高中化学竞赛辅导固体结构省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

10.1 晶体结构和类型晶体结构和类型第十章第十章 固体结构固体结构10.5 层状晶体层状晶体10.4 分子晶体分子晶体10.3 离子晶体离子晶体10.2 金属晶体金属晶体第1页10.1.1 晶体结构特征与晶格理论晶体结构特征与晶格理论10.1 晶体结构和类型晶体结构和类型10.1.4 晶体类型晶体类型10.1.3 球密堆积球密堆积10.1.2 晶体缺点晶体缺点 非晶体非晶体第2页 晶胞：晶体最小重复单元，经过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。由晶胞参数a，b，c，表示，a，b，c 为六面体边长，分别是bc，ca,ab 所组成夹角。10.1.1 晶体结构特征与晶格理论晶体结构特征与晶格理论晶胞两个要素：1.晶胞大小与形状：第3页2.晶胞内容：粒子种类，数目及它在晶胞中相对位置。按晶胞参数差异将晶体分成七种晶系。按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。比如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。第4页第5页1.六方密堆积：hcp配位数：12空间拥有率：74.05%第三层与第一层对齐，产生ABAB方式。10.1.3 球密堆积球密堆积第6页2.面心立方密堆积：fcc配位数：12空间拥有率:74.05%第三层与第一层有错位，以ABCABC方式排列。第7页3.体心立方堆积：bcc配位数：8空间拥有率：68.02%第8页密堆积层间两类空隙四面体空隙：一层三个球与上或下层密堆积球间空隙。八面体空隙：一层三个球与错位排列另一层三个球间空隙。第9页晶体分类10.1.4 晶体类型晶体类型第10页10.2.1 金属晶体结构金属晶体结构10.2 金属晶体金属晶体10.2.3 金属合金金属合金10.2.2 金属键理论金属键理论第11页 金属晶体是金属原子或离子彼此靠金属键结合而成。金属键没有方向性，金属晶体内原子以配位数高为特征。金属晶体结构：等径球密堆积。10.2.1 金属晶体结构金属晶体结构第12页金属晶体中粒子排列方式常见有三种：六方密堆积(Hexgonal close Packing)；面心立方密堆积(Face-centred Cubic clode Packing)；体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。第13页10.3.1 离子晶体特征结构离子晶体特征结构10.3 离子晶体离子晶体10.3.3 离子极化离子极化10.3.2 晶格能晶格能第14页离子晶体：密堆积空隙填充。阴离子：大球，密堆积，形成空隙。阳离子：小球，填充空隙。规则：阴阳离子相互接触稳定；配位数大，稳定。10.3.1 离子晶体特征结构离子晶体特征结构第15页1.三种经典离子晶体NaCl型晶胞中离子个数：晶格：面心立方配位比：6:6(红球Na+,绿球Cl-)第16页CsCl型晶胞中离子个数：(红球Cs+,绿球Cl-)晶格：简单立方配位比：8:8第17页晶胞中离子个数：ZnS型(立方型)晶格：面心立方(红球Zn2+,绿球S2-)配位比：4:4第18页半径比(r+/r-)规则：NaCl晶体其中一层横截面：第19页理想稳定结构(NaCl)配位数构型0.225 0.414 4ZnS 型0.414 0.732 6NaCl 型0.732 1.00 8CsCl 型 半径比规则第20页 定义：在标准状态下，按以下化学反应计量式使离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收能量称为晶格能，用U 表示。U10.3.2 晶格能晶格能MaXb(s)aMb+(g)+bXa-(g)(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+比如：第21页1.Born-Haber循环K(g)Br(g)U-+KBr(s)+升华焓电离能气化热电子亲和能第22页则：U=689.1kJmol-1=89.2kJmol-1=418.8kJmol-1=15.5kJmol-1=96.5kJmol-1=-324.7kJmol-1=-689.1kJmol-1=295.3kJmol-1上述数据代入上式求得：+=第23页2.Born-Lande公式 式中：R0正负离子核间距离，Z1，Z2 分别为正负离子电荷绝对值，A Madelung常数,与晶体类型相关，n Born指数,与离子电子层结构类型相关。第24页A取值：CsCl型 A=1.763NaCl型 A=1.748ZnS型 A=1.638n取值：第25页3.公式：晶体分子式中正离子个数：晶体分子式中负离子个数第26页影响晶格能原因：离子电荷(晶体类型相同时)离子半径(晶体类型相同时)晶体结构类型 离子电子层结构类型Z，U 例：U(NaCl)U(CaO)第27页 离子电荷数大,离子半径小离子晶体晶格能大,对应表现为熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质影响：第28页描述一个离子对其它离子变形影响能力。离子极化力(f)：描述离子本身变形性物理量。离子极化率()：10.3.3 离子极化离子极化未极化负离子极化负离子第29页1.离子极化率()离子半径 r：r 愈大，愈大。如：Li+Na+K+Rb+Cs+；FClBr(Mg2+)离子电荷：负离子电荷多极化率大。如：(S2)(Cl)离子电子层构型:(18+2)e-,18e-917e-8e-如：(Cd2+)(Ca2+)；(Cu+)(Na+)r/pm 97 99 96 95 普通规律：第30页2.离子极化力(f)离子半径 r：r 小者，极化力大。离子电荷：电荷多者，极化力大。离子外层电子构型：f：(18+2)e-,18e-917e-8e-当正负离子混合在一起时，着重考虑正离子极化力，负离子极化率，不过18e构型正离子(Ag+,Cd2+等)也要考虑其变形性。普通规律：第31页3.离子极化结果 键型过渡(离子键向共价键过渡离子键向共价键过渡)Ag+Ir/pm126+216(=342)R0/pm 299如：AgF AgCl AgBr AgI核间距缩短。离子键共价键第32页 晶型改变 AgCl AgBr AgIr+/r-0.695 0.63 0.58 理论上晶型 NaCl NaCl NaCl实际上晶型 NaCl NaCl ZnS配位数 6 6 4 性质改变比如；溶解度 AgCl AgBr AgINaCl 易溶于水，CuCl 难溶于水。第33页思索题：解释碱土金属氯化物熔点改变规律：熔点/405 714 782 876 962第34页10.4.1 分子偶极矩和极化率分子偶极矩和极化率10.4 分子晶体分子晶体10.4.3 氢键氢键10.4.2 分子间吸引作用分子间吸引作用第35页1.分子偶极矩()：用于定量地表示极性 分子极性大小。极性分子 0非极性分子=0双原子分子：多原子分子：同核：O3（V字形）式中 q 为极上所带电量，l 为偶极长度。10.4.1 分子偶极矩和极化率分子偶极矩和极化率异核：HX第36页分子偶极矩与键矩关系：极性键组成双原子分子：分子偶极矩=键矩多原子分子偶极矩=键矩矢量和，比如：(SF6)=0，键矩相互抵消，(H2O)0，键矩未能抵消。第37页分子偶极矩(1030 Cm)第38页2.分子极化率：用于定量地表示分子变形性大小。分子变形性大小指是正电中心与负电中心发生位移(由重合变不重合，由偶极长度小变偶极长度大)。外因：外加电场愈强，分子变形愈厉害；内因：分子愈大，分子变形愈厉害。影响分子变形性大小原因：第39页分子极化率(1040Cm2 V1)第40页非极性分子瞬时偶极之间相互作用 分子间含有吸引作用根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形性能。因为瞬时偶极而产生分子间相互作用。10.4.2 分子间吸引作用分子间吸引作用1.色散作用(色散力)：一大段时间内大致情况色散力与分子极化率相关。大,色散力大。每一瞬间第41页2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱原因：极性分子偶极矩：愈大，诱导作用愈强。非极性分子极化率：愈大，诱导作用愈强。因为诱导偶极而产生分子间相互作用。分子离得较远分子靠近时第42页 两个极性分子相互靠近时，因为同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子深入相互靠近。3.取向作用(趋向力)：两个固有偶极间存在同极相斥、异极相吸定向作用称为取向作用。分子离得较远趋向诱导第43页思索：1.取向作用大小取决于什么原因？2.极性分子之间除了有取向作用以外，还有什么作用？第44页 分子间力是三种吸引力总称，其大小普通为几 kJmol1，比化学键小 12 个数量级。分子间吸引作用(1022 J)第45页分子间力特点：不一样情况下，分子间力组成不一样。比如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大H2O 分子例外。分子间力作用范围很小(普通是300500pm)。分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。第46页分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeAr Kr Xe小大小大小大小大低高小大 决定物质熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质主要原因。分子间力意义：第47页10.4.3 氢键氢键第48页 HF HCl HBr HI沸点/0C 85.0 66.7 35.419.9极化率 小 大色散作用 弱 强沸点 低 高HF为何反常高？原因存在氢键。HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大 F 原子一侧。在几乎裸露 H 原子核与另一个 HF 分子中 F 原子某一孤对电子之间产生吸引作用称为氢键。第49页氢键形成条件：分子中有H和电负性大、半径小且有孤对电子元素(F，O，N)形成氢键。键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F)28kJmol1 含有饱和性和方向性氢键特点：第50页 除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键存在。比如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外，还有分子内氢键。比如，硝酸分子内氢键使其熔、沸点较低。第51页石墨含有层状结构，称为层状晶体。10.5 层状晶体层状晶体层间为分子间力第52页 同一层：CC 键长为142pm，C 原子采取 sp2 杂化轨道，与周围三个 C 原子形成三个键，键角为 1200，每个 C 原子还有一个 2p 轨道，垂直于sp2 杂化轨道平面，2p 电子参加形成了键，这种包含着很多原子键称为大键。层与层间：距离为 340pm，靠分子间力结合起来。石墨晶体现有共价键，又有分子间力，是混合键型晶体。第53页思索：石墨含有良好导电传热性，又惯用作润滑剂，各与什么结构相关？第54页