2019届高考化学一轮复习 第35讲 晶体结构与性质课件.ppt

第35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 了解分子晶体结构与性质的关系 3 了解晶体的类型 了解不同类型晶体中结构微粒 微粒间作用力的区别 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 5 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 6 了解晶胞的概念 能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算 7 了解晶格能的概念 了解晶格能对离子晶体性质的影响 考点1晶体与晶胞 知识梳理 1 晶体与非晶体 1 晶体与非晶体的比较 周期性有序 无序 各向异性 各向同性 熔点 X 射线衍射 2 获得晶体的三条途径 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接 溶质从溶液中析出 凝固 凝华 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 所有晶胞都是排列的 相同 3 形状 一般而言晶胞都是平行六面体 基本单元 任何间隙 平行 取向 4 晶胞中粒子数目的计算 均摊法 如图 非长方体 如三棱柱 1 多维思考 提示 1 2 3 4 5 6 7 8 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 固态物质一定是晶体 2 晶体的熔点一定比非晶体的熔点高 3 冰和固体碘晶体中相互作用力相同 4 缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块 5 晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列 6 晶胞是晶体中的最小的 平行六面体 7 立方晶胞中 顶点上的原子被4个晶胞共用 8 通过X 射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体 提示 MNMN3MN2 2 如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 考点演练 考向一晶胞中粒子个数的计算 1 导学号96656230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 A 3 9 4B 1 4 2C 2 9 4D 3 8 4 B 2 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 3 1 晶胞是从晶体中 截取 出来具有代表性的 平行六面体 但不一定是最小的 平行六面体 2 在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时 要注意晶胞的形状 不同形状的晶胞 应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有 如六棱柱晶胞中 顶点 侧棱 底面上的棱 面心依次被6 3 4 2个晶胞所共有 练后反思 考向二考查晶体密度和微粒间距离的计算 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 晶体结构的相关计算1 晶胞计算公式 立方晶胞 a3 NA nM a 棱长 密度 NA 阿伏加德罗常数的数值 n 1mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量 M 组成的摩尔质量 归纳总结 考点2四类晶体的组成与性质 知识梳理 1 金属键 金属晶体 1 金属键 金属阳离子与自由电子之间的作用 2 本质 电子气理论该理论认为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的 电子气 被所有原子共用 从而把所有的金属原子维系在一起 3 金属晶体的物理性质及解释 2 离子晶体的晶格能 1 定义 气态离子形成1摩离子晶体释放的能量 通常取正值 单位为kJ mol 1 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 大 小 稳定 大 3 四种晶体类型的比较 分子 原子 阴 阳离子 范德华力 共价键 金属键 离子键 4 典型晶体模型 109 28 4 6 1 2 4 1 2 12 12 12 4 4 8 6 12 8 12 范德华力 2 sp2 多维思考 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体 2 晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 3 原子晶体一定含有非极性键 4 金属镁形成的晶体中 每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个 5 在NaCl晶体中 每个Na 周围与其距离最近的Na 有12个 6 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 提示 1 2 3 4 5 6 2 在下列物质中 NaCl NaOH Na2S H2O2 Na2S2 NH4 2S CO2 CCl4 C2H2 SiO2 SiC 晶体硅 金刚石 1 其中只含有离子键的离子晶体是 2 其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 3 其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 4 其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 5 其中含有极性共价键的原子晶体是 6 其中属于分子晶体的是 提示 1 NaCl Na2S 2 NaOH NH4 2S 3 NH4 2S 4 Na2S2 5 SiO2 SiC 6 H2O2 CO2 CCl4 C2H2 考点演练 考向一晶体类型的判断 1 下表给出几种氯化物的熔点和沸点 A 有关表中所列四种氯化物的性质 有以下叙述 氯化铝在加热时能升华 四氯化硅在晶态时属于分子晶体 氯化钠晶体中微粒之间以范德华力结合 氯化铝晶体是典型的离子晶体 其中与表中数据一致的是 A B C D 解析 氯化铝的熔 沸点都很低 其晶体应该是分子晶体 并且沸点比熔点还低 加热时容易升华 四氯化硅是共价化合物 并且熔 沸点很低 应该属于分子晶体 氯化钠是离子晶体 2 导学号96656232有A B C三种晶体 分别由C H Na Cl四种元素中的一种或几种形成 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 A B C 2 晶体的类型分别为 A B C 3 晶体中粒子间的作用力分别为 A B C 解析 由表可知A应为离子晶体 B应为原子晶体 C应为分子晶体 又已知A B C分别由C H Na Cl四种元素中的一种或几种形成 再结合其水溶液与Ag 的反应 可确定 A为NaCl B为C 金刚石 C为HCl 粒子间的作用力分别为离子键 共价键和分子间作用力 答案 1 NaClC 金刚石 HCl 2 离子晶体原子晶体分子晶体 3 离子键共价键分子间作用力 练后反思三角度判断晶体类型 1 依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断 1 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 2 原子晶体的构成微粒是原子 微粒间的作用力是共价键 3 分子晶体的构成微粒是分子 微粒间的作用力为分子间作用力 4 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子 微粒间的作用力是金属键 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 常见的化合物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 根据各类晶体的特征性质判断一般来说 低熔 沸点的化合物属于分子晶体 熔 沸点较高 且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体 熔 沸点很高 不导电 不溶于一般溶剂的物质属于原子晶体 能导电 传热 具有延展性的晶体为金属晶体 考向二晶体结构的分析与熔点的比较 3 下列物质的熔 沸点高低顺序正确的是 A 金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅B CI4 CBr4 CCl4 CF4C MgO H2O N2 O2D 金刚石 生铁 钠 纯铁 B 解析 A项 物质全部为原子晶体 判断其熔 沸点高低可比较其原子半径 Si C O 故键长关系为Si Si Si C Si O C C 故A项中的熔 沸点顺序错误 B项 为同种类型的分子晶体 可比阿较其相对分子质量大小 相对分子质量越大 熔 沸点越高 C项 N2与O2为同种类型的分子晶体 O2的熔 沸点比N2高 D项 熔 沸点关系为金刚石 纯铁 生铁 钠 合金的熔 沸点比纯金属低 4 导学号96656233下列说法正确的是 A 钛和钾都采取图1的堆积方式B 图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置 此方式在三维空间里堆积 仅得简单立方堆积C 图3是干冰晶体的晶胞 晶胞棱长为acm 则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个D 图4是一种金属晶体的晶胞 它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC 堆积的结果 D 解析 图1表示的堆积方式为六方最密堆积 K采用体心立方堆积 A错误 图2在二维空间里的非密置层放置 在三维空间也能堆积形成体心立方堆积 B错误 干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞 配位数为12 即每个CO2周围距离相等的CO2分子有12个 C错误 该晶胞类型为面心立方最密堆积 金属原子在三维空间里密置层采取ABCABC 堆积 D正确 5 2018 河北唐山校级期末 有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示 有关说法正确的是 A 为简单立方堆积 为六方最密堆积 为体心立方堆积 为面心立方最密堆积B 每个晶胞含有的原子数分别为 1个 2个 2个 4个C 晶胞中原子的配位数分别为 6 8 8 12D 空间利用率的大小关系为 B 归纳总结 两角度 比较晶体熔 沸点的高低 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 同种类型晶体熔 沸点的比较 1 原子晶体原子半径越小 键长越短 键能越大 熔 沸点越高如熔点 金刚石 碳化硅 硅 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 则离子间的作用力越强 晶格能越大 其晶体的熔 沸点越高 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 沸点反常高 如H2O H2Te H2Se H2S 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SnH4 GeH4 SiH4 CH4 组成和结构不相似的分子晶体 相对分子质量接近 其分子的极性越大 熔 沸点越高 如CH3OH CH3CH3 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 金属晶体的熔 沸点越高 如熔 沸点 Na Mg Al 考向三晶体结构的综合考查 6 下图为几种晶体或晶胞的示意图 请回答下列问题 1 上述晶体中 粒子之间以共价键结合形成的晶体是 答案 1 金刚石晶体 2 冰 金刚石 MgO CaCl2 干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 3 NaCl晶胞与MgO晶胞相同 NaCl晶体的晶格能 填 大于 或 小于 MgO晶体 原因是 答案 2 金刚石 MgO CaCl2 冰 干冰 3 小于MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数 且r Mg2 r Na r O2 r Cl 解析 2 离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关 离子半径越小 离子所带电荷数越大 则离子晶体熔点越高 金刚石是原子晶体 熔点最高 冰 干冰均为分子晶体 冰中存在氢键 冰的熔点高于干冰 4 每个Cu晶胞中实际占有个Cu原子 CaCl2晶体中Ca2 的配位数为 5 冰的熔点远高于干冰 除H2O是极性分子 CO2是非极性分子外 还有一个重要的原因是 答案 4 48 5 水分子之间形成氢键 7 导学号96656234决定物质性质的重要因素是物质结构 请回答下列问题 1 如图是石墨的结构 其晶体中存在的作用力有 填序号 A 键B 键C 氢键D 配位键E 分子间作用力F 金属键G 离子键 答案 1 ABEF 解析 1 石墨晶体是一种混合晶体 层与层之间存在范德华力 即分子间作用力 层内存在共价键 每个C原子有一个未参与杂化的p轨道相互重叠形成 键 使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动 因此石墨像金属一样有金属键 在石墨晶体中 同层的每一个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以 键结合 2 CaF2结构如图 所示 Cu形成晶体的结构如图 所示 图 为H3BO3晶体结构图 层状结构 层内的H3BO3分子通过氢键结合 图 所示的晶体中与Ca2 最近且等距离的Ca2 数为 图 中未标号的Cu原子形成晶体后周围最紧邻的Cu原子数为 H3BO3晶体中B原子杂化方式为 CNO 的形状为 三种晶体中熔点高低的顺序为 填化学式 H3BO3晶体受热熔化时 克服的粒子之间的相互作用为 答案 2 1212 sp2直线形 CaF2 Cu H3BO3氢键和范德华力 解析 2 在立方体的8个顶点上和6个面心上各有1个Ca2 故顶点上的Ca2 与面心上的Ca2 最近且等距离 故由图 可以看出晶体中与Ca2 最近且等距离的Ca2 数为12 由图 中未标号的Cu原子形成晶体后周围最紧邻的Cu原子数为3 6 3 12 H3BO3分子中 硼原子最外层只有3个电子 B原子与3个羟基相连 与氧原子形成3对共用电子对 即形成3个 键 无孤电子对 杂化轨道数为3 故B原子采取sp2杂化 CNO 与CO2为等电子体 CO2为直线形结构 故CNO 也为直线形 CaF2为离子晶体 Cu为金属晶体 H3BO3为分子晶体 故三种晶体中熔点高低的顺序为CaF2 Cu H3BO3 在硼酸分子中 氧原子与氢原子形成1对共用电子对 氧元素的电负性很强 不同硼酸分子中的氧原子与氢原子之间形成氢键 另外硼酸分子之间还存在范德华力 真题体验感悟考法 明确考向 考向一晶胞的相关计算 1 1 2017 全国 卷 KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料 具有钙钛矿型的立方结构 边长为a 0 446nm 晶胞中K I O分别处于顶角 体心 面心位置 如图所示 K与O间的最短距离为nm 与K紧邻的O个数为 答案 1 0 31512 2 2017 全国 卷 MgO具有NaCl型结构 如图 其中阴离子采用面心立方最密堆积方式 X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a 0 420nm 则r O2 为nm MnO也属于NaCl型结构 晶胞参数为a 0 448nm 则r Mn2 为nm 答案 2 0 1480 076 3 2016 全国 卷 某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示 晶胞中铜原子与镍原子的数量比为 若合金的密度为dg cm 3 晶胞参数a nm 4 2016 全国 卷 GaAs的熔点为1238 密度为 g 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 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 5 2015 全国 卷 O和Na能够形成化合物F 其晶胞结构如图所示 晶胞参数a 0 566nm F的化学式为 晶胞中O原子的配位数为 列式计算晶体F的密度 g cm 3 考向二对晶胞结构的考查 2 2015 全国 卷 37节选 1 CO能与金属Fe形成Fe CO 5 该化合物的熔点为253K 沸点为376K 其固体属于晶体 解析 1 Fe CO 5的熔点为253K 较低 沸点也不高 所以其固体属于分子晶体 答案 1 分子 2 碳有多种同素异形体 其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示 石墨烯晶体金刚石晶体 在石墨烯晶体中 每个C原子连接个六元环 每个六元环占有个C原子 在金刚石晶体中 C原子所连接的最小环也为六元环 每个C原子连接个六元环 六元环中最多有个C原子在同一平面 答案 2 32 124 解析 2 由题中石墨烯晶体结构图示可得 在石墨烯晶体中 每个原子连接3个六元环 每个六元环由6个C原子构成 每个六元环占有的C原子数为6 2 观察金刚石晶体的空间构型 以1个C原子为标准计算 1个C原子和4个C原子相连 则它必然在4个六元环上 这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连 必然又在另外3个六元环上 3 4 12 所以每个C原子连接12个六元环 而每一个碳原子与其他4个C原子形成正四面体 由此可得在金刚石晶体的六元环中最多有4个C原子共面