高中化学选修三-晶体课件

1、2021/3/141 原子结构与性质原子结构与性质 分子结构与性质分子结构与性质 晶体结构与性质晶体结构与性质 原子结构原子结构 原子结构与元素的性质原子结构与元素的性质 共价键共价键 分子的立体结构分子的立体结构 分子的性质分子的性质 晶体的常识晶体的常识 分子晶体与原子晶体分子晶体与原子晶体 金属晶体金属晶体 离子晶体离子晶体 2021/3/142 1 1、化学键及其分类、化学键及其分类 相邻原子或离子之间强烈的相互作用相邻原子或离子之间强烈的相互作用 按成键方式分为按成键方式分为: 金属键金属键 共价键共价键 离子键离子键 金属晶体金属晶体 分子晶体分子晶体 离子晶体离子晶体 2021/

2、3/143 四、配合物理论简介四、配合物理论简介 1 1、配位键、配位键 定义定义: :共用电子对由共用电子对由一个原子单方向一个原子单方向 提供提供给另一个原子共用所形成给另一个原子共用所形成| 的的共价键共价键称配位键。称配位键。 表示方法表示方法 形成条件形成条件 AB HN H H H 一个原子有一个原子有孤对电子孤对电子,另一个原子有另一个原子有空轨道空轨道。 2021/3/144 2 2、配位化合物、配位化合物 配合物的形成配合物的形成 天蓝色天蓝色 溶液溶液 蓝色蓝色 沉淀沉淀 深蓝色深蓝色 溶液溶液 Cu(OH)2 H2O Cu H2O H2OOH2 2+ 深蓝色深蓝色 晶体晶

3、体 Cu(NH3) 4 SO4H2O 加乙醇加乙醇 并静置并静置 NH3 Cu H3N H3NNH3 2+ CuSO4溶液溶液 滴加氨水滴加氨水 继续滴继续滴 加氨水加氨水 2021/3/145 Cu(OH)2 + 4NH3 = Cu(NH3)42+ + 2OH 蓝色沉淀蓝色沉淀 深蓝色溶液深蓝色溶液 Cu2+ 2NH3H2O = Cu(OH)2+ 2NH4+ 蓝色溶液蓝色溶液蓝色沉淀蓝色沉淀 2021/3/146 H2O Cu H2O H2OOH2 2+ NH3 Cu H3N H3NNH3 2+ 1Cu与与4O形成的结构形成的结构 为平面正方形为平面正方形 1Cu与与4N形成的结构形成的结构

4、 为平面正方形为平面正方形 2021/3/147 2021/3/148 一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体 1 1、晶体与非晶体、晶体与非晶体 晶体晶体具有规则几何外形的固体具有规则几何外形的固体 非晶体非晶体没有规则几何外形的固体没有规则几何外形的固体 又称玻璃体又称玻璃体 2021/3/149 2 2、晶体与非晶体性质对比、晶体与非晶体性质对比 自范性微观结构各向异性 熔沸点 晶体 非晶体 有有 无无 原子在三维空原子在三维空 间里呈周期性间里呈周期性 有序排列有序排列 原子排列相原子排列相 对无序对无序 强度、导强度、导 热性、光热性、光 学性质等学性质等 无无 有固定有固定 熔沸点熔沸点

5、 无固定无固定 熔沸点熔沸点 自范性自范性 晶体能晶体能自发自发地呈现多面体外形的性质地呈现多面体外形的性质 自范性前提自范性前提:晶体生长的速率适当晶体生长的速率适当 本质差异 各向异性各向异性 不同方向上不同方向上,性质有差异性质有差异 2021/3/1410 3 3、晶体形成的途径、晶体形成的途径 熔融态物质凝固熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固( (凝华凝华) ) 溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出 2021/3/1411 3 3、晶体的鉴别、晶体的鉴别 物理性质差异物理性质差异 如如: :外形、硬度、熔点、折光率外形、硬度、熔点、折光率 最科学的方

6、法是对固体进行最科学的方法是对固体进行X-X-射线衍射实验射线衍射实验 2021/3/1412 1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是 A、晶体一定比非晶体的熔点高、晶体一定比非晶体的熔点高 B、晶体有自范性但排列无序、晶体有自范性但排列无序 C、非晶体无自范性而且排列无序、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体、固体SiO2一定是晶体一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 A、熔沸点、熔沸点 B、硬度、硬度 C、颜色、颜色 D、x-射线衍射实验射线衍射实验 C D 课堂练习课堂练习 2021/3/1413 二、

7、晶胞二、晶胞 1 1、晶胞、晶胞: :描述晶体结构的基本单元描述晶体结构的基本单元 晶胞是无形的晶胞是无形的,是人为划定的是人为划定的 2021/3/1414 2 2、晶胞特征、晶胞特征 一般是一般是平行六面体平行六面体 晶体由晶胞晶体由晶胞“无隙并置无隙并置”而成而成 平行六平行六 面体面体 无无 隙隙 并并 置置 2021/3/1415 3 3、三种典型立方晶体结构、三种典型立方晶体结构 2021/3/1416 4.4.晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算 晶胞晶胞顶角顶角原子为原子为8个晶胞共用个晶胞共用,每个晶胞占每个晶胞占1/8 晶胞晶胞棱上棱上原子为原子为4个晶胞共用个晶胞共用

8、,每个晶胞占每个晶胞占1/4 晶胞晶胞面上面上原子为原子为2个晶胞共用个晶胞共用,每个晶胞占每个晶胞占1/2 晶胞晶胞内部内部的原子为的原子为1个晶胞独自占有个晶胞独自占有,即为即为1 2021/3/1417 1:1C2D EF XY3Z 2021/3/1418 2、下图依次是金属钠、下图依次是金属钠(Na)、金属锌、金属锌(Zn)、碘、碘(12)、 金刚石金刚石(C)晶胞的示意图晶胞的示意图,数一数数一数,它们分别平均含有它们分别平均含有 几个原子几个原子? Na Zn I2 金刚石金刚石 2021/3/1419 3、钙、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察钛矿晶胞结构如图所示。观察 钙钙-钛矿晶

9、胞结构钛矿晶胞结构,求该晶体中求该晶体中,钙、钛、钙、钛、 氧的微粒个数比为多少氧的微粒个数比为多少? 2021/3/1420 (8 + 6 )3 =12 8 1 2 1 4、下图是、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图分子晶体的晶胞结构示意图, 其中有多少个原子其中有多少个原子? 2021/3/1421 2021/3/1422 2021/3/1423 一、分子晶体一、分子晶体 1 1、分子晶体、分子晶体 概念概念: 只含分子的晶体只含分子的晶体 组成微粒组成微粒: 分子分子 粒子间作用力粒子间作用力: 分子内原子间以共价键结合分子内原子间以共价键结合 相邻分子间靠分子间作用力（范德相邻分子间

10、靠分子间作用力（范德 华力、氢键）相互吸引华力、氢键）相互吸引 化学式就是分子式化学式就是分子式 2021/3/1424 2 2、常见的分子晶体、常见的分子晶体 所有非金属氢化物所有非金属氢化物 部分非金属单质部分非金属单质 部分非金属氧化物部分非金属氧化物 几乎所有的酸几乎所有的酸 绝大多数有机物的晶体绝大多数有机物的晶体 2021/3/1425 3 3、结构特征、结构特征 分子间作用力分子间作用力 范德华力范德华力 氢键氢键 若分子间只有范德华力时若分子间只有范德华力时 以以1个个分子为中心分子为中心,周围有周围有12个紧邻个紧邻分子分子,即分即分 子子密堆积密堆积结构结构 2021/3/

11、1426 CO2 干冰干冰 晶胞晶胞 2021/3/1427 若分子间主要为氢键时若分子间主要为氢键时 以以1个个分子为中心分子为中心,周围有周围有4个相邻个相邻分子分子,即分即分 子子非密堆积非密堆积结构。如结构。如:HF 、NH3、冰等、冰等 2021/3/1428 4 4、物理性质、物理性质 熔沸点较低熔沸点较低;易升华易升华 硬度很小硬度很小 固态和熔融状态时都不导电固态和熔融状态时都不导电 只有酸的水溶液中有的导电只有酸的水溶液中有的导电 相似相溶原理相似相溶原理 2021/3/1429 1.1.下列性质适合于分子晶体的是下列性质适合于分子晶体的是( )( ) A. A.熔点熔点10

12、70,1070,易溶于水易溶于水, ,水溶液导电水溶液导电 B.B.熔点熔点10.31 10.31 , ,液态不导电、水溶液能导电液态不导电、水溶液能导电 C.C.易溶于易溶于CSCS2 2、熔点、熔点112.8 112.8 , ,沸点沸点444.6444.6 D. D.熔点熔点97.8197.81, ,质软、导电、密度质软、导电、密度0.97g0.97gcm3cm3 BCBC 2.2.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不 同作用方式同作用方式, ,下列物质中下列物质中, ,只含有上述一种作用的是只含有上述一种作用的是 ( )( ) A.A.

13、干冰干冰 B.B.氯化钠氯化钠 C.C.氢氧化钠氢氧化钠 D.D.碘碘 B B 练习练习: : 3.3.下列分子晶体下列分子晶体: :H H2 2O O HCl HCl HBr HBr HI HI CO CO N N2 2 H H2 2熔沸点由高到低的顺序是熔沸点由高到低的顺序是( )( ) A. A. B. B. C. C. D. D. C C 2021/3/1430 5 5下列过程中下列过程中, ,共价键被破坏的是共价键被破坏的是( ) ( ) A A碘升华碘升华 B B溴蒸气被木炭吸附溴蒸气被木炭吸附 C C酒精溶于水酒精溶于水 D DHClHCl气体溶于水气体溶于水 4.4.当当S0S

14、03 3晶体熔化或气化时晶体熔化或气化时, ,下述各项中发生变化的下述各项中发生变化的 是是( )( ) A. A.分子内化学键分子内化学键 B.B.分子间距离分子间距离 C.C.分子构型分子构型 D.D.分子间作用力分子间作用力 BDBD D D 6.6.下列有关共价化合物的说法下列有关共价化合物的说法: :具有较低的熔、沸具有较低的熔、沸 点点 不是电解质不是电解质 固态时是分子晶体固态时是分子晶体 都是由都是由 分子构成分子构成 液态时不导电液态时不导电, ,其中一定正确的是其中一定正确的是( )( ) A. A. B. B. C. C. D. D. D D 2021/3/1431 7

15、7已知氯化铝的熔点为已知氯化铝的熔点为190(2190(2202202lOlO5 5Pa),Pa),但它在但它在 180180即开始升华。即开始升华。 (1)(1)氯化铝是氯化铝是_。( (填填“离子化合物离子化合物”“”“共共 价化合物价化合物”) ) (2) (2)无水氯化铝在空气中强烈的无水氯化铝在空气中强烈的“发烟发烟”, ,其原因是其原因是 _ _。 (3)(3)设计一个可靠的实验设计一个可靠的实验, ,判断氧化铝是离子化合物还判断氧化铝是离子化合物还 是共价化合物。你设计的实验是是共价化合物。你设计的实验是 _。 (4)(4)在在500K500K和和1.011.0110105 5P

16、aPa时时, ,它的蒸气密度它的蒸气密度( (换算为标换算为标 准状况时准状况时) )为为11.92g11.92gL L 1 1, ,试确定氯化铝在蒸气状态时的 试确定氯化铝在蒸气状态时的 化学式为化学式为_。 共价化合物共价化合物 AlAl2 2ClCl6 6 氯化铝与空气中的水蒸气发生水解反应产生氯化铝与空气中的水蒸气发生水解反应产生HClHCl气体气体,HCl,HCl 在空气中形成酸雾而在空气中形成酸雾而“发烟发烟”。 在其熔融状态下在其熔融状态下,试验其是否导电试验其是否导电;若不导电是共价化合物。若不导电是共价化合物。 2021/3/1432 1 1、下列物质属于分子晶体的化合物是（

17、、下列物质属于分子晶体的化合物是（ ） A A、石英、石英 B B、硫磺、硫磺 C C、干冰、干冰 D D、食盐、食盐 C 练习练习 2 2、干冰气化时、干冰气化时, ,下列所述内容发生变化的是下列所述内容发生变化的是 A A、分子内共价键、分子内共价键 B B、分子间作用力、分子间作用力 C C、分子键距离、分子键距离 D D、分子间的氢键、分子间的氢键 BC 3 3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ ） A A、离子键、离子键 B B、极性键、极性键 C C、非极性键、非极性键 D D、范德华力、范德华力 A 2021/3/1433 4、水分子间存在着氢键的作

18、用、水分子间存在着氢键的作用,使水使水 分子彼此结合而成（分子彼此结合而成（H2O）n。在冰。在冰 中每个水分子被中每个水分子被4个水分子包围形成个水分子包围形成 变形的正四面体变形的正四面体,通过通过“氢键氢键”相互相互 连接成庞大的分子晶体连接成庞大的分子晶体,其结构如图其结构如图: 试分析试分析: 1mol 冰中有冰中有 mol氢键氢键? H2O的熔沸点比的熔沸点比H2S高还是低高还是低?为为 什么什么? 2 氢键氢键 2021/3/1434 二、原子晶体二、原子晶体 1 1、原子晶体、原子晶体 概念概念: 原子间以共价键相结合而形成原子间以共价键相结合而形成 空间网状结构的晶体空间网状

19、结构的晶体 ,又称共价晶体又称共价晶体 组成微粒组成微粒: 原子原子 粒子间作用力粒子间作用力: 共价键共价键 无分子式无分子式 化学式表示原子最简整数比化学式表示原子最简整数比 2021/3/1435 2 2、常见原子晶体、常见原子晶体 某些非金属单质某些非金属单质: : 某些非金属化合物某些非金属化合物: : 硼（硼（B）、硅（）、硅（Si） 锗（锗（Ge）、金刚石（）、金刚石（C）等）等 SiC、BN、SiO2、Al2O3等等 2021/3/1436 3 3、结构特征、结构特征 晶体中只存在共价键晶体中只存在共价键,无单个分子存在无单个分子存在; 晶体为空间网状结构。晶体为空间网状结构。

20、 金刚石金刚石 二氧二氧 化硅化硅 2021/3/1437 4 4、原子晶体的物理性质、原子晶体的物理性质 熔沸点高熔沸点高 硬度大硬度大 一般不导电一般不导电 难溶于溶剂难溶于溶剂 2021/3/1438 在在SiO2晶体中晶体中,每个每个Si原子和（原子和（ ）个）个O原子原子 形成（形成（ ）个共价键即每个）个共价键即每个Si原子周围结原子周围结 合（合（ ）个）个O原子原子;同时同时,每个每个O 原子和（原子和（ ）个）个Si原子相结合。在原子相结合。在SiO2晶体中晶体中,最小的最小的 环是（环是（ ）元环。）元环。( )单个的单个的SiO2分分 子存在。子存在。 4 4 4 2 1

21、2 没有没有 2021/3/1439 2021/3/1440 一、金属键一、金属键 1 1、金属键、金属键 金属离子金属离子与与自由电子自由电子之间强烈的相互作用之间强烈的相互作用 定义定义 本质本质 电子气理论电子气理论 金属原子的价电子发生脱落金属原子的价电子发生脱落, 形成金属阳离子和自由电子形成金属阳离子和自由电子 自由电子被所有原子所共用自由电子被所有原子所共用 从而把所有的金属原子维系在一起从而把所有的金属原子维系在一起 无饱和性无饱和性 无方向性无方向性 2021/3/1441 2 2、金属晶体、金属晶体 金属离子与自由电子通过金属键结合金属离子与自由电子通过金属键结合 而成的晶

22、体叫做金属晶体而成的晶体叫做金属晶体 粒子间的作用力粒子间的作用力: : 金属键金属键 构成金属晶体的粒子构成金属晶体的粒子: 金属离子、自由电子金属离子、自由电子 常见金属晶体常见金属晶体 :金属、合金金属、合金 2021/3/1442 3 3、金属性质与电子气理论、金属性质与电子气理论 金属导电性金属导电性 电子气的运动是没有一定方向的电子气的运动是没有一定方向的,但在外但在外 加电场的条件下加电场的条件下,自由电子定向运动形成自由电子定向运动形成 电流电流,所以金属容易导电所以金属容易导电 2021/3/1443 金属的导热性金属的导热性 自由电子在运动时与金属离子碰撞自由电子在运动时与

23、金属离子碰撞,把能把能 量从温度高的部分传到温度低的部分量从温度高的部分传到温度低的部分,从从 而使整块金属达到相同的温度。而使整块金属达到相同的温度。 高温下热运动剧烈高温下热运动剧烈,因此电子的定向移因此电子的定向移 动程度减弱动程度减弱,所以所以,随着温度的升高随着温度的升高,金属金属 的导电性减弱的导电性减弱 2021/3/1444 金属的延展性金属的延展性 金属离子和自由电子间相互作用没有方向性金属离子和自由电子间相互作用没有方向性, 在外力作用下各原子层就会发生相对滑动在外力作用下各原子层就会发生相对滑动,但但 不会改变原来的排列方式不会改变原来的排列方式,而且弥漫在金属原而且弥漫

24、在金属原 子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间 润滑剂的作用润滑剂的作用 2021/3/1445 金属键的强弱与金属键的强弱与离子半径、离子电荷离子半径、离子电荷有关有关 金属的熔点、硬度金属的熔点、硬度 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关 离子半径离子半径越小越小或离子所带电荷或离子所带电荷越多越多,则金属则金属 键键越强越强,金属的熔沸点金属的熔沸点越高越高、硬度、硬度越大越大。 2021/3/1446 二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 1 1、几个概念、几个概念 配位数配位数:在晶体中与每个微粒

25、紧密相邻在晶体中与每个微粒紧密相邻 且距离相等的微粒个数且距离相等的微粒个数 空间利用率空间利用率: : 晶体的空间被微粒占满的体积百分数晶体的空间被微粒占满的体积百分数 用来表示紧密堆积程度用来表示紧密堆积程度 2021/3/1447 金属的二维堆积方式金属的二维堆积方式 非密置层非密置层 配位数为配位数为4 密置层密置层 配位数为配位数为6 2021/3/1448 2 2、金属的三维堆积方式、金属的三维堆积方式 简单立方堆积简单立方堆积 唯一金属唯一金属钋钋 2021/3/1449 简单立方堆积的配位数简单立方堆积的配位数 =6 2021/3/1450 简单立方堆积的空间占有率简单立方堆积

26、的空间占有率 =52% 球半径为球半径为r 正方体边长为正方体边长为a =2r 2021/3/1451 体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型） K、Na、Fe 2021/3/1452 体心立方堆积的配位数体心立方堆积的配位数 =8 2021/3/1453 体心立方堆积的空间占有率体心立方堆积的空间占有率 =68% 体对角线长为体对角线长为c 面对角线长为面对角线长为b 棱线长为棱线长为a 球半径为球半径为r c2=b2+a2 b2=a2+a2 c=4r (4r)2=3a2 2021/3/1454 2021/3/1455 六方最密堆积（镁型）六方最密堆积（镁型） Mg、Zn、Ti A B A

27、B A 1 2 3 45 6 2021/3/1456 六方最密堆积的配位数六方最密堆积的配位数 =12 2021/3/1457 六方最密堆积的晶胞六方最密堆积的晶胞 2021/3/1458 六方最密六方最密 堆积的晶胞堆积的晶胞 2021/3/1459 六方最密堆积的空间占有率六方最密堆积的空间占有率 =74% 上下面为菱形上下面为菱形 边长为半径的边长为半径的2倍倍 2r 高为高为2倍倍 正四面体的高正四面体的高 r2 3 6 2 2021/3/1460 2021/3/1461 面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积（铜型） Cu、Ag、Au A B C A A B C 2021/3/14

28、62 1 2 3 45 6 2021/3/1463 立方面心最密堆积的配位数立方面心最密堆积的配位数 =12 2021/3/1464 立方面心最密堆积的空间占有率立方面心最密堆积的空间占有率 =74% 2021/3/1465 2021/3/1466 一、离子晶体一、离子晶体 1 1、离子晶体、离子晶体 概念概念: 由阳离子和阴离子通过离子键由阳离子和阴离子通过离子键 结合而成的晶体叫做离子晶体结合而成的晶体叫做离子晶体 组成微粒组成微粒: 阴阳阴阳 离子离子 粒子间作用力粒子间作用力:离子键离子键 无分子式无分子式 化学式表示离子最简整数比化学式表示离子最简整数比 配位数（缩写为配位数（缩写为C.N.） 一个离子周围最邻近的异电性离子的数目一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 2021/3/1467 2 2、常见离子晶体、常见离子晶体 强碱、金属氧化物、部分盐类强碱、金属氧化物、部分盐类 NaCl NaCl 晶体晶体 阴离子配位数阴离子配位数 阳离子配位数阳离子配位数 6 6 2021/3/1468 NaCl 晶体晶体 每个每个Cl 周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cl有