2019-2020学年高中化学 第3章 微型专题（五）晶体类型的判断及晶体结构的分析与计算课件 鲁科

第3章物质的聚集状态与物质性质1.能辨识常见物质的晶体类型，能从微观角度分析各种晶体的构成微粒及微粒间的作用力，并解释各类晶体性质的差异。2.熟知各类晶体的结构特点及堆积模型，能利用切割法对晶胞进行结构分析和计算。学习目标定位考题精选精练深思触类旁通微型专题克难解疑精准高效内容索引NEIRONGSUOYIN微型专题WEIXINGZHUANTI01例1(2018·上海杨浦区检测)四种物质的一些性质如下表：一、晶体类型的判断物质熔点/℃沸点/℃其他性质单质硫120.5271.5—单质硼23002550硬度大氯化铝190182.7177.8℃升华苛性钾3001320晶体不导电，熔融态导电晶体类型：单质硫是______晶体；单质硼是________晶体；氯化铝是______晶体；苛性钾是______晶体。分子原子分子离子解析单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，则晶体为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，则晶体为原子晶体；氯化铝为化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，则晶体为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，则晶体为离子晶体。方法规律“三看”——确定晶体类型(1)看构成微粒或作用力类型四类晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下：离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成微粒阴、阳离子原子分子金属阳离子、自由电子微粒间作用力离子键共价键分子间作用力金属键(2)看物质类别①单质类：a.金属单质和合金属于金属晶体；b.大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)属于分子晶体。②化合物类：a.离子化合物一定为离子晶体；b.共价化合物绝大多数为分子晶体，但SiO2、SiC等为原子晶体。(3)看物理性质四类晶体的物理性质对比如下：晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体熔、沸点一般较高、但差异大较高较低高硬度一般较大，但差异大较大较小大导电性固态能导电固态不导电，熔融态或溶于水时能导电固态不导电，某些溶于水后能导电一般不导电，个别为半导体变式1(1)判断下列晶体类型。①SiI4：熔点为120.5℃，沸点为271.5℃，易水解，为__________。解析SiI4为低熔点化合物，为分子晶体；分子晶体②硒：熔点为217℃，沸点为685℃，溶于氯仿，为____________。解析硒熔、沸点低，易溶于CHCl3，为分子晶体；分子晶体③锑：熔点为630.74℃，沸点为1750℃，可导电，为____________。解析锑可导电，为金属晶体。金属晶体(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为282℃，沸点为315℃，在300℃以上易升华。易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为__________(填晶体类型)。解析FeCl3熔、沸点低，易溶于水及有机溶剂，应为分子晶体。分子晶体例2下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是A.NH3、CH4、NaCl、NaB.H2O、H2S、MgSO4、SO2C.CH4、H2O、NaCl、SiO2D.Li、Na、K、Rb、Cs二、晶体熔、沸点的比较解析C项中SiO2是原子晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。√方法规律比较不同晶体熔、沸点的基本思路首先看物质的状态，一般情况下是固体液体气体；二看物质所属类型，一般是原子晶体离子晶体分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。变式2在解释下列物质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的是A.钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大B.金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点C.KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低D.F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点逐渐升高√解析钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大，这是因为它们中的金属键逐渐增强，与化学键的强弱有关；金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点，这是因为C—C键的键长比Si—Si键的键长短，C—C键的键能比Si—Si键的键能大，也与化学键的强弱有关；KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低，这是因为它们中的离子键的强度逐渐减弱，与化学键的强弱有关。例3(1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。它的最大优点是容易活化。其晶胞结构如图所示：则它的化学式为________。三、关于晶胞结构的分析与计算解析根据晶胞结构图可知，晶面上的原子为2个晶胞所共有，顶角上的原子为6个晶胞所共有，内部的原子为整个晶胞所有，所以晶胞中La原子个数为3，Ni原子个数为15，则镧系合金的化学式为LaNi5。LaNi5(2)晶胞有两个基本要素：①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__________。B为(12，0，12)；C为(12，12，0)。(14，14，14)解析对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置(体对角线14处)，由B、C点坐标可以推知D点坐标。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为__________________g·cm－3(列出计算式即可)。8×736.02×565.763×107解析锗晶胞类似金刚石晶胞,1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝8×736.02×565.763×107g·cm－3。(3)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为__________，Ga与As以________键结合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________________________。4π×10－30NAρr3Ga＋r3As3MGa＋MAs×100%原子晶体共价解析根据晶胞结构示意图用切割法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×18＋6×12＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×(43π×10－30×r3As＋43π×10－30×r3Ga)cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即(4MAsNA＋4MGaNA)g，所以1个晶胞的体积V2＝4ρNA(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得结果。归纳总结1.晶胞计算的类型(1)根据晶胞的结构，计算其组成微粒间的距离。(2)根据晶胞的质量和晶体有关的摩尔质量间的关系，计算微粒个数、微粒间距、ρ等。(3)计算晶体(晶胞)的空间利用率。2.晶胞计算的原理与步骤(1)首先确定晶胞的组成利用切割法计算一个晶胞所含微粒的数目。(2)计算晶体的密度或体积①关系式ρ＝(V表示晶胞体积，ρ表示晶体的密度，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞实际含有的微粒数，M表示微粒的摩尔质量)。N×MV×NA②计算模式晶体的密度求一个晶胞的质量一个晶胞中微粒数目摩尔质量阿伏加德罗常数求一个晶胞的体积——晶胞边长或微粒半径③晶胞空间利用率(占有率)的计算表达式晶胞的空间利用率＝晶胞所含粒子的体积晶胞的体积×100%。变式3(1)Cu的一种氯化物晶胞结构如图所示(黑球表示铜原子，白球表示氯原子)，该氯化物的化学式是_______。若该晶体的密度为ρg·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的边长a＝______________nm。CuCl33.98×1023NAρ解析晶胞中铜原子的个数是4，氯原子的个数是8×18＋6×12＝4，所以该氯化物的化学式为CuCl。根据m＝Vρ可知(a×10－7cm)3×ρg·cm－3＝4NAmol－1×99.5g·mol－1，解得a＝33.98×1023NAρnm。(2)用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，已知该晶体的密度为9.00g·cm－3，Cu的原子半径为__________________cm(阿伏加德罗常数的值为NA，只要求列式表示)。24×34×649.00×NA解析Cu的晶胞为面心立方最密堆积，根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有铜原子数为8×18＋6×12＝4，设晶胞的边长为acm，则a3cm3×ρg·cm－3×NAmol－1＝4×64g·mol－1，所以a＝34×64ρ·NA，晶胞面对角线为2acm，面对角线的14为Cu原子半径，所以Cu原子半径为24×34×649.00×NAcm。(3)一种铜金合金晶胞如图所示(Au原子位于顶点，Cu原子位于面心)，则该合金中Au原子与Cu原子个数之比为________，若该晶胞的边长为apm，则合金的密度为___________________g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。1∶3197＋64×3×1030a3NA解析在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数为8×18＝1，Cu原子个数为6×12＝3，所以该合金中Au原子与Cu原子个数之比为1∶3，晶胞体积V＝(a×10－10cm)3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，则ρ＝197＋64×3NAa×10－103g·cm－3＝197＋64×3×1030a3NAg·cm－3。返回考题精选KAOTIJINGXUAN021.(2019·南京高二期末)下列各组物质中都属于原子晶体的是A.干冰、二氧化硅、金刚石B.氧化钠、金刚石、氯化氢C.碘、石墨、氯化钠D.二氧化硅、金刚石、晶体硼√解析干冰是由二氧化碳分子构成的，不是直接由原子构成的，A项错误；Na2O是由离子构成的，HCl是由分子构成的，B项错误；I2为分子晶体，是由分子构成的，氯化钠是由离子构成的，C项错误；二氧化硅、金刚石、晶体硼均为原子晶体，均直接由原子构成，D项正确。123456782.(2018·金华一中高二月考)下列有关晶体性质的比较正确的是A.熔点：金刚石＞晶体硅＞碳化硅B.沸点：NH3＞H2O＞HFC.硬度：白磷＞冰＞二氧化硅D.熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4√12345678解析金刚石、晶体硅、碳化硅都是原子晶体，在原子晶体中，键长越短，键能越大，熔点越高，由于键能：C—C键＞C—Si键＞Si—Si键，故三种晶体中熔点最高的是金刚石，熔点最低的是晶体硅，A项错误；HF、H2O、NH3都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种晶体分子间都存在氢键，且水分子间氢键最强，氨分子间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的沸点最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，其熔点越高，D项正确。123456783.(2019·厦门高二期中)如图是CaF2晶胞的结构图。下列说法正确的是A.一个CaF2晶胞中含有8个Ca2＋B.一个CaF2晶胞中含有8个F－C.在CaF2晶胞中Ca2＋的配位数为4D.在CaF2晶胞中F－的配位数为8解析根据晶胞结构可知，一个CaF2晶胞中含有的Ca2＋和F－的个数分别为4个、8个，所以A不正确、B正确；离子晶体中离子的配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。根据晶胞的结构可判断Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4，即选项C、D都是错误的。12345678√4.(2019·福州高二期末)下列有关晶体结构的叙述正确的是A.SiO2晶体中最小环上的原子个数为6B.在晶体中只要有阳离子就一定有