专题3 微粒间作用力与物质性质 专题整体教学设计与验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（苏教版2019）

专题整体教学设计与验收评价 目录 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、迁移应用——在课题活动中践行 2 在微点判断中澄清 一、主干知识 1.判断下列有关金属键与金属晶体叙述的正误 (1)晶体具有自范性,一般具有固定的熔点。( ) (2)测定固体是不是晶体可用X射线衍射实验。 ( ) (3)凡有规则外形的固体一定是晶体。( ) (4)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。 ( ) (5)金属键有方向性和饱和性。 ( ) √ × √ × × (6)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子。 ( ) (7)金属离子和自由电子间的作用力:金属铝强于金属镁。 ( ) (8)用铂金做首饰不能用金属键理论解释( ) (9)固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体( ) √ √ × √ 2.判断下列有关离子键与离子晶体叙述的正误 (1)因为离子键无饱和性,故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子。( ) (2)离子晶体一定都含有金属元素。 ( ) (3)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。 ( ) (4)有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键。 ( ) × × √ √ (5)离子晶体受热熔化,破坏离子键,吸收能量,属于化学变化。 ( ) (6)晶格能越大,离子键越牢固,晶体的熔点越高。 ( ) (7)离子晶体中阴、阳离子的配位数与电荷和离子半径有关( ) (8)离子晶体中阴、阳离子的配位数一定相同。 ( ) (9)在氯化钠晶体中,每个Na+周围有12个Cl-,每个Cl-周围有12个Na+。 ( ) × √ √ × × 3.判断下列有关共价键与共价晶体叙述的正误 (1)两个原子之间形成共价键时,至少有一个σ键。( ) (2)构成粒子是原子的晶体一定为共价晶体。( ) (3)原子的半径越小,形成共价键越牢固,共价晶体的熔、沸点越高。( ) (4)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。( ) (5)含有共价键的晶体一定是共价晶体。( ) √ × √ × × (6)共价晶体中原子间是以共价键相结合。 ( ) (7)石墨晶体中层与层之间存在共价键。 ( ) (8)60 g二氧化硅中含有二氧化硅分子数目为NA个。 ( ) (9)1 mol金刚石和SiO2中含有的共价键数目均为4NA ( ) (10)金刚石为网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子( ) (11)石墨中键长比金刚石中键长短,石墨的熔点比金刚石的高( ) √ × × × √ √ 4.判断下列有关分子间作用力与分子晶体叙述的正误 (1)分子间只存在范德华力。( ) (2)范德华力的实质也是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊的化学键。 ( ) (3)范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同。 ( ) (4)任何分子间在任意情况下都会产生范德华力。 ( ) × × √ × (5)分子晶体的熔、沸点高低取决于分子中共价键的强弱。 ( ) (6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。 ( ) (7)分子晶体中一定含范德华力,可能含共价键或氢键。 ( ) (8)石墨层内导电性和层间导电性不同。 ( ) (9)分子晶体中一定存在分子间作用力和共价键( ) (10)冰融化时,分子中H—O发生断裂 ( ) × × √ × × √ 在知识融会中贯通 二、综合思维 (一)金属键与金属晶体　 1.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是 (　　) A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体 B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子 C.平均每个晶胞中有14个原子 D.平均每个晶胞中有4个原子 √ [综合训练] 解析:在该晶胞顶点和六个面的面心处都有一个原子,平均每个晶胞中含有的原子数=8×+6×=4。 2.(2024·河北邢台高二下期中)金属铁因生产工艺和温度不同,会有不同的晶体结构。α⁃Fe和γ⁃Fe的晶体结构如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性 B.1个γ⁃Fe晶胞的质量约为(4×56)g C.γ⁃Fe中铁原子的配位数为12 D.α⁃Fe与γ⁃Fe的性质相同 √ 解析:金属铁具有导电性的原因是铁原子最外层的电子“脱落”下来,形成自由电子,这些自由电子在电场力的作用下能够做定向移动,从而形成电流,使得金属铁能够导电,故A错误;1个γ⁃Fe晶胞中有8×+6×=4个铁原子,故质量约为m=×N= g ,故B错误;γ⁃Fe属于面心立方最密堆积,配位数为12,故C正确;α⁃Fe与γ⁃Fe晶体结构不同,所以物理性质不完全相同,故D错误。 3.如图为金属钠晶体的晶胞结构,实验测得钠的密度为ρ g·cm-3,已知钠的摩尔质量为a g·mol-1,阿伏加德罗常数为NA mol-1,假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为 (　　) A. B. C. D. √ 解析:金属钠的晶胞中含有的钠原子数为1+8×=2,设晶胞边长为x(cm),根据ρ=得,ρ=,x=,则晶胞的体对角线长为 ,所以钠原子的半径为 。 4.稀土元素钪(Sc)在电子、石油化工、冶金、机械等领域都有着重要的应用。Sc的一种合金晶胞结构如图所示,其晶胞参数为a nm,NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是 (　　) A.此合金的熔点低于单质Al B.Sc位于元素周期表d区 C.晶胞中与Al原子距离最近的Al原子有8个 D.晶胞密度可表示为×1021 g·cm-3 √ 解析:合金的熔点低于组分金属,故A正确。Sc位于元素周期表中第4周期ⅢB族,属于d区元素,故B正确。晶胞中与Al原子距离最近的Al原子有12个,故C错误。晶胞中Al位于顶点和面心,个数为8×+6×=4;Ag位于体内,个数为8;Sc位于体心和棱心,个数为1+12×=4。则晶胞的质量为 g,晶胞体积为a3×10-21cm3,晶胞密度为×1021 g·cm-3,故D正确。 (二)离子键与离子晶体 5.一种由硼镁元素组成的离子化合物具有超导性能。该化合物晶体中硼通过共价键形成平面a层,镁形成平面b层,a层和b层等距交错排列(abab……),俯视图(部分)如图。 [综合训练] 下列说法正确的是 (　　) A.硼层中硼的杂化类型为sp3 B.该化合物的化学式为MgB2 C.镁周围最近且等距的硼有6个 D.镁层内存在离子键 √ 解析:由题图可知,硼层中硼原子连接3个σ键,B原子价电子有3个,全部用于形成σ键,无孤电子对,杂化类型为sp2,故A错误;由题图可知,每个镁原子上层距离其最近的硼原子有6个,下层距离其最近的硼原子也有6个,共12个,每个硼原子上层距离其最近的镁原子有3个,下层距离其最近的镁原子也有3个,共6个,则Mg、B原子个数比为1∶2,化学式为MgB2,故B正确、C错误;Mg层内存在金属键,不存在离子键,故D错误。 6.高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构(与NaCl晶体结构相似)。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。则有关下列说法不正确的是 (　　) A.KO2中既存在离子键也存在共价键 B.一个KO2晶胞中摊得的K+和粒子数均为4个 C.晶体中与每个K+距离最近的有8个 D.与K+距离相等且最近的K+有12个 √ 解析:KO2是由K+和构成的,离子间存在离子键,内存在共价键,A项正确;K+在晶胞的顶点和面心,数目为8×+6×=4,处于晶胞的棱上和体心,数目为12×+1=4,B项正确;K+的上下、左右、前后,共6个与K+距离最近且相等,C项错误;与K+距离相等且最近的K+有12个,D项正确。 7.纯净的硫化锌是半导体锂离子电池负极材料,具有在充电的同时合金化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图所示。 下列说法正确的是 (　　) A.ZnmS转化为ZnnS是氧化还原反应 B.在ZnmS体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律 C.当ZnmS完全转化为LixZnyS时,每生成1 mol LiZn(合金相)转移2 mol电子 D.若Li2S的晶胞参数为a nm,则EF间的距离为a nm √ 解析:ZnmS晶胞中,均摊的Zn2+和S2-均为4个,m=1,ZnnS中均摊的Zn2+和S2-均为2个,n=1,即化学式均为ZnS,故转化过程中只是原子的排列方式发生改变,价态没有发生变化,A错误;根据ZnmS结构,体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律,B正确;当ZnmS完全转化为LixZnyS时,Li+、Zn2+转化为LiZn合金,生成1 mol LiZn转移3 mol电子,C错误;若Li2S的晶胞参数为a nm,将晶胞切三刀分为8个小立方体,则E在左后上立方体体心,则EF间的距离为 nm=a nm,D错误。 (三)共价键与共价晶体　 8.BN是一种无机非金属材料,立方BN的硬度仅次于金刚石,其晶胞如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.立方BN属于共价晶体 B.1个晶胞中含有4个B和4个N C.距离每个B最近的N有4个 D.1 mol立方BN中含有2 mol共价键 √ [综合训练] 解析:立方BN的硬度仅次于金刚石,属于共价晶体,A正确;根据均摊法,该晶胞中位于顶点和面心的原子个数为8×+6×=4,位于晶胞内部的原子个数为4,则1个晶胞中含有4个B和4个N,B正确;根据晶胞结构可知,每个B最近的N有4个,每个N最近的B有4个,C正确;立方BN中每个B形成4个B—N键,1 mol立方BN中含有4 mol共价键,D错误。 9.碳化钛在航空航天、机械加工等领域应用广泛,其晶胞结构如图所示。当TiC中的C原子被N原子取代时,则产生TiC1-xNx,其性能与x的值有关。下列说法正确的是 (　　) A.x的值会影响碳氮化钛的晶胞边长,x越大,则晶胞边长越长 B.C原子位于Ti形成的四面体空隙中 C.离Ti原子最近的且距离相等的C原子的数目为8 D.碳化钛具有高熔点、高硬度的特点 √ 解析:由于N原子半径小于C原子,故x的值会影响碳氮化钛的晶胞边长,x越大,则晶胞边长越小,A错误;由晶胞知,C原子位于Ti形成的八面体空隙中,B错误;由晶胞知,Ti原子位于C形成的八面体空隙中,离Ti原子最近的且距离相等的C原子的数目为6,C错误;碳化钛是共价晶体,具有高熔点、高硬度的特点,D正确。 10.MgO、BeO、CsCl、金刚石四种晶体的结构模型如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.MgO晶体中,每个晶胞含有4个MgO分子,CsCl晶胞含有1个CsCl分子 B.BeO晶体中,每个Be2+周围与其最近且等距的O2-有4个 C.金刚石晶体中,碳原子之间的最短距离为a D.MgO晶体熔点比BeO晶体的高 √ 解析:MgO晶体和CsCl晶体都属于离子晶体,不含有MgO分子、CsCl分子,A不正确;BeO晶体中,每个Be2+位于小立方体的体心,在小立方体的顶点上有4个O2-,则每个Be2+周围与其最近且等距的O2-有4个,B正确;金刚石晶体中,碳原子之间的最短距离为体对角线的,即为a,C不正确;MgO晶体与BeO晶体都为离子晶体,但Mg2+半径比Be2+大,则晶格能MgO比BeO小,所以MgO晶体熔点比BeO晶体的低,D不正确。 (四)分子间作用力与分子晶体　 11.石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,其结构如图。下列有关说法正确的是 (　　) A.固态时,碳的各种单质的晶体类型相同 B.石墨烯中含有极性共价键 C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键 D.石墨烯具有导电性 √ [综合训练] 解析:碳形成的晶体有多种,如石墨、金刚石、C60等,金刚石为共价晶体,C60为分子晶体,故A错误;石墨烯中只含有C—C键,为非极性共价键,故B错误;石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,故C错误;石墨烯具有石墨的性质,具有导电性,故D正确。 12.通过有机分子a可组装高度有序的聚电解质薄膜b,该薄膜具有精确可调谐的层间距和高效的离子传输。下列说法错误的是 (　　) A.有机分子a中参与sp3杂化和sp2杂化的C原子数目之比为4∶1 B.有机分子a中存在离子键和共价键 C.聚电解质薄膜b中相邻的有机分子a之间存在氢键 D.离子在聚电解质薄膜b中依靠正、负电荷间的静电作用传输 √ 解析:a属于高分子化合物,聚合度n具体数值无法确定,无法确定a中参与sp3杂化和sp2杂化的C原子数目之比,A项错误;a由阴、阳离子组成,存在离子键,阴离子内部存在共价键,B项正确;有机分子a通过氢键和离子键组装成聚电解质薄膜b,C项正确;离子在聚电解质薄膜b中依靠正、负电荷间的静电作用传输,D项正确。 在课题活动中践行 三、迁移应用 课题活动　以钛及相关元素形成的化合物为载体探究晶体结构及性质 钛合金具有强度大,热强度高,抗腐蚀性能好等优点,因此备受青睐。钛合金在国防领域中起到至关重要作用,在一些高端武器的制备中被大量使用,因此获得“国防金属”的称号。在医药领域利用钛合金可以制成骨骼,其具有排异性小、质量轻、强度大等优点。 探究目标(一)　以钙钛矿及相关元素为载体对微粒间作用力进行探究 (CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料。 1.Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是什么? 提示:F的电负性强,TiF4属于离子化合物,形成离子晶体,熔点较高,而自TiCl4至TiI4均为共价化合物,形成分子晶体,随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高。 化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/℃ 377 -24.12 38.3 155 2.四乙醇钛Ti(OCH2CH3)4能增加橡胶在金属表面的黏附性,该物质可溶于有机溶剂,常温下为淡黄色透明液体,Ti(OCH2CH3)4粒子之间的作用力是什么?其固体的晶体类型是什么? 提示:分子间作用力;分子晶体。 3.氧、硫、硒都是第ⅥA族元素,其气态氢化物分别为H2O、H2S、H2Se,这三种氢化物稳定性如何?为什么?三种氢化物沸点大小如何?试解释原因。 提示:稳定性:H2O>H2S>H2Se,因为原子半径Se>S>O,键长大小为H—Se>H—S>H—O,则键能大小为H—O>H—S>H—Se,所以稳定性为H2O>H2S>H2Se;沸点:H2O>H2Se>H2S,因为水分子间存在氢键,所以沸点最高,H2S与H2Se结构相似,H2Se相对分子质量较大,范德华力大,沸点高于H2S。 4.金属钛被称为21世纪的金属,具有良好的导电性、导热性和延展性。金属钛原子是靠什么作用力结合的?请尝试解释金属钛为什么有良好的导电性。 提示:金属钛原子是靠金属键结合的。在金属钛中,钛原子外围电子脱落,可自由移动,在外电场的作用下,自由电子在金属内部发生定向运动,从而形成电流,所以具有导电性。 5.一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3N。 (1)1 mol CH3N中含有的σ键个数是多少? 提示:所有的单键均为σ键,所以1 mol CH3N中共含有σ键7 mol,即数目为7NA。 (2)立方钙钛矿中各离子结合的作用力是什么?影响该晶体的熔、沸点与硬度的因素有哪些? 提示:该晶体中各离子依靠离子键结合。讨论离子晶体的熔、沸点与硬度需要考虑晶格能,而影响晶格能的因素为离子所带电荷与离子半径大小。 探究目标(二)　以钛及相关元素组成的晶体对不同晶体类型的结构进行研究 钛和锆是同一副族的相邻元素,它们的化合物在生产生活中有着广泛的用途。已知TiO2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心,ZrO2晶胞中Zr4+位于O2-所构成的立方体的体心,其晶胞如图所示。 1.TiO2晶胞中O2-的配位数为多少? 提示:由图可知O2-的配位数为3。 2.TiO2晶胞中A、B的分数坐标为(0.69,0.69,1),(0.19,0.81,0.5),则C、D的分数坐标为多少? 提示:由图可知,C与B,A与D对于点(0.5,0.5,0.5)对称,由对称知识可得,C的坐标为(0.81,0.19,0.5),D的坐标为(0.31,0.31,0)。 3.已知二氧化锆晶胞的密度为ρ g·cm-3,则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离为多少pm?(列出表达式,NA为阿伏加德罗常数的值,ZrO2的摩尔质量为M g·mol-1)。 提示:晶胞中Zr、O两原子核间的距离为棱长的倍,晶胞体积V= cm3,所以两原子核间的距离为××1010 pm。 4.TiN是一种极其坚硬的陶瓷材料,通常用作钛合金、钢、碳化物和铝部件上的涂层,以改善基材的表面性能。TiN的晶体类型为　　 　　;TiN晶胞中的少量Ti被Al代替后的立方晶胞结构如图所示。该晶胞中,距离Ti最近的Al有　　个;晶胞的化学式为　　　　。  共价晶体 4 AlTi3N4 1.钙钛矿是指一类陶瓷氧化物,其分子通式为ABO3 ;此类氧化物最早被发现,是存在于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合物,因此而得名。由于钙钛矿材料特殊的结构,使它在高温催化及光催化方面具有潜在的应用前景,钙钛矿材料在太阳能电池方面的应用,不仅转换效率有明显优势,制作工艺也相对简单。因此,更便宜、更容易制造的钙钛矿太阳能电池,很有可能改变整个太阳能电池的格局。2023年12月21日至22日,第五届全球钙钛矿与叠层电池(苏州)产业化论坛上,多位专家对钙钛矿产业前景表示乐观。 [素养训练] 钙钛矿(CaTiO3)的晶胞如图a、b所示(大黑球为Ca2+,小黑球为Ti4+,白球为O2-) (1) a图中Ti4+的分数坐标为(0,0,0),则Ca2+的分数坐标 为　　　　　 。Ca2+的O2-配位数为　　　个。  (2)b图中Ti4+的O2-配位数为　　　个,Ca2+的堆积方式为　　　　　　　。Ca2+和O2-联合组成哪种类型的堆积?　　　　　　　。  (3)设晶胞的棱长为a cm,CaTiO3的摩尔质量为M g·mol-1,则晶胞的密度为　　　　 g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。  2.许多氧化物超导体的结构,可以从钙钛矿结构出发,将晶胞以不同方式进行堆叠,及将原子加以置换、位移和空缺等即可形成。某氧化物超导体的晶体结构如图所示(小白球为O,小黑球为Cu,大黑球为La)。 (1)该氧化物超导体的化学式为　　　　　 。  解析:根据晶胞结构可知,晶胞中含有La的个数为8×+2=4,Cu的个数为8×+1=2,O的个数为16×+4×+2=8,La、Cu、O原子个数比为2∶1∶4,所以化学式为La2CuO4。 La2CuO4 (2)Cu的化合价为+2价,O的化合价为-2价,则La的化合价为　　。  解析:根据晶胞结构可知,晶胞中含有La的个数为8×+2=4,Cu的个数为8×+1=2,O的个数为16×+4×+2=8,La、Cu、O原子个数比为2∶1∶4,所以化学式为La2CuO4。 +3 (3)La周围距离最近的Cu有几个?Cu原子周围距离最近的La有几个? 解析:根据晶胞结构可知,晶胞中含有La的个数为8×+2=4,Cu的个数为8×+1=2,O的个数为16×+4×+2=8,La、Cu、O原子个数比为2∶1∶4,所以化学式为La2CuO4。 　答案: 4　8 $$