新高考化学一轮复习晶体结构与性质课件（81张）

第5讲晶体结构与性质第五章内容索引0102强基础增分策略增素能精准突破研专项前沿命题03【课程标准】1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。4.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。5.知道物质的聚集状态会影响物质的性质,通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。强基础增分策略一、物质的聚集状态与晶体的常识1.物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化

物理变化、分子间距离发生变化(2)等离子体和离子液体

气态和液体物质不一定都由分子构成等离子体是由

电子

、阳离子和

电中性

粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。离子液体是熔点不高的仅由

离子

组成的液体物质。

2.晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较

类型晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒

无序

排列

性质特征自范性

有

无

熔点

固定

不固定

各向异同表现

各向异性

各向同性

二者区别方法间接方法看是否有固定的

熔点

科学方法对固体进行

X射线衍射

实验

(2)得到晶体的三种途径(3)晶胞①定义:描述晶体结构的

基本单元

。

②晶体中晶胞的排列——“无隙并置”旁栏边角

选择性必修2

P68、P88阅读教材“科学·技术·社会—等离子体、液晶和离子液体”,判断下列说法的正误。(1)气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生等离子体。(

√

)(2)在日光灯和霓虹灯的灯光、蜡烛火焰、雷电里,都能找到等离子体。

(

√

)(3)液晶就是液态晶体,具有液体的流动性和形变性。(

×

)(4)离子液体难挥发是由于离子液体的粒子全都是带电荷的离子。(

√

)应用提升

列表比较等离子体、液晶和离子液体

类别等离子体液晶离子液体构成或存在状态电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)介于液态和晶态之间的物质状态体积很大的阴离子、阳离子特性具有良好的导电性和流动性具有液体的流动性、黏度、形变性等,具有类似晶体的各向异性难挥发、良好导电性、可作溶剂和催化剂易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)冰和碘固体都是晶体,内部存在的相互作用力完全相同。(

×

)(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。(

√

)(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,说明晶体具有自范性。(

√

)(4)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。(

√

)二、晶体类型与微粒间作用力1.四种晶体类型的比较晶体类型分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体构成粒子

分子

原子

金属阳离子

和

自由电子

阴、阳离子

粒子间的相互作用力分子间作用力共价键

金属键

离子键

硬度较小

很大

有的很大,有的很小较大熔、沸点较低

很高

有的很高,有的很低较高溶解性相似相溶难溶于一般溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电,溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的

良

导体

晶体

不导

电,水溶液或熔融态

导

电

2.金属键的本质——“电子气理论”3.典型晶体的结构及分析(1)共价晶体金刚石晶体中,每个C与另外

4

个C形成共价键,C—C之间的夹角是109°28',最小的环是

六

元环。含有1mol碳的金刚石中,形成的共价键为

2

mol。

(2)分子晶体①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有

12

个。

②冰的结构模型中,每个水分子与相邻的

4

个水分子以氢键相连接,含1molH2O的冰中,最多可形成“氢键”数目为

2NA

个。

(3)离子晶体①NaCl型:在晶体中,每个Na+同时吸引

6

个Cl-,每个Cl-同时吸引

6

个Na+,配位数为

6

。每个晶胞含

4

个Na+和

4

个Cl-。

②CsCl型:在晶体中,每个Cl-吸引

8

个Cs+,每个Cs+吸引

8

个Cl-,配位数为

8

。

(4)混合型晶体—石墨晶体

石墨晶体结构石墨层状晶体中,每个碳原子的配位数为

3

,有1个未参与杂化的2p轨道,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是

2

;石墨的导电性只能沿着

石墨平面

的方向。

旁栏边角

选择性必修2

P82阅读教材“资料卡片·某些共价晶体的熔点和硬度”,判断下列说法的正误。(1)天然金刚石是自然界中硬度最大的物质,其硬度与共价键有关。(

√

)(2)熔点:金刚石>碳化硅>硅,其原因是键能和键长:C—C>C—Si>Si—Si。(

×

)(3)金刚石受较大外力作用会发生原子错位而破碎,与共价键的方向性有关。(

√

)(4)高温、高压、催化剂条件下,石墨转化为金刚石,碳原子的杂化方式由sp2转变为sp3。(

√

)应用提升

共价晶体的硬度和熔点及影响因素①共价晶体的硬度、熔点都与共价键的强弱有关,一般来说,共价键的键长越短、键能越大,共价晶体的硬度越大,熔点越高。②分析思路:原子半径越小→键长越短→键能越大→共价键越强→共价晶体的熔点越高、硬度越大。易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。(

×

)(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。(

×

)(3)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。(

×

)(4)共价晶体的熔点不一定比离子晶体的高,如MgO的熔点高于SiO2。(

√

)(5)干冰晶体和碘晶体中分子均有4种不同的取向。(

×

)(6)CO2由分子晶体转变为共价晶体,碳原子的杂化方式发生变化。(

√

)(7)NaCl晶体和CsCl晶体的结构相似,配位数均为6。(

×

)(8)金刚石晶体中,最小环上有6个原子。(

√

)增素能精准突破考点一晶胞的结构及相关计算【能力概述】【新教材·新高考】新教材变化

新教材增加了“思考与讨论”“探究·准晶”等,其余内容基本未变化新高考高频考点

从近两年新高考试题来看,晶胞的结构及计算等仍是新高考命题的热点,涉及晶体的密度、空间利用率等计算。预测考向

预测2023年高考仍会重点考查晶胞的结构及相关计算,侧重考查空间想象能力及简单计算能力考向1.计算晶胞中粒子数及晶体的密度典例突破(2021广东卷,20节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。(1)图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是

。(2)图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为

;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=

。

(3)设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为

g·cm-3(列出算式)。

答案

(1)图b不具有“无隙并置”的特点(2)4

1∶1∶2

(3)×1021解析

(1)对比图b和图c可知,图b不符合晶胞是晶体的最小重复单元的要求。(2)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为对象,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,同时右侧晶胞中有2个Sb与该Hg距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶点、面心、体心,则1个晶胞中含有Ge的个数为

;Hg原子位于棱边、面心,则1个晶胞中含有Hg的个数为

,则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。考题点睛

针对训练1.(2021全国甲卷,35节选)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂,其组成为ZnO/ZrO2固溶体,四方ZrO2晶胞如图所示。(1)Zr4+在晶胞中的配位数是

。晶胞参数为a

pm、apm、cpm,该晶体密度为

g·cm-3(写出表达式)。

(2)在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,则y=

(用x表达)。

(2)在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,其中锌元素为+2价,Zr元素为+4价,氧元素为-2价,根据化合物化合价代数和为0可知2x+4×(1-x)=2y,解得y=2-x。2.(2021湖南卷,18节选)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。(1)已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示

原子(填元素符号),该化合物的化学式为

。

(2)已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm,α=β=γ=90°,则该晶体的密度ρ=

g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、b、c、NA的代数式表示)。

归纳总结利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算:(2)“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算:三棱柱

六棱柱(3)确定晶体的化学式

(4)计算晶体的密度

考向2.计算原子的空间利用率典例突破(2021全国乙卷,35节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。(1)处于顶角位置的是

原子。

(2)设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为

%(列出计算表达式)。

针对训练1.GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。(1)该晶体的类型为

,Ga与As以

键键合。

(2)Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为

。

2.(2021河北石家庄二模)As与Co形成的某种化合物的晶胞如图a所示,其中部分晶胞中As的位置如图b所示。(1)该化合物的化学式为

。

(2)若化合物的摩尔质量为Mg·mol-1,密度为ρg·cm-3。Co和As的原子半径分别为r1pm和r2pm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为

(列出表达式即可)。

归纳总结计算原子的空间利用率考点二晶体类型的判断及性质比较【能力概述】【新教材·新高考】新教材变化

删去“金属晶体”的堆积方式;新教材增加“过渡晶体”;改“原子晶体”为“共价晶体”。增加栏目,介绍“离子液体”;删去CaF2晶胞和晶格能的介绍新高考高频考点

从近两年新高考试题来看,晶体类型的判断、晶体的熔、沸点比较等仍是新高考命题的热点。预测考向

预测2023年高考仍会重点考查晶体类型的判断、晶体的熔、沸点比较考向1.晶体类型的判断典例突破(2021天津卷,2)下列各组物质的晶体类型相同的是(

)

2和SO3

2和NaCl和Ag 和MgO答案

C解析

SiO2的晶体类型为共价晶体,SO3的晶体类型为分子晶体,晶体类型不同,A错误;I2的晶体类型为分子晶体,NaCl的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,B错误;Cu和Ag的晶体类型都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC的晶体类型为共价晶体,MgO的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,D错误。针对训练1.(2021辽宁卷,7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是(

)位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体答案

D解析

S的价层电子排布式为3s23p4,故S位于元素周期表p区,A正确;由该物质形成晶体的晶胞可知,晶胞中S个数为故S、H原子个数比为1∶3,故该物质的化学式为H3S,B正确;S位于H构成的八面体空隙中,C正确;由于该晶体是一种新型超导材料,则该晶体不可能是分子晶体,D错误。2.(1)(2021全国甲卷,35节选)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。单晶硅的晶体类型为

。

(2)(2020山东卷,17节选)Sn为第ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,其固体的晶体类型为

。

答案

(1)共价晶体(2)分子晶体

归纳总结判断晶体类型的“两种”常用方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体;由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体;由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,铯等熔点很低。考向2.晶体的熔、沸点比较及原因分析典例突破(1)(2021山东卷,16节选)OF2的熔、沸点

(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是

。

(2)(2021湖南卷,18节选)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域,晶体硅和碳化硅熔点较高的是

(填化学式)。

(3)(2021广东卷,20节选)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为

。

答案

(1)低于OF2相对分子质量小,分子间作用力小(2)SiC

(3)H2O>H2S>CH4解析

(1)OF2和Cl2O的晶体都是分子晶体,范德华力影响其熔、沸点,而相对分子质量越大,范德华力越强,其熔、沸点越高。(2)晶体硅和碳化硅都是共价晶体,硅原子半径大于碳原子,则键长:Si—Si>Si—C,键能:Si—Si<Si—C,而键能越大,共价晶体的熔点越高,故熔点较高的是SiC。(3)固态H2S、CH4、H2O都属于分子晶体,H2O分子间存在氢键,H2S、CH4分子间只存在范德华力,且H2S的相对分子质量大,范德华力大,其沸点高于CH4,故沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。考题点睛

答案

C解析

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,则内层电子数=2+8+18=28,且最外层电子数为2,所以该原子有30个电子,为Zn元素;元素Y基态原子的3p轨道上有1对成对电子,说明3p轨道上有4个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,则Y是S元素,则晶体的化学式为ZnS。ZnS含有Zn2+和S2-,属于离子晶体,A错误;晶体的化学式为ZnS,Y2-的配位数为4,则X2+的配位数也为4,B错误;由晶胞可知,与每个X2+距离最近的X2+有12个,C正确;离子晶体ZnO的离子键比ZnS的离子键强,则ZnO的熔点比ZnS高,D错误。2.(1)(2020天津卷,17节选)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为

。

(2)(2020全国Ⅱ卷,35节选)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是

。

化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃377-24.1238.3155(3)(2019全国Ⅰ卷,35节选)一些氧化物的熔点如下表所示:氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因:

。

答案

(1)NiO>CoO>FeO(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体,离子键MgO>Li2O,分子间作用力(相对分子质量)P4O6>SO2解析

(1)三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,离子半径Fe2+>Co2+>Ni2+,离子键按FeO、CoO、NiO的顺序依次增强,而离子键越强,离子晶体的熔点越高,故其熔点由高到低的顺序为NiO>CoO>FeO。(2)根据题表数据,可以得出TiF4的熔点最高,其晶体类型应该为离子晶体,其他三种卤化物晶体类型应该为分子晶体,根据影响晶体熔点的因素,离子键强度大于分子间作用力,所以TiF4熔点最高,其他三种卤化物随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高。(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能:MgO>Li2O,则离子键的强弱:MgO>Li2O;由于相对分子质量:P4O6>SO2,则分子间力:P4O6>SO2,故熔点高低顺序是MgO>Li2O>P4O6>SO2。归纳总结不同晶体熔点高低的比较(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔点比较思路研专项前沿命题坐标参数、晶胞投影图的分析与应用

题型考查内容非选择题考查知识考查原子坐标参数(或分数坐标),结合晶胞投影图推测晶胞的结构,并进行相关计算核心素养证据推理与模型认知考向1确定原子的分数坐标例1.(1)(2021山东卷,16节选)XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有

个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为

。已知Xe—F键长为rpm,则B点原子的分数坐标为

;晶胞中A、B间距离d=

pm。

(2)(2020山东卷,17节选)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。坐标xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有

个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn

(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有

个。

思路指导(1)(2)解析

(2)坐标原点是黑球Cd(0,0,0),又知晶体的化学式为CdSnAs2,结合晶胞结构推知,Sn是白球,As是灰球。有4个Sn位于棱上(折合为1个),另外有6个Sn位于面上(折合为3个),共4个Sn。距离Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,分数坐标分别为(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)。观察图中白球和灰球的关系,可知与单个Sn结合的As有4个。(2)4

(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)

4突破方法“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标针对训练1.(2019全国Ⅱ卷,35节选)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图所示。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图中原子1的坐标为,则原子2和3的坐标分别为

_______、_______。

2.(2021山东各地模拟节选)(1)ZnGeP2晶胞结构如图所示。①Ge的配位数为

,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于

。

②原子的分数坐标,即将晶胞参数a、b、c均看作“1”所得出的三维空间坐标,则晶胞图中“2”位置的P原子的分数坐标为

。

(2)硒化锌晶胞结构如图所示,其晶胞参数为apm。

①相邻的Se2-与Zn2+之间的距离为

pm。

②已知原子坐标:A点为(0,0,0),B点为(1,1,1),则C原子的原子坐标为

。

考向2晶胞投影图的分析及应用例2.(2021河北卷,17节选)分别用

、

表示

和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是

、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:(1)若晶胞底边的边长均为a