高中化学选修三第三章导学案

1、 高二化学 选修三第三章 晶体结构 班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第三章 晶体结构与性质第一节 晶体的常识【学习目标】1. 了解晶体的初步知识,知道晶体与非晶体的本质差异。2. 学会识别晶体与非晶体的结构示意图3. 掌握晶胞的定义以及晶胞中原子个数的计算方法均摊法。【基础知识】一晶体与非晶体1. 晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有原子排列相对无序2. 晶体与非晶体的性质差异晶体非晶体自范性（本质区别）有无固定熔、沸点有无某些物理性质的各向异性有无X衍射粉末图谱（最科学的区分方法）有分立的斑点或者谱线无分立的斑点或明锐的谱线举例NaC

2、l晶体、I2晶体、SiO2晶体、Na晶体等玻璃、橡胶等3. 获得晶体的途径 熔融态物质凝固获得晶体的途径 气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华） 溶质从溶液中析出二晶体结构的基本单元 晶胞1. 晶胞的特点（1）晶胞是描述晶体结构的基本单元习惯采用的晶胞是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。（2）整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。2. 晶胞中粒子数目的计算均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。（1

3、）长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算。 位于顶角同为8个晶胞所共有，粒子属于该晶胞。 位于棱上同为4个晶胞所共有，粒子属于该晶胞。粒子 位于面上同为2个晶胞所共有，粒子属于该晶胞。 位于内部整个粒子都属于该晶胞。（2）非长方体（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，其顶角（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占该粒子的。【过关训练】1下列关于晶体与非晶体的说法正确的是 （ ）A. 晶体一定比非晶体的熔点高B. 晶体有自范性但排列无序C. 非晶体无自范性而且排列无序D. 固体SiO2一定是晶体2下列叙述中，正确的是 （ ）A. 具有规则几何外形的固体

4、一定是晶体B. 晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C. 具有各向异性的固体一定是晶体D. 许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形，因此不属于晶体3下列过程得不到晶体的是 ( )A. 对NaCl饱和溶液降温，所得到的固体B. 气态H2O冷却为液态，然后再冷却成的固态C. 熔融的KNO3冷却后所得的固体D. 将液态的玻璃冷却所得到的固体4. 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。 在1个晶胞中，X离子的数目为_。该化合物的化学式为_ 。答案4ZnS5. 最近发现一种由钛（Ti）原

5、子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图所示，其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为 （ ） ATiCBTi13C14CTi4C7DTi14C13【问题与收获】 。班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第二节 分子晶体与原子晶体（1）【学习目标】1了解分子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。2理解分子晶体的晶体类型与性质的关系。3了解分子间作用力对物质物理性质的影响。4了解氢键及其物质物理性质的影响。【基础知识】一分子晶体1. 分子晶体及其结构特征（1）概念分子间以分子间作用力相结合形成的晶体称为分子晶体。（2）构成微粒分子（稀有气体分子为单原子分子）。（3）分子晶体内的作

6、用分子间存在的分子间作用力（部分分子间有氢键）决定晶体的物理性质。组成、结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，硬度越大。分子内存在化学键，但分子晶体的状态改变时，化学键不变。（4）分子晶体的结构类型分子间只存在范德华力的分子晶体，如干冰等。其结构特征为：a.由于范德华力没有方向性和饱和性，该类分子晶体将采用尽可能密的堆积结构。b.以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为分子密堆积。分子的配位数较高。分子间存在氢键的分子晶体，如冰，其结构特征是：氢键的方向性和饱和性是决定分子晶体结构类型的主要因素，故晶体中分子的配位数相对较小，

7、晶体的空间利用率较低，晶体的密度较小。【注意】大多数分子晶体中只存在范德华力，只有水等少数特殊分子中含有氢键。2. 分子晶体的物理性质及影响因素（1）分子晶体的物理性质具有较低的熔、沸点。a.分子晶体的熔、沸点一般低于500。分子晶体通常易挥发。b.分子晶体熔化时，只破坏分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。具有较小的硬度。固态和熔融状态下都不导电。溶解性：符合“相似相溶”规律。（2）常见的分子晶体所有非金属氢化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。大部分非金属单质以及稀有气体单质，如O2、N2、P4、C60、H2、He、卤素单质等。部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3等。几乎

8、所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SO3等。绝大多数有机物，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。（3）分子晶体的熔、沸点的变化规律分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力的大小。对组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高，如熔点：I2Br2Cl2F2。具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高，如沸点：H2OH2S。对于同分异构体，其支链越多，熔、沸点越低。3. 几种常见分子晶体的晶胞结构（1）干冰（如图所示）干冰分子间只存在范德华力，不存在氢键，在晶胞中呈现有规律的排列，每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个（

9、同层4个，上层4个，下层4个），属于分子密堆积。每个晶胞实际拥有4个CO2分子。（2）冰（如图所示）冰中水分子间的主要作用力是氢键（氢键不是化学键，有方向性），也存在范德华力。在冰的晶体结构中，每个O原子周围都有4个H原子，2个H原子距O原子较近，以共价键结合；另外2个H原子距O原子较远，则是以氢键相连。所以在冰晶体中，O的配位数为4。每个水分子与4个紧邻的水分子结合，形成正四面体构型。由于氢键的影响，冰中水分子的间距较大，结构比较松散。因此液态水变成固态水（冰、雪、霜）时，密度变小。【过关训练】1. 下列性质符合分子晶体的是 （ ）A. 熔点1070，易溶于水，水溶液能导电 B. 熔点103

10、1，液体不导电，水溶液能导电C. 熔点97.81，质软，能导电，密度是0.97g/cm3D. 熔点870，熔化时能导电，水溶液也能导电2. 氢键对晶体性质的影响主要表现为：影响分子的稳定性 影响晶体的熔、沸点 影响晶体的密度A. B. 和 C. 和 D. 、和3. 下列物质的固体中，不存在分子的是 （ ）A. 二氧化硅 B. 二氧化硫 C. 二氧化碳 D. 二硫化碳4 （1）如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有 个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有 个CO2分子。（2）在40GPa高压下，用激光器加热到1800K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构

11、和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是 （填序号）。A. 原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂B. 原子晶体干冰有很高的熔点和沸点C. 原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应D. 每摩尔原子晶体干冰中含有4molC-O键答案（1）12 4（2）BDE 【问题与收获】 。班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第二节 分子晶体与原子晶体（2）【学习目标】1. 了解原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。2. 理解原子晶体的晶体类型与性质的关系。【基础知识】二原子晶体1. 原子晶体及其结构特征（1）概念相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。（2）作用力与结

12、构相邻原子间以共价键结合形成空间立体网状结构。【拓展】原子晶体中只存在一种作用（即共价键），不存在小分子，故原子晶体为“巨分子”结构。由原子直接形成的晶体有原子晶体、稀有气体形成的分子晶体。（3）原子晶体的结构特征晶体中只存在共价键，原子间全部通过共价键结合。晶体中原子不遵循紧密堆积原则。晶体为立体空间网状结构。原子晶体中不存在单个分子。如SiO2代表硅原子和氧原子的个数比为1:2，并不代表分子。【注意】共价键的饱和性和方向性决定了原子晶体配位原子的数目是有限的（原子晶体不遵循紧密堆积的原因）。（4）常见的原子晶体某些非金属单质及部分金属单质，如晶体硼、晶体锗、晶体硅、金刚石等。某些非金属化合

13、物，如金刚砂（SiC）、氮化硼（BN）、氮化硅（Si3N4）等。某些氧化物，如二氧化硅（SiO2）等。2. 原子晶体的物理性质（1）熔点和沸点很高。原子晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化或汽化就要克服共价键之间的相互作用，需要很高的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点。（2）硬度很大。例如，金刚石是自然界中存在的最硬的物质。（3）一般不导电。（4）难溶于一些常见的溶剂。3金刚石和二氧化硅的晶体结构（1）金刚石金刚石的结构 金刚石晶体中，每个碳原子以sp3杂化轨道和与它紧邻的4个碳原子以共价键相结合，形成正四面体构型，这些正四面体向空间发展，构成彼此相连的立体网状结构，键

14、角均为10928（如图所示）。【说明】a.金刚石晶体中最小碳环由6个碳原子构成且它们不在同一平面内。b.在金刚石晶体中，1个碳原子形成4个C-C键，而1个C-C键为2个碳原子共用，故碳原子个数与C-C键个数之比为1:2。c.晶体硅和金刚砂的结构与金刚石相似，其中金刚砂（SiC）晶体中Si、C是交替排列的。 金刚石的物理性质在常见晶体中，金刚石的硬度最大；金刚石的熔、沸点很高。金刚石的晶胞每个晶胞中平均含有8+6+41=8个碳原子。（2）二氧化硅结构在二氧化硅晶体中，1个硅原子结合4个氧原子形成4个共价键，同时每个氧原子结合两个硅原子；O-Si-O键角为10928（如图所示）。晶体中最小的环上有

15、6个硅原子、6个氧原子，是12元环，且它们不在同一平面内。物理性质二氧化硅晶体具有较大的硬度和较高的熔、沸点。【说明】含1molSi原子的SiO2晶体中，含有4molSi-O键。【过关训练】1. 制造光导纤维的材料是一种纯度很高的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体，如图是其简化了的平面示意图，下列关于这种材料的说法中正确的是 （ ） A晶体中Si与O的数目比是14B晶体中Si与O的数目比是16C该物质是原子晶体D该物质是分子晶体2. 干冰和二氧化硅晶体同属IVA族元素的最高价氧化物，它们的性质差别很大的原因是 （ ）A. 二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量B. C=O键键能比S

16、i-O键键能小C. 干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体D. 干冰易升华，二氧化硅不能3. 下列晶体，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是 （ ）A. Cl2I2B. 金刚石PH3D. C(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH34. 有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如下表：熔点/硬度水溶性导电性水溶液与Ag+反应A811较大易溶水溶液(或熔融)导电白色沉淀B3550很大不溶不导电不反应C-114.2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为：A：_，B：_，C：_。(2)晶体的类型分别为：A：_，B：_，C：_。(3)晶体

17、中微粒间的作用力分别是：A：_，B：_，C：_。答案(1)NaCl C HCl(2)离子晶体 原子晶体 分子晶体(3)离子键 共价键 范德华力【问题与收获】 。班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第三节 金属晶体【学习目标】1知道金属键的涵义。2能用金属键理论解释金属的物理性质。3能列举金属晶体的基本堆积模型。4了解金属晶体性质的一般特点。5理解金属晶体的类型与性质的关系。【基础知识】一金属键与金属晶体1. 金属键（1）概念金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。（2）成键微粒金属阳离子和自由电子。（3）金属键的特征金属键无方

18、向性和饱和性。（4）金属键强弱的影响因素金属阳离子的半径。金属阳离子的电荷数。金属阳离子（原子）的堆积方式。2. 金属晶体（1）金属晶体是原子间通过金属键形成的一类晶体。金属晶体常温下除汞外都是固体。（2）性质：优良的导电性、导热性和延展性。（3）用电子气理论解释金属的性质延展性当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属离子与自由电子形成的金属键没有破坏，所以金属有良好的延展性。导电性在外加电场的作用下，金属晶体中的电子气做定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。导热性电子气在运动时经常与金属原子碰撞，从而引起两者能量交换。二金属晶体的原子堆积模型和混合晶体1.

19、 金属晶体的四种堆积模型2. 石墨混合晶体(1)结构特点层状结构同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠，p电子可在整个平面中运动。层与层之间以范德华力相结合。 (2)晶体类型石墨晶体中，既有共价键又有金属键和范德华力，属于混合晶体。【过关训练】1. 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. 金属阳离子之间存在斥力D. 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2. 金属晶体的熔、沸点之间的差距是由于 （ ）A. 金属键的强弱不同B. 金属的化合价的不同C. 金

20、属的晶体中电子数的多少不同D. 金属的阳离子的半径大小不同3. 与金属的导电性和导热性有关的是 （ ）A. 原子半径大小B. 最外层电子数的多少C. 金属的活泼性D. 自由电子4. ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料。等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0pm，密度为_gcm3(列式并计算)，a位置S2离子与b位置Zn2+离子之间的距离为_ pm(列式表示)。答案4.1 或或135【问题与收获】 。班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第四节 离子晶体（1）【学习目标】1使学生理解氯化钠、氯化铯等典型离子晶体的结构模型及其性质的一般特点。2使学生理解离子

21、晶体的晶体类型与性质的关系。3掌握根据晶体结构模型计算微粒数的一般方法。【基础知识】一离子晶体1. 离子键及其特征（1）定义阴、阳离子通过静电作用所形成的化学键叫离子键。【注意】阴、阳离子间的静电作用包括静电吸引和静电排斥。当阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力达到平衡时，阴、阳离子保持一定的核间距，形成稳定的离子键，使整个体系达到能量最低状态。阴、阳离子在平衡位置上振动而不能自由移动。离子化合物是由离子键结合形成的化合物，即离子键只存在于离子化合物中。离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷有关：离子半径越小，离子键越强；离子所带电荷越多，离子键越强。（2）形成条件当两种元素的原子间形成离子键时，

22、必须满足一方（金属）具有较强的失电子能力，同时另一方（非金属）具有较强的得电子能力。一般应满足两种元素的电负性之差大于1.7这一条件。活泼金属与活泼非金属之间易形成离子键。绝大多数金属离子及NH4+与含氧酸根离子之间易形成离子键。（3）特征离子键没有饱和性和方向性。这是因为阴、阳离子在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用（没有方向性）；在静电作用能够达到的范围内，只要空间条件允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子（没有饱和性）。2. 离子晶体及其性质（1）概念离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合，在空间中呈现有规律的排列所形成的晶体。（2）组成微粒及作用力离子晶体的组成微粒为阴

23、、阳离子，其中阴、阳离子间以离子键结合。【注意】离子晶体中不存在单个分子，晶体的化学式只表示晶体中阴阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。（3）存在范围强碱及大多数盐类。（4）物理性质离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性。离子晶体在固态时不导电，在熔融状态或在水溶液中能导电。离子晶体的熔、沸点较高，难压缩，难挥发。离子晶体硬而脆。大多数离子晶体易溶于极性溶剂如水等，而难溶于非极性溶剂如苯等。（5）离子晶体熔点高低的影响因素物质的熔化实质是减弱晶体内的微粒间的作用力，而构成离子晶体的微粒是阴、阳离子，因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的相互作用力，故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关

24、。 结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径越小（或阴、阳离子半径之和越小），键能越强，晶体的熔、沸点越高。如NaCl、KCl、RbCl的熔、沸点依次降低。 对于离子半径接近（或相等）的晶体，离子所带电荷数大的熔点较高。如MgO的熔点高于NaCl。3. 常见离子晶体晶体晶胞晶胞详解NaCl(1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有6个。每个Na周围等距且紧邻的Na有12个(2)每个晶胞中含4个Na和4个Cl(3) 阴、阳离子的配位数为6CsCl(1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有8个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有6个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含

25、1个Cs、1个Cl(3) 阴、阳离子的配位数为8【过关训练】1. 高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（晶体中最小的重复单元）。则下列有关说法正确的是 （ ）AKO2中只存在离子键B超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞中含有1个K+和1个O2-C晶体中与每个K+距离最近的O2有6个D晶体中，所有原子之间都是以离子键相结合2. 常见的离子晶体类型有5种，如下图是其中一种空间构型，则该晶体中X、Y的离子个数之比可能是 （ ）A41B21C11D123. 下列含有极性键的离子晶体是 （ ）醋酸钠 氢氧化钾 金刚石 乙醇 氯化钙A. B. C. D. 4. 下列关于离

26、子晶体的说法正确的是 （ ）A. 有阳离子的晶体一定是离子晶体 B. 离子晶体中不一定存在离子键C. 离子晶体中可能含有共价键 D. 离子晶体能导电【问题与收获】 。班级 姓名 第 小组 小组评价 教师评价 第四节 离子晶体（2）【学习目标】1了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。2通过分析数据和信息，能说明晶格能的大小与离子晶体性质的关系。3. 掌握晶体熔、沸点高低的比较。【基础知识】二晶格能1. 概念晶格能是指气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，通常取正值。单位：kJmol-1。2影响因素晶格能与阴、阳离子间的距离成反比，与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比。（

27、1）晶体构型相同的离子晶体，核间距越小，晶格能越大。（2）晶体构型不同的离子晶体，离子所带电荷数越多，核间距越小，晶格能越大。晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。除此之外，晶格能的大小还与离子晶体的堆积方式有关。3. 晶格能与晶体的性质晶格能的数据可以用来说明许多典型的离子晶体等的物理、化学性质的变化规律，晶格能较大，晶体的熔、沸点较高，硬度较大。三晶体熔、沸点高低的比较1. 不同类型晶体熔、沸点高低的比较通常情况下，不同类型晶体熔、沸点的高低顺序为：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差异很大，所以比较金属晶体与其他晶体的熔、沸点时要具体问题具体分析。2. 同种类型晶体熔、沸点高低的比较（1）同属原子晶体用原子半径的大小来比较熔、沸点的高低，一般来说原子半径越小，熔、沸点越高。例如，熔沸点：金刚石碳化硅晶体硅。（2）同属离子晶体离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，熔、沸点越高。例如，熔、沸点：