晶体结构与性质新人教选修PPT课件

1、一、晶体的特征一、晶体的特征本质:晶体内质点在三维空间内的有序排列1. 1. 自范性：晶体在适当条件下自发地形成几何多自范性：晶体在适当条件下自发地形成几何多面体的性质面体的性质2. 2. 均一性：化学组成、密度各部分相同均一性：化学组成、密度各部分相同3. 3. 各向异性：强度、导热性、光学性质各向异性：强度、导热性、光学性质4. 4. 重复性：重复性：5. 5. 最小内能：形成晶体时内能最小最小内能：形成晶体时内能最小( (小于液、气小于液、气) )6. 6. 稳定性：内能最小，稳定稳定性：内能最小，稳定7. 7. 有熔点：有熔点：8. 8. 能使能使X X射线产生衍射的实验射线产生衍射的

2、实验第1页/共65页晶体的形成的三条途径：晶体的形成的三条途径：1. 1. 熔融态物质凝固；2. 2. 气态物质凝华；3. 3. 溶质从溶液中析出均摊法解析晶体的计算：均摊法解析晶体的计算：顶点顶点: :由8 8个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/81/8棱上棱上: :由4 4个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/41/4面心面心: :由2 2个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/21/2体内体内: :由1 1个晶胞拥有，该晶胞独自拥有该粒子长正方体第2页/共65页正六边形顶点顶点: :石墨中的每个C C被3 3个共用，各环分享1/31/3不规则正六棱柱顶点顶点: :晶体中原子被6 6个共用，各环分享1

3、/61/6正六棱柱纵棱纵棱: :晶体中原子被3 3个共用，各环分享1/31/3第3页/共65页正三角形顶点顶点: :每个原子被1212个共用，各环分享1/121/12不规则正三角形纵棱纵棱: :晶体中原子被6 6个共用，各环分享1/61/6A B C练习：某晶体的一部分如上图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子之比是 。1：4：2第4页/共65页二、分子晶体和原子晶体二、分子晶体和原子晶体1. 分子晶体第5页/共65页(1)(1)所有所有非非(2)(2)部分部分非非金属金属( (除除B B、SiSi、等的单质、等的单质) )(3)(3)非非( (除除 SiOSiO2 2 等）等）(4)(4)几乎

4、所有的几乎所有的那些晶体属于分子晶体呢？那些晶体属于分子晶体呢？第6页/共65页(1)(1)只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积分子晶体结构有何特征？ 如果分子间作用力如果分子间作用力只是范德华力只是范德华力，若以一个，若以一个分子为中心，其周围通常可以有分子为中心，其周围通常可以有1212个紧邻的分子。个紧邻的分子。分子晶体的这一特征称为分子晶体的这一特征称为分子密堆积。分子密堆积。每个分子周围有12个紧邻的分子第7页/共65页为什么冰的密度小于水？ 在冰的晶体中，水分子之间的主要作用力是氢在冰的晶体中，水分子之间的主要作用力是氢键（范德华力为次）。这会对冰晶体的结构造成键（范德华力为次）。

5、这会对冰晶体的结构造成什么样的影响呢？什么样的影响呢？氢键具有方向性 每个水分子的周围只有4个紧邻的水分子。这一排列使冰晶体中的水分子的利用率不高，留有相当大的空隙。第8页/共65页为什么冰的密度小于干冰？ 干冰晶体内只存在范德华力，一个分子周围干冰晶体内只存在范德华力，一个分子周围有有1212个紧邻分子。形成分子密堆积。在冰晶体中个紧邻分子。形成分子密堆积。在冰晶体中分子间作用力主要是氢键，一个水分子周围只有分子间作用力主要是氢键，一个水分子周围只有4 4个紧邻的水分子，形成分子非密堆积。所以干冰个紧邻的水分子，形成分子非密堆积。所以干冰的密度大于冰的密度。的密度大于冰的密度。为什么水在40

6、C时的密度最大？ 当冰刚刚融化成液态水时，热运动使冰的结当冰刚刚融化成液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度增大。超构部分解体，水分子的空隙减小，密度增大。超过过4 40 0C C时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以度逐渐减小，所以4 40 0C C时水的密度最大。时水的密度最大。第9页/共65页2.分子间作用力分子间作用力包括范德华力和氢键包括范德华力和氢键作用范围小，只有分子与分子充分接近时，作用范围小，只有分子与分子充分接近时，才有明显的作用，气态分子一般不再考虑分才有明显的作用，气态分子一般不再考虑分子间作用力

7、的存在子间作用力的存在分子间作用力很弱，能量很小，易被破坏，分子间作用力很弱，能量很小，易被破坏，克服它需能量少，这就是干冰易气化、碘易克服它需能量少，这就是干冰易气化、碘易升华的原因升华的原因分子间作用力能使分子间的排列有序化，不分子间作用力能使分子间的排列有序化，不能改变分子内的结构，因此只影响物质的物能改变分子内的结构，因此只影响物质的物理性质理性质第10页/共65页1. 共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是 A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘2. 在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是

8、A. HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依减弱 B. N2比白磷化学性质稳定C. F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高 D. H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点 课堂练习BCD第11页/共65页3. 下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用力的是 ( ) A.食盐溶解 B.铁的熔化 C.干冰升华 D.氯化铵受热分解 4. 当SO3晶体熔化或气化时，下述各项中发生变化的是 ( ) A.分子内化学键 B.分子间距离 C.分子构型 D.分子间作用力 5. 支持固态氨是分子晶体的事实是 A.氮原子不能形成阳离子 B.铵离子不能单独存在 C.常温下，氨是气态物质 D.氨极易溶于水 CBDC第1

9、2页/共65页6. 下列有关共价化合物的说法：具有较低的熔、沸点 不是电解质 固态时是分子晶体 都是由分子构成 液态时不导电，其中一定正确的是 ( )A. B. C. D.7. 下列分子晶体：HCl HBr HI CO N2 H2熔沸点由高到低的顺序是 ( ) A. B. C. D. DC第13页/共65页. .概念：概念：相邻相邻原子原子间以间以共价键共价键相结合而形成相结合而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体的晶体 构成原子晶体的粒子是构成原子晶体的粒子是原子原子，原子间以较强的共价键相结合。，原子间以较强的共价键相结合。2原子晶体（共价晶体）原子晶体（共价晶体）第14页/共65页

10、10928共价键 在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的4个碳原子所包围，以共价键跟这4个碳原子结合，形成正四面体。最小的碳环上有6个碳原子。 金刚石里的C-C键的键长很短（154pm），键能很大（347.7KJ/mol）,所以金刚石在所有晶体中硬度最大，而且熔点也很高（35500C）。第15页/共65页练习练习1：金刚石晶体是：金刚石晶体是一种立体的空间网状结一种立体的空间网状结构，试分析；构，试分析；（1）晶体中最小碳环）晶体中最小碳环由由 个个C原子组成？原子组成？（2）晶体中每个）晶体中每个C原原子参与了子参与了 条条CC键的形成？（键的形成？（3）原子）原子个数与个数与CC键数之比键数

11、之比为为 ？641：2第16页/共65页常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属单质： 金刚石（金刚石（C C）、晶体硅）、晶体硅(Si)(Si)、 晶体硼（晶体硼（B B）、晶体锗）、晶体锗(Ge)(Ge)等等某些非金属化合物： 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BNBN）晶）晶体体某些氧化物： 二氧化硅（二氧化硅（ SiOSiO）晶体、）晶体、AlAl2 2OO3 3第17页/共65页练习2：有下列八种物质：水晶、冰醋酸、白磷、氩晶体、碳化硅、干冰、金刚石和过氧化氢晶体。填空： 属于原子晶体的化合物是： ； 直接由原子构成的晶体是： ； 含有极性键和非极性键的分子晶

12、体是是： ； 属于分子晶体的单质是： ； 受热熔化后化学键不发生变化的是： ； 受热熔化需破坏化学键的是： 。水晶 碳化硅水晶 碳化硅、金刚石冰醋酸 过氧化氢晶体氩晶体、白磷冰醋酸、氩晶体 白磷 干冰 过氧化氢晶体水晶 碳化硅 金刚石第18页/共65页练习3：下列物质不存在氢键的是 A.冰醋酸中醋酸分子之间 B.液态HF中的HF分子之间 C.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间 D.可燃冰(CH48H2O)中甲烷分子与水分子之间练习4：有关晶体的下列说法正确的是 A.晶体中分子间作用越大，分子越稳定 B.原子晶体中原子间键长越短，晶体越稳定 C.原子晶体中共价键越强，熔沸点越高 D.分子晶体中，

13、共价键键能越大，该分子的熔沸点越高 E.微粒间通过共价键形成的晶体，具有高的熔沸点 F.冰融化时水分子中共价键发生断裂 G.分子晶体内一定存在共价键第19页/共65页5. 下列有关晶体的叙述，属于原子晶体的是：A. 由分子间作用力结合而成，熔点低；B. 固体熔融后容易导电，熔点在1000左右；C. 由共价键结合形成空间网状结构；D. 熔沸点高，硬度大。6. 某单质组成的晶体一定不是：A. 离子晶体；B. 分子晶体；C. 原子晶体；D. 金属晶体CA第20页/共65页三、金属晶体三、金属晶体一、金属键：1 1. .金属键：在金属单质晶体中, ,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的

14、强烈的相互作用）叫金属键 2.2.金属晶体: :金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体 构成微粒：金属阳离子与自由电子；构成微粒：金属阳离子与自由电子； 微粒间的作用：金属键微粒间的作用：金属键 物性特点物性特点：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难溶于水（溶于水（K K、 NaNa、CaCa等与水反应），能导电、导热、有延等与水反应），能导电、导热、有延展性等展性等第21页/共65页第22页/共65页3. 金属晶体Po周围相切的Po为64. 金属晶体碱金属或Fe周围相切的原子为8第23页/共65页5. 金属晶体Mg、Zn、Ti周围相切

15、的原子为126. 金属晶体Cu、Ag、Au周围相切的原子为12第24页/共65页 NaCl晶胞CsCl晶胞离子晶体中存在的微粒是：阴、阳离子微粒间的作用力是：离子键(离子内可能存在共价键)哪些是离子晶体：大多数盐、碱、金属氧化物强调：离子晶体一定是化合物离子键无饱和性 、无方向性四、离子晶体第25页/共65页两种晶体中阳离子和阴离子的配位数是否相等？6886第26页/共65页离子晶体的性质在离子晶体中，离子间存在较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩，具有较高的熔沸点。一般来说：熔沸点的顺序是 原子晶体离子晶体分子晶体离子晶体的熔点高低取决于离子键的强弱离子键的强弱取决于离子半径和所带电

16、荷 第27页/共65页NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在。NaCl 是化学式，因而 58.5 可以认为是式量，不是分子量 。离子晶体中没有分子式，只有化学式。化学式是微粒的配位数之比。第28页/共65页分子原子金属离子和自由电子阴、阳离子范德华力共价键金属键离子键可能的化学键共价键共价键低很高变化大高小很大变化大较大差差良好差不导电不导电良好的导电性不导电NaCl、CsCl、CaF2干冰、冰、Ne、HCl等金刚石、水晶等钋、钾、镁、铜四种晶体比较第29页/共65页最近原子个数求算或空间构型判断：最近原子个数求算或空间构型判断：1. 求离Na+最近的Cl个数 求离Cl最

17、近的Na个数方法三:配位数为6，配位原子空间构型为正八面体方法一：找点法(x、y、z)方法二：排除重复计算法第30页/共65页2. 求离Cs+最近的Cl个数 求离Cl最近的Cs个数方法：配位数为8，配位原子空间构型为正方体第31页/共65页3. 求离Ca2最近的F个数 求离F最近的Ca2+个数方法:Ca2+的配位数为8，配位原子构型为正方体 F的配位数为4，配位原子构型为正四面体FCa2第32页/共65页4. 求离Na+最近的Na个数 求离Cl最近的Cl个数方法一：找点法(x、y、z)方法二：排除重复计算法第33页/共65页5. 求离CO2最近的CO2个数方法一：找点法(x、y、z)方法二：排

18、除重复计算法第34页/共65页6. 冰中，求离H2O最近的H2O个数氢键具有方向性第35页/共65页1下列化学式能真实表示物质分子组成的是 （ ）ANaOH BSiO2 CCsCl DSO3 2下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是 （ ）ASO2与SiO2 BCO2与H2O CNaCl与HCl DCCl4与KClDB课堂检测第36页/共65页3下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是 （ ）A1mol氯化钠中有NA个NaCl分子B氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Na+共有6个C氯化铯晶体中，每个CS+周围紧邻8个Cl-D平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-AB第37页/

19、共65页520世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子。(如图1-5)：下列说法错误的是 A金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高B据估计C60熔点比金刚石和石墨要高C无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体D球碳分子是碳的同素异形体，而管状碳分子、洋葱状碳分子则不一定 BD第38页/共65页6下列数据是对应物质的熔点据此做出的下列判断中错误的是 A铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B表中只有BCl3和干冰是分子晶体C同

20、族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 B第39页/共65页7. 某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的顶点，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)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_个。(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹XYX的度数为_。(4)设该晶体的摩尔质量为M gmol-1，晶体密度为cm-3，阿伏加德罗常数为NA则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为_ 。48XY21210928 32AmN第40页/共65页8. 二氧化硅晶体是立体的网状结构，其

21、晶体模型如右图所示。认真观察晶体模型并回答下列问题：(1)二氧化硅晶体中最小的环为 元环。(2)每个硅原子为 个最小环共有。(3)每个最小环平均拥有 _个氧原子。SiO12121第41页/共65页3AaNMN A3NNaM 3ANMNa 第42页/共65页五五. 晶胞边长的求法：晶胞边长的求法：NaCl晶胞1. 求晶胞的边长2. 求Na最近的Cl的距离3. 求相邻两个最近的Na间或相邻两个最近的Cl间的距离a2r4Clar2r2ClNa第43页/共65页2/r 4a 2r 边长边长相邻原子间距相邻原子间距3/4ra 2r 边长边长相邻原子间距相邻原子间距第44页/共65页四、密度的计算、空间利

22、用率四、密度的计算、空间利用率(金属晶体金属晶体)：10010033)(3r4aN利用率3A)(NMaN 密度利用率利用率密度密度第45页/共65页四、密度的计算、空间利用率四、密度的计算、空间利用率(金属晶体金属晶体)：2ra 2r 边边长长相相邻邻原原子子间间距距1001003r)2(33r4818 利利用用率率3r)2(ANM818 密密度度利用率利用率密度密度晶体Po第46页/共65页3/4ra 2r 边长边长相邻原子间距相邻原子间距1001003)3/r4(33r41818 ）（利利用用率率3)3/r4(ANM1818 ）（密密度度利用率利用率密度密度碱金属或Fe第47页/共65页r

23、 22a 2r 边长边长相邻原子间距相邻原子间距1001003)2/r4(33r4216818 ）（利利用用率率3)2/r4(ANM216818 ）（密密度度利用率利用率密度密度CuAgAu第48页/共65页NaCl晶胞3AaN58.54 密密度度3AaN58.521密度第49页/共65页NaCl晶胞1001003NaCl3Cl3Na1001003Cl3Cl3Na)2rr2(3r443r44 )2/r4(3r443r44 利利用用率率第50页/共65页CsCl晶胞3AaN58.51密度 3/ )r2r2(3r413r411001003CsCl3Cl3Cs 利利用用率率第51页/共65页CaF2

24、晶胞3AaN784密度第52页/共65页石墨h621N122Sin60aa0A 密密度度第53页/共65页练习.1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。 (1)根据图示晶胞结构，推算晶体中Y，Cu，Ba和O原子个数比，确定其化学式 (2)根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中Cu原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比 (1)YBa2Cu3O7 (2)Cu2+:Cu3+=2:1Cu第54页/共65页

25、练习：食盐晶体是由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间按3 3个垂直方向都是等距离地交错排列。已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol58.5g/mol，密度是2.2g/cm2.2g/cm3 3则食盐中相邻的钠离子核间距离的数值_ 4.0108cm A3.010-8cmB3.510-8cmC4.010-8cmD5.010-8cm第55页/共65页练习3： 如图2，最近Cs+和Cl-间的距离是3.5510-8cm，算出CsCl晶体的密度。(3.99gcm-3)第56页/共65页 练习：晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有2020个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一

26、个硼原子，如图2-102-10所示，回答：（1 1）键角 ；（2 2）晶体硼中的硼原子数 个； BBBB键 条。6001230多面体中：面数+顶点数-棱数2欧拉公式：第57页/共65页晶体的判断方法晶体的判断方法方法一方法一: :从晶体的硬度、熔沸点等物理性质进行判断从晶体的硬度、熔沸点等物理性质进行判断方法二方法二: :从晶体的构成微粒及微粒间作用力进行判断从晶体的构成微粒及微粒间作用力进行判断方法三方法三: :从物质的类别，如：金属对应的晶体是金属晶体，从物质的类别，如：金属对应的晶体是金属晶体，离子化合物对应的晶体是离子晶体，记住常见的原子晶体，离子化合物对应的晶体是离子晶体，记住常见的原子晶体，其余的就是分子晶体其余的就是分子晶体。晶体类别的判断：晶体类别的判断：第58页/共65页分子晶体的常见类型分子晶体的常见类型晶体类别的判断：晶体类别的判断：第59页/共65页晶体与单质、化合物的交叉关系：晶体与单质、化合物的交叉关系：金属单质一般金属晶体金属单质一般金属晶体( (除除Ge)Ge)、非金属单质一、非金属单质一般分子晶体般分子晶体( (除除C C、SiSi、GeGe、B)B)金属氧化物一般离子晶体金属氧化物一般离子晶体( (除除AlAl2 2O O3 3等等) )、非金属、非金