2020年高考化学一轮复习 第三章 晶体结构与性质课件 新人教版选修3

考向一晶体常识常见四类晶体性质【通考点·融会贯通】一、晶体类型判断5方法1.依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用是离子键。第三章晶体结构与性质(2)原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用是共价键。(3)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。(4)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。2.依据物质的分类判断(1)金属氧化物(如K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等)、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。(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质(汞在常温为液体)与合金是金属晶体。3.依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度以上。(2)原子晶体熔点高,常在一千摄氏度至几千摄氏度。(3)分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下至很低温度。(4)金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。4.依据导电性判断(1)离子晶体溶于水形成的溶液及熔融状态时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)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子,也能导电。(4)金属晶体是电的良导体。5.依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大且脆。(2)原子晶体硬度大。(3)分子晶体硬度小且较脆。(4)金属晶体多数硬度大,但也有较低的,且具有延展性。二、分类比较晶体的熔、沸点1.看物质状态:一般情况下固体液体气体。2.看物质所属类型:一般是原子晶体离子晶体分子晶体,结构类型相同时再根据相应规律进行判断。3.同类晶体熔、沸点比较: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。【通考题·触类旁通】1.(2019·成都模拟)几组物质的熔点(℃)数据如表所示:A组熔点/℃B组熔点/℃C组熔点/℃D组熔点/℃金刚石3350Li:181HF-83NaCl硅晶体:1410Na:98HCl:-115KCl硼晶体:2300K:64HBr:-89RbCl二氧化硅:1732Rb:39HI:-511MgO:2800据此回答下列问题:(1)①由表格中数据可知,A组中物质的熔点普遍偏高,A组物质属于________晶体,其熔化时克服的粒子间作用力是______________________;②二氧化硅的熔点高于硅晶体,原因是____________________。(2)B组晶体中存在的作用力是__________________,其共同的物理性质是________(填序号)。①有金属光泽②导电③导热④具有延展性(3)C组中HF的熔点反常是由于______________。(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺为____________,MgO晶体的熔点高于其他三者,其原因是__________________________。【解析】(1)A组物质熔点很高,属于原子晶体,晶体熔化时克服原子间的共价键;硅原子半径大于氧原子,二氧化硅中Si—O键的键长小于晶体硅中Si—Si键的键长,故二氧化硅晶体的熔点高于硅晶体。(2)B组是金属晶体,晶体中存在的作用力是金属键,金属通性有:有金属光泽、能导电、导热,具有延展性等。(3)C组是分子晶体,但是HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多,使其熔点更高。(4)D组晶体为离子晶体,微粒间作用力是离子键,溶于水或可以电离生成离子,故水溶液或熔融状态时能导电。(5)晶格能与离子所带电荷数和离子半径有关,所带电荷数越多,半径越小,晶格能越大,晶体熔点越高。答案:(1)①原子共价键②Si—O键的键长小于Si—Si键的键长,SiO2的键能大(2)金属键①②③④(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)②④(5)NaClKClRbClMgO为离子晶体,离子所带电荷数越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高2.(1)(2016·全国卷Ⅲ节选)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:①GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是_________。②GaAs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________键键合。(2)(2015·全国卷Ⅰ节选)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,其固体属于________晶体。(3)(2014·全国卷Ⅰ节选)准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。(4)(2014·重庆高考节选)MgO的熔点比BaO的________(填“高”或“低”)。【解析】(1)①二者熔点的差异是因为GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体。②GaAs的熔点很高,则其晶体为原子晶体,Ga和As以共价键键合。(2)Fe(CO)5的熔点为253K,较低,沸点也不高,所以其固体属于分子晶体。(3)通过X-射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体。(4)Mg2+的半径小于Ba2+的半径,MgO的晶格能大于BaO,MgO的熔点比BaO的高。答案:(1)①GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体②原子晶体共价(2)分子(3)X-射线衍射(4)高【加固训练】1.(2015·全国卷Ⅰ节选)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:(1)在石墨烯晶体中,每个碳原子连接________个六元环,每个六元环占有________个碳原子。(2)在金刚石晶体中,碳原子所连接的最小环也为六元环,每个碳原子连接________个六元环,六元环中最多有________个碳原子在同一平面。【解析】(1)由石墨烯晶体结构图可知,每个碳原子连接3个六元环,每个六元环占有的碳原子数为×6=2。13(2)观察金刚石晶体的空间构型,以1个碳原子为标准计算,1个碳原子和4个碳原子相连,则它必然在4个六元环上,这4个碳原子中每个碳原子又和另外3个碳原子相连,必然又在另外3个六元环上,3×4=12,所以每个碳原子连接12个六元环;六元环中最多有4个碳原子在同一平面。答案:(1)32(2)1242.(2019·郑州模拟)(1)如图甲所示为二维平面晶体示意图,化学式表示为AX3的是________。(2)图乙为一个金属铜的晶胞,请完成以下各题:①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个;②该晶胞称为________(填序号);A.六方晶胞B.体心立方晶胞C.面心立方晶胞③此晶胞立方体的边长为acm,Cu的相对原子质量为64,金属铜的密度为ρg·cm-3,则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。(3)《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物,其结构如下图所示。下列有关说法正确的是________。A.图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同B.图Ⅱ中物质的化学式为CuAu3C.图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个D.设图Ⅰ中晶胞的边长为acm,则图Ⅰ中合金的密度为33A261gcmagN【解析】(1)由题图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1∶2、1∶3,求出化学式分别为AX2、AX3,故答案为b。(2)①用“均摊法”计算晶胞中含铜原子的个数:8×+6×=4;②该晶胞为面心立方晶胞;③·64=ρ·a3,NA=1812A4N3256ag。(3)题图Ⅰ中,铜原子数为8×+2×=2,金原子数为4×=2,故化学式为CuAu。题图Ⅱ中,铜原子数为8×=1,金原子数为6×=3,故化学式为CuAu3。题图Ⅱ中,铜原子位于立方体的顶点,故紧邻的铜原子有6个。题图Ⅰ中,铜原子、金原子各为2个,晶胞的体积为a3cm3,密度ρ==×(64+197)÷a3=1812121812A2NmV33A522gcmag。N答案:(1)b(2)①4②C③(3)B3256ag考向二晶体结构晶胞计算【通考点·融会贯通】1.晶胞计算的思维方法(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×。(2)空间利用率=AMN晶胞占有的微粒体积。晶胞体积(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。①面对角线长=a。②体对角线长=a。③体心立方堆积4r=a(r为原子半径)。④面心立方堆积4r=a(r为原子半径)。23322.晶胞参数及相关计算(1)晶胞参数晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ,此即晶格特征参数,简称晶胞参数。(2)相关计算①晶胞参数的计算方法②晶体密度的计算方法③金属晶体空间利用率的计算方法空间利用率=×100%,球体积:金属所含原子的总体积球体积晶胞体积【通考法·一通百通】1.简单立方堆积。如图所示立方体的棱长为2r,球的半径为r,V(球)=πr3V(晶胞)=(2r)3=8r343空间利用率=×100%=52%()()VV球晶胞2.体心立方堆积(如图)。b2=a2+a2(4r)2=a2+b2=3a2,所以:a=空间利用率=4r33333442r2r333100%100%100%68%4a8(r)33.六方最密堆积(如图)。S=2r×r=2r2,h=r,V(球)=2×πr3V(晶胞)=S×2h=2r2×2×r=8r3空间利用率=×100%=×100%=74%332634332632()()VV球晶胞3342r382r4.面心立方最密堆积(如图)a=2r,V(球)=4×πr3,V(晶胞)=a3=(2r)3=16r3空间利用率=243223()3()44rV3100%100%74%V162r球晶胞【通考题·触类旁通】角度1晶体密度的相关计算1.(1)[2018·全国卷Ⅰ·35(4)(5)]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________kJ·mol-1,O＝O键的键能为______kJ·mol-1,Li2O晶格能为______kJ·mol-1。Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为_____g·cm-3(列出计算式)。(2)[2018·全国卷Ⅱ·35(5)]FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为__________________g·cm-3;晶胞中Fe2+位于所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为________nm。22S(3)[2018·全国卷Ⅲ·35(5)]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图(d)所示,这种堆积方式称为__________________________。六棱柱底边边长为acm,高为ccm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为________________________g·cm-3(列出计算式)。【解析】(1)根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040kJ·mol-1÷2=520kJ·mol-1;0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249kJ,所以O＝O键能是249kJ·mol-1×2=498kJ·mol-1;根据晶格能的定义结合示意图可知Li2O的晶格能是2908kJ·mol-1;根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中,共计是8个,根据化学式可知氧原子个数