2019-2020年高三化学 12晶体的复习与练习（二）培优教案.doc

2019-2020年高三化学 12晶体的复习与练习（二）培优教案网上课堂本讲主要内容1分子晶体2金属晶体3石墨学习指导1分子晶体:晶体的粒子是分子，分子以微弱的分子间力相互结合的晶体。由于分子间作用力弱，所以分子晶体熔点低（一般低于580K），硬度小。通常在580K以下其固体即行挥发。易溶于非极性溶剂。如碘溶于苯中为0.48molL-1，溶于水仅为0.0012molL-1。在室温下，所有的气体物质，或在室温下易挥发的固体物质本质上都是分子型的。典型的例子有单质氢H2（沸点40K），甲烷CH4（沸点为112K）、H2O、CO2等，而分子晶体中的典型固体物质有萘C10H8（熔点为353K）和单质碘I2（熔点386K）图1所示为氢、溴、碘的晶体结构，组成晶体粒子是双原子分子。在立方体的每个顶点以及每个面的中心均有一个双原子分子。二氧化碳气体在低于300K时，加压容易液化。液态CO2自发蒸发时，一部分冷凝成固体二氧化碳，称干冰。固体二氧化碳升华气化不熔为液体。在-78.5时的蒸气压为一大气压。常用做致冷剂。干冰同乙醚、氯仿或丙酮等有机溶剂所组成的冷却剂，温度可低到-73，图2为干冰的分子晶体结构。分子型的物质通常是电的不良导体，不论是液态或溶液状态，都不能导电。但若干极性分子与水反应，生成物电离，产生了离子，因而形成了一种导电的水溶液。氯化氢是其中一个实例。当它溶于水中后即发生下述反应而导电。HCl+(H2O)=H+(aq)+Cl-(aq)分子型晶体物质普遍的具有低熔点和低沸点，是分子间弱作用力的一个直接结果。但是分子间作用力的微弱丝毫也不意味着分子内原子间作用力微弱。后者通常是相当强的。如氢的熔点低(-259)沸点低(-233)，反映出分子间力的微弱。但是当氢熔化或沸腾时，氢原子间的共价键仍旧完好无损。要打开H-H共价键，需要很高温度，甚至在2670K(2497)时，也大约只有1%的氢分子离解为氢原子。2金属晶体:金属晶体内部，不象离子晶体内部受邻近粒子的异号电荷限制和化学量比的限制，而是在一个金属原子周围可以围绕着尽可能多的，又符合几何图形的邻近原子，这些原子都是紧密堆积的排列方式。紧密堆积的意思就是原子之间的作用力，使原子之间尽可能地互相接近，使它们占有最小的空间。教材上强调指出：由于金属原子的外层电子较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子，金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子则在整个晶体中自由运动，称为自由电子，金属离子与自由电子之间存在着较强的作用，使许多金属离子结合在一起。通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。金属导电性好，是由于在金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子在外加电场的作用下，自由电子发生定向运动，因而形成电流。金属导热性好，当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给其它离子。很快整个金属达到相同温度。大多数金属都有不同程度的延展性。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，由于金属离子与自由电子之间相互作用没有方向性，滑动之后，各层之间仍能保持这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了形变，但不会导致断裂。3石墨:石墨的晶体结构如图3，从晶体结构上看，有属于原子晶体的结构部分，就是指在同一层内，碳原子之间以共价键结合，形成层内的网状结构。有属于分子晶体的结构部分，就是指层与层之间距离较长，属分子间作用力。从石墨具有导电的性质上看，又有属于金属晶体的特点，所以教材上把石墨称为过渡型晶体或混合型晶体。也有人称石墨为层型晶体。99年全国高考出了这样一道题；天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如某种NiO晶体中就存在着如图4所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比？这道题的解法有很多种，也不难解出。但出这样一道题，根据在哪里：中学教材中并没有涉及到晶体有缺陷：实际上在正负离子的数目恰好同化学式指明的比数相一致的化合物中，可发生配比上的缺陷。在绝对零度时，离子倾向完全有序的排布，随着温度升高，离子脱离原有位置的机会加大，而造成一种缺陷。如在室温时，NaCl在每1015个晶格位置中仅有一个缺陷，在507时缺陷增大到106个晶格位置中有一个缺陷，而在807时增大到每104个中有一个缺陷。99年高考试题，是金属短缺的一种形式，在NiO的晶格上缺少一个Ni2+离子，而电荷为邻近的两个Ni3+离子所抵偿。产生这种缺陷的金属元素有可变化合价，如除NiO之外，象FeO和FeS属于此类。例题精析前面提到的NiO晶体缺陷问题，我们把它做为第一个例题，讨论它的几种解法。解法1：从图4上可以直接看出，少一个Ni2+离子，就多2个Ni3+离子。未产生缺陷，其化学式为NiO，产生缺陷后，化学式成为Ni0.97O。我们用扩大法思维，把镍原子看成是97个，氧原子看成是100个。97个镍原子都看成带2个单位正电荷，氧原子带2个单位负电荷，负电荷多于正电荷6个单位。每增加一个单位正电荷，就增加一个Ni3+，所以在97个镍原子中必有6个Ni3+，而有91个Ni2+。所以Ni3+与Ni2+的个数比为6:91。解法2：遵照化合价法则，在任何化合物中，元素正负化合价代数和为零。设在Ni0.97O化合物中，Ni3+离子个数为x，Ni2+离子个数为(0.97-x)3x+2(0.97-x)=2 x=0.060.97-0.06=0.91则Ni3+离子与Ni2+离子个数比等于6:91解法3：用平均化合价解。在Ni0.97O化合物中，有Ni2+，也有Ni3+，按给出的化学式直接计算镍元素的化合价为3 2 例2在石墨的层状晶体中，如图3。每一层都是由碳原子结构合成无数个正六边形构成。同一层内每个碳原子与相邻的3个碳原子以C-C单键相结合。（1）石墨中的CCC夹角是多少度？（2）碳原子数与C-C单键键数之比为_（3）12g石墨中正六边形有多少个？（4）为什么石墨是电的良导体？（5）在石墨层与层之间插入钠、钾物质时，其导电能力如何变化？（6）根据图中数据计算石墨的理论密度(gcm-3)？石墨的摩尔质量=12gmol-1。解：（1）在同一层内，六个C原子构成正六边形，键角为120。（2）每个碳原子提供3个电子与另3个C原子构成3个C-C单键，每两个电子形成一个单键，相当于1个碳原子占有1.5个C-C单键，所以C原子数与C-C单键数之比=1:1.5，即为2:3。（3）在同一层内，每个C原子为3个等同的正六边形共用，它为每个正六形贡献是，所以每个正六边形拥有个碳原子。每个C原子相对质量，12g石墨中拥有正六边形数为（4）C原子最外电子层上有4个电子，其中有3个已形成化学键，还剩下一个电子，这个电子为石墨晶体所公有，称自由电子，在外加电场作用下，作定向移动，形成电流，石墨能导电。（5）在石墨层与层之间插入钠、钾物质，相当于增加了自由电子数目，使石墨的导电能力增强。（6）讨论石墨的理论密度，必须设定一个固定的体积，计算出固定体积的石墨质量，才可算出其密度。从图3可以看出，要取出一个正六棱柱容易计算其密度。作辅助图5ABC为等边三角形，BD为AC的平分线。ADB为直角三角形，ABD为30，BD=1.4210-10m=1.4210-8m棱柱的体积=S底h=61.4210-81.4210-83.3510-8cm3在六棱柱中，每个C原子为棱柱贡献是，所以一个棱柱内拥有2个C原子。棱柱的质量为石墨的密度 网上能力训练基础性训练题一选择题:1下列说法正确的是（ ）A晶体中有阳离子必定含有阴离子B晶体中有阴离子必定要有阳离子C原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D分子晶体的熔点一定比金属晶体的低2在amol金刚石中含C-C键键数为（ ）A4a6.021023 Ba6.021023C2a6.021023 D8a6.0210233下列各对物质中，化学键类型相同晶体类型也相同的是（ ）ANaCl和NaOH BBr2和H2CCu和Fe DCO2和SiO24短周期元素X和Y中，X原子的最外层电子数是内层电子数总和的一半，Y元素在X元素的前一周期，Y2-离子和Ne原子的电子层结构相同。关于X和Y形成的化合物Z的说法正确的是（ ）AZ是一种酸酐 BZ是一种碱性氧化物CZ的化学式可能是X2Y5 DZ是一种离子晶体5下列物质的熔、沸点的比较，错误的是（ ）ANaFNaClNaBrB金刚石SiC晶体硅CHeNeArDSiI4SiBr4SiCl46下列物质中，无论是固体或液体状态时都能导电的晶体是（ ）A铜 B硝酸钠C金刚石 D氢氧化钠7下列各组物质的晶体中，属于分子晶体的是（ ）A石英、干冰 B氖、氨C硫磺、蔗糖 D明矾、芒硝8石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（ ）A有放射性 B易燃、易爆C能导电 D有剧毒二填空题:9试根据学过的各种类型晶体内部结构和它们的特性填写下表。晶体类型结构粒子粒子间的作用力晶体的特性实例硬度熔沸点溶解性导电性原子晶体离子晶体分子晶体金属晶体10在下列几种元素中，可以形成二元化合物写出它们的化学式_其中熔点最高的是_，硬度最大的是_，熔点最低的是_。（1）Si（2）O（3）C（4）H11看图6，X和Y是两种不同元素的微粒，Y处于立方体的重心。（1）如果它是离子化合物，其化学式为_或_。（2）如果它是分子晶体中的一个分子构型，写出你学过的一种化合物的分子式_，求出XYX为_度。（3）把X换成Y，相对位置不变，即成为原子晶体，写出一种原子晶体的名称_；在两个Y原子之间插入一个Z原子，形成化合物类的原子晶体，写出它的化学式_，它的硬度比石膏硬度_（填大，小）三简答题:12在组成分子晶体的分子中，原子间是共价键结合，在组成原子晶体的原子间也是共价键结合，为什么分子晶体和原子晶体在溶解性上和熔沸点上有很大的区别？13指出下列说法的错误（1）氯化氢分子溶于水后产生H+和Cl-离子，所以氯化氢分子是离子键构成的。（2）四氯化碳的熔点沸点低，所以分子不稳定。提高性训练题一选择题:14下列各分子所有原子都能满足最外层为8个电子结构的是（ ）ABeCl2 BPCl3CPCl5 DN215X、Y、Z为短周期元素，这些元素原子的最外层电子数分别是1，4，6，则由这三种元素组成的化合物的化学式不可能是（ ）AXYZ BX2YZCX2YZ2 DX2YZ316关于A族和A元素的下列说法中正确的是（ ）A在同一周期中，A族单质的熔点比A族的高B浓度都是0.01molL-1时，氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小C氧化钠的熔点比氧化镁的高D加热时，碳酸钠比碳酸镁易分解17下列有机分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是（ ）ACH2=CH-CN BCH2=CH-CH=CH2C -CH=CH2 DCH2=C-CH=CH2 CH318下列分子中的14个碳原子不可能处在同一平面上的是（ ）19有关CHF2-CH=CH- -CC-CH3分子结构的下列叙述中，正确的是（ ）A除苯环外其余碳原子有可能都在同一条直线上B除苯环外其余碳原子不可能都在同一条直线上C12个碳原子不可能都在同一平面内D12个碳原子有可能都在同一平面内二计算题:20碳是最重要的元素之一，其化合物数目最多，结构形式最丰富。碳单质有3类异构体，骨架型的金刚石，层型的石墨及近年发现的球碳分子。相应地，有机化合物可大致分为3类，脂肪族（链形、环形和多面体形）、芳香族（多为平面形）和球碳族（环形分子如C16，圆球形分子为C60，椭球型分子如C70等）（1）金刚石的立方晶胞如图7所示，晶胞边长(1cm=1010pm)，碳原子P的坐标参数为列式计算C-C键键长；列式计算碳原子的空间占有率；计算金刚石的晶体密度；说明金刚石硬度大的原因。（2）球碳分子C60，又称为足球烯，如图8已知C60分子中每个C原子只跟相邻的3个C原子形成化学键；C60分子中只含有五边形和六边形；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系是：顶点数+面数-棱边数=2据上所述，可推知C60分子中有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数是30。请回答下列问题：固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是_，理由是_。试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反应生成C60F60（填“可能”或“不可能”）_，并简述其理由：_。通过计算确定C60分子所含单键数。 C60分子所含单键数为_。C70分子也已制得，它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。（3）金刚石、石墨、足球烯3种异构体中何者能溶于有机溶剂？为什么？猜想3种异构体中可能有1种在星际空间存在。发现一种异构体在死火山口存在。请确定各是什么异构体，解释它们为什么会在这些地方存在。研究性习题21解释下列问题:（1）CCl4是液体，CH4和CF4是气体，CI4（室温下）是固体。（2）离子化合物BeO的熔点高于离子化合物LiF。（3）SiO2的熔点高于SO2。（4）NaF的熔点高于NaCl。能力训练题点拨与解答基础性训练题:一1BA选项不对，在金属晶体内部，有阳离子，就没有阴离子。C选项不对，原子晶体的熔点是高，但在金属晶体中有高熔金属，例如钨，其熔点为3410，硅是原子晶体，其熔点是1415，D也不对，分子晶体的熔点比较低，但有的金属晶体的熔点更低，例如汞，其熔点为-38.9，钾熔点为63.7，钠为97.8，而分子晶体碘的熔点是113，萘(C10H8)的熔点80。2C在金刚石中，每个C原子的4个价电子都参与成键，每个C-C键，共用2个电子，所以每摩金刚石中有2mol共价单键。amol金刚石中含2amolC-C单键，即2a6.021023C-C单键。3BCA选项中，两种物质都是离子晶体，但NaCl中为离子键，Na+与OH-之间是离子键，在OH-中H原子与O原子之间属于极性共价键。在B选项两种单质，均属分子晶体，均属非极性共价键。C选项均属金属晶体，均属于阳离子与自由电子之间的作用。D选项两种晶体类型不同。4ACX是磷元素，Y是氧元素，Z化合物可能是P2O3或P2O5，它们都是酸酐，为分子晶体。5C在分子晶体中，组成和结构相似的物质，其分子间作用力随相对分子质量的增大而增加，使其熔沸点相应升高，所以在C选项中，惰性气体都属于分子晶体，它们熔沸点的升高顺序为HeNeAr。6A在4个选项中，唯独Cu在液态、固态时均能导电。7BCA选项中，石英是原子晶体，干冰是分子晶体，D选项中，两个都是离子晶体。8C石墨纤维损坏输电电线，损坏电厂设备说明石墨导电。二9原子 共价键 大 高 不溶一般溶剂 不导电 金刚石 SiO2离子 离子键 大 较高 在水中溶解性 固态不导电 NaCl 差别较大 水溶液导电 CsCl分子 范德华力 小 低 依相似者相溶 不导电 干冰、冰阳离子 阳离子 差别大 差别大 导电 K、Na原子 与自由电子 Cu、Fe等电子 作用10SiO2、SiC、SiH4、CO2、H2O、CH4；SiC；SiC；CH411（1）YX2或X2Y（2）CH4（CCl4等）10928。点拨，可通过作辅助图求出。设立方体棱边长为1，则对角线XX长，体对角线(2XY)长，（3）金刚石；SiO2，大三12答：分子晶体分子间靠范华力作用，范德华力比共价键小1-2个数量级，所以在某些无机或有机试剂中，分子晶体在试剂的作用下，克服了范德华力，离散成独立的分子而扩散到溶剂中去。原子晶体的共价键键能大，溶剂破坏不了共价键，所以原子晶体溶解性很小。分子晶体熔化或气化，只需克服分子间作用力，无须破坏分子内共价键。而原子晶体熔化或气化必须破坏共价键，所以两种晶体在物理性质上出现明显的差别。13（1）HCl是由极性共价键构成的。HCl在水分子作用下发生了电离，所以溶液有导电性。如只是液态HCl，就没有H+和Cl-离子，不能导电。所以判断化合物是否为离子化合物，应该看它熔化状态下是否能导电。（2）CCl4是分子晶体，熔沸点高低，取决于分子间作用力。而分子稳定与否，决定于分子内原子间的共价键键能的大小，二者不能混淆。提高性训练题:一14BDBe的原子结构图： ，Cl的原子结构图 ，BeCl2的电子式 ，属于共价化合物，Be成键后最外层仅有4个电子，PCl5分子中，P原子最外层有10个电子。15AX、Y、Z分别是A、A、A族元素。B选项看成是甲醛HCHO，分子式为X2YZ。C选项看成是甲酸HCOOH，分子式为X2YZ2。D选项可看成是碱金属的碳酸盐。16BA选项错。Na2O的熔点低于MgO，MgO制耐火砖。D选项错，碱金属碳酸盐热稳定性大于第A族金属碳酸盐的稳定性。17D主要是甲基-CH3的四个原子不能共处一个平面上。18BD CH3B中的叔丁基-C-CH3上的4个C原子，不可能处于同一平面上，D中 CH3的*C原子以四价成键，导致CH3-的碳不会与其他C原子共平面。19BD由于有“C=C”的存在，决定了碳原子不可能都在一条直线上，但可能共平面。二计算题:20解:（1）面上对角线长为a，体对角线长a，体对角线包括4个C-C键键长，即(4LC-C)2=3a2，a=356.6pm LC-C=154.4pm,碳原子的空间占有率= = =34% =3.514(gcm-3)在金刚石晶体里，C原子以非极性共价键成键，而且是紧密堆积，所以硬度大。（2）金刚石金刚石属于原子晶体，C60属于分子晶体所以金刚石熔点比C60熔点高。能。C60分子中含有30个双键，F2很活泼，在一定条件下，能发生加成反应，生成C60F60。根据给出条件，棱边数=顶点数+面数-2 =60+12+20-2 =90单键数=90-30=60设C70分子中有x个五边形，有Y个六边形根据每两个C原子构成一条单键，得方程；根据已知条件得方程70+(x+y)-(370)=2联立方程组解之，得x=12 y=25（3）足球烯（C60）因为它是唯一无需破坏共价键而彼此分离为适度大小的单元进入溶液的。足球烯在星际空间存在，因为它是唯一由能够彼此分离并成为气体的相当小的分子组成的异构体。金刚石在火山口被发现。因此处温度很高，可破石墨中的化学键，而且压力很高，有条件形成金刚石。金刚石是三者中密度最大的异构体。原因是由共价键连接的碳原子在三维空间尽量堆积。足球烯密度最小，很低的压力有利于它的形成，故它可以在星际空间存在。研究性习题:21（1）CH4、CF4、CCl4、CI4均为正四面体结构的非极性分子。它们的存在状态取决于分子间作用力。对于组成相同、结构相似的物质来说，分子间作用力大于决定于相对分子质量的大小。CH4和CF4相对分子质量小，分子间作用力小，所以为气态。而CI4相对分子质量最大，分子间作用力也大，所以呈固态。（2）BeO和LiF都属于NaCl型离子晶体，BeO的核间距小于LiF的核间距，且前者的电荷高于后者，故BeO的离子键强于LiF。离子晶体达到熔点要破离子键，所以BeO的熔点高于LiF。（3）因为SiO2原子晶体，而SO2为分子晶体前者达到熔点要破共价键力，后者达到熔点只需克服范德华力。故SiO2的熔点远高于SO2。（4）NaF和NaCl晶体结构相同，且它们的离子电荷数相等。NaF的核间距离小于NaCl的核间距，则NaF的离子键强于NaCl，所以NaF的熔点高于NaCl。