高考化学总复习一轮精品课件_《晶体结构》(1).ppt

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1、高三化学总复习,基本理论,晶 体 结 构,一、基础知识回顾,（一）晶体的概念及性质,晶体 决定晶体物理性质的因素是什么?,通过结晶得到的具有规则几何外形的固体叫晶体。 晶体中的微粒按一定的规则排列。 有固定的熔点 构成晶体微粒之间的结合力。 结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶体的硬度越大。,（二）微粒间的作用力,化学键：,分子间作用力,相邻原子之间强烈的相互作用。,（1）离子键,（2）共价键,（3）金属键,概念？,影响因素？,如何判断离子键的存在？,概念？,类型？,如何判断共价键的强弱？,影响因素？,概念？,影响因素？,如何认识分子间作用力和共价键？,分子间作用力（范德瓦耳斯力）,对于组成和结构

2、相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也就越高。,分子间作用力对物质性质的影响规律,氢 键,共价型分子中八电子稳定结构的判断,1、分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足最外层8电子稳定结构。,2、若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8，则该元素的原子满足8电子稳定结构；否则不满足。,（三）四种晶体的比较,离子晶体,1、离子间通过离子键结合而成的晶体。,2、离子晶体的特点,无单个分子存在；NaCl不表示分子式。 熔沸点较高，硬度较大，难压缩,但质地较脆. 水溶液或者熔融状态下均导电。,3、哪些物质属于离子晶体？,强碱、部分金属氧化物、大部分盐类。,分子晶体,1、分

3、子间通过分子间作用力结合成的晶体。,2、分子晶体的特点,3、哪些物质可以形成分子晶体？,卤素、氧气、等多数非金属单质、稀有气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、酸、多数有机物等。,原子晶体,1、原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体。,2、原子晶体的特点,3、哪些物质属于原子晶体,金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。,熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。,四种晶体的比较,（四）晶体类型的判断,从物质的分类上判断：,从性质上判断：,固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体； 固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨； 固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体。,高：原子晶体；

4、中：离子晶体；低：分子晶体,离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物； 分子晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外）及氧化物（ SiO2除外），所有的酸及非金属氢化物，大多数有机物等。 原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、SiO2、SiC、BN等 金属晶体：金属单质（液态Hg除外）及合金,熔沸点和硬度,物质的导电性,（五）晶体化学基础,每个晶体是由无数个晶胞连在一起形成的，故晶胞的结构反映了晶体的结构，所以对于某些晶体我们就可以通过研究晶胞结构来研究晶体结构。,晶胞,从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小部分。 （晶体中的最小重复单元）,简单立方,体心立方,面心立方,三种典型

5、立方晶体结构,二、晶体常见题型,（一）求晶体化学式的确定,C,例1（西安市竞赛题）右图所示晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、电光等功能的晶体材料的最小结构单元（晶胞）。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是（各元素所带电荷均已略去） (A)8；BaTi8O12 (B)8；BaTi4O9 (C) 6；BaTiO3 (D) 3；BaTi2O3,例2 1987年2月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物在90K下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如下图所示，则该化合物的化学式可能为（） A.YBa2CuO7-x B. YBa2Cu2O7-x C. YBa2Cu3O7-x D. YBa

6、2Cu4O7-x,计算晶胞中各原子数： Y：1 Ba：2 Cu：81/8 +81/4 = 3,C,此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的数目即可。,均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以下题型：,例1右图为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答： （1）一个NaCl晶胞中有 个Na，有个Cl。 （2）一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为a cm，求该温度下NaCl晶体的密度。 （3）若NaCl晶体的密度为g/cm3，则 NaCl晶体中Na与Na十之间的最短距离是多少？,81/861/24,112144,m/VnM/V58.5 4(NAa3),（二

7、）晶体密度、粒子间距离的计算,例2右图为NaCl晶胞结构,已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。测知FexO晶体的密度为5.71g/cm3，晶胞边长为4.281010m。 （1） FexO中的x值（精确至0.01）为； （2）晶体虽的Fen+分别为Fe2+和Fe3+， 在Fe2+和Fe3+的总数中， Fe2+所占分数 （用小数表示）为； （3）此晶体的化学式为； （4）与某个Fe2+或Fe3+距离最近且距离相等的O2离子围成的空间几何形状是； （5）在晶体中铁元素的离子间最短距离为 m。,0.92,0.826,正八面体,3.031010,Fe0.762+Fe0.163

8、+O,例3金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方，即在立方体的8个顶点上各有一个金原子，各个面的面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻的晶胞共用。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。 (1)金晶体中每个晶胞中含有个金原子； (2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定 。 (3)一个晶胞的体积是多少？ (4)金晶体的密度是多少？,4,在立方体各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切,（三）晶体中点、线、面的关系,例1 C60是碳单质家族中的新成员，已知每个碳原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方式计算C60分子中存在 _条CC单键；

9、_条C=C双键？,分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过4条共价键与其它原子成键。其成键方式图为：,由图可以看出：每个CC单键为2个碳原子所拥有，故每个碳原子占有21/2=1条CC单键，分子中共有160=60条CC单键；每个C=C双键为2个碳原子所拥有，故每个碳原子占有11/2=1/2条C=C双键，分子中共有1/260=30条C=C双键。,60,30,例2 石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成，则: (1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为 ; (2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是； （3）ng碳原子可构成个正六边形。,每个碳原子为三个正六边形共用，,每个正六边

10、形的碳原子数为61/3 = 2,2,又每个正六边形所占的CC键数为：61/2 = 3,碳原子数与碳一碳化学键之比是23,23,三、常见的几种晶体类型,几种重要晶体的微观结构分析,NaCl的晶体结构,（1）每个晶胞由 个小立方体组成（见右图）， 每个小立方体的 个顶点分上有 个Na+和 个Cl， 它们分别位于小立方体互不相邻的四个顶点上。 （2）每个晶胞中含有Na+数目为： 81/861/24，含有Cl数目为：1121/44，故每个晶胞中含有 4 个“NaCl”结构单元； （3）晶胞中每个离子都被 个异号离子包围（上、下、左、右、前、后），它们之间构成 的空间结构； （4）晶胞中每个离子周围距离

11、最近且等距离的同种离子有 个（12条棱的棱心） （5）设晶胞的边长为dcm，则晶胞中Na+和Cl的最近距离（即小立方体的边长）为 cm，则晶胞中同种离子的最近距离为 cm。,8,8,4,4,6,正八面体,12,d/2,d/2,连接正方体六个面的面心构成一个正八面体。,（1）晶胞为体心立方，每个立方体的8个顶点分 上有 个Cs+（或Cl），体心上有 个Cl（或Cs+） （2）每个晶胞中含有Cs数目为： ，含有Cl数目为： ，故每个晶胞中含有 个“CsCl”结构单元； （3）晶胞中每个离子都被 个异号离子包围（8个顶点），它们之间构成 的空间结构； （4）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离

12、子有 个，（上、下、左、右、前、后）它们之间构成 的空间结构； （5）设晶胞的边长为dcm，则晶胞中同种离子的最近距离为 cm，Cs+和Cl的最近距离（即立方体体对角线的一半）为 cm；,CsCl的晶体结构,8,1,81/8=1,1,1,8,立方体,6,正八面体,d,d/2,在每个CO2周围等距离且相距最近 的CO2共有 个。,在每个小立方体中平均分摊到的CO2 分子数为： 个,干冰晶体结构,12,(81/8 + 61/2) = 4,金刚石,在金刚石晶体中，碳原子构成的最小环为非平面(与环已烷碳环相似 键角为10928，每个碳与相邻 4 个碳构成正四面体、 其中 n (C) : n(CC) =

13、 1 : (4 1/2) = 1 : 2,每个碳原子被多少个六元环共用呢？,相邻两条CC键可构成 2 个六元环，它共有 C24这种相邻，故共被 2C24 = 12 个六元环共用。,同理，每条CC键被 2C13 = 6 个六元环共用。,金刚石晶胞实际上是由 8 个相邻的小立方体并置堆砌而成，黑体碳 位于相互错开排列的 4 个小立方体的重心，其余碳位于大立方体的 8 个顶点和 6 个面心。该晶体实际分摊到的碳原子数为 (4 + 6 1/2 + 8 1/8) = 8个。,设CC键长为 d 、晶胞边长为 a ，可列：,若令 A (0，0，0) 、，则B (1/4， 1/4 ，1/4) 、C (1，1，

14、1) ，,若令金刚石的密度为 b，可列：,将 b = 3.51g/cm3代入，解得 d = 1.5510-8 cm = 1.5510-10m,（1）金刚石由碳原子构成正四面体的单元。每个碳原子等距离紧邻其它个碳原子。键角为。金刚石中由共价键构成的最小环有6个碳原子，但6个碳原子不都在一个平面上。,（2）每个环平均拥有：个CC键，个C原子。 （3）晶体中每个C原子被个六元环所共有，每个C原子占有个CC键。,小结：,10928,4,1/2,1,12,2,石墨：,在石墨晶体中，碳原子构成的最小环为平面型六元环(与苯环相似) 键角为120，每个碳原子与相邻 3 个碳原子构成正三角形， 其中 n (C)

15、 : n(CC) = 1 : (31/2) = 2 : 3，每个碳原子被 3 个六元 环共用，每个CC键被 2 个六元环共用。,将a = 1.4210-10m = 1.4210-8cm， h = 3.35 10-8cm 代入上式解得,密度 = 2.27g/cm3,3. 二氧化硅晶体,可以这样去理解SiO2的结构，即在晶体硅中的SiSi键间插入1 个O 晶体中存在SiO4 四面体及OSiO折线，OSiO = 10918，,晶体中最小环为十二元环，由6个Si 和6个O 构成。每个Si 被 2C24 = 12个十二元环共用，每个O 被 2C13 = 6个十二元环共用。,4. 晶体硅：,晶体硅的结构与

16、金刚石相似，只不过键长不同。由于晶体硅的密度 为2.32g/cm32.34g/cm3(取2.33g/cm3) ，计算方法同金刚石，可求出 SiSi键键长为2.3510-8cm,6. C60等,C60分子中含有12 个五边形，20 个六边形 存在以下关系：,(1)点(碳原子数)与线(棱边数即化学键)的关系,要素：三线共一点，两点连一线,规律：每个点管辖 31/2 = 1.5条线,(2)点与面(五边形和六边形)的关系：,要素：五边形五点，六边形六点，每点连三面。,规律：一个五边形含碳原子数为 51/3 = 5/3 (每个碳原子只占1/3) 一个六边形含碳原子数为 61/3 = 2,(3)线与面的关系：,要素：五边形五线，六边形六线，两面共一线。,规律：每个六边形拥有61/2=3条线，五边形拥有51/2=2.5条线,(4)欧拉定律：,顶点数 + 面数 棱边数 = 2,C60中共有棱边数(化学键) ：122.5 + 203 = 90 或 60 + 12 + 20 2 = 90,求C70中含有五边形和六边形的数目,设六边形为X个，五边形为Y个，可列出如下方程：,根据点与面的关系：,根据欧拉定律和点与线的关系：,70 + X + Y 701.5 = 2,解得：X = 25 Y = 12,2X + 5/3Y = 70 或 1.570 = 3X + 2.5Y,