（全国通用版）2019版高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质12.3晶体结构与性质课件.ppt

第三节 晶体结构与性质,考点一 晶体和晶胞 【基础回顾】 1.晶体与非晶体: (1)晶体与非晶体比较:,周期性有,序,无序,熔点,(2)获得晶体的途径。 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。,2.晶胞: (1)概念:描述晶体结构的_。 (2)晶体中晶胞的排列无隙并置。 无隙:相邻晶胞之间没有_。 并置:所有晶胞_排列,_相同。,基本单元,任何间隙,平行,取向,【思维诊断】 (正确的打“”,错误的打“”) (1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。 ( ) 提示:。晶体具有天然的几何外形,不是加工形成的几何外形。 (2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。 ( ) 提示:。冰和固体碘晶体中都存在范德华力,但冰中水分子间还存在氢键。,(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。 ( ) 提示:。晶体具有自范性,缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中存在溶解和结晶平衡,最终会慢慢变为完美的立方体块。,(4)通过X-射线衍射实验的方法不能区分晶体和非晶体。 ( ) 提示:。构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X-射线衍射图谱反映出来。,(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。 ( ) 提示:。晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,非晶体中粒子在微观空间里不能有序排列,这是晶体和非晶体的本质区别。,(6)立方晶胞中,顶点上的原子被4个晶胞共用。 ( ) 提示:。立方晶胞中,顶点上的原子被8个晶胞共用。,【方法点拨】 “均摊法”突破晶胞组成的计算 (1)原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶 胞所共有,那么每个晶胞对这个粒子分得的份额就 是 。 (2)方法:长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒 子数的计算。,非长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 。,【题组过关】 1.(2016四川高考节选)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题: 导学号79100200,(1)R基态原子的电子排布式是_, X和Y中电负性较大的是_(填元素符号)。 (2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是_。,(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是_。 (4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是_(填离子符号)。,【解析】M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,其电子排布式为1s22s22p4,为氧元素;R是同周期元素中最活泼的金属元素,R的原子序数比O的大,则R一定是钠元素;引起酸雨的主要大气污染物是二氧化硫,则X是S。因为M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,则Y只能是氯元素。Z的基态原子4s和3d轨道半充满,则其价电子排布式为3d54s1,则Z为铬元素。,(1)R是钠元素,其基态原子的电子排布式是1s22s22p63s1或Ne3s1;非金属性ClS,Cl的电负性比S的大。 (2)X的氢化物是H2S,M的氢化物是H2O,由于H2O中存在分子间氢键使其沸点比H2S的高。,(3)XM3分子是SO3,其价层电子对数=3+ =3,S的 杂化方式为sp2,分子中没有孤电子对,其轨道构型和 分子构型都是平面三角形。,(4)R2M晶体为Na2O,晶胞中立方体的顶点上有8个灰球, 六个面的中心有6个灰球,根据“均摊法”可知晶胞中 实际含有灰球的数目为8 +6 =4;黑球全部处 于晶胞的内部,即晶胞中含有黑球的数目为8,所以黑 球为Na+,灰球为O2-。,答案:(1)1s22s22p63s1(或Ne3s1) Cl (2)H2S分子间不存在氢键,H2O分子间存在氢键 (3)平面三角形 (4)Na+,2.铁是最常见的金属材料。铁能形成 Fe(H2NCONH2)6(NO3)3三硝酸六尿素合铁()和Fe(CO)x等多种配合物。 导学号79100201,(1)基态Fe3+的核外电子排布式为_,与N 互为等电子体的分子是_。 (2)尿素(H2NCONH2)分子中C、N原子的杂化方式依次为_。C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是_。,(3)配合物Fe(CO)x常温下呈液态,熔点为-20.5 ,沸点为103 ,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于_(填晶体类型)。 (4)铁有、三种同素异形体,、三种晶胞中铁原子的配位数之比为_。,【解析】(1)Fe原子核外有26个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe3+,Fe3+电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5, 中有4个原子,5+63+1=24个价电子,SO3中有4个原子,6+63=24个价电子,与 是等电子体。,(2)尿素分子中C形成三个键,杂化方式为sp2;分子 中氮原子的价层电子对数为 =4,杂化方式为sp3, 同一周期元素,元素的第一电离能随着原子序数增大 呈增大趋势,但第A族、第A族元素第一电离能大 于其相邻元素,C、N、O元素处于同一周期且原子序数 逐渐增大,N处于第A族,所以第一电离能NOC。,(3)分子晶体的熔沸点较低,根据题给信息知,该物质的熔沸点较低,所以为分子晶体。 (4)-Fe为体心立方密堆积,配位数为8,-Fe为面心立方密堆积,配位数为12,-Fe为简单立方堆积,配位数为6,则、三种晶胞中铁原子的配位数之比为8126=463。,答案:(1)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5) SO3(合理即可) (2)sp2、sp3 NOC (3)分子晶体 (4)463,3.(2018南宁模拟)硒化锌是一种透明色半导体,也可作为红外光学材料,熔点是1 520 。 (1)基态锌原子的价电子排布式是_。 (2)根据元素周期律,电负性Se_S,第一电离能Se_As(填“”或“”)。,(3)H2S分子的电子式:_,H2Se分子的立体构型是_,其中硒原子的杂化轨道类型是_。 (4)H2O的沸点高于H2Se的沸点(-42 ),其原因是 _。,(5)晶体Zn为六方最密堆积,其配位数是_。 (6)ZnSe晶胞如图,假设阿伏加德罗常数的值为NA,则144 g ZnSe晶体中的晶胞数是_。,【解析】(1)本题考查价电子排布式,Zn位于第4周期B族,价电子包括最外层电子和次外层d能级,排布式为3d104s2。(2)考查电负性规律和第一电离能规律,非金属性越强,电负性越强,同主族从上到下非金属性减弱,即电负性:SeS,同周期随原子序数增大,第一电离能呈增大趋势,但第A族和第A族出现反常,因此,第一电离能:SeAs。(3)H2S的电子式为 , H2Se中心原子Se有2个键,孤电子对数为 =2, 分子构型为V形。(4)考查分子间氢键对物质物理性质 的影响,H2O中存在分子间氢键,H2Se不存在分子间氢键, 因此H2O的沸点高于H2Se。(5)考查金属晶体堆积方 式,Zn是六方,最密堆积,其配位数为12。(6)考查晶胞的计算,根据 晶胞的结构,Zn位于内部,Se位于顶点和面心,因此1个 晶胞中含有4个ZnSe,其质量为 144 g,因此144 g ZnSe含有晶胞的个数为 。,答案:(1)3d104s2 (2) (3) V形 sp3 (4)水分子间存在氢键、H2Se分子间无氢键 (5)12 (6),【加固训练】 1.(2018兰州模拟)如图是氯化铯晶体 的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构 单元),已知晶体中2个最近的Cs+核间距 为a cm,氯化铯(CsCl)的式量为M,NA为阿伏加德罗常 数,则氯化铯晶体的密度为 ( ),【解析】选C。晶胞中平均含有一个Cs+和一个Cl-,晶 胞的质量为 g,体积为a3 cm3,所以晶体密度为 g cm-3,故选C。,2.(2015全国卷)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)四种元素中电负性最大的是_(填元素符号),其中C原子的核外电子排布式为_。,(2)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_。 (3)C和D反应可生成组成比为13的化合物E,E的立体构型为_,中心原子的杂化轨道类型为_。,(4)化合物D2A的立体构型为_,中心原子的价层电子对数为_,单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A,其化学方程式为_。,(5)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=0.566 nm,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) _。,【解析】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,则A是O,B是Na;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,则C是P;D元素最外层有一个未成对电子,所以D是氯元素。,(1)非金属性越强,电负性越大,四种元素中电负性最大的是O。P的原子序数为15,其电子排布式为 1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)。 (2)氧元素有氧气和臭氧两种单质,由于臭氧的相对分子质量较大,范德华力大,所以沸点高;A和B的氢化物为H2O和NaH,晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。,(3)C和D形成的物质为PCl3,其中P含有一对孤电子对,其价层电子对数是4,所以立体构型为三角锥形,中心原子为sp3杂化。 (4)化合物Cl2O的中心原子O含有2对孤电子对,价层电子对数为4,所以立体构型为V形,Cl2和碳酸钠反应的化学方程式为2Cl2+2Na2CO3+H2O=Cl2O+2NaHCO3 +2NaCl。,(5)根据晶胞结构可知氧原子的个数=8 +6 =4,Na全部在晶胞中,共计是8个,则F的化学式为 Na2O。以顶点氧原子为中心,与氧原子距离最近的 钠原子的个数是8个,即晶胞中A原子的配位数为8。 晶体F的密度=,答案:(1)O 1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3) (2)O3 O3相对分子质量较大,范德华力大 分子晶体 离子晶体 (3)三角锥形 sp3 (4)V形 4 2Cl2+2Na2CO3+H2O=Cl2O+2NaHCO3+2NaCl,(5)Na2O 8,考点二 四种晶体类型的结构和性质 【基础回顾】 1.四种晶体类型的比较:,分子,原子,阴、阳,离子,范德华力,共价键,金属键,离子键,2.典型晶体模型:,sp3,10928,6,6,12,4,sp3,12,12,氢键,范德华力,4,12,12,4,4,8,6,6,12,8,12,3.离子晶体的晶格能: (1)定义:_形成1摩尔离子晶体_的能量, 通常取正值,单位为_。 (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。,气态离子,释放,kJmol-1,大,小,(3)与离子晶体性质的关系: 晶格能是最能反映离子晶体稳定性的数据。晶格能越 大,形成的离子晶体越_,且熔点越高,硬度越大。,稳定,【思维诊断】 (正确的打“”,错误的打“”) (1)固态CO2属于分子晶体。 ( ) 提示:。固态CO2是由CO2分子通过分子间作用力结合形成的分子晶体。,(2)F-的离子半径小于Cl-,则CaF2的熔点高于CaCl2。 ( ) 提示:。由于离子所带的电荷相同,F-的离子半径小于Cl-,所以CaF2的晶格能大于CaCl2,故熔点高。,(3)阴阳离子比为21的物质,均与CaF2晶体构型相同。 ( ) 提示:。晶体的构型还与离子的大小有关,所以阴阳离子比为21的物质,不一定与CaF2晶体构型相同。,(4)金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。 ( ) 提示:。金属镁为六方最密堆积模型,每个镁原子周围与其距离最近的原子有12个。,(5)在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个。 ( ) 提示:。在NaCl晶体中,所有的Na+呈面心立方最密堆积,因此每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个。,(6)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。 ( ) 提示:。有些金属晶体的熔点高于某些原子晶体,如钨的熔点高于SiO2。,【典题探究】 【典题】(2018石家庄模拟)物质的结构决定性质,性质反映其结构特点。 导学号79100202 (1)金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质,下列叙述中正确的有_。,a.金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化,石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化 b.晶体中共价键的键长:金刚石中CC石墨,(2)铜及其合金是人类最早使用的金属材料。 NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到:4NH3 +3F2 NF3+3NH4F 上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有_(填序号)。 a.离子晶体 b.分子晶体 c.原子晶体 d.金属晶体,NF3与NH3均为三角锥形,但前者键角小于后者,原因是_。 元素周期表中铜的相邻元素的晶体结构如图甲,则其一个晶胞中含有_个该元素原子,金属铜采取如图乙所示堆积方式,可称为_堆积。,【解析】(1)金刚石中的碳原子与周围4个碳原子形成共价单键,构成正四面体,键角为10928,碳原子为sp3杂化,石墨中每个碳原子与三个碳原子形成键,形成平面正六边形结构,键角为120,碳原子为sp2杂化,a正确,d错误。石墨中的碳碳键键长小于金刚石中的碳碳键,破坏石墨中的共价键消耗的能量比破坏金刚石中共价键消耗能量多,因此熔点:石墨 金刚石,b错误,c正确。,(2)NF3、NH3和F2属于分子晶体,Cu属于金属晶体,NH4F属于离子晶体。 由于电负性:氟氮氢,NF3中共用电子对更偏向氟,排斥力小于NH3,因此前者键角小于后者。,根据甲晶胞的结构图,利用均摊法可知晶胞所含原 子数为 8+1=2;根据金属铜晶胞的结构图可知,铜 原子分布在晶胞立方体的顶点和面心上,所以堆积方 式为面心立方最密堆积。,答案:(1)a、c (2)a、b、d 电负性:氟氮氢,NF3中共用电子对更偏向氟,排斥力小于NH3 2 面心立方最密,【母题变式】 (1)金刚石和石墨形成的晶体分别属于什么类型? 提示:金刚石属于原子晶体,石墨属于混合型晶体。,(2)CuSO4溶液中通入过量NH3,可反应生成 Cu(NH3)4SO4,CuSO4和Cu(NH3)4SO4的晶体分别属于什么类型?试比较二者的熔点。 提示:二者均属于离子晶体,熔点CuSO4高于Cu(NH3)4SO4,因为二者均为离子化合物,且阴、阳离子的电荷数均为2,但后者阳离子比前者阳离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低。,【归纳提升】 “两角度”比较晶体熔、沸点的高低 (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(可高于某些原子晶体),汞、铯等熔、沸点很低(可低于某些分子晶体)。,(2)同种类型晶体熔、沸点的比较。 原子晶体。,离子晶体。 a.一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力越强,其晶体的熔、沸点越高,如熔点:MgOMgCl2,NaClCsCl。 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。,分子晶体。 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、沸点反常高。如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分子晶体(相对分子质量接近),其分子的极性越大,熔、沸点越高,如CH3OHCH3CH3。 d.同分异构体,支链越多,熔、沸点越低,如正戊烷异戊烷新戊烷。 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,金属晶体的熔、沸点越高,如熔、沸点:NaMgAl。,【题组过关】 1.(2017全国卷节选) MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为_nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为 a =0.448 nm,则r(Mn2+)为_nm。,.(2015全国卷节选)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题: (1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,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C原子连接_个六元环,每个六元环占有_个C原子。 在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接_个六元环,六元环中最多有_个C原子在同一平面。,【解析】.因为O2-是面心立方最密堆积方式,面对角 线是O2-半径的4倍,即4r(O2-)= a,解得r(O2-)= 0.420 nm0.148 nm;MnO也属于NaCl型结构,根据晶胞 的结构,2r(Mn2+)+r(O2-)=a,即2r(Mn2+)+0.148 nm =0.448 nm,所以r(Mn2+)=0.076 nm。,.(1)该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,熔沸点较 低,所以为分子晶体。 (2)根据均摊法来计算。石墨烯晶体中,每个碳原子 被3个六元环共有,每个六元环占有的碳原子数是6 =2。,每个碳原子形成4个共价键,最小环为六元环,每个共价键被3个六元环共用,所以一个碳原子可连接34=12个六元环;根据数学知识,3个碳原子可形成一个平面,而每个碳原子都可构成1个正四面体,所以六元环中最多有4个碳原子共面。 答案:.0.148 0.076 .(1)分子 (2)3 2 12 4,2.(2018银川模拟)我国自主研制的C919大型客机正式下线,标志着我国成为世界上少数几个掌握研发制造大型客机能力的国家,同时意味着中国高端装备制造业发展到一个全新的高度。,(1)飞机的外壳通常采用镁、铝、钛合金材料,钛的价电子排布图为_,第一电离能:镁_铝(填“大于”或“小于”)。 (2)Fe与CO能形成配合物羰基铁Fe(CO)5,该分子中键与键个数比为_。,(3)SCl2分子中的中心原子杂化轨道类型是_,该分子构型为_。 (4)已知MgO与NiO的晶体结构(如图1)相同,其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点: MgO_NiO(填“”“”或“=”),理由是_。,(5)如图1所示,NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,0,1),则C离子坐标参数为_。 (6)一定温度下,NiO晶体可以自发地分散并形成“单分 子层”,可以认为O2-作密置单层排列,Ni2+填充其中 (如图2),已知O2-的半径为a m,每平方米面积上分散 的该晶体的质量为_g。(用a、NA表示),【解析】(1)钛为22号元素,价电子排布为3d24s2,价电 子排布图为 ,镁元素的3s能级为全满稳定 状态,能量较低,镁的第一电离能大于铝的。(2)Fe与 CO能形成配合物羰基铁Fe(CO)5,每个CO中含有1个 键和2个键,而每个CO又通过1个配位键与Fe连 接,所以该分子中键有5+5=10,键有10个,所以二 者比例为11。(3)SCl2分子中硫原子杂化轨道数为 (6+2)/2=4,采取sp3杂化方式,两对孤电子对,所以该,分子构型为V形或折线形。(4)其中Mg2+和Ni2+的离 子半径分别为66 pm和69 pm,根据离子电荷相同时, 离子半径越小,晶格能越大分析,MgO熔点大于NiO的 熔点。(5)NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0), B为(1,0,1),而C离子的x系坐标和Bx坐标相同,yz系坐标都在中点上,所以C离子坐标参数为 (1, , )或(1,0.5,0.5)。(6)根据图2可知,每个氧 化镍所占的面积为(2a m)(2a msin60)= 2 a2 m2,则每平方米含有的氧化镍个数= ,每 个氧化镍的质量= g,所以每平方米含有的氧化镍 质量=,答案:(1) 大于 (2)11 (3)sp3 V形或折线形 (4) 离子所带电荷相同,Mg2+半径比Ni2+小,所以MgO 的晶格能比NiO大,MgO熔点高 (5)(1, , )或(1,0.5,0.5) (6) (合理即可),【加固训练】 1.(2018开封模拟)(1)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点FeO_NiO (填“”)。,(2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期,与Cu同族,一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构,在晶胞中铜原子处于面心,金原子处于顶点位置,则该合金中铜原子与金原子数量之比为_;该晶体中,原子之间的强相互作用是_。,(3)某钙钛型复合氧化物如图1所示,以A原子为晶胞的顶点,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,当B位是V、Cr、Mn、Fe等时,这种化合物具有CMR效应。,用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式:_。 已知La为+3价,当被钙等二价元素A替代时,可形成复合钙钛矿化合物La1-xAxMnO3(x0.1),此时一部分锰转变为+4价。导致材料在某一温度附近有反铁磁-铁磁、铁磁-顺磁及金属-半导体的转变,则La1-xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为_。,下列有关说法正确的是_。 A.镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区 B.氧的第一电离能比氮的第一电离能大 C.锰的电负性为1.59,Cr的电负性为1.66,说明锰的金属性比铬强 D.铬的堆积方式与钾相同,则其堆积方式如图2所示,【解析】(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与离子键的强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。由于Ni2+的半径小于Fe2+的半径,则熔点:NiOFeO。,(2)金(Au)元素处于元素周期表中的第6周期,与铜同 族,则最外层电子数为1,则价电子排布式为5d106s1,在 晶胞中铜原子处于面心,N(Cu)=6 =3,金原子处于 顶点位置,N(Au)=8 =1,则该合金