2024届高三化学二轮复习 晶体的结构与性质 课件

2024.03 高三化学备课组 罗飞 晶体结构与性质 www.sclyzx.com 讨论：（2022·全国甲）(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是_______；若该立方晶胞参数为a pm正负离子的核间距最小为_______pm。 www.sclyzx.com 考纲解读：①了解晶体的类型，了解不同类晶体中的结构微粒、微粒间作用力的区别。 ②了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关计算。 外观上：经过结晶过程而形成的有规则 几何外形的固体。 1、固体 非晶体 晶体 内部：微粒在空间上按一定规律周期性 重复排列构成的固体。 2、晶胞：描述晶体结构的基本单元 晶体可以看成是无数的完全等同晶胞无隙并置而成的。 晶胞通常都是平行六面体 晶胞中原子占有率（均摊法） 任务1：巩固晶体常识 www.sclyzx.com 讨论1：（19·江苏） （4）一个 Cu2O 晶胞中，Cu 原子的数目为 _____________。 www.sclyzx.com 类型 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 构成微粒 微粒间作用 典型实例 熔沸点 硬度 导电性 溶解性 阴、阳离子 分子 原子 金属阳离子 和自由电子 离子键 分子间作用力 共价键 金属键 NaC、CsCl 干冰、I2、 S8、P4 金刚石、Si、 SiC、SiO2 Na、Mg、 Al、Fe 较高 低 高 大多较高 较大 固体不导电， 融化或溶于 水能导电 部分易溶于 极性溶剂 较小 不良 相似相溶 大 不良 难溶于常见 溶剂 大多较大 良好导电、导热 性及延展性 难溶，少数 与水反应 任务2：几种晶体性质比较 www.sclyzx.com 注意：物质熔沸点高低的比较 （2）同一晶型的物质 （1）不同晶型的物质的熔沸点高低顺序一般是： 原子晶体>离子晶体>分子晶体。 晶体构成微粒间的作用越强，熔沸点越高。 例外：MgO的熔点高于SiO2。 A、分子晶体： 组成与结构相似的分子，随相对分子质量增大，分子间力增强，熔沸点增高。 决定于范德华力或氢键。 注意： 在有机物同分异构体中，一般地说，支链数越多，熔沸点越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷； 芳香烃及其衍生物的同分异构体的，其沸点高低顺序是：邻>间>对位化合物。 www.sclyzx.com D、金属晶体 一般，金属晶体中金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属阳离子 与自由电子间的金属键越强，金属熔沸点就越高。 如：Li、Na、Rb、Cs、Fr，其熔沸点逐渐降低。 C、原子晶体：结构相似的原子晶体，原子半径越小，共价键越强，熔沸点越高。 如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。 B、离子晶体：结构相似的离子晶体，离子半径越小，离子电荷数越多，晶格能越大，离子键越强，熔沸点越高。 如熔点：MgO>NaCl www.sclyzx.com 讨论1： （上海）下列变化需克服相同类型作用力的是（ ） A.碘和干冰的升华 B.硅和C60的熔化 C.氯化氢和氯化钾的溶解 D.溴和汞的气化 讨论2：下列推论正确的（ ） A. SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3 B. NH4+为正四面体结构，可推测出PH4+ 也为正四面体结构 C. CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 D. C2H6是碳链为直线型的非极性分子，可推测C3H8也是碳链为 直线形的非极性分子 www.sclyzx.com 1、原子晶体： 金刚石、晶体硅、锗、SiC 、SiO2 、Si3N4 、BN 考纲解读：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。 1﹕4×（1/2）=1﹕2 （2）晶体中最小碳环由不在同一平面 的____个C组成； （4）C原子个数与C—C键数之比为： （1）金刚石晶体是一种空间网状结构； （3）晶体中每一个C原子连接____个六元环， 六元环中最多有____个C原子共平面； 6 12 4 任务3：原子晶体---金刚石 www.sclyzx.com www.sclyzx.com www.sclyzx.com 注意：原子晶体中不存在单个分子，它的化学式代表晶体中各构成粒子的个数比，而不代表真实的分子组成。 （1）Si原子与O原子个数比为： 1﹕(4×1／2)=1﹕2 （2）Si原子个数与Si—O键数之比为： 1﹕4 （3）SiO2晶体中，每个最小的环上有____个 原子（6个Si和6个O）。 12 任务4：原子晶体---二氧化硅 www.sclyzx.com 干冰、冰、白磷、C60。 分子晶体： （1）结构单元中 N(CO2)= . （2）在每个CO2 周围与之距离最近且相等的CO2 有____个 12 4 分子非密堆积 分子密堆积 任务5：分子晶体 www.sclyzx.com （2）C60分子中σ键数目= 。其中双键数= ，单键数= 。 （1）分子共有60个顶点，32个面，其中有12个正五边形，20个正六边形； 90 30 60 任务6：掌握C60 www.sclyzx.com 形形色色的分子 www.sclyzx.com NaCl、CsCl、CaF2、ZnS 3、离子晶体： 考纲解读：了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 F- Ca2+ 任务7：掌握几种典型的离子晶体 www.sclyzx.com 各类型离子晶体晶胞的比较 晶体类型 晶胞类型 晶胞结构示意图 配位数 距离最近且相等的相反离子 每个晶胞含有离子数 实例 NaCl型 AB CsCl型 ZnS型 AB2 CaF2型 Na+： 6 Cl-： 6 Cs+： Cl-： 8 8 Zn2+： S2-： 4 4 Ca2+： F-： 4 8 Na+： Cl-： Cs+： Cl-： Zn2+： S2-： Ca2+： F-： Na+： Cl-： Cs+： Cl-： Zn2+ S2-： Ca2+： F-： 6 6 8 8 4 4 4 8 4 4 1 1 4 4 8 4 KBr AgCl、MgO、CaS、BaSe ZnS、AgI、 BeO CsCl、CsBr、CsI、TlCl 碱土金属卤化物、碱金属氧化物。 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 www.sclyzx.com 讨论： （2022，湖北）某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 A．Ca2+的配位数为6 B．与F－距离最近的是K+ C．该物质的化学式为KCaF3 D．若F－换为Cl－，则晶胞棱长将改变 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 www.sclyzx.com 金属晶体： 金属单质、合金 考纲解读：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。 （1）金属键： 金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。 ①成键电子可以在整块金属中自由流动； ②金属键既没方向性，又没饱和性。 ③金属阳离子半径越小，金属阳离子 所带电荷（价电子数）越多，金属键越强。 导电性 导热性 延展性 金属离子和自由电子 自由电子在外加电场的作用下发生定向移动 自由电子与金属离子碰撞传递热量 晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用 （2）电子气理论及其对金属物理共性的解释 任务7：掌握金属晶体的基本概念 www.sclyzx.com 19 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻(一般指相切)的微粒个数。 非密置层     密置层 www.sclyzx.com 堆积 类型 代表 物质 层类型 晶胞 相切 原子 配位数 空间 利用率 简单 立方 体心 立方 六方 最密 面心 最密 Po(钋) 非密置层 棱上2球 6 K Na Fe 非密置层 体对角线3球 8 Zn Ti Mg 密置层 三棱柱的中心 12 Cu Ag Au 密置层 面对角线3球 12 52% 68% 74% 74% 空间利用率：晶体的空间被微粒占据的体积百分数， 用它来表示紧密堆积的程度。 任务8：掌握常见的金属晶体的原子堆积模型 www.sclyzx.com 性质：熔点高（高于金刚石），硬度小，可导电 。 石墨晶体是 结构： 层内C原子以 结合成平面网状结构， 层间以 结合。 每个C与3个C形成C—C键，构成正六边形， 键长相等，键角相等(均为120°)； C原子个数与C—C键数之比为： 。 每个正六边形平均只占有6×(1／3)=2个C 共价键、金属键、范德华力 任务9：混合型晶体—石墨镜晶体 www.sclyzx.com 讨论1： （2022·北京）II．FeS2晶胞为立方体，边长为anm，如图所示。 （4）①与Fe2+紧邻的阴离子个数为___________。 ②晶胞的密度为ρ=___________g/cm3。 www.sclyzx.com 讨论2：（2022·全国乙）(4)α- Ag晶体中I-离子作体心立方堆积(如图所示)，Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α- Ag晶体在电池中可作为_______。 已知阿伏加德罗常数为NA，则α- AgI晶体的摩尔体积Vm_______ (列出算式)。 www.sclyzx.com 用围成空隙的那些球的球心连线构成的多面体来为空隙命名，如正八面体空隙、正四面体空隙等。 离子键没有方向性和饱和性。 通常, 较大的负离子形成等径圆球堆积, 正离子填在空隙中。 离子半径比与正离子配位数的关系： 通常，决定正离子配位数CN+的主要因素是正负离子半径比r+/r-。 对几种确定的CN+，从几何结构推出r+/r-理论临界值。 任务10：掌握晶体中晶胞的空隙 www.sclyzx.com 25 正方体的边长等 于a, 面对角线长度为2r-， 体对角线长度为2(r++r-)。 1.四配位的正四面体空隙 四配位时半径比的最低临界值: www.sclyzx.com 2.六配位的正八面体空隙 六配位时半径比的最低临界值: www.sclyzx.com 3.八配位的正方体空隙 八配位时半径比的最低临界值: www.sclyzx.com 离子半径比与正离子配位数的关系 r+ / r- 0.225~0.414 0.414~0.732 0.732~1.000 CN+ 4 6 8 配位体 正四面体 正八面体 立方体 www.sclyzx.com ◆正四面体空隙： ZnS型：离子堆积描述 结构型式 阴离子 堆积方式 CN+/CN- 阳离子 所占空隙类型 阳离子 所占空隙分数 空隙位置 及数目 ZnS型 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2 8个顶角 www.sclyzx.com ◆正八面体空隙： NaCl型：离子堆积描述 结构型式 阴离子堆积方式 CN+/CN- 阳离子 所占空隙类型 阳离子 所占空隙分数 空隙位置及数目 NaCl型 面心立方最密堆积 6:6 正八面体 1 体心1个 12条棱心3个 www.sclyzx.com CsCl型：离子堆积描述 结构型式 阴离子 堆积方式 CN+/CN- 阳离子 所占空隙类型 阳离子 所占空隙分数 空隙位置 及数目 CsCl型 简单立方堆积 8:8 正方体 1 体心1个 ◆正方体空隙： www.sclyzx.com 萤石型：离子堆积描述 结构型式 负离子 堆积方式 CN+/CN- 正离子 所占空隙类型 正离子 所占空隙分数 空隙位置及数目 萤石型 简单立方堆积 8:4 正方体 1/2 共8个 中心1个（空） 顶点1个 棱心3个（空） 面心3个 www.sclyzx.com ① 晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。 ② 原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。 上 下 前 后 左 右 前左上 前右下 前右上 前左下 后左上 后右下 后右上 后左下 任务11：掌握晶体中晶胞的两个基本要素 www.sclyzx.com 以底面一个顶点的碳原子(通常取前左下)为原点建立一个 三维右手坐标系。 8个原点上的碳原子坐标均为 （0，0，0）； y x z 前后面中心碳原子的坐标是： （ ½, 0, ½）; 上下面中心碳原子的坐标是： （ ½, ½, 0）; 左右面中心碳原子的坐标是： （0, ½, ½）; www.sclyzx.com y x z （1/4, 1/4, 3/4）; y x z （3/4, 1/4, 1/4）; www.sclyzx.com （3/4, 3/4, 3/4）; （1/4, 3/4, 1/4）; y x z y x z www.sclyzx.com 讨论1： （2022·湖南） (4)钾、铁、硒可以形成一种超导材料， 其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①该超导材料的最简化学式为_______； ②Fe原子的配位数为_______； ③该晶胞参数a=b=0.4nm、c=1.4nm、。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为_______g/cm3 (列出计算式)。 www.sclyzx.com 讨论2： （2022·广东）(6)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构 数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过 该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1，沿x、y、z轴方向的投影均为图2。 ①X的化学式为_______。 ②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρg/cm3，则X中相邻K之间的 最短距离为_______nm (列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。 www.sclyzx.com 讨论3：（19·全国2）近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe−Sm−As−F−O 组成的化合物。 （4）一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图 1 所示，晶胞中 Sm 和 As 原子的投影位置如图 2 所示。 图中F−和O2−共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1−x代表，则该化合物的化学式表示为____________，通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ=________g·cm−3 。 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图 1 中原子 1 的坐标为 (1/2,1/2 ,1/2)，则原子 2 和 3 的坐标分别为__________、__________。 www.sclyzx.com 41 41 www.sclyzx.com $$