高三化学专题八物质结构.docx
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高三化学专题八物质结构
第3讲 晶体的结构与性质
【知识精讲】
知识点一 晶体与非晶体
1.晶体与非晶体
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒________排列
结构微粒____排列
性质特征
自范性
熔点
异同表现
二者区别方法
间接方法
看是否有固定的______
科学方法
对固体进行__________实验
2.得到晶体的途径
(1)________________________。
(2)____________________________________。
(3)__________________________。
3.晶胞
(1)概念
描述晶体结构的__________。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙:
相邻晶胞之间没有__________。
②并置:
所有晶胞________排列、________相同。
知识点二 分子晶体与原子晶体
1.分子晶体的结构特点
(1)晶体中只含__________。
(2)分子间作用力为______________,也可能有
____________________________________。
(3)分子密堆积:
一个分子周围通常有____个紧邻的分子。
2.原子晶体的结构特点
(1)晶体中只含原子。
(2)原子间以____________结合。
问题思考
1.具有规则几何外形的固体一定是晶体吗?
晶胞是否一定为“平行六面体”?
知识点三 金属晶体
1.金属键
(1)“电子气理论”要点
该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的__________形成遍布整块晶体的“电子气”,被__________所共用,从而把所有的金属原子维系在一起。
(2)金属晶体是由__________、__________通过________形成的一种“巨分子”。
金属键的强度__________。
2.金属晶体的几种堆积模型
堆积模型
采纳这种堆积的典型代表
空间利用率
配位数
晶胞
简单立方
Po
52%
钾型
Na、K、Fe
68%
镁型
Mg、Zn、Ti
74%
12
铜型
Cu、Ag、Au
74%
知识点四 离子晶体
1.离子晶体
(1)概念
①离子键:
__________间通过________________(指相互排斥和相互吸引的平衡)形成的化学键。
②离子晶体:
由阳离子和阴离子通过________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________________________________。
②电荷因素,即阴、阳离子电荷不同,配位数必然不同。
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____点和____点,较大的________、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1摩尔离子晶体________的能量,单位kJ·mol-1,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________的数据。
②在离子晶体中,离子半径越小,离子所带电荷数越大,则晶格能越大。
③晶格能越大,阴、阳离子间的离子键就越强,形成的离子晶体就越稳定,而且熔点高,硬度大。
知识点五 几种常见的晶体模型
(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中,每个C与另外____个C形成共价键,C—C键之间的夹角是______,最小的环是____元环。
含有1molC的金刚石中,形成的共价键有____mol。
②SiO2晶体中,每个Si原子与____个O成键,每个O原子与____个硅原子成键,最小的环是______元环,在“硅氧”四面体中,处于中心的是____原子。
(2)分子晶体
①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有____个。
②冰的结构模型中,每个水分子与相邻的____个水分子以氢键相连接,1mol冰中,有____mol“氢键”。
(3)离子晶体
①NaCl型:
在晶体中,每个Na+同时吸引____个Cl-,每个Cl-同时吸引____个Na+,配位数为____。
每个晶胞含____个Na+和____个Cl-。
②CsCl型:
在晶体中,每个Cl-吸引____个Cs+,每个Cs+吸引____个Cl-,配位数为____。
(4)石墨晶体
石墨层状晶体中,层与层之间的作用是____________________,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是____,C原子采取的杂化方式是______。
问题思考
2.在晶体模型中,金刚石中的“铁棍”和干冰中的“铁棍”表示的意义一样吗?
分子晶体中有化学键吗?
【考点精析】
一、晶体基本类型和性质的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
概念
分子间靠分子间作用力结合而成的晶体
原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体
金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体
阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体
构成粒子
结构
粒子间的相互作用力
性
质
硬度
较小
很大
有的很大,有的很小
较大
熔、沸点
较低
有的很高,有的很低
溶解性
相似相溶
导电、传热性
一般不导电、溶于水后有的导电
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电,水溶液或熔融态导电
延展性
无
无
良好
无
物质类别
及举例
大多数非金属单质(如P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2、CO2,SiO2除外)、绝大多数有机物(如CH4,有机盐除外)
一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼),一部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
典例导悟1
(2010·黄冈质检)下列叙述正确的是( )
A.分子晶体中的每个分子内一定含有共价键
B.原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键
C.离子晶体中可能含有共价键
D.金属晶体的熔点和沸点都很高
二、晶体的有关计算
1.确定晶体组成的方法——均摊法
均摊法:
指每个晶胞平均拥有的粒子数目。
如:
某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有1/n属于一个晶胞。
(1)长方体形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
①处于顶点的粒子,同时为____个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为____。
②处于棱上的粒子,同时为____个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为____。
③处于面上的粒子,同时为____个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为____。
④处于体心的粒子,则完全属于该晶胞,对晶胞的贡献为____。
(2)非长方体形(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6个碳原子排成六边形,其顶点的1个碳原子对六边形的贡献为1/3。
典例导悟2
右图为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶体结构是具有代表性的最小重复单元。
(1)在该物质的晶体中,每个钛离子周围与它最近且等距离的钛原子共有____个。
(2)该晶体中,元素氧、钛、钙的个数比是________。
2.晶体密度(或微粒间距离)的计算
解题思路 知道微粒间距离
晶胞体积
密度,或已知密度求微粒间距离。
典例导悟3
右图是
氯化铯晶体的晶胞(晶体中的最小重复单元),已知晶体中两个最近的Cs+核间距离为acm,氯化铯的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数,则氯化铯晶体密度是( )
A.
g·cm-3 B.
g·cm-3C.
g·cm-3 D.
g·cm-3
【高考真题】
1.[2011·课标全国卷-37(5)]六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm。
立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、______个硼原子、立方氮化硼的密度是__________________g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。
阿伏加德罗常数为NA)。
2.[2011·山东理综-32(4)]CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,已知CaO晶体密度为ag·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数,则CaO晶胞体积为________cm3。
3.(2010·全国理综Ⅰ,13)下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( )
A.最小的环上,有3个Si原子和3个O原子
B.最小的环上,Si和O原子数之比为1∶2
C.最小的环上,有6个Si原子和6个O原子
D.存在四面体结构单元,O处于中心,Si处于4个顶点
4.[2010·全国课标卷,37(4)]X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物,其晶胞中X占据所有棱的中心,Y位于顶角,Z处于体心位置,则该晶体的组成为X∶Y∶Z=________。
5.[2010·山东理综,32(4)]铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是:
Pb4+处于立方晶胞顶点,Ba2+处于晶胞中心,O2-处于晶胞棱边中心。
该化合物化学式为__________,每个Ba2+与______个O2-配位。
6.(2011·江苏-21A)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素,其中X是形成化合物种类最多的元素,Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍,Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子,W的原子序数为29。
回答下列问题:
(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为__________,1molY2X2含有σ键的数目为________。
(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高,其主要原因是
_________________________________________________。
(3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电
子体,元素Z的这种氧化物的分子式是____________。
(4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示,
该氯化物的化学式是__________,它可与浓盐酸发生非氧化还原反应
生成配合物HnWCl3,反应的化学方程式为____________________________。
7.(2010·浙江理综,8)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径:
Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。
下列说法中,正确的是( )
A.X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B.由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低
C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
8.[2010·海南,19(Ⅱ)]金属镍及其化合物在合金材
料以及催化剂等方面应用广泛。
请回答下列问题:
(1)Ni原子的核外电子排布式为_______________________________;
(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,
Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点
NiO______FeO(填“<”或“>”);
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为______、_______;
(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料其晶胞结构示意图如上