优化探究高考化学总复习 第三章 晶体结构与性质课件（选修3）

第三章晶体结构与性质第三章晶体结构与性质 考纲要求1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.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。3.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。4.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。 1晶体与非晶体考点一晶体的常识考点一晶体的常识 2.获得晶体的三条途径 (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。 3晶胞 (1)晶胞：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 (2)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 (3)晶胞中粒子数目的计算均摊法：如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有 属于这个晶胞。 1判断正误，正确的画“”，错误的画“” (1)固态物质一定是晶体。() (2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。() (3)晶体内部的微粒按一定规律呈周期性的排列。() (4)凡有规则外形的固体一定是晶体。() (5)固体SiO2一定是晶体。() 2具有规则几何外形的固体是否一定是晶体？ 3立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被多少个晶胞共用？ 4六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被多少个晶胞共用？ 提示： 1(1)(2)(3)(4)(5) 2不一定，如玻璃属于玻璃态物质，没有固定的熔点。 3立方晶胞中，顶点、棱边、面心依次被8、4、2个晶胞共用。 4六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞共用。 1下图为离子晶体空间构型示意图：(阳离子，阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式： A_、B_、C_。 答案：MNMN3MN2晶胞中粒子个数的计算晶胞中粒子个数的计算 2.如图所示晶体结构是一种具有优良的压电、光电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)() A8；BaTi8O12 B8；BaTi4O9 C6；BaTiO3 D3；BaTi2O3 答案：C 3.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高纪录。右图所示为该化合物的晶体结构单元；镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为() AMg2B3 BMgB2 CMg2B DMg3B2答案：答案：B 4.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() A3 9 4 B1 4 2 C2 9 4 D3 8 4答案：答案：B 5.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_。答案：答案：3价价 6如图是金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，则其分子式为_。 解析：由于M、N原子并不存在共用关系，而是形成一个独立的气态团簇分子，其分子式可由原子个数来确定，而不能用均摊法。 答案：M14N13 晶胞组成的计算方法分割法 7ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为_gcm3(列式并计算)，a位置S2离子与b位置Zn2离子之间的距离为_pm(列式表示)。计算晶胞中粒子间距及晶胞体积计算晶胞中粒子间距及晶胞体积 8.(2013年高考新课标全国卷节选)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。 A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。 (1)该化合物的化学式为_；D的配位数为_。 (2)列式计算该晶体的密度_gcm3。 9(2014年高考新课标全国卷)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题： (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。 (2)基态Fe原子有_个未成对电子，Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为_。 (3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。 Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。 (4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。 晶体微粒与M、之间的关系 若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为x M g(M为微粒的相对“分子”质量)；1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为 a3 NA g，因此有xM a3NA。 1四类晶体的比较考点二四类常见晶体的比较考点二四类常见晶体的比较 2.晶格能(离子晶体) (1)定义：气态离子形成1摩尔离子晶体 的能量；单位：_。 (2)影响因素： 离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能 。 离子的半径：离子的半径，晶格能越大。 对离子晶体性质的影响： 晶格能越大，形成的离子晶体越 ，且熔点越 ，硬度越 。释放释放kJmol1越大越大越小越小稳定稳定高高大大 1判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子() (2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子() (3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高() (4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低() (5)离子晶体一定都含有金属元素() (6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体() 2CO2和SiO2在物理性质上有较大差异，而在化学性质上却有较多相似之处，你知道原因吗？ 提示： 1(1)(2)(3)(4)(5)(6) 2决定二者物理性质的因素：晶体类型及结构、微粒间的作用力，CO2是分子晶体，其微弱的分子间作用力是其决定因素，SiO2是原子晶体，其牢固的化学键是其决定因素。二者的化学性质均由其内部的化学键决定，而CO与SiO键都是极性键，所以在化学性质上有较多相似之处。 1下列物质：水晶冰醋酸氧化钙白磷晶体氩氢氧化钠铝金刚石过氧化钠碳化钙碳化硅干冰过氧化氢 (1)属于原子晶体的化合物_。 (2)直接由原子构成的晶体_。 (3)直接由原子构成的分子晶体_。 (4)由极性分子构成的晶体是_，含有非极性键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。 (5)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_，受热熔化后化学键不发生变化的是_，受热熔化后需克服共价键的是_。晶体类型的判断晶体类型的判断 解析：属于原子晶体的化合物是：碳化硅和水晶；属于分子晶体的有：氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)；属于离子晶体的有：CaO(离子键)、NaOH(既存在离子键又存在极性共价键)、Na2O2和CaC2(既存在离子键又存在非极性共价键)。金属导电过程不发生化学变化，晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。 答案：(1)(2)(3) (4) (5) 2有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果见下表：(1)晶体的化学式分别为晶体的化学式分别为A_、B_、C_。(2)晶体的类型分别是晶体的类型分别是A_、B_、C_。(3)晶体中微粒间作用力分别是晶体中微粒间作用力分别是A_、B_、C_。 答案：(1)NaClCHCl (2)离子晶体原子晶体分子晶体 (3)离子键共价键范德瓦耳斯力 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、Na2O2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)常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。 (4)金属单质是金属晶体。 3依据晶体的熔点判断 (1)离子晶体的熔点较高。 (2)原子晶体熔点很高。 (3)分子晶体熔点低。 (4)金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。 4依据导电性判断 (1)离子晶体溶于水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 (1)离子晶体硬度较大、硬而脆。 (2)原子晶体硬度大。 (3)分子晶体硬度小且较脆。 (4)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1.421010m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.541010m)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，熔、沸点低(熔点190 )。 (4)合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。 3下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是() A金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅 BCI4CBr4CCl4CH4 CMgOH2OO2Br2 D金刚石生铁纯铁钠 解析：对于A选项，同属于原子晶体，熔沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅离子晶体分子晶体，MgO(H2O、O2、Br2)，H2O(Br2、O2)，Br2O2，C项错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，D项错误。 答案：B晶体熔、沸点高低比较晶体熔、沸点高低比较 4根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据，判断下列有关说法中错误的是()A.SiCl4是分子晶体是分子晶体B单质单质B可能是原子晶体可能是原子晶体CAlCl3加热能升华加热能升华DNaCl的键的强度比的键的强度比KCl的小的小 解析：由表中所给熔、沸点数据可知，SiCl4应为分子晶体，A项正确；单质B可能为原子晶体，B项正确；AlCl3的沸点低于熔点，它可升华，C项也正确；NaCl的熔、沸点高于KCl的，表明Na与Cl键断裂较K与Cl键断裂难，即NaCl的键的强度大于KCl的，D项错误。 答案：D 5离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是() AKClNaClBaOCaO BNaClKClCaOBaO CCaOBaONaClKCl DCaOBaOKClNaCl 解析：离子晶体中，晶格能越大，晶体熔、沸点越高；离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大。 答案：C 分类比较晶体的熔、沸点 1不同类型晶体熔、沸点的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。 (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。 (2)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：MgOMgCl2NaClCsCl。 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 (3)分子晶体： 分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如H2OH2TeH2SeH2S。 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。 组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。 同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 如CH3CH2CH2CH2CH3 (4)金属晶体： 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。 1常见原子晶体、分子晶体、离子晶体的模型考点三典型的晶体模型考点三典型的晶体模型 2.常见金属晶体的原子堆积模型 1在晶体球棍模型中，金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗？分子晶体中有化学键吗？ 2试分析石墨晶体中粒子之间存在的作用力及碳原子采取的杂化方式。 3下列排列方式中，A.ABCABCABC BABABABABABCABBAABBADABCCBAABCCBA，属于镁型堆积方式的是_；属于铜型堆积方式的是_。 提示： 1不一样，金刚石中表示的是CC共价键，而干冰中的“棍”表示分子间作用力；分子晶体中多数含有化学键(如CO2中的CO键)，少数则无(如稀有气体形成的晶体)。 2石墨晶体呈层状结构：同层内每个碳原子与另外三个碳原子形成共价键，键角均为120；层与层之间存在范德瓦耳斯力。碳原子采取sp2杂化。 3BA 1下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞示意图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型相同的是_(请用相应的编号填写)。依据常见晶体的晶胞判断晶体类型依据常见晶体的晶胞判断晶体类型 解析：冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；B为干冰晶胞，C为碘晶胞。 答案：BC 2下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是() A最小的环上，有3个Si原子和3个O原子 B最小的环上，Si和O原子数之比为1 2 C最小的环上，有6个Si原子和6个O原子 D存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 解析：SiO2的晶体结构与金刚石的晶体结构相似，相当于把金刚石中的碳原子，换成硅原子，然后在两个硅原子中间插入一个氧原子，金刚石的晶体结构中每个最小的环上是6个碳原子，所以SiO2晶体中最小的环上应有6个硅原子和6个氧原子。 答案：C对晶胞结构的考查对晶胞结构的考查 3铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4处于立方晶胞顶点，Ba2处于晶胞中心，O2处于晶胞棱边中心。该化合物化学式为_，每个Ba2与_个O2配位。答案：答案：BaPbO312 4(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于_层，配位数是_；B属于_层，配位数是_。 (2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是_，平均每个晶胞所占有的原子数目是_。 (3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第_周期第_族，元素符号是_，最外电子层的电子排布式是_。 答案：(1)非密置4密置6 (2)61 (3)六APo6s26p4 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(如右图)，已知该晶体的密度为9.00 gcm3，晶胞中该原子的配位数为_；Cu的原子半径为_cm(阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。金属晶胞中原子半径的计算金属晶胞中原子半径的计算 晶体结构中的有关计算 1根据晶体晶胞的结构特点确定晶体的化学式 晶胞中粒子数目的计算 2根据晶体晶胞的结构特点和有关数据，求算晶体的密度或晶体晶胞的体积 对于立方晶胞，可建立如下求算途径： 典例晶胞是晶体中最小的重复单位，数目巨大的晶胞无隙并置构成晶体。NaCl晶体是一个正六面体(如图一)。我们把阴、阳离子看成不等径的圆球，并彼此相切(已知a为常数)。 请计算下列问题： (1)每个晶胞平均分摊_个Na，_个Cl。 (2)NaCl晶体中阴、阳离子的最短距离为_(用a表示)。 (3)NaCl晶体为“巨分子”，在高温下(1 413 时)晶体转变成气态团簇分子。现有1 mol NaCl晶体，加强热使其变为气态团簇分子，测得气体体积为11.2 L(已折算为标准状况)。则此时氯化钠气体的分子式为_。 即时训练金晶体是面心立方体，立方体的每个面上有5个金原子紧密堆砌(如图)，金原子半径为A cm，求： (1)金晶体中最小的一个立方体含有_个金原子。 (2)金的密度为_g/cm3(带A计算式表示)。