人教版化学选修3单元小结-第3章-晶体结构与性质

1、2021/3/271晶体结构和性质本章小结2021/3/2722021/3/2732021/3/2742021/3/2752021/3/2762021/3/277总结:晶体的类型直接决定着晶体的物理性质,如熔、沸点、硬度、导电性、延展性、水溶性等。而晶体的类型本质上又是由构成晶体的微粒及微粒间作用力决定,通常可以由晶体的特征性质来判定晶体所属类型。下表内容是本章的重点之一。对一些常见物质,要会判断其晶体类型。2021/3/278比较四种晶体类型晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子、自由电子微粒间作用力或化学键类型离子键共价键分子间作用力金属键熔点、

2、沸点较高很高低高低悬殊硬度大很大小差异大延展性差差差强导电性差(水溶液、熔融态能导电)差差强2021/3/279水溶性大多易溶难溶相似相溶不溶或与H2O反应典型实例NaCl金刚石、二氧化硅等冰、干冰Na、Fe物质类别大部分盐、碱、金属氧化物等离子化合物部分非金属单质或化合物大多非金属单质、气态氢化物、大多非金属氧化物、酸、大多有机物金属2021/3/2710【例1】(2011海南化学,19).铜(Cu)是重要金属,Cu的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途,如CuSO4溶液常用作电解液、电镀液等。请回答以下问题:(1)CuSO4可由金属铜与浓硫酸反应制备,该反应的化学方程式为_;(2)Cu

3、SO4粉末常用来检验一些有机物中的微量水分,其原因是_;(3)SO42的立体构型是_,其中S原子的杂化轨道类型是_;2021/3/2711(4)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,Au原子最外层电子排布式为_;一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构,在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置,则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为_;该晶体中,原子之间的作用力是_;(5)上述晶体具有储氢功能,氢原子可进入到Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待,该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似,该晶体储氢后的化学式应为_。2021/3/2712【例2】

4、(2011江苏化学,21A)A.原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素,其中X是形成化合物种类最多的元素,Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍,Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子,W的原子序数为29。回答下列问题:(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为_,1mol Y2X2含有键的数目为_。(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高,其主要原因是_。2021/3/2713(3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体,元素Z的这种氧化物的分子式是_。 (4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示,该氯化物的化学式是_,它可与浓盐酸发生非氧化还原反应,生成

5、配合物HnWCl3,反应的化学方程式为_。2021/3/2714解析A:X是形成化合物种类最多的元素C元素或H元素;Y原子基态最外层是内层电子总数2倍,则Y是C元素,其原子结构示意图为,则X一定为H元素。Z原子电子排布式为1s22s22p3,则Z为N元素;W的原子序数为29,则为Cu元素。(1)Y2X2分子为C2H2。结构式为HCCH,C原子杂化类型为sp杂化。每分子C2H2中键为3个,则1mol C2H2分子中含键为3mol或3NA个。(2)NH3分子间存在氢键,而CH4分子间只有范德华力,所以NH3分子沸点高于CH4。2021/3/2715答案(1)sp杂化3mol或36.021023个(

6、2)NH3分子间存在氢键(3)N2O(4)CuClCuCl2HCl=H2CuCl3(或CuCl2HCl=H2CuCl3)2021/3/2716总结:1.由晶体结构来确定首先分析物质所属的晶体类型,其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。一般规律:原子晶体离子晶体分子晶体如:SiO2NaClCO2(干冰),但也有特殊,如熔点:MgOSiO2。2021/3/2717同属原子晶体,一般键长越短,键能越大,共价键越牢固,晶体的熔、沸点越高。如:金刚石金刚砂晶体硅原因:rCCrCSirSiSi2021/3/2718分子晶体,分子间范德华力越强,熔、沸点越高。.分子组成和结构相似的分子晶体,一般相对

7、分子质量越大,分子间作用力越强,晶体熔、沸点越高。如:F2Cl2Br2I2.若相对分子质量相同,如互为同分异构体,一般支链数越多,熔、沸点越低;特殊情况下分子越对称,则熔点越高。如:沸点:2021/3/27192021/3/2720因而应注意,并非外界条件对物质熔、沸点的影响总是一致的。熔点常与晶体中微粒排布对称性有关。.若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体强,故熔、沸点特别高。如:氢化物的沸点如下图所示:2021/3/2721从上图中看出,H2Te、H2Se、H2S的沸点都依次降低。按此变化趋势,H2O的沸点应为193K左右,但实际上为373K,此种“反常”的升高,就是因为H2

8、O分子间存在氢键。对比同主族氢化物的沸点,从中可清楚看到NH3、HF的沸点高得“反常”,也是因为分子间存在氢键。HF分子间氢键:2021/3/27222021/3/2723氢键的生成对化合物性质有显著影响,一般分子间形成氢键时,可使化合物的熔、沸点显著升高,在极性溶剂中,若溶质分子和溶剂分子间形成氢键,则可使溶解度增大。如NH3极易溶于水就与此有关。除上述几种物质外,在醇、羧酸、无机酸、水合物、氨合物等中均有氢键。金属晶体:金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属键越强,熔、沸点越高。如:NaMgAl2021/3/27242根据物质在同条件下的状态不同一般熔、沸点:固液气。如果常温下即为气态

9、或液态的物质,其晶体应属分子晶体(Hg除外)。如稀有气体,虽然构成物质的微粒为原子,但应看作为单原子分子。因为相互间的作用力是范德华力,而并非共价键。2021/3/2725【例3】(2009宁夏理综)已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题:(1)X元素原子基态时的电子排布式为_,该元素的符号为_;(2)Y元素原子的价层电子的轨道表示式为_,该元素的名称是_;2021/3/2726(3)X与Z可形成化合物XZ3,该化合物的空间构型为_;

10、(4)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3,产物还有ZnSO4和H2O,该反应的化学方程式是_。(5)比较X的氢化物与同族第二、三周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由_。2021/3/2727(3)X与Z形成的化合物为AsH3,其空间构型可类比同主族的氢化物NH3,为三角锥形。(4)根据电子守恒配平即可。(5)氢化物的稳定性和元素的非金属性有关,或与共价键的键长有关。键长越短,键能越大,氢化物越稳定。所以NH3PH3AsH3。沸点高低和分子间作用力有关。分子间作用力越大,沸点越高。NH3可以形成分子间氢键,沸点最高,AsH3比PH3的相对分子质量大,所以AsH3沸

11、点高于PH3。2021/3/2728【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3As2021/3/2729(3)三角锥形(4)As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO43H2O(5)稳定性:NH3PH3AsH3,因为键长越短,键能越大,化合物越稳定沸点:NH3AsH3PH3,NH3可以形成分子间氢键,沸点最高;AsH3相对分子质量比PH3大,分子间作用力大,因而AsH3的沸点比PH3高2021/3/2730【例4】(2011山西太原高三一模,29).下列说法正确的是_(填字母编号,每小题只有一个正确答案,下同)A离子晶体中一定存在离子键,分子晶体中一定存在共价键B

12、主族元素形成的单质,从上到下熔沸点逐渐升高CN2分子中的共价键是由两个键和一个键组成的D以极性键结合的分子不一定是极性分子2021/3/2731.下列叙述正确的是_。A用VSERP理论预测PCl3的立体构型为平面三角形BSO2和CO2都是含有极性键的非极性分子C在NH4和Cu(NH3)42中都存在配位键D铝元素的原子核外共有5种不同运动状态的电子.Q、R、X、Y、Z五种元素的原子序数逐渐增大。已知Z的原子序数为29,其余均为短周期主族元素。Y原子的价电子排布为msnmpn。R原子核外L层的电子数为奇数,Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4。请回答下列问题:2021/3/2732(1)Z2的核外

13、电子排布式是_。如图是Z和X形成晶体的晶胞结构示意图(代表X),可确定该晶胞中阴离子的个数为_。(2)Q与Y形成的最简单气态氢化物分别为A、B,试比较它们的热稳定性并说明理由:_。2021/3/2733(3)Q和X形成的一种化合物甲的相对分子质量为44,则甲的空间构型是_,中心原子采取的杂化轨道类型是_,该分子中含有_个键。(4)R有多种氧化物,其中乙的相对分子质量最小。在一定条件下,2L的乙气体与0.5L的氧气相混合,若该混合气体被足量的NaOH溶液完全吸收后没有气体残留,所生成的R的含氧酸盐的化学式是_。(5)这五种元素中,电负性最大与最小的两种非金属元素形成的晶体属于_晶体;Q、R、X三

14、种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为_(用元素符号作答)2021/3/2734解析He、Ne等单原子形成的分子晶体中只有分子间作用力,没有共价键,A错误;碱金属单质从上到下熔沸点逐渐降低,由于金属键由上而下依次减弱,B错误;N2分子结构式为NN,其中有1个键和2个键,C错误。H2O、SO2等为极性分子,而CO2、SO3等为非极性分子,D正确。2021/3/2735(2)由于非金属性CSi,所以氢化物稳定性CH4SiH4。(3)C与O形成CO、CO2,分子质量为44的为CO2,其结构为O=C=O,由于C与O以直线相连,则C以sp杂化形式成键。(4)N的氧化物中分子量最小的为NO,根据题给信息(

15、4NOO2)的混合气体充实质为(2NO2NO2),2NO2NO24NaOH=4NaNO22H2O,因此产物为NaNO2。 (5)Si与O形成SiO2,为原子晶体,C、N、O的第一电离能数值中,N最大,因为N已达到p电子层的半充满状态,较难失去e。2021/3/2736答案.D.C.(1)1s22s22p63s23p63d9(或Ar3d9)4(2)A大于B,因为C的非金属性比Si的非金属性强(其他合理答案也可)(3)直线形sp2(4)NaNO2(5)原子CO2021/3/2740金刚石石墨熔点沸点硬度很高质软,有滑腻感导电性无良主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、耐火材料等相互关系同素异形体202

16、1/3/2741注意:石墨有导电性,是因为层内有自由电子。碳还有多种同素异形体,如足球烯C60等。2021/3/27423二氧化硅和二氧化碳晶体 二氧化硅二氧化碳晶体结构类型正四面体立方体构成微粒Si、O原子CO2分子结构特征一个Si与4个O成键,一个O与2个Si成键一个CO2与最近且距离相等的有12个CO2分子晶体类型原子晶体分子晶体熔点高低、易升华溶解性难溶于一般溶剂能溶于水2021/3/2743【例5】(2011课标全国理综,37)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如下图所示:2021/3/2744请回答下列问题:(1)由B2

17、O3制备BF3、BN的化学方程式依次是_、_;(2)基态B原子的电子排布式为_;B和N相比,电负性较大的是_,BN中B元素的化合价为_;(3)在BF3分子中,FBF的键角是_;B原子的杂化轨道类型为_,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF4的立体构型为_;2021/3/2745(4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中,层内B原子与N原子之间的化学键为_,层间作用力为_;(5)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm。立方氮化硼晶胞中含有_个氮原子、_个硼原子,立方氮化硼的密度是_gcm3(只要求列算式,不必计算出数值,

18、阿伏加德罗常数为NA)。2021/3/2746解析(1)根据物质的制备流程图可推知B2O3制备BF3和BN的化学方程式。(2)因为同一周期,随着原子序数的增大,电负性逐渐增大,故B的电负性小于N的电负性,即得电子能力N大于B,所以BN中N元素是3价,B元素是3价。(3)因为BF3中的B原子是sp2杂化,故该分子是平面正三角形分子,故键角为120;BF4的空间构型可类比NH4,也应该是正四面体结构。(4)因为六方氮化硼的结构与石墨类似,故其晶体中也是分层结构,层间是分子间作用力,层内的B原子与N原子间是极性共价键。 2021/3/2747【例6】(2011山东潍坊高三一模,32)元素B、C、N和

19、Si单质及其化合物在工农生产中有很重要的应用。(1)写出基态C原子的电子排布式_。从原子结构的角度分析B、N和O元素的第一电离能由大到小的顺序为_(用元素符号表示)。(2)NH3中N原子的杂化类型是_,饱和氨水中可能形成的分子间氢键有_种。(3)碳化硅(SiC)俗名金刚砂,其硬度仅次于金刚石,SiC的晶体结构与金刚石相似,SiC晶体属于_晶体,微粒间存在的作用力是_。2021/3/2748(4)硼和镁的化合物在超导方面有重要应用。右图示意的是某化合物的晶体结构单元;镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底的中心各有一个镁原子;六个硼原子位于棱柱内。则该化合物的晶体结构单元中硼和镁原子的简单整数比为

20、_。2021/3/2749解析(1)C在第2周期第A族,其核外电子排布式为1s22s22p2;由于N原子最外层的2p能级为半充满状态,不容易失去e,而O最外层为2s22p4,失去1个p电子后形成p亚层半充满状态,所以第一电离能由大到小的顺序为NOB。(2)NH3为三角锥形结构,其中N原子为sp3杂化,NH3与H2O反应形成的氢键为NH3中H与NH3中N成氢键,H2O中H与H2O中O成氢键,H2O的H与N成氢键,H2O中O与NH3中H成氢键。2021/3/2750答案(1)1s22s22p2NOB(或NOB)(2)sp34(3)原子共价键(4)2 12021/3/2751【例7】(2011福建理综,30)氮元素可以形成多种化合物。回答以下问题:(1)基态氮原子的价电子排布式是_。(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是_。(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。2021/3/2752NH3分子的空间构型是_;N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是_。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是:N2O4(l)2N2H4(l)=3N2(g)4H2O(g)H1038.7kJmol1若该反应中有4mol NH键断裂,则形成