1、第第3 3节晶体结构与性质节晶体结构与性质-2-考纲要求:1.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.理解离子键的形成,能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。3.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.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的关系。6.理解金属键的含义,能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。7.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。-3-考点一考点二基础梳理考点突破晶体常识与四种晶体的比较1.晶体(1)晶体与非晶体。-4-考点
2、一考点二基础梳理考点突破(2)得到晶体的途径。熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。-5-考点一考点二基础梳理考点突破2.四种晶体的比较-6-考点一考点二基础梳理考点突破-7-考点一考点二基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)凡是有规则外形的固体一定是晶体()(2)晶体与非晶体的本质区别:是否有自范性()(3)熔融态物质凝固就得到晶体()(4)晶体有一定的熔、沸点()(5)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法:是否具有固定的熔沸点()(6)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子()(7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高()(8)分
3、子晶体的熔点一定比金属晶体的低()(9)离子晶体中一定不含有共价键()(10)分子晶体或原子晶体中一定不含离子键()-8-考点一考点二基础梳理考点突破1.晶体类型的5种判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用是离子键。原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用是共价键。分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用为分子间作用力。金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用是金属键。-9-考点一考点二基础梳理考点突破(2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非
4、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。常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断。离子晶体的熔点较高。原子晶体的熔点很高。分子晶体的熔点低。金属晶体多数熔点较高,但有少数熔点相当低。-10-考点一考点二基础梳理考点突破(4)依据导电性判断。离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。原子晶体一般为非导体。分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离
5、子,也能导电。金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断。离子晶体硬度较大、硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。-11-考点一考点二基础梳理考点突破2.晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点很低。-12-考点一考点二基础梳理考点突破(2)同种晶体类型熔、沸点的比较。原子晶体:(比较共价键强弱)原子半径越小键长越短键能越大共价键越强熔、沸点越高。如熔点:金刚石碳化硅晶体硅离子晶体:(
6、比较离子键强弱或晶格能大小)a.一般地说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越大,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgONaClCsCl。b.衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。-13-考点一考点二基础梳理考点突破分子晶体:(比较分子间作用力大小)a.分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如沸点H2OH2TeH2SeH2S。b.组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4GeH4SiH4CH4。c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越
7、大,其熔、沸点越高,如CON2,CH3OHCH3CH3。d.同分异构体,支链越多,熔、沸点越低。-14-考点一考点二基础梳理考点突破金属晶体:金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:NaMgKClRbClMgO晶体为离子晶体,离子所带电荷越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高-18-考点一考点二基础梳理考点突破解析:(1)A组由非金属元素组成,熔点最高,属于原子晶体,熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体熔、沸点高,硬度大。(2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用“电子气理论”解释相关的性质。(
8、3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点高是由于分子之间形成氢键。(4)D组是离子化合物,熔点较高,具有离子晶体的性质。(5)晶格能大小与离子电荷数和离子半径有关,电荷数越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高。-19-考点一考点二基础梳理考点突破误区警示(1)分子晶体熔、沸点的比较要特别注意氢键的存在。(2)离子晶体的熔点不一定都低于原子晶体,如MgO是离子晶体,熔点是2 800;而SiO2是原子晶体,熔点是1 732。-20-考点一考点二基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.磷是人体含量较多的元素之一,磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:(1)基态磷原子的核外电子排布
9、式为。(2)P4S3可用于制造火柴,其分子结构如图1所示。第一电离能:磷(填“”或“”,下同)硫;电负性:磷硫。P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为。每个P4S3分子中含孤电子对的数目为。-21-考点一考点二基础梳理考点突破(3)N、P、As、Sb均是第A族的元素。上述元素的氢化物的沸点关系如图2所示,沸点:PH3NH3,其原因是;沸点:PH3AsH3硫;硫的非金属性比磷强,故电负性:磷硫;P4S3分子中硫原子与2个P原子相连,每个硫原子还有2个孤电子对,采用sp3杂化;每个P原子有1个孤电子对,每个S原子有2个孤电子对,每个P4S3分子中含孤电子对的数目为14+23=10;(3)氨分子间存在
10、氢键,导致沸点:PH3NH3;随相对分子质量不断增大,分子间作用力不断增强,因此沸点:PH3AsH3NaBrNaFNaBr解析:(1)一般来说,离子晶体的熔点比分子晶体的熔点高。(2)NaF和NaBr属于离子晶体,离子晶体中离子的半径越小,离子所带的电荷越多,离子键强度越大,熔点越高;SiF4和SiBr4属于分子晶体,一般情况下,分子晶体的相对分子质量越大,熔点越高。(3)一般来说离子晶体中,离子半径越小,离子所带的电荷越多,离子键强度越大,晶格能越大,硬度越大,F-半径小于Br-,晶格能NaFNaBr,硬度NaFNaBr。-28-考点一考点二基础梳理考点突破晶胞与典型晶体模型及相关计算1.晶
11、胞(1)晶胞:是描述晶体结构的基本单元。(2)晶体与晶胞的关系:整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞 “无隙并置”而成,晶胞是晶体结构中的基本重复单元,晶胞的结构可以反映晶体的结构。(3)晶胞中粒子数目的计算均摊法:如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有 属于这个晶胞。-29-考点一考点二基础梳理考点突破2.典型晶体模型-30-考点一考点二基础梳理考点突破-31-考点一考点二基础梳理考点突破-32-考点一考点二基础梳理考点突破-33-考点一考点二基础梳理考点突破-34-考点一考点二基础梳理考点突破自主巩固自主巩固(1)如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是21,乙中a与b的个数
12、比是11,丙中一个晶胞中有4个c离子和4个d离子。-35-考点一考点二基础梳理考点突破(2)将等径圆球在二维空间里进行排列,可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中,A属于非密置层,配位数是4;B属于密置层,配位数是6。将非密置层一层一层地在三维空间里堆积,得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞,它被称为简单立方堆积,在这种晶体中,金属原子的配位数是6,平均每个晶胞所占有的原子数目是1。有资料表明,只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第六周期第A族,元素符号是Po,最外层电子排布式是6s26p4。-36-考点一考点二基础梳理考点突破1.晶胞组成的计算规
13、律(1)平行六面体形晶胞数目的计算。-37-考点一考点二基础梳理考点突破-38-考点一考点二基础梳理考点突破-39-考点一考点二基础梳理考点突破-40-考点一考点二基础梳理考点突破(2)(2018全国节选)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。可知,Li原子的第一电离能为kJmol-1,O=O键键能为kJmol-1,Li2O晶格能为kJmol-1。-41-考点一考点二基础梳理考点突破Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为gcm-3(列出计算式)。-42-考点一考点二基础
14、梳理考点突破-43-考点一考点二基础梳理考点突破-44-考点一考点二基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练3.(1)C60和金刚石都是碳的同素异形体,两者相比较熔点高的是。超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛,氮化铝晶体与金刚石类似,每个铝原子与个氮原子相连,与同一个氮原子相连的铝原子构成的立体构型为。金属镍粉在CO气流中轻微加热,生成无色挥发性液体Ni(CO)4,呈正四面体构型。试推测Ni(CO)4的晶体类型是,Ni(CO)4易溶于下列(填字母)。A.水B.四氯化碳C.苯D.硫酸镍溶液AlCl3在177.8 时升华,蒸气或熔融状态以Al2Cl6形式存在。下列关于AlCl3的推断错误的是
15、(填字母)。A.氯化铝为共价化合物B.氯化铝为离子化合物C.氯化铝难溶于有机溶剂D.Al2Cl6中存在配位键-45-考点一考点二基础梳理考点突破(2)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶胞中硒原子的配位数为;若该晶胞密度为 gcm-3,硒化锌的摩尔质量为M gmol-1。NA代表阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数a为 pm。答案(1)金刚石4正四面体分子晶体BCBC-46-考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)C60是分子晶体,金刚石是原子晶体,所以金刚石的熔点远远高于C60的。由金刚石结构中每个碳原子均以sp3杂化与其他四个碳原子相连形成四个共价键构成正四面体结构可
16、推测每个铝原子与4个氮原子相连,与同一个氮原子相连的铝原子构成的立体构型为正四面体。由挥发性液体可知Ni(CO)4是分子晶体,由正四面体构型可知Ni(CO)4是非极性分子。由AlCl3易升华可知AlCl3是分子晶体,AlCl键不属于离子键应该为共价键,铝原子最外层三个电子全部成键,形成三个AlCl 键,无孤电子对,是非极性分子,易溶于有机溶剂,Al有空轨道,与Cl的孤电子对能形成配位键,A、D正确。-47-考点一考点二基础梳理考点突破-48-考点一考点二基础梳理考点突破4.(1)(2019山东临沂高三期末节选)下图为白磷(P4)的晶胞示意图,晶胞的边长为a nm,设阿伏加德罗常数的数值为NA,
17、其晶体密度的计算表达式为 gcm-3。-49-考点一考点二基础梳理考点突破(2)(2019福建三明期末质量检测节选)立方氮化硼晶胞如图,其密度为 gcm-3,氮化硼的摩尔质量为M gmol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,硼原子的半径为r cm,则硼原子的空间占有率为(用含有、M、NA、r的代数式表示)。-50-考点一考点二基础梳理考点突破(3)(2019山西晋中高三模拟节选)Cu3N的晶胞结构如图所示,N3-的配位数为,Cu+半径为a pm,N3-的半径为b pm,Cu3N晶胞的密度为 gcm-3(列出计算式即可,阿伏加德罗常数的值用NA表示)。-51-考点一考点二基础梳理考点突破(4)(20
18、19成都七中高三模拟节选)GaAs的晶胞结构如图所示,其中As原子形成的空隙类型有正八面体形和正四面体形,该晶胞中Ga原子所处空隙类型为。已知GaAs的密度为 gcm-3,Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-1和MAs gmol-1,则GaAs晶胞中Ga之间的最短距离为 pm。-52-考点一考点二基础梳理考点突破-53-考点一考点二基础梳理考点突破-54-考点一考点二基础梳理考点突破-55-考点一考点二基础梳理考点突破-56-57-58-213451.(2019广西柳州高三模拟)第四周期中的18种元素具有重要的用途,在现代工业中备受青睐。(1)钛原子的价层电子排布式为,TiCl4沸点为
19、136,熔点为-25,晶体类型为晶体。(2)铜的第二电离能(I2)大于锌的第二电离能,其主要原因是 。(3)与As同主族的短周期元素是N、P。AsH3的中心原子轨道杂化的类型是;一定压强下将AsH3、NH3和PH3的混合气体降温时液化的先后顺序是 ,理由是 。-59-21345(4)铬是一种硬而脆、抗腐蚀性强的金属,常用于电镀和制造特种钢。下图1为铬的晶胞结构图,则铬晶胞属于堆积;该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为。(5)钴晶体的一种晶胞(如图2所示)的边长为a nm,密度为 gcm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则钴原子半径为 nm,钴的相对原子质量可表示为。-60-21345答案:(
20、1)3d24s2分子(2)气态Cu失去一个电子后电子排布式为Ar3d10,此时3d轨道处于全满的稳定状态,所以Cu的第二电离能相对较大,而气态Zn失去一个电子后电子排布式为Ar3d104s1,易再失去一个电子,所以Zn的第二电离能相对较小(3)sp3NH3AsH3PH3NH3分子间有氢键,AsH3和PH3结构相似,而AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量,所以AsH3分子间作用力大于PH3分子间作用力(4)体心立方68%-61-21345解析:(1)钛原子的电子排布式为Ar3d24s2,钛原子的价层电子排布式为3d24s2,由于TiCl4的熔、沸点较低,所以TiCl4应为分子晶体。(2
21、)气态Cu失去一个电子后电子排布式为Ar3d10,此时3d轨道处于全满的稳定状态,能量较低,因此Cu的第二电离能相对较大,而气态Zn失去一个电子后电子排布式为Ar3d104s1,易再失去一个电子,所以Zn的第二电离能相对较小。(3)氨分子中氮原子按sp3方式杂化,N与As位于同主族,所以AsH3的结构应与NH3相似,AsH3的中心原子轨道杂化的类型为sp3,NH3分子之间有氢键,沸点较高,所以一定压强下将AsH3和NH3、PH3的混合气体降温时首先液化的是NH3,由于AsH3和PH3均为分子晶体,AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量,所以AsH3的分子间作用力大于PH3的分子间作用力
22、,故一定压强下将AsH3、NH3和PH3的混合气体降温时液化的先后顺序是NH3AsH3PH3。-62-21345-63-213452.磷化铜(Cu3P2)用于制造磷青铜。磷青铜是含少量锡、磷的铜合金,主要用作耐磨零件和弹性元件。(1)基态铜原子的电子排布式为;价电子中已成对电子数有个。(2)磷化铜与水作用产生有毒的磷化氢(PH3)。PH3分子中的中心原子的杂化方式是。P与N同主族,其最高价氧化物对应水化物的酸性:HNO3(填“”或“”“因为HNO3分子中含有2个非羟基氧原子,比H3PO4中多1个(3)P,最高价氧化物对应的水化物的酸性为HNO3H3PO4,从结构的角度分析,因为HNO3分子中含
23、有2个非羟基氧原子,比H3PO4中多1个,故酸性为HNO3H3PO4;(3)磷青铜中锡、磷两元素电负性的大小为SnP;-67-21345晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-68-431253.锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因。晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-69-43125(2)晶胞有两个基本要素:原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);。则D原子的坐标参数为。晶胞参数,描述晶胞的大小和形
24、状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为 gcm-3(列出计算式即可)。晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-70-43125答案:(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-71-431254.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:(1)GaF3的熔点高于1 000,GaCl3的熔点为77.9,其原因是。(2)GaAs的熔点为1 238,密度为 g
25、cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为,Ga与As以键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-1和MAs gmol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,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。晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-72-43125晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-73-531245.(2018全国)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:(1)Zn原子核外电子排布式为。(2)ZnF2具有较高的熔点(872),其化学键类型是;ZnF2不溶于
26、有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是。(3)中华本草等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子立体构型为 ,C原子的杂化形式为。(4)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为 。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为 gcm-3(列出计算式)。晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-74-53124答案(1)Ar3d104s2(2)离子键ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小(3)平面三角形sp2(4)六方最密堆积(A3型)晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1-75-53124晶体结构与性质ppt高中人教版1晶体结构与性质ppt高中人教版1
