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(jìn)行相關(guān)的計(jì)算 7 了解晶格能的概念 了解晶格能對(duì)離子晶體性質(zhì)的影響 考點(diǎn)1晶體與晶胞 知識(shí)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(diǎn) 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(jì)算 均攤法 如圖 非長(zhǎng)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(cuò)誤的打 1 固態(tài)物質(zhì)一定是晶體 2 晶體的熔點(diǎn)一定比非晶體的熔點(diǎn)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(huì)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(diǎn)上的原子被4個(gè)晶胞共用 8 通過X 射線衍射實(shí)驗(yàn)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(dá)式 A B C 考點(diǎn)演練 考向一晶胞中粒子個(gè)數(shù)的計(jì)算 1 導(dǎo)學(xué)號(hào)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(jià) G為 2價(jià) 則Q的化合價(jià)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(jì)算晶胞中微粒個(gè)數(shù)時(shí) 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(gè)粒子被幾個(gè)晶胞所共有 如六棱柱晶胞中 頂點(diǎn) 側(cè)棱 底面上的棱 面心依次被6 3 4 2個(gè)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(jì)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(jì)算式即可 晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算1 晶胞計(jì)算公式 立方晶胞 a3 NA nM a 棱長(zhǎng) 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(diǎn)2四類晶體的組成與性質(zhì) 知識(shí)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(rèn)為金屬原子脫落下來的價(jià)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(diǎn)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(jià)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(cuò)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(gè)鎂原子周圍與其距離最近的原子有6個(gè) 5 在NaCl晶體中 每個(gè)Na 周圍與其距離最近的Na 有12個(gè) 6 分子晶體的熔點(diǎn)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(jià)鍵的離子晶體是 3 其中既含有離子鍵又含有極性共價(jià)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(jià)鍵的離子晶體是 5 其中含有極性共價(jià)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(diǎn)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(diǎn)和沸點(diǎn) 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(shí)能升華 四氯化硅在晶態(tài)時(shí)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(diǎn)都很低 其晶體應(yīng)該是分子晶體 并且沸點(diǎn)比熔點(diǎn)還低 加熱時(shí)容易升華 四氯化硅是共價(jià)化合物 并且熔 沸點(diǎn)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(hào)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(duì)這三種晶體進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 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(jià)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(jià)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(jià)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(qiáng)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(jī)物 除有機(jī)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(diǎn)的化合物屬于分子晶體 熔 沸點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的比較 3 下列物質(zhì)的熔 沸點(diǎn)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(xiàng) 物質(zhì)全部為原子晶體 判斷其熔 沸點(diǎn)高低可比較其原子半徑 Si C O 故鍵長(zhǎng)關(guān)系為Si Si Si C Si O C C 故A項(xiàng)中的熔 沸點(diǎn)順序錯(cuò)誤 B項(xiàng) 為同種類型的分子晶體 可比阿較其相對(duì)分子質(zhì)量大小 相對(duì)分子質(zhì)量越大 熔 沸點(diǎn)越高 C項(xiàng) N2與O2為同種類型的分子晶體 O2的熔 沸點(diǎn)比N2高 D項(xiàng) 熔 沸點(diǎn)關(guān)系為金剛石 純鐵 生鐵 鈉 合金的熔 沸點(diǎn)比純金屬低 4 導(dǎo)學(xué)號(hào)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(jiǎn)單立方堆積C 圖3是干冰晶體的晶胞 晶胞棱長(zhǎng)為acm 則在每個(gè)CO2周圍最近且等距離的CO2有8個(gè)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(cuò)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(cuò)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(gè)CO2周圍距離相等的CO2分子有12個(gè) C錯(cuò)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(jí)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(jiǎn)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(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為 1個(gè) 2個(gè) 2個(gè) 4個(gè)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(diǎn)的高低 1 不同類型晶體熔 沸點(diǎn)的比較 1 不同類型晶體的熔 沸點(diǎn)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(diǎn)差別很大 如鎢 鉑等熔 沸點(diǎn)很高 汞 銫等熔 沸點(diǎn)很低 2 同種類型晶體熔 沸點(diǎn)的比較 1 原子晶體原子半徑越小 鍵長(zhǎng)越短 鍵能越大 熔 沸點(diǎn)越高如熔點(diǎn) 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(qiáng) 晶格能越大 其晶體的熔 沸點(diǎn)越高 如熔點(diǎn) 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(diǎn)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(diǎn)越高 具有氫鍵的分子晶體熔 沸點(diǎn)反常高 如H2O H2Te H2Se H2S 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對(duì)分子質(zhì)量越大 熔 沸點(diǎn)越高 如SnH4 GeH4 SiH4 CH4 組成和結(jié)構(gòu)不相似的分子晶體 相對(duì)分子質(zhì)量接近 其分子的極性越大 熔 沸點(diǎn)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(qiáng) 金屬晶體的熔 沸點(diǎn)越高 如熔 沸點(diǎn) 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(qǐng)回答下列問題 1 上述晶體中 粒子之間以共價(jià)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(diǎn)由高到低的順序?yàn)?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(diǎn)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(diǎn)越高 金剛石是原子晶體 熔點(diǎn)最高 冰 干冰均為分子晶體 冰中存在氫鍵 冰的熔點(diǎn)高于干冰 4 每個(gè)Cu晶胞中實(shí)際占有個(gè)Cu原子 CaCl2晶體中Ca2 的配位數(shù)為 5 冰的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于干冰 除H2O是極性分子 CO2是非極性分子外 還有一個(gè)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(hào)96656234決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素是物質(zhì)結(jié)構(gòu) 請(qǐng)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(hào) 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(jià)鍵 每個(gè)C原子有一個(gè)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(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng) 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(gè)碳原子以sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)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(hào)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(diǎn)高低的順序?yàn)?填化學(xué)式 H3BO3晶體受熱熔化時(shí) 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(gè)頂點(diǎn)上和6個(gè)面心上各有1個(gè)Ca2 故頂點(diǎn)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(hào)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(gè)電子 B原子與3個(gè)羥基相連 與氧原子形成3對(duì)共用電子對(duì) 即形成3個(gè) 鍵 無孤電子對(duì) 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(diǎn)高低的順序?yàn)镃aF2 Cu H3BO3 在硼酸分子中 氧原子與氫原子形成1對(duì)共用電子對(duì) 氧元素的電負(fù)性很強(qiáng) 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(yàn)感悟考法 明確考向 考向一晶胞的相關(guān)計(jì)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(zhǎng)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(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(diǎn)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(jì)算晶體F的密度 g cm 3 考向二對(duì)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(diǎn)為253K 沸點(diǎn)為376K 其固體屬于晶體 解析 1 Fe CO 5的熔點(diǎn)為253K 較低 沸點(diǎn)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(gè)C原子連接個(gè)六元環(huán) 每個(gè)六元環(huán)占有個(gè)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(gè)C原子連接個(gè)六元環(huán) 六元環(huán)中最多有個(gè)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(gè)原子連接3個(gè)六元環(huán) 每個(gè)六元環(huán)由6個(gè)C原子構(gòu)成 每個(gè)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(gè)C原子為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算 1個(gè)C原子和4個(gè)C原子相連 則它必然在4個(gè)六元環(huán)上 這4個(gè)C原子中每個(gè)C原子又和另外3個(gè)C原子相連 必然又在另外3個(gè)六元環(huán)上 3 4 12 所以每個(gè)C原子連接12個(gè)六元環(huán) 而每一個(gè)碳原子與其他4個(gè)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(gè)C原子共面