高考化学大一轮复习 第十一章 物质结构与性质 11.3 晶体结构与性质课件 新人教版.ppt

第三节晶体结构与性质 考点一晶体和晶胞 核心自主排查 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 基础小题快练 1 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 mn2bib mnbic mnbi3d mn4bi3 解析 选b 由晶体的结构示意图可知 白球代表铋原子 且均在六棱柱内 所以bi为6个 黑球代表锰原子 个数为 6 个 则二者的原子个数比为6 6 1 1 2 某离子晶体晶胞的结构如图所示 试分析 1 晶体的化学式为 2 晶体中距离最近的2个x与1个y形成的夹角 xyx是 3 设该晶体的摩尔质量为mg mol 1 晶体的密度为 g cm 3 阿伏加德罗常数的值为na 则晶体中两个距离最近的x之间的距离为 cm 解析 1 晶胞中 x的个数 8 6 4 y在晶胞内部 个数是8个 则x与y的个数比是1 2 晶体的化学式为xy2 或y2x 2 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 键角 xyx 109 28 3 由题意知 该晶胞中含有4个xy2 或y2x 设晶胞的边长为acm 则有 a3na 4m a 则晶体中两个距离最近的x之间的距离为 答案 1 xy2 或y2x 2 109 28 3 高考模拟预测 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 世纪金榜导学号30682200 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 ne 3s1 非金属性cl s 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个白球 六个面的中心有6个白球 根据 均摊法 可知晶胞中实际含有白球的数目为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 白球为o2 答案 1 1s22s22p63s1 或 ne 3s1 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 2017 郑州模拟 现有8种元素 其中a b c d e f为短周期主族元素 g h为第4周期元素 它们的原子序数依次增大 请根据下列相关信息回答问题 世纪金榜导学号30682201 1 已知ca5为离子化合物 写出其电子式 2 a b c三种元素可以形成原子个数比为1 1 1的3原子化合物分子 该分子中 键和 键的个数比为 3 画出d基态原子的核外电子排布图 4 c与a形成最简单化合物的沸点高于e与a形成的化合物 其原因是 5 ef3中心原子的杂化方式为 用价层电子对互斥理论推测其立体构型为 6 检验g元素的方法是 请用原子结构的知识解释产生此现象的原因 7 h与硫元素形成的化合物hs的晶体结构如图所示 其晶胞边长为xpm 则hs晶体的密度为 g cm 3 列式即可 阿伏加德罗常数用na表示 a与b之间的距离为 pm 用含x的式子表示 解析 根据题中信息 a为h b为c c的核外电子排布式为1s22s22p3 为n e为p 2p轨道全满 3p轨道半满 根据d的逐级电离能 则d为第 a族元素 根据元素原子序数顺序 可以确定d为al f为第3周期元素 主族序数应为4 3 7 即第 a族 为cl g为k h为第4周期第12列 为第 b族元素zn 1 nh5为离子化合物 应为nh4h 电子式为 2 a b c形成的原子个数比为1 1 1的化合物为hcn 结构式为h c n 因此分子中含有 键2个 键2个 二者个数比为1 1 3 al的基态原子核外电子排布图为 4 c与a形成nh3 e与a形成ph3 由于nh3分子间存在氢键 因此沸点高于ph3 5 pcl3中磷原子为sp3杂化 分子中价电子对数为 4 因此分子立体构型为三角锥形 6 检验钾元素一般用焰色反应方法 7 根据zns晶胞结构 晶胞中含有4个zns a与b之间的距离为晶胞体对角线的因此为 答案 1 2 1 1 3 4 nh3分子之间可以形成氢键 5 sp3三角锥形 6 焰色反应当基态原子的电子吸收能量后 电子会跃迁到较高能级 变成激发态原子 电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时 将以光的形式释放能量 7 加固训练 1 原子序数依次增大的四种元素a b c d分别处于第1至第4周期 自然界中存在多种a的化合物 b原子核外电子有6种不同的运动状态 b与c可形成正四面体形分子 d的基态原子的最外能层只有一个电子 其他能层均已充满电子 1 这四种元素中电负性最大的元素其基态原子的价电子排布图为 第一电离能最小的元素是 填元素符号 2 c所在主族的前四种元素分别与a形成的化合物 沸点由高到低的顺序是 填化学式 呈现如此递变规律的原因是 3 b元素可形成多种单质 一种晶体结构如图一所示 其原子的杂化类型为 另一种的晶胞如图二所示 若此晶胞中的棱长为356 6pm 则此晶胞的密度为 g cm 3 保留两位有效数字 1 732 4 d元素形成的单质 其晶体的堆积模型为 d的醋酸盐晶体局部结构如图三 该晶体中含有的化学键是 填选项序号 极性键 非极性键 配位键 金属键 解析 原子序数依次增大的四种元素a b c d分别处于第1至第4周期 则a应处于第1周期 自然界中存在多种a的化合物 则a为氢元素 b原子核外电子有6种不同的运动状态 即核外有6个电子 则b为碳元素 d的基态原子的最外能层只有一个电子 其他能层均已充满电子 d原子外围电子排布为3d104s1 则d为铜元素 结合原子序数可知 c只能处于第3周期 b与c可形成正四面体形分子 则b为氯元素 1 四种元素中电负性最大的是cl 其基态原子的价电子排布式为3s23p5 其基态原子的价电子排布图为 四种元素中只有cu为金属 其他为非金属 cu的第一电离能最小 2 hf分子之间形成氢键 使其沸点较高 hi hbr hcl分子之间只有范德华力 相对分子质量越大 范德华力越大 沸点越高 即沸点由高到低的顺序是hf hi hbr hcl 3 图一为平面结构 在其层状结构中碳碳键键角为120 每个碳原子都结合3个碳原子 碳原子采取sp2杂化 一个晶胞中含碳原子数为8 6 4 8 晶胞质量为晶胞密度 8 356 6 10 10cm 3 3 5g cm 3 4 晶体cu为面心立方最密堆积 结合图三醋酸铜晶体的局部结构可确定其晶体中含有极性键 非极性键和配位键 答案 1 cu 2 hf hi hbr hclhf分子之间形成氢键 使其沸点较高 hi hbr hcl分子之间只有范德华力 相对分子质量越大 范德华力越大 沸点越高 3 sp23 5 4 面心立方最密堆积 2 2015 甲卷 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1 3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 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 g cm 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 ne 3s23p3 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 2 27g cm 3 答案 1 o1s22s22p63s23p3 或 ne 3s23p3 2 o3o3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42cl2 2na2co3 h2o cl2o 2nahco3 2nacl 5 na2o8 2 27g cm 3 考点二四种晶体类型的结构和性质 核心自主排查 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 109 28 6 6 1 2 4 sp3 1 2 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 kj mol 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 由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体 提示 如alcl3形成的晶体为分子晶体 2 晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 提示 金属晶体中存在金属阳离子 但不存在阴离子 3 在分子晶体中一定有范德华力和化学键 提示 稀有气体为单原子分子 形成的晶体为分子晶体 晶体中不存在化学键 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 7 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 提示 像硫单质 碘单质等常温下为固态 金属汞常温下为液态 因此硫 碘等分子晶体的熔点高于金属汞晶体 8 离子晶体一定都含有金属元素 提示 铵盐如nh4cl形成离子晶体 不含金属元素 高考命题探究 模拟母题示例 2017 青岛模拟 物质的结构决定性质 性质反映其结构特点 世纪金榜导学号30682202 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c c石墨 d 晶体中共价键的键角 金刚石 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 3f2nf3 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109 28 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12 2 3 6 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 6面心立方最密 模拟母题变式 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 4 so4 cuso4和 cu nh3 4 so4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 4 so4 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 探究归纳总结 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 如熔点 金刚石 碳化硅 硅 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 mgo mgcl2 nacl cscl 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h2o h2te h2se h2s 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snh4 geh4 sih4 ch4 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ch3oh ch3ch3 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 na mg al 高考模拟预测 1 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 1 该化合物熔点为253k 沸点为376k 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 1 3 2 每个碳原子形成4个共价键 每2个共价键即可形成1个六元环 则可形成6个六元环 每个共价键被2个六元环共用 所以一个碳原子可连接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 1 分子 2 32 124 2 2017 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 请回答下列问题 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69pm和78pm 则熔点feo nio 填 铁有 三种同素异形体 各晶胞如下图 则 两种晶胞中铁原子的配位数之比为 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 x 0 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 nio feo 两种晶胞中铁原子的配位数分别是8个和6个 所以 两种晶胞中铁原子的配位数之比是4 3 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 则该合金中铜原子与金原子数量之比为3 1 为金属晶体 原子间的作用力为金属键 3 由图1可知 晶胞中a位于顶点 晶胞中含有a为8 1个 b位于晶胞的体心 含有1个 o位于面心 晶胞中含有o的个数为6 3 则化学式为abo3 设la1 xaxmno3中三价锰与四价锰的物质的量分别为m和n 则有3 1 x 2x 3m 4n 6 m n 1 解之得m 1 x n x 则la1 xaxmno3中三价锰与四价锰的物质的量之比为 1 x x 由金属在元素周期表中的位置可知镧 锰 氧分别位于元素周期表f d p区 故a正确 氮元素的2p轨道电子处于半充满状态 稳定性强 因此氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能 故b错误 元素的电负性越强 金属性越弱 故c正确 图中堆积方式为镁型 故d错误 答案 1 4 3 2 3 1金属键 3 abo3 1 x x a c 加固训练 1 2017 揭阳模拟 下列数据是对应物质的熔点 有关的判断错误的是 a 只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体b 在共价化合物中各原子都形成8电子结构c 同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体d 金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高 如图为几种晶体或晶胞的构型示意图 请回答下列问题 1 这些晶体中 粒子之间以共价键结合形成的晶体是 2 冰 金刚石 mgo cacl2 干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为 3 nacl晶胞与mgo晶胞相同 nacl晶体的晶格能 填 大于 或 小于 mgo晶体的晶格能 原因是 4 每个铜晶胞中实际占有 个铜原子 cacl2晶体中ca2 的配位数为 5 冰的熔点远高于干冰 除因为h2o是极性分子 co2是非极性分子外 还有一个重要的原因是 解析 a项含有金属阳离子的可能为金属晶体 b项共价化合物中各原子不一定都形成8电子结构 如bcl3 1 分析各种物质的晶胞发现以共价键结合的晶体为金刚石晶体 2 结合不同晶体的熔点特点及氢键的