【高中化学】一轮复习学案:晶体结构与性质.doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第三章 晶体结构与性质【高考新动向】考点梳理1.了解化学键和分子间作用力的区别。2.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。3.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。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。5.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。【考纲全景透析】一.晶体常识1.晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特性结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特性有自范性、固定熔点、对称性、各向异性没有自范性、固定熔点、对称性、各向异性2.获得晶体的三条途径熔融态物
2、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.晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。4.晶胞中微粒数的计算方法均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有1/n属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞立方晶胞中微粒数的计算方法如下:注意:在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状二. 常见晶体类型的结构和性质1.四种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概念分子间靠分子间作用力结合而形成的晶体原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体结
3、构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分子间的作用力共价键金属键离子键性质密度较小较大有的很大,有的很小较大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难溶于常见溶剂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延展性无无良好无物质类别及举例大多数非金属单质(如P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2、CO2,SiO2除外)、绝大多数有机物(如CH4,有机盐除外)一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体
4、硼),一部分非金属化合物(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.几种典型的晶体模型晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解氯化铯晶体每8个Cs、8个Cl各自构成立方体,在每个立方体的中心有一个异种离子(Cs或Cl)。在每个Cs周围最近的等距离(设为a/2)的Cl有8个,在每个Cs周围最近的等距离(必为a)的Cs有6个(上、下、左、右、前、后),在每个Cl周围最近的等距离的Cl也有6个二氧化碳晶体每8个CO2构成立方体且再在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(a,a为
5、立方体棱长)最近的CO2有12个(同层4个、上层4个、下层4个)金刚石晶体每个C与另4个C以共价键结合,采取sp3杂化,前者位于正四面体中心,后者位于正四面体顶点。晶体中均为CC,键长相等、键角相等(10928);晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内;晶体中每个C参与了4条CC键的形成,而在每条键中心的贡献只有一半,故C原子数与CC键数之比为12石墨晶体层内存在共价键、金属键,层间以范德华力结合,兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的特征。在层内,每个C与3个C形成CC键,采取sp2杂化构成正六边形,键长相等,键角相等(均为120);在晶体中,每个C参与了3条CC键的形成,而在每条键中
6、的贡献只有一半,每个正六边形平均只占62个C,C原子个数与CC键数之比为23SiO2晶体每个Si与4个O结合,前者在正四面体的中心,后四者在正四面体的顶点;同时每个O被两个正四面体所共用。正四面体键角为10928,每个正四面体占有一个完整的Si,四个“半O原子”,故晶体中S:原子与O原子个数比为1(4)12【热点难点全析】考点一 晶胞组成的计算方法晶胞组成的计算方法分割法【典例1】如图,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na或Cl所处的位置这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的(1)请将其中代表Na的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图(2)晶体中,在每个Na
7、的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有,一个晶胞中Cl的个数等于_,即_(填计算式);Na的个数等于_,即_(填计算式)(4)设NaCl的摩尔质量为Mr gmol1,食盐晶体的密度为 gcm3,阿伏加德罗常数的值为NA.食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为_ cm.【解析】 (1)如图所示(2)从体心Na看,与它最接近的且距离相等的Na共有12个(3)根据离子晶体的晶胞,求阴、阳离子个数比的方法是均摊法由此可知,如图NaCl晶胞中,含Na:864个;含Cl:1214个(4)设Cl与Na的最近距
8、离为a cm,则两个最近的Na间的距离为a cm,又NAMr.即a .所以Na间的最近距离为:.【答案】 (1) (答案不唯一,合理即可)(2)12(3)412144864(答案不唯一,只要与第1问对应即可)(4)考点二晶体熔、沸点高低的比较方法 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 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
9、熔、沸点就越高,如熔点:MgOMgCl2NaClCsCl。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 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H2OH2TeH2SeH2S。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。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。(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:NaMgAl。【典例2】C和Si
10、元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出Si的基态原子核外电子排布式_。从电负性角度分析,C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为_。(2)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为_,微粒间存在的作用力是_,SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是_。(3)氧化物MO的电子总数与SiC的相等,则M为_(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料,其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高,其原因是_。Na、M、Ca三种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(4)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中
11、C与O原子间形成键和键,SiO2中Si与O原子间不形成上述键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成上述键,而Si、O原子间不能形成上述键:_,SiO2属于_晶体,CO2属于_晶体,所以熔点CO2_SiO2(填“”)。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MO、CO2、M六种晶体的组成微粒分别是_,熔化时克服的微粒间的作用力是_。【解析】(1)C、Si和O的电负性大小顺序为:OCSi。(2)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连,呈正四面体结构,所以杂化方式是sp3,因为SiC的键长小于SiSi,所以熔点碳化硅晶体硅。(3)SiC电子总数是20个,则该氧化物为MgO;晶格能与所组成离子所带
12、电荷成正比,与离子半径成反比,MgO与CaO的离子电荷数相同,Mg2半径比Ca2小,MgO晶格能大,熔点高。Na、Mg、Ca三种晶体均为金属晶体,金属晶体都有金属光泽,都能导电、导热,都具有一定的延展性。(4)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的键,SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体,所以熔点SiO2CO2。(5)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体,组成微粒为原子,熔化时破坏共价键;Mg为金属晶体,由金属阳离子和自由电子构成,熔化时克服金属键,CO2为分子晶体,由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合;MgO为离子晶体,由Mg2和O2
13、构成,熔化时破坏离子键。【答案】(1)1s22s22p63s23p2OCSi(2)sp3共价键SiCSi(3)MgMg2半径比Ca2小,MgO晶格能大(4)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成上述稳定的键原子分子(5)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键【高考零距离】【2012年高考】1、(2012新课标全国卷37)化学选修3物质结构与性质(15分)A族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含A族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题
14、:(1)S单质的常见形式为S8,其环状结构如下图所示,S原子采用的轨道杂化方式是_;(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为_;(3)Se原子序数为_,其核外M层电子的排布式为_;(4)H2Se的酸性比H2S_(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为_,SO32-离子的立体构型为_;(5)H2SeO3的K1和K2分别为2.710-3和2.510-8,H2SeO4第一步几乎完全电离,K2为1.210-2,请根据结构与性质的关系解释;H2SeO4和H2SeO3第一步电离程度大于第二步电离的原
15、因:_;H2SeO4和H2SeO3酸性强的原因:_;(6)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_gcm-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)。 【解题指南】解答本题时应注意物质的空间构型与杂化方式有关;Zns晶体结构中四个Zn2+在体内的四个小立方体的中心,不在同一平面上。 【解析】(1)因为S8为环状立体结构,所以为sp3;(2)元素的非金属性越强,第一电离能越大,所以第一电离能由大到小的顺序为:OSSe; (3) Se是34号元素,M层核外单子排布式为:3s
16、23p63d10。(4)H2Se的酸性比H2S强,SeO3杂化方式为sp2,空间构型为平面三角形,SeO32-杂化方式为sp3 ,空间构型为三角锥型。(5)从带电粒子的带电情况分析(6)利用均摊法计算出晶胞中含有的粒子个数,再由其体积计算出其密度。;设a 为晶胞边长,过b向上面作垂线,构成直角三角形,两边分别为2/4a , 1/4a,即可求出斜边为3/4a=3/4540.0pm=1353。【答案】 (1)sp3(2)OSSe(3)34;3s23p63d10(4)强;平面三角形;三角锥形(5)第一步电离后生成的负离子较难进一步电离出带正电荷的氢离子 H2SeO4和H2SeO3可表示为(HO)2S
17、eO和(HO)2SeO2。H2SeO3中的Se为+4价,而H2SeO4中的Se为+6价,正电性更高,导致Se-O-H中的O的电子更向Se偏移,越易电离出H+(6);2、(2012海南高考19)19选修3物质结构与性质】(20分)19-I(6分)下列有关元素锗及其化合物的叙述中正确的是 A锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳B四氯化锗与四氯化碳分子都是四面体构型C二氧化锗与二氧化碳都是非极性的气体化合物 D锗和碳都存在具有原子晶体结构的单质解析A选项中锗是金属而碳是非金属元素,第一电离能当然低于碳;B选项中都应该是分子晶体,分子构型相同;C选项明显有错,金属的氧化物不可能为气体化合物答案BD19-
18、II(14分)铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝,广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题:(1)铜原子基态电子排布式为 ;(2)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361pm。又知铜的密度为9.00gcm-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);(3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物,这两种化合物都可用于催化乙炔聚合,其阴离子均为无限长链结构(如下图),a位置上Cl原子的杂化轨道类型为 。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3,另一种的化学
19、式为 ; (4)金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应,但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应,其原因是 ,反应的化学方应程式为 。【解析】(2)根据质量=体积密度,一个面心立方晶胞中含有4个原子,则一个晶胞中所含Cu的质量为463.6g/NA,从而求出NA。(3)Cu有+1、+2两种价,题中KCuCl3为+2价,则+1价的为K2CuCl3。(4)双氧水是一种氧化剂,而氨水提供配体,因此相当于二者相互促进,前者使之转化为铜离子,后者形成配合物。【答案】19.(14分)(1)1s22s22p63s23p63d104s1(2)4.7010-23 4.7010-23(3)sp3 K2CuCl3(4)
20、过氧化氢为氧化剂,氨与铜形成配离子,两者相互促进使反应进行。Cu+H2O2+4NH3=Cu(NH3)42-+2OH-3、(2012大纲版全国卷27) (15分)原子序数依次增大的短周期元素a、b、c、d和e中,a的最外层电子数为其周期数的二倍;b和d的A2B型氢化物均为V形分子,c的+1价离子比e的-1价离子少8个电子。回答下列问题:(1) 元素a为_;c为_(2) 由这些元素形成的双原子分子为_。(3) 由这些元素形成的三原子分子中,分子的空间结构属于直线形的是_,非直线形的是_。(写2种)(4) 这些元素的单质或由它们形成的AB型化合物中,其晶体类型属于原子晶体的是_,离子晶体的是_,金属
21、晶体的是_,分子晶体的是_(每空填一种)。(5) 元素a和b形成的一种化合物与c和b形成的一种化合物发生的反应常用于防毒面具中,该反应的化学方程式为_。【解题指南】解答本题时应掌握分子的构型、元素的推断、晶体的类型和有关化合物在生活中的应用等知识。【解析】原子序数依次增大的短周期元素a、b、c、d、e中,a的最外层电子数为其周期数的两倍,b和d的型氢化物均为V形分子,c的+1价离子比e的-1价离子少8个电子,可推出元素a为C、b为O、c为Na、d为S、e为Cl。由这些元素形成的双原子分子为CO、O2、Cl2;由这些元素形成的三原子分子中直线型的为CO2、CS2,非直线形的分子是:ClO2、SO
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