高考化学专题复习课件：晶体结构

1、高考化学专题复习课件：晶体结构 化学总复习化学总复习 晶晶 体体 结结 构构 高考化学专题复习课件：晶体结构 一、基础知识回顾一、基础知识回顾 （一）晶体的概念及性质（一）晶体的概念及性质 晶体晶体 决定晶体物理性质的因素是什么决定晶体物理性质的因素是什么? 通过结晶得到的具有规则几何外形的通过结晶得到的具有规则几何外形的 固体叫晶体。固体叫晶体。 晶体中的微粒按一定的规则排列。晶体中的微粒按一定的规则排列。 有固定的熔点有固定的熔点 构成晶体微粒之间的结合力。构成晶体微粒之间的结合力。 结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶 体的硬度越大。体的硬度越大。 高考化学专

2、题复习课件：晶体结构 （二）微粒间的作用力（二）微粒间的作用力 化学键：化学键： 分子间作用力分子间作用力 相邻原子之间强烈的相互作用。相邻原子之间强烈的相互作用。 （1）离子键）离子键 （2）共价键）共价键 （3）金属键）金属键 概念？概念？ 影响因素？影响因素？ 如何判断离子键的存在？如何判断离子键的存在？ 概念？概念？ 类型？类型？ 如何判断共价键的强弱？如何判断共价键的强弱？ 影响因素？影响因素？ 概念？概念？ 影响因素？影响因素？ 如何认识分子间作用力和共价键？如何认识分子间作用力和共价键？ 高考化学专题复习课件：晶体结构 分子间作用力（范德瓦耳斯力）分子间作用力（范德瓦耳斯力） 实

3、质不同实质不同 分子间作用力是分子之间的作用力分子间作用力是分子之间的作用力 共价键是分子内部原子之间的作用力。共价键是分子内部原子之间的作用力。 强度不同强度不同 能量较小，一般几个到数十个能量较小，一般几个到数十个KJ/molKJ/mol； 共价键一般共价键一般120-800KJ/mol120-800KJ/mol。 对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越 大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也就越高。大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也就越高。 分子间作用力对物质性质的影响规律分子间作用力对物质性质的影响规律 氢氢 键键 高考化学专题复习课件：晶体结

4、构 共价型分子中八电子稳定结构的判断共价型分子中八电子稳定结构的判断 1 1、分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足最外、分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足最外 层层8 8电子稳定结构。电子稳定结构。 2 2、若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子、若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子 数之和等于数之和等于8 8，则该元素的原子满足，则该元素的原子满足8 8电子稳定结电子稳定结 构；否则不满足。构；否则不满足。 高考化学专题复习课件：晶体结构 （三）四种晶体的比较（三）四种晶体的比较 离子晶体离子晶体 1、离子间通过离子键结合而成的晶体。、离子间通过离子键结合而成的晶体。 2、离子晶体的特点

5、、离子晶体的特点 无单个分子存在；无单个分子存在；NaCl不表示分子式。不表示分子式。 熔沸点较高，硬度较大，难压缩熔沸点较高，硬度较大，难压缩,但质地较脆但质地较脆. 水溶液或者熔融状态下均导电。水溶液或者熔融状态下均导电。 3、哪些物质属于离子晶体？、哪些物质属于离子晶体？ 强碱、部分金属氧化物、大部分盐类。强碱、部分金属氧化物、大部分盐类。 高考化学专题复习课件：晶体结构 分子晶体分子晶体 1、分子间通过分子间作用力结合成的晶体。、分子间通过分子间作用力结合成的晶体。 2、分子晶体的特点、分子晶体的特点 有单个分子存在；化学式就是分子式。有单个分子存在；化学式就是分子式。 熔沸点较低，硬

6、度较小，易升华。熔沸点较低，硬度较小，易升华。 3、哪些物质可以形成分子晶体？、哪些物质可以形成分子晶体？ 卤素、氧气、等多数非金属单质、稀有卤素、氧气、等多数非金属单质、稀有 气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、 酸、多数有机物等。酸、多数有机物等。 高考化学专题复习课件：晶体结构 原子晶体原子晶体 1、原子间通过共价键结合成的具有空间网、原子间通过共价键结合成的具有空间网 状结构的晶体。状结构的晶体。 2、原子晶体的特点、原子晶体的特点 3、哪些物质属于原子晶体、哪些物质属于原子晶体 金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化

7、硅等。 熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。 高考化学专题复习课件：晶体结构 晶体类型晶体类型 离子晶体离子晶体 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 金属晶体金属晶体 概念概念 离子间离子键离子间离子键 原子间共价键原子间共价键 分子间分子力分子间分子力 金属离子和金属离子和e金属键金属键 晶体质点晶体质点 阴、阳离子阴、阳离子 原子原子 分子分子 金属离子原子和金属离子原子和e 作用力作用力 离子键离子键 共价键共价键 分子间力分子间力 金属键金属键 物理性质物理性质 熔沸点熔沸点 较高较高 最高最高 很低很低 一般高少数低一般高少数低 硬度硬度 较硬

8、较硬 最硬最硬 硬度小硬度小 多数硬少数软多数硬少数软 溶解性溶解性 易溶于水易溶于水 难溶任何溶剂难溶任何溶剂 相似相溶相似相溶 难溶难溶 导电性导电性 溶、熔可溶、熔可 硅、石墨可硅、石墨可 部分水溶液可部分水溶液可 固、熔可固、熔可 实例实例 盐盐MOH MO C Si SiO2 SiC HX XOn HXOn 金属或合金金属或合金 四种晶体的比较四种晶体的比较 高考化学专题复习课件：晶体结构 （四）晶体类型的判断（四）晶体类型的判断 从物质的分类上判断：从物质的分类上判断： 从性质上判断：从性质上判断： 固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体；固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体；

9、固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨；固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨； 固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体。固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体。 高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体 离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物；离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物； 分子晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶分子晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶 体硼除外）及氧化物（体硼除外）及氧化物（ SiO2除外），所有的酸及非金属氢化除外），所有的酸及非金属氢化 物，大多数有机物等

10、。物，大多数有机物等。 原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、SiO2、SiC、BN等等 金属晶体：金属单质（液态金属晶体：金属单质（液态Hg除外）及合金除外）及合金 熔沸点和硬度熔沸点和硬度 物质的导电性物质的导电性 高考化学专题复习课件：晶体结构 （五）晶体化学基础（五）晶体化学基础 每个晶体是由无数个晶胞连在一起形成的，故晶胞的结每个晶体是由无数个晶胞连在一起形成的，故晶胞的结 构反映了晶体的结构，所以对于某些晶体我们就可以通过研构反映了晶体的结构，所以对于某些晶体我们就可以通过研 究晶胞结构来研究晶体结构。究晶胞结构来研究晶体结构。 晶胞晶胞从晶体中从晶体

11、中“截取截取”出来的具有代表性的最小部分出来的具有代表性的最小部分 。 （晶体中的最小重复单元）（晶体中的最小重复单元） 三种典型立方晶体结构 高考化学专题复习课件：晶体结构 均摊法 是指每个图形平均拥有的粒子数目是指每个图形平均拥有的粒子数目 如某个粒子为如某个粒子为n个图形（晶胞）所共有个图形（晶胞）所共有 ，则该粒子有，则该粒子有1/n属于一个图形。属于一个图形。 （1）长方体（正方体）：）长方体（正方体）： 位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有1/81/8； 位于晶胞棱上的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞棱上的微粒，实际提供给晶胞的只有1/

12、41/4； 位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有1/21/2； 位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶体的是位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶体的是1 1。 （2）非长方体（非正方体）：）非长方体（非正方体）： 视具体情况分析。视具体情况分析。 如：石墨石墨 平均每个碳原子对六边形的贡献是：平均每个碳原子对六边形的贡献是：1/31/3 高考化学专题复习课件：晶体结构 二、晶体常见题型二、晶体常见题型 C 例例1（西安市竞赛题）右图所示晶体结（西安市竞赛题）右图所示晶体结 构是一种具有优良的压电、铁电、电构是一种具有优良的压电、铁电、电 光等功能的晶体材料的最

13、小结构单元光等功能的晶体材料的最小结构单元 （晶胞）。晶体内与每个（晶胞）。晶体内与每个“Ti”紧邻的紧邻的 氧原子数和这种晶体材料的化学式分氧原子数和这种晶体材料的化学式分 别是（各元素所带电荷均已略去）别是（各元素所带电荷均已略去） (A)8；BaTi8O12 (B)8；BaTi4O9 (C) 6；BaTiO3 (D) 3；BaTi2O3 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例2 1987年年2月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物 在在90K下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如 下图所示，则该化合物的化学式可能为（）下图所示，则

14、该化合物的化学式可能为（） A.YBa2CuO7-x B. YBa2Cu2O7-x C. YBa2Cu3O7-x D. YBa2Cu4O7-x 计算晶胞中各原子数：计算晶胞中各原子数： Y：1 Ba：2 Cu：81/8 +81/4 = 3 C 高考化学专题复习课件：晶体结构 例：最近科学家发现一种由钛原子例：最近科学家发现一种由钛原子 和碳原子构成的气态团簇分子，如和碳原子构成的气态团簇分子，如 图所示。顶角和面心的原子是钛原图所示。顶角和面心的原子是钛原 子，棱的中心和体心的原子是碳原子，棱的中心和体心的原子是碳原 子，则它的化学式是（子，则它的化学式是（ ） A.TiC B.Ti6C7 C

15、.Ti14C13 D.Ti13C14 此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的 数目即可。数目即可。 均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以 下题型：下题型： 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例11右图为右图为NaCl晶胞的结构示意图。它向三晶胞的结构示意图。它向三 维空间延伸得到完美晶体。试回答：维空间延伸得到完美晶体。试回答： （1）一个）一个NaCl晶胞中有晶胞中有 个个 Na ，有 ，有个个Cl 。 。 （2）一定温度下，用）一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的射线衍射法测得

16、晶胞的 边长为边长为a cm，求该温度下，求该温度下NaCl晶体的密度。晶体的密度。 （3）若）若NaCl晶体的密度为晶体的密度为g/cm3，则，则 NaCl晶晶 体中体中Na 与 与Na十 十之间的最短距离是多少？ 之间的最短距离是多少？ 81/861/24 112144 m/VnM/V58.5 4(NAa3) 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例22右图为右图为NaCl晶胞结构晶胞结构,已知已知FexO晶体晶胞结构晶体晶胞结构 为为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x值小于值小于1。测知。测知FexO晶体晶体 的密度为的密度为5.71g/cm3，晶胞边长为，晶胞边长为4.2810

17、 10m。 。 （1） FexO中的中的x值（精确至值（精确至0.01）为）为； （2）晶体虽的）晶体虽的Fen+分别为分别为Fe2+和和Fe3+， 在在Fe2+和和Fe3+的总数中，的总数中， Fe2+所占分数所占分数 （用小数表示）为（用小数表示）为； （3）此晶体的化学式为）此晶体的化学式为； （4）与某个）与某个Fe2+或或Fe3+距离最近且距离相等的距离最近且距离相等的O2 离 离 子围成的空间几何形状是子围成的空间几何形状是； （5）在晶体中铁元素的离子间最短距离为）在晶体中铁元素的离子间最短距离为 m。 0.92 0.826 正八面体正八面体 3.0310 10 Fe0.762+

18、Fe0.163+O 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例33金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方 ，即在立方体的，即在立方体的8 8个顶点上各有一个金原子，各个面的个顶点上各有一个金原子，各个面的 面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻 的晶胞共用。金原子的直径为的晶胞共用。金原子的直径为d d，用，用N NA A表示阿伏加德表示阿伏加德 罗常数，罗常数，MM表示金的摩尔质量。表示金的摩尔质量。 (1)(1)金晶体中每个晶胞中含有金晶体中每个晶胞中含有个金原子；个金原子； (2)(2)欲计算一

19、个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球 外，还应假定外，还应假定 。 (3)(3)一个晶胞的体积是多少？一个晶胞的体积是多少？ (4)(4)金晶体的密度是多少？金晶体的密度是多少？ 4 在立方体各个面的对角线上在立方体各个面的对角线上3个金原子彼个金原子彼 此两两相切此两两相切 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例1 1 C C60 60是碳单质家族中的新成员，已知每个碳 是碳单质家族中的新成员，已知每个碳 原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方 式计算式计算C C60 60分子中存在 分子中存在 _条条C

20、 CC C单键；单键； _条条C=CC=C双键？双键？ 分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过4 4条共条共 价键与其它原子成键。其成键方式图为：价键与其它原子成键。其成键方式图为： 由图可以看出：每个由图可以看出：每个C CC C单键为单键为2 2个个 碳原子所拥有，故每个碳原子占有碳原子所拥有，故每个碳原子占有 2 21/2=11/2=1条条C CC C单键，分子中共有单键，分子中共有 1 160=6060=60条条C CC C单键；每个单键；每个C=CC=C双键双键 为为2 2个碳原子所拥有，故每个碳原子个碳原子所拥有，故每个碳原子 占有占有1 11

21、/2=1/21/2=1/2条条C=CC=C双键，分子中双键，分子中 共有共有1/21/260=3060=30条条C=CC=C双键。双键。 60 30 高考化学专题复习课件：晶体结构 例例22 石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数 个正六边形构成，则个正六边形构成，则: : (1)(1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为平均每一个正六边形所占的碳原子数为 ; ; (2)(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是 ； （3 3）ngng碳原子可构成碳原子可构成个正六边形。个正六边形。 每个碳原子为三个正

22、六边形共用，每个碳原子为三个正六边形共用， 每个正六边形的碳原子数为每个正六边形的碳原子数为61/3 = 2 2 又每个正六边形所占的又每个正六边形所占的CC键数为：键数为： 61/2 = 3 碳原子数与碳一碳化学键之比是碳原子数与碳一碳化学键之比是2323 2323 (n/12)NA 2 高考化学专题复习课件：晶体结构 三、常见的几种晶体类型三、常见的几种晶体类型 CsClNaCl干冰干冰 石墨石墨 金刚石金刚石 SiO2 高考化学专题复习课件：晶体结构 高考化学专题复习课件：晶体结构 NaClNaCl的晶体结构的晶体结构 （1 1）每个晶胞由）每个晶胞由 个小立方体组成（见右图），个小立方

23、体组成（见右图）， 每个小立方体的每个小立方体的 个顶点分上有个顶点分上有 个个NaNa+ +和和 个个ClCl ， ， 它们分别位于小立方体互不相邻的四个顶点上。它们分别位于小立方体互不相邻的四个顶点上。 （2 2）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有NaNa+ +数目为：数目为： 8 81/81/86 61/21/24 4，含有，含有ClCl 数目为： 数目为：1 112121/41/44 4，故每，故每 个晶胞中含有个晶胞中含有 4 4 个个“NaClNaCl”结构单元；结构单元； （3 3）晶胞中每个离子都被）晶胞中每个离子都被 个异号离子包围（上、下、左、右、个异号离子包围（上、下、左、右

24、、 前、后），它们之间构成前、后），它们之间构成 的空间结构；的空间结构； （4 4）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有 个个 （1212条棱的棱心）条棱的棱心） （5 5）设晶胞的边长为）设晶胞的边长为dcmdcm，则晶胞中，则晶胞中NaNa+ +和和ClCl 的最近距离（即 的最近距离（即 小立方体的边长）为小立方体的边长）为 cmcm，则晶胞中同种离子的最近距离为，则晶胞中同种离子的最近距离为 cmcm。 8 8 8 84 44 4 6 6 正八面体正八面体 1212 d/2d/2 d/2d/2 高考化学专题复习课件：晶体结构

25、连接正方体六连接正方体六 个面的面心构成一个面的面心构成一 个正八面体。个正八面体。 Na Cl 高考化学专题复习课件：晶体结构 Na Cl 高考化学专题复习课件：晶体结构 （1 1）晶胞为体心立方，每个立方体的）晶胞为体心立方，每个立方体的8 8个顶点分个顶点分 上有上有 个个CsCs+ +（或（或ClCl ），体心上有 ），体心上有 个个ClCl （或 （或CsCs+ +） （2 2）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有CsCs 数目为： 数目为： ，含有，含有ClCl 数目 数目 为：为： ，故每个晶胞中含有，故每个晶胞中含有 个个“CsClCsCl”结构单元；结构单元； （3 3）晶胞中每个

26、离子都被）晶胞中每个离子都被 个异号离子包围（个异号离子包围（8 8个顶点），它们之个顶点），它们之 间构成间构成 的空间结构；的空间结构； （4 4）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有 个，个， （上、下、左、右、前、后）它们之间构成（上、下、左、右、前、后）它们之间构成 的空间结构；的空间结构； （5 5）设晶胞的边长为）设晶胞的边长为dcmdcm，则晶胞中同种离子的最近距离为，则晶胞中同种离子的最近距离为 cmcm，CsCs+ +和和ClCl 的最近距离（即立方体体对角线的一半）为 的最近距离（即立方体体对角线的一半）为 cmc

27、m； CsClCsCl的晶体结构的晶体结构 8 81 1 8 81/8=11/8=1 1 11 1 8 8 立方体立方体 6 6 正八面体正八面体 d d d/2d/2 高考化学专题复习课件：晶体结构 在每个在每个CO2周围等距离且相距最近周围等距离且相距最近 的的CO2共有共有 个。个。 在每个小立方体中平均分摊到的在每个小立方体中平均分摊到的CO2 分子数为：分子数为： 个个 干冰晶体结构干冰晶体结构 12 (81/8 + 61/2) = 4 高考化学专题复习课件：晶体结构 金刚石金刚石 高考化学专题复习课件：晶体结构 在金刚石晶体中，碳原子构成的最小环为非平面在金刚石晶体中，碳原子构成的

28、最小环为非平面(与环已烷碳环相似与环已烷碳环相似 键角为键角为10928，每个碳与相邻，每个碳与相邻 4 个碳构成正四面体、个碳构成正四面体、 其中其中 n (C) : n(CC) = 1 : (4 1/2) = 1 : 2 每个碳原子被多少个六元环共用呢？每个碳原子被多少个六元环共用呢？ 相邻两条相邻两条CC键可构成键可构成 2 个六元环，它共有个六元环，它共有 C24这种相邻，故共被这种相邻，故共被 2C24 = 12 个六元环共用。个六元环共用。 同理，每条同理，每条CC键被键被 2C13 = 6 个六元环共用。个六元环共用。 金刚石晶胞实际上是由金刚石晶胞实际上是由 8 个相邻的小立方

29、体并置堆砌而成，黑体碳个相邻的小立方体并置堆砌而成，黑体碳 位于相互错开排列的位于相互错开排列的 4 个小立方体的重心，其余碳位于大立方体的个小立方体的重心，其余碳位于大立方体的 8 个顶点和个顶点和 6 个面心。该晶体实际分摊到的碳原子数为个面心。该晶体实际分摊到的碳原子数为 (4 + 6 1/2 + 8 1/8) = 8个。个。 高考化学专题复习课件：晶体结构 设设CC键长为键长为 d 、晶胞边长为、晶胞边长为 a ，可列：，可列： 若令若令 A (0，0，0) 、，则、，则B (1/4， 1/4 ，1/4) 、C (1，1，1) ， 3a = 4d 即即 a = 4 3d / 3， AB

30、 = 3(1/4)2 = 3/4，AC = 312 = 3 ，故，故AB = AC/4 若令金刚石的密度为若令金刚石的密度为 b，可列：，可列： 1mol6.021023(43d /3)3b / 8 = 1mol12g/mol 将将 b = 3.51g/cm3代入，解得代入，解得 d = 1.5510-8 cm = 1.5510-10m 高考化学专题复习课件：晶体结构 （1）金刚石由碳原子构成正四面体的单元。）金刚石由碳原子构成正四面体的单元。 每个碳原子等距离紧邻其它每个碳原子等距离紧邻其它个碳原子。个碳原子。 键角为键角为。金刚石中由共价键构成。金刚石中由共价键构成 的最小环有的最小环有6

31、个碳原子，但个碳原子，但6个碳原子不个碳原子不 都在一个平面上。都在一个平面上。 （2）每个环平均拥有：）每个环平均拥有：个个CC键，键，个个C原子。原子。 （3）晶体中每个）晶体中每个C原子被原子被个六元环所共有，每个个六元环所共有，每个C原子占原子占 有有个个CC键。键。 小结：小结： 10928 4 1/21 12 2 高考化学专题复习课件：晶体结构 石墨：石墨： 高考化学专题复习课件：晶体结构 在石墨晶体中，碳原子构成的最小环为平面型六元环在石墨晶体中，碳原子构成的最小环为平面型六元环(与苯环相似与苯环相似) 键角为键角为120，每个碳原子与相邻，每个碳原子与相邻 3 个碳原子构成正三角形，个碳原子构成正三角形， 其中其中 n (C) : n(CC) = 1 : (31/2) = 2 : 3，每个碳原子被，每个碳原子被 3 个六元个六元 环共用，每个环共用，每个CC键被键被 2 个六元环共用。个六元环共用。 高考化学专题复习课件：晶体结构 令石墨中令石墨中CC键长为键长为 a ，层间距离为，层间距离为 h ，由于每个正六棱柱分摊，由