1、第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质 教材分析教材分析课程标准教学内容新版教材的变化难点突破目录高考试题研究一 课程标准 第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质化学课程标准（化学课程标准（20172017年版）年版）3.1 物质结构的探索是无止境的3.2 研究物质结构的方法3.3 研究物质结构的价值 主题主题3 3 物质物质结构的方法与价值结构的方法与价值2.1 微粒间的相互作用2.4 晶体和聚集状态2.5 学生必做实验主题主题2 2 微粒间的相互作用与物质的性质微粒间的相互作用与物质的性质化学课程标准（化学课程标准（20172017年版）年版）主题2 微粒间的相互作用与物质的性质
2、2.1 微粒间的相互作用 认识物质是由原子、离子、分子等微粒构成的，微粒之间存在不同类型的相互作用。根据微粒的种类及微粒之间的相互作用，认识物质的性质与微观结构的关系。 认识离子键、共价键的本质。结合常见的离子化合物和共价分子的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系。知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，了解配位化合物的存在与应用。知道金属键的特点与金属某些性质的关系。 认识分子间存在相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力，了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。化学课程标准（化学课程标准（20172017年版）年版）主题2 微粒间
3、的相互作用与物质的性质 2.4 晶体和聚集状态 了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。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。知道介于晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。 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。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。 2.5 学生必做实验 简单配合物的制备主题2 微粒间的相互作用与物质的性质 2.4 晶体和聚集状态 了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模
4、型认识晶体的结构特点。知道介于晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。 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。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。 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；了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质关系；能列举金属晶体基本堆积模型；知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。2017版旧版两个删除两个新增一个变化化学课程标准（化学课程标准（20172017年版）年版）主题3 研究
5、物质结构的方法与价值 3.1 物质结构的探索是无止境的 3.2 研究物质结构的方法 3.3 研究物质结构的价值 认识研究物质结构有助于了解材料的结构与性能的关系， 对优化物质结构、改善材料性能具有重要意义。了解生命科学中许多重大问题的解决均需要物质结构理论与分析测试技术的支持。了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。 认识物质的空间结构可借助某些实验手段来测定， 通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或相关理论解释提供支撑； 知道原子光谱、分子光谱、晶体射线衍射等是测定物质结构的基本方法和实验手段。增加增加删去删去物质的聚集状态过渡晶体、混合型晶体晶体X射线衍射超分子1个学生
6、必做实验晶格能金属晶体的原子堆积模型2017版课程标准第三章内容变化二 新版教材中的变化旧版教材新版教材 第三章 晶体结构与性质 第三章 晶体结构与性质第一节 晶体的常识第一节 物质的聚集状态与晶体的常识第二节 分子晶体与原子晶体第二节 分子晶体与共价晶体第三节 金属晶体第三节 金属晶体与离子晶体第四节 离子晶体第四节 配合物与超分子新旧版教材结构比较严格遵守课标增减教材内容 介绍介绍晶体晶体X X射线射线衍射法测定衍射法测定分子的空间分子的空间结结构，教科书结合课文内容给出了如下系列图构，教科书结合课文内容给出了如下系列图片片：X X射线射线衍射仪的照片衍射仪的照片通过通过X X射线射线衍射
7、仪衍射仪获得的衍射图谱获得的衍射图谱（经过计算，从衍射图（经过计算，从衍射图谱中获得有关信息）得到的分子的晶胞和分谱中获得有关信息）得到的分子的晶胞和分子空间结构的图示。子空间结构的图示。新旧版教材内容比较增加了学科发展新成就的内容 课程标准中增加了物质的聚集状态、超分课程标准中增加了物质的聚集状态、超分子等内容，这些内容体现了学科发展的新成子等内容，这些内容体现了学科发展的新成就。根据课程标准的要求，教科书选编了一就。根据课程标准的要求，教科书选编了一些与现实生活及科学前沿密切相关的素材，些与现实生活及科学前沿密切相关的素材，这些素材都是首次被选进中学化学教科书中这些素材都是首次被选进中学化
8、学教科书中的。的。 新旧版教材内容比较离子晶体的性质新旧版教材内容比较旧版教材新版教材一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点对离子晶体性质的描述，教科书采取分述的方式，如对离子晶体性质的描述，教科书采取分述的方式，如“在在NaClNaCl和和CsClCsCl晶体中，离子间存在着较强的离子键，晶体中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且，要使它们使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且，要使它们由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键。因此，强的离子键。因此，NaClNaCl
9、和和CsClCsCl具有较高的熔点和沸具有较高的熔点和沸点。点。”而对于一些其他离子晶体的熔点，教科书设置而对于一些其他离子晶体的熔点，教科书设置了了“思考与讨论思考与讨论”栏目，栏目，金属的熔点差异很大，离子金属的熔点差异很大，离子晶体的熔点是否也差异很大呢？晶体的熔点是否也差异很大呢？让学生自己去查找，让学生自己去查找，从而归纳出离子晶体的性质。从而归纳出离子晶体的性质。三 教学内容教学内容晶体结构与性质晶 体配合物超分子晶体的特征晶 胞晶体结构的测定四类典型晶体过渡和混合型晶体晶 胞配位键配位化合物超分子的特征分子晶体金属晶体离子晶体共价晶体学业要求1. 能说出晶体与非晶体的区别，能结合
10、实例描述晶体中粒子排列的周 期性规律；能计算晶胞中所含的粒子数。2. 能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体 中的粒子及其粒子间的相互作用。能举例说明过渡晶体和混合型晶 体是普遍存在的。3. 能说出配位键的特征；能运用配位键解释配合物的某些典型性质； 能举例说明配合物在生物、化学领域的广泛应用。4. 能举例说明物质在原子、分子、超分子、聚集态等不同尺度上的 结构特点对物质性质的影响。四 高考试题研究“物质结构与性质”试题中的高频考点 第一章：原子结构；特殊原子或离子的电子排布式或电子排布图； “位置-结构-性质”的关系如电负性、第一电离能与元素周期表的关系 及变化规律和原因
11、分析第二章：“价层电子对互斥理论”“杂化理论”与分子空间构型； 化学键类型的判断及表示方法(共价键、离子键、金属键、配位键、 键、键) ；范德华力和氢键第三章第三章：常见常见晶体与晶体类型的判断及晶体与晶体类型的判断及比较比较 物质物质熔沸点熔沸点比较比较的方法及原因的方法及原因分析分析 配位数配位数及晶胞密度的及晶胞密度的计算计算 数数形结合形结合思想分析晶体结构思想分析晶体结构近三年全国卷考点分析（余洁老师）四、高考的命题角度和趋势第三章高考题举例一、判断晶体类型及比较熔沸点：分子晶体、离子晶体等氧化物氧化物 Li2OMgOP4O6SO2熔点熔点/ 15702800 23.8-75.520
12、192019年全国卷年全国卷第第3535题题（3 3）一些氧化物的熔点如下表所示：解释表中氧化物之间熔点差异的原因）一些氧化物的熔点如下表所示：解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。20182018年全国卷年全国卷第第3535题题（3 3）图（）图（a a）为）为S S8 8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为 。答案：答案：S8与与SO2都是分子晶体，都是分子晶体，S8相对分子质量比相对分子质量比SO2大，大，S8的分子间作用力大于的分子间作用力大于SO2，所以熔沸点，所以熔沸点S8SO2答案：答案： Li
13、2O和和MgO是离子晶体、是离子晶体、P4O6和和SO2是分子晶体，晶格能是分子晶体，晶格能MgOLi2O，分子间作用力：，分子间作用力：P4O6SO220192019年全国卷年全国卷第第3535题题（3 3）苯胺（）苯胺（）的晶体类型是的晶体类型是 。苯胺与甲苯。苯胺与甲苯（）的相对分子质量相近，）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（但苯胺的熔点（5.95.9）、沸点（）、沸点（184.4184.4）分别高于甲苯的熔点（）分别高于甲苯的熔点（95.095.0）、沸点（）、沸点（110.6110.6），原因），原因是是 。答案：答案：分子晶体；苯胺分子之间存在氢键分子晶体；苯胺分子之间存在氢键化
14、合物化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点熔点/37724.1238.315520202020年全国卷年全国卷第第3535题题（2 2）TiTi的四卤化物熔点如下表所示，的四卤化物熔点如下表所示，TiFTiF4 4熔点高于其他三种卤化物，自熔点高于其他三种卤化物，自TiClTiCl4 4至至TiITiI4 4熔点依次升高，原因是熔点依次升高，原因是_。答案：答案：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，熔点逐的增大分子间作用力增大，熔点逐 渐升高渐升高2020年全国卷年全国卷
15、第第35题（题（3）NH3BH3分子中，与分子中，与N原子相连的原子相连的H呈正电呈正电性（性（H+），与），与B原子相连原子相连的的H呈呈负电负电性（性（H-），电负性大小顺序是），电负性大小顺序是_。与。与NH3BH3原子总数相等的等电子原子总数相等的等电子体体是是_（写分子式（写分子式），其熔点），其熔点比比NH3BH3_（填填“高高”或或“低低”），原因），原因是是在在NH3BH3分子分子之间之间，存在，存在_，也，也称称“双氢键双氢键”。答案：答案：NHB CH3CH3 低低 H+与与H的静电引力的静电引力熔沸点问题解题思路根据物质的聚集根据物质的聚集状态状态 固体固体 液体液体 气
16、体气体 根据晶体的根据晶体的类型类型 一般规律：共价晶体一般规律：共价晶体 离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体同种类型晶体熔同种类型晶体熔沸点的比较规律沸点的比较规律共价晶体共价晶体 共价键共价键分子晶体分子晶体 氢键氢键 范德华力范德华力四、高考的命题角度和趋势二、配位化合物 配位键2018年全国卷年全国卷第第35题题（3）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是中的阴离子空间构型是 中心原子的杂化形式为中心原子的杂化形式为 。LiAlH4中存在中存在 （填标号）。（填标号）。A离子键离子键 B键键 C键键 D氢键氢键第三章高考题举例分
17、析：分析： LiAlH4中的阴离子中中的阴离子中Al原子价层电子对个数原子价层电子对个数4+互斥理论互斥理论判断其判断其空间构型及中心原子杂化方式空间构型及中心原子杂化方式；LiAlH4中，阴阳离子之间存在离子键、中，阴阳离子之间存在离子键、Al和和H原子原子之间存在之间存在极性共价单键、极性共价单键、配位键配位键。4且不含孤电子对，根据价层且不含孤电子对，根据价层电子对电子对答案：答案：正四面体；正四面体；sp3；AB2019年全国卷年全国卷第第35题题（2）乙二乙二胺胺（H2NCH2CH2NH2）是）是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别分别是是
18、 、 。乙二胺能与。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是等金属离子形成稳定环状离子，其原因是 ，其中，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 （填（填“Mg2+”或或“Cu2+”）。）。分析：分析：每个每个N原子形成的共价键有原子形成的共价键有2个个NH键、键、1个个NC键，且还含有键，且还含有1个孤电子对；每个个孤电子对；每个C原子形成原子形成的共价键的共价键有有2个个CH键键、1个个CN键键、1个个CC键，键，所以所以N、C原子价层电子对个数都是原子价层电子对个数都是4，N、C原子原子杂化类型杂化类型分别为分别为sp3、
19、sp3；含有孤电子对的原子和含有空轨道的原子之间易形成配位键，乙二胺的两个；含有孤电子对的原子和含有空轨道的原子之间易形成配位键，乙二胺的两个N提供提供孤对电子给孤对电子给金属离子形成配位键，所以乙二胺能与金属离子形成配位键，所以乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子；碱等金属离子形成稳定环状离子；碱土金属与乙二土金属与乙二胺形成胺形成的化合物稳定性较弱，所以与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是的化合物稳定性较弱，所以与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2+，答案：答案： sp3；sp3；乙二胺的两个；乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键；提供孤对电子给金属离
20、子形成配位键；Cu2+；四、高考的命题角度和趋势20192019年全国卷年全国卷第第3535题题（2 2）FeClFeCl3 3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeClFeCl3 3的结构式为的结构式为 ，其中，其中FeFe的配位数为的配位数为 。2020年全国卷年全国卷第第35题题（2）NH3BH3分子中，分子中，NB化学键称为化学键称为_键，其电子对由键，其电子对由_提供。提供。第三章高考题举例分析：分析：FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分
21、子存在的FeCl3的结构式为的结构式为Fe原子周围有原子周围有4个个Cl，则其中，则其中Fe的配位数为的配位数为4。答案：答案：，4答案：答案：配位配位 N 课程标准要求：知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征， 了解配位化合物的存在与应用。人教人教版教材版教材鲁科版教材鲁科版教材（韩冬老师）鲁科版教材鲁科版教材 在物质世界中，由一大类物质物质是由金属的原子或离子（有空轨道）与含有孤电子对的分子（如NH3、H2O）或离子（Cl-、OH-）通过配位键构成的。一般说来，组成中有配位键的物质称为配位化合物。人教版教材人教版教材 通常把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称
22、为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物。教材第100页习题2+配位体 每个配位体至少有一个原子具有一对或一对以上的孤电子对，或分子中有每个配位体至少有一个原子具有一对或一对以上的孤电子对，或分子中有电子，电子，它们能和金属离子发生配位作用。这种原子处在周期表的它们能和金属离子发生配位作用。这种原子处在周期表的p区，其中最重要的是区，其中最重要的是N和和O，其次是其次是C、P、S、Cl、F等。根据配位体所能提供的配位点数目和结构特征，可将配位等。根据配位体所能提供的配位点数目和结构特征，可将配位体分为下面几类体分为下面几类:键配位体键配位体: 如如烯烃、炔烃、芳香烃烯烃、炔烃、芳
23、香烃非螯合多齿配位体非螯合多齿配位体: 如如PO43-、CO32-螯合配位体螯合配位体: 如如EDTA单齿配位体单齿配位体: 如如NH3 、H2O 、 SCN- 、Cl-、CN-四、高考的命题角度和趋势三、晶胞计算第三章高考题举例答案：四、高考的命题角度和趋势三、晶胞计算SmFeAsO1xFx答案：第三章高考题举例四、高考的命题角度和趋势三、晶胞计算30A6210N abc答案：第三章高考题举例四、高考的命题角度和趋势三、晶胞计算（3）OTiCa 离子键离子键 12答案：第三章高考题举例四、高考的命题角度和趋势三、晶胞计算答案：2020年全国卷第35题（4）LiFePO4的晶胞结构示意图如图1
24、(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有_个。电池充电时，LiFeO4脱出部分Li+，形成Li1-xFePO4，结构示意图如图1 (b)所示，则x=_，n(Fe2+) n(Fe3+)=_。第三章高考题举例五 难点突破p 熟练应用“均摊法”解决晶胞的相关计算题 晶胞晶胞是晶体结构中具有代表性的最小重复单元是晶体结构中具有代表性的最小重复单元, ,研究研究晶胞结构特点就能了解晶体晶胞结构特点就能了解晶体的组成和性质的组成和性质, ,考试中考试中进经常涉及晶胞相关进经常涉及晶胞相关计算。晶体结构的计算常常涉及
25、如下数据计算。晶体结构的计算常常涉及如下数据: :晶体密度、晶体密度、N NA A 、M M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等, ,密度的表达式往往是密度的表达式往往是列等式的依据。列等式的依据。 要求：一要掌握要求：一要掌握“均摊法均摊法”原理原理 二二要熟悉常见晶体的结构特征要熟悉常见晶体的结构特征 三要具有一定三要具有一定的立体几何知识的立体几何知识题型1 判断晶胞中的微粒数和晶体的组成（均摊法）1、熟记、熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目粒子数目 A. NaCl (含含4 个个Na+ , 4 个个Cl-
26、 ) B. 干冰干冰 (含含4 个个CO2) C. CaF2 (含含4 个个Ca2+ , 8 个个F- ) D. 金刚石金刚石 (含含8 个个C) E. 体心体心立方立方 (含含2 个个原子）原子） F. 面心面心立方立方 (含含4 个原子个原子)2、非平行六面体、非平行六面体形晶胞中粒子数目的形晶胞中粒子数目的计算计算例如：石墨例如：石墨晶胞中每一层内碳晶胞中每一层内碳原子原子排成六排成六边形边形, ,其顶点其顶点( (1 1个个碳原子碳原子) )对对六边形的贡献六边形的贡献为为1 1/ /3 3, ,那么那么一个一个六边形六边形实际有实际有6 61 1/ /3=23=2个个碳碳原子原子。例
27、如：在例如：在MgBMgB2 2晶胞（六晶胞（六棱柱棱柱晶胞晶胞) )中中, ,顶点顶点上的上的原子原子为为6 6个个晶胞晶胞( (同层同层3 3个个, ,上层或下层上层或下层3 3个个) )所所共有共有, ,面上的面上的原子为原子为2 2个个晶胞所共有晶胞所共有, ,因此因此MgMg原子个数为原子个数为12121 1/ /6 + 26 + 21 1/ /2=2=3 3, ,B B原子原子个数为个数为6 6。2019全国卷第35（4）一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1-x代表，
28、则该化合物的化学式表示为 ；由图由图1可知，每个晶胞中可知，每个晶胞中含含Sm原子：原子：4 1/2 =2含含As原子：原子： 4 1/2 =2含含Fe： 4 1/4 +1=2含含F-和和O2-共：共：8 1/8 + 2 1/2 =2含含O2- ： 2(1-x); 含含F- ： 2x化合物的化合物的化学式为化学式为: Sm Fe AsO1-xFx均摊法判断晶体判断晶体组成组成的解题的解题步骤步骤步骤步骤注意事项注意事项第一步：确定微粒位置应仔细观察图形，注意微粒是否在晶胞内部，顶角和棱边由几个晶胞共用第二步：计算微粒数根据微粒共用情况均摊第三步：确定晶体的化学式晶体化学式为晶胞中微粒最简整数比
29、，不表示晶胞中的微粒数密度的表达式往往是列等式的密度的表达式往往是列等式的依据依据题型2 晶胞计算密度、摩尔质量、阿常数、体积几个物理量， 知道三个量求第四个量。解析：解析：解析：解析：“晶胞密度”解题步骤高中化学第一步第一步确定确定1 1个晶胞中所含微粒个数（均摊法）个晶胞中所含微粒个数（均摊法）第二步第二步计算计算1 1个个晶胞的质量晶胞的质量第三步第三步根据晶胞边长或微粒间距离计算根据晶胞边长或微粒间距离计算1 1个个晶胞的体积晶胞的体积第四步第四步计算晶体密度计算晶体密度 若若1个个晶胞晶胞中含有中含有x个个“微粒单元微粒单元”，1个个“微粒单元微粒单元”的质量为：的质量为：M/NA 题型2 晶胞计算密度、摩尔质量、阿常数、体积几个物理量， 知道三个量求第四个量。 =xMa3NA
