1、第第3 3章不同聚集状态的物质与性质章不同聚集状态的物质与性质第第1 1课时课时 知识复习和总结知识复习和总结具有规则的几何外形。具有规则的几何外形。各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。固定的熔点：晶体有固定的熔点而非晶体没有。固定的熔点：晶体有固定的熔点而非晶体没有。自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。一、晶体的基础知识一、晶体的基础知识 1.
2、 1.晶体的特性晶体的特性2.2.晶体形成的途径晶体形成的途径（1 1）熔融态物质凝固）熔融态物质凝固（2 2）气态物质冷却不经液态直接凝固）气态物质冷却不经液态直接凝固 ( (凝华凝华) )（3 3）溶质从溶液中析出）溶质从溶液中析出3. 3. 晶胞中微粒数目的计算晶胞中微粒数目的计算体内：体内部个数体内：体内部个数1 1面上：面上个数面上：面上个数1/21/2底棱上：底棱上个数底棱上：底棱上个数1/41/4侧棱上：侧棱棱上个数侧棱上：侧棱棱上个数1/31/3顶点上：顶点上个数顶点上：顶点上个数1/61/6A B C练习练习1：某晶体的一部分如右图，：某晶体的一部分如右图，晶体中晶体中A、B
3、、C三种粒子之比三种粒子之比是是 。1：4：2练习练习2、如图所示，由金属原子、如图所示，由金属原子M和非金属原子和非金属原子N构成的气态团簇构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是原子，棱中心和体心的原子是N原原子，则分子式可表示为子，则分子式可表示为 。是气态团簇分子，不是晶胞，不能用切割法是气态团簇分子，不是晶胞，不能用切割法M14N13或或N13M14练习练习3. 纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和它有许多特殊性质的原因。假设某
4、氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示如图所示)，则这种，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为()A7 8 B13 14 C1 1 D26 27D看清研究对象！看清研究对象！纳米材料颗粒，不是晶胞，不能用切割法纳米材料颗粒，不是晶胞，不能用切割法4. 4. 常见金属晶体的结构常见金属晶体的结构5.5.常见离子晶体的结构常见离子晶体的结构每个每个Na+周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cl-有几个？有几个？每个每个 Cl- 周围最近且等距离的周围最近且等距离的 Na+呢？呢？与一个与
5、一个Cl-(Na+ )相邻最近且距离相等的相邻最近且距离相等的Cl-(Na+ )有多少个？有多少个？6个，个，Na+配位数为配位数为66个，个，Cl-配位数为配位数为612个，面心立方中相距最近的同种粒子均为个，面心立方中相距最近的同种粒子均为12每个每个Cs+周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cl-有几个？有几个？每个每个 Cl- 周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cs+呢？呢？与一个与一个 Cl-（ Cs+ ）相邻最近且距离相等的）相邻最近且距离相等的 Cl- （ Cs+ ）有多少个？有多少个？ 8个，个， Cs+配位数为配位数为88个个, Cl-配位数为配位数为86个个ABn型A、B
6、的配位数比为n：1ZnS晶胞晶胞每个每个Zn2+周围最近且等距离的周围最近且等距离的S2-有几个？有几个？每个每个 S2- 周围最近且等距离的周围最近且等距离的Zn2+呢？呢？与一个与一个S2-(Zn2+)相邻最近且距离相等的相邻最近且距离相等的S2-(Zn2+)有多少有多少个？个？4个个, Zn2+配位数为配位数为44个个, S2-配位数为配位数为412个个CaF2晶胞晶胞每个每个Ca2+ 周围最近且等距离的周围最近且等距离的 F 有几个？有几个？每个每个 F 周围最近且等距离的周围最近且等距离的Ca2+ 呢？呢？与一个与一个 Ca2+ 相邻最近且距离相等的相邻最近且距离相等的Ca2+有多少
7、个？有多少个？与一个与一个 F 相邻最近且距离相等的相邻最近且距离相等的 F 有多少个？有多少个？8个个4个个12个个6个个6.6.常见共价晶体的结构常见共价晶体的结构金刚石晶胞的参数金刚石晶胞的参数( (边长边长) )为为a a，C C半径为半径为r r 。a a4r4r8r8r4r4r立方体体对角线长度就是立方体体对角线长度就是CCCC键的键长键的键长(2r)(2r)的的4 4倍。倍。所以所以2r2r ，r r a ab bc cd d思考：在金刚石晶体中每个碳原子被几个六元环共用？思考：在金刚石晶体中每个碳原子被几个六元环共用？ 每个碳原子成每个碳原子成4 4个碳碳个碳碳键键a a、b
8、b、c c、d d，四个碳碳，四个碳碳键中任选键中任选2 2个，有六种情个，有六种情况：况：abab、acac、adad、bcbc、bdbd、cdcd。知识拓展：知识拓展： 每两个碳碳键被两个每两个碳碳键被两个六元环公用，所以四个碳六元环公用，所以四个碳碳键被碳键被1212个六元环共用。个六元环共用。所以个碳原子被所以个碳原子被1212个六元个六元环共用。环共用。7.7.常见分子晶体的结构常见分子晶体的结构C练习练习4.4.(1)一方面一方面,物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。同的微粒间作用。8 8、晶体的复杂性、晶
9、体的复杂性 金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。在在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单固体中并不存在单个的简单SiO32，Si通过共价键与通过共价键与4个个O原子相连，形成硅氧四面体。原子相连，形成硅氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链原子而连成较大的链状硅酸盐状硅酸盐SiO32单元单元(如图所示如图所示)，带负电的，带负电的链状硅酸盐链状硅酸盐SiO32单元与金属阳离子以离子单元与金属阳离子以
10、离子键相互作用。键相互作用。(2)另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间典型模型，但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离的过渡状态。即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡晶体。子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡晶体。示例、示例、2019全国全国，35(5)(5)NH4H2PO4和和LiFePO4属于简单属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸
11、钠、磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_(用用n代表代表P原子数原子数)。(PnO3n1)(n2)O+(PO3 )n-2+5-29、晶体类型的判断方法、晶体类型的判断方法:根据构成晶体的粒子种类和化学键根据构成晶体的粒子种类和化学键根据晶体的性质来判断根据晶体的性质来判断示例、示例、(1)判断下列晶体类型：判断下列晶体类型：SiI4：熔点为：熔点为120.5 ，沸点为，沸点为271.5 ，易水解，为，易水
12、解，为 。硼：熔点为硼：熔点为2 300 ，沸点为，沸点为2 550 ，硬度大，为，硬度大，为 。硒：熔点为硒：熔点为217 ，沸点为，沸点为685 ，溶于氯仿，为，溶于氯仿，为 。锑：熔点为锑：熔点为630.74 ，沸点为，沸点为1 750 ，可导电，为，可导电，为 。分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为三氯化铁常温下为固体，熔点为282 ，沸点为，沸点为315 ，在，在300 以上易升华。易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据以上易升华。易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为此判断三氯化铁晶体为_(填
13、晶体类型填晶体类型)。分子晶体分子晶体根据物质不同结构特点判断根据物质不同结构特点判断根据物质状态判断根据物质状态判断即物质沸点高低按常温下的状态：固体液体气体。即物质沸点高低按常温下的状态：固体液体气体。如：如：NaClH2OCO2。1010、各类晶体的熔点大小比较、各类晶体的熔点大小比较共价晶体共价晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体分子晶体：分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，分子晶体：分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，反之越低。反之越低。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸
14、点越高。如：力越强，物质的熔、沸点越高。如：CH4SiH4GeH4SnH4。因为氢键范德华力，所以存在分子间氢键的物质沸点高于只因为氢键范德华力，所以存在分子间氢键的物质沸点高于只存在范德华力的物质。如：乙醇氯乙烷；存在范德华力的物质。如：乙醇氯乙烷；HFHCl。离子晶体：阴、阳离子半径越小，电荷数越多，则离子键越强，离子晶体：阴、阳离子半径越小，电荷数越多，则离子键越强，晶格能越大，熔、沸点越高，反之越低。如晶格能越大，熔、沸点越高，反之越低。如KClKBr。共价晶体：半径越小，键长越短、键能越大共价晶体：半径越小，键长越短、键能越大,共价键越稳定共价键越稳定,物质物质熔、沸点越高熔、沸点越
15、高,反之越低。如：金刚石反之越低。如：金刚石(CC)晶体硅晶体硅(SiSi)。金属晶体：原子半径越小金属晶体：原子半径越小,价电子数越多价电子数越多,金属键越强金属键越强,晶体熔、晶体熔、沸点越高沸点越高,硬度越大硬度越大,反之越低。如：熔点、硬度：钠镁铝。反之越低。如：熔点、硬度：钠镁铝。11 11、有关晶胞计算的思维流程、有关晶胞计算的思维流程确定晶胞参数时就转化好长度单位！确定晶胞参数时就转化好长度单位！1nm=10-7cm=10 -9m 1pm=10-10cm=10-12m1nm=10-7cm=10 -9m 1pm=10-10cm=10-12m各类晶胞的体积计算各类晶胞的体积计算空间利
16、用率空间利用率52%52%空间利用率空间利用率68%68%2空间利用率空间利用率74%74%空间利用率空间利用率74%74%示例、碳元素的单质有多种形式，下图依次是示例、碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚、石墨和金刚石的结构图：石的结构图：回答下列问题：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为们互为_。同素异形体同素异形体(2)金刚石、石墨烯金刚石、石墨烯(指单层石墨指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为中碳原子的杂化形式分别为_、_。sp2sp3(3)C60属于属于_晶体，石墨属于晶体
17、，石墨属于_晶体。晶体。分子分子混合型混合型(4)石墨晶体中，层内石墨晶体中，层内CC键的键长为键的键长为142 pm，而金刚石中，而金刚石中CC键的键长为键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在。其原因是金刚石中只存在CC间的间的_共共价键，而石墨层内的价键，而石墨层内的CC间不仅存在间不仅存在_共价键，还有共价键，还有_键。键。(5)C60的晶体结构类似于干冰，则每个的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为晶胞的质量为_g(用含用含NA的式子表示，的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值为阿伏加德罗常数的值)。(6)金刚石晶胞含有金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为个碳原子。若
18、碳原子半径为r，金刚石晶，金刚石晶胞的边长为胞的边长为a，根据硬球接触模型，则，根据硬球接触模型，则r a，列式表示碳原，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率子在晶胞中的空间占有率 (列出计算式即可列出计算式即可)。8(7)硅晶体的结构跟金刚石相似，硅晶体的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的硅晶体中含有硅硅单键的数目约是数目约是_NA个个(NA为阿伏加德罗常数的值为阿伏加德罗常数的值)2CC键键的键长的键长2rr晶体中微粒的关系：晶体中微粒的关系：1212、晶体粒子配位数的考查、晶体粒子配位数的考查配位数的考查主要有金刚石或配位数的考查主要有金刚石或CaF2CaF2的的4 4配位
19、，配位，NaClNaCl或简单立方或简单立方的的6 6配位，配位，CsClCsCl、CaF2CaF2或体心立方的或体心立方的8 8配位，面心立方或六方的配位，面心立方或六方的1212配位。其中六方的配位。其中六方的1212配位需要用六棱柱判断，如用下图中上配位需要用六棱柱判断，如用下图中上面的面心的黄球来推理。面的面心的黄球来推理。示例：示例：(2020高考全国卷高考全国卷)CaTiO3的晶胞的晶胞如图所示，如图所示，Ca2+的配位数是的配位数是_。12示例：据报道示例：据报道,只含镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性。鉴只含镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素于这三种
20、元素都是常见元素,从而引起广泛关注。该晶体的晶胞从而引起广泛关注。该晶体的晶胞结构如图所示结构如图所示,试写出该晶体的化学式试写出该晶体的化学式:_。 晶体中每个镁原子周围距离最近的镍原子有晶体中每个镁原子周围距离最近的镍原子有_个。个。 12MgNi3C示例：下图为示例：下图为CuCl的晶胞。的晶胞。原子坐标参数可用来表示晶胞内各原子的相对位置，图中各原原子坐标参数可用来表示晶胞内各原子的相对位置，图中各原子坐标参数子坐标参数A为为(0，0，0)；B为为(0，1，1)；C为为(1，0，0)；则；则D原子的坐标参数为原子的坐标参数为_。 (3/4，1/4，1/4)1313、晶胞中原子坐标问题的
21、考查、晶胞中原子坐标问题的考查示例、示例、(2020年山东高考试题年山东高考试题17题题)以晶胞参数为单位长度建立的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。四方晶系方晶系CdSnAs2的晶胞结构如下图所示，晶胞棱边夹角均为的晶胞结构如下图所示，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。晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。坐标原子坐标原子xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有一个晶胞中有 个个Sn，找出距离，找出距离Cd(0,0,0)最近的最近的Sn
22、（用（用分数坐标表示）。分数坐标表示）。CdSnAs2晶体中与单个晶体中与单个Sn键合的键合的As有有 个。个。44CdSnAs4个个Cd4个个Sn8个个As示例：示例：(2020高考山东等级考高考山东等级考)（3）含有多个配位原子的配体与）含有多个配位原子的配体与同一中心离子（或原子）通过螯合配位成环而形成的配合物为同一中心离子（或原子）通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示，配合物的结构如图所示， 1mol该配合物中该配合物中通过螯合作用形成的配位键有通过螯合作用形成的配位键有 mol，该螯合物中，该螯合物中N的杂化的杂化方式有方式有 种。种。
23、11414、杂化方式种类的考查、杂化方式种类的考查6示例：示例：(2020高考全国卷高考全国卷)NH3BH3分子中，分子中，N-B化学键称为化学键称为_键键,其电子对由其电子对由_提供提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH36H2O=3NH4+B3O63-9H2，B3O63-的结构为的结构为在该反应中，在该反应中，B原子的杂化轨道类型由原子的杂化轨道类型由_变为变为_。配位配位Nsp3杂化杂化sp2杂化杂化示例：示例：(2017高考全国卷高考全国卷)分子中的大分子中的大键可用符号键可用符号m表示，其中表示，其中m代表参与形成大代表参与形成大键的原
24、子数，键的原子数，n代表参与形成大代表参与形成大键的电子数键的电子数(如苯分子中的大如苯分子中的大键可表示为键可表示为6)，则下图中，则下图中N5中的大中的大键应表键应表示为示为_。n61515、大、大键分析的考查键分析的考查56N5-中价电子总数：中价电子总数：55126N5是平面结构，是平面结构，sp2杂化，杂化，5个个键，键，5对孤对电子。价层电子总数：对孤对电子。价层电子总数：20个。个。键电子总数：键电子总数：6个。个。示例：示例：(2019全国卷全国卷)下图是下图是MgCu2的拉维斯结构，的拉维斯结构，Mg以金刚石以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的式排列的Cu。图。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离原子之间最短距离x=_pm，Mg原子之间最短距离原子之间最短距离y=_pm。1616、晶胞中正八面体空隙、正四面体空隙的观察与计算的考查、晶胞中正八面体空隙、正四面体空隙的观察与计算的考查正四面体正四面体1:1sp3CNO3d 4s6VSCrK、Cr低于低于sp3离子离子sp3NH4+ 、SO42-8
