高中化學 第三章 晶體結構與性質 章末歸納整合課件 新人教版選修3.ppt

請分別用一句話表達下列關鍵詞： 晶體 晶胞 分子晶體 原子晶體 金屬晶體 離子晶體 晶格能 提示 晶體：內(nèi)部微粒(原子、離子和分子)在三維空間按一定規(guī)律做周期性有序排列構成的固體物質，叫晶體。 晶胞：描述晶體結構的基本單元；一般都是平行六面體。 分子晶體：由分子構成，相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。 原子晶體：原子間都以共價鍵相結合，是三維的空間網(wǎng)狀結構。,章 末 歸 納 整 合,金屬晶體：通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的單質晶體，叫做金屬晶體。 離子晶體：由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。 晶格能：氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量，通常取正值。,一、氯化鈉、氯化銫晶體離子晶體 由于離子鍵無飽和性與方向性，所以離子晶體中無單 個分子存在。陰陽離子在晶體中按一定的規(guī)則排列， 使整個晶體不顯電性且能量最低。離子的配位數(shù)分析 如下：,1氯化鈉晶體中每個Na周圍有6個Cl，每個Cl周圍 有6個Na，與一個Na距離最近且相等的Cl圍成的 空間構型為正八面體。每個Na周圍與其最近且距離 相等的Na有12個。如圖。,因此CsCl的一個晶胞中含有1個CsCl(1個Cs和1個Cl)。,二、金剛石、二氧化硅原子晶體,金剛石晶體,C原子數(shù)CC鍵鍵數(shù)12；C原子數(shù) 六元環(huán)數(shù)12。,2二氧化硅晶體結構與金剛石相似，C被Si代替，C與C 之間插氧，即為SiO2晶體，則SiO2晶體中最小環(huán)為12 環(huán)(6個Si，6個O)，,即Si O12，用SiO2表示。 在SiO2晶體中每個Si原子周圍有4個氧原子，同時每個氧原子結合2個硅原子。一個Si原子可形成4個SiO鍵，1 mol Si原子可形成4 mol SiO鍵。,但是由此有許多學生認為二氧化硅晶體結構中一個最小的環(huán)是由8個原子構成的。實際上，在二氧化硅晶體中每個硅原子與周圍的4個氧原子的成鍵情況與金剛石晶體中的碳原子與周圍的其他碳原子連接的情況是相同的。即每個硅原子與周圍的4個氧原子構成一個正四面體。只是每個氧原子又處在由另一個硅原子為中心的一個正四面體上。即每個氧原子為兩個硅氧四面體共用。如上圖所示。從此圖中可以明確看出，構成二氧化硅晶體結構的最小環(huán)是由12個原子構成的椅式環(huán)，注意圖中OSiO夾角為109°28。,三、干冰分子晶體 干冰晶體是一種立方面心結構，立方體的8個頂角及6 個面的中心各排布一個CO2分子，晶胞是一個面心立 方。一個晶胞實際擁有的CO2分子數(shù)為4個(均攤法)， 每個CO2分子周圍距離相等且最近的CO2分子共有12 個。分子間由分子間作用力形成晶體。每個CO2分子 內(nèi)存在共價鍵，因此晶體中既有分子間作用力，又有 化學鍵，但熔、沸點的高低由分子間的作用力決定， 重要因素是相對分子質量，因此當晶體熔化時，分子 內(nèi)的化學鍵不發(fā)生變化。,四、石墨混合型晶體 石墨晶體是層狀結構，在每一層內(nèi)有無數(shù)個正六邊 形，同層碳原子間以共價鍵結合，晶體中CC的夾 角為120°，層與層之間的作用力為范德華力，每個C 原子被6個棱柱共用，每6個棱柱實際占有的C原子數(shù) 為2個。,石墨的獨特結構決定了它的獨特性質，該晶體實際介于原子晶體、分子晶體、金屬晶體之間，因此具有各種晶體的部分性質特點，是一種混合型晶體。如熔點高、硬度小、能導電等。,五、固態(tài)金屬單質金屬晶體 金屬(除金屬汞外)在常溫下都是晶體，在金屬中，金 屬原子好像許多硬球一樣一層一層緊密地堆積著。每 個金屬原子周圍都有許多相同的金屬原子圍繞著。其 實由于金屬原子的最外層電子都較少，故金屬原子容 易失去電子變成金屬離子。金屬原子釋放電子后形成 的離子按一定規(guī)律堆積，釋放的電子則在這個晶體里 由運動，這就是自由電子。在金屬晶體的內(nèi)部，金屬 離子和自由電子之間存在較強的相互作用力，這個作 用力便是金屬鍵。因此有人形象地將金屬鍵比喻為金 屬陽離子沉浸在自由電子的海洋里。,現(xiàn)有四種晶體，其離子排列方式如下圖所示，其中化學式正確的是 ( )。,【例1】,答案 CD,NaCl的晶胞如圖，每個NaCl晶胞中含有的Na離子和Cl離子的數(shù)目分別是 ( )。 A. 14，13 B. 1，1 C. 4，4 D. 6，6,【例2】,答案 C,下面關于SiO2晶體網(wǎng)狀結構的敘述正確的是 ( )。 A最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子 B最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為12 C最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子 D存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角 解析 二氧化硅是原子晶體，結構為空間網(wǎng)狀，存在硅氧四面體結構，硅處于中心，氧處于4個頂角，在SiO2晶體中，每6個Si和6個O形成一個12元環(huán)(最小環(huán))，所以C選項正確，A、B、D選項均錯誤。 答案 C,【例3】,石墨烯是由碳原子構成的單層片狀結構的新材料 (結構示意圖如下)，可由石墨剝離而成，具有極好的應用前景。下列說法正確的是 ( )。 A石墨烯與石墨互為同位素 B0.12 g石墨烯中含有6.02×1022個碳原子 C石墨烯是一種有機物 D石墨烯中的碳原子間以共價鍵結合,【例4】,解析 同位素的研究對象是原子，A選項錯誤；0.12 g石墨烯的物質的量為0.01 mol，所含碳原子個數(shù)為0.01 NA，B選項錯誤；有機物一般含有碳、氫元素，C選項錯誤；由圖示可知，石墨烯中碳原子間均為共價鍵結合，D選項正確。 答案 D,乙炔是有機合成工業(yè)的一種原料。工業(yè)上曾用CaC2與水反應生成乙炔。 (1) CaC2中C22與O22互為等電子體，O22的電子式可表示為_；1 mol O22中含有的鍵數(shù)目為_。 (2)將乙炔通入Cu(NH3)2Cl溶液生成Cu2C2紅棕色沉淀。Cu基態(tài)核外電子排布式為_。 (3)乙炔與氫氰酸反應可得丙烯腈(H2C=CHCN)。丙烯腈分子中碳原子軌道雜化類型是_；分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為_。,【例5】,(4) CaC2晶體的晶胞結構與NaCl晶體的相似(如右圖所示)，但CaC2晶體中含有的中啞鈴形C22的存在，使晶胞沿一個方向拉長。CaC2晶體中1個Ca2周圍距離最近的C22數(shù)目為_。,解析 (1)根據(jù)等電子體原理可知，O22的電子式··OO··2，在1 mol三鍵含有2 mol的鍵和1 mol的鍵，故1 mol O22中，含有2NA個鍵 (2)Cu為29號元素，要注意3d軌道寫在4s軌道的前面同時還有就是它的3d結構，Cu的基本電子排布式為1s22s22p63s23p63d10,(3)通過丙烯氰的結構可以知道碳原子的雜化軌道類型為sp和sp2雜化，同一直線上有3個原子。 (4)依據(jù)晶胞示意圖可以看出，從晶胞結構圖中可以看出，1個Ca2周圍距離最近的C22有4個，而不是6個，要特別注意題給的信息。,答案 (1)··OO··2 2NA (2)1s22s22p63s23p63d10 (3)sp雜化 sp2雜化 3 (4)4,銅單質及其化合物在很多領域有重要的用途，如金屬銅用來制造電線電纜，五水硫酸銅可用作殺菌劑。 (1)Cu位于元素周期表第B族。Cu2的核外電子排布式為_。 (2)下圖是銅的某種氧化物的晶胞結構示意圖，可確定該晶胞中陰離子的個數(shù)為_。,【例6】,(3)膽礬CuSO4·5H2O可寫成Cu(H2O)4SO4·H2O，其結構示意圖如下：,下列說法正確的是_(填字母)。 A. 在上述結構示意圖中，所有氧原子都采用sp3雜化 B. 在上述結構示意圖中，存在配位鍵、共價鍵和離子鍵 C. 膽礬是分子晶體，分子間存在氫鍵 D. 膽礬中的水在不同溫度下會分步失去 (4)往硫酸銅溶液中加入過量氨水，可生成Cu(NH3)42配離子。已知NF3與NH3的空間構型都是三角錐形，但NF3不易與Cu2形成配離子，其原因是_。 (5)Cu2O的熔點比Cu2S的_(填“高”或“低”)，請解釋原因_。,解析 (1)Cu(電子排布式為：Ar3d104s1)Cu2的過程中，參與反應的電子是最外層的4s及3d上各一個電子，故Cu2離子的電子是為：Ar3d9 或1s22s22p63s23p63d9；(2)從圖中可以看出陰離子在晶胞有四類：頂角(8個)、棱上(4個)、面上(2個)、體心(1個)，根據(jù)立方體的分攤法，可知該晶胞中有4個陰離子；(3)膽礬是由水合銅離子及硫酸根離子構成的，屬于離子化合物，C不正確；(4)N、F、H三種元素的電負性：FNH，所以NH3中共用電子對偏向N，而在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子；(5)由于氧離子的離子半徑小于硫離子的離子半徑，所以亞銅離子與氧離子形成的離子鍵強于亞銅離子與硫離子形成的離子鍵，所以Cu2O的熔點比Cu2S的高。,答案 (1)Ar3d9或1s22s22p63s23p63d9 (2)4個 (3)B、D (4)N、F、H三種元素的電負性：FNH，在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子使得氮原子上的孤對電子難于與Cu2形成配位鍵 (5)高 Cu2O與Cu2S相比陽離子相同，陰離子所帶的電荷數(shù)也相同，但O2半徑比S2半徑小，所以Cu2O的晶格能更大，熔點更高,在NaCl晶體中，Na和Cl的最短平均距離為a cm，NaCl晶體的密度為b g·cm3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為 ( )。,【例7】,答案 B 點撥 靈活運用解題策略處理復雜、抽象、一般性的問題，往往可以使問題變得簡單、具體、特殊，而易于形成解題思路。,最近科學家發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，則它的化學式是： ATiC BTi6C7 CTi14C13 DTi13C14,【例8】,解析 由于是構成的氣態(tài)團簇分子結構，而非晶胞結構，故只需數(shù)出 Ti和C的數(shù)目，即可得它的化學式。 答案 C,生物質能是一種潔凈、可再生的能源。生物質氣(主要成分為CO、CO2、H2等)與H2混合，催化合成甲醇是生物質能利用的方法之一。 (1)上述反應的催化劑含有Cu、Zn、Al等元素。寫出基態(tài)Zn原子的核外電子排布式_。 (2)根據(jù)等電子原理，寫出CO分子結構式_。 (3)甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛與新制Cu(OH)2的堿性溶液反應生成Cu2O沉淀。 甲醇的沸點比甲醛的高，其主要原因是_；甲醛分子中碳原子軌道的雜化類型為_。,【例9】,甲醛分子的空間構型是_；1 mol甲醛分子中鍵的數(shù)目為_。 在1個Cu2O晶胞中(結構如圖所示)，所包含的Cu原子數(shù)目為_。,解析 (1)Zn的原子序數(shù)為30，注意3d軌道寫在4s軌道的前面；(2)依據(jù)等電子原理，可知CO與N2為等電子體，N2分子的結構式為：NN；互為等電子體分子的結構相似，可寫出CO的結構式；(3)甲醇分子之間形成了分子間氫鍵，甲醛分子間只是分子間作用力，而沒有形成氫鍵，故甲醇的沸點高；甲醛分子中含有碳氧雙鍵，故碳原子軌道的雜化類型為sp2雜化；分子的空間構型為平面型；1 mol甲醛分子中含有2 mol碳氫鍵，1 mol碳氧鍵，故含有鍵的數(shù)目為 3NA；依據(jù)晶胞示意圖可以看出Cu原子處于晶胞內(nèi)部，所包含的Cu原子數(shù)目為4。,答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s2 或Ar3d10 4s2 (2)CO (3)甲醇分子之間形成氫鍵 sp2雜化 平面三角形 3NA 4 點撥 本題主要考查核外電子排布式、等電子體原理、分子間作用力、雜化軌道、共價鍵類型、分子的平面構型。,硼砂是含結晶水的四硼酸鈉，其陰離子Xm(含B、O、H三種元素)的球棍模型如圖所示：,【例10】,(1)在Xm中，硼原子軌道的雜化類型有_；配位鍵存在于_原子之間(填原子的數(shù)字標號)；m_(填數(shù)字)。 (2)硼砂晶體由Na、Xm和H2O構成，它們之間存在的作用力有_(填序號)。 A離子鍵 B共價鍵 C金屬鍵 D范德華力 E氫鍵,解析 (1)由球棍模型可知，硼原子能形成3條、4條共價鍵則B原子為sp2、sp3雜化；B原子提供空軌道，O原子提供孤電子對，故4,5原子之間形成配位鍵；由陰離子的組成可知，Xm為H4B4O9m，得出m2；(2)Na與Xm間存在離子鍵，H2O分子間存在氫鍵和范德華力。 答案 (1)sp2、sp3 4,5(或5,4) 2 (2)A、D、E,單質硼有無定形和晶體兩種，參考下列數(shù)據(jù)：,【例11】,(1)晶體硼的晶體類型屬于_晶體，理由是_。 (2)已知晶體硼的基本結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，其中含有二十個等邊三角形和一定數(shù)目,的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及計算確定：,該基本結構單元是由_個硼原子構成的；其中BB鍵的鍵角為_；所含BB鍵的的數(shù)目是_。 若將晶體硼結構單元中的每一個頂角均削去，余下的部分就和C60晶體的結構相同，據(jù)此確定：C60是由_個正六邊形和_個正五邊形構成。 硼酸分子的結構式為 和Al(OH)3的結構相 似，已知0.01 mol硼酸與20 mL 0.5 mol·L1的NaOH溶液反應的化學方程式為_。,答案 (1)原子 晶體硼的熔點、沸點都很高，硬度也很大 (2)12 60° 30 20 12 B(OH)3NaOH=NaBO22H2O 點撥 物質的分子有各種幾何構型，應用數(shù)學中的幾何思想，分析分子結構，能使抽象的變?yōu)榫唧w的，枯燥的變?yōu)槊篮玫?，因此在化學學習過程中，要把數(shù)學知識滲透其中，達到相互融合，互相促進，形成立體化知識結構，有利于發(fā)散思維、創(chuàng)新思維的形成，解題是為了培養(yǎng)我們的能力，在解題過程中學會學習、學會思考、學會創(chuàng)新。,鎂、銅等金屬離子是人體內(nèi)多種酶的輔因子。工業(yè)上從海水中提取鎂時，先制備無水氯化鎂，然后將其熔融電解，得到金屬鎂。 (1)以MgCl2為原料用熔融鹽電解法制備鎂時，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金屬氯化物，其主要作用除了降低熔點之外還有_。 (2)已知MgO的晶體結構屬于NaCl型。某同學畫出的MgO晶胞結構示意圖如右圖所示，請改正圖中錯誤：_。,【例12】,(3)用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成焰火。燃放時，焰火發(fā)出五顏六色的光，請用原子結構的知識解釋發(fā)光的原因：_。 (4)Mg是第三周期元素，該周期部分元素氟化物的熔點見表：解釋表中氟化物熔點差異的原因：_。,(5)人工模擬是當前研究的熱點。有研究表明，化合物X可用于研究模擬酶，當其結合NNOORH或Cu(I)(I表示化合價為1)時，分別形成a和b：,a中連接相鄰含N雜環(huán)的碳碳鍵可以旋轉，說明該碳碳鍵具有_鍵的特性。 微粒間的相互作用包括化學鍵和分子間相互作用，比較a和b中微粒間相互作用力的差異：_。 答案 (1)增大離子濃度，從而增大熔融鹽的導電性(2)應為黑色 (3)原子核外電子按一定軌道順序排列，軌道離核越遠，能量越高。燃燒時，電子獲得能量，從內(nèi)側軌道躍遷到外側的另一條軌道。躍遷到新軌道的電子處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它隨即就會跳回原來軌道，并向外界釋放能量(光能),(4)NaF與MgF2為離子晶體，SiF4為分子晶體，所以NaF與MgF2遠比SiF4熔點要高。又因為Mg2的半徑小于Na的半徑，所以MgF2的離子鍵強度大于NaF的離子鍵強度，故MgF2的熔點大于NaF (5) a中微粒間的相互作用為氫鍵，b中微粒間的相互作用為配位共價鍵,1根據(jù)物質在相同條件下的狀態(tài)不同 提示 一般熔、沸點：固液氣，如：碘單質汞 CO2 2由周期表看主族單質的熔、沸點 提示 同一主族單質的熔點基本上是越向下金屬熔點漸 低；而非金屬單質熔點、沸點漸高。但碳族元素特殊， 即C，Si，Ge，Sn越向下，熔點越低，與金屬族相似； 還有A族的鎵熔點比銦、鉈低；A族的錫熔點比鉛 低。,3同周期中的幾個區(qū)域的熔點規(guī)律 提示 高熔點單質 C，Si，B三角形小區(qū)域，因其為原子 晶體，故熔點高，金剛石和石墨的熔點最高大于3 550 。 金屬元素的高熔點區(qū)在過渡元素的中部和中下部，其最高熔 點為鎢(3 410 )。 低熔點單質 非金屬低熔點單質集中于周期表的右和右上 方，另有A的氫氣。其中稀有氣體熔、沸點均為同周期的 最低者，如氦的熔點(272.2 ，26×105Pa)、沸點 (268.9 )最低。 金屬的低熔點區(qū)有兩處：A、B族Zn，Cd，Hg及A族 中Al，Ge，Th；A族的Sn，Pb；A族的Sb，Bi，呈三角 形分布。最低熔點是Hg(38.87 )，近常溫呈液態(tài)的鎵 (29.78 )、銫(28.4 )，體溫即能使其熔化。,4從晶體類型看熔、沸點規(guī)律 提示 晶體純物質有固定熔點：不純物質凝固點與成 分有關(凝固點不固定)。非晶體物質，如玻璃、水 泥、石蠟、塑料等，受熱變軟，漸變流動性(軟化過 程)直至液體，沒有熔點。 原子晶體的熔、沸點高于離子晶體，又高于分子晶 體。 在原子晶體中成鍵元素之間共價鍵越短的鍵能越大，則 熔點越高。判斷時可由原子半徑推導出鍵長、鍵能再比 較。如 鍵長：金剛石(CC)碳化硅(SiC)晶體硅(SiSi)。 熔點：金剛石碳化硅晶體硅,在離子晶體中，化學式與結構相似時，陰陽離子半徑之和越小，離子鍵越強，熔沸點越高。反之越低。 如KFKClKBrKI，CaOKCl。 分子晶體的熔沸點由分子間作用力而定，分子晶體分子間作用力越大物質的熔沸點越高，反之越低。(具有氫鍵的分子晶體，熔沸點反常地高，如：H2OH2TeH2SeH2S，C2H5OHCH3OCH3)。對于分子晶體而言又與極性大小有關，其判斷思路大體是： 組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越強，物質的熔沸點越高。如：CH4SiH4GeH4SnH4。,組成和結構不相似的物質(相對分子質量相近)，分子極性越大，其熔沸點就越高。如：CON2，CH3OHCH3CH3。 在高級脂肪酸形成的油脂中，不飽和程度越大，熔沸點越低。如C17H35COOH(硬脂酸)C17H33COOH(油酸)； 烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨著分子里碳原子數(shù)增加，熔沸點升高，如C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。 同分異構體：鏈烴及其衍生物的同分異構體隨著支鏈增多，熔沸點降低。如：CH3(CH2)3CH3(正)CH3CH2CH(CH3)2(異)(CH3)4C)(新)。芳香烴的異構體有兩個取代基時，熔點按對、鄰、間位降低。(沸點按鄰、間、對位降低),金屬晶體：金屬單質和合金屬于金屬晶體，其中熔、沸點高的比例數(shù)很大，如鎢、鉑等(但也有低的如汞、銫等)。在金屬晶體中金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬陽離子與自由電子靜電作用越強，金屬鍵越強，熔沸點越高，反之越低。如NaMgAl。 合金的熔沸點一般說比它各組份純金屬的熔沸點低。如鋁硅合金純鋁(或純硅)。,5某些物質熔沸點高、低的規(guī)律性 提示 同周期主族(短周期)金屬熔點。如LiBe， NaMgAl 堿土金屬氧化物的熔點均在2 000 以上，比其他族 氧化物顯著高，所以氧化鎂、氧化鋁是常用的耐火材 料。 鹵化鈉(離子型鹵化物)熔點隨鹵素的非金屬性漸弱而 降低。如NaFNaClNaBrNaI。 通過查閱資料我們發(fā)現(xiàn)影響物質熔沸點的有關因素有： 化學鍵，分子間力(范德華力)、氫鍵；晶體結構， 有晶體類型、三維結構等，好像石墨跟金剛石就有點不 一樣；,晶體成分，例如分子篩的硅鋁比；雜質影響：一般純物質的熔點等都比較高。但是，分子間力又與取向力、誘導力、色散力有關，所以物質的熔沸點的高低不是一句話可以講清的。我們在中學階段只需掌握以上的比較規(guī)律。,晶體中原子空間利用率的計算，實質是考查同學們的空間想象能力和幾何計算能力。此類題目要運用數(shù)形結合的分析方法，一般要先畫出金屬晶體的側面圖，再用勾股定理計算。 (1)計算每個晶胞含有幾個原子。 (2)找出原子半徑r與晶胞邊長a的關系。,學科思想培養(yǎng)六 數(shù)形結合思想計算晶體空間利用率,某些晶體(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式緊密堆積，即在晶體結構中可以畫出一個立方體的結構單元，金屬原子處于立方體的八個頂點和六個側面上，試計算這類金屬晶體原子的空間利用率。,【例1】,答案 該類金屬晶體原子的空間利用率為74%,下圖為某晶體的一個晶胞，該晶體由A、B、C三種基本粒子組成。試根據(jù)圖示判斷，該晶體的化學式是 ( )。 AA6B8C BA2B4C CA3BC DA3B4C,【例2】,答案 C,