第三章晶体结构与性质-高二化学单元复习知识清单（人教版2019选择性必修2）

第三章晶体结构与性质考点01物质的聚集状态1．物质三态间的相互转化2．不含分子的物质(1)常见晶体：例如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等不含分子。(2)等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。3．物质的聚集状态物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介于晶态和非晶态的塑晶态、液晶态等。聚集状态组成与结构特征主要性能非晶体内部微粒的排列呈现杂乱无章(长程无序，短程有序)的分布状态的固体。某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大。等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成，整体上呈电中性，带电离子能自由移动。具有良好的导电性和流动性。液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态。既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等。考点02晶体与非晶体1．晶体与非晶体的比较比较类别晶体非晶体微观结构特征粒子周期性有序排列粒子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无鉴别方法间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X射线衍射实验举例NaCl、I2、SiO2、Na晶体等玻璃、橡胶等2．晶体呈现自范性的条件晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快时，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶是SiO2热液缓慢冷却形成的。3．获得晶体的途径(1)熔融态物质凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。4．晶体的特点(1)自范性。①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。②形成条件：晶体生长的速率适当。③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)的差异。(3)有固定的熔点。考点03晶胞晶体结构的测定1．晶胞的概念晶胞是描述晶体结构的基本单元。2．晶胞的结构晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞无隙并置而成。(1)无隙：相邻晶胞之间无任何间隙。(2)并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。3．晶胞结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。在X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。(2)由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。考点04晶胞组成的计算均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子1/n属于该晶胞。1．长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算2．正六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算位于顶角：同为6个晶胞共有，eq\f(1,6)粒子属于该晶胞；位于水平棱上：同为4个晶胞共有，eq\f(1,4)粒子属于该晶胞；位于垂直棱上：同为3个晶胞共有，eq\f(1,3)粒子属于该晶胞；位于面上：同为2个晶胞共有，eq\f(1,2)粒子属于该晶胞；位于内部：整个粒子属于该晶胞。3．正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算位于顶角：同为12个晶胞共有，eq\f(1,12)粒子属于该晶胞；位于水平棱上：同为4个晶胞共有，eq\f(1,4)粒子属于该晶胞；位于垂直棱上：同为6个晶胞共有，eq\f(1,6)粒子属于该晶胞；位于面上：同为2个晶胞共有，eq\f(1,2)粒子属于该晶胞；位于内部：整个粒子属于该晶胞。考点05分子晶体1．概念及微粒间的作用力(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。2．堆积方式分子密堆积分子非密堆积作用力只有分子间作用力，无氢键有分子间氢键，它具有方向性空间特点每个分子周围一般有12个紧邻的分子空间利用率不高，留有相当大的空隙举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰3．常见分子晶体及物质类别物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等考点06分子晶体的物理性质1．分子晶体的物理特性(1)分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。2．分子晶体熔沸点低的原因分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。3．分子晶体的熔、沸点比较(1)分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。(2)比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。②相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。③能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。4．分子晶体的导电性分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质自身不能导电。考点07两种典型分子晶体的组成和结构1．冰(1)水分子之间的主要作用力是范德华力，也存在氢键。(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。2．干冰(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。(2)①每个晶胞有4个CO2分子，12个原子。②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。考点08共价晶体的结构和性质1．共价晶体的结构特点(1)共价晶体的构成微粒是原子，微粒间作用力是共价键。(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。2．共价晶体与物质的类别物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些非金属化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等3．共价晶体的熔、沸点(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。考点09常见的共价晶体1．金刚石(1)在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。(2)晶体中C—C键夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。(3)最小环上有6个碳原子。(4)晶体中碳原子个数与C—C键数之比为1∶(4×eq\f(1,2))＝1∶2。2．二氧化硅(1)二氧化硅二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。(1)二氧化硅晶体的结构①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个O原子和2个Si原子相结合。②1molSiO2中含4molSi—O键③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。④每个Si原子被12个12元环共用，每个O原子被6个12元环共用。⑤每个Si—O键被6个12元环共用。(2)二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。考点10分子晶体与共价晶体的比较1．分子晶体与共价晶体的比较晶体类型共价晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体只含分子的晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性一般不溶于各种溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分水溶液导电熔化时破坏的作用力共价键分子间作用力实例金刚石干冰结构特点其最小的碳原子环中有6个碳原子，碳碳键夹角为109°28′CO2晶体中存在CO2分子2．分子晶体与共价晶体的判断(1)依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断。构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断。共价晶体的熔点高，常在1000℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至更低温度。(3)依据晶体的导电性判断。分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断。共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。(5)依据物质的分类判断。①大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。②常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。考点11金属键1．金属键(1)金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键。(2)本质：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，从而把所有的金属原子维系在一起。这一理论称为“电子气理论”。(3)成键粒子：金属阳离子和自由电子。(4)金属键存在与金属单质或合金中。2．金属键的特点金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用。3．金属键的强弱及其对金属性质的影响(1)金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；反之，金属键越弱。(2)金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。考点12金属晶体1．金属晶体原子间以金属键结合形成的晶体。2．金属晶体的性质(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。(3)硬度：金属键越强，晶体的硬度越大。3．金属晶体物理特性分析(1)良好的延展性金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层发生相对滑动而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。(2)金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动。(3)金属的导热性是自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。考点13离子晶体1．概念和结构特点(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。(2)结构特点：①构成微粒：阳离子和阴离子。②微粒间的作用力：离子键。2．常见离子晶体的结构类型(1)NaCl晶体①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数为6②与Na＋(Cl－)等距离且最近的Na＋(Cl－)有12个③每个晶胞中有4个Na＋和4个Cl－④每个Cl－周围的Na＋构成正八面体图形(2)CsCl晶体①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为8，Cl－的配位数为8②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻3．离子晶体的性质离子晶体熔点较高，硬度较大，不导电，但在熔融状态或溶于水时导电3．离子晶体的判断(1)利用物质的分类金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。(2)利用元素的性质和种类如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。(3)利用物质的性质离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。考点14过渡晶体与混合型晶体1．过渡晶体(1)四种典型的晶体是指分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。2．混合型晶体(石墨晶体)(1)晶体模型(2)结构特点①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p轨道平行且相互重叠，p电子可在整个平面中运动。②层与层之间以范德华力相结合。(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合型晶体。(4)性质：熔点很高、质软、易导电等。考点15配位键和配位化合物1．配位键(1)配位键的概念：配位键是由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的共价键，即“电子对给予——接受”键，是一类特殊的共价键。(2)配位键的形成条件①成键原子一方能提供孤电子对。②成键原子另一方能提供空轨道。(3)配位键具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。2．配位化合物(1)定义：金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物，简称配合物。(2)配合物的形成举例实验操作实验现象有关离子方程式滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－溶液变血红色Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN