高考化学一轮复习 第12章 物质结构与性质（选修）第3讲 晶体结构与性质课件 新人教版

第十二章物质结构与性质(选修)第三讲晶体结构与性质 考纲要求 1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。 2了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成粒子及粒子间作用力的区别。 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。 1晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别。考点一晶体的常识考点一晶体的常识 知识梳理知识梳理周期性有序周期性有序分类分类是否有自范性是否有自范性微观结构微观结构晶体晶体有有原子在三维空间里呈原子在三维空间里呈_排列排列非晶体非晶体没有没有原子排列相对原子排列相对_无序无序 (2)得到晶体的途径。 熔融态物质凝固。 气态物质不经液态直接凝固。 溶质从溶液中析出。 (3)晶体的特点。 外形和内部质点排列的_性。 晶体的许多物理性质(如强度)表现出_性。 晶体具有_性，即晶体能自发地呈现_的性质。 (4)区别晶体和非晶体的方法。 熔点法：_的熔点较固定，而_没有固定的熔点。 _：当单一波长的X射线通过晶体时，会在记录仪上看到_，而非晶体则没有。高度有序高度有序各向异各向异自范自范几何多面体几何多面体晶体晶体非晶体非晶体X射线衍射法射线衍射法分立的斑点或谱线分立的斑点或谱线 2晶胞 (1)概念。 描述晶体结构的_。 (2)晶体中晶胞的排列无隙并置。 无隙：相邻晶胞之间没有_。 并置：所有晶胞_排列、_相同。基本单元基本单元任何间隙任何间隙平行平行取向取向 判断正误，正确的划“”，错误的划“” (1)固态物质一定是晶体() (2)冰和固态碘中相互作用力相同() (3)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列() (4)凡有规则外形的固体一定是晶体() (5)固体SiO2一定是晶体()思考辨析思考辨析 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_。题组训练题组训练MN MN3 MN2 2Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。 (1)在1个晶胞中，Zn2的数目为_。 (2)该化合物的化学式为_。 解析一个晶胞中Zn2的数目1(8个顶点)3(6个面心)4，S2的数目4(4个体心)。4 ZnS 3F、K和Ni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_；Ni的配位数为_。 (2)列式计算该晶体的密度_ gcm3。K2NiF4 6 4 XY2或或Y2X (2)非长方体形(正方体形)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1/3。 2晶体的密度及微粒间距离的计算 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xM g(M为微粒的相对“分子”质量)；又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 a3NA g，因此有xM a3NA。 1四类晶体的比较考点二四种晶体性质比较考点二四种晶体性质比较 知识梳理知识梳理类型类型比较比较分子晶体分子晶体原子原子晶体晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体构成粒子构成粒子_粒子间的相粒子间的相互作用力互作用力_硬度硬度_有的有的_， 有的有的_熔、沸点熔、沸点_有的有的_，有的有的_分子分子原子原子金属阳离子、金属阳离子、自由电子自由电子阴、阳离子阴、阳离子分子间作用力分子间作用力共价键共价键金属键金属键离子键离子键较小较小很大很大很大很大很小很小较大较大较低较低很高很高很高很高很低很低较高较高 类型类型比较比较分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体溶解性溶解性相似相溶相似相溶难溶于任何难溶于任何溶剂溶剂常见溶剂常见溶剂难溶难溶大多数易溶于大多数易溶于水等极性溶剂水等极性溶剂导电、导电、导热性导热性一般不导电，溶于一般不导电，溶于水后有的导电水后有的导电一般不具有一般不具有导电性，个导电性，个别为半导体别为半导体电和热的电和热的良导体良导体晶体不导电，晶体不导电，水溶液或熔融水溶液或熔融态导电态导电物质类物质类别及举别及举例例所有非金属氢化物所有非金属氢化物(如水、硫化氢如水、硫化氢)、部、部分非金属单质分非金属单质(如卤如卤素素X2)、部分非金属、部分非金属氧化物氧化物(如如CO2、SO2)、几乎所有的、几乎所有的酸、绝大多数有机酸、绝大多数有机物物(有机盐除外有机盐除外)部分非金属部分非金属单质单质(如金刚如金刚石、硅、晶石、硅、晶体硼体硼)，部分，部分非金属化合非金属化合物物(如如SiC、SiO2)金属单质金属单质与合金与合金(如如Na、Al、Fe、青铜、青铜)金属氧化物金属氧化物(如如K2O、Na2O)、强碱、强碱(如如KOH、NaOH)、绝大、绝大部分盐部分盐(如如NaCl) 2.离子晶体的晶格能 (1)定义： 气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：_。 (2)影响因素： 离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越_。 离子的半径：离子的半径越_，晶格能越大。 (3)与离子晶体性质的关系： 晶格能越大，形成的离子晶体越_，且熔点越高，硬度越_。kJmol1大大小小稳定稳定大大 判断正误，正确的划“”，错误的划“” (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)金属元素与非金属元素组成的晶体一定是离子晶体()思考辨析思考辨析 一、晶体类型的判断 1有下列八种晶体： A水晶B冰醋酸C氧化镁D白磷E晶体氩F氯化铵G铝H金刚石 用选项字母回答下列问题： (1)属于原子晶体的化合物是_。直接由原子构成的晶体是_，直接由原子构成的分子晶体是_。 (2)由极性分子构成的晶体是_，含有共价键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。 (3)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_，需克服共价键的是_。题组训练题组训练A AEH E B F DE G BD AH 解析首先正确的判断晶体类型，其次注意题目的附加要求，如属于原子晶体的化合物，另外稀有气体为单原子分子，金属晶体导电时仅有自由电子在外加电场作用下发生定向移动，属物理变化。 2现有几组物质的熔点数据如下表：A组组B组组C组组D组组金刚石：金刚石：3 110 Li：181 HF：83 NaCl：801 硅晶体：硅晶体：1 410 Na：98 HCl：114 KCl：776 硼晶体：硼晶体：2 300 K：64 HBr：89 RbCl：718 二氧化硅：二氧化硅：1 723 Rb：39 HI：51 CsCl：645 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 解析A组熔点高，而且已知金刚石、硅为原子晶体；B组为金属晶体，所以应该具备金属晶体的性质；C组中HF分子间存在氢键；D组为离子晶体，具备离子晶体的性质。原子原子 共价键共价键 HF分子间能形成氢键，其熔化时需要分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多消耗的能量更多 3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，结果如表：序号序号熔点熔点/硬度硬度水溶性水溶性导电性导电性水溶液与水溶液与Ag反应反应A811较大较大易溶易溶水溶液或水溶液或熔融导电熔融导电白色沉淀白色沉淀B3 500很大很大不溶不溶不导电不导电不反应不反应C114.2很小很小易溶易溶液态液态不导电不导电白色沉淀白色沉淀 (1)晶体的化学式分别为A_、B_、C_。 (2)晶体的类型分别是A_、 B_、C_。 (3)晶体中微粒间作用力分别是A_、B_、C_。 解析根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。NaCl C HCl 离子晶体离子晶体 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 离子键离子键 共价键共价键 范德华力范德华力 晶体类型的判断 1依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断 离子晶体的晶格质点是阴、阳离子，质点间的作用是离子键；原子晶体的晶格质点是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的晶格质点是分子，质点间的作用为分子间作用力，即范德华力；金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子，质点间的作用是金属键。 2依据物质的分类判断 金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。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。金属单质(常温除汞外)与合金是金属晶体。 3依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度。原子晶体熔点高，常在1 000度至几千度。分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度，金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。 4依据导电性判断 离子晶体水溶液及熔化时能导电。原子晶体一般为非导体，石墨能导电。分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。金属晶体是电的良导体。 5依据硬度和机械性能判断 离子晶体硬度较大或硬而脆。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。 二、晶体熔、沸点的比较 4下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是() ACl2I2BSiCl4PH3DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3解析解析A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；质量大的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔沸点高；沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。的熔、沸点高。答案答案C 5NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表： 试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是() AB C D解析解析NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，MgO中键长中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。答案答案B物质物质NaFNaIMgO离子电荷数离子电荷数112键长键长(1010 m)2.313.182.10 6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、HgCO、KCl、SiO2Na、K、Rb Na、Mg、Al A B C D解析解析中中Hg在常温下为液态，而在常温下为液态，而I2为固态，故为固态，故错；错；中中SiO2为原子晶体，其熔点最高，为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故是分子晶体，其熔点最低，故正确；正确；中中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，故弱，熔点逐渐降低，故错；错；中中Na、Mg、Al价电子数依次增多，原价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故正确。正确。答案答案D 7参考下表中物质的熔点，回答有关问题： (1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的_有关，随着_的增大，熔点依次降低。 (2)硅的卤化物的熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与_有关，随着_增大，_增大，故熔点依次升高。 (3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与_有关，因为_ _，故前者的熔点远高于后者。物质物质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔点熔点/995801755651801776715646物质物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4熔点熔点/90.470.45.212070.449.536.215半径半径 半径半径 相对分子质量相对分子质量 相对分子质量相对分子质量 分子间作用力分子间作用力 晶体类型晶体类型 钠的卤化物为离子晶体，而硅的卤化物为分子钠的卤化物为离子晶体，而硅的卤化物为分子晶体晶体 解析分析表中的物质和数据：NaF、NaCl、NaBr、NaI均为离子晶体，它们的阳离子相同，阴离子随着离子半径的增大，离子键依次减弱，熔点依次降低。NaCl、KCl、RbCl、CsCl四种碱金属的氯化物均为离子晶体，它们的阴离子相同，阳离子随着离子半径的增大，离子键逐渐减弱，熔点依次降低。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4四种硅的卤化物均为分子晶体，它们的结构相似，随着相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增强，熔点依次升高。SiCl4、GeCl4、SnCl4、PbCl4四种碳族元素的氯化物均为分子晶体。它们的组成和结构相似，随着相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增强，熔点依次升高。 晶体熔沸点高低的比较 1不同类型晶体的熔、沸点高低规律：原子晶体离子晶体分子晶体。 金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、镓、铯等。 2由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如：金刚石石英碳化硅硅。 3离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。 4分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如熔、沸点：O2N2，HIHBrHCl。组成和结构不相似的物质，分子极性越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CON2，在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点越低，如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷；芳香烃及其衍生物的同分异构体，其熔、沸点高低顺序是“邻位间位对位”化合物。 特别提醒(1)若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。例如： 熔、沸点：HFHIHBrHCl。 (2)金属晶体中金属离子半径越小，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：NaMgNaKRbCs。 (4)根据物质在相同条件下的状态不同，熔、沸点：固体液体气体。例如：SHgO2。 1原子晶体(金刚石和二氧化硅)考点三几种常见的晶体模型考点三几种常见的晶体模型 知识梳理知识梳理 (1)金刚石晶体中，每个C与另外_个C形成共价键，CC 键之间的夹角是10928，最小的环是_元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有_ mol。 (2)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，1 mol SiO2中含有_mol SiO键。4六六242十二十二Si4 2分子晶体 (1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有_个。 (2)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1 mol H2O的冰中，最多可形成_mol“氢键”。1242 3离子晶体 (1)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。 (2)CsCl型：在晶体中，每个Cl吸引_个Cs，每个Cs吸引_个Cl，配位数为_。66644888 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_。分子间作用力分子间作用力2sp2 5常见金属晶体的原子堆积模型 1(双选)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_(填选项字母)。题组训练题组训练解析解析冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；冰属于分子晶体，干冰、碘也属于分子晶体；B为干冰晶为干冰晶胞，胞，C为碘晶胞。为碘晶胞。答案答案BC 2(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_。非密置非密置 4 密置密置 6 6 1 (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_。六六 A Po 6s26p4 3根据图回答问题： (1)A图是某离子化合物的晶胞(组成晶体的一个最小单位)，阳离子位于中间，阴离子位于8个顶点，该化合物中阳、阴离子的个数比是_。 (2)B图表示构成NaCl晶体的一个晶胞，通过想象与推理，可确定一个NaCl晶胞中含Na和Cl的个数分别为_、_。 (3)钇钡铜复合氧化物超导体有着与钙钛矿相关的晶体结构，若Ca、Ti、O形成如C图所示的晶体，其化学式为_。 (4)石墨晶体结构如D图所示，每一层由无数个正六边形构成，则平均每一个正六边形所占有的碳原子数为_，CC键数为_。 (5)晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，如E图。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有1个原子。试观察E图，推断这个基本结构单元所含硼原子个数、键角、BB键的个数依次为_、_、_。1 1 4 4 CaTiO3 2 3 12 60 30