专题12.3 晶体结构与性质(教学案)-高考化学一轮复习(解析版).doc
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1、一晶体的组成与性质 1晶体(1)晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征来源:学+科+网Z+X+X+K自范性来源:学+科+网Z+X+X+K有来源:无来源:学|科|网来源:.Com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看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)得到晶体的途径熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。(3)晶胞概念:描述晶体结构的基本单元。晶体中晶胞的排列无隙并置a无隙:相邻晶胞之间没有任何间隙。b并置:所有晶胞平行排列、取向相同。(4)晶格能定义:气态离子形成1摩离子晶体释放的能
2、量,通常取正值,单位:kJmol1。影响因素a离子所带电荷数:离子所带电荷数越多,晶格能越大。b离子的半径:离子的半径越小,晶格能越大。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。2四种晶体类型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,个别为半导体电和热的良导体晶体不
3、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)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)3.晶体熔沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较不同类型晶体的熔、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,汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种晶体类型熔、沸点的比较原子晶体:如熔点:金刚石碳化硅硅。离子晶体
4、:a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:MgOMgCl2NaClCsCl。b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。分子晶体:a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、沸点反常地高。如H2OH2TeH2SeH2S。b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SnH4GeH4SiH4CH4。c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CON2,CH3OHCH3CH3。d同分异构体,支链越多,熔、沸点越低
5、。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:NaMgAl。二常见晶体模型与晶胞计算1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10928(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CC键的形成,C原子数与CC键数之比为1:2SiO2(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
6、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ClCsCl(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6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
7、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%2.晶胞中微粒的计算方法均摊法(1)原则:晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是(3)图示: 高频考点一晶体的组成与性质例1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:801 硅晶体:1 410 Na:98 HCl:115 KCl:776 硼晶体:2 300 K:64 HBr:89 RbCl:718 二氧化硅:1 723 Rb:39 HI:51 CsCl:645 据此回答下列问题:(
8、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)。有金属光泽导电性导热性延展性(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)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl,其原因为_。【答案】(1)原子共价键(2)(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)(5)D组晶体都为离子晶体,r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs),在离子所带电荷数相同的情况下,半径越小,晶格能越大,熔点就越高【归纳总结】判断晶
9、体类型的五个依据1构成晶体的微粒和微粒间的作用力;2物质的类别;3晶体的熔点;4物质的导电性;5硬度和机械性能。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1.421010 m,比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.541010 m)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,其熔、沸点低(熔点190 )。(4)合金的硬度比成分金属大,但熔、沸点比成分金属低。高频考点二常见晶体模型与晶胞计算例2 (1)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未
10、成对电子均只有1个,并且A和B的电子相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。A、B和D三种元素组成的一个化合物晶胞如图所示:该化合物的化学式为_;D的配位数为_;列式计算该晶体的密度_gcm3。(2)立方ZnS晶体结构如图所示,其晶胞边长为540.0 pm,密度为_gcm3(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)。【答案】(1)K2NiF463.4(2)4.11351【2016年高考新课标卷】化学选修3:物质结构与性质(15分)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的
11、材料等。回答下列问题:(1)写出基态As原子的核外电子排布式_。(2)根据元素周期律,原子半径Ga_As,第一电离能Ga_As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为_,其中As的杂化轨道类型为_。(4)GaF3的熔点高于1000,GaCl3的熔点为77.9,其原因是_。(5)GaAs的熔点为1238,密度为gcm-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MGa gmol-1 和MAs gmol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏伽德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。【答案】(1
12、)1s22s22p63s23p63d104s24p3;(2) 大于,小于;(3)三角锥形,sp3;(4)GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,离子晶体GaF3的熔沸点高;(5)原子晶体;共价键;。2【2016年高考海南卷】(14分)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)
13、,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。该化合物的化学式为_,已知晶胞参数a=0.542 nm,此晶体的密度为_gcm3。(写出计算式,不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA)该化合物难溶于水但易溶于氨水,其原因是_。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色,深蓝色溶液中阳离子的化学式为_。【答案】19- (14分)(1)金属晶体 金属键 12 (每空1分,共3分)(2)1s22s22p63s23p5 Ar HClO4 正四面体 (每空1分,共4分)(3)CuCl (每空2分,共4分)Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) Cu(NH3)42+ (
14、2分,1分,共3分)因是Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu(I)被氧化为Cu(II),故深蓝色溶液中阳离子的化学式为Cu(NH3)42+ 。3【2016年高考江苏卷】物质结构与性质 Zn(CN)42-在水溶液中与HCHO发生如下反应:4HCHO+Zn(CN)42-+4H+4H2O=Zn(H2O)42+4HOCH2CN(1)Zn2+基态核外电子排布式为_。(2)1 mol HCHO分子中含有键的数目为_mol。(3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是_。(4)与H2O分子互为等电子体的阴离子为_。(5)Zn(CN)42-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。不考虑空
15、间构型,Zn(CN)42-的结构可用示意图表示为_。【答案】(1)1s22s22p62s23p63d10(或Ar 3d10)(2)3;(3)sp3和sp;(4)NH2;(5); (4)原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,H2O含有10个电子,则与H2O分子互为等电子体的阴离子为NH2;(5)在Zn(CN)42-中Zn2+与CN-的N原子形成配位键,N原子提供一对孤对电子,Zn2+的空轨道接受电子对,因此若不考虑空间构型,Zn(CN)42-的结构可用示意图表示为。4【2016年高考上海卷】(本题共12分)NaCN超标的电镀废水可用两段氧化法处理:(1)NaCN与NaClO反应,生成NaOCN
16、和NaCl(2)NaOCN与NaClO反应,生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2已知HCN(Ki=6.310-10)有剧毒;HCN、HOCN中N元素的化合价相同。完成下列填空:(5)上述反应涉及到的元素中,氯原子核外电子能量最高的电子亚层是_;H、C、N、O、Na的原子半径从小到大的顺序为_。(6)HCN是直线型分子,HCN是_分子(选填“极性”或“非极性”)。HClO的电子式为_。【答案】(5)2p;HONCINi的原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为dg/cm3,晶胞参数a=_nm【答案】37.( 1)1s22s22p63
17、s23p63d84s2或Ar 3d84s2 2(2)正四面体配位键 N高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3(3)金属 铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子(4)3:11【2015新课标卷理综化学】化学选修3:物质结构与性质碳及其化合物广泛存在于自然界中,回答下列问题:(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。在基态原子中,核外存在 对自旋相反的电子。(2)碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是 。 (3)CS2分子中,共价键的类型有 ,C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。(4)CO能
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