3.2 几种简单的晶体结构模型-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高二化学选择性必修第二册（鲁教版2019）

必备知识 清单破 知识点 1 金属晶体 第2节 几种简单的晶体结构模型 1.定义:金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 2.常见金属晶体的结构 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 常见金属 结构示意图 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt   Li、Na、K、 Ba、W、Fe   Mg、Zn、Ti   第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.金属的物理通性及原因 (1)通性:金属具有良好的延性、展性和可塑性。 (2)原因:金属键在整个晶体的范围内起作用。在锻压或锤打时,密堆积层的金属原子之间比 较容易产生滑动,这种滑动不会破坏密堆积的排列方式,而且在滑动过程中“自由电子”能 够维系整个金属键的存在,因此金属晶体虽然发生形变但不致断裂。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 知识拓展　金属晶体熔点的判断 　　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,而铁等金属熔点很高。 金属晶体的熔点高低和金属键的强弱有关。金属离子所带电荷越多,半径越小,金属离子与 自由电子间的作用力就越强,晶体的熔点就越高,反之越低。 例如:元素周期表中碱金属元素从上到下,原子的价电子数相同,原子半径逐渐增大,其单质的 熔点逐渐降低。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.定义:阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。 2.常见的离子晶体结构及晶体的性质【具体内容见定点1】 3.晶格能 (1)概念:将1 mol 离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。 (2)意义:晶格能越大,表示离子间作用力越强,离子晶体越稳定。 (3)影响因素(阴、阳离子均由一个原子构成)   知识点 2 离子晶体 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.定义:相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。 2.结构特点:空间立体网状结构。 3.常见共价晶体的结构与性质【具体内容见定点2】 知识点 3 共价晶体 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.定义:分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。 2.分子晶体中粒子的相互作用   知识点 4 分子晶体 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 分子间 作用力 堆积方式 范德 华力 每个分子周围最多可以有12个紧邻的分子, 这一特征称为分子密堆积,如C60、干冰、I 2、O2 范德华 力、氢键 如冰晶体中,由于氢键的存在,每个水分子周 围只有4个紧邻的水分子 3.粒子堆积方式 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 4.几种常见的分子晶体 (1)碘晶体 碘晶体的晶胞是一个长方体,除了长方体的每个顶点处有一个碘分子外,每个面上还有一个 碘分子。   (2)干冰 干冰晶胞呈立方体形,每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念   (3)冰晶体 ①冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的。 ②由于氢键具有一定的方向性,每个水分子都与周围四个水分子结合,四个水分子也按照同 样的规律再与其他水分子结合。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 ③每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子,氧原子与其中的两个氢原子通过共价键 结合,而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 ④冰的这种排列类似于蜂巢结构,因此液态水变成固态水时,密度变小。 (4)苯甲酸 苯甲酸分子排列形成层状结构,同一平面内分子之间通过氢键相互作用连接,平面之间的分 子依靠范德华力维系。   第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 物质类型 举例(固体) 所有非金属氢化物 如H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 如卤素单质(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等 部分非金属氧化物 如CO2、P4O10、SO2等 几乎所有的酸 如HNO3、H2SO4、H3PO4等 绝大多数有机物 如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 5.属于分子晶体的物质类型 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 6.分子晶体的物理性质 (1)分子晶体熔化时,只需克服分子间作用力。 (2)分子晶体一般具有较低的熔点和沸点,较小的硬度。 (3)分子晶体在固态和熔融状态时一般都不导电,但某些分子晶体溶于水能导电,如HCl。 (4)不同的分子晶体的溶解度差别很大,并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有很大 的差别,如碘易溶于CCl4等有机溶剂,但难溶于水。分子晶体的溶解性一般符合“相似相 溶”。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 　 1.石墨晶体 知识点 5 晶体结构的复杂性 晶体模型   石墨晶体的层状结构   石墨晶体中的二维平面结构 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 结构特点 (1)石墨晶体具有层状结构,同一层中每个碳原子用sp2杂化 轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边 形平面网状结构,共价键的键长为142 pm、键角为120°; (2)每个C原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨 道,并含有1个未成对电子,能够形成遍及整个平面的大π键; (3)网状的平面结构之间以范德华力结合形成层状结构; (4)石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形,其顶点碳原子被 三个六边形共有,每个六边形占有的碳原子数为6× =2 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 晶体类型 石墨晶体中既存在共价键又存在范德华力, 同时还存在类似金属键的作用力,石墨晶体 属于混合型晶体 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 2.Na2SiO3晶体 (1)在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单Si ,Si通过共价键与4个O原子相连,形成硅氧四面 体。 (2)硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{Si }∞单元(如图所示),带负 电的链状硅酸盐{Si }∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。   第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.晶体的复杂性 (1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如,BaTiO3 含有一种阴离子和多种阳离子,Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子。 (2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型,但是,原子之间形成的化学 键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡,即使组成简单的 晶体,也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态,形成过渡 晶体。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.金属在发生变形时,金属键也断裂,这种说法正确吗? 2.金属晶体导电和电解质溶液导电的实质是一样的,这种说法正确吗? 3.“SiO2”是二氧化硅的分子式,这种说法正确吗? 4.稀有气体由单原子构成,它的晶体属于共价晶体,这种说法正确吗? 5.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,这种说法正确吗? 6.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体,这种说法正确吗? 7.金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环共用,每个C—C键被6个六元环共用,这种说法正 确吗? 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.不正确。金属在发生变形时,金属阳离子和自由电子之间相互作用仍存在,金属键没有断 裂。 2.不正确。金属晶体导电是自由电子的定向移动,电解质溶液的导电是阴、阳离子的定向移 动。 3.不正确。SiO2晶体是共价晶体,不存在单个的分子,SiO2表示二氧化硅晶体中硅原子和氧原 子的个数比为1∶2。 4.不正确。稀有气体的晶体是由单原子分子构成的分子晶体。 5.不正确。分子晶体中,分子间作用力(有氢键还要考虑氢键的作用力)越大,熔、沸点越高。 6.不正确。部分分子晶体溶于水也可电离出自由移动的离子,如HCl。 7.正确。每个C原子形成4个C—C键,其中任意两个C—C键参加了2个六元环的形成,故每个C 原子被6×2=12个六元环共用,每个C—C键被3×2=6个六元环共用。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 　  1.常见离子晶体的结构 (1)NaCl晶胞   ①Na+、Cl-的配位数(某离子周围距离该离子最近的带异性电荷的离子的个数)均为6。 ②每个Na+(Cl-)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl-(Na+)构成正八面体。 ③每个Na+(Cl-)周围紧邻的Na+(Cl-)有12个。 关键能力 定点破 定点 1 离子晶体的结构与性质 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 ④Li、Na、K、Rb的卤化物以及AgF、MgO等的晶胞构型相同。 (2)CsCl晶胞   ①Cs+、Cl-的配位数均为8。 ②每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cl-(Cs+)构成正六面体。 ③每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cs+(Cl-)有6个。 ④CsBr、CsI、NH4Cl等与CsCl的晶胞构型相同。 (3)CaF2晶胞 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念   ①Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4。 ②每个F-周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体,每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成立方体。 ③Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 。 ④BaF2、PbF2、CeO2等与CaF2的晶胞构型相同。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 知识拓展　ZnS晶胞结构 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (1)Zn2+、S2-的配位数均为4。 (2)每个Zn2+(S2-)周围紧邻的S2-(Zn2+)构成正四面体。 (3)每个晶胞中有4个S2-、4个Zn2+。 (4)Zn2+与S2-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 。 (5)BeO、BeS等与ZnS的晶胞构型相同。 2.离子晶体熔、沸点 (1)晶体熔化时破坏离子键。 (2)阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高,如 熔、沸点:NaCl>CsCl等。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.几种典型的共价晶体 (1)金刚石   ①金刚石晶体结构可以看作碳原子之间以sp3杂化轨道形成共价键结合在一起的空间网状结构。 ②金刚石晶体中最小碳环由6个碳原子组成,且不在同一平面内,形成立体的六元环状结构。 ③金刚石晶体的熔点很高、硬度很大,性质十分稳定。 定点 2 共价晶体的结构与性质 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (2)晶体硅 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子,便可得到晶体硅的结构;晶体硅中的硅原子也 采取sp3杂化,与其他硅原子以共价键结合。 (3)二氧化硅(SiO2)        若向晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子,便可得到以硅氧四面体为骨架的 二氧化硅晶体的结构。每个Si原子与4个O原子形成4个共价键,每个O原子与2个Si原子形成2个共价键。在二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶2,晶体中不存在单个的SiO2分子。二氧化硅晶体中最小的环是由12个原子(6个O原子、6个Si原子)构成的。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 2.常见共价晶体的晶胞及其中化学键数目 金刚石 碳化硅 晶胞     晶胞中微粒数目 8个C C:4个 Si:4个 1 mol物质中化学键的 物质的量 2 mol C—C 4 mol C—Si 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 3.性质 晶体 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度 金刚石 (C—C)347 大于3 500 10 碳化硅 (C—Si)301 2 830 9 晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (1)比较 键能:C—C>C—Si>Si—Si;熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅;硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅。 (2)规律 共价晶体都具有较高的熔点和较大的硬度。对于结构相似的共价晶体来说,原子半径越小, 键长越短,键能越大,晶体的熔点就越高、硬度就越大。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 典例 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,如图为其晶胞结构,其中的每个原子均满足8电子稳定 结构。下列有关说法正确的是 (　    ) A.磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键 B.磷化硼晶体的化学式为BP,属于离子晶体 C.磷化硼晶体的熔点很低 D.磷化硼晶体结构中微粒的空间堆积方式与氯化钠晶体相同 A 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    根据题意可判断磷化硼属于共价晶体,从而得出磷化硼晶体的熔点很高,且只含 共价键。 解析    根据磷化硼晶胞结构可知,晶体中每个原子均形成4个共价键,A正确;蓝球位于立方晶 胞内,有4个,绿球位于晶胞顶点和面心,1个晶胞中绿球个数为8× +6× =4,所以磷化硼晶体 的化学式为BP,由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料知其属于共价晶体,熔点很高,B、C错误; 磷化硼晶胞与氯化钠晶胞不同,D错误。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 1.依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 (1)离子晶体的构成粒子是阴、阳离子,粒子间的作用力是离子键。 (2)共价晶体的构成粒子是原子,粒子间的作用力是共价键。 (3)分子晶体的构成粒子是分子,粒子间的作用力为分子间作用力。 (4)金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子,粒子间的作用力是金属键。 2.依据物质的类别判断 (1)活泼金属氧化物(K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。 (2)部分非金属单质、非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物 是分子晶体。 (3)常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。 定点 3 晶体类型的判断方法 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (4)常温下金属单质(除汞外)是金属晶体。 3.依据物质的导电性判断 (1)离子晶体:固态不导电,在熔融状态下或水溶液中能导电。 (2)金属晶体:固态或熔融态均导电。 (3)共价晶体:一般不导电。 (4)分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是含氧酸和强极性非金属氢化物)溶于 水,分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。 4.依据晶体的熔点判断 (1)离子晶体的熔点较高,通常为数百至一千摄氏度。 (2)共价晶体的熔点很高,常在一千至几千摄氏度。 (3)分子晶体的熔点低,常在数百摄氏度以下。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 (4)金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点很低。 5.依据硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;离子晶体硬度较大且较脆;金属晶体多数硬度大,但 也有较小的,且具有延展性。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 典例 多晶硅是单质硅的一种形态,是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原 料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。下列说法错误的是 (　    )   A.Y、Z的化学键类型相同,晶体类型也相同 B.制取粗硅过程中石英晶体中的硅氧键断裂 C.石英晶体的熔点、硬度均大于晶体硅 D.SiHCl3和SiCl4形成的晶体均为共价晶体 D 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    先判断物质的晶体类型,然后根据晶体类型分析对应的性质。 解析    电解饱和食盐水得到氢气、氯气和氢氧化钠,而Y具有还原性,故Y、Z分别为H2、Cl2, 二者都只含非极性共价键,通过分子间作用力形成分子晶体,A正确;制取粗硅的过程中焦炭 与石英发生反应,石英晶体中的硅氧键断裂,B正确;原子半径O<Si,硅氧键的键能大于硅硅键 的键能,石英晶体的熔点、硬度均大于晶体硅,C正确;SiHCl3和SiCl4均属于分子晶体,D错误。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 第1讲　描述运动的基本概念 $$