高中化学选修三（人教版 课件）-第三章　晶体结构与性质 章末整合提升3.pptx

1、 晶体的常识 晶体的特征 自范性:晶体能自发地呈现多面体外形的性质 各向异性:反映晶体内部质点的有序性 固定熔点 获得晶体的途径 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固 溶质从溶液中析出 晶胞 描述晶体结构的基本单元:一般都是平行六面体 晶胞中原子占有率(平行六面体):顶点 1 8 ;棱上 1 4 ;面心 1 2 ;体心1 分子晶体 分子晶体:由分子构成,相邻分子靠分子间作用力相互吸引 分子晶体的特点:低熔点、能升华、硬度很小等 分子晶体结构特点:分子密堆积 冰和干冰的结构特征 冰:1 个H2O 分子周围距离最近的有4个H2 O 分子 干冰:1 个 CO2分子周围距离最近的有12个 CO

2、2分子 原子晶体 原子晶体:原子都以共价键相结合,是三维的空间网状结构 原子晶体的结构特征和物理特性:空间网状,熔点较高 常见的原子晶体:金刚石、SiO2、SiC、B、BN 等 金属晶体 金属键电子气理论:“电子气”被所有原子共用,形成“巨分子” 金属晶体的原子堆积模型 简单立方堆积:配位数 6,空间利用率 52% 体心立方堆积:配位数 8,空间利用率 68% 六方最密堆积和面心立方最密堆积:配位数都 是 12,空间利用率都是 74% 离子晶体 定义:由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 特点:硬度较大,难于压缩、较高的熔点和沸点 晶格能 定义:气态离子形成 1mol 离子晶体释放的能量,

3、通常取正值 规律:晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,而且熔点越高,硬度越大 专题一 专题二 专题三 专题一专题一 判断晶体类型的方法判断晶体类型的方法 1.依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 (1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。 (2)原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。 (3)分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用力。 (4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用 力是金属键。 专题一 专题二 专题三 2.依据物质的分类判断 (1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和 绝大多数的盐类是

4、离子晶体。 (2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、 气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除 有机盐外)是分子晶体。 (3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的原 子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。 (4)金属单质(除液态汞外)与合金是金属晶体。 专题一 专题二 专题三 3.依据晶体的熔点判断 (1)离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度。 (2)原子晶体熔点高,常在一千至几千摄氏度。 (3)分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下至很低温度。 (4)金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。 4.依据导电性判断 (1)离子晶体的水溶液及熔融

5、时能导电。 (2)原子晶体一般为非导体。 (3)分子晶体为非导体,但有些分子晶体溶于水,使分子内的化学 键断裂,形成自由离子而导电。 (4)金属晶体是电的良导体。 专题一 专题二 专题三 5.依据硬度和机械性能判断 (1)离子晶体硬度较大或较硬、脆。 (2)原子晶体硬度大。 (3)分子晶体硬度小且较脆。 (4)金属晶体多数硬度大,但也有较小的,且具有延展性。 6.判断晶体类型,既可以从结构入手,也可以从物理性质入手 (1)由非金属元素组成的二元化合物不是离子晶体(二元以上未 必正确,如NH4Cl、NH4NO3)。 (2)熔点在一千摄氏度以下无原子晶体。 (3)固态不导电,熔融态导电的是离子晶体

6、。 (4)熔点低,能溶于有机溶剂的晶体是分子晶体。 (5)金属元素与非金属元素组成的化合物未必都是离子晶体,一般 用元素电负性差来判断。组成元素电负性差大于1.7的一般是离子 晶体,但不全符合,还与元素化合价有关。 专题一 专题二 专题三 【例1】 有A、B、C三种晶体,分别由H、C、Na、Cl四种元素 中的一种或几种形成,对这三种晶体进行实验,结果如下表: (导学号 52700051) 熔点/ 硬度 水溶性 导电性 水溶液与 Ag+反应 A 811 较大 易溶 水溶液(或熔融状 态)导电 白色沉淀 B 3 550 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

7、 (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)晶体中构成粒子间的作用分别 为:A ,B ,C 。 专题一 专题二 专题三 解析:由A在熔融时导电,可知A为离子晶体,即为NaCl,其中含离 子键;B的硬度很大,不溶于水,又不导电,则知B为原子晶体,即为金 刚石,含有共价键;C的熔点很低,可知为分子晶体,即为HCl,HCl是靠 分子间作用力形成的晶体。 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 分子间作用力 专题一 专题二 专题三 迁移训练迁移训练1 下表给出几种氯化物的熔点和沸点: 据表中所列数

8、据判断下列叙述与表中相吻合的是 ( ) A.AlCl3在加热条件下能升华 B.SiCl4晶体属于原子晶体 C.AlCl3晶体是典型的离子晶体 D.MgCl2在晶体中有分子存在 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 熔点/ 801 714 190 -70 沸点/ 1 413 1 412 180 57.57 专题一 专题二 专题三 解析:观察AlCl3的熔点和沸点可看出其沸点要低于熔点,AlCl3在 加热条件下可以升华,A项正确;从表中知SiCl4的熔点是-70 ,由此 看出其熔点低,属于分子晶体,B项错;C项,AlCl3的熔、沸点不高,不 属于离子晶体,C项错;D项,MgCl2的熔、沸点

9、均很高,不可能是分子 晶体,故晶体中不存在单个分子,D项错。 答案:A 专题一 专题二 专题三 专题二专题二 晶体熔、沸点的比较晶体熔、沸点的比较 1.不同类型晶体的熔、沸点 (一般情况)原子晶体离子晶体分子晶体;金属晶体(除少数外) 分子晶体;金属晶体的熔、沸点有的很高,如钨,有的很低,如汞(常温 下是液体)。 2.同类型晶体的熔、沸点 (1)原子晶体:结构相似,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔、沸 点越高。如熔点:金刚石碳化硅晶体硅。 (2)分子晶体:分子间作用力越强,熔、沸点越高。 组成和结构相似的分子晶体:一般相对分子质量越大,分子间 作用力越强,熔、沸点越高。如熔点:I2Br2C

10、l2F2。 相对分子质量相同或相近的物质:分子的极性越大,熔、沸点 越高。如沸点:CON2。 专题一 专题二 专题三 同分异构体之间:一般是支链越多,熔、沸点越低。如沸点:正 戊烷异戊烷新戊烷。 若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大, 故熔、沸点较高,如沸点:HFHIHBrHCl。 (3)金属晶体:所带电荷越多,金属阳离子半径越小,则金属键越强, 熔、沸点越高。如熔点:AlMgNaK。 (4)离子晶体:离子所带电荷越多,离子半径越小,离子键越强,熔、 沸点越高。如熔点:KFKClKBrKI。 综上所述,比较物质熔、沸点高低的一般方法步骤是先看晶体类 型,再比较分子间作用力的强弱

11、。 专题一 专题二 专题三 【例2】 下列物质的熔、沸点高低顺序排列正确的是 ( ) A.金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅 B.CI4CBr4CCl4CF4 C.MgOH2ON2O2 D.金刚石生铁钠纯铁 专题一 专题二 专题三 解析:A项中物质全部为原子晶体,判断其熔、沸点高低可比较其 原子半径,它们的原子半径由大到小的顺序为SiCO,键长关系为 SiSiSiCSiOCC,故熔、沸点:金刚石二氧化硅碳化硅 晶体硅,A项错误;B项为同种类型的分子晶体,可比较其相对分子 质量大小,相对分子质量越大,熔、沸点越高,B项正确;C项中N2与 O2为分子晶体,O2的熔、沸点比N2的高,故C项错误;D项,熔、沸

12、点 关系为金刚石纯铁生铁钠,合金的熔、沸点一般比组成它的纯 金属的熔、沸点低。 答案:B 专题一 专题二 专题三 迁移训练迁移训练2 下列关于晶体的说法正确的是( )(导学号 52700052) 分子晶体中都存在共价键 在晶体中只要有阳离子就一定 有阴离子 金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点 依次降低 离子晶体中只有离子键没有共价键,分子晶体中肯定 没有离子键 CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4+和12个 O2-相紧邻 SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结 合 晶体中分子间作用力越大,分子越稳定 氯化钠熔化时离 子键被破坏 CaTiO3的晶体结

13、构模型 A. B. C. D. 专题一 专题二 专题三 解析:稀有气体的晶体内不含化学键;金属晶体中含阳离子和自 由电子,无阴离子;离子晶体内可能有共价键;SiO2晶体中每个硅原 子与四个氧原子以共价键相结合;分子的稳定性由共价键的键能决 定,与分子间作用力无关。 答案:D 专题一 专题二 专题三 专题三专题三 常见的晶体结构模型常见的晶体结构模型 晶 体 晶体结构示 意图 晶体中微粒分布详解 氯 化 钠 晶 体 Na+和 Cl-交替占据立方体的顶点而向空间延伸。 在每个 Na+周围最近的等距离(设为 a)的 Cl-有 6 个(上、下、左、右、前、后),在每个 Cl-周围最近 的等距离的 Na

14、+亦有 6个,这 6个离子构成一个正 八面体;在每个 Na+周围最近的等距离(必为 2a) 的 Na+有 12 个(同层 4 个、上层 4 个,下层 4 个), 在每个 Cl-周围最近的等距离的 Cl-亦有 12 个 专题一 专题二 专题三 晶体 晶体结构示意图 晶体中微粒分布详解 氯化 铯 晶体 每 8个 Cs+、8个 Cl-各自构成立方体,在每 个立方体的中心有一个异种离子(Cs+或 Cl-)。在每个 Cs+周围最近的等距离(为 3 2 ) 的 Cl-有 8 个,在每个 Cs+周围最近的等距离 (必为 a)的 Cs+有 6个(上、下、左、右、 前、后),在每个 Cl-周围最近的等距离的 C

15、l- 亦有 6个 二氧 化碳 晶体 每 8个 CO2构成立方体且在 6个面的中心 又各占据 1 个 CO2。在每个 CO2周围等距 离( 2 2 ,a 为立方体棱长)最近的 CO2有 12个 (同层 4个、上层 4个、下层 4 个) 专题一 专题二 专题三 晶 体 晶体结构示意图 晶体中微粒分布详解 金 刚 石 晶 体 每个 C与另 4个 C以共价键结合,前者位于正 四面体中心,后四者位于正四面体顶点。晶体 中所有 CC 键长相等、键角相等(均为 10928);晶体中最小碳环由 6 个 C 组成且六 者不在同一平面内;晶体中每个 C 参与了 4条 CC 键的形成,而在每条键中心的贡献只有 一半

16、,故 C 原子数与 CC 键数之比为 12 专题一 专题二 专题三 晶 体 晶体结构示意 图 晶体中微粒分布详解 石 墨 晶 体 层内存在共价键、金属键,层间以范德华力结 合,兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的 特征。 在层内,每个 C 与 3 个 C 形成 CC 键, 构成正六边形,键长相等,键角相等(均为 120);在晶体中,每个 C 参与了 3 条 CC 键 的形成,而在每条键中的贡献只有一半,每个 正六边形平均只占 6 1 3=2 个 C,C 原子个数与 CC 键数之比为 23 专题一 专题二 专题三 晶体 晶体结构示意图 晶体中微粒分布详解 二氧 化 硅晶 体 每个 Si 与 4个

17、 O结合,前者在 正四面体的中心,后四者在正四 面体的顶点;同时每个 O被两个 正四面体所共用。正四面体内 键角为 10928,每个正四面体 占有一个完整的 Si 原子,4 1 2个 O原子,故晶体中 Si 原子与 O 原子个数比为 1(4 1 2)=1 2(可看作是金刚石结构中的每 个碳原子之间插入一个氧原子, 再将碳原子换成硅原子) 专题一 专题二 专题三 【例3】 下图表示一个晶胞,该晶胞为正方体, 原子(或分子、离子)位于正方体的顶点和面心。 试回答下列问题(只需回答一种代表物即可): (导学号52700053) (1)若这是一个分子晶体的晶胞,其代表物质是 ; (2)若这是一个金属晶

18、体的晶胞,其代表物质是 ; (3)若这是一个不完整的金刚石晶胞,则晶胞中其他碳原子的数目 和位置是 ; (4)若这是一个不完整的NaCl晶胞,且顶点和面心的实心球表示 Na+,则晶胞中Cl-位置是 ; (5)若这是一个不完整的CaF2晶胞,且已知CaF2中Ca2+的F-配位数 为8,则图中实心球表示Ca2+还是F-?答: 。 专题一 专题二 专题三 解析:(1)这是一个面心立方结构,如果是一个分子晶体,典型物质 就是CO2。(2)如果是金属晶胞,则为面心立方晶胞,金属中的Cu、 Ca、Au、Al、Pb、Pt、Ag都是此类。(3)金刚石完整的图示为 ,由此可以看出,其他4个碳原子位于4个互不相邻

19、 小立方体的中心。(4)在氯化钠晶体中,每个Na+的周围与之相邻的 Cl-有6个,当实心球代表Na+时,Cl-在体心和12条棱的中心。(5)CaF2 晶体模型,是立方面心晶胞,钙离子占据立方体的8个顶点和4个面 心,而F-占据8个小立方体的体心,故图中的实心球是代表Ca2+。 专题一 专题二 专题三 答案:(1)干冰、碘等 (2)铜 (3)4,其他4个碳原子位于4个互不相邻的小立方体的中心 (4)体心和12条棱边的中心 (5)Ca2+ 专题一 专题二 专题三 迁移训练迁移训练3 下列各物质的晶体中,晶体类型相同的是( ) A.金刚砂(SiC)、金刚石和金 B.Si、SiO2和Na2SiO3 C.冰、干冰和冰醋酸 D.NaCl、MgCl2和AlCl3 解析:金刚砂(SiC)、金刚石、晶体硅和SiO2属于原子晶体,金属 于金属晶体,Na2SiO3、NaCl和MgCl2属于离子晶体,AlCl3、冰、干 冰和冰醋酸均属于分子晶体。 答案:C