高中化学一轮复习 第七单元 第34讲 晶体结构与性质课件.ppt

第34讲 晶体结构与性质 考纲导视 考纲定位 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 金属晶体的结构微粒 微粒间作用力的区别 3 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 4 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 了解金属晶体常见的堆积方式 了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响 5 能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算 基础反馈 正误判断 正确的画 错误的画 1 离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离 子 2 分子晶体的熔沸点很低 常温下都呈液态或气态 3 原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合 4 金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子 电子定向运动 5 金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强 烈的相互作用 很难断裂 因而都具有延展性 6 氮化碳 属于原子晶体 其化学式为 C3N4 7 在CaF2晶体 中 每个晶胞平均占有4 个Ca2 中 碳原子与碳碳键 8 在金刚石晶体 个数的比为1 2 9 金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高 10 同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 考点一 晶体和晶胞 知识梳理 1 晶体与非晶体 有 无 有 无 固定 不固定 2 晶胞 1 晶胞 是描述晶体结构的基本单元 2 晶体与晶胞的关系 整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞 而成 晶胞是晶体结构中的基本重复单元 晶胞的结构可以反映晶体的结构 3 晶胞中粒子数目的计算 均摊法 如某个粒子为n个 1n 晶胞所共有 则该粒子有 属于这个晶胞 无隙并置 3 晶格能 kJ mol 1 大 小 稳定 高 大 1 定义 气态离子形成1mol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 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 硬度越 考点集训 例1 1 2014年新课标卷 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 Al单质为面心立方晶体 其晶胞参数a 0 405nm 晶胞中铝原子的配位数为 列式表示Al单质的密度 2 2014年江苏卷 Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4 铜晶胞结构如上图所示 铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 g cm 3 不必计算出结果 3 2013年江苏卷 Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所 示 在1个晶胞中 Zn离子的数目为 该化合物的化学式为 4 2013年四川卷 Al2O3在一定条件下可制得AlN AlN的晶体结构如上图所示 该晶体中Al的配位数是 5 2013年新课标卷 F K和Ni三种元素组成的一个化 合物的晶胞如右下图所示 该化合物的化学式为 Ni的配位数为 列式计算该晶体的密度 g cm 3 面心上的原子被两个晶胞共用 所以Cu原子数为3 8 12 3 从晶胞图分析 含有Zn离子为8 6 4 S为4个 2 选择一个顶点作中心原子 此晶胞中与此顶点最近的Cu原子为3个面心上的Cu原子 此顶点周围共有8个晶胞 每个 12 1182 所以化合物中Zn与S个数之比为1 1 则化学式为ZnS 4 以图中居于晶胞体心位置的铝原子为例 距离该原子最近且相等的氮原子有4个 5 在该化合物中F原子位于棱 面心 方法技巧 晶胞组成的计算规律 1 形的贡献为 那么每一个六边形实际有6 2个碳原子 2 非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法 其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有 例如 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 1133 例2 用晶体的X 射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数 对金属铜的测定得到以下结果 晶胞为面心立方最密堆积 边 cm3 晶胞的质量是 g 阿伏加德罗常数为 列式计算 已知Ar Cu 63 6 长为361pm 又知铜的密度为9 00g cm 3 则铜晶胞的体积是 例3 元素X的某价态离子Xn 中所有电子正好充满K L M三个电子层 它与N3 形成的晶体结构如图所示 1 该晶体的阳离子与阴离子个数比为 2 该晶体中Xn 中n 3 X元素的原子序数是 4 晶体中每个N3 被 个等距离的Xn 包围 答案 1 3 1 2 1 3 29 4 6 方法技巧 考点二 晶体类型的结构和性质 知识梳理 1 四种晶体的比较 分子 原子 阴 阳离子 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 续表 2 晶体熔 沸点的比较 原子晶体 离子晶体 1 不同类型晶体熔 沸点的比较 分子晶体 不同类型晶体的熔 沸点高低的一般规律 小 短 大 强 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 高 2 同种晶体类型熔 沸点的比较 原子晶体 比较共价键 原子半径越 键长越 键能越 共价键越 熔 沸点越 如熔点 金刚石 碳化硅 晶体硅 多 小 大 高 大 离子晶体 比较离子键强弱或晶格能大小 一般地说 阴 阳离子的电荷数越 离子半径越 则离子间的作用力就越 其离子晶体的熔 沸点就越 如熔点 MgO MgCl2 NaCl CsCl 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能 晶格能越 形成的离子晶体越 熔点越 硬度越 稳定 高 大 大 高 高 大 高 分子晶体 比较分子间作用力 分子间作用力越 物质的熔 沸点越 具有氢键的分子晶体熔 沸点反常地 如H2O H2Te H2Se H2S 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越 熔 沸点越 如SnH4 GeH4 SiH4 CH4 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CO N2 CH3OH CH3CH3 同分异构体 支链越多 熔 沸点越低 如CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 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 Na Mg Al 3 典型晶体模型 6 1 2 12 续表 6 12 8 6 续表 12 6 续表 12 8 12 考点集训 例4 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 结果如下表 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 答案 1 NaClC HCl 2 离子晶体 原子晶体 分子晶体 3 离子键 共价键 范德华力 方法技巧 晶体类型的判断方法 1 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断 离子晶体的构成微粒是阴 阳离子 微粒间的作用力是离子键 原子晶体的构成微粒是原子 微粒间的作用力是共价键 分子晶体的构成微粒是分子 微粒间的作用力为范德华力或氢键 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子 微粒间的作用力是金属键 2 依据物质的类别判断 金属氧化物 如K2O Na2O2等 强碱 NaOH KOH等 和绝大多数盐类是离子晶体 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 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 金属单质 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 原子晶体熔点高 分子晶体熔点低 金属晶体多数熔点高 但也有相当低的 4 依据导电性判断 离子晶体溶于水及熔融状态时能导电 原子晶体一般为非导体 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 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 例5 C和Si元素在化学中占有极其重要的地位 1 写出Si的基态原子核外电子排布式 从电负性角度分析 C Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为 2 SiC的晶体结构与晶体硅的相似 其中C原子的杂化方式为 微粒间存在的作用力是 SiC晶体和晶体Si的熔沸点高低顺序是 3 氧化物MO的电子总数与SiC的相等 则M为 填元素符号 MO是优良的耐高温材料 其晶体结构与NaCl晶体相似 MO的熔点比CaO的高 其原因是 Na M Ca三种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 4 C Si为同一主族的元素 CO2和SiO2的化学式相似 但结构和性质有很大的不同 CO2中C与O原子间形成 键和 键 SiO2中Si与O原子间不形成上述 键 从原子半径大小的角度分析 为何C O原子间能形成上述 键 而Si O原子间不能形成上述 键 SiO2属于 晶体 CO2属于 晶体 所以熔点CO2 SiO2 填 或 5 金刚石 晶体硅 二氧化硅 MO CO2 M六种晶体的构成微粒分别是 熔化时克服的微粒间的作用力分别是 解析 1 C Si和O的电负性大小顺序为 O C Si 2 晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连 呈正四面体结构 所以杂化方式是sp3 因为Si C的键长小于Si Si 所以熔点 碳化硅 晶体硅 3 SiC电子总数是20 则该氧化物为MgO 晶格能与所组成离子所带电荷成正比 与离子半径成反比 MgO与CaO的离子电荷数相同 Mg2 半径比Ca2 小 MgO晶格能大 熔点高 Na Mg Ca三种晶体均为金属晶体 金属晶体 都有金属光泽 都能导电 导热 都具有一定的延展性 4 Si的原子半径较大 Si O原子间距离较大 p p轨道肩并肩重叠程度较小 不能形成上述稳定的 键 SiO2为原子晶体 CO2为分子晶体 所以熔点SiO2 CO2 5 金刚石 晶体硅 二氧化硅均为原子晶体 构成微粒为原子 熔化时破坏共价键 Mg为金属晶体 由金属阳离子和自由电子构成 熔化时克服金属键 CO2为分子晶体 由分子构成 CO2分子间以分子间作用力结合 MgO为离子晶体 由Mg2 和O2 构成 熔化时破坏离子键 4 Si的原子半径较大 Si O原子间距离较大 p p轨道 肩并肩重叠程度较小 不能形成上述稳定的 键 原子 分子 5 原子 原子 原子 阴阳离子 分子 金属阳离子与自 共价键 共价键 共价键 离子键 分子间作用力 由电子金属键 答案 1 1s22s22p63s23p2O C Si 2 sp3共价键SiC Si 3 MgMg2 半径比Ca2 小 MgO晶格能大 例6 1 分析下列物质的物理性质 判断其晶体类型 碳化铝 黄色晶体 熔点2200 熔融态不导电 溴化铝 无色晶体 熔点98 熔融态不导电 五氟化钒 无色晶体 熔点19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 溴化钾 无色晶体 熔融或溶于水中都能导电 2 金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式 晶胞分别如图所示 面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为 面心立方 体心立方 解析 1 将晶体的熔点高低 熔融态能否导电及溶解性等性质相结合是判断晶体类型的重要依据 原子晶体和离子晶体的熔点都很高或较高 两者最大的差异是熔融态的导电性不同 答案 1 原子晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 2 2 1 例7 2016年四川成都月考 A B C D是元素周期表中前36号元素 它们的核电荷数依次增大 第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级 B原子的最外层p轨道的电子为半充满结构 C是地壳中含量最多的元素 D是第四周期元素 其原子核外最外层电子数与氢原子相同 其余各层电子均充满 请回答下列问题 1 A B C的第一电离能由小到大的顺序是 用对应的元素符号表示 D原子的基态电子排布式为 2 A的最高价氧化物对应的水化物分子中 其中心原子采取 杂化 BC的空间构型为 用文字描述 3 1molAB 中含有的 键个数为 4 如图是金属Ca和D所形成的某种合金的晶胞结构示意 图 则该合金中Ca和D的原子个数比是 0 083g cm 3 5 镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构XYn 它们有很强的储氢能力 已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9 0 10 23cm3 储氢后形成LaNinH4 5合金 氢进入晶胞空隙 体积不变 则LaNin中n 填数值 氢在合金中的密度为 解析 根据题中已知信息 第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级可知 A为碳元素 B为氮元素 C为氧元素 D为铜元素 镧镍合金储氢后 1mol晶体中氢元素的质量为4 5g 则氢在合金中的密度为 答案 1 C O N1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1 2 sp2平面三角形 3 2NA或2 6 02 1023 4 1 5 5 50 083g cm 3