人教版高中化学 第三章 晶体结构与性质课件 新人教选修3.ppt
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1、 晶体结构与性质晶体结构与性质2021/8/9 星期一1轻松学教材轻松学教材2021/8/9 星期一2一一 晶体的常识晶体的常识1.晶体与非晶体晶体与非晶体(1)晶体晶体结构特征结构特征:原子在三维空间里呈周期性有序排列原子在三维空间里呈周期性有序排列 性质特征性质特征:有自范性有自范性 固定熔点固定熔点 对称性对称性 各向异性各向异性(2)非晶体非晶体结构特征结构特征:原子无序排列原子无序排列 性质特征性质特征:没有自范性没有自范性 固定熔点固定熔点 对称性对称性 各向异性各向异性 2021/8/9 星期一32.晶胞晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元晶胞是描述晶体结构的基本单元 晶胞在晶体中的
2、排列呈晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置无隙并置”2021/8/9 星期一4二二 几种典型的晶体模型几种典型的晶体模型1.原子晶体原子晶体(金刚石和二氧化硅金刚石和二氧化硅)2021/8/9 星期一5金刚石键角为金刚石键角为10928,每个最小的环上有每个最小的环上有6个碳原子个碳原子 SiO2(正正四面体四面体,OSi键角键角)为为10928,每个最小的环上有每个最小的环上有12个原子个原子,其中有其中有6个个Si和和6个个O 2021/8/9 星期一62.分子晶体分子晶体(干冰干冰)每个每个CO2分子周围等距紧邻的分子周围等距紧邻的CO2分子有分子有12个个 2021/8/9 星期一73.离子
3、晶体离子晶体(1)NaCl型型在晶体中在晶体中,每个每个Na+同时吸引同时吸引6个个Cl-,每个每个Cl-同时吸引同时吸引6个个Na+,配位数为配位数为6 每个晶胞含每个晶胞含4个个Na+和和4个个Cl-2021/8/9 星期一8(2)CsCl型型在晶体中在晶体中,每个每个Cl-吸引吸引8个个Cs+,每个每个Cs+吸引吸引8个个Cl-,配位数为配位数为8 2021/8/9 星期一9(3)晶格能晶格能定义定义:气态离子形成气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量离子晶体释放的能量,单位单位kJmol-1,通常取正值通常取正值 影响因素影响因素a.离子所带电荷离子所带电荷:离子所带电荷越多离子所带
4、电荷越多,晶格能越大晶格能越大 b.离子的半径离子的半径:离子的半径越小离子的半径越小,晶格能越大晶格能越大 与离子晶体性质的关系与离子晶体性质的关系晶格能越大晶格能越大,形成的离子晶体越稳定形成的离子晶体越稳定,且熔点越高且熔点越高,硬度越大硬度越大 2021/8/9 星期一104.金属晶体金属晶体(1)金属键金属键电子气理论电子气理论金属阳离子与自由电子间的相互作用金属阳离子与自由电子间的相互作用 2021/8/9 星期一11(2)金属晶体的几种典型堆积模型金属晶体的几种典型堆积模型2021/8/9 星期一122021/8/9 星期一13三三 晶体的基本类型和性质比较晶体的基本类型和性质比
5、较2021/8/9 星期一142021/8/9 星期一152021/8/9 星期一162021/8/9 星期一172021/8/9 星期一18体验热身体验热身2021/8/9 星期一191.下列有关晶体的叙述下列有关晶体的叙述,错误的是错误的是()A.离子晶体在熔化时离子晶体在熔化时,离子键被破坏离子键被破坏,而分子晶体熔化时化学而分子晶体熔化时化学键不被破坏键不被破坏B.白磷晶体中白磷晶体中,结构微粒之间通过共价键结合结构微粒之间通过共价键结合C.石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体间网状结构的晶体D.分子晶体的
6、熔点最低分子晶体的熔点最低答案答案:BD2021/8/9 星期一20解析解析:离子晶体是通过离子键将阴离子晶体是通过离子键将阴 阳离子结合在一起的阳离子结合在一起的,所以所以熔化时熔化时,离子键被破坏离子键被破坏;而分子晶体是通过范德华力将分子结而分子晶体是通过范德华力将分子结合在一起的合在一起的,所以熔化时所以熔化时,分子内部的化学键未发生变化分子内部的化学键未发生变化,破坏破坏的只是范德华力的只是范德华力,则则A正确正确 白磷晶体属于分子晶体白磷晶体属于分子晶体,在在P4内部内部存在共价键存在共价键,而结构微粒而结构微粒(P4)之间是通过范德华力结合的之间是通过范德华力结合的,则则B错误错
7、误 石英晶体石英晶体(SiO2)是原子晶体是原子晶体,则则C正确正确 分子晶体分子晶体S P等等的熔点高于金属汞的熔点的熔点高于金属汞的熔点,所以所以D错错 2021/8/9 星期一212.下列物质发生变化时下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属于同种类所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是型的是()A.液溴和苯分别受热变为气体液溴和苯分别受热变为气体B.干冰和氯化铵分别受热变为气体干冰和氯化铵分别受热变为气体C.二氧化硅和铁分别受热熔化二氧化硅和铁分别受热熔化D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中食盐和葡萄糖分别溶解在水中答案答案:A解析解析:晶体类型相同晶体类型相同,克服粒子间作用力相同克服
8、粒子间作用力相同 2021/8/9 星期一223.用烧热的钢针去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面用烧热的钢针去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面,熔熔化了的石蜡呈椭圆形化了的石蜡呈椭圆形,这是因为这是因为()A.云母是热的不良导体云母是热的不良导体,传热不均匀传热不均匀B.石蜡是热的不良导体石蜡是热的不良导体,传热不均匀传热不均匀C.石蜡具有各向异性石蜡具有各向异性,不同方向导热性能不同不同方向导热性能不同D.云母具有各向异性云母具有各向异性,不同方向导热性能不同不同方向导热性能不同答案答案:D2021/8/9 星期一23解析解析:据题目叙述据题目叙述,可知云母具有各向异性可知云母具有各向异
9、性,不同方向导热性不不同方向导热性不同同,使石蜡熔化成椭圆形使石蜡熔化成椭圆形 2021/8/9 星期一244.如图所示是某原子晶体如图所示是某原子晶体A空间结构中的一个单元空间结构中的一个单元,A与某物与某物质质B反应生成反应生成C,其实质是每个其实质是每个AA键中插入一个键中插入一个B原子原子,则则C物质的化学式为物质的化学式为()2021/8/9 星期一25A.AB B.A5B4C.AB2D.A2B5答案答案:C2021/8/9 星期一26解析解析:据题意可知一个据题意可知一个A原子结合原子结合4个个B原子原子,而一个而一个B原子结合原子结合2个个A原子原子,则则A B原子个数比为原子个
10、数比为1 2,C的化学式为的化学式为AB2(本题亦本题亦可从可从SiO2的形成思考的形成思考:图中图中A为为Si原子原子,插入的插入的B原子为氧原子为氧,可得可得SiO2晶体晶体,则则C的化学式为的化学式为AB2)需注意需注意:此图是某原子晶体空此图是某原子晶体空间结构中的一个单元间结构中的一个单元 2021/8/9 星期一275.下列组合中下列组合中,晶胞的排列一致的是晶胞的排列一致的是()A.ZnS NaClB.Cu MgC.NaCl KClD.CsCl MgO答案答案:C解析解析:A中中ZnS与与NaCl显然不一致显然不一致;B中中Cu属属A1型型,Mg属属A3型型;D中中MgO属属Na
11、Cl型型;只有只有C中两物质一致中两物质一致 2021/8/9 星期一286.有下列八种晶体有下列八种晶体:A.水晶水晶 B.冰醋酸冰醋酸 C.氧化镁氧化镁 D.白磷白磷 E.晶体氩晶体氩 F.氯化铵氯化铵 G.铝铝 H.金刚石金刚石2021/8/9 星期一29用序号回答下列问题用序号回答下列问题:(1)属于原子晶体的化合物是属于原子晶体的化合物是_ 直接由原子构成的直接由原子构成的晶体是晶体是_,直接由原子构成的分子晶体是直接由原子构成的分子晶体是_(2)由极性分子构成的晶体是由极性分子构成的晶体是_,含有共价键的离子含有共价键的离子晶体是晶体是_,属于分子晶体的单质是属于分子晶体的单质是_
12、(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_,受热熔化后化学键不发生变化的是受热熔化后化学键不发生变化的是_,需克服共价需克服共价键的是键的是_ AAEHBFDEGBDEAH2021/8/9 星期一30解析解析:首先正确地判断晶体类型首先正确地判断晶体类型,其次注意题目的附加要求其次注意题目的附加要求,如如属于原子晶体的化合物属于原子晶体的化合物,另外稀有气体为单原子分子另外稀有气体为单原子分子,金属晶金属晶体导电时仅是自由电子在外加电场作用下发生定向移动体导电时仅是自由电子在外加电场作用下发生定向移动,属物属物理变化理变化 2021/8/9 星期一31
13、重点探究重点探究晶胞中微粒数目的计算晶胞中微粒数目的计算计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法 均摊法是指每个均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目晶胞平均拥有的粒子数目 如某个粒子为如某个粒子为n个晶胞所共有个晶胞所共有,则该则该粒子有粒子有 属于这个晶胞属于这个晶胞 2021/8/9 星期一32(1)长方体长方体(或正方体或正方体)晶胞中不同位置的粒子的计算晶胞中不同位置的粒子的计算处于顶点的粒子处于顶点的粒子,同时为同时为8个晶胞所共有个晶胞所共有,每个粒子有每个粒子有 属于属于该晶胞该晶胞;处于棱上的粒子处于棱上的粒子,同时为同时为4个晶胞所共有个晶胞所
14、共有,每个粒子有每个粒子有 属于属于该晶胞该晶胞;处于面上的粒子处于面上的粒子,同时为同时为2个晶胞所共有个晶胞所共有,每个粒子有每个粒子有 属于属于该晶胞该晶胞;处于晶胞内部的粒子处于晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞则完全属于该晶胞 2021/8/9 星期一33(2)非长方体非长方体(或正方体或正方体)晶胞中粒子视具体情况而定晶胞中粒子视具体情况而定,如石墨晶如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点其顶点(1个碳原子个碳原子)被三个六被三个六边形共有边形共有,每个六边形占每个六边形占1/3 特别提醒特别提醒:在晶胞中微粒个数的计算过程中在晶胞中微粒个数的计算过程中
15、,不要形成思维定不要形成思维定势势,任何形状的晶胞均使用上述计算方法任何形状的晶胞均使用上述计算方法 不同形状的晶胞不同形状的晶胞,应应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用,如六棱柱晶如六棱柱晶胞中胞中,顶点顶点 侧棱侧棱 底面上的棱底面上的棱 面心上的粒子依次被面心上的粒子依次被6 3 4 2个晶胞共用个晶胞共用.2021/8/9 星期一34晶体熔晶体熔 沸点高低的比较沸点高低的比较1.不同类型晶体的熔不同类型晶体的熔 沸点高低的一般规律沸点高低的一般规律原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体 金属晶体的熔金属晶体的熔 沸点差别很大沸点差
16、别很大,如钨如钨 铂等沸点很高铂等沸点很高,如汞如汞 镓镓 铯等沸点很低铯等沸点很低 2.原子晶体原子晶体由共价键形成的原子晶体中由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短原子半径小的键长短,键能大键能大,晶晶体的熔体的熔 沸点高沸点高 如熔点如熔点:金刚石金刚石石英石英碳化硅碳化硅硅硅 2021/8/9 星期一353.离子晶体离子晶体一般地说一般地说,阴阳离子的电荷数越多阴阳离子的电荷数越多,离子半径越小离子半径越小,则离子间的则离子间的作用就越强作用就越强,其离子晶体的熔其离子晶体的熔 沸点就越高沸点就越高,如熔点如熔点:MgOMgCl2NaClCsCl 2021/8/9 星期一364.
17、分子晶体分子晶体(1)分子间作用力越大分子间作用力越大,物质的熔物质的熔 沸点越高沸点越高;具有分子间氢键的具有分子间氢键的分子晶体分子晶体,熔熔 沸点反常地高沸点反常地高 如如H2OH2TeH2SeH2S(2)组成和结构相似的分子晶体组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大相对分子质量越大,熔熔 沸点越沸点越高高,如如SnH4GeH4SiH4CH4 2021/8/9 星期一37(3)组成和结构不相似的物质组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近相对分子质量接近),分子的极性分子的极性越大越大,其熔其熔 沸点越高沸点越高,如如CON2,CH3OHCH3CH3(4)同分异构体同分异构体,支链越
18、多支链越多,熔熔 沸点越低沸点越低 2021/8/9 星期一385.金属晶体金属晶体金属离子半径越小金属离子半径越小,离子的电荷数越多离子的电荷数越多,其金属键越强其金属键越强,金属熔金属熔 沸点就越高沸点就越高,如熔如熔 沸点沸点:NaMg金刚石金刚石NaClCsCl干冰干冰2021/8/9 星期一49解析解析:根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质 NaCl晶体是简单立方单元晶体是简单立方单元,每个每个Na+与与6个个Cl-紧邻紧邻,每个每个Cl-又又与与6个个Na+紧邻紧邻,但观察与但观察与Na+距离最近且等距离的距离最近且等距离
19、的Na+数目时数目时要抛开要抛开Cl-,从空间结构上看是从空间结构上看是12个个Na+CsCl晶体由晶体由Cs+Cl-构成立方结构构成立方结构,但但Cs+组成立方体的中心有组成立方体的中心有1个个Cl-,Cl-组成的立组成的立方体中心又镶入方体中心又镶入1个个Cs+,可称为可称为“体心立方体心立方”结构结构 2021/8/9 星期一50Cl-紧邻紧邻8个个Cs+,Cs+紧邻紧邻8个个Cl-干冰也是立方体结构干冰也是立方体结构,但在立但在立方体每个正方形面的中央都有一个方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子分子 每个每个CO2分子紧分子紧邻邻12个个CO2分子分子 金刚石的基本单元是正四面体形
20、金刚石的基本单元是正四面体形 每个碳原每个碳原子紧邻子紧邻4个其他碳原子个其他碳原子 石墨的片层由正六边形结构组成石墨的片层由正六边形结构组成,每个每个碳原子紧邻另外碳原子紧邻另外3个碳原子个碳原子,每个碳原子为三个六边形共用每个碳原子为三个六边形共用,即即每个六边形占有每个六边形占有1个碳原子的个碳原子的1/3,所以大的结构中每个六边形所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是占有的碳原子数是6=2个个 晶体熔点通常由粒子间作用力而定晶体熔点通常由粒子间作用力而定 原子晶体中原子间共价原子晶体中原子间共价键牢固键牢固,熔点很高熔点很高 分子晶体的分子间作用力较弱分子晶体的分子间作用力较弱,熔沸
21、点较低熔沸点较低 2021/8/9 星期一51聚焦聚焦4 关于晶体的计算关于晶体的计算【例例4】某离子晶体晶胞的结构如图所示某离子晶体晶胞的结构如图所示,X位于立方体顶点位于立方体顶点,Y位于立方体中心位于立方体中心 试分析试分析:2021/8/9 星期一52(1)晶体中每个晶体中每个Y同时吸引着同时吸引着_个个X,每个每个X同时吸引着同时吸引着_个个Y,该晶体的化学式为该晶体的化学式为_(2)晶体中每个晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的周围与它最接近且距离相等的X共有共有_个个 48XY2122021/8/9 星期一53(3)晶体中距离最近的晶体中距离最近的2个个X与与1个个Y形成的夹角
22、形成的夹角XYX是是_(4)设该晶体的摩尔质量为设该晶体的摩尔质量为M gmol-1,晶体密度为晶体密度为 gcm-3,阿阿伏加德罗常数的值为伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的则晶体中两个距离最近的X中心中心距离为距离为_cm 109282021/8/9 星期一54解析解析:(1)同时吸引的原子个数即指在某原子周围距离最近且同时吸引的原子个数即指在某原子周围距离最近且相等的其他种类的原子个数相等的其他种类的原子个数,观察上图可知观察上图可知,Y位于立方体的体位于立方体的体心心,X位于立方体的顶点位于立方体的顶点,每个每个Y同时吸引着同时吸引着4个个X,而每个而每个X同时同时被被8个
23、立方体共用个立方体共用,每个立方体的体心都有每个立方体的体心都有1个个Y,所以每个所以每个X同同时吸引着时吸引着8个个Y,晶体的化学式应为阴晶体的化学式应为阴 阳离子的个数比阳离子的个数比,X Y的的个数比为个数比为4 8,所以化学式为所以化学式为XY2 2021/8/9 星期一55(2)晶体中每个晶体中每个X和与它最接近的和与它最接近的X之间的距离应为右图所示之间的距离应为右图所示立方体的面对角线立方体的面对角线,在此在此X的上层的上层 下层和同一层下层和同一层,每层均有每层均有4个个X,共有共有12个个(3)若将若将4个个X连接连接,构成构成1个正四面体个正四面体,Y位于正四面体的中心位于
24、正四面体的中心,可联系可联系CH4的键角的键角,知知XYX=10928 2021/8/9 星期一562021/8/9 星期一57方法归纳方法归纳:确定晶胞中粒子数目确定晶胞中粒子数目,首先看给出的图形是否为晶首先看给出的图形是否为晶体的晶胞体的晶胞,若是晶体的晶胞若是晶体的晶胞,再分析若某个粒子为再分析若某个粒子为n个晶胞共有个晶胞共有,则该粒子有则该粒子有属于该晶胞属于该晶胞;若不是晶体的晶胞若不是晶体的晶胞,则按实际结构则按实际结构找相应粒子的数目找相应粒子的数目 2021/8/9 星期一58高效作业高效作业1.下列性质适合于分子晶体的是下列性质适合于分子晶体的是()A.熔点熔点1 070
25、,易溶于水易溶于水,水溶液能导电水溶液能导电B.熔点熔点10.31,液态不导电液态不导电,水溶液能导电水溶液能导电C.能溶于能溶于CS2,熔点熔点112.8,沸点沸点444.6 D.熔点熔点97.81,质软质软,导电导电,密度密度0.97 gcm-32021/8/9 星期一59答案答案:BC解析解析:分子晶体分子晶体,熔点低熔点低,液态不导电液态不导电,易溶于溶剂易溶于溶剂(相似相溶相似相溶)2021/8/9 星期一602.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具有这是它具有许多特殊性质的原因许多特殊性质的原因 假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与
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