第三章 晶体结构与性质（复习课件）-【上好课】高二化学同步高效课堂（人教版2019选择性必修2）

单 元 复 习 第三章 晶体结构与性质 人教版2019 高二 知识导引 晶体结构与性质 物质的聚集状态与晶体常识 分子晶体与共价晶体 分子晶体 共价晶体 金属晶体与离子晶体 固、液、气、等离子体、液晶 均摊法计算原子个数、配位数 金属键与金属晶体 离子晶体 过渡晶体和混合晶体 配合物与超分子 晶体与非晶体 物质聚集状态 晶胞 晶体结构的测定 晶体有固定熔点、自范性、各向异性 X射线衍射仪 冰晶体、干冰晶体 金刚石、低温石英 电子气理论模型 NaCl晶体、CsCl晶体 石墨晶体 [Cu(H2O)4]2+ 、[Ag(NH3)2]+ 杯酚识别C60、冠醚识别碱金属离子 配合物 超分子 物质的聚集状态与晶体的常识 01 分子晶体和共价晶体 02 金属晶体和离子晶体 03 配合物与超分子 04 CONTENTS 目录 物质的聚集状态与晶体的常识 PART 01 物质的聚集状态与晶体的常识 一、物质的聚集状态 物质的聚集状态 气态 固态 液态 晶态 塑晶态 液晶态 非晶态 等离子体 离子液体 由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。 熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 具有液体的流动性、黏度、形变性又具有晶体的导电性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。 01 物质的聚集状态与晶体的常识 二、晶体与非晶体 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质 特征 自范性 有 无 各向异性 有 无 熔点 固定 不固定 鉴别方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 01 物质的聚集状态与晶体的常识 二、晶体与非晶体 特殊提醒 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体。 eg：晶体SiO2和非晶体SiO2。 eg：玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体。 eg：某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 1.晶胞的特征 (1)无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙 (2)并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同 (3)同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 金刚石 金刚石晶胞 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 2.晶胞中粒子数目的计算 (1)立方体 体心 1 面心 1/2 棱边 1/4 顶点 1/8 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 2.晶胞中粒子数目的计算 (2)三棱柱 体心 1 面心 1/2 棱边 水平1/4 竖1/6 顶点 1/12 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 2.晶胞中粒子数目的计算 (3)六棱柱 体心 1 面心 1/2 棱边 水平1/4 竖1/3 顶点 1/6 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 3.晶体化学式的确定 晶体的化学式表示的是晶体（也可以说是晶胞）中各类原子或离子数目的最简整数比 01 物质的聚集状态与晶体的常识 三、晶胞 4.晶体（晶胞）密度计算 （立方晶胞） 确定晶胞中粒子个数 N 物质的化学式 晶胞的质量 确定晶胞的体积 晶胞的密度 a3 常用到的单位换算: 1m=102cm=109nm=1012pm。 01 物质的聚集状态与晶体的常识 四、晶体结构的测定 X射线衍射谱的应用 (1)X射线衍射图通过计算获得 ①晶胞形状和大小 ②分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型 ③原子在晶胞里的数目和位置等 ④结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系 判断哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，得出分子的空间结构。 (2)根据原子坐标，可以计算原子间的距离 01 对应训练 【典例1】下列关于聚集状态的叙述中，错误的是(　　) A．物质只有气、液、固三种聚集状态 B．气态是高度无序的体系存在状态 C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱 D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性 A 01 对应训练 【典例2】关于晶体和非晶体的说法，正确的是(　　) A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 B．晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高 C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 D．晶体和非晶体之间不可以相互转化 C 01 对应训练 【典例3】已知CsCl晶体的密度为ρ g/cm3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为________ NAa3ρ 01 对应训练 【典例4】高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是(　　) A．超氧化钾的化学式为KO2 B．每个晶胞中含有8个K＋和4个O2- C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个 D．晶体中0价氧原子和－2价氧原子个数比为1∶3 A 01 分子晶体和共价晶体 PART 02 分子晶体和共价晶体 1.定义：只含分子的晶体。 一、分子晶体 构成粒子 分子晶体 分子 粒子间的作用力 分子间作用力 分子内各原子间 共价键 02 分子晶体和共价晶体 2.常见的分子晶体 一、分子晶体 (1)所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX (2)部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 (3)部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10 (4)几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 (5)绝大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖 02 分子晶体和共价晶体 3.分子晶体的物理性质 一、分子晶体 (1)较低的熔点和沸点(分子间作用力很弱) (2)较小的硬度(多数分子晶体在常温时为气态或液态) (4)溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶 (3)一般不导电，熔融状态也不导电，部分溶于水导电 02 分子晶体和共价晶体 4.分子晶体熔沸点的判断方法 一、分子晶体 (1)看是否含有氢键：有分子间氢键的熔沸点高，相同的分子间氢键，看氢键的个数，个数越多，熔沸点越高； (2)比较范德华力：组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高； (4)同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。 (3)比较分子极性：相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高； (5)看物质状态：一般情况下，固体>液体>气体。 02 分子晶体和共价晶体 5.分子晶体的结构特征 一、分子晶体 二氧化碳分子的结构 冰分子的结构 冰中1个水分子周围有4个水分子。 与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个。 02 分子晶体和共价晶体 6.分子晶体的堆积方式 一、分子晶体 分子密堆积 分子非密堆积 微粒间作用力 范德华力 范德华力和氢键 空间特点 通常每个分子周围有12个紧邻的分子 每个分子周围紧邻的分子 数小于12个，空间利用率小 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 02 分子晶体和共价晶体 1.定义：所有原子都以共价键相互结合形成三维骨架结构的晶体。 二、共价晶体 构成粒子 共价晶体 原子 粒子间的作用力 共价键 02 分子晶体和共价晶体 二、共价晶体 2.常见的共价晶体 如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等 如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等 (3)极少数金属氧化物， (1)某些单质 (2)某些非金属氧化物 如刚玉(ɑ-Al2O3) 02 分子晶体和共价晶体 二、共价晶体 3.共价晶体的物理性质 (1)较高的熔点、硬度很大 (2)一般不导电，但晶体硅、锗是半导体 (3)难溶于一般的溶剂 4.共价晶体熔沸点的判断方法 (2)若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小；一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 (1)晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能；键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 02 分子晶体和共价晶体 二、共价晶体 5.共价晶体的结构特征---金刚石 (2)每个碳原子都采取____________; sp3杂化 (3)所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________. 109°28' (4)晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内； 6 不在 (5)晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为： 1 ：（ ）= 1：2 (1)在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个。 4 (6)每个碳原子可形成　　　个六元环,每个C-C键可以形成　　　个六元环。 (7)在金刚石晶胞中占有的碳原子数_______　 6 12 8 02 分子晶体和共价晶体 二、共价晶体 5.共价晶体的结构特征---二氧化硅 (3) 在SiO2 晶体中，最小环为 元环。 2 4 4 2 12 (1) 在SiO2晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合；每个氧原子 与 个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 。 (2)在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键； (4)每个十二元环中平均含有硅原子___；每个十二元环中平均含有Si－O键____ 1：4 1：2 1/2 硅原子个数与Si－O 共价键个数之是 ； 氧原子个数与Si－O 共价键个数之比是 。 2 1：2 02 【典例1】分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　) A．组成晶体的基本微粒是分子 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低 对应训练 C 02 【典例2】下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是(　　) A．共价晶体硬度通常比分子晶体大 B．共价晶体的熔点较高 C．分子晶体中有的水溶液能导电 D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体 对应训练 D 02 【典例3】下列说法正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)(　　) A．在含2 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA B．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子 C．金刚石的熔点高与C—C键的键能有关 D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体 对应训练 C 02 【典例4】正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是 (　　) A．正硼酸晶体属于原子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关 C．分子中硼原子符合8电子稳定结构 D．含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键 对应训练 D 02 【典例5】将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　) A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构 C．C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂 对应训练 B 02 金属晶体和离子晶体 PART 03 金属晶体和离子晶体 一、金属晶体 1.定义：通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体，包括纯金属和合金。 2.金属键：金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 3.金属键的特征： (1)自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块固态金属中自由移动。 (2)金属键既没有方向性，也没有饱和性。 4.金属键的本质： 03 金属晶体和离子晶体 一、金属晶体 5.电子气理论 (1)定义：把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有金属原子维系在一起 (2)电子气理论解释金属晶体的物理性质 延展性: 03 金属晶体和离子晶体 一、金属晶体 5.电子气理论 (2)电子气理论解释金属晶体的物理性质 导电性: 导热性：自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 外加电场 金属光泽：当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。 03 金属晶体和离子晶体 一、金属晶体 6.金属晶体熔、沸点的比较 (1)金属晶体熔点变化差别较大；如汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁(1535 ℃)等金属熔点很高。 (2)金属晶体的熔、沸点高低和金属键的强弱有关； 金属原子价电子数越多，离子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔、沸点就越高，反之越低。 03 金属晶体和离子晶体 二、离子晶体 1.定义：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体 2.离子键： 构成粒子 离子晶体 阳离子+阴离子 粒子间的作用力 离子键 阴阳离子间通过静电作用所形成的强烈的相互作用叫做离子键。 (1)键的本质是静电作用，包括静电引力和斥力 (2)离子键没有方向性和饱和性 3.离子键的特征： 03 金属晶体和离子晶体 二、离子晶体 4.常见的离子晶体 强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐 5.离子晶体的物理性质 (1)熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩；(2)固体不导电，水溶液或者熔融状态下导电。 6.离子晶体的物理性质 (1)一般地，离子所带的电荷数越多，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； (2)离子所带的电荷数的影响大于离子半径的影响。 03 金属晶体和离子晶体 二、离子晶体 7.常见离子晶体的结构 NaCl晶胞 (1)每个晶胞含Na＋、Cl－的个数： (2)每个Na＋周围与之等距且距离最近的Na＋有_____个。 (3)每个Na＋周围与之等距且距离最近的Cl−有_____个。它们所围 成的空间几何构型是 。 12 6 正八面体 (4)Na+的配位数为：_____； Cl-的配位数为：_____。 6 6 03 金属晶体和离子晶体 二、离子晶体 7.常见离子晶体的结构 (1)每个晶胞含Cs＋、Cl－的个数： CsCl型晶胞 Cs+： 1 Cl－：8× = 1 1 8 Cs＋ Cl− (2)每个Cs＋周围与之等距且距离最近的 Cl−有_____个，Cs＋有_____个。 8 6 (3)每个Cl−周围与之等距且距离最近的 Cs＋有_____个，Cl−有_____个。 8 6 Cs＋和Cl－的配位数均为 8 03 金属晶体和离子晶体 二、离子晶体 7.常见离子晶体的结构 CaF2型晶胞 (1)每个晶胞含Ca2＋、F－的个数： Ca2＋：8× + 6× = 4 1 8 1 2 F－： 8 (3)Ca2+的配位数： F-的配位数： (2)每个Ca2＋周围最近且等距离的Ca2＋有____个；F－周围最近且等距离的F－有_____个。 12 6 8 4 03 金属晶体和离子晶体 三、过渡晶体 1.过渡晶体： 介于典型晶体之间的晶体 纯粹的典型晶体是不多的！大多数晶体是典型晶体之间的晶体。 2.离子键百分数： 取决于电负性的差值，电负性差值越大，离子键的百分数越大。 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 P2O5 SO2 Cl2O7 离子键成分的百分数更小 共价键不再贯穿整个晶体 离子晶体 共价晶体 分子晶体 3.四种典型晶体类型都存在过渡晶体，晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理。 03 金属晶体和离子晶体 四、混合型晶体 1.石墨的结构： ①石墨碳原子均采取_______，形成________________结构 ②石墨碳原子与碳碳键个数比为________. 平面六元并环 金刚石碳原子均采取_______，形成____________结构 sp3杂化 三维骨架 2︰3 金刚石中碳原子与碳碳键个数比为________. 1︰2 sp2杂化 质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为_______ 两者碳碳键的个数比为_______ 1︰1 4︰3 03 金属晶体和离子晶体 四、混合型晶体 1.石墨的结构： ③石墨晶体是层状结构 ④层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；各层之间以范德华力结合，容易滑动，所以石墨质软。 石墨结构中未参与杂化的p轨道 ⑤石墨有类似金属晶体的导电性。有一个未参与杂化的2p电子,所有的p轨道相互平行而且相互重叠（即形成π键），使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动，石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 03 金属晶体和离子晶体 四、混合型晶体 3.混合晶体： 像石墨这样，既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。 2.石墨晶体的性质： 石墨结构中未参与杂化的p轨道 熔点高------共价晶体特征 质软------分子晶体特征 能导电------金属晶体特征 03 对应训练 【典例1】下列关于金属键或金属的性质说法正确的是(　　) ①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的　②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用　③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高 ④金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ C 03 对应训练 【典例2】氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列关于CaF2的表述正确的是(　　) A．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电 B．F－的半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2 C．阴、阳离子数目之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体结构相同 D．Ca2＋与F－间只存在静电吸引 A 03 对应训练 【典例3】如下图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是（ ） A. NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B. CsCl晶体中每个Cl－周围紧邻8个Cs＋ C. NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比不同 D. NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的半径比不同 C 03 对应训练 【典例4】下表给出几种氯化物的熔点和沸点： NaCl AlCl3 SiCl4 熔点/℃ 801 190 －70 沸点/℃ 1413 180 57.57 有关表中所列三种氯化物的性质，以下叙述正确的是(　　) ①氯化铝在加热时能升华 ②四氯化硅在晶态时属于分子晶体 ③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合 ④氯化铝晶体属于离子晶体 A．②③ B．③④ C．①② D．①②③④ C 03 对应训练 【典例5】石墨烯是从石墨材料中剥离出来的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．石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化 B．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子 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 D 03 配合物与超分子 PART 04 配合物与超分子 一、配合物 1.配位键 (1)定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。 (2)形成条件 ①一方能提供孤电子对 如分子有NH3、H2O、HF、CO等； 离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 ②另一方能提供空轨道 如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等过渡金属的原子或离子。 04 配合物与超分子 一、配合物 1.配位键 (3)特征 如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。 配位键是一种特殊的共价键，同样具有饱和性和方向性。 一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的 04 配合物与超分子 一、配合物 2.配位化合物 (1)定义：通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。 (2)配位化合物一定含有配位键 但含有配位键的化合物不一定是配位化合物 例如：CO、NH4+、H3O+、SO42-、P2O5 04 配合物与超分子 一、配合物 2.配位化合物 对于配合物，外界在水溶液中易电离，但内界却难电离。 [Cu(H2O)4]SO4 中心离子 配体 配位数 内界 外界 04 配合物与超分子 一、配合物 2.配位化合物 (1)中心原子(离子)：提供空轨道的金属离子或原子。一般是过渡金属，必须有空轨道。 (2)配位体：含有孤电子对的分子或离子 NH3 H2O CO Cl- SCN- CN- (4)配位数：直接同中心原子配位的原子数目，一般是2、4、6、8 (5)配离子的电荷：等于中心离子和配体总电荷的代数和， 如：[Fe(SCN)6]3- (3)配位原子：配位体中具有孤电子对的原子N O P S， 一般是ⅤA Ⅵ A ⅦA的非金属原子 04 配合物与超分子 一、配合物 3.性质与应用 (1)在生命体中的应用 (2)在医药中的应用 叶绿素：Mg2+的配合物 血红素：Fe2+的配合物 抗癌药物 酶：含锌的配合物---含锌酶有80多种 维生素B12：钴配合物 (3)配合物与生物固氮 固氮酶 (4)在生产生活中的应用 王水溶金H[AuCl4] 电解氧化铝的助熔剂 Na3[AlF6] 热水瓶胆镀银 [Ag(NH3)2]+ 04 配合物与超分子 二、超分子 1.定义 由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体称为超分子 超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 (1)分子识别 (2)自组装 ①分离C60和C70 ②冠醚识别碱金属离子(如K+)---空腔大小要匹配 2.超分子的重要特征 04 对应训练 【典例1】关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是(　　) A．配体是Cl－和H2O，配位数是9 B．中心离子是Ti4＋，配离子是[TiCl(H2O)5]2＋ C．内界和外界中的Cl－的数目比是1∶2 D．加入足量AgNO3溶液，所有Cl－均被完全沉淀 C 04 对应训练 【典例2】利用超分子的某种特性可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中可发生如图所示变化。下列说法错误的是(　　) A．C70和C60互为同素异形体 B．“杯酚”分子中存在大π键 C．“杯酚”与C60之间形成氢键 D．C70不能与“杯酚”形成超分子 C 04 第三章 晶体结构与性质 单元复习 人教版2019 高二 谢谢观看 $$