2019-2020学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 学科素养3 晶体结构与性质课件 新人教版选修

学科素养3晶体结构与性质网络构建热点聚焦综合演练章末达标检测卷(三)[网络构建]一、晶体常识晶体特征自范性各向异性有固定熔、沸点获得晶体的途径熔融物质凝固气态物质凝华溶质从溶液中析出晶体晶胞描述晶体结构的基本单元晶胞中微粒占有率顶点：18面心：12体心：1棱上：14二、分子晶体分子晶体结构特点：形成晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力性质特点：熔、沸点低，硬度小冰和干冰的结构特征冰：1个H2O分子周围有4个H2O分子紧邻干冰：1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻三、原子晶体原子晶体结构特点：形成晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键性质特点：熔、沸点高，硬度大金刚石和二氧化硅晶胞的结构金刚石：碳原子采用sp3杂化，每个碳原子与周围的4个碳原子形成正四面体结构二氧化硅：每个硅与周围的4个氧原子形成正四面体结构四、金属晶体金属晶体结构特点：形成晶体的粒子是金属原子，粒子间的作用力是金属键性质特点：易导电、导热、具有良好的延展性，但熔、沸点个体差异大金属晶体的基本堆积模型简单立方堆积：配位数为6，空间利用率为52%体心立方堆积：配位数为8，空间利用率为68%六方最密堆积、面心立方最密堆积：配位数都是12，空间利用率都是74%五、离子晶体离子晶体结构特点：形成晶体的粒子是阴、阳离子，粒子间的作用力是离子键性质特点：熔沸点较高，略硬而脆，且在固态时不导电，在水溶液或熔融状态下导电氯化钠和氯化铯晶胞的结构氯化钠：钠离子和氯离子的配位数都是6，1个钠离子氯离子周围最近的钠离子氯离子有12个氯化铯：铯离子和氯离子的配位数都是8，1个铯离子氯离子周围最近的铯离子氯离子有6个[热点聚焦]热点一四类晶体的结构和性质比较四类晶体的比较类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键范德华力(有的也包括氢键)金属离子和自由电子之间的强烈相互作用作用力(一般地)较强很强弱较强类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体确定作用力强弱的一般判断方法离子电荷数、半径键长(原子半径)组成和结构相似时，比较相对分子质量离子半径、离子所带电荷数熔点较高高低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3410℃)类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体硬度略硬而脆大较小差别较大导热和导电性不良导体(熔融后或溶于水导电)不良导体不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良[典例1]有下列八种晶体：A.SiO2(水晶)；B.冰醋酸；C.氧化镁；D.白磷；E.晶体氩；F.氯化铵；G.铝；H.金刚石。用序号回答下列问题：(1)属于原子晶体的化合物是________，直接由原子构成的晶体是________，直接由原子构成的分子晶体是________。(2)由极性分子构成的晶体是________，含有共价键的离子晶体是________，属于分子晶体的单质是________。(3)在一定条件下能导电并发生化学变化的是________。受热熔化后化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。[解析]在选项中属于原子晶体的是：金刚石和水晶(由硅原子和氧原子构成)；属于分子晶体的是：冰醋酸、白磷和晶体氩；属于离子晶体的是：MgO(由Mg2＋和O2－组成)、NH4Cl(由NH＋4和Cl－组成)；而Al属于金属晶体，金属的导电是靠自由电子的移动，并不发生化学变化，但金属熔化时金属键就被破坏。分子晶体的熔化只需要克服分子间作用力，而原子晶体、离子晶体熔化时分别需要克服共价键、离子键。[答案](1)AAEHE(2)BFDE(3)B、C、FBDEAH[即时训练]1．下列各组物质中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是()A．CaCl2和NaOHB．碘、氖C．CO2和H2OD．CCl4和KCl解析：A项都是离子晶体，CaCl2只有离子键，NaOH既有离子键又有共价键；B项都是分子晶体，碘分子中有共价键，氖分子中无化学键；C项都是分子晶体，只有极性其价键；D项CCl4是分子晶体，含有共价键，KCl是离子晶体，含有离子键。答案：C热点二晶体的熔、沸点比较晶体熔、沸点高低的判断方法四种晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体的粒子间作用力的大小，粒子间作用力越大，晶体的熔、沸点就越高；粒子间的作用力越小，其熔、沸点就越低，具体有以下规律：一般来说，不同晶体类型的物质的熔、沸点存在关系：原子晶体离子晶体分子晶体；同种晶体熔、沸点的比较如下：(1)分子晶体。熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而分子间作用力与其相对分子质量的大小有关。①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、沸点就越高。②组成和结构不相似的物质(相对分子质量相近)，分子的极性越大，其熔、沸点就越高。③同分异构体的比较。一般是支链越多，熔、沸点越低。结构越对称，沸点越低。例如，沸点：邻二甲苯间二甲苯对二甲苯。④氢键的影响。若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。例如，沸点：HFHIHBrHCl。(2)原子晶体。熔、沸点的高低取决于共价键的强弱，键能越大，键长越短，共价键越强，熔、沸点就越高。例如，熔、沸点：金刚石金刚砂晶体硅。(3)离子晶体。①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaClCsCl。②晶格能越大，表示离子键越强，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。(4)金属晶体。①熔、沸点的高低取决于金属键的强弱，离子半径越小，阳离子所带的电荷越多，金属键越强，其熔、沸点就越高。例如，熔点：AlMgNa。②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。[典例2]下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是()A．金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅C．MgO＞H2O＞O2＞Br2D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠[解析]A项，同属于原子晶体，熔、沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅碳化硅二氧化硅，错误；B项，形成分子间氢键的物质的熔、沸点要大于形成分子内氢键的物质的熔、沸点，正确；C选项，对于不同类型的晶体，其熔、沸点高低一般为原子晶体离子晶体分子晶体，MgOH2OBr2O2，错误；D项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。[答案]B[即时训练]2．下列物质的熔点均按由高到低的次序排列，其原因是由于键能由大到小排列的是()A．铝、钠、干冰B．金刚石、碳化硅、晶体硅C．碘化氢、溴化氢、氯化氢D．二氧化硅、二氧化碳、一氧化碳答案：B热点三晶胞的化学组成与晶胞的有关计算1．均摊法确定晶胞的化学组成(1)方法：晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个原子对这个晶胞的贡献就是1n。(2)类型：①长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：②非长方体(非正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为13。再如图所示的正三棱柱晶胞中：2．晶体密度及微粒间距离的计算(1)计算晶体密度的方法：(2)计算晶体中微粒间距离的方法：[典例3]完成下列空白：(1)氧与钠所形成的一种离子化合物Na2O晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子是________(填离子符号)。(2)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝________nm。(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________键键合。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________。(4)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。如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(12，0，12)；C为(12，12，0)。则D原子的坐标参数为________。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)。[解析](1)由“均摊法”可知晶胞中白球有4个，黑球有8个，由化学式Na2O知黑球代表钠离子。(2)①Cu原子位于面心，个数为6×12＝3，Ni原子位于顶点，个数为8×18＝1，铜原子与镍原子的数量比为3∶1。②以该晶胞为研究对象，则64×3＋59NAg＝dg·cm－3×(a×10－7cm)3，解得a＝32516.02×1023×d×107。(3)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合CaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出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原予和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。(4)①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。[答案](1)Na＋(2)①3∶1②32516.02×1023×d×107(3)原子晶体共价4π×10－30NAρr3Ga＋r3As3MGa＋MAs×100%(4)①(14，14，14)②8×736.02×565.763×107g·cm－3[即时训练]3．完成下列空白：(1)元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。①在1个晶胞中，X离子的数目为________。②该化合物的化学式为________。(2)RCl用作有机合成催化剂，并用于颜料、防腐等工业。R＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与Cl－形成的晶体结构如图所示。R的元素符号是________，与同一个Cl－相连的R＋有________个。(3)已知X元素的原子核外有26个运动状态完全不相同的电子，且X元素对应的单质在形成晶体时，采用如图所示的堆积方式，则这种堆积模型的配位数为________。如果X的原子半径为acm，阿伏加德罗常数的值为NA，则计算此单质的密度表达式为________g·cm－3(不必化简)。(4)ZnS的晶体结构如图所示，其晶胞边长为xpm，则ZnS晶体的密度为________g·cm－3(列式即可，NA表示阿伏加德罗常数的值)；a与b之间的距离为________pm(用含x的式子表示)。解析：(1)X的核外电子排布式为[Ar]3d104s2，为Zn；Y的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，为S；Z为O。一个晶胞中Zn2＋的数目＝1(8个顶点)＋3(6个面心)＝4，S2－的数目＝4(4个体心)。(2)R＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，说明R的电子排布式为1s22s22p63