2026届高三化学一轮复习 物质结构与性质 第4讲 晶体结构与性质 课件

第六单元 第4讲 晶体结构与性质 高三一轮 1 Content 目录 01 02 03 晶体与晶胞 晶体的组成结构与性质 04 有关计算 物质的聚集状态 晶体与非晶体 2 PART 01 物质的聚集状态 晶体与非晶体 3 1.物质的聚集状态 选必2 p68 (1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有 、 以 及介乎 和________之间的塑晶态、液晶态等。 (2)等离子体和液晶 ①等离子体：由 、 和电中性粒子组成的整体上呈电中性 的物质聚集体。具有良好的导电性和流动性。 ②液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。既具有液体的流动性、黏度、 形变性等，又具有晶体的导热性、光学性质等。 晶态 非晶态 晶态 非晶态 电子 阳离子 1.物质的聚集状态 2.晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的比较   晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈 排列 原子排列_________ 性质特征 自范性 ______ _____ 熔点 _______ _________ 异同表现 ___________ ___________ 测定方法 周期性有序 相对无序 有 无 固定 不固定 各向异性 各向同性 测熔点 最可靠方法 有固定的熔点 没有固定的熔点 对固体进行X射线衍射实验 选必2 p72 选必2 p75-76 (2)得到晶体的途径 ①熔融态物质凝固； ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)； ③溶质从溶液中析出。 选必2 p70-71 PART 02 晶体与晶胞 9 (1)概念：描述晶体结构的基本单元。 (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。 ③形状：一般而言晶胞都是________________ 任何间隙 平行 取向 1.晶胞的概念及其判断 平行六面体 2.晶胞中微粒数的计算方法——均摊法 一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数，它反映了晶体中粒子排列的紧密程度。 (1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。 简单立方：配位数为____ 面心立方：配位数为______ 体心立方：配位数为_____       3.晶胞中粒子配位数的计算 6 12 8 (2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。 以NaCl晶体为例 ①找一个与其离子连接情况最清晰的离子，如体心的灰球(Cl－)。 ②数一下与该离子周围距离最近的异电性离子数，如图标数字的面心白球(Na＋)。确定Cl－的配位数为6，同样方法可确定Na＋的配位数也为6。 3.晶胞中粒子配位数的计算 大本P191 5. 立方体晶胞中微粒周围其他微粒个数的判断 课后题 × × × × √ √ C A 6 3:1:1 PART 03 常见的晶体类型 16 微粒间作用力比较 范德华力 氢键 共价键 离子键 金属键 微粒 饱和性 方向性 影响 因素 分子 分子间或分子内 原子 阴阳离子 金属阳离子和自由电子 无 有 有 无 无 无 有 有 无 无 相对分子质量和分子极性 电负性 原子半径 离子半径和离子所带电荷 金属阳离子半径和电荷数(或原子半径和价电子数） 分子晶体 组成微粒 微粒间作用力 物质类别 熔沸点高低的判断方法 需记忆的晶胞 分子 分子间作用力 (范德华力和氢键) 氢键 相对分子质量(结构相似) 分子极性(结构不同、式量相近) 同分异构体中支链多少(有机物) 分子密堆积： 分子非密堆积： 分子与共价键的关系？ 分子稳定性的决定因素？ 分子晶体熔化时破坏的是？ 1、分子晶体 p78 干冰、碘、C60、H2S 冰 干冰晶体结构 干冰(分子间只存在范德华力)： 堆积方式叫做________________, 也是__________________堆积， 每个晶胞中含CO2分子____个， 每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有______个。 分子密堆积 面心立方最密 4 12 冰晶胞(分子间存在氢键)—分子非密堆积： 每个水分子周围与____个水分子以氢键结合构成____________，晶胞模型与金刚石类似。1molH2O平均拥有_____mol氢键。 冰晶体结构 4 正四面体 2 共价晶体 组成微粒 微粒间作用力 物质类别 熔沸点高低的判断方法 需记忆的晶胞 原子 共价键 半径—键长—键能—熔沸点 金刚石(晶体硅)、二氧化硅 2、共价晶体 p82 金刚石晶体结构 ①碳原子采取 杂化，键角为__________ ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成 结构，向空间伸展形成空间网状结构 ③最小碳环由 个碳原子组成，每个碳原子被 个六元环共用 ④金刚石晶胞的每个 和 均有1个C原子，晶胞内部有 个C原子，内部的C在晶胞的体对角线的 处，每个金刚石晶胞中含有 个C原子 sp3 109°28′ 正四面体 6 12 顶点 面心 4 8 二氧化硅晶体结构 ①Si原子采取____杂化，正四面体内O—Si—O键角为________ ②每个Si原子与 个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被 个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为_______ ③最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子 ④1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为______ ⑤SiO2晶胞中有 个Si原子位于立方晶胞的顶点，有 个Si原子位于立方晶胞的面心，还有 个Si原子与 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 个Si原子和 个O原子 4 2 12 6 6 4NA 8 6 4 16 8 16 1∶2 sp3 109°28′ 金属晶体 组成微粒 微粒间作用力 物质类别 熔沸点高低的判断方法 需记忆的晶胞 金属阳离子与自由电子 金属键 金属单质与合金 主族金属：金属离子半径与所带电荷数 过渡元素：金属原子半径与价电子数 3、金属晶体 p86 用“电子气理论” 解释金属的延展性、导电性、导热性。 Na晶胞 Zn晶胞 Cu晶胞 非密置层     配位数=4 配位数=6 金属原子在二维平面上有二种排列方式 密置层 配位数：在晶体中一个原子或离子周围最邻近的原子或离子 (一般指相切) 数目。 金属晶体的原子在三维空间堆积方式 （1）非密置层的堆积方式： ①简单立方堆积(Po型) 讨论1：该堆积方式中金属原子的配位数是多少？ 讨论2：该堆积方式中金属原子占有晶胞体积的百分数是多少？ 晶胞的形状是什么？含几个原子？ 配位数： 空间占有率： 每个晶胞含原子数： 6 1 52% ②体心立方堆积（K型堆积） 1 2 3 4 5 6 7 8 空间利用率的计算： a b a 配位数 空间利用率 8 68％ 1 2 3 4 5 6 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位( 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 ) 1 2 3 4 5 6 A B ， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式 （2）密置层的堆积方式： 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 ①六方最密堆积（Mg型） A B A B A 1 2 3 4 5 6 每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积，即镁型堆积。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 配位数 。 ( 同层 ，上下层各 。 ) 12 6 3 1200 平行六面体 回顾镁型的晶胞 配位数 12 空间利用率 74％ 空间利用率的计算 ②面心立方最密堆积(Cu型) 1 2 3 4 5 6 A B C A A B C 每三层形成一个周期，即ABCABC堆积方式，形成面心立方紧密堆积，即铜型堆积。 配位数 ______ 。 ( 同层 ___ ， 上下层各 ___ ) 12 6 3 B C A 配位数 12 空间利用率 74％ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 边长 = 2 r 面对角线 = 4r 2 空间利用率的计算 这是等径圆球密堆积所能达到的最高利用率，所以A1堆积是最密堆积. 离子晶体 组成微粒 微粒间作用力 物质类别 熔沸点高低的判断方法 需记忆的晶胞 阴阳离子 离子键 盐、强碱、活泼金属氧化物(过氧化物) 离子键：离子半径和离子所带电荷 NaCl、CsCl、CaF2 4、离子晶体 离子晶体——NaCl型 在NaCl晶胞中，Na+和Cl—各自均为________________堆积。若晶胞边长为a，与每个Na＋等距紧邻的Cl—有______个且距离为_________,与每个Na+等距紧邻的Na+有______个，距离为__________。阴阳离子的配位数均为_____。每个晶胞含___个Na＋和____个Cl－。Na+与周围______个等距紧邻的Cl—围成的空间构型为_________,该晶胞中Cl—构成_______个这样的空隙。 面心立方最密 6 a/2 12 √2a/2 6 4 4 6 正八面体 4 42 离子晶体——CsCl型 在CsCl晶胞中，Cs＋和Cl－各自均为__________堆积。设晶胞的边长为a，与每个Cs＋等距紧邻的Cl－有____个，它们之间的距离为_________；与每个Cs＋等距紧邻的Cs＋为____个，它们之间的距离为_____。Cs＋与周围8个等距紧邻的Cl－围成的空间构型为_______。阴阳离子的配位数均为_______ 。 简单立方 8 6 a 立方体 8 √3 a/2 43 离子晶体——CaF2型 在CaF2型晶胞中：Ca2+为_________________堆积， F-为___________堆积。设晶胞的边长为a， 与每个Ca2+等距离紧邻的F-有_______个，与每个 F-等距离紧邻的Ca2+有______个，它们之间的距离 为________，与每个Ca2+等距离紧邻的Ca2+有______个， 它们之间的距离为_________；与每个F-等距离紧邻的F-有_____个，它们之间的距离为_________。Ca2+与周围8个等距离紧邻的F-围成的空间构型为__________，F-与周围4个等距离紧邻的Ca2+围成的空间构型为___________，Ca2+配位数为_____，F-的配位数为____。 面心立方最密 简单立方 8 4 √3 a/4 12 √2 a/2 6 a/2 正方体 正四面体 8 4 配位数之比=电荷比=微粒数反比 Ca2+ F− 44 离子晶体——ZnS型 面心立方最密 4 √3 a/4 12 √2 a/2 正四面体 4 在立方ZnS晶胞中：Zn2+和S2-各自均为_______________堆积。设晶胞的边长为a，与每个Zn2+等距紧邻的S2-有______个，它们之间的距离为___________；与每个Zn2+等距紧邻的Zn2+有_______个，它们之间的距离为____________。Zn2+与周围等距紧邻的4个S2-围成的空间构型为____________。阴阳离子的配位数均为_______个。 45 阅读 选必2p88-89 练习、如图表示一个晶胞，该晶胞为正方体结构，原子(或 分子、离子）位于正方体的顶点和面心。试回答下列问题。 若这是一个分子晶体的晶胞，其代表物质_______；若这是一个金属晶体的晶胞，其代表物质____；若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置___________________________________；若这是一个不完整的氯化钠晶胞，且顶点和面心的实心球表示Na+ ,则晶胞中Cl-的位置______________________；若这是一个不完整的氟化钙晶胞，且顶点和面心的实心球表示_______ ,则晶胞中另一个离子的位置_______________________；若这是一个不完整的硫化锌晶胞，且顶点和面心的实心球表示Zn2+ ,则晶胞中S2-的位置________________________________。 干冰 铜 4个，互不相邻的小立方体的中心 体心和12条棱的中心 Ca2+ 内部8个小立方体的中心 内部互不相邻的小立方体的中心 ①过渡晶体：纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理，把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。 5、过渡晶体与混合型晶体 选必2 p89 石墨晶体是层状结构，晶体中有__________、__________、____________作用力，C原子杂化方式______，每层有遍及整个平面的大π键，层内每个C与3个C结合构成正六边形，每个正六边形平均含有___个C原子，C:C-C=_______。 共价键 类似金属键的 范德华力 sp2 2 2:3 注意：石墨的熔点比金刚石高的原因是__________ _____________________________________________ _____________________________________________ 石墨中碳原子为sp2杂化，碳碳键的键长更短，键能更大，破坏它所需要的能量高。 ②混合型晶体——石墨 5、过渡晶体与混合型晶体 B 课后题 A B A 课后题 D 1、晶体类别的判断方法 5点 注意：①出现“分子式”的必为分子晶体 ②溶于有机溶剂的为分子晶体 ③易熔融状态能导电的化合物必为离子晶体 ④固态不导电熔融状态导电的物质必为离子晶体 （1）根据构成微粒和作用力判断 （2）根据物质类别判断 （3）根据晶体熔沸点判断 （4）根据导电性判断 （5）根据硬度和机械性能判断 总结： 54 类型 比较　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成微粒 ______ _______ 金属阳离子、自由电子 ___________ 微粒间的相互作用力 __________(某些含氢键) ________ ________ ________ 硬度 较小 ______ 有的很大，有的很小 ______ 分子 原子 阴、阳离子 范德华力 共价键 金属键 离子键 很大 较大 熔、沸点 较低 _______ 有的很高，有的很低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 一般不溶于水，少数与水反应 大多易溶于水等极性溶剂 导电、导热性 一般不导电，溶于水后有的导电 一般不具有导电性，个别为半导体 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 很高 一般：原子晶体>离子晶体>分子晶体 明确每种晶体熔沸点高低的判断方法。 看状态：固态>液态>气态 2、晶体熔沸点的比较 PART 04 有关计算 57 1、求化学式 2、密度和晶胞参数的相互求算 3、求原子间距 ①均摊法②配位数法 ρ= = MN VNA MN a3NA ①NA不要丢 ②单位换算不要错 ③密度和晶胞参数互相求算 ④弄清微粒的位置关系 再找晶胞参数，最后求出距离。 找准位置关系：棱相切、体对角线相切、面对角线相切 计算类型 58 4、求原子分数坐标 Ⅰ、根据晶胞中微粒的位置求坐标 ③通过平移法找到坐标 x y z （1）定义 以晶胞中的某一个顶点原子为坐标原点，以晶胞参数为单位建立的坐标系表示晶胞中各原子的位置。 （2）特点 为了表达晶胞中原子分布，原子坐标取值范围1≥ x、y、z ≥0， 若值取1，就相当于平移到另一个晶胞。 （3）考题类型 ①找到坐标原点 ②看清坐标系中x、y、z轴的方向 例：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，图中原子1的坐标为　　　　 ，则原子2和3的坐标分别为__________、__________。 59 例3．（2021·山东卷节选）（4）XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°。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，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为（½，½，½）。已知Xe—F键长为rpm，则B点原子的分数坐标为_________________。 0，0，r/c “遇1化0”原则 ①根据顶点的分数坐标，按照该原则，转化后有什么规律？ (0,0,0) (1,0,0) (0,1,0) (1,1,0) (0,0,1) (1,0,1) (0,1,1) (1,1,1) （0,0,0） 3个0 ②根据棱心的分数坐标，按照该原则，转化后有什么规律？ (1/2,0,0)(1/2,1,0)(0,1/2,0)(1,1/2,0)(0,0,1/2)(1,0,1/2)(0,1,1/2)(1,1,1/2)..... （1/2,0,0）（0,1/2,0）（0,0,1/2） 2个0 Ⅱ、根据坐标判断晶胞中微粒的位置 ③根据面心的分数坐标，按照该原则，转化后坐标有什么特点？ （1/2,1/2,0)(1/2,1/2,1)(1/2,0,1/2)(1/2,1,1/2)(0,1/2,1/2)(1,1/2,1/2） （1/2,1/2,0）（1/2,0,1/2）（0,1/2,1/2） 1个0 ④根据体心的分数坐标，按照该原则，转化后坐标有什么特点？ (1/2,1/2,1/2) 没有0 x y z 总结：晶胞中不同位置原子分数坐标规律 运用“遇1化0”方法后 顶点坐标：3个0； 棱上坐标：2个0； 面上坐标：1个0； 体内坐标没有0。 注意：该方法只用于由坐标分数逆推定位晶胞中原子的位置，而根据位置正推写原子坐标时“1仍是1”且分数坐标与所选的原点有关。 62 练习：氮、铜形成的一种化合物，为立方晶系晶体，晶胞参数为apm，沿面对角线投影如图所示。 已知该晶胞中原子的分数坐标为： Cu：(0,0,1/2)；(0,1/2,0)；(1/2,0,0)；…… N：(0,0,0), …… 则该晶胞中，与Cu原子等距且最近的Cu原子有_________个,该化合物的化学式为 ______________ Cu的分数坐标2个0 Cu在晶胞中的位置是棱心 8 Cu3N 63 堆积模型 半径与棱长的关系 空间利用率求算公式 简单立方 体心立方堆积 面心立方最密堆积 a=2r a=4r √3 a=4r √2 5、空间利用率的求算 64 (1)体心立方堆积晶胞（以CsCl为例） 白球Cs+填入黑球Cl—所形成的_________空隙中。CsCl晶胞中含有____个这样的空隙，Cs+的填隙率为_______。体心立方堆积的原子可以形成___个“八面体”空隙， 还可以形成______个“四面体”空隙。 立方体 1 100% 6 12 形成八面体空隙 形成四面体空隙 6、有关空隙的判断 65 (2)面心立方堆积晶胞 ①以NaCl为例 黑球Cl—能形成__个“正四面体”空隙，正四面体空隙无任何离子填充，还能形成___个“正八面体”空隙，白球Na+填入该空隙，填隙率为________。 8 4 100% 形成正八面体空隙 66 ②以ZnS为例 Zn2+填入S2—所形成的“正四面体”空隙，该晶胞中有_______个正四面体空隙，Zn2+的填隙率为_________。 8 50% 67 总结：面心立方堆积晶胞中空隙填充情况 填充全部正四面体空隙 填充半数正四面体空隙 内套立方体顶点 填充全部八面体空隙 CaF2型 ZnS型或金刚石型 NaCl型 68 堆积方式 球数：八面体空隙数：四面体空隙数 体心立方堆积 面心立方密堆积 2:6:12=1:3:6 4:4:8=1:1:2 晶胞中空隙小结： （1）体心立方堆积模型的投影分析 7、晶胞投影图 （2）面心立方堆积模型的投影分析 （3）以金刚石晶胞为例的投影图分析 晶胞在x轴方向的投影图为_____(填标号)。 B (2024·江西赣抚吉联考)硅化镁是一种窄带隙n型半导体材料，在光电子器件、能源器件、激光、半导体制造等领域具有重要应用前景。硅化镁的晶胞参数a＝0.639 1 nm，属于面心立方晶胞，结构如图所示。     ①Si原子的配位数为________。②晶胞在对角面方向的投影图为________(填字母)。 ③阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度ρ＝_____________g·cm－3(列出计算式)。 8 D END 75 (，，0) (，，) (，，) 大本p318　[2021·河北，17(7)②]分别用　、 表示H2PO和K＋，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H2PO、K＋在晶胞xz面、yz面上的位置： $$