项 化学键和晶体类型均不同 d项 化学键和晶体类型均不同 答案c 2 rj选修3 p848 9 10整合 下列说法正确的是 双选 a na2o和sio2熔化克服的作用力属于同种类型b 氯化钠和hcl溶于水克服的作用力均是离子键c hf hcl hbr hi中的熔点hf反常高的原因是hf分子之间能形成氢键d 某晶体的熔点为112 8 溶于cs2 ccl4等溶剂 可推导该晶体可能为分子晶体解析a项 na2o和sio2熔化克服的作用力分别为离子键和共价键 b项 nacl和hcl溶于水克服的作用力分别是离子键和共价键 答案cd 3 溯源题 1 2017 江苏化学 21 5 某fexny的晶胞如图1所示 cu可以完全替代该晶体中a位置fe或者b位置fe 形成cu替代型产物fe x n cunny fexny转化为两种cu替代型产物的能量变化如图2所示 其中更稳定的cu替代型产物的化学式为 2 2016 课标全国 37 5 gaas的熔点为1238 密度为 g cm 3 其晶胞结构如图所示 该晶体的类型为 ga与as以 键键合 3 2014 课标 理综 37 1 准晶是一种无平移周期序 但有严格准周期位置序的独特晶体 可通过 方法区分晶体 准晶体和非晶体 答案 1 fe3cun 2 原子晶体共价 3 x 射线衍射探源 本高考题组源于教材rj选修3p62 科学视野 p65 2分子晶体与原子晶体 p78 4离子晶体 及其拓展 对晶体类型的判断及其熔 沸点高低的比较进行了考查 题组一晶体类型的判断1 下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是 a 分子晶体中一定含有共价键b 原子晶体中共价键越强 熔点越高c 离子晶体中含有离子键 不含有共价键d 金属阳离子只能存在于离子晶体中答案b 2 现有几组物质的熔点 数据 据此回答下列问题 1 a组属于 晶体 其熔化时克服的微粒间的作用力是 2 b组晶体共同的物理性质是 填序号 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组晶体的熔点由高到低的顺序为nacl kcl rbcl cscl 其原因为 解析 1 a组熔点很高 为原子晶体 是由原子通过共价键形成的 2 b组为金属晶体 具有 四条共性 3 hf中含有分子间氢键 故其熔点反常 4 d组属于离子晶体 具有 两条性质 5 d组属于离子晶体 其熔点与晶格能有关 答案 1 原子共价键 2 3 hf分子间能形成氢键 其熔化时需要消耗的能量更多 只要答出hf分子间能形成氢键即可 4 5 d组晶体都为离子晶体 r na r k r rb r cs 在离子所带电荷数相同的情况下 半径越小 晶格能越大 熔点就越高 3 在下列物质中 nacl naoh na2s h2o2 na2s2 nh4 2s co2 ccl4 c2h2 sio2 sic 晶体硅 金刚石 1 其中只含有离子键的离子晶体是 2 其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 3 其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 4 其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 5 其中含有极性共价键的非极性分子是 6 其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 7 其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 8 其中含有极性共价键的原子晶体是 答案 1 nacl na2s 2 naoh nh4 2s 3 nh4 2s 4 na2s2 5 co2 ccl4 c2h2 6 c2h2 7 h2o2 8 sio2 sic 规律总结 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 1 离子晶体的构成微粒是阴 阳离子 微粒间的作用是离子键 2 原子晶体的构成微粒是原子 微粒间的作用是共价键 3 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 4 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 2 依据物质的分类判断 1 金属氧化物 如k2o等 强碱 naoh koh等 和绝大多数的盐类是离子晶体 2 大多数非金属单质 除金刚石 石墨 晶体硅 晶体硼等 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 3 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 4 金属单质 注 汞在常温为液体 与合金是金属晶体 3 依据晶体的熔点判断 1 离子晶体的熔点较高 常在数百至一千摄氏度以上 2 原子晶体熔点高 常在一千摄氏度至几千摄氏度 3 分子晶体熔点低 常在数百摄氏度以下至很低温度 4 金属晶体多数熔点高 但也有相当低的 4 依据导电性判断 1 离子晶体溶于水形成的溶液及熔融状态时能导电 2 原子晶体一般为非导体 3 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 4 金属晶体是电的良导体 5 依据硬度和机械性能判断 离子晶体硬度较大且脆 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 注意 1 常温下为气态或液态的物质 其晶体应属于分子晶体 hg除外 2 石墨属于混合型晶体 但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1 42 10 10m 比金刚石中碳碳共价键的键长 键长为1 54 10 10m 短 所以熔 沸点高于金刚石 3 alcl3晶体中虽含有金属元素 但属于分子晶体 其熔 沸点低 熔点190 4 合金的硬度比成分金属大 但熔 沸点比成分金属低 题组二晶体熔 沸点的判断4 下列各组物质中 按熔点由低到高的顺序排列正确的是 o2 i2 hg co kcl sio2 na k rb na mg ala b c d 解析 中hg在常温下为液态 而i2为固态 故 错 中sio2为原子晶体 其熔点最高 co是分子晶体 其熔点最低 故 正确 中na k rb价电子数相同 其原子半径依次增大 金属键依次减弱 熔点逐渐降低 故 错 中na mg al价电子数依次增多 原子半径逐渐减小 金属键依次增强 熔点逐渐升高 故 正确 答案d 5 1 碳化硅 sic 是一种晶体 具有类似金刚石的结构 其中碳原子和硅原子的位置是交替的 下列各种晶体 晶体硅 硝酸钾 金刚石 碳化硅 干冰 冰 它们的熔点由高到低的顺序是 填序号 2 继c60后 科学家又合成了si60 n60 请解释如下现象 熔点si60 n60 c60 而破坏分子所需要的能量n60 c60 si60 其原因是 解析 1 这些晶体属于原子晶体的有 离子晶体的有 分子晶体的有 一般来说 原子晶体的熔点 离子晶体的熔点 分子晶体的熔点 对于原子晶体 键长si si si c c c 相应键能si si si c c c 故它们的熔点 金刚石 碳化硅 晶体硅 2 熔点与分子间作用力大小有关 而破坏分子则是破坏分子内的共价键 答案 1 2 结构相似的分子晶体的相对分子质量越大 分子间作用力 或范德华力 越强 熔化所需的能量越多 故熔点 si60 n60 c60 而破坏分子需断开化学键 元素电负性越强其形成的化学键越稳定 断键时所需能量越多 故破坏分子需要的能量大小顺序为n60 c60 si60 方法规律 分类比较晶体的熔 沸点 首先看物质的状态 一般情况下固体 液体 气体 二是看物质所属类型 一般是原子晶体 离子晶体 分子晶体 注意 不是绝对的 如氧化铝熔点大于晶体硅 结构类型相同时再根据相应规律进行判断 同类晶体熔 沸点比较思路为 原子晶体 共价键键能 键长 原子半径 分子晶体 分子间作用力 相对分子质量 离子晶体 离子键强弱 离子所带电荷数 离子半径 考点二五类常见晶体模型与晶胞计算 频数 难度 1 典型晶体模型 1 原子晶体 金刚石和二氧化硅 金刚石晶体中 每个c与另外 个c形成共价键 c c键之间的夹角是109 28 最小的环是 元环 含有1molc的金刚石中 形成的共价键有 mol sio2晶体中 每个si原子与 个o成键 每个o原子与 个硅原子成键 最小的环是 元环 在 硅氧 四面体中 处于中心的是 原子 1molsio2中含有 molsi o键 4 六 2 4 2 十二 si 4 2 分子晶体 干冰晶体中 每个co2分子周围等距且紧邻的co2分子有 个 冰的结构模型中 每个水分子与相邻的 个水分子以氢键相连接 含1molh2o的冰中 最多可形成 mol 氢键 12 4 2 3 离子晶体 nacl型 在晶体中 每个na 同时吸引 个cl 每个cl 同时吸引 个na 配位数为 每个晶胞含 个na 和 个cl cscl型 在晶体中 每个cl 吸引 个cs 每个cs 吸引 个cl 配位数为 6 6 6 4 4 8 8 8 4 石墨晶体 石墨层状晶体中 层与层之间的作用是 平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 c原子采取的杂化方式是 分子间作用力 2 sp2 3 图示 在使用均摊法计算晶胞中的微粒个数时 要注意晶胞的形状 不同形状的晶胞 应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有 如六棱柱晶胞中 顶点 侧棱 底面上的棱 面心的微粒依次被6 3 4 2个晶胞所共有 3 几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目 a nacl 含4个na 4个cl b 干冰 含4个co2 c caf2 含4个ca2 8个f d 金刚石 含8个c e 体心立方 含2个原子 f 面心立方 含4个原子 4 有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞 可简化成下面的公式进行各物理量的计算 a3 na n m a表示晶胞的棱长 表示密度 na表示阿伏加德罗常数的值 n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量 m表示摩尔质量 a3 na表示1mol晶胞的质量 1 基础知识正误判断 1 晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 2 在分子晶体中一定有范德华力和化学键 3 金属镁形成的晶体中 每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个 4 在nacl晶体中 每个na 周围与其距离最近的na 有12个 5 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 6 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 7 离子晶体一定都含有金属元素 解析 1 金属晶体中存在金属阳离子 但不存在阴离子 2 稀有气体为单原子分子 形成的晶体为分子晶体 晶体中不存在化学键 3 金属镁为六方最密堆积模型 每个镁原子周围与其距离最近的原子有12个 4 在nacl晶体中 所有的na 呈面心立方最密堆积 因此每个na 周围与其距离最近的na 有12个 5 有些金属晶体的熔点高于某些原子晶体 如钨的熔点高于sio2 6 像硫单质 碘单质等常温下为固态 金属汞常温下为液态 因此硫 碘等分子晶体的熔点高于金属汞晶体 7 铵盐如nh4cl形成离子晶体 不含金属元素 答案 1 2 3 4 5 6 7 2 rj选修3 p776改编 请列表比较金属晶体的简单立方 体心立方 六方和面心立方四种堆积模型的配位数 原子空间利用率 堆积方式和晶胞的区别以及列举代表物 答案 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 题组一晶胞中原子个数的计算1 某晶体的一部分如图所示 这种晶体中a b c三种粒子数之比是 a 3 9 4b 1 4 2c 2 9 4d 3 8 4 答案b 2 已知镧镍合金lanin的晶胞结构如下图 则lanin中n 答案5 3 cu元素与h元素可形成一种红色化合物 其晶体结构单元如下图所示 则该化合物的化学式为 答案cuh 4 1 硼化镁晶体在39k时呈超导性 在硼化镁晶体中 镁原子和硼原子是分层排布的 下图是该晶体微观结构的透视图 图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上 则硼化镁的化学式为 2 在硼酸盐中 阴离子有链状 环状等多种结构形式 下图是一种链状结构的多硼酸根 则多硼酸根离子符号为 题组二晶胞密度 原子半径及空间利用率质量的计算5 用晶体的x射线衍射法对cu的测定得到以下结果 cu的晶胞为面心立方最密堆积 如图 已知该晶体的密度为9 00g cm 3 晶胞中该原子的配位数为 cu的原子半径为 cm 阿伏加德罗常数的值为na 要求列式计算 6 cu与f形成的化合物的晶胞结构如下图所示 若晶体密度为ag cm 3 则cu与f最近距离为 pm 阿伏加德罗常数用na表示 列出计算表达式 不用化简 图中 为cu 为f 试题分析 2015 全国卷 37 碳及其化合物广泛存在于自然界中 回答下列问题 1 处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述 在基态14c原子中 核外存在 对自旋相反的电子 2 碳在形成化合物时 其键型以共价键为主 原因是 3 cs2分子中 共价键的类型有 c原子的杂化轨道类型是 写出两个与cs2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 4 co能与金属fe形成fe co 5 该化合物熔点为253k 沸点为376k 其固体属于 晶体 5 碳有多种同素异形体 其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示 在石墨烯晶体中 每个c原子连接 个六元环 每个六元环占有 个c原子 在金刚石晶体中 c原子所连接的最小环也为六元环 每个c原子连接 个六元环 六元环中最多有 个c原子在同一平面 解题思路 1 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布的形象化的描述 c原子的核外有6个电子 电子排布为1s22s22p2 其中1s 2s上的2对电子的自旋方向相反 而2p轨道的电子的自旋方向相同 2 在原子结构中 最外层电子小于4个的原子易失去电子 而c原子的最外层是4个电子 且c原子的半径较小 则难以通过得或失电子达到稳定结构 所以通过共用电子对的方式即形成共价键来达到稳定结构 3 cs2分子中 c与s原子形成双键 每个双键都是含有1个 键和1个 键 分子空间构型为直线型 则含有的共价键类型为 键和 键 c原子的最外层形成2个 键 无孤对电子 所以为sp杂化 o与s同主族 所以与cs2具有相同空间构型和键合形式的分子为co2 与二氧化碳互为等电子体的离子有scn 所以scn 的空间构型与键合方式与cs2相同 4 该化合物熔点为253k 沸点为376k 说明熔沸点较低 所以为分子晶体 5 根据均摊法来计算 石墨烯晶体中 每个c原子被3个6元环共有 每个六元环占有的c原子数是6 1 3 2 每个c原子周围形成4个共价键 每2个共价键即可形成1个六元环 则可形成6个六元环 每个共价键