第三章++晶体结构与性质++大单元课件+2025-2026学年下学期高二化学人教版选择性必修3

晶体结构与性质物质的聚集状态与晶体的常识01物质的聚集状态1.物质的聚集状态：（1）物质三态间的相互转化（2）物质的聚集状态除了气态、液态、固态外，还有更多的聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。2.等离子体：等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质，等离子体具有良好的导电性和流动性。3.液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。晶体与非晶体1.晶体与非晶体的本质差异（1）自范性：在适宜条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质称之为自范性。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有原子排列相对无序2.晶体的特性晶体与非晶体3.获得晶体的三条途径（2）各向异性：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。包括晶体的强度、光学性质、导电性、导热性等。（3）有固定的熔点：常利用固体是否有固定的熔点间接确定某固体是否属于晶体。非晶体没有固定的熔点。（1）熔融态物质凝固。（2）气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。（3）溶质从溶液中析出。晶胞1.概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。2.结构：常规的晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。3.晶胞中粒子数目的计算（1）平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用；②晶胞棱上的原子是4晶胞共用；③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。晶胞如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为8×(1/8)＋6×(1/2)＝4。“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。晶胞（2）长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。晶胞（3）六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。晶体结构的测定1、测定仪器：X射线衍射仪2、原理：单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。3、晶体的X射线衍射实验图：经过计算，可以获得包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。分子晶体与共价晶体02分子晶体1、分子晶体：只含分子的晶体叫做分子晶体。

如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。2、常见分子晶体及物质类别物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等分子晶体1.红外光谱工作原理：红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。2.红外光谱仪原理示意图分子晶体（1）分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时需破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低。（2）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不导电。（3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。分子晶体（4）分子晶体熔、沸点比较规律①少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。②组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。③相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。④有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。分子晶体4.分子晶体的常见堆积方式分子间作用力堆积方式实例范德华力分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子如C60、干冰、I2、O2范德华力、氢键分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个如HF、NH3、冰分子晶体5、两种典型的分子晶体的组成和结构（1）冰①水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。②氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。分子晶体（2）干冰①干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。②每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。共价晶体1、共价晶体：所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体叫共价晶体。2、常见的共价晶体（1）某些单质：如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等（2）某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等（3）极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)3、共价晶体的物理性质（1）熔点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量（2）硬度很大。共价晶体（3）一般不导电，但晶体硅是半导体。（4）难溶于一般溶剂。3.典型的共价晶体（1）金刚石①碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。③最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。共价晶体（2）二氧化硅晶体二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α—SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。共价晶体①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。金属晶体与离子晶体03金属键与金属晶体1.金属键（1）定义：在金属单质晶体中原子之间金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。（2）成键微粒：金属阳离子和自由电子。（3）成键条件：金属单质或合金。（4）成键本质——电子气理论：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。金属键与金属晶体2.金属晶体（1）金属晶体是原子间通过金属键形成的一类晶体。金属晶体常温下除汞外都是固体。（2）性质：优良的导电性、导热性和延展性。3.用电子气理论解释金属材料的有关性质（1）延展性：大多数金属具有较好的延展性，这与金属阳离子和自由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原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，所以金属有良好的延展性。金属键与金属晶体（2）导热性：自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。（3）导电性：在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。离子晶体1.离子键：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。离子键没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的微粒倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多的排列带异性电荷的离子，从而达到稳定结构。2.离子晶体：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体。3.常见的离子晶体：强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐。离子晶体4.离子晶体的物理性质（1）具有较高的熔、沸点，难挥发离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。（2）硬度离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。离子晶体（3）导电性：离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。（4）溶解性：大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。过渡晶体与混合型晶体1.过渡晶体离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。一般偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，通常当作离子晶体来处理，如Na2O。偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。P2O5、SO3、Cl2O7等则视为分子晶体。过渡晶体与混合型晶体2.混合型晶体：既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体。3.石墨的结构模型石墨不同于金刚石，石墨中的碳原子呈sp2杂化，形成平面六元并环结构。因此，石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子的核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的。由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此，石墨有类似金属晶体的导电性。易混易错点清零04配合物1.配位键（1）定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予—接受”键被称为配位键。提供空轨道的原子或离子称为中心原子或离子，提供孤电子的原子对应的分子或离子称为配体或配位体。（2）表示方法：配位键可以用A→B表示，其中A是给予孤电子对的原子，B是接受孤电子对的原子。2.配合物：通常把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。配合物3.配合物的形成实验操作实验现象有关离子方程式滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2OCu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH—

溶液变血红色Fe3＋＋3SCN－==Fe(SCN)3白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的无色溶液AgCl＋2NH3==[Ag(NH3)2]Cl配合物实验证明，无论在得到的深蓝色透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在[Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。配合物4.配合物的形成对性质的影响（1）对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。（2）颜色的改变：当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。（3）稳定性增强：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。超分子1.超分子：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体称为超分子。2.超分子特性（1）分子间相互作用：通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。（2）分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。超分子3.超分子的实例（1）分离C60和C70超分子（2）分冠醚识别碱金属离子

冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。冠醚适合的粒子（直径/pm）12-冠-415-冠-518-冠-621-冠-7Li+Na+K+Rb+Cs+易混易错点清零05易混易错点清零

1.判断共价晶体和分子晶体的方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的的作用力是分子间作用力。（2）依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。（3）依据物质的状态判断