选18.44晶体结构与性质.ppt

第十九章 晶体结构与性质 学案 晶体结构与性质,轻松学教材,一晶体的常识 1.晶体与非晶体 (1)晶体 结构特征:原子在三维空间里呈周期性有序排列 性质特征:有自范性固定熔点对称性各向异性 (2)非晶体 结构特征:原子无序排列 性质特征:没有自范性固定熔点对称性各向异性,2.晶胞 晶胞是描述晶体结构的基本单元晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”,二几种典型的晶体模型 1.原子晶体(金刚石和二氧化硅),金刚石键角为10928,每个最小的环上有6个碳原子SiO2(正四面体,OSi键角)为10928,每个最小的环上有12个原子,其中有6个Si和6个O,2.分子晶体(干冰) 每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个,3.离子晶体 (1)NaCl型 在晶体中,每个Na+同时吸引6个Cl-,每个Cl-同时吸引6个Na+,配位数为6每个晶胞含4个Na+和4个Cl-,(2)CsCl型 在晶体中,每个Cl-吸引8个Cs+,每个Cs+吸引8个Cl-,配位数为8,(3)晶格能 定义:气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量,单位kJmol-1,通常取正值 影响因素 a.离子所带电荷:离子所带电荷越多,晶格能越大 b.离子的半径:离子的半径越小,晶格能越大 与离子晶体性质的关系 晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,且熔点越高,硬度越大,4.金属晶体 (1)金属键电子气理论 金属阳离子与自由电子间的相互作用,(2)金属晶体的几种典型堆积模型,三晶体的基本类型和性质比较,体验热身,1.下列有关晶体的叙述,错误的是( ) A.离子晶体在熔化时,离子键被破坏,而分子晶体熔化时化学键不被破坏 B.白磷晶体中,结构微粒之间通过共价键结合 C.石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体 D.分子晶体的熔点最低,答案:BD,解析:离子晶体是通过离子键将阴阳离子结合在一起的,所以熔化时,离子键被破坏;而分子晶体是通过范德华力将分子结合在一起的,所以熔化时,分子内部的化学键未发生变化,破坏的只是范德华力,则A正确白磷晶体属于分子晶体,在P4内部存在共价键,而结构微粒(P4)之间是通过范德华力结合的,则B错误石英晶体(SiO2)是原子晶体,则C正确分子晶体SP等的熔点高于金属汞的熔点,所以D错,2.下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( ) A.液溴和苯分别受热变为气体 B.干冰和氯化铵分别受热变为气体 C.二氧化硅和铁分别受热熔化 D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中,答案:A,解析:晶体类型相同,克服粒子间作用力相同,3.用烧热的钢针去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面,熔化了的石蜡呈椭圆形,这是因为( ) A.云母是热的不良导体,传热不均匀 B.石蜡是热的不良导体,传热不均匀 C.石蜡具有各向异性,不同方向导热性能不同 D.云母具有各向异性,不同方向导热性能不同,答案:D,解析:据题目叙述,可知云母具有各向异性,不同方向导热性不同,使石蜡熔化成椭圆形,4.如图所示是某原子晶体A空间结构中的一个单元,A与某物质B反应生成C,其实质是每个AA键中插入一个B原子,则C物质的化学式为( ),A.AB B.A5B4 C.AB2 D.A2B5,答案:C,解析:据题意可知一个A原子结合4个B原子,而一个B原子结合2个A原子,则AB原子个数比为12,C的化学式为AB2(本题亦可从SiO2的形成思考:图中A为Si原子,插入的B原子为氧,可得SiO2晶体,则C的化学式为AB2)需注意:此图是某原子晶体空间结构中的一个单元,5.下列组合中,晶胞的排列一致的是( ) A.ZnSNaCl B.CuMg C.NaClKCl D.CsClMgO,答案:C,解析:A中ZnS与NaCl显然不一致;B中Cu属A1型,Mg属A3型;D中MgO属NaCl型;只有C中两物质一致,6.有下列八种晶体: A.水晶 B.冰醋酸 C.氧化镁 D.白磷 E.晶体氩 F.氯化铵 G.铝 H.金刚石,用序号回答下列问题: (1)属于原子晶体的化合物是_直接由原子构成的晶体是_,直接由原子构成的分子晶体是_ (2)由极性分子构成的晶体是_,含有共价键的离子晶体是_,属于分子晶体的单质是_ (3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_,受热熔化后化学键不发生变化的是_,需克服共价键的是_,A,AEH,B,F,DE,G,BDE,AH,解析:首先正确地判断晶体类型,其次注意题目的附加要求,如属于原子晶体的化合物,另外稀有气体为单原子分子,金属晶体导电时仅是自由电子在外加电场作用下发生定向移动,属物理变化,重点探究,晶胞中微粒数目的计算 计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有 属于这个晶胞,(1)长方体(或正方体)晶胞中不同位置的粒子的计算 处于顶点的粒子,同时为8个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; 处于棱上的粒子,同时为4个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; 处于面上的粒子,同时为2个晶胞所共有,每个粒子有 属于该晶胞; 处于晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞,(2)非长方体(或正方体)晶胞中粒子视具体情况而定,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)被三个六边形共有,每个六边形占1/3,特别提醒:在晶胞中微粒个数的计算过程中,不要形成思维定势,任何形状的晶胞均使用上述计算方法不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用,如六棱柱晶胞中,顶点侧棱底面上的棱面心上的粒子依次被6342个晶胞共用.,晶体熔沸点高低的比较 1.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,如钨铂等沸点很高,如汞镓铯等沸点很低 2.原子晶体 由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔沸点高如熔点:金刚石石英碳化硅硅,3.离子晶体 一般地说,阴阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔沸点就越高,如熔点:MgOMgCl2NaClCsCl,4.分子晶体 (1)分子间作用力越大,物质的熔沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体,熔沸点反常地高如H2OH2TeH2SeH2S (2)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,(3)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 (4)同分异构体,支链越多,熔沸点越低,5.金属晶体 金属离子半径越小,离子的电荷数越多,其金属键越强,金属熔沸点就越高,如熔沸点:NaMgAl,特别提醒:上述总结的规律都是一般规律,不能绝对化在具体比较晶体的熔沸点高低时,应先弄清晶体的类型,然后根据不同类型晶体进行判断,但应注意具体问题具体分析,如MgO为离子晶体,其熔点(2 852 )要高于部分原子晶体,如SiO2(1 710 ),命题聚焦,聚焦1 晶胞的分析,【例1】 下列有关晶胞的叙述正确的是( ) A.晶胞是晶体中最小的结构重复单元 B.不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C.晶胞中的任何一个微粒都属于该晶胞 D.已知晶胞的组成就可推知晶体的结构,解析:晶胞是晶体中最小的结构重复单元,是从晶体结构中截取下来的大小形状完全相同的单元,所以已知晶胞的组成就可推知晶体的结构;但不同的晶体中的晶胞大小和形状可能不同,晶胞中的微粒也不都属于该晶胞,一般采用“切割法”确定一个晶胞实际拥有的微粒数,答案:AD,聚焦2 晶体熔点比较 【例2】 参考下表中物质的熔点,回答有关问题:,(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的_有关,随着_的增大,熔点依次降低 (2)硅的卤化物的熔点及硅锗锡铅的氯化物的熔点与_有关,随着_增大,_增大,故熔点依次升高 (3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与_有关, 因为_, 故前者的熔点远高于后者,半径,半径,相对分子质量,相对分子质量,分子间作用力,晶体类型,钠的卤化物为离子晶体,而硅的卤化物为分子晶体,解析:分析表中的物质和数据:NaFNaClNaBrNaI均为离子晶体,它们的阳离子相同,随着阴离子离子半径的增大,离子键依次减弱,熔点依次降低 NaClKClRbClCsCl四种碱金属的氯化物均为离子晶体,它们的阴离子相同,随着阳离子离子半径的增大,离子键逐渐减弱,熔点依次降低,SiF4SiCl4SiBr4SiI4四种硅的卤化物均为分子晶体,它们的结构相似,随着相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增强,熔点依次升高 SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4四种碳族元素的氯化物均为分子晶体,它们的组成和结构相似,随着相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增强,熔点依次升高,聚焦3 典型晶体结构的考查,【例3】 如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaClCsCl干冰金刚石石墨结构中的某一种的某一部分,(1)其中代表金刚石的是(填编号字母,下同)_,其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等金刚石属于_晶体 (2)其中代表石墨的是_,其中每个正六边形占有的碳原子数平均为_个 (3)其中代表NaCl的是_,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有_个,D,4,原子,E,2,B,12,(4)代表CsCl的是_,它属于_晶体,每个Cs+与_个Cl-紧邻 (5)代表干冰的是_,它属于_晶体,每个CO2分子与_个CO2分子紧邻 (6)上述五种物质熔点由高到低的排列顺序为 _,C,离子,8,B,分子,12,石墨金刚石NaClCsCl干冰,解析:根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质NaCl晶体是简单立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,但观察与Na+距离最近且等距离的Na+数目时要抛开Cl-,从空间结构上看是12个Na+CsCl晶体由Cs+Cl-构成立方结构,但Cs+组成立方体的中心有1个Cl-,Cl-组成的立方体中心又镶入1个Cs+,可称为“体心立方”结构,Cl-紧邻8个Cs+,Cs+紧邻8个Cl-干冰也是立方体结构,但在立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子每个CO2分子紧邻12个CO2分子金刚石的基本单元是正四面体形每个碳原子紧邻4个其他碳原子石墨的片层由正六边形结构组成,每个碳原子紧邻另外3个碳原子,每个碳原子为三个六边形共用,即每个六边形占有1个碳原子的1/3,所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6 =2个 晶体熔点通常由粒子间作用力而定原子晶体中原子间共价键牢固,熔点很高分子晶体的分子间作用力较弱,熔沸点较低,聚焦4 关于晶体的计算,【例4】 某离子晶体晶胞的结构如图所示,X位于立方体顶点,Y位于立方体中心试分析:,(1)晶体中每个Y同时吸引着_个X,每个X同时吸引着_个Y,该晶体的化学式为_ (2)晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_个,4,8,XY2,12,(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角XYX是_ (4)设该晶体的摩尔质量为M gmol-1,晶体密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的X中心 距离为_cm,10928,解析:(1)同时吸引的原子个数即指在某原子周围距离最近且相等的其他种类的原子个数,观察上图可知,Y位于立方体的体心,X位于立方体的顶点,每个Y同时吸引着4个X,而每个X同时被8个立方体共用,每个立方体的体心都有1个Y,所以每个X同时吸引着8个Y,晶体的化学式应为阴阳离子的个数比,XY的个数比为48,所以化学式为XY2,(2)晶体中每个X和与它最接近的X之间的距离应为右图所示立方体的面对角线,在此X的上层下层和同一层,每层均有4个X,共有12个 (3)若将4个X连接,构成1个正四面体,Y位于正四面体的中心,可联系CH4的键角,知XYX=10928,方法归纳:确定晶胞中粒子数目,首先看给出的图形是否为晶体的晶胞,若是晶体的晶胞,再分析若某个粒子为n个晶胞共有,则该粒子有 属于该晶胞;若不是晶体的晶胞,则按实际结构找相应粒子的数目,高效作业,1.下列性质适合于分子晶体的是( ) A.熔点1 070 ,易溶于水,水溶液能导电 B.熔点10.31 ,液态不导电,水溶液能导电 C.能溶于CS2,熔点112.8 ,沸点444.6 D.熔点97.81 ,质软,导电,密度0.97 gcm-3,答案:BC,解析:分子晶体,熔点低,液态不导电,易溶于溶剂(相似相溶),2.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具有许多特殊性质的原因假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状(如图)相同,则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为( ),A.87.5% B.88.9% C.96.3% D.100%,答案:B,3.金属晶体具有延展性的原因是( ) A.金属键很微弱 B.金属键没有饱和性 C.密堆积层的阳离子容易发生滑动,但不会破坏密堆积的排列方式,也不会破坏金属键 D.金属阳离子之间存在斥力,答案:C,解析:金属晶体具有延展性是由于密堆积层的阳离子受到外力作用时容易发生滑动,但不会破坏密堆积的排列方式,也不会破坏金属键,4.下列各组物质的晶体中,化学键类型相同晶体类型也相同的是( ) A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl,答案:B,解析:A项中两种化合物分子均为共价键结合的分子,但SO2形成分子晶体,SiO2为原子晶体B项中两分子均为共价键结合的分子,且均形成分子晶体C项中NaCl中含离子键,HCl为共价键结合的分子,前者是离子晶体,后者是分子晶体D项中CCl4是以共价键结合的分子晶体,KCl中含离子键,为离子晶体,5.科学家发现了一种新能源“可燃冰”它的主要成分是甲烷分子的结晶水合物(CH4nH2O)其形成过程是埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中,被厌氧性细菌分解,最后形成石油和天然气(石油气),其中许多天然气被包进水分子中,在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体,这就是“可燃冰”这种“可燃冰”的晶体类型是( ),A.离子晶体 B.分子晶体 C.原子晶体 D.金属晶体,答案:B,解析:“可燃冰”的晶体中的结构微粒是CH4分子和水分子,水分子之间以氢键和范德华力相结合,CH4分子和水分子之间以范德华力相结合,形成的晶体为分子晶体,6.已知XYZ三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是( ),A.ZXY3 B. ZX2Y6 C. ZX4Y8 D.ZX8Y12,答案:A,7.下列说法中正确的是( ) A.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 B.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 C.分子晶体的熔沸点很低,常温下都呈液态或气态 D.原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合,答案:D,解析:A项中CsCl晶体中每个离子都吸引8个带相反电荷的离子;B项中金属晶体内部本身就存在自由电子,外加电场仅能导致其产生定向移动;C项中如PS等分子晶体常温下呈固态,8.氮是地球上极其丰富的元素 (1)Li3N晶体中氮以N3-存在,基态N3-的电子排布式为_ (2)NN的键能为942 kJmol-1,NN单键的键能为247kJmol-1,计算说明N2中的_键比_键稳定(填“”或“”),1s22s22p6,(3)(CH3)3NH+和 可形成离子液体离子液体由阴阳离子组成,熔点低于100 ,其挥发性一般比有机溶剂_(填“大”或“小”),可用作_(填代号) a.助燃剂 b.“绿色”溶剂 c.复合材料 d.绝热材料,小,b,(4)X+中所有电子正好充满KLM三个电子层,它与N3-形成的晶体如图所示X的元素符号是_,与同一个N3-相连的X+有_个,Cu,6,解析:(2)在NN中有一个键,2个键 =347.5 kJmol-1 所以在NN中,键比键稳定 (3)离子液体中的作用力是离子键,尽管微弱但强于氢键和分子间作用力,所以其挥发性就小,不会污染环境,是“绿色”溶剂,(4)X+所含质子=2+8+18+1=29,所以X为29号Cu元素 从图上看少多,结合X3N知,为N3-,以顶点上的为中心,距离最近的X+有6个构成一个完整的三维空间需8个这样的单元,9.氯化铬酰(CrO2Cl2)在有机合成中可作氧化剂或氯化剂,能与许多有机物反应请回答下列问题:,(1)写出铬原子的基态电子排布式:_, 与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有_(填元素符号),其中一种金属的晶胞结构如右图所示,该晶胞中含有金属原子的数目为_,1s22s22p63s23p63d54s1,KCu,4,(2)CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是_(填“极性”或“非极性”)分子 (3)在苯CH3OHHCHOCS2CCl4五种有机溶剂中,碳原子采取sp2杂化的分子有_(填序号),CS2分子的空间构型是_,非极性,直线形,10.四种元素XYZW位于元素周期表的前四周期,已知它们的核电荷数依次增加,且核电荷数之和为51;Y原子的L层p轨道中有2个电子;Z与Y原子的价层电子数相同;W原子的L层电子数与最外层电子数之比为41,其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为51,(1)YZ可分别与X形成只含一个中心原子的共价化合物ab,它们的分子式分别是_; 杂化轨道分别是_;a分子的立体结构是_ (2)Y的最高价氧化物和Z的最高价氧化物的晶体类型分别是_晶体_晶体,CH4,SiH4,sp3,sp3,正四面体,分子,原子,(3)X的氧化物与Y的氧化物中,分子极性较小的是(填分子式)_ (4)Y与Z比较,电负性较大的是_(填元素符号) (5)W的元素符号是_,其+2价离子的核外电子排布式是_,CO2,C,Zn,1s22s22p63s23p63d10,解析:由“Y原子的L层p轨道中有2个电子”知Y为碳,再根据“YZ可分别与X形成只含一个中心原子的共价化合物”知Z应该为硅;由“W原子的L层电子数与最外层电子数之比为41,其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为51”知W为30号元素,即为锌;由核电荷数之和为51知X为氢,这样所有问题都可以得到解答,11.有ABCDEF六种元素,除E为第4周期元素外其余均为短周期元素,且ABCFDE原子序数依次增大AE位于元素周期表的s区,其余元素位于p区,AE的原子外围电子层排布相同,A的原子中没有成对电子;B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道且每种轨道中的电子总数相同;C元素原子的外围电子层排布式为nsnnpn+1;D元素的一种单质易自燃;F的基态原子核外成对电子数是成单电子数的3倍回答下列问题:,(1)写出下列元素的符号:D_,F_ (2)由ABC形成的ABC分子中,含有_个键,_个键,分子的空间构型为_,P,O,2,2,直线形,(3)BC两种元素分别与A元素形成的化合物中,易溶于水的物质是_(写化学式), 原因是_ (4)B元素的单质与E元素的单质可形成一种青铜色的化合物,其化学式可写作BxE,这种化合物的平面图形如图所示,则x值为_,NH3,氨气是一种极性分子, 且易与水分子形成氢键,8,12.(1)原子形成化合物时,电子云间的相互作用对物质的结构与性质会产生影响试回答: BF3分子的立体结构为_形,NF3分子的立体结构为_形 碳原子有4个价电子,在有机化合物中价电子均参与成键,但杂化方式不一定相同在乙烷乙烯乙炔分子中,碳原子进行sp3杂化的是(写结构简式)_,存在一个键的是(写名称)_,平面三角,三角锥,CH3CH3,乙烯,H2ONH3CH4分子中键角由大到小的顺序为_,原因是_,NH3分子中有1对孤对电子,H2O分子有2对孤对电子,对成键电子对的排斥作用增大,故键角逐渐减小,CH4NH3H2O,(2)下图为CaF2H3BO3(层状结构,层内的H3BO3分子通过氢键结合)金属铜三种晶体的结构示意图,请回答下列问题:,图所示的CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离的F-数为_,图中未标号的铜原子形成晶体后最紧邻的铜原子数为_ 图所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是_,H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为_,8,12,O,16,13.ABCD四种元素的原子序数均小于18,其最高正价依次为1,4,5,7,已知B原子的次外层电子数为2,AC原子的次外层电子数为8D元素的最高价氧化物对应的水化物是已知含氧酸中酸性最强的则:,(1)写出C元素原子的价电子轨道表达式: _, 写出D元素原子的电子排布式:_ (2)已知B元素与氢元素形成的化合物在标准状况下的密度为1.161 gL-1,则在该化合物分子中B原子的杂化方式为_,在该化合物分子中含有_个键,_个键,1s22s22p63s23p5,sp1,2,3,(3)已知CD两元素形成的化合物通常有CD3CD5两种这两种化合物一种为非极性分子,另一种为极性分子,则属于极性分子的化学式为_,该分子的空间构型为_,PCl3,三角锥形,(4)在AD两元素形成的化合物组成的晶体中,阴阳离子具有或近似具有球形对称结构,它们可以被看作刚性圆球,并彼此“相切”下图所示为A和D形成的化合物的晶胞结构图及晶胞的剖面图:,若a=5.610-8cm,则该晶体的密度为_gcm-3(精确到小数点后1位),2.2,14.根据下面三个表格所给相关信息,回答问题: 表一:价电子对数和分子空间构型的关系:,表二:部分物质的熔点:,表三:部分化学键和键能的关系:,(1)指出下列物质分子或离子的空间构型: _,CS2_;SO3_,正四面体形,直线形,平面正三角形,(2)氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为_ A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3为sp2型杂化,而CH4是sp3型杂化 B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C.NH3分子中有一对未成键的孤对电子,它对成键电子的排斥作用较强 D.氨气分子是极性分子,而甲烷是非极性分子,C,(3)下列说法正确的是_ A.原子晶体的熔点一定比离子晶体高 B.BCl3为分子晶体,其空间构型为平面正三角形