2024届高三化学一轮复习 分子晶体及共价晶体的堆积方式 课件

分子晶体及共价晶体的 堆积方式 物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3 熔点/℃ -183 -90 -127 ＞1000 浙江新高考T26】（2） 四种晶体的熔点数据如表： CF4 和 SiF4 熔点相差较小，BF3 和 AlF3 熔点相差较大，原因是 。 晶体熔、沸点高低的原因解释 化学键 C-H Si-H C=O C-O Si-O C-C Si-Si 键能/kJ·mol-1 411 318 799 358 452 346 222 2.北京新高考9】由键能数据大小，不能解释下列事实的是（ ） A.稳定性：CH4>SiH4 B.键长：C=O<C-O C.熔点：CO2<SiO2 D.硬度：金刚石>晶体硅 3.全国高考理综甲卷T35节选】 (5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,若该立方晶胞参数为 a pm,正负离子的核间距最小为 pm。 晶胞结构的计算 晶体微粒间的作用力和物质性质的关系 知识重构 考向1——共价晶体、分子晶体的类型判断与性质比较 考向2——以金刚石、石墨等晶体结构为背景的晶胞分析 分子晶体及共价晶体的堆积方式 知识重构 必备知识1——构成物质的基本微粒与相互作用 【问题1】构成物质的基本微粒有哪些？ 原子 分子 离子 得失e- 共价键 【问题2】微粒能构成哪些类别的物质？ 离子化合物 非金属单质（金刚石等） 共价化合物（SiO2等） 非金属单质（C60等） 共价化合物（HCl等） 金属单质 【问题3】微粒之间存在哪些相互作用？ 离子键：阴阳离子间静电作用（含引力和斥力） 共价键：原子间通过共用电子对形成的相互作用。（静电引力） 分子内：存在共价键、可能含分子内氢键；分子间：分子间作用力、可能含分子间氢键。 金属键：金属原子与自由电子之间的相互作用。 【问题4】微粒构成的晶体类型？ 离子晶体 金属原子：金属晶体(金属键） 分子晶体 非金属原子：共价晶体（共价键） 2.【2020 年山东T17节选】Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常 压下，SnCl4为无色液体，SnCl4固体的晶体类型为 。 1.浙江新高考T26】（2） 四种晶体的熔点数据如表： 物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3 熔点/℃ -183 -90 -127 ＞1000 CF4 和 SiF4 熔点相差较小，BF3 和 AlF3 熔点相差较大，原因是 。 3.【北京新高考9】由键能数据大小，不能解释下列事实的是（ ） 化学键 C-H Si-H C=O C-O Si-O C-C Si-Si 键能/kJ·mol-1 411 318 799 358 452 346 222 A.稳定性：CH4>SiH4 B.键长：C=O<C-O C.熔点：CO2<SiO2 D.硬度：金刚石>晶体硅 考向1——原子晶体、分子晶体的类型判断与性质比较 结构相似的分子晶体，分子间作用力相差较小 BF3是分子晶体， AlF3是离子晶体，破坏离子键需要能量更多，所以AlF3熔点很高。 常温下SnCl4为液体，性质体现结构，可判定SnCl4为分子晶体。 CO2 是分子晶体，熔点由分子间作用力决定，SiO2 是共价晶体，所以熔点 CO2<SiO2，不能用键能解释熔点 CO2<SiO2 C 4.【2022 年全国高考理综乙卷T35】(3) 卤化物CsICl2 受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体 X 和红棕色液体 Y。X 为 。解释 X 的熔点比 Y 高的原因 。 5.【2021年福建高考(3) 节选】石墨相氮化碳g-C3N4具有和石墨相似的层状结构，其中一种二维平面结构如右图所示，g-C3N4晶体中存在的微粒间作用力有_______ (填标号)。 a.非极性键 b.金属键 c.π键 d.范德华力 6.【2022 年山东新高考T5】AlN、GaN 属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在 N—Al 键、N—Ga 键。下列说法错误的是 ( ) A.GaN 的熔点高于 AlN B.晶体中所有化学键均为极性键 C.晶体中所有原子均采取 sp3 杂化 D.晶体中所有原子的配位数均相同 考向1——共价晶体、分子晶体的类型判断与性质比较 CsCl CsCl 为离子晶体,ICl 为分子晶体，离子键强于分子间作用力，所以 CsCl 的熔点高于ICl。 石墨相氮化碳具有和石墨相似的层状结构，所以层与层之间存在范德华力，同层内C与N之间存在极性共价键，存在大π键，故选c、d。 c d AlN、GaN 的成键结构与金刚石相似,因此 AlN、GaN 都为原子晶体,熔点的大小和键能有关，键能和键长有关，键长取决于原子半径，Al原子的半径比 Ga 原子的小,N—Al 键的键长小于 N—Ga 键的键长, N—Al 键的键能较大,AlN 晶体的熔点较高,故所以GaN 的熔点低于 AlN,A 错误; A CsICl2===CsCl+ICl × 核心思想： 答题模板： 性质 体现 决定 结构 题目信息或问题 判断 晶体类型 比较 微粒间作用力 ①熔、沸点数据 ②常温下物质状态③键能大小 ④成键结构等 解释差异 答题思想： 分析思路： 先整体后局部！ 先根据题目信息判断晶体的类型，再对微粒间作用力的大小进行晶体同类型或不同类型的比较，得出结论，解释原因。 分析原因 考向1——共价晶体、分子晶体的类型判断与性质比较 必备知识2——典型的分子晶体和共价晶体 分子间作用力 堆积方式 典型物质 分子结构 晶胞 结构特点 氢键和 范德华力 非密 堆积 冰(H2O) 氢键具有 ，冰晶体中，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角的 个相邻水分子相互吸引，所以1mol冰中有 mol氢键，这使冰晶体中水分子的空间利用率 ，冰的密度 液态水。 4 方向性 不高 2 范德华力 分子 密堆积 干冰(CO2) 碘(I2) C60 面心立方最密堆积 若以一个分子为中心，周围有 个紧邻的分子，这就是分子 。 密堆积 12 ①每个干冰晶胞中有 个CO2分子，配位数 ，CO2的排列方向有 种， 。 4 12 4 顶点1种，上下面心、前后面心、左右面心各1种 ②I2的排列方向有 种， 和 。 ③C60结构： 分子，固态时是 ，每个碳原子只跟相邻的 形成共价键，60个碳原子构成 形，共32面体，包括 个五边形， 个六边形。 12 20 三个碳原子 分子晶体 球 2 笼状 顶点 面心 小于 一维空间里粒子的堆积方式 二维空间里粒子的堆积方式 1 2 2 3 3 4 5 6 非密置层放置 密置层放置 1 4 配位数： 配位数： 空隙形状： 空隙形状： 4 6 高频考点1：分子密堆积——面心立方最密堆积 三维空间中密置层的堆积方式 1 2 3 4 5 第三层小球 对准第一层 小球空隙的 2、4、6位。 第四层同第 一层。 每三层形成 一个周期的 紧密堆积。 6 a a a a a 高频考点1：分子密堆积——面心立方最密堆积 C A A A A A A B B B B B B C 【问题2】1个晶胞的质量(g)？ 【问题3】小球间位置关系？ 【问题4】微粒小球的半径 r 与晶胞参数a的关系？ 【问题5】两小球之间的最近距离？ 【问题1】1个晶胞中含有微粒的个数（N）？ 4 该晶胞的密度？ g·cm-3 4 4 a3 a a = 4 r 2 等径球面心接触（面对角线相切） 面对角线的一半, ①立方体空隙 【问题1】空隙的种类？ ②四面体空隙 ③八面体空隙 【问题2】如何判定空隙的类型？ 正四面体空隙 4个紧密相切的堆积球 归纳：面心立方最密堆积的8个顶点各自对应一个正四面体空隙,1个晶胞共有8个正四面体空隙。 堆积球的位置：晶胞的一个顶点和三个面心 思路 梳理： 1、观察堆积球的数目、位置及相互关系 8个堆积球相切 4个堆积球相切 6个堆积球相切 例：CaF2晶胞 说明：Ca2+做堆积球，在顶点和面心构成面心立方， F-在体内，做填隙球，填充在Ca2+围成的8个正四面体空隙中。 高频考点2：分子密堆积——面心立方最密堆积的空隙问题 例：BiF3晶胞 正八面体空隙 6个紧密相切的堆积球 最典型的填隙球位于晶胞体心，堆积球就位于晶胞的六个面心 思路 梳理： 归纳：属于面心立方最密堆积晶胞棱边上的正八面体空隙有12×1/4 =3个，加上体内的1个，1个晶胞共有4个正八面体空隙。 和体心等效的位置是棱心 2、根据填隙球（A）的配位数确定 若A的配位数为8，就填充在B围成的立方体空隙中； 若A的配位数为6，填充在B围成的八面体空隙中； 若A的配位数为4，填充在B围成的四面体空隙中。 堆积球B的粒子数：立方体空隙数：四面体空隙数：八面体空隙数=1：1：2：1 N(Bi3+)=4 四面体空隙数=8 八面体空隙数=4 3、根据堆积球（B）与空隙的比例关系确定 基本思路：Bi3+做堆积球，位于顶点（8×1/8＝1个）和面心(6×1/2 ＝3个）,构成面心立方晶胞；F-做填隙球，分别在体内（配位数为4）和棱心（配位数为6）， 因此有8个正四面体空隙和4个正八面体空隙。 高频考点2：分子密堆积——面心立方最密堆积的空隙问题 例：NaCl晶胞 说明：Cl－做堆积球，在顶点和面心构成面心立方； Na+在体心和棱心，做填隙球，填充在Cl－围成的4个正八面体空隙中。 ①每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体，配位数 。 ②密度： 必备知识2——典型的分子晶体和共价晶体 典型代表物 空间结构 结构分析 ①C原子采取 杂化，每个C与相邻的 个C以 结合，形成 ，键角均为 。 ②最小碳环为 元环，环上的C 同一平面内， ③每个C参与4个C-C键的形成，碳原子数与C-C键数之比为 。 ④1个金刚石晶胞中，碳原子分别位于 、 、 ，共 个。 ①每个Si与4个O以共价键结合，形成 结构； ②每个正四面体占有1个Si，4个“1/2O”，晶体中Si与O的个数比为 ； ③最小环上有 个原子，即 个Si， 个O。 sp3 1：2 6 12 6 4 共价键 正四面体 109.5∘ 1：2 正四面体 6 金刚石 二氧化硅 SiC、BP、AlN 不在 ⑤ ④ 顶点 面心 体内 8 4 高频考点3：金刚石的空间构型 【问题1】微粒半径 r 与晶胞参数 a的关系？ 【问题2】两个碳原子间的最近距离？ 【问题3】正四面体空隙的填隙率？ 【问题4】晶胞的密度计算？ 金刚石晶胞 金刚石晶胞的1/8 m 2 m m 3 m m = 4 r 3 a=2m a/2=4 r 3 2 1 r = a 注意：1、2两球是虚拟的！ 体对角线AD= 微粒半径 r 与晶 胞参数 a的关系 两原子最近距离为 晶胞体对角线的1/4 A D 顶点和面心的C构成面心立方晶胞，即为堆积球B，共构成8个正四面体空隙；体内的4个碳原子即为填隙球A，填充在其中4个空隙中，所以正四面体空隙的填隙率为50%。 50% 8r g·cm-3 8 a3 7.【2022 年全国高考理综甲卷T35节选】 (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。 解析：由图可知，X代表的离子位于顶点和面心，构成面心立方最密堆积， 面心立方最密堆积有8个正四面体空隙，X做堆积球，共8×1/8+6×1/2=4个， X类似于金刚石在顶点和面心的C原子， 题给晶胞体内有8个Y，根据化学式CaF2，可知X是Ca2+，Y是F-，F-做填隙球，填隙率100%， 因此，对照金刚石的晶胞结构，Ca2+与F-最近的核间距为晶胞体对角线长度的1/4， 由于晶胞参数为apm，故Ca2+与F-最近的核间距为√3/4apm。 金刚石体内的C共4个，正四面体空隙填隙率为50% ； Ca2+ √3/4a 考向2——以金刚石、石墨等晶体结构为背景的晶胞分析 8.【2019新课标Ⅰ卷35T35节选】(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x= pm，Mg原子之间最短距离y= pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是 g·cm−3(列出计算表达式)。 分析1：根据图b可知，Cu原子之间最短距离为该晶胞面对角线的1/4，由于晶胞参数是a pm，则面对角线是 ， 则x＝ pm。 面对角线 a 体对角线 a 3 分析2：Mg以金刚石方式堆积，因而Mg原子之间最短距离为晶胞体对角线的1/4，体对角线是 ，则y＝ pm。 分析3：镁以金刚石方式堆积，晶胞中含有Mg原子8×1/8+6×1/2+4＝8个，而Cu以四面体方式排列在Mg的八面体空隙和半数四面体空隙中，共16个，1mol晶胞的质量是 。由于晶胞参数是a pm，则MgCu2的密度是 g·cm−3。 考向2——以金刚石、石墨等晶体结构为背景的晶胞分析 混合型晶体 空间结构 晶胞 结构特点 石墨 碳原子的排列方式： 结构 ，每层内C以 杂化，存在 键，C之间以 形成 的平面网状结构，键角 ， C与碳碳键之比为 。每一层内C-C的键长为1.42×10-10m，比金刚石中C-C的键长(1.54×10-10m)短，因此熔沸点高于金刚石;层与层之间以 结合，所以石墨硬度小，滑腻感，能导电因为 。 层状 正六边形 sp2 120° 2：3 共价键 高频考点4：混合型晶体——石墨 分子间作用力 大π 大π键 (5)每个基本结构单元(图中实线圈部分)中两个N原子(图中 虚线圈所示)被O原子代替，形成O掺杂的g-C3N4(OPCN) ， OPCN的化学式为_______。 9.【2021年福建高考真题节选】石墨相氮化碳g-C3N4作为一种新型光催化材料，在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景，研究表明，非金属掺杂(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的层状结构，其中一种二维平面结构如图所示。 解析：由题知g-C3N4 具有和石墨相似的层状结构，由基本结构单元分析可知，N原子的成键存在连两个C和三个C 的两种情况， 连三个C的N原子处在中心的完全属于该基本结构单元， 故一个基本结构单元含有6个C和7+1/3 ×3=8个N原子； 将图中虚线圈所示的N原子用O原子代替，则O原子完全属于该基本结构单元，故该基本结构单元含有6个C原子、6个N原子、2个O原子， 连两个C的N原子完全属于该基本结构单元， 处在“顶点”的属于三个基本结构单元， 则形成O掺杂的g-C3N4(OPCN)的化学式为C3N3O。 C3N3O 考向2——以金刚石、石墨等晶体结构为背景的晶胞分析 a a a m a = 4 r 2 m = 4 r 3 面心立方最密堆积 金刚石结构 1/8晶胞 石墨 迁移应用 层状结构 ，每层内C原子采取sp2杂化，以共价键形成平面六元并环结构，键角120°，每个正六边形的C原子与碳碳键之比为2：3。 面对角线相切 体对角线相切 迁移应用 立足微粒的面心立方最密堆积方式，熟知金刚石及石墨晶体的结构特点，灵活运用小球间的位置关系进行知识迁移。 核心思想： 考向2——以金刚石、石墨等晶体结构为背景的晶胞分析 a/2 = 4 r 3 ①熔、沸点数据 ②常温下物质状态 ③键能大小 ④成键结构等 题目信息 晶体类型 分子晶体 原子晶体 CO2等面心立方 最密堆积小球间的位置关系 金刚石小球间的位置关系 拓展：石墨 （混合晶体） 结构问题 距离问题 空隙问题 密度问题 性质问题 熔沸点、硬度、 稳定性解释问题 微粒间作用力 类型判断 分子晶体及共价晶体的堆积方式之思维导图 $$