2016届高考化学一轮总复习第3节晶体结构与性质课件(选修3)

第三节晶体结构与性质[考纲展示]1.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。2.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。3.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。4.了解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。5.能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。[主干梳理]知识点一晶体常识1．晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性无各向异性区别方法熔点法有固定熔点无固定熔点X射线对固体进行X射线衍射实验2.晶胞(1)概念：描述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置。①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。知识点二分子晶体和原子晶体1．分子晶体(1)结构特点①晶体中只含分子。②分子间作用力为范德华力，也可能有氢键。③分子密堆积：一个分子周围通常有12个紧邻的分子。(2)典型的分子晶体①冰：水分子之间的主要作用力是氢键，也存在范德华力，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。②干冰：CO2分子之间存在范德华力，每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子。2．原子晶体(1)结构特点①晶体中只含原子。②原子间以共价键结合。③三维空间网状结构。(2)典型的原子晶体——金刚石①碳原子取sp3杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为109°28′。②每个碳原子与相邻的4个碳原子结合。知识点三金属晶体1．“电子气理论”要点(1)该理论把金属键描述为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，从而把所有金属原子维系在一起。(2)金属晶体是由金属阳离子、自由电子通过金属键形成的一种“巨分子”。(3)金属键的强度差异很大。2．金属晶体的构成、通性及其解释金属晶体结构微粒作用力名称导电性导热性延展性金属阳离子、自由电子金属键自由电子在电场中定向移动形成电流电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子碰撞而导热当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层就会相对滑动，但不会改变其体系的排列方式，而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用3.金属晶体的常见堆积结构型式常见金属配位数晶胞面心立方最密堆积A1Cu、Ag、Au12体心立方堆积A2Na、K、Fe8六方最密堆积A3Mg、Zn、Ti12知识点四离子晶体1．离子晶体(1)概念①离子键：阴、阳离子间通过静电作用(指相互排斥和相互吸引的平衡)形成的化学键。②离子晶体：由阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体。(2)决定离子晶体结构的因素①几何因素：即晶体中正、负离子的半径比。②电荷因素：即正负离子电荷不同，配位数不同。③键性因素：离子键的纯粹程度。(3)一般物理性质一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点，较大的硬度、难于压缩。这些性质都是因为离子晶体中存在着较强的离子键。若要破坏这种作用需要较多的能量。2．晶格能(1)定义气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，单位kJ/mol，通常取正值。(2)大小及与其他量的关系①晶格能是最能反映离子晶体稳定性的数据。②在离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越多，则晶格能越大。③晶格能越大，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点越高，硬度越大。[递进训练]1．易误诊断(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体()(2)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”()(3)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高()(4)金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高()(5)离子晶体是由阴、阳离子构成的，所以离子晶体能够导电()(6)CO2和SiO2是同主族元素的氧化物，它们的晶体结构相似，性质也非常相似()(7)干冰(CO2)晶体中包含的作用力为分子间力和共价键()(8)SiO2晶体中包含的作用力只有共价键()(9)含有阳离子的物质一定含阴离子()【答案】(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)√(9)×2．有下列物质①冰②干冰③SiO2④NaOH⑤CaF2⑥冰醋酸⑦Cu⑧NaCl⑨SiC⑩晶体硅⑪Fe⑫石墨(1)能导电的有________(填序号，下同)(2)晶体不导电而熔化能导电的有________。(3)分子晶体有________。(4)含氢键的分子晶体有________。(5)原子晶体有________。(6)金属晶体有________。(7)离子晶体有________。【答案】(1)⑦⑪⑫(2)④⑤⑧(3)①②⑥(4)①⑥(5)③⑨⑩(6)⑦⑪(7)④⑤⑧1．一般晶胞中4个位置的贡献：顶点：18，棱上：14，面上：12，内部：1。2．4种晶体对应的粒子及其粒子间作用力分子晶体——分子，分子间作用力原子晶体——原子，共价键金属晶体——金属阳离子和电子，金属键离子晶体——阴、阳离子，离子键考点一晶体结构的有关计算1.晶胞中所含粒子数的计算方法——均摊法(1)原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1n。2．几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目A．NaCl(含4个Na＋，4个Cl－)B．干冰(含4个CO2)C．CaF2(含4个Ca2＋，8个F－)D．金刚石(含8个C)E．体心立方(含2个原子)F．面心立方(含4个原子)3．有关晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示相对分子质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。【例1】(2014·海南高考)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为_________。列式表示Al单质的密度________g·cm－3(不必计算出结果)。【解析】Al单质为面心立方晶体，则晶胞中Al原子的配位数为12。每个晶胞中含有Al原子个数为8×18＋6×12＝4个，晶胞参数a＝0.405nm＝0.405×10－7cm，晶胞的体积为(0.405×10－7cm)3，因此晶胞的密度可表示为4×276.02×1023×0.405×10－73g·cm－3。【答案】124×276.02×1023×0.405×10－73【技法总结】晶胞的计算公式已知：晶体密度(ρ)、晶胞体积(V)、晶胞含有的组成个数(n)和NA的有关计算公式：ρ·VnNA＝M如NaCl晶体：ρ·V4NA＝58.5。[考向跟踪]考向1根据晶胞结构确定晶体的组成或粒子数之比1．(1)(2013·新课标全国卷Ⅰ)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献________个原子。(2)(2013·山东高考)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，右图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为_____，该功能陶瓷的化学式为_____。【解析】(1)结合金刚石的晶体结构，单质硅属于原子晶体，每个硅原子和四个硅原子以共价键结合成空间网状结构。晶胞结构为面心立方晶胞，在面心上有6个硅原子，每个硅原子为两个晶胞共有，所以一个晶胞中在面心位置对该晶胞贡献3个硅原子。(2)B的原子半径大于N的原子半径，则晶胞结构示意图中○代表B原子，代表N原子，根据晶胞结构，每个晶胞中含有B原子的个数为8×1/8＋1＝2个，含有N原子的个数为4×1/4＋1＝2个，B、N原子的个数比为1∶1，则该功能陶瓷的化学式为BN。【答案】(1)共价键3(2)2BN考向2晶胞中ρ、V、M、NA之间的换算2．(2015·武汉模拟)ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0pm，密度为______g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为________pm(列式表示)。【解析】1个ZnS晶胞中N(S2－)＝8×18＋6×12＝4(个)，N(Zn2＋)＝4个，故ρ＝mV＝4×65＋32g·mol－16.02×1023mol－1540×10－10cm3≈4.1g·cm－3。仔细观察ZnS的晶胞结构不难发现，S2－位于ZnS晶胞中8个小立方体中互不相邻的4个小立方体的体心，Zn2＋与S2－间的距离就是小立方体对角线的一半，即：12×3×540.0pm2＝1353pm。【答案】4×65＋32g·mol－16.02×1023mol－1540×10－10cm3≈4.1考点二四种晶体的性质和判断1.四种晶体的比较晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体微粒间相互作用离子键分子间作用力共价键金属键熔沸点较高很低很高无规律硬度较硬一般很软很硬无规律溶解性易溶于极性溶剂相似相溶难溶难溶(部分与水反应)导电情况晶体不导电，熔融状态下导电晶体和熔融状态下都不导电一般不导电，个别导电，还有半导体晶体导电导热性不良不良不良良2.熔沸点的比较(Ⅰ)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为：原子晶体离子晶体金属晶体分子晶体。(Ⅱ)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。(1)离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子晶格能越大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。(2)原子晶体：原子半径越小、键长越短、键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。(3)分子晶体①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、沸点反常的高。如H2OH2TeH2SeH2S。②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。③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3(4)金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，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：NaMgAl。3．判断晶体类型的方法与依据(1)根据构成粒子及粒子间的作用为类别进行判断。(2)根据各类晶体的特征性质判断：一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。(3)根据类别判断：①金属氧化物，强碱，大部分盐类是离子晶体；②大多数非金属单质(除金刚石，石墨，晶体硅)，气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体；③金刚石，晶体硅，晶体硼，碳化硅，SiO2等是原子晶体；④金属单质固体是金属晶体。【特别提醒】(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体；金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体；含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属离子。(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。(3)易误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高，其实不一定，如Na的熔点为97℃，尿素的熔点为132.7℃。(4)石墨属于混合型晶体，不是原子晶体，其晶体含有范德华力和共价键，熔点比金刚石高。【例2】(高考组合题)(1)(2013·四川高考)NH4Cl固体的晶体类型是________。(2)(2013·福建高考)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有______(填序号)。a．离子晶体b．分子晶体c．原子晶体d．金属晶体(3)(2013·浙江高