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文档介绍
2018届一轮复习人教版晶体结构与性质学案(5)
第3讲 晶体结构与性质 考纲定标 热点定位 1.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。 2.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成粒子及粒子间作用力的区别。 3.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。 4.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。 1.晶体与非晶体的区别,晶体中粒子的空间堆积方式,晶胞的结构特点及其应用。 2.晶胞中粒子个数及边长等的计算。 3.晶体类型与性质之间的关系。 4.晶体类型与粒子间作用力的关系。 5.四类晶体的特征及代表物质。 晶体和晶胞 [基础全扫描] 1.晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别: 比较 晶 体 非 晶 体 结构特征 结构粒子周期性有序排列 结构粒子无序排列 性质特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二者区 别方法 间接方法 测定其是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行X-射线衍射实验 (2)获得晶体的三条途径: 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。 2.晶胞 (1)概念:晶胞是描述晶体结构的基本单元。 (2)晶体与晶胞的关系:数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 [认知无盲区] (1)具有规则几何外形的固体不一定是晶体,如玻璃; (2)晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分,而不一定是最小的“平行六面体”; (3)在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何形状的晶胞均可使用均摊法,注意分析不同位置的粒子被几个晶胞共有。 [练习点点清] 1.下列关于晶体与晶胞的说法正确的是( ) A. 晶体有自范性但排列无序 B.不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C晶胞是晶体中的最小的结构重复单元 D.固体SiO2一定是晶体 解析:选C 晶体的排列是有序的,不同晶体的晶胞的大小和形状不一定相同,固体SiO2不一定是晶体。 常见晶体类型的结构和性质 [基础全扫描] 1.四种晶体类型的比较 比较 类型 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 分子 原子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子 粒子间的相互作用力 范德华力(某些含氢键) 共价键 金属键 离子键 硬度 较小 很大 有的很大,有的很小 较大 熔、沸点 较低 很高 有的很高,有的很低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂 导电、传热性 一般不导电,溶于水后有的导电 一般不具有导电性 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 大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜) 金属氧化物(如K2O、Na2 除外)、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) O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) 2.典型晶体模型 晶体 晶体结构 晶体详解 原子晶体 金刚石 (1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合,形成正四面体结构 (2)键角均为109°28′ (3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内 (4)每个C参与4条C—C键的形成,C原子数与C—C键数之比为1∶2 SiO2 (1)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”, n(Si)∶n(O)=1∶2 (3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si 分子晶体 干冰 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个 离子晶体 NaCl (型) (1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个。每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个 (2)每个晶胞中含4个Na+和4个Cl- CsCl (型) (1)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有8个,每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有8个 (2)如图为8个晶胞,每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl- 金属晶体 简单立方堆积 典型代表Po,配位数为6,空间利用率52% 面心立方最密堆积 又称为A1型或铜型,典型代表Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率74% 体心立方堆积 又称为A2型或钾型,典型代表Na、K、Fe,配位数为8,空间利用率68% 六方最密堆积 又称为A3型或镁型,典型代表Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率74% [认知无盲区] (1)离子晶体中不一定都含有金属元素,如NH4Cl是离子晶体;金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体;含有金属离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体中含有金属离子。 (2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子,但含阳离子的晶体中不一定含阴离子,如金属晶体。 (3)易误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高,其实不一定,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃。 (4)石墨属于混合型晶体,虽然质地很软,但其熔点比金刚石还高,其结构中的碳碳键比金刚石中的碳碳键还强。 [练习点点清] 2.下列有关金属晶体和离子晶体的叙述中,不正确的是( ) A.金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的原子有8个 B.金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个 C.在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个 D.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个 解析:选B 金属钠为体心立方堆积,每个原子周围与其距离最近的原子有8个;金属镁为六方最密堆积,每个原子周围与其距离最近的原子有12个;据NaCl的晶胞结构可知,NaCl晶体中每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个;CsCl晶体中每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个。 [考点一 晶胞组成的计算方法——分割法] [例1] (1)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm-3,则铜晶胞的体积是 ________cm3、晶胞的质量是________g,阿伏加德罗常数为______________(列式计算,己知Ar(Cu)=63.6); (2) ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示,其晶胞边长为540.0 pm,密度为________________________________ g·cm-3(列式并计算),a位置S2-离子与b位置Zn2+离子之间的距离为_____________________pm(列式表示)。 (3) CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中含有哑铃形C的存在,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2+周围距离最近的C数目为________。 [解析] (1)体积是a3;质量=体积×密度;一个体心晶胞含4个原子,则M=×m晶胞×NA (2)每个晶胞的质量为(540.0×10-10cm)3×ρ;运用均摊法可求得每个晶胞中含有4个“ZnS”,故每个晶胞的质量又可表示为。因此有:(540.0×10-10cm)3×ρ=,解得ρ=4.1 g·cm-3;如图所示, b位于正四面体的中心(类似于CH4分子中的C)。设ab=bc=x pm,∠abc=109°28′,ac=×540.0 pm=270 pm。在三角形abc中,由余弦定理得:ac2=x2+x2-2x·x·cos∠abc,代入数据解得:x= pm。 (3)注意观察晶胞,上下左右前后各一个,但晶胞沿一个方向被拉长,所以距离最近的C数目为4,而不是6。 [答案] (1)4.70×10-23 4.23×10-22 NA==6.01×1023mol-1 (2)=4.1 或 或135 (3)4 1.偏钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。试回答下列问题: (1)Ti元素在元素周期表中的位置是________;其基态原子的电子排布式为________________________________________________________________________。 (2)偏钛酸钡晶体中晶胞的结构示意图如图,它的化学式是________________________________________________________________________; 晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为________个。 解析:(1)Ti原子序数为22,位于第四周期ⅣB族,基态原子电子排布式为[Ar]3d24s2。(2)Ba位于立方体内部,个数为1;Ti位于立方体顶点,个数为×8=1;O位于立方体棱边,个数为×12=3,化学式为BaTiO3。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为6个(上、下、左、右、前、后)。 答案:(1)第四周期ⅣB族 [Ar]3d24s2 (2)BaTiO3 6 2.已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1,食盐晶体的密度为ρ g·cm-3,若右图中Na+与最邻近的Cl-的核间距离为a cm,那么阿伏加德罗常数的值可表示为( ) A.117a3ρ B. C. D. 解析:选D 晶体的棱长为2a,V=8a3, 晶胞的质量=, ρ==,则NA=。 [考点二 晶体熔、沸点高低的比较] 1.不同类型晶体熔、沸点的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律:原子晶体>离子晶体>分子晶体。 (2)金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点很低。 2.同种晶体类型熔、沸点的比较 (1)原子晶体: ―→―→―→ 如熔点:金刚石>碳化硅>硅。 (2)离子晶体: ①一般地说,阴阳离子的电荷数越多,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,如熔点:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。 ②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。 (3)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。 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> (4)金属晶体: 金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:Na<Mg<Al。 [例2] 现有几组物质的熔点(℃)数据: A组 B组 C组 D组 金刚石:3 550 Li:181 HF:-83 NaCl 硅晶体:1 410 Na:98 HCl:-115 KCl 硼晶体:2 300 K:64 HBr:-89 RbCl 二氧化硅:1 732 Rb:39 HI:-51 MgO:2 800 ℃ 据此回答下列问题: (1)由表格可知,A组熔点普遍偏高,据此回答: ①A组属于________晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是________; ②二氧化硅的熔点高于硅晶体,是由于________________________________; (2)B组晶体中存在的作用力是________,其共同的物理性质是________ (填序号),可以用________理论解释。 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组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为:________________,MgO晶体的熔点高于三者,其原因解释为:_______________________________________。 [解析] (1)A组由非金属元素组成,熔点最高,属于原子晶体,熔化时需破坏共价键。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。 (2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用”电子气理论”解释相关物理性质。 (3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点高是由于分子之间形成氢键。 (4)D组是离子化合物,熔点高,具有离子晶体的性质。 (5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关,电荷越多半径越小,晶格能越大,晶体熔点越高。 [答案] (1)①原子 共价键 ②Si—O键键长小于Si—Si键,键能大 (2)金属键 ①②③④ 电子气 (3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④ (5)NaCl>KCl>RbCl MgO晶体为离子晶体,离子所带电荷越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高 3.下列各物质中,按熔点由高到底的顺序排列正确的是( ) A.CH4>SiH4>GeH4>SnH4 B.KCl>NaCl>MgCl2>MgO C.Rb>K>Na>Li D.金刚石>Si>钠 解析:选D A项物质均为结构相似的分子晶体,相对分子质量越大者分子间作用力也越大,故A项各物质熔点应为逐渐升高的顺序;B项物质均为离子晶体,离子的半径越小,电荷越多,离子键的键能就越强,故B项各物质熔点应为升高顺序;C项物质均为同主族的金属晶体,而金属键能与金属原子半径成反比,与价电子数成正比,碱金属原子半径依Li~Cs的顺序增大,价电子数相同,故熔点应是Li最高,Cs最低;D项,金刚石C-C键的键长更短些,所以金刚石的熔点比硅高。原子晶体的熔点一般比金属晶体的熔点高。 4.下列物质性质的变化规律,与共价键的键能大小有关的是( ) A.F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高 B.HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点顺序为HF>HI>HBr>HCl C.金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅 D.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低 解析:选C A项、B项中分子晶体熔、沸点高低与分子间的作用力有关,含有氢键时会出现反常现象,与分子内共价键无关。D项离子晶体内存在的是离子键。查看更多