《晶体结构与性质》课件

《晶体结构与性质》知识体系构建1.晶体结构与性质晶体结构与性质晶体常识晶体的特征：(1)自范性；(2)各向异性；(3)固定的熔点；

(4)能使X射线产生衍射获得晶体的途径：(1)熔融态物质凝固；(2)凝华；(3)溶

质从溶液中析出晶胞晶体结构的基本单元所含微粒数目的计算——“均摊法”晶体结构与性质分子晶体的特点：熔、沸点低，部分分子晶体易升华，

硬度小，不导电等分子间只有范德华力，无分子间

氢键：分子采用密堆积有分子间氢键：分子采用非密堆积分子晶体的结构特征分子晶体冰和干冰的结构特征共价晶体的结构特征和物理特征金刚石、石英及其他常见共价晶体共价晶体晶体结构与性质金属键的本质电子气理论的应用金属晶体离子晶体的特点：离子键较强，硬度较大，难于压缩，

一般有较高的熔、沸点典型离子晶体：NaCl和CsCl离子晶体返回核心素养提升晶体结构与性质是《物质结构与性质》模块中难度最大的内容，涉及晶体类型的判断，晶体性质的解释，晶胞的计算等，学习时，一要全面认识各类晶胞的结构，做到“了然于胸”；二要研究近几年高考试题的变化，做到“心中有数”。角度一各类晶胞再认识1.如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为_____。＋3R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。123456782.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图，则LaNin中n＝____。12345678所以n＝5。53.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______。CuH123456784.(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_______。解析每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。MgB212345678(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________。解析从图可看出，每个

单元中，都有一个B和一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用，所以B∶O123456785.已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单链结合，试根据下图确定该晶体的化学式为________。B3A412345678角度二晶胞参数和坐标参数的分析与应用6.[2020·山东，17(4)]以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。12345678坐标原子xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有___个Sn，找出距离Cd(0，0，0)最近的Sn____________________________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有___个。12345678坐标原子xyzCd000Sn000.5As0.250.250.1254(0.5，0，0.25)、(0.5，0.5，0)47.[2019·全国卷Ⅰ，35(4)]图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝_____pm，Mg原子之间最短距离y＝______pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是_______________g·cm－3(列出计算表达式)。1234567812345678度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为

，则原子2和3的坐标分别为__________、__________。8.[2019·全国卷Ⅱ，35(4)]一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为_______________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝______________________g·cm－3。以晶胞参数为单位长SmFeAsO1－xFx123456781234567812345678返回专题一晶体的熔、沸点比较典例1(高考题改编)完成下列空白:(1)苯胺()的晶体类型是

。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0℃)、沸点(110.6℃),原因是

。

(2)一些氧化物的熔点如表所示:解释表中氧化物之间熔点差异的原因:

。Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素,这三种元素+2价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为

。

氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8-75.5(3)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是

。

(4)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因:

。

锗卤化物GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃-49.526146沸点/℃83.1186约400(5)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:单质A有两种同素异形体,其中沸点较高的是

(填分子式),原因是

;A和B的氢化物所属的晶体类型分别为

和

。

答案

(1)分子晶体苯胺分子之间存在氢键(2)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。离子键强弱:MgO>Li2O;分子间作用力强弱:P4O6>NiO>CoO>FeO(3)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体(4)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高,原因是锗的卤化物分子结构相似,随相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增强(5)O3

O3相对分子质量较大且分子具有弱极性,分子间范德华力大分子晶体离子晶体解析

(1)苯胺为有机化合物,结合题给信息中苯胺的熔、沸点可知,苯胺为分子晶体。苯胺分子中有—NH2,分子间可形成氢键,而甲苯分子间不能形成氢键,分子间氢键可使分子晶体的熔、沸点较高。(2)氧化锂、氧化镁是离子晶体,六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体,离子键比分子间作用力强。因为Fe、Co、Ni的+2价氧化物是离子化合物,Fe2+、Co2+、Ni2+的半径依次减小,形成的离子键依次增强,熔点依次升高,故熔点顺序是NiO>CoO>FeO。方法点拨晶体熔、沸点高低的判断方法四种晶体熔、沸点的高低,取决于组成晶体的粒子间作用力的大小,粒子间作用力越大,晶体的熔、沸点就越高;粒子间的作用力越小,其熔、沸点就越低,具体有以下规律:一般来说,不同晶体类型的物质的熔、沸点存在如下关系:共价晶体>离子晶体>分子晶体。同类型晶体熔、沸点的比较如下:(1)分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小,而分子间作用力与其相对分子质量的大小及分子的极性有关。①组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越强,物质的熔、沸点就越高。②组成和结构不相似的物质(相对分子质量相近),分子的极性越大,其熔、沸点就越高。③同分异构体的比较。一般是支链越多,熔、沸点越低。结构越对称,沸点越低。例如,沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。④氢键的影响。若分子间可以形成氢键,则分子间作用力比结构相似的同类物质大,熔、沸点较高。例如,沸点:HF>HI>HBr>HCl。(2)共价晶体熔、沸点的高低取决于共价键的强弱,键能越大,键长越小,共价键越强,熔、沸点就越高。例如,熔、沸点:金刚石>金刚砂(SiC)>晶体硅。(3)离子晶体一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。(4)金属晶体①熔、沸点的高低取决于金属键的强弱,离子半径越小,阳离子所带的电荷越多,金属键越强,其熔、沸点就越高。例如,熔点:Al>Mg>Na。②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。对点训练

1-1下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是(

)A.食盐和蔗糖熔化 B.钠和硫熔化C.碘和干冰升华 D.二氧化硅和氧化钠熔化答案

C解析

根据构成晶体的粒子种类(离子、原子、分子等),以及粒子之间相互作用的强弱不同来判断。A项中食盐为离子晶体,蔗糖为分子晶体;B项中钠为金属晶体,硫为分子晶体;D项中SiO2为共价晶体,Na2O为离子晶体,以上三组物质均不属于同类晶体,其粒子间相互作用也就不属于同种类型。选项C,碘和干冰均属于分子晶体,二者升华都是克服范德华力,属于同种类型。对点训练

1-2四种物质的某些性质如下表所示:物质熔点/℃沸点/℃其他性质单质硫120.5271.5—单质硼23002550硬度大氯化铝190182.7177.8℃升华苛性钾3001320晶体不导电,熔融态导电晶体类型:单质硫是

晶体;单质硼是

晶体;氯化铝是

晶体;苛性钾是

晶体。

答案

分子共价分子离子解析

单质硫为非金属单质,由于其熔、沸点都较低,则晶体为分子晶体;单质硼为非金属单质,其熔、沸点都很高,则晶体为共价晶体;氯化铝为化合物,其熔、沸点都较低,并能在较低温度下升华,则晶体为分子晶体;苛性钾为化合物,其熔、沸点较高,晶体不导电,熔融态导电,则晶体为离子晶体。专题二晶胞结构的分析与计算典例2(高考题改编)完成下列空白:(1)氧与钠所形成的一种离子化合物Na2O晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是

(填离子符号)。

(2)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为

。

②若合金的密度为dg·cm-3,晶胞参数a=

nm。

(3)GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·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。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为

。

(4)晶胞有两个基本要素:①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为

。则D原子的坐标参数为

。

②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)。

解析

(1)由“均摊法”可知晶胞中白球有4个,黑球有8个,由化学式Na2O可知黑球代表钠离子。方法点拨1.均摊法确定晶胞的化学组成(1)方法晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个原子对这个晶胞的贡献就是

。(2)类型①长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献:②非长方体晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为

。再如图所示的正三棱柱形晶胞中:2.晶体密度及微粒间距离的计算(1)计算晶体密度的方法(2)微粒间距离的计算方法:依据粒子半径和晶胞结构,利用立体几何知识计算。3.熟悉几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目

A.NaCl型(含4个Na+,4个Cl-)B.干冰型(含4个CO2)C.CaF2型(含4个Ca2+,8个F-)D.金刚石型(含8个C)E.体心立方(含2个原子)F.面心立方(含4个原子)对点训练

2完成下列空白:(1)元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p能级上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。X与Y所形成的化合物晶体的晶胞如图所示。①在1个晶胞中,X离子的数目为

。

②该化合物的化学式为

。

(2)RCl可用作有机合成催化剂,并用于颜料、防腐等工业。R+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,它与Cl-形成的晶体结构如图所示。R的元素符号是

,与同一个Cl-相连的R+有

个。

(3)ZnS的晶胞结构如图所示,其晶胞边长为xpm,则ZnS晶体的密度为

g·cm-3(列式即可,NA表示阿伏加德罗常数的值);a与b之间的距离为

pm(用含x的式子表示)。

解析

(1)X的核外电子排布式为[Ar]3d104s2,则X为Zn;Y的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则Y为S;Z为O。一个晶胞中Zn2+的数目==4,S2-的数目=4(4个S2-在晶胞内部)。(2)R+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,说明R+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,是铜元素,从图中看出,一个R+与4个Cl-相连,同理与同一个Cl-相连的R+有4个。实验活动简单配合物的形成【实验目的】1.加深对配合物的认识。2.了解配合物的形成。【实验用品】实验仪器:试管、胶头滴管;实验试剂:硫酸铜溶液、氨水、硝酸银溶液、氯化钠溶液、氯化铁溶液、硫氰化钾溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、蒸馏水、乙醇、氯化钡溶液、氢氧化钠溶液、浓硝酸。【实验过程和结论】1.简单配合物的形成序号实验步骤实验现象解释(1)向盛有硫酸铜溶液的试管中加入氨水

继续滴加氨水

再加入乙醇

(2)向盛有氯化钠溶液的试管里滴几滴硝酸银溶液

再滴入氨水

提示

(1)生成蓝色絮状沉淀

Cu2++2NH3·H2O→Cu(OH)2↓+2

蓝色絮状沉淀溶解,得到深蓝色溶液

Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-析出深蓝色的晶体

乙醇的极性较小,降低了盐的溶解度(2)生成白色沉淀

Ag++Cl-===AgCl↓

白色沉淀溶解,得到无色溶液

AgCl+2NH3===[Ag(NH3)2]++Cl-2.简单离子与配离子的区别

实验步骤实验现象解释(1)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴氯化铁溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液

(2)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液

提示

(1)溶液变红色

Fe3+可与SCN-形成红色的配离子

(2)无明显现象

K3[Fe(CN)6]与SCN-不能形成红色物质【拓展实验】配合物的性质

实验步骤实验现象解释(1)将[C