第3章 晶体结构与性质（复习课件） 化学沪科版选择性必修2

第3章 晶体结构与性质 沪科版选择性必修2 考点串讲 单元复习课件 晶体类型与熔、沸点的比较 2 晶体密度及晶胞参数的有关计算 1 知识导航 晶体结构的比较与分析 3 明·复习目标 1. 能结合实验现象说出晶体与非晶体的区别。能从晶体的微观结构说明同类晶体的共性和不同类晶体性质差异的原因，描述晶体结构中微粒排列的周期性规律。 2.能联系物质的组成和结构解释各类晶体结构中微粒间作用（金属键、离子键、共价键和分子间作用力等）的特征和实质，并运用各类晶体模型预测晶体的物理性质，形成“结构决定性质”的观念。 3.能举例说明人类对晶体结构的认识是不断发展的，并简单说明促进这些发展的原因。知道晶体 X 射线衍射分析在测定物质结构和分子空间结构中的作用，感受物质结构的研究及其理论发展对化学学科发展的贡献。 晶体结构与性质 晶体密度及晶胞参数的有关计算 晶体类型与熔、沸点的比较 晶体的化学式与密度的计算 原子分数坐标的计算 四种类型晶体的比较 晶体的熔、沸点的比较 理·核心要点 晶体结构的比较与分析 化学键的比较 几种典型晶体结构的分析 01 晶体密度及晶胞参数的有关计算 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 求化学式：根据“切割法”计算出一个晶胞中所含微粒的数目,求出晶胞所含微粒个数的最简整数比,从而写出晶体的化学式。 以铜的晶胞为例,表面上看有14个微粒,但考虑到此晶胞的上、下、前、后、左、右还并置着其他晶胞,所以处于顶点和面心上的微粒并不为一个晶胞所独占。通常可以用“切割法”来计算一个晶胞中实际包含的微粒数。对铜的晶胞而言,每个顶点上的微粒应为8个晶胞共有,每个面心上的微粒应为2个晶胞共有,这样算来,此晶胞中实际包含的微粒数为 铜晶胞中的原子及其切割示意图 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 晶胞或晶体结构中粒子数目的计算——均摊法 如某个粒子为n个晶胞(或晶体结构)所共用，则该粒子有属于这个晶胞(或晶体结构)。长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算： 晶胞一般采用平行六面体,整块晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。所谓“无隙”,是指相邻晶胞之间没有任何间隙;所谓“并置”,是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 计算密度：晶体的密度可按如下思维模型进行计算: 其中M为晶体的摩尔质量,NA为阿伏加德罗常数,V为晶胞的体积,其单位为cm3,可由晶胞参数计算得出,ρ为晶体的密度,其单位为g·cm-3。 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 a = b = c， α = β = γ = 90° a=b≠c， α = β = γ = 90° a=b≠c， 底面夹角为120° 晶胞参数 V=a3 V=a2c 晶胞体积 几种常见晶胞的体积 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 计算晶胞参数或微粒间距离 晶胞参数: 晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ,即晶格特征参数,简称晶胞参数。 ①立方晶胞的棱长a与面对角线、体对角线的关系: 考点1 晶体的化学式与密度的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 晶胞结构示例 晶体中配位数为4、6、8时,配位原子在空间的相对位置关系如下图所示(●为阴离子, 为阳离子)。 考点2 原子分数坐标的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 1.概念: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分数坐标，表示晶胞内部各原子的相对位置。 2.原子分数坐标的确定方法 (1)依据已知原子的坐标确定坐标系取向 (2)一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位 (3)从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 考点2 原子分数坐标的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 1)简单立方体模型 ①（0，0，0) 例：请写出如右图所示晶胞的顶点坐标： ②（1，0，0)=（0，0，0) ③（0，1，0 )=（0，0，0) ④（1，1，0)=（0，0，0) ⑤（0，0，1)=（0，0，0) ⑥（1，0，1)=（0，0，0) ⑦（0，1，1 )=（0，0，0) ⑧（1，1，1)=（0，0，0) 顶点坐标规律：（0，0，0) 晶胞中顶点个数: 几种典型晶胞结构模型的原子坐标 考点2 原子分数坐标的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 1)简单立方体模型 ①（ ，0，0) 例：请写出如右图所示晶胞的棱心坐标： ②（ ，1，0)=（ ，0，0) ③（0， ，0) ④（1， ，0))=（0， ，0) ⑤（0，0， ) ⑥（1，0， )=（0，0， ) ⑦（0，1， )=（0，0， ) ⑧（1，1， )=（0，0， ) ⑨（ ， 0，1 )=（ ，0，0 ) ⑩（ ，1，1 )=（ ，0，0 ) ………………. 几种典型晶胞结构模型的原子坐标 棱心坐标（ ，0, 0） （ 0 ， , 0） （0 ，0, ） 晶胞中顶点个数: 考点2 原子分数坐标的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 1)简单立方体模型 ①（ ， ，0) 例：请写出如右图所示晶胞的面心坐标： ②（ ， ，1)=（ ， ，0) ③（ ，0， ) ④（ ，1， )=（ ， 0 ， ) ⑤（0， ， ) ⑥（1， ， )=（0， ， ) 晶胞中顶点个数: 几种典型晶胞结构模型的原子坐标 面心坐标（ ， , 0） （ ，0 ， ） （0 ， , ） 考点2 原子分数坐标的计算 晶体密度及晶胞参数的有关计算 汇·考点梳理 1)简单立方体模型 ①（ ， ， ) 例：请写出如右图所示晶胞的体心坐标： 体心坐标规律： 晶胞中顶点个数: 1 几种典型晶胞结构模型的原子坐标 【典例1】某磷青铜晶胞结构如图所示，下列说法不正确的是 A．磷青铜化学式为 B．晶体中距离Cu原子最近的P原子有6个 C．晶体中距离Sn原子最近的Cu原子有12个 D．晶体中距离Sn原子最近的P原子可构成正方体 B 析·典型范例 【典例2】镍的某种氧化物是一种半导体，具有如图所示的NaCl型结构，下列说法不正确的是 A．Ni属于过渡金属元素 B．与Ni2+距离最近且相等的O2-有6个 C．Ni的基态原子价层电子共有10种空间运动状态 D．若该晶胞中氧原子有25%被氮原子替代，则该晶体的化学式为Ni4O3N C 析·典型范例 【典例3】氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示，其中相邻两个最近的N原子的距离为。设为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．氮化钼的化学式为Mo7N2 B．每个Mo原子周围与其距离最近的N原子有12个 C．晶体的密度 D．若N换为P，则晶胞棱长将改变 D 析·典型范例 【演练1】列有关铁及其化合物的说法正确的是 A．Fe元素位于周期表的第VIB族 B．绿矾中Fe2+核外有6个未成对电子 C．赤血盐是含有配位键的离子化合物 D．若黄血盐受热分解产物之一的晶胞结构如图所示，则其化学式为Fe4C3 C 练·技能实战 【演练2】晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是    A．图1晶体密度为 g∙cm-3 B．图1中O原子的配位数为6 C．图2表示的化学式为 D．Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导 练·技能实战 02 晶体类型与熔、沸点的比较 汇·考点梳理 考点1 四种类型晶体的比较 晶体类型与熔、沸点的比较 比较项目 比较项目 构成粒子 粒子间作用力 作用力大小 作用力大小的判断 熔点(一般) 硬度(一般) 晶体类型 离子晶体 阴、阳离子 离子键 较强 离子电荷数、离子半径 较高 略硬而脆 晶体类型 共价晶体 原子 共价键 很强 键能、键长(与原子半径相关) 高 大 晶体类型 分子晶体 分子 分子间作用力 弱 组成和结构相似时比较相对分子质量 低 较小 晶体类型 金属晶体 金属阳离子和自由电子 金属键 有的较强，有的较弱 离子半径、离子所带电荷数 差别较大 差别较大 汇·考点梳理 晶体类型与熔、沸点的比较 项目 项目 导热和 导电性 溶解性 (水) 构成微粒堆积 方式 晶体类型 离子晶体 不良导体(熔化后或溶于水导电) 多数易溶 紧密堆积 晶体类型 共价晶体 一般是不良导体(晶体硅是半导体) 一般不溶 不遵循紧密堆积原理 晶体类型 分子晶体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) “相似相溶” 一般是紧密堆积(分子形状、分子极性以及分子之间是否存在氢键等都会影响分子堆积方式) 晶体类型 金属晶体 良导体 一般不溶于水,少数与水反应 紧密堆积 考点1 四种类型晶体的比较 汇·考点梳理 晶体类型与熔、沸点的比较 考点1 四种类型晶体的比较 (1)看构成微粒或微粒间作用力类型 四类晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下: 晶体类型 构成微粒 微粒间作用力 离子晶体 阴、阳离子 离子键 共价晶体 原子 共价键 分子晶体 分子 分子间作用力 金属晶体 金属阳离子、自由电子 金属键 (2)看物质类别 ①单质:a.金属单质属于金属晶体(晶体锗除外);b.大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)属于分子晶体。 ②化合物:a.离子化合物一定为离子晶体;b.共价化合物绝大多数为分子晶体,但SiO2、SiC等为共价晶体。 规律方法　“三看”法——确定晶体类型 汇·考点梳理 晶体类型与熔、沸点的比较 考点1 四种类型晶体的比较 (3)看物理性质 四类晶体的物理性质对比如下: 晶体类型 熔点 硬度 导电性 金属晶体 一般较高、 但差异大 一般较大, 但差异大 导电 离子晶体 较高 较大 固态不导电,熔融态或溶于水时能导电 分子晶体 较低 较小 固态不导电,某些溶于水后能导电 共价晶体 高 大 一般不导电,个别为半导体 汇·考点梳理 考点2 晶体的熔、沸点的比较 晶体类型与熔、沸点的比较 1. 首先看物质的状态，一般情况下是固体 > 液体 > 气体； 2. 再看物质所属类型，一般是共价晶体 > 离子晶体 > 分子晶体； (注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)； 共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度； 离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度； 分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下或很低温度； 金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。 汇·考点梳理 考点2 晶体的熔、沸点的比较 晶体类型与熔、沸点的比较 3. 结构类型相同时再根据相应规律进行判断，同类晶体熔、沸点比较思路： (1)共价晶体 比较共价晶体熔、沸点高低的关键是比较共价键的强弱。对于结构相似的共价晶体来说,成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越牢固,晶体的熔、沸点越高。如熔、沸点:金刚石>碳化硅>晶体硅。 (2)离子晶体 离子晶体熔、沸点的高低取决于晶格能大小。一般来说,离子所带电荷数越多,阴、阳离子核间距越小,晶格能越大,则离子键越牢固,晶体的熔、沸点一般越高。如熔、沸点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl。 汇·考点梳理 考点2 晶体的熔、沸点的比较 晶体类型与熔、沸点的比较 (3)分子晶体 ①组成和结构相似的分子晶体(不存在分子间氢键),相对分子质量越大,其熔、沸点越高。如熔、沸点:HI>HBr>HCl。 ②组成和结构不相似的分子晶体(不存在分子间氢键、相对分子质量相近),分子的极性越大,其熔、沸点越高。如熔、沸点:CO>N2。 ③在同分异构体中,一般支链越多,熔、沸点越低。如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。 ④具有氢键的分子晶体,与同族同类化合物相比,其熔、沸点反常高。如熔、沸点:NH3>AsH3>PH3。 汇·考点梳理 考点2 晶体的熔、沸点的比较 晶体类型与熔、沸点的比较 (4)金属晶体 金属晶体熔、沸点的高低取决于金属键的强弱。一般金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属阳离子与自由电子之间的静电作用越强,金属键越强,熔、沸点越高。如熔、沸点:Na<Mg<Al。 【典例1】 析·典型范例 判断下列物质的晶体类型： (1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电：__________。 (2)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电：__________。 (3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：___________。 (4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：__________。 共价晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 (5)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解：__________。 (6)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：__________。 (7)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：__________。 (8)锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电：__________。 分子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 【典例2】下面排序不正确的是( ) A. 晶体的熔点由高到低排列SiO2 > CaCl2 > CCl4 > CF4 B. 硬度由大到小：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅 C. 熔点由高到低：Na > Mg > Al D. 熔点由高到低：NaF > NaCl > NaBr > NaI C 析·典型范例 【演练1】为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，进行下列实验。其中合理、可靠的是(　 　) A.观察常温下的状态，SbCl5是苍黄色液体，SnCl4为无色液体。结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物 B.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物 C.将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 D.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 B 练·技能实战 【演练2】下列各组物质的沸点,按由低到高的顺序排列的是(　　) A.NH3、CH4、NaCl、Na B.H2O、H2S、MgSO4、SO2 C.CH4、H2O、NaCl、SiO2 D.Li、Na、K、Rb、Cs C 练·技能实战 【演练3】下列物质的熔点高低顺序正确的是(　　) A.金刚石>晶体硅>碳化硅 B.K>Na>Li C.NaBr>NaCl>NaF D.CI4>CBr4>CCl4>CH4 D 练·技能实战 03 晶体结构的比较与分析 汇·考点梳理 考点1 化学键的比较 晶体结构的比较与分析 类型 本质 成键条件 (元素种类) 离子键 阴、阳离子间通过静电作用形成 成键原子的得、失电子能力差别很大(一般是金属元素与非金属元素之间) 非极性键 相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成 成键原子得、失电子能力相同(一般是同种非金属元素之间) 极性键 相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成 成键原子得、失电子能力差别较小(大多存在于不同种非金属元素之间,少数存在于金属与非金属元素之间、同种非金属元素之间) 配位键 相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成 成键原子一方有孤电子对(配体),另一方有可接受孤电子对的空轨道(中心原子或离子) 金属键 金属阳离子与自由电子间作用 同种金属或不同金属(合金) 汇·考点梳理 考点1 化学键的比较 晶体结构的比较与分析 类型 特征 存在 影响强 弱的 因素 离子键 无方向性、饱和性 离子化合物 一般阴、阳离子电荷愈多,半径愈小,离子键愈强 非极性键 一般有方向性、饱和性 单质(如H2),共价化合物(如H2O2),离子化合物 (如Na2O2) — 极性键 一般有方向性、饱和性 单质(如H2),共价化合物(如H2O2),离子化合物 (如Na2O2) — 极性键 一般有方向性、饱和性 共价化合物(如HCl),离子化合物 (如NaOH),配位化合物{如 [Cu(NH3)4]SO4} 成键原子电负性差值愈大,键的极性愈强;键能愈大,键长愈短,共价键愈牢固 配位键 一般有方向性、饱和性 配位化合物如{[Ag(NH3)2]Cl} — 金属键 无方向性、饱和性 金属单质、合金 金属阳离子半径愈小,自由电子愈多,金属键愈强 汇·考点梳理 考点2 几种典型晶体结构的分析 晶体结构的比较与分析 1.常见共价晶体结构的分析 汇·考点梳理 考点2 几种典型晶体结构的分析 晶体结构的比较与分析 汇·考点梳理 考点2 几种典型晶体结构的分析 晶体结构的比较与分析 2.常见分子晶体结构的分析 汇·考点梳理 考点2 几种典型晶体结构的分析 晶体结构的比较与分析 3.常见离子晶体结构的分析 【典例1】下列有关化学键的叙述,正确的是(　　) A.离子化合物中一定含有离子键 B.单质分子中均不存在化学键 C.含有极性键的分子一定是极性分子 D.含有共价键的化合物一定是共价化合物 A 析·典型范例 【典例2】晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如右图所示(一个小黑点代表一个C60分子)，下列说法正确的是 A．C60摩尔质量是720 B．C60与金刚石都是碳元素形成的单质分子 C．在C60晶胞中有14个C60分子 D．每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个 D 析·典型范例 【演练1】甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是    A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 B 练·技能实战 【演练2】铁镁储氢合金的晶胞结构如图所示，铁原子位于晶胞顶点和面心的位置，镁原子位于将晶胞平分为8个小立方体的体心位置。下列说法正确的是 A．镁有12种空间运动状态不同的电子 B．晶胞中Fe原子与Mg原子个数比为7：4 C．Fe原子的配位数是4 D．晶体储氢时，H2位于晶胞体心和棱中心位置，若储氢后的化学式为FeMg2H，则储氢率为50% D 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版选择性必修2