高考化学大一轮专题复习第六单元物质结构与性质第31讲晶体结构与性质(选考).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,31,讲 晶体结构与性质,考纲导视,考纲定位,1.,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。,2.,了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。,3.,了解分子晶体结构与性质的关系。,4.,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。,5.,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。,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。,基础反馈,正误判断，正确的画“”，错误的画“,”,。,(1),离子晶体中每个离子周围均吸引着,6,个带相反电荷的离,子,(,),。,),。,(2),分子晶体的熔沸点很低，常温下都呈液态或气态,(,(3),原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合,(,),。,(4),金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，,电子定向运动,(,),。,个,Ca,2,(,(5),金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强,烈的相互作用，很难断裂，因而都具有延展性,(,),。,(6),氮化碳,(,),属于原子晶体，其化学式,为,C,3,N,4,(,),。,(7),在,CaF,2,晶体,(,),中，每个晶胞平均占有,4,),。,(8),在金刚石晶体,(,),中，碳原子与碳碳键个数,的比为,12(,),。,(9),金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高,(,),。,(10),同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体,(,),。,答案：,(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),(8)(9)(10),考点一 晶体和晶胞,【,知识梳理,】,物质,晶体,非晶体,结构特征,结构微粒在三维空间里,呈周期性,_,序排列,结构微粒,_,序排,列,性质,特征,自范性,_,_,熔点,_,_,异同表现,各向异性,无各向异性,区别,方法,熔点法,有固定熔点,无固定熔点,X-,射线,对固体进行,X-,射线衍射实验,1,晶体与非晶体。,有,无,有,无,固定,不固定,3,晶格能。,kJmol,1,大,小,稳定,高,大,(1),定义：气态离子形成,1 mol,离子晶体释放的能量，通常,取正值，单位：,_,。,(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。,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,_,，硬度越,_,。,【,考点集训,】,例,1(2016,年河北邢台模拟,),磁光存储的研究是,Williams,等,在,1957,年使,Mn,和,Bi,形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开,始的。如图是,Mn,和,Bi,形成的某种晶体的结构示意图,(,白球均,在六棱柱内,),，则该晶体物质的化学式可表示为,(,),。,A.Mn,2,Bi,B.MnBi,C.MnBi,3,D.Mn,4,Bi,3,解析：,由晶体的结构示意图可知：白球代表,Bi,原子，且均,在六棱柱内，所以,Bi,为,6,个。黑球代表,Mn,原子，个数为,12,答案：,B,11,。,方法技巧,晶胞组成的计算规律,(1),平面六面体形晶胞。,(2),非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊,法，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如，石,墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点,1,个碳原子对六边,又如，在六棱柱晶胞,(,如图所示,MgB,2,的晶胞,),中，顶点上的,原子为,6,个晶胞,(,同层,3,个，上层或下层各,3,个,),共有，底面上,原子个数为,6,。,例,2,(2015,年新课标卷,节选,),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,0.566 nm,，,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,(gcm,3,)_,。,(2),该晶体中,X,n,中,n,_,。,例,3,元素,X,的某价态离子,X,n,中所有电子正好充满,K,、,L,、,M,三个电子层，它与,N,3,形成的晶体结构如图所示。,(1),该晶体的阳离子与阴离子个数比为,_,。,(3)X,元素的原子序数是,_,。,(4),晶体中每个,N,3,被,_,个等距离的,X,n,包围。,答案：,(1)31 (2)1 (3),29 (4)6,方法技巧,晶体微粒与,M,(,摩尔质量，,gmol,1,),、,(,晶体密度，,gcm,3,),之间的关系。,若,1,个晶胞中含有,x,个微粒，则,1 mol,晶胞中含有,x,mol,微粒，其质量为,xM,g,；又,1,个晶胞的质量为,a,3,g(,a,3,为晶胞的体,积，单位为,cm,3,),，则,1 mol,晶胞的质量为,a,3,N,A,g,，因此有,xM,a,3,N,A,。,晶体类型,分子晶体,原子晶体,金属晶体,离子晶体,构成粒子,_,_,金属阳离子、,自由电子,_,粒子间的相,互作用力,_,_,_,_,_,硬度,较小,很大,有的很大，有,的很小,较大,熔、沸点,较低,很高,有的很高，有,的很低,较高,考点二,晶体类型的结构和性质,1,四种晶体的比较。,分子,原子,阴、阳离子,分子间,共价键,金属键,离子键,【,知识梳理,】,作用力,晶体类型,分子晶体,原子晶体,金属晶体,离子晶体,溶解性,相似相溶,难溶于任何,溶剂,难 溶 于 常,见溶剂,大多易溶于水,等极性溶剂,导电、传,热性,一般不导电，溶,于水后有的导,电,一般不具有,导电性,电 和 热 的,良导体,晶体不导电，,水溶液或熔融,状态下导电,物质类别,及实例,大 多 数 非 金 属,单质、气态氢化,物、酸、非金属,氧化物,(SiO,2,除,外,),、绝大多数,有机物,(,有机盐,除外,),部分非金属,单质,(,如金,刚石、硅、,晶体硼,),，部,分非金属化,合物,(,如,SiC,、,SiO,2,),金属单质,与合金,(,如,Na,、,Al,、,Fe,、青铜,),金属氧化物,(,如,K,2,O,、,Na,2,O),、强 碱,(,如,KOH,、,NaOH),、绝大,部 分 盐,(,如,NaCl),（续表）,2.,晶体熔、沸点的比较。,原子晶体,离子晶体,(1),不同类型晶体熔、沸点的比较。,分子晶体,不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：,_,_,。,小,短,大,强,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。,高,(2),同种类型晶体熔、沸点的比较。,原子晶体：,(,比较共价键,),原子半径越,_,键长越,_,键能越,_,共价键越,_,熔、沸点越,_,。,如熔点：金刚石,_,碳化硅,_,晶体硅。,多,小,大,高,大,离子晶体：,(,比较离子键强弱或晶格能大小,),一般地说，,阴、阳离子的电荷数越,_,，离子半径越,_,，则离子间,的作用力就越,_,，其离子晶体的熔、沸点就越,_,，如,熔点：,MgO_MgCl,2,_NaCl_CsCl,；衡量离子晶,体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越,_,，形成的离子晶,体越,_,，熔点越,_,，硬度越,_,。,稳定,高,大,大,高,高,大,高,分子晶体：,(,比较分子间作用力,),分子间作用力越,_,，,物质的熔、沸点越,_,；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常,地,_,。如,H,2,O_H,2,Te_H,2,Se_H,2,S,；组成和,结构相似的分子晶体，相对分子质量越,_,，熔、沸点越,_,，如,SnH,4,_GeH,4,_SiH,4,_CH,4,；组成和结,构不相似的物质,(,相对分子质量接近,),，分子的极性越大，其熔、,沸点越高，如,CON,2,，,CH,3,OHCH,3,CH,3,；同分异构体，支链越,多，熔、沸点越低。如,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,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，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：,NaMgAl,。,晶体,晶体结构,晶体详解,原,子,晶,体,金,刚,石,(1),每个碳与相邻,4,个碳以共价键结合，形,成正四面体结构,(2),键角均为,10928,(3),最小碳环由,_,个,C,组成且,6,原子不,在同一平面内,(4),每个,C,参与,4,个,CC,键的形成，,C,原,子数与,CC,键数之比为,_,SiO,2,(1),每个,Si,与,4,个,O,以共价键结合，形成正,四面体结,构,(2),每 个正四面体占有,1,个,Si,，,4,个,O,，,n,(Si),n,(O),12,(3),最小环上有,_,个原子，即,6,个,O,6,个,Si,3,典型晶体模型。,6,12,12,(,续表,),6,12,8,6,晶体,晶体结构,晶体详解,离,子,晶,体,NaCl,型,(1),每个,Na,(Cl,),周围等距且紧邻的,Cl,(Na,),有,_,个。每个,Na,周围等距且紧邻的,Na,有,_,个,(2),每个晶胞中含,4,个,Na,和,4,个,Cl,CsCl,型,(1),每个,Cs,周围等距且紧邻的,Cl,有,_,个，每个,Cs,(Cl,),周围等距且紧邻的,Cs,(Cl,),有,_,个,(2),如图为,8,个晶胞，每个晶胞中含,1,个,Cs,、,1,个,Cl,(,续表,),12,6,晶体,晶体结构,晶体详解,分子晶体,干冰,(1)8,个,CO,2,分子构成立方体且在,6,个面心又各占据,1,个,CO,2,分子,(2),每个,CO,2,分子周围等距紧邻的,CO,2,分子有,_,个,金属晶体,简单,立方,堆积,典型代表,Po,，配位数为,_,，空间利用率,52%,晶体,晶体结构,晶体详解,金,属,晶,体,面心,立方,最密,堆积,又称为,A,1,型或铜型，典型代表,Cu,、,Ag,、,Au,，配位数为,_,，,空间利用率,74%,体心,立方,堆积,又称为,A,2,型或钾型，典型代表,Na,、,K,、,Fe,，配位数为,_,，,空间利用率,68%,六方,最密,堆积,又称为,A,3,型或镁型，典型代表,Mg,、,Zn,、,Ti,，配位数为,_,，,空间利用率,74%,(,续表,),12,8,12,晶体,熔点,/,硬度,水溶性,导电性,水溶液与,Ag,反应,A,811,较大,易溶,水溶液或,熔融导电,白色沉淀,B,3500,很大,不溶,不导电,不反应,C,114.2,很小,易溶,液态不导电,白色沉淀,【,考点集训,】,例,4,有,A,、,B,、,C,三种晶体，分别由,H,、,C,、,Na,、,Cl,四种,元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如,下,表：,(1),晶体的化学式分别为,A_,、,B_,、,C_,。,(2),晶体的类型分别是,A_,、,B_,、,C_,。,(3),晶体中微粒间作用力分别是,A_,、,B_,、,C_,。,解析：,根据,A,、,B,、,C,所述晶体的性质可知，,A,为离子晶体，,只能为,NaCl,，微粒间的作用力为离子键；,B,应为原子晶体，只,能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；,C,应为分子晶体，且,易溶，只能为,HCl,，微粒间的作用力为范德华力。,答案：,(1)NaCl C,HCl,(2),离子晶体 原子晶体 分子晶体,(3),离子键 共价键 范德华力,方法技巧,晶体类型的判断方法,(1),依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断：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；原子晶体,的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；分子晶体的构,成微粒是分子，微粒间的作用力为范德华力或氢键；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),依据物质的类别判断：金属氧化物,(,如,K,2,O,、,Na,2,O,2,等,),、,强碱,(NaOH,、,KOH,等,),和绝大多数盐类是离子晶体；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,SiO,2,外,),、几乎所有的酸、绝大多数有机物,(,除有机,盐外,),是分子晶体；常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、,晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等；金,属单质、合金是金属晶体。,(3),依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高；原子晶体,熔点高；分子晶体熔点低；金属晶体多数熔点高，但也有相当,低的。,(4),依据导电性判断：离子晶体溶于水及熔融状态时能导,电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体,中的电解质,(,主要是酸和强极性非金属氢化物,),溶于水，使分子,内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电；金属晶体是,电的良导体。,(5),依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而,脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数,硬度大，但也有较低的，且具有延展性。,例,5,(2016,届江西赣州一模,),磷元素在生产和生活中有广泛,的应用。,(1)P,原子的价电子排布图为,_,。,(2),四,(,三苯基膦,),钯分子结构如下图：,P,原子以正四面体的形态围绕在钯原子中心上，钯原子的,杂化轨道类型为,_,；判断该物质在水中溶解度并加以,解释,_,。该物质,可用上图所示的物质,A,合成：物质,A,中碳原子杂化轨道类型为,_,；一个,A,分子中手性碳原子数目为,_,。,(3),在下图中表示出四,(,三苯基膦,),钯分子中配位键：,_,gcm,3,。,(4)PCl,5,是一种白色晶体，在恒容密闭容器中加热可在,148,液化，形成一种能导电的熔体，测得其中含有一种正四面体形,阳离子和一种正六面体形阴离子，熔体中,PCl,的键长只有,198 nm,和,206 nm,两种，这两种离子的化学式为,_,；,正四面体形阳离子的键角小于,PCl,3,的键角原因为,_,_,；该晶体的晶胞如图所示，立方体的晶胞边,长为,a,pm,，,N,A,为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为,(5),PBr,5,气态分子的结构与,PCl,5,相似，它的熔体也能导电，,经测定知其中只存在一种,PBr,键长，试用电离方程式解释,PBr,5,熔体能导电的原因,_,_,。,解析：,(1)P,是,15,号元素，核外有,15,个电子，,P,元素基态,原子电子排布为,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,3,，价电子排布图为,。,(2)P,原子以正四面体的形态围绕在钯原子中心上，钯原子与,P,原子形成,4,个单键，杂化轨道数为,4,，钯原子的杂化轨道类型,为,sp,3,；水为极性分子，四,(,三苯基膦,),钯分子为非极性分子，分,子极性不同，不相溶，所以该物质在水中难溶；物质,A,中甲基,上的,C,采取,sp,3,杂化类型，,C,N,为,sp,杂化，碳碳双键为,sp,2,杂化，连接,4,个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，如,图所示：,，故一个,A,分子中手性碳原子数目为,3,个。,(3),配位键是由含有孤电子对的原子指向含有空轨道的原子，,Pd,含有空轨道、,P,原子含有孤电子对，所以配位键由,P,原子指向,Pd,原子。,(4)PCl,5,是一种白色晶体，在恒容密闭容器中加热可,在,148,液化，形成一种能导电的熔体，说明生成自由移动的阴,对个数,4,，杂化方式是,sp,3,，,PCl,3,分子中,P,原子有一对孤电子,于成键电子对间的排,斥力，所以正四面体形阳离子的键角小于,PCl,3,的键角，晶胞中,8,个,PCl,5,位于顶点，,1,个,PCl,5,分子位于晶,能电离出能导电的阴阳离子，而产物中只存在一种,PBr,键长，,答案：,(1),(2)sp,3,不溶于水，水为极性分子，四,(,三苯基膦,),钯分子为,非极性分子，分子极性不同，故不相溶,sp,、,sp,2,、,sp,3,3,(3),例,6,(2016,年新课标卷,),锗,(Ge),是典型的半导体元素，在,电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：,(1),基态,Ge,原子的核外电子排布式为,Ar_,，有,_,个未成对电子。,(2)Ge,与,C,是同族元素，,C,原子之间可以形成双键、三键，,但,Ge,原子之间难以形成双键或三键。从原子结,构角度分析，,原因是,_,。,(3),比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原,因,_,_,。,(4),光催化还原,CO,2,制备,CH,4,反应中，带状纳米,Zn,2,GeO,4,是该反应的良好催化剂。,Zn,、,Ge,、,O,电负性由大至小的顺序是,_,。,(5)Ge,单晶具有金刚石型结构，其中,Ge,原子的杂化方式为,_,，微粒之间存在的作用力是,_,。,锗卤化物,GeCl,4,GeBr,4,GeI,4,熔点,/,49.5,26,146,沸点,/,83.1,186,约,400,(6),晶胞有两个基本要素：,原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图,。则,D,原子的坐标参数为,_,。,晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知,Ge,单晶的晶,计算式即可,),。,胞参数,a,565.76 pm,，其密度为,_gcm,3,(,列出,解析：,(1)Ge,是,32,号元素，位于元素周期表第四周期第,A,族，基态,Ge,原子的核外电子排布式为,Ar 4s,2,4p,2,；在其原子的,最外层的,2,个,4s,电子是成对电子，,2,个,4p,电子分别位于,2,个不,同的轨道上，所以有,2,个未成对的电子。,(2)Ge,原子之间难以形,成双键或三键的原因是锗元素原子,半径大，难以通过,“,肩并,肩,”,方式形成,键。,(3),锗卤化物都为分子晶体，分子之间通,过,分子间作用力结合。对于组成和结构相似的分子晶体，相对分,子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。由于相对分子,质量：,GeCl,4,GeBr,4,GeI,4,，所以它们的熔沸点由低到高的顺,序是：,GeCl,4,GeBr,4,GeI,4,。,(4),元素的非金属性越强，其吸引,电子的能力就越强，元素的电负性就越大。元素,Zn,、,Ge,、,O,的,非金属性强弱顺序是,O,Ge,Zn,，所以这三种元素的电负性由,大至小的顺序是,O,Ge,Zn,。,(5)Ge,单晶具有金刚石型结构，,故,Ge,原子的杂化方式为,sp,3,杂化；由于是同一元素的原子通过,共用电子对结合，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键。,答案：,(1)3d,10,4s,2,4p,2,2,(2),锗元素原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成,键,(3)GeCl,4,、,GeBr,4,、,GeI,4,均为分子晶体。组成和结构相似的,分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越,高。相对分子质量,GeCl,4,GeBr,4,GeI,4,，所以熔沸点,GeCl,4,GeBr,4,GeI,4,(4)O,Ge,Zn,(5)sp,3,共价键,(,或非极性共价键,),例,7,(2016,年四川成都月考,)A,、,B,、,C,、,D,是元素周期表中,前,36,号元素，它们的核电荷数依次增大。第二周期元素,A,原,子的核外成对电子数是未成对电子数的,2,倍且有,3,个能级，,B,原子的最外层,p,轨道的电子为半充满结构，,C,是地壳中含量最,多的元素。,D,是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢,原子相同，其余各层电子均充满。请回答下列问题：,(1)A,、,B,、,C,的第一电离能由小到大的顺序是,_(,用,对应的元素符号表示,),；,D,原子的基态电子排布式为,_,_,。,(2)A,的最高价氧化物对应的水化物分子中，其中心原子采,取,_,杂化；,BC,的空间构型为,_(,用文字描述,),。,(3)1 mol AB,中含有的,键个数为,_,。,(4),如图是金属,Ca,和,D,所形成的某种合金的晶胞结构示,意,图，则该合金中,Ca,和,D,的原子个数比是,_,。,(5),镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构,XY,n,，,它们有很强的储氢能力。已知镧镍合金,LaNi,n,晶胞体积为,9.0,10,23,cm,3,，储氢后形成,LaNi,n,H,4.5,合金,(,氢进入晶胞空隙，,体积不变,),，则,LaNi,n,中,n,_(,填数值,),；氢在合金中的,密度为,_,。,解析：,根据题中已知信息，第二周期元素,A,原子的核外成,对电子数是未成对电子数的,2,倍且有,3,个能级可知，,A,为碳元,素，,B,为氮元素，,C,为氧元素，,D,为铜元素。镧镍合金储氢后，,1 mol,晶体中氢元素的质量为,4.5 g,，则氢在合金中的密度为,答案：,(1)C,O,N,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,或,Ar3d,10,4s,1,(2),sp,2,平面三角形,(3)2,N,A,或,2,6.02,10,23,0.083 gcm,3,。,(4)1,5,(5)5,0.083 gcm,3,