第十二章 第39讲晶体结构与性质.docx
- 文档编号:17901764
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:374.67KB
第十二章 第39讲晶体结构与性质.docx
《第十二章 第39讲晶体结构与性质.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第十二章 第39讲晶体结构与性质.docx(34页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第十二章第39讲晶体结构与性质
考纲要求
1.理解离子键的形成,能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
2.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。
3.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响。
4.了解分子晶体结构与性质的关系。
5.了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
6.理解金属键的含义,能用金属键理论解释金属的一些物理性质,了解金属晶体常见的堆积方式。
7.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
考点一 晶体常识
1.晶体与非晶体
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒__________排列
结构微粒_____排列
性质
特征
自范性
_____
_____
熔点
_____
_____
异同表现
_____
_____
二者区
别方法
间接方法
看是否有固定的_____
科学方法
对固体进行__________实验
2.得到晶体的途径
(1)_____物质凝固。
(2)_____物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3)溶质从溶液中_____。
3.晶胞
(1)概念
描述晶体结构的_____。
(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。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列( )
(3)凡有规则外形的固体一定是晶体( )
(4)固体SiO2一定是晶体( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )
(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )
(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验( )
2.如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是________,乙中a与b的个数比是________,丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。
3.下图为离子晶体空间构型示意图:
(
阳离子,
阴离子)以M代表阳离子,以N表示阴离子,写出各离子晶体的组成表达式:
A________、B________、C________。
题组一 认识各类晶胞
1.下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构,其中R为+2价,G为-2价,则Q的化合价为________。
2.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A.3∶9∶4B.1∶4∶2
C.2∶9∶4D.3∶8∶4
3.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图,则LaNin中n=________。
4.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如下图所示。
则该化合物的化学式为________。
5.
(1)硼化镁晶体在39K时呈超导性。
在硼化镁晶体中,镁原子和硼原子是分层排布的,下图是该晶体微观结构的透视图,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。
则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。
下图是一种链状结构的多硼酸根,则多硼酸根离子符号为________。
6.已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大,且原子间以单键结合,试根据下图确定该晶体的化学式为___________________。
题组二 晶胞的密度及微粒间距离的计算
7.Cu与F形成的化合物的晶胞结构如下图所示,若晶体密度为ag·cm-3,则Cu与F最近距离为________pm。
(阿伏加德罗常数用NA表示,列出计算表达式,不用化简;图中
为Cu,
为F)
8.如图为Na2S的晶胞,该晶胞与CaF2晶胞结构相似,设晶体密度是ρg·cm-3,试计算Na+与S2-的最短距离为________cm(阿伏加德罗常数用NA表示,只写出计算式)。
晶胞计算的思维方法
(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一,也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。
晶体结构的计算常常涉及如下数据:
晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等,密度的表达式往往是列等式的依据。
解决这类题,一是要掌握晶体“均摊法”的原理,二是要有扎实的立体几何知识,三是要熟悉常见晶体的结构特征,并能融会贯通,举一反三。
(2)“均摊法”原理
特别提醒 ①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
②在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用均摊法。
(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞中含有x个微粒,则1mol晶胞中含有xmol微粒,其质量为xMg(M为微粒的相对“分子”质量);1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积,ρ为晶胞的密度),则1mol晶胞的质量为ρa3NAg,因此有xM=ρa3NA。
考点二 晶体的组成和性质
1.四类晶体的比较
类型
比较
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
_____
_____
_____
_____
粒子间的相互作用力
_____
_____
_____
_____
硬度
_____
_____
有的_____,有的_____
_____
熔、沸点
_____
_____
有的_____,有的_____
_____
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多数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
物质类别及举例
所有非金属氢化物(如水、硫化氢)、部分非金属单质(如卤素X2)、部分非金属氧化物(如CO2、SO2)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼),部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量,通常取正值,单位:
kJ·mol-1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数:
离子所带电荷数越多,晶格能越大。
②离子的半径:
离子的半径越小,晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,且熔点越高,硬度越大。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子( )
(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子( )
(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高( )
(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
(5)离子晶体一定都含有金属元素( )
(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
(7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高( )
(8)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高( )
2.在下列物质中:
NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石,晶体氩。
(1)其中只含有离子键的离子晶体是______________________。
(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________________________。
(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是__________。
(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是__________。
(5)其中含有极性共价键的非极性分子是________________。
(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是________。
(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是________________________。
(8)其中含有极性共价键的原子晶体是__________________。
(9)不含共价键的分子晶体是__________,只含非极性键的原子晶体是____________。
题组一 晶体类型的判断
1.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型。
(1)碳化铝,黄色晶体,熔点2200℃,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:
______________。
(5)SiI4:
熔点120.5℃,沸点287.4℃,易水解:
_______________。
(6)硼:
熔点2300℃,沸点2550℃,硬度大:
________。
(7)硒:
熔点217℃,沸点685℃,溶于氯仿:
________。
(8)锑:
熔点630.74℃,沸点1750℃,导电:
________。
2.现有几组物质的熔点(℃)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:
3550℃
Li:
181℃
HF:
-83℃
NaCl:
801℃
硅晶体:
1410℃
Na:
98℃
HCl:
-115℃
KCl:
776℃
硼晶体:
2300℃
K:
64℃
HBr:
-89℃
RbCl:
718℃
二氧化硅:
1723℃
Rb:
39℃
HI:
-51℃
CsCl:
645℃
据此回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因为_____。
晶体类型的5种判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用是离子键。
②原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用是共价键。
③分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用为分子间作用力。
④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用是金属键。
(2)依据物质的分类判断
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高。
②原子晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点相当低。
(4)依据导电性判断
①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
①离子晶体硬度较大、硬而脆。
②原子晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大,但也有较低的,且具有延展性。
注意
(1)常温下为气态或液态的物质,其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。
(2)石墨属于混合型晶体,但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10-10m,比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10-10m)短,所以熔、沸点高于金刚石。
(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素,但属于分子晶体,熔、沸点低(熔点190℃)。
(4)合金的硬度比其成分金属大,熔、沸点比其成分金属低。
题组二 晶体熔、沸点的比较
3.下列分子晶体中,关于熔、沸点高低的叙述中,正确的是( )
A.Cl2>I2
B.SiCl4<CCl4
C.NH3>PH3
D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
4.离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。
判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
5.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②CO、KCl、SiO2 ③Na、K、Rb
④Na、Mg、Al
A.①③B.①④
C.②③D.②④
分类比较晶体的熔、沸点
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,如汞、镓、铯等熔、沸点很低,金属晶体一般不参与比较。
(2)原子晶体
由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高。
如熔点:
金刚石>石英>碳化硅>硅。
(3)离子晶体
一般地说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:
MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
(4)分子晶体
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体,熔、沸点反常的高。
如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4,F2<Cl2<Br2<I2。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体,支链越多,熔、沸点越低。
如:
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>
CHCH3CH3CH2CH3>CCH3CH3CH3CH3。
考点三 突破五类晶体模型
1.原子晶体(金刚石和二氧化硅)
(1)金刚石晶体中,每个C与另外_____个C形成共价键,C—C键之间的夹角是109°28′,最小的环是_____元环。
含有1molC的金刚石中,形成的共价键有_____mol。
(2)SiO2晶体中,每个Si原子与_____个O成键,每个O原子与_____个硅原子成键,最小的环是_____元环,在“硅氧”四面体中,处于中心的是_____原子,1molSiO2中含有_____molSi—O键。
2.分子晶体
(1)干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有_____个。
(2)冰的结构模型中,每个水分子与相邻的_____个水分子以氢键相连接,含1molH2O的冰中,最多可形成_____mol“氢键”。
3.离子晶体
(1)NaCl型:
在晶体中,每个Na+同时吸引_____个Cl-,每个Cl-同时吸引_____个Na+,配位数为_____。
每个晶胞含_____个Na+和_____个Cl-。
(2)CsCl型:
在晶体中,每个Cl-吸引_____个Cs+,每个Cs+吸引_____个Cl-,配位数为_____。
4.石墨晶体
石墨层状晶体中,层与层之间的作用是__________,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是_____,C原子采取的杂化方式是_____。
5.常见金属晶体的原子堆积模型
结构型式
常见金属
配位数
晶胞
面心立方最密堆积
Cu、Ag、Au
12
体心立方堆积
Na、K、Fe
8
六方最
密堆积
Mg、Zn、Ti
12
特别提醒
(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时,要注意运用三维想象法。
如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“○”表示):
每个面上有4个,共计12个。
(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等,要熟悉以上代表物的空间结构。
当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时,可以直接套用某种结构。
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)在金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个( )
(2)在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个( )
(3)在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个( )
(4)金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个( )
2.在晶体模型中,金刚石中的“棍”和干冰中的“棍”表示的意义一样吗?
分子晶体中有化学键吗?
3.下列排列方式中:
A.ABCABCABC B.ABABABABAB
C.ABBAABBA D.ABCCBAABCCBA,属于镁型堆积方式的是________;属于铜型堆积方式的是________。
题组一 强化记忆晶体结构
1.判断下列物质的晶胞结构,将对应序号填在线上。
(1)干冰晶体_____;
(2)氯化钠晶体_____;
(3)金刚石_____;
(4)碘晶体_____;
(5)氟化钙_____;
(6)钠_____;
(7)冰晶体_____;
(8)水合铜离子_____;
(9)H3BO3晶体_____;
(10)铜晶体_____。
2.碳的第三种同素异形体——金刚石,其晶胞如图丁所示。
已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图________(从A~D图中选填)。
题组二 晶胞中原子半径及空间利用率的计算
3.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果:
Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如下图),已知该晶体的密度为9.00g·cm-3,晶胞中该原子的配位数为________;Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数为NA,要求列式计算)。
4.[2016·全国卷Ⅲ,37(5)]GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。
该晶体的类型为________,Ga与As以________键键合。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为___________________。
晶体结构的相关计算
(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×
。
(2)空间利用率=
。
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a,原子半径为r)
①面对角线长=
a。
②体对角线长=
a。
③体心立方堆积4r=
a
④面心立方堆积4r=
a。
1.[2016·全国卷Ⅰ,37(6)]晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(
,0,
);C为(
,
,0)。
则D原子的坐标参数为________。
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为________________________________________________________________________
g·cm-3(列出计算式即可)。
2.[2016·全国卷Ⅱ,37(4)]某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
②若合金的密度为dg·cm-3,晶胞参数a=________nm。
3.[2016·全国卷Ⅲ,37(4)]GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4.(2016·四川理综,8)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。
M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。
请回答下列问题:
(1)R基态原子的电子排布式是___________________________,
X和Y中电负性较大的是________(填元素符号)。
(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是_________________。
(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是________。
(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是________(填离子符号)。
(5)在稀硫酸中,Z的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化M的一种氢化物,Z被还原为+3价,该反应的化学方程式是__________________
________________________________________________________________________。
5.(2016·海南,19-Ⅱ)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子。
元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。
回答下列问题:
(1)单质M的晶体类型为________,晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆积,其中M原子的配位数为________。
(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为_______________,
其同周期元素中,第一电离能最大的是________(写元素符号)。
元素Y的含氧酸中,酸性最强的是________(写化学式),该酸根离子的立体构型为________。
(3)M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为________,已知晶胞参数a=0.542nm,此晶体的密度为________________________________________________________________________g·cm-3。
(写出计算式,不要求计算结果。
阿伏加德罗常数为NA)
②该化合物难溶于水但易溶于氨水,其原因是_____________________
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第十二章 第39讲 晶体结构与性质 第十二 39 晶体结构 性质