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1、第第3 3节晶体结构与性质节晶体结构与性质考纲要求: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.理解离子键的形成,能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。3.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.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。6.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。7.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。-3-基础梳理考点突破晶体常识与四种晶体的比较1.晶体(1)晶体与非晶体。-4-基础梳理考点突破(2)
2、得到晶体的途径。熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。-5-基础梳理考点突破-6-基础梳理考点突破-7-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)凡是有规则外形的固体一定是晶体()(2)晶体与非晶体的本质区别:是否有自范性()(3)熔融态物质凝固就得到晶体()(4)晶体有一定的熔、沸点()(5)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法:是否具有固定的熔沸点()(6)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子()(7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高()(8)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低()(9)离子晶体中一定不含有共价键()(10)分子晶
3、体或原子晶体中一定不含离子键()-8-基础梳理考点突破1.晶体类型的5种判断方法(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,微粒间的作用是离子键。原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用是共价键。分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用为分子间作用力。金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用是金属键。-9-基础梳理考点突破(2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。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SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机
4、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。原子晶体的熔点很高。分子晶体的熔点低。金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点相当低。-10-基础梳理考点突破(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、硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度
5、小且较脆。金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。-11-基础梳理考点突破2.晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:原子晶体离子晶体分子晶体。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。-12-基础梳理考点突破(2)同种晶体类型熔、沸点的比较。原子晶体:(比较共价键强弱)原子半径越小键长越短键能越大共价键越强熔、沸点越高。如熔点:金刚石碳化硅晶体硅离子晶体:(比较离子键强弱或晶格能大小)a.一般地说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越大,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:M
6、gONaClCsCl。b.衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。-13-基础梳理考点突破分子晶体:(比较分子间作用力大小)a.分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如沸点H2OH2TeH2SeH2S。b.组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4GeH4SiH4CH4。c.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CON2,CH3OHCH3CH3。d.同分异构体,支链越多,熔、沸点越低。-14-基础梳理考点突破金属晶体:金属离子半径越小,离子所带
7、电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:NaMgKClRbClMgO晶体为离子晶体,离子所带电荷越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高-18-基础梳理考点突破解析:(1)A组由非金属元素组成,熔点最高,属于原子晶体,熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体熔、沸点高,硬度大。(2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用“电子气理论”解释相关的性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点高是由于分子之间形成氢键。(4)D组是离子化合物,熔点较高,具有离子晶体的性质。(5)晶格能大小与离子电荷数和离子半径有关,电荷数越多,半径
8、越小,晶格能越大,熔点越高。-19-基础梳理考点突破误区警示(1)分子晶体熔、沸点的比较要特别注意氢键的存在。(2)离子晶体的熔点不一定都低于原子晶体,如MgO是离子晶体,熔点是2800;而SiO2是原子晶体,熔点是1732。-20-基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.(2015课标全国,37节选)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:(1)单质A有两种同素异形体,其中沸点高的是(填分子式),原因是;A和B的氢化物所属的晶体类型分别为和。-21-基础梳理考点
9、突破(2)A和B能够形成化合物F,其晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566nm,F的化学式为;晶胞中A原子的配位数为;列式计算晶体F的密度(gcm-3)。-22-基础梳理考点突破-23-基础梳理考点突破2.(2016河南焦作一模改编)(1)写出基态Fe2+的最高能层的电子排布式:。将Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔可制取绿色净水剂K2FeO4,其中KNO3被还原为KNO2,写出该反应的化学方程式:。(2)Cr(H2O)4Cl2Cl2H2O中Cr的配位数为;已知CrO5中Cr为+6价,则CrO5的结构式为。(3)金属镍粉在CO气流中轻微加热,生成无色、挥发性液体Ni(CO)n,该物质的
10、中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18,则n=,该配合物固体属于晶体。-24-基础梳理考点突破(4)金刚砂(SiC)结构与金刚石结构相似,若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子且同种原子不成键,则得到金刚砂(SiC)结构。SiC是晶体,键角是。如果我们以一个硅原子为中心,设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d,则与硅原子次近的第二层有个原子,离中心原子的距离是。(5)铜是第四周期重要的过渡元素之一,其单质及化合物具有广泛用途。CuH的晶体结构如图所示,若CuH的密度为dgcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶胞的边长为cm(用含d和NA的式子表示)。-25-基础梳理考点突
11、破-26-基础梳理考点突破(3)镍原子的价电子数是10,一个配体CO提供一个孤电子对,则10+2n=18,故n=4,所以在Ni(CO)n中应有4个配体CO;由于Ni(CO)n是挥发性液体,说明其组成微粒间的作用力很微弱,应是范德华力,故其固态时属于分子晶体。-27-基础梳理考点突破-28-基础梳理考点突破晶胞与典型晶体模型及相关计算1.晶胞(1)晶胞:是描述晶体结构的基本单元。(2)晶体与晶胞的关系:整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞“无隙并置”而成,晶胞是晶体结构中的基本重复单元,晶胞的结构可以反映晶体的结构。(3)晶胞中粒子数目的计算均摊法:如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有属于这个晶胞
12、。-29-2.典型晶体模型基础梳理考点突破-30-基础梳理考点突破-31-基础梳理考点突破-32-基础梳理考点突破-33-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固(1)如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是21,乙中a与b的个数比是11,丙中一个晶胞中有4个c离子和4个d离子。-34-基础梳理考点突破(2)将等径圆球在二维空间里进行排列,可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中,A属于非密置层,配位数是4;B属于密置层,配位数是6。将非密置层一层一层地在三维空间里堆积,得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞,它被称为简单立方堆积,在这种晶体中,金属原子的配位数是6,平
13、均每个晶胞所占有的原子数目是1。有资料表明,只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第六周期第A族,元素符号是Po,最外层电子排布式是6s26p4。-35-基础梳理考点突破1.晶胞组成的计算规律(1)平行六面体形晶胞数目的计算。-36-基础梳理考点突破-37-基础梳理考点突破-38-基础梳理考点突破例2(1)(2016课标全国甲,37节选)东晋华阳国志南中志卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为。若合金的密度为dgcm-3,晶胞参数a
14、=nm。-39-基础梳理考点突破(2)(2016河南中原名校仿真模拟联考)碳化硅的结构与金刚石类似,其硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能。碳化硅晶胞结构(如下图)中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有个,与碳原子等距离最近的碳原子有个。已知碳化硅晶胞边长为apm,则碳化硅的密度为gcm-3。-40-基础梳理考点突破-41-基础梳理考点突破-42-基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练3.(2016安徽江南十校三月联考)安徽省具有丰富的铜矿资源,请回答下列有关铜及其化合物的问题。(1)请写出基态铜原子的外围电子排布式:。焰火中的绿色是铜的焰色,基态铜原子在灼烧时外围电子发生了_而变为激发态。(2)新
15、型农药松脂酸铜具有低残留的特点,如图甲是松脂酸铜的结构简式。请分析1个松脂酸铜中键的个数为;加“*”碳原子的杂化方式为。-43-基础梳理考点突破(3)如图乙是某铜矿的晶胞图,请推算出此晶胞的化学式(以X表示某元素符号):;与X等距离且最近的X原子个数为。(4)黄铜矿在冶炼的时候会产生副产品SO2,SO2分子的几何构型是,比较第一电离能:S(填“”或“”)O。-44-基础梳理考点突破(5)黄铜合金可以表示为Cu3Zn,为面心立方晶胞,晶胞密度为8.5gcm-3,求晶胞的边长为(只写计算式,不求结果)。答案:(1)3d104s1跃迁(2)6sp3杂化(3)Cu2X8(4)折线形(V形或角形)-45
16、-基础梳理考点突破解析:(1)铜元素是29号元素,根据原子核外电子排布规律,可知基态铜原子的外围电子排布式为3d104s1;铜的焰色是绿色,其产生的原因是基态铜原子在灼烧时外围电子发生了跃迁而变为激发态。(2)由于共价单键都是键,共价双键有一个键和一个键,根据松脂酸铜的结构简式可知,一个分子中含有6个键;加“*”的碳原子形成了两个CH键和两个CC键,其立体构型为四面体形,故加“*”的碳原子的杂化方式为sp3杂化。(3)由该铜矿的晶胞结构示意图可知,一个晶胞中含有的铜原子数为4,含有的X原子数为,则该晶胞的化学式为Cu2X;根据晶胞图可知,晶胞中与X等距离且最近的X原子数为8。(4)SO2分子中
17、硫原子的价层电子对数为3,与氧原子形成两个共价键,还有1个孤电子对,故SO2分子的几何构型为V形;根据同主族元素的第一电离能的变化规律,可知氧原子的第一电离能比硫原子的大。-46-基础梳理考点突破-47-基础梳理考点突破4.(1)(2016广东“六校联盟”第三次联考)NaH具有NaCl型晶体结构,已知NaH晶体的晶胞参数a=488pm,Na+半径为102pm,H-的半径为,NaH的理论密度是gcm-3。(2)(2016河北张家口模拟演练)铁和氨气在640可发生置换反应,产物之一的立方晶胞结构如图所示,写出该反应的化学方程式:。若两个最近的铁原子间的距离为acm,则该晶体的密度是gcm-3。-4
18、8-基础梳理考点突破-49-基础梳理考点突破-50-基础梳理考点突破-51-基础梳理考点突破-52-12341.(2015课标全国,37节选)(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,其固体属于晶体。(2)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:在石墨烯晶体中,每个碳原子连接个六元环,每个六元环占有个碳原子。在金刚石晶体中,碳原子所连接的最小环也为六元环,每个碳原子连接个六元环,六元环中最多有个碳原子在同一平面。-53-1234答案:(1)分子(2)32124解析:(1)Fe(CO)5熔、沸点低,属于分子晶体。(2)在石墨烯晶体中每个
19、碳原子连接3个六元环;并且每个碳原子被3个六元环共用,则每个六元环占有的碳原子为6=2。在金刚石晶体中,每个碳原子连接12个六元环;每个六元环中最多有4个碳原子共面。-54-12342.(2014课标全国,37节选)(1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有个铜原子。(3)Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405nm,晶胞中铝原子的配位数为。列式表示Al单质的密度gcm-3(不必计算出结果)。答案:(1)X-射线衍射(2)16-55-1
20、234-56-12343.(2016课标全国乙,37节选)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因。-57-1234(2)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。右图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);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单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为gcm-3(列出计算式即可)。-58-1234答案:(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强-59-12344.(2016课标全国丙,37节选)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:(1)GaF3的熔点高于1000,GaCl3的熔点为77.9,其原因是。(2)GaAs的熔点为1238,密度为gcm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为,Ga与As以键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGagmol-1和MAsgmol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为。-60-1234