2019屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第35講 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)課件.ppt

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第35講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 考綱要求 1 了解原子晶體的特征 能描述金剛石 二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系 2 了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系 3 了解晶體的類型 了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒 微粒間作用力的區(qū)別 4 理解金屬鍵的含義 能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì) 了解金屬晶體常見的堆積方式 5 理解離子鍵的形成 能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì) 6 了解晶胞的概念 能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算 7 了解晶格能的概念 了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響 考點1晶體與晶胞 知識梳理 1 晶體與非晶體 1 晶體與非晶體的比較 周期性有序 無序 各向異性 各向同性 熔點 X 射線衍射 2 獲得晶體的三條途徑 熔融態(tài)物質(zhì)凝固 氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接 溶質(zhì)從溶液中析出 凝固 凝華 2 晶胞 1 概念 描述晶體結(jié)構(gòu)的 2 晶體中晶胞的排列 無隙并置 無隙 相鄰晶胞之間沒有 并置 所有晶胞都是排列的 相同 3 形狀 一般而言晶胞都是平行六面體 基本單元 任何間隙 平行 取向 4 晶胞中粒子數(shù)目的計算 均攤法 如圖 非長方體 如三棱柱 1 多維思考 提示 1 2 3 4 5 6 7 8 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 固態(tài)物質(zhì)一定是晶體 2 晶體的熔點一定比非晶體的熔點高 3 冰和固體碘晶體中相互作用力相同 4 缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊 5 晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列 6 晶胞是晶體中的最小的 平行六面體 7 立方晶胞中 頂點上的原子被4個晶胞共用 8 通過X 射線衍射實驗的方法可以區(qū)分晶體和非晶體 提示 MNMN3MN2 2 如圖為離子晶體空間構(gòu)型示意圖 陽離子 陰離子 以M代表陽離子 以N表示陰離子 寫出各離子晶體的組成表達式 A B C 考點演練 考向一晶胞中粒子個數(shù)的計算 1 導(dǎo)學(xué)號96656230某晶體的一部分如圖所示 這種晶體中A B C三種粒子數(shù)之比是 A 3 9 4B 1 4 2C 2 9 4D 3 8 4 B 2 如圖是由Q R G三種元素組成的一種高溫超導(dǎo)體的晶胞結(jié)構(gòu) 其中R為 2價 G為 2價 則Q的化合價為 答案 3 1 晶胞是從晶體中 截取 出來具有代表性的 平行六面體 但不一定是最小的 平行六面體 2 在使用均攤法計算晶胞中微粒個數(shù)時 要注意晶胞的形狀 不同形狀的晶胞 應(yīng)先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共有 如六棱柱晶胞中 頂點 側(cè)棱 底面上的棱 面心依次被6 3 4 2個晶胞所共有 練后反思 考向二考查晶體密度和微粒間距離的計算 晶胞參數(shù) 描述晶胞的大小和形狀 已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a 565 76pm 其密度為g cm 3 列出計算式即可 晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算1 晶胞計算公式 立方晶胞 a3 NA nM a 棱長 密度 NA 阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值 n 1mol晶胞所含基本粒子或特定組合的物質(zhì)的量 M 組成的摩爾質(zhì)量 歸納總結(jié) 考點2四類晶體的組成與性質(zhì) 知識梳理 1 金屬鍵 金屬晶體 1 金屬鍵 金屬陽離子與自由電子之間的作用 2 本質(zhì) 電子氣理論該理論認為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的 電子氣 被所有原子共用 從而把所有的金屬原子維系在一起 3 金屬晶體的物理性質(zhì)及解釋 2 離子晶體的晶格能 1 定義 氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量 通常取正值 單位為kJ mol 1 2 影響因素 離子所帶電荷數(shù) 離子所帶電荷數(shù)越多 晶格能越 離子的半徑 離子的半徑越 晶格能越大 3 與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系晶格能越大 形成的離子晶體越 且熔點越高 硬度越 大 小 穩(wěn)定 大 3 四種晶體類型的比較 分子 原子 陰 陽離子 范德華力 共價鍵 金屬鍵 離子鍵 4 典型晶體模型 109 28 4 6 1 2 4 1 2 12 12 12 4 4 8 6 12 8 12 范德華力 2 sp2 多維思考 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體 2 晶體中只要有陽離子就一定有陰離子 3 原子晶體一定含有非極性鍵 4 金屬鎂形成的晶體中 每個鎂原子周圍與其距離最近的原子有6個 5 在NaCl晶體中 每個Na 周圍與其距離最近的Na 有12個 6 分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低 提示 1 2 3 4 5 6 2 在下列物質(zhì)中 NaCl NaOH Na2S H2O2 Na2S2 NH4 2S CO2 CCl4 C2H2 SiO2 SiC 晶體硅 金剛石 1 其中只含有離子鍵的離子晶體是 2 其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵的離子晶體是 3 其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵和配位鍵的離子晶體是 4 其中既含有離子鍵又含有非極性共價鍵的離子晶體是 5 其中含有極性共價鍵的原子晶體是 6 其中屬于分子晶體的是 提示 1 NaCl Na2S 2 NaOH NH4 2S 3 NH4 2S 4 Na2S2 5 SiO2 SiC 6 H2O2 CO2 CCl4 C2H2 考點演練 考向一晶體類型的判斷 1 下表給出幾種氯化物的熔點和沸點 A 有關(guān)表中所列四種氯化物的性質(zhì) 有以下敘述 氯化鋁在加熱時能升華 四氯化硅在晶態(tài)時屬于分子晶體 氯化鈉晶體中微粒之間以范德華力結(jié)合 氯化鋁晶體是典型的離子晶體 其中與表中數(shù)據(jù)一致的是 A B C D 解析 氯化鋁的熔 沸點都很低 其晶體應(yīng)該是分子晶體 并且沸點比熔點還低 加熱時容易升華 四氯化硅是共價化合物 并且熔 沸點很低 應(yīng)該屬于分子晶體 氯化鈉是離子晶體 2 導(dǎo)學(xué)號96656232有A B C三種晶體 分別由C H Na Cl四種元素中的一種或幾種形成 對這三種晶體進行實驗 結(jié)果見下表 1 晶體的化學(xué)式分別為 A B C 2 晶體的類型分別為 A B C 3 晶體中粒子間的作用力分別為 A B C 解析 由表可知A應(yīng)為離子晶體 B應(yīng)為原子晶體 C應(yīng)為分子晶體 又已知A B C分別由C H Na Cl四種元素中的一種或幾種形成 再結(jié)合其水溶液與Ag 的反應(yīng) 可確定 A為NaCl B為C 金剛石 C為HCl 粒子間的作用力分別為離子鍵 共價鍵和分子間作用力 答案 1 NaClC 金剛石 HCl 2 離子晶體原子晶體分子晶體 3 離子鍵共價鍵分子間作用力 練后反思三角度判斷晶體類型 1 依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷 1 離子晶體的構(gòu)成微粒是陰 陽離子 微粒間的作用力是離子鍵 2 原子晶體的構(gòu)成微粒是原子 微粒間的作用力是共價鍵 3 分子晶體的構(gòu)成微粒是分子 微粒間的作用力為分子間作用力 4 金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬陽離子和自由電子 微粒間的作用力是金屬鍵 2 依據(jù)物質(zhì)的分類判斷 1 金屬氧化物 如K2O Na2O2等 強堿 NaOH KOH等 和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體 2 大多數(shù)非金屬單質(zhì) 除金剛石 石墨 晶體硅等 非金屬氫化物 非金屬氧化物 除SiO2外 幾乎所有的酸 絕大多數(shù)有機物 除有機鹽外 是分子晶體 3 常見的單質(zhì)類原子晶體有金剛石 晶體硅 晶體硼等 常見的化合物類原子晶體有碳化硅 二氧化硅等 4 金屬單質(zhì)是金屬晶體 3 根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷一般來說 低熔 沸點的化合物屬于分子晶體 熔 沸點較高 且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物為離子晶體 熔 沸點很高 不導(dǎo)電 不溶于一般溶劑的物質(zhì)屬于原子晶體 能導(dǎo)電 傳熱 具有延展性的晶體為金屬晶體 考向二晶體結(jié)構(gòu)的分析與熔點的比較 3 下列物質(zhì)的熔 沸點高低順序正確的是 A 金剛石 晶體硅 二氧化硅 碳化硅B CI4 CBr4 CCl4 CF4C MgO H2O N2 O2D 金剛石 生鐵 鈉 純鐵 B 解析 A項 物質(zhì)全部為原子晶體 判斷其熔 沸點高低可比較其原子半徑 Si C O 故鍵長關(guān)系為Si Si Si C Si O C C 故A項中的熔 沸點順序錯誤 B項 為同種類型的分子晶體 可比阿較其相對分子質(zhì)量大小 相對分子質(zhì)量越大 熔 沸點越高 C項 N2與O2為同種類型的分子晶體 O2的熔 沸點比N2高 D項 熔 沸點關(guān)系為金剛石 純鐵 生鐵 鈉 合金的熔 沸點比純金屬低 4 導(dǎo)學(xué)號96656233下列說法正確的是 A 鈦和鉀都采取圖1的堆積方式B 圖2為金屬原子在二維空間里的非密置層放置 此方式在三維空間里堆積 僅得簡單立方堆積C 圖3是干冰晶體的晶胞 晶胞棱長為acm 則在每個CO2周圍最近且等距離的CO2有8個D 圖4是一種金屬晶體的晶胞 它是金屬原子在三維空間以密置層采取ABCABC 堆積的結(jié)果 D 解析 圖1表示的堆積方式為六方最密堆積 K采用體心立方堆積 A錯誤 圖2在二維空間里的非密置層放置 在三維空間也能堆積形成體心立方堆積 B錯誤 干冰晶體的晶胞屬于面心立方晶胞 配位數(shù)為12 即每個CO2周圍距離相等的CO2分子有12個 C錯誤 該晶胞類型為面心立方最密堆積 金屬原子在三維空間里密置層采取ABCABC 堆積 D正確 5 2018 河北唐山校級期末 有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示 有關(guān)說法正確的是 A 為簡單立方堆積 為六方最密堆積 為體心立方堆積 為面心立方最密堆積B 每個晶胞含有的原子數(shù)分別為 1個 2個 2個 4個C 晶胞中原子的配位數(shù)分別為 6 8 8 12D 空間利用率的大小關(guān)系為 B 歸納總結(jié) 兩角度 比較晶體熔 沸點的高低 1 不同類型晶體熔 沸點的比較 1 不同類型晶體的熔 沸點高低一般規(guī)律 原子晶體 離子晶體 分子晶體 2 金屬晶體的熔 沸點差別很大 如鎢 鉑等熔 沸點很高 汞 銫等熔 沸點很低 2 同種類型晶體熔 沸點的比較 1 原子晶體原子半徑越小 鍵長越短 鍵能越大 熔 沸點越高如熔點 金剛石 碳化硅 硅 2 離子晶體 一般地說 陰 陽離子的電荷數(shù)越多 離子半徑越小 則離子間的作用力越強 晶格能越大 其晶體的熔 沸點越高 如熔點 MgO MgCl2 NaCl CsCl 衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能 晶格能越大 形成的離子晶體越穩(wěn)定 熔點越高 硬度越大 3 分子晶體 分子間作用力越大 物質(zhì)的熔 沸點越高 具有氫鍵的分子晶體熔 沸點反常高 如H2O H2Te H2Se H2S 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對分子質(zhì)量越大 熔 沸點越高 如SnH4 GeH4 SiH4 CH4 組成和結(jié)構(gòu)不相似的分子晶體 相對分子質(zhì)量接近 其分子的極性越大 熔 沸點越高 如CH3OH CH3CH3 4 金屬晶體金屬離子半徑越小 離子電荷數(shù)越多 其金屬鍵越強 金屬晶體的熔 沸點越高 如熔 沸點 Na Mg Al 考向三晶體結(jié)構(gòu)的綜合考查 6 下圖為幾種晶體或晶胞的示意圖 請回答下列問題 1 上述晶體中 粒子之間以共價鍵結(jié)合形成的晶體是 答案 1 金剛石晶體 2 冰 金剛石 MgO CaCl2 干冰5種晶體的熔點由高到低的順序為 3 NaCl晶胞與MgO晶胞相同 NaCl晶體的晶格能 填 大于 或 小于 MgO晶體 原因是 答案 2 金剛石 MgO CaCl2 冰 干冰 3 小于MgO晶體中離子的電荷數(shù)大于NaCl晶體中離子電荷數(shù) 且r Mg2 r Na r O2 r Cl 解析 2 離子晶體的熔點與離子半徑及離子所帶電荷數(shù)有關(guān) 離子半徑越小 離子所帶電荷數(shù)越大 則離子晶體熔點越高 金剛石是原子晶體 熔點最高 冰 干冰均為分子晶體 冰中存在氫鍵 冰的熔點高于干冰 4 每個Cu晶胞中實際占有個Cu原子 CaCl2晶體中Ca2 的配位數(shù)為 5 冰的熔點遠高于干冰 除H2O是極性分子 CO2是非極性分子外 還有一個重要的原因是 答案 4 48 5 水分子之間形成氫鍵 7 導(dǎo)學(xué)號96656234決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素是物質(zhì)結(jié)構(gòu) 請回答下列問題 1 如圖是石墨的結(jié)構(gòu) 其晶體中存在的作用力有 填序號 A 鍵B 鍵C 氫鍵D 配位鍵E 分子間作用力F 金屬鍵G 離子鍵 答案 1 ABEF 解析 1 石墨晶體是一種混合晶體 層與層之間存在范德華力 即分子間作用力 層內(nèi)存在共價鍵 每個C原子有一個未參與雜化的p軌道相互重疊形成 鍵 使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動 因此石墨像金屬一樣有金屬鍵 在石墨晶體中 同層的每一個碳原子以sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以 鍵結(jié)合 2 CaF2結(jié)構(gòu)如圖 所示 Cu形成晶體的結(jié)構(gòu)如圖 所示 圖 為H3BO3晶體結(jié)構(gòu)圖 層狀結(jié)構(gòu) 層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵結(jié)合 圖 所示的晶體中與Ca2 最近且等距離的Ca2 數(shù)為 圖 中未標(biāo)號的Cu原子形成晶體后周圍最緊鄰的Cu原子數(shù)為 H3BO3晶體中B原子雜化方式為 CNO 的形狀為 三種晶體中熔點高低的順序為 填化學(xué)式 H3BO3晶體受熱熔化時 克服的粒子之間的相互作用為 答案 2 1212 sp2直線形 CaF2 Cu H3BO3氫鍵和范德華力 解析 2 在立方體的8個頂點上和6個面心上各有1個Ca2 故頂點上的Ca2 與面心上的Ca2 最近且等距離 故由圖 可以看出晶體中與Ca2 最近且等距離的Ca2 數(shù)為12 由圖 中未標(biāo)號的Cu原子形成晶體后周圍最緊鄰的Cu原子數(shù)為3 6 3 12 H3BO3分子中 硼原子最外層只有3個電子 B原子與3個羥基相連 與氧原子形成3對共用電子對 即形成3個 鍵 無孤電子對 雜化軌道數(shù)為3 故B原子采取sp2雜化 CNO 與CO2為等電子體 CO2為直線形結(jié)構(gòu) 故CNO 也為直線形 CaF2為離子晶體 Cu為金屬晶體 H3BO3為分子晶體 故三種晶體中熔點高低的順序為CaF2 Cu H3BO3 在硼酸分子中 氧原子與氫原子形成1對共用電子對 氧元素的電負性很強 不同硼酸分子中的氧原子與氫原子之間形成氫鍵 另外硼酸分子之間還存在范德華力 真題體驗感悟考法 明確考向 考向一晶胞的相關(guān)計算 1 1 2017 全國 卷 KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料 具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu) 邊長為a 0 446nm 晶胞中K I O分別處于頂角 體心 面心位置 如圖所示 K與O間的最短距離為nm 與K緊鄰的O個數(shù)為 答案 1 0 31512 2 2017 全國 卷 MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu) 如圖 其中陰離子采用面心立方最密堆積方式 X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a 0 420nm 則r O2 為nm MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu) 晶胞參數(shù)為a 0 448nm 則r Mn2 為nm 答案 2 0 1480 076 3 2016 全國 卷 某鎳白銅合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為 若合金的密度為dg cm 3 晶胞參數(shù)a nm 4 2016 全國 卷 GaAs的熔點為1238 密度為 g cm 3 其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 該晶體的類型為 Ga與As以鍵鍵合 Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGag mol 1和 原子半徑分別為rGapm和rAspm 阿伏加德羅常數(shù)值為NA 則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為 5 2015 全國 卷 O和Na能夠形成化合物F 其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 晶胞參數(shù)a 0 566nm F的化學(xué)式為 晶胞中O原子的配位數(shù)為 列式計算晶體F的密度 g cm 3 考向二對晶胞結(jié)構(gòu)的考查 2 2015 全國 卷 37節(jié)選 1 CO能與金屬Fe形成Fe CO 5 該化合物的熔點為253K 沸點為376K 其固體屬于晶體 解析 1 Fe CO 5的熔點為253K 較低 沸點也不高 所以其固體屬于分子晶體 答案 1 分子 2 碳有多種同素異形體 其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示 石墨烯晶體金剛石晶體 在石墨烯晶體中 每個C原子連接個六元環(huán) 每個六元環(huán)占有個C原子 在金剛石晶體中 C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán) 每個C原子連接個六元環(huán) 六元環(huán)中最多有個C原子在同一平面 答案 2 32 124 解析 2 由題中石墨烯晶體結(jié)構(gòu)圖示可得 在石墨烯晶體中 每個原子連接3個六元環(huán) 每個六元環(huán)由6個C原子構(gòu)成 每個六元環(huán)占有的C原子數(shù)為6 2 觀察金剛石晶體的空間構(gòu)型 以1個C原子為標(biāo)準(zhǔn)計算 1個C原子和4個C原子相連 則它必然在4個六元環(huán)上 這4個C原子中每個C原子又和另外3個C原子相連 必然又在另外3個六元環(huán)上 3 4 12 所以每個C原子連接12個六元環(huán) 而每一個碳原子與其他4個C原子形成正四面體 由此可得在金剛石晶體的六元環(huán)中最多有4個C原子共面