高考化学一轮复习 物质结构与性质 第三节 晶体的结构与性质课件 新人教选修3.ppt
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1、1.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结结构微粒、微粒构微粒、微粒间间作用力的区作用力的区别别。2了解原子晶体的特征,能描述金了解原子晶体的特征,能描述金刚刚石、二氧化硅等原子晶体的石、二氧化硅等原子晶体的结结构与性构与性质质的关系。的关系。3理解金属理解金属键键的含的含义义,能用金属,能用金属键键理理论论解解释释金属的一些物理性金属的一些物理性质质。第三节第三节 晶体的结构与性质晶体的结构与性质2021/8/11 星期三1分分类类是否有自范性是否有自范性微微观结观结构构晶体晶体有有原子在三原子在三维维空空间间里呈里呈 排列排列非晶体非晶体
2、没有没有原子排列相原子排列相对对 1晶体与非晶体晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别周期性有序周期性有序无序无序2021/8/11 星期三2(2)得到晶体的途径得到晶体的途径 。(3)晶体的特点晶体的特点外形和内部外形和内部质质点排列的点排列的 性。性。晶体的晶体的许许多物理性多物理性质质如如强强度表度表现现出出 性。性。晶体具有晶体具有 性,即晶体能自性,即晶体能自发发地呈地呈现现 的性的性质质。熔融态物质凝固熔融态物质凝固气态物质凝华气态物质凝华溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出高度有序高度有序各向异各向异自范自范几何多面体几何多面体2021/8/11 星期三3(4)区区
3、别别晶体和非晶体的方法晶体和非晶体的方法熔点法:熔点法:的熔点的熔点较较固定,而固定,而 没有固定的熔点。没有固定的熔点。:当:当单单一波一波长长的的X射射线线通通过过晶体晶体时时,会在,会在记录仪记录仪上看到上看到 ,而非晶体,而非晶体则则没有。没有。2晶胞晶胞(1)概概念念描述晶体描述晶体结结构的构的 。晶体晶体非晶体非晶体X射线衍射法射线衍射法分立的斑点或谱线分立的斑点或谱线基本单元基本单元2021/8/11 星期三4(2)晶体中晶胞的排列晶体中晶胞的排列无隙并置无隙并置无隙:相无隙:相邻邻晶胞之晶胞之间间没有没有 。并置:所有晶胞并置:所有晶胞 排列、排列、相同。相同。延伸:延伸:1.
4、晶晶胞是晶体中最小的胞是晶体中最小的结结构重复构重复单单元。元。2晶胞一定是一个平行六面体,其三条晶胞一定是一个平行六面体,其三条边边的的长长度不一定相等,也不一定互相度不一定相等,也不一定互相 垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结结构所决定,晶胞不能是八面体或构所决定,晶胞不能是八面体或 六方柱体等其他形状。六方柱体等其他形状。任何间隙任何间隙平行平行取向取向2021/8/11 星期三53整整个个晶晶体体就就是是晶晶胞胞按按其其周周期期性性在在三三维维空空间间重重复复排排列列而而成成的的。这这种种排排列列必必须须是是晶晶胞胞的的并并置置堆堆砌砌。所所谓谓并并
5、置置堆堆砌砌是是指指平平行行六六面面体体之之间间没没有有任任何何空空隙隙,同同时时相相邻邻的的八个平行六面体均能共八个平行六面体均能共顶顶点相点相连连接。接。同一晶体所划出来的同同一晶体所划出来的同类类晶胞大小和形状完全相同。晶胞大小和形状完全相同。2021/8/11 星期三61分子晶体分子晶体(1)结构特点结构特点晶体中只含晶体中只含 。分子间作用力为分子间作用力为 ,也可能有,也可能有 。分子密堆积:一个分子周围通常有分子密堆积:一个分子周围通常有 个紧邻的小分子。个紧邻的小分子。(2)典型的分子晶体典型的分子晶体冰冰水分子之间的主要作用力是水分子之间的主要作用力是 ,也存在,也存在 ,每
6、个水分子周围只有,每个水分子周围只有 个紧邻的水分子。个紧邻的水分子。分子分子范德华力范德华力氢键氢键12氢键氢键范德华力范德华力42021/8/11 星期三7干冰干冰CO2分子之分子之间间存在存在 ,每个,每个CO2分子周分子周围围有有 个个紧邻紧邻的的CO2分子。分子。2.原子晶体原子晶体(1)结结构特点构特点晶体中只含原子。晶体中只含原子。原子原子间间均以均以 结结合。合。结结构。构。范德华力范德华力12共价键共价键三维空间网状三维空间网状2021/8/11 星期三8(2)典型的原子晶体典型的原子晶体金金刚刚石石碳原子取碳原子取 杂杂化化轨轨道形成共价道形成共价键键,碳碳,碳碳键键之之间
7、夹间夹角角为为 。每个碳原子与相每个碳原子与相邻邻的的 个碳原子个碳原子结结合。合。sp31092842021/8/11 星期三9晶体晶体类类型型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体概念概念相相邻邻原子原子间间以共价以共价键键相相结结合而形成空合而形成空间间网状网状结结构的晶体构的晶体分子分子间间以分子以分子间间作用力相作用力相结结合合的晶体的晶体组组成微粒成微粒原子原子分子分子微粒微粒间间作用力作用力共价共价键键分子分子间间作用力作用力熔、沸点熔、沸点很高很高较较低低硬度硬度很大很大较较小小溶解性溶解性不易溶于任何中性溶不易溶于任何中性溶剂剂部分溶于水部分溶于水导电导电性性不不导电导电,个,个别
8、为别为半半导导体体不不导电导电,部分溶于水,部分溶于水导电导电 熔化熔化时时破坏破坏的作用力的作用力破坏共价破坏共价键键 一定破坏分子一定破坏分子间间作用力作用力(有有的的还还破坏破坏氢键氢键,如冰熔化;,如冰熔化;S8熔化熔化时还时还破坏共价破坏共价键键)实实例例金金刚刚石石干冰干冰结结构特点构特点 其最小的其最小的C原子原子环环中有中有6个个C原子,原子,CC键夹键夹角角为为10928CO2晶体中存在晶体中存在CO2分子分子升华:原子晶体与分子晶体比较升华:原子晶体与分子晶体比较2021/8/11 星期三101金属键金属键(1)“电子气理论电子气理论”要点要点该该理理论论把把金金属属键键描
9、描述述为为金金属属原原子子脱脱落落下下来来的的 形形成成遍遍布布 的的“电电子子气气”,被,被 所共用,从而把所共用,从而把 维系在一起。维系在一起。金属晶体是由金属晶体是由 、通过通过 形成的一种形成的一种“巨分子巨分子”。金属键的强度金属键的强度 。价电子价电子整块晶体整块晶体所有原子所有原子所有的金属原子所有的金属原子金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子金属键金属键差别很大差别很大2021/8/11 星期三11金属晶体金属晶体结结构微粒构微粒作用力作用力名称名称导电导电性性导热导热性性延展性延展性金属阳离子金属阳离子自由自由电电子子金属金属键键 自由自由电电子在子在电场电场中作中作 形成
10、形成电电流流 电电子气中的自子气中的自由由电电子在子在 的作的作用下与金属原子用下与金属原子 而而导热导热 当金属受到外力当金属受到外力作用作用时时,金属晶体,金属晶体中的各原子中的各原子层层就会就会 ,但不会改,但不会改变变其其 ,而弥漫在金属原子而弥漫在金属原子间间的的电电子气可以起子气可以起到到类类似似轴轴承中承中滚滚珠珠之之间间 的作用的作用(2)金属晶体的构成、通性及其解释金属晶体的构成、通性及其解释定向运动定向运动频繁碰撞频繁碰撞相对滑动相对滑动体系的排列方式体系的排列方式 润滑剂润滑剂热热2021/8/11 星期三122.金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型(1)二二维维
11、空空间间模型模型非密置非密置层层,配位数,配位数为为 。密置密置层层,配位数,配位数为为 。(2)三三维维空空间间模型模型简单简单立方堆立方堆积积相相邻邻非非密密置置层层原原子子的的原原子子核核在在同同一一直直线线上上,配配位位数数为为 。只只有有 采采取取这这种种堆堆积积方式。方式。466Po2021/8/11 星期三13钾钾型型将将非非密密置置层层上上层层金金属属原原子子填填入入下下层层的的金金属属原原子子形形成成的的 中中,每每层层都都照照此此堆堆积积。如如 、等是等是这这种堆种堆积积方式,配位数方式,配位数为为 。镁镁型和型和铜铜型型密置密置层层的原子按的原子按 型堆型堆积积方式堆方式
12、堆积积。若按。若按 的方式堆的方式堆积为积为 型,型,按按 的的方方式式堆堆积积为为 型型。这这两两种种堆堆积积方方式式都都是是金金属属晶晶体体的的 ,配位数均,配位数均为为12,空,空间间利用。利用。凹穴凹穴NaKFe钾钾ABABAB镁镁ABCABCABC铜铜最密堆积最密堆积82021/8/11 星期三14思考:思考:若若某物某物质质中有阳离子,一定有阴离子中有阳离子,一定有阴离子吗吗?提提示示:在在金金属属晶晶体体中中,只只存存在在金金属属离离子子和和自自由由电电子子,不不存存在在金金属属中中性性原原子子和和阴阴离离子。子。在金属晶体中:在金属晶体中:(1)含金属阳离子的晶体中不一定含阴离
13、子。含金属阳离子的晶体中不一定含阴离子。(2)含阳离子的晶体中不一定含有离子键。含阳离子的晶体中不一定含有离子键。2021/8/11 星期三151离子晶体离子晶体(1)概概念念离离子子键键:间间通通过过 (指指 和和 的的平平衡衡)形形成成的化学的化学键键。离子晶体:由离子晶体:由 和和 通通过过 结结合而成的晶体合而成的晶体。(2)决定离子晶体决定离子晶体结结构的因素构的因素几何因素几何因素:。电电荷因素:即正荷因素:即正负负离子离子 。键键性因素:离子性因素:离子键键的的 。阴、阳离子阴、阳离子静电作用静电作用相互排斥相互排斥相互吸引相互吸引阳离子阳离子阴离子阴离子离子键离子键即晶体中阴阳
14、离子的半径比决定晶体结构即晶体中阴阳离子的半径比决定晶体结构电荷不同,配位数必然不同电荷不同,配位数必然不同纯粹程度纯粹程度(3)一般物理性质一般物理性质一般地说,离子晶体具有较高的一般地说,离子晶体具有较高的 点和点和 点,较大的点,较大的 、难于、难于 。这。这 些些性质都是因为离子晶体中存在着性质都是因为离子晶体中存在着 。若要破坏这种作用需。若要破坏这种作用需要要 。沸沸硬度硬度压缩压缩较强的离子键较强的离子键较多的能量较多的能量熔熔2021/8/11 星期三16 2晶格能晶格能(1)定定义义 形成形成1摩摩尔尔离子晶体离子晶体 的能量。的能量。单单位位 ,通常取,通常取 值值。(2)
15、大小及与其他量的关系大小及与其他量的关系晶格能是最能反映离子晶体晶格能是最能反映离子晶体 的数据。的数据。在离子晶体中,离子半径越在离子晶体中,离子半径越 ,离子所,离子所带电带电荷数越荷数越 ,则则晶格能越大。晶格能越大。气态离子气态离子释放释放kJmol1正正稳定性稳定性小小大大2021/8/11 星期三17晶格能越大,阴、阳离子晶格能越大,阴、阳离子间间的离子的离子键键就越就越 ,形成的离子晶体就越,形成的离子晶体就越稳稳定,定,而且熔点而且熔点 ,硬度,硬度 。延伸:几种典型离子晶体的结构模型延伸:几种典型离子晶体的结构模型 (1)NaCl晶体晶体结结构模型构模型(右右图图):配位数:
16、配位数为为6。在在NaCl晶体中每个晶体中每个Na同同时时吸引着吸引着6个个Cl,每个每个Cl也同也同时时吸引着吸引着6个个Na。每个每个Na周周围围与它最近等距的与它最近等距的Na有有12个,个,每个每个Na周周围围与它最近等距的与它最近等距的Cl有有6个。个。强强大大高高2021/8/11 星期三18(2)CsCl晶体晶体结结构模型构模型(右右图图):配位数:配位数为为8。在在CsCl晶体中每个晶体中每个Cs同同时时吸引着吸引着8个个Cl,每个,每个Cl也同也同时时吸引着吸引着8个个Cs。每个每个Cs与与6个个Cs等距离相等距离相邻邻,每个,每个Cs与与8个个Cl等距离相等距离相邻邻。Cs
17、Cl的晶体结构模型的晶体结构模型2021/8/11 星期三19(3)ZnS晶体晶体结结构模型与构模型与(下下图图):配位数:配位数为为4。ZnS型晶体结构型晶体结构ZnS型型晶晶体体结结构构中中,阴阴离离子子和和阳阳离离子子的的排排列列类类似似NaCl型型,但但相相互互穿穿插插的的位位置置不不同同,使使阴阴、阳阳离离子子的的配配位位数数不不是是6,而而是是4。常常见见的的ZnS型型离离子子晶晶体体有有硫硫化化锌锌、碘碘化化银银、氧化氧化铍铍的晶体等。的晶体等。2021/8/11 星期三20晶体晶体类类型型金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体定定义义 金属原子通金属原
18、子通过过金属金属键键形成的形成的晶体晶体阴、阳离子通阴、阳离子通过过离子离子键键形成的晶形成的晶体体 分子分子间间通通过过分分子子间间作用力形作用力形成的晶体成的晶体相相邻邻原子原子间间通通过过共共价价键结键结合而形成的合而形成的立体网状立体网状结结构的晶构的晶体体基本微粒基本微粒金属阳离子、金属阳离子、电电子子阴离子、阳离子阴离子、阳离子分子分子原子原子物物质类别质类别金属金属单质单质(合金合金)离子化合物离子化合物多数的非金属多数的非金属单质单质和共价化和共价化合物合物 金金刚刚石、碳化硅石、碳化硅(SiC)、晶体硅、二、晶体硅、二氧化硅等少数的非氧化硅等少数的非金属金属单质单质和共价化和
19、共价化合物合物2021/8/11 星期三21物理性物理性质质硬度和密度硬度和密度较较大,大,熔、沸点熔、沸点较较高,高,有延展性,有光有延展性,有光泽泽硬度和密度硬度和密度较较大,熔、沸点大,熔、沸点较较高高硬度和密度硬度和密度较较小,小,熔、沸点低熔、沸点低硬度和密度大,硬度和密度大,熔、沸点高熔、沸点高决定熔、决定熔、沸点高低沸点高低的因素的因素金属金属键键强强弱弱离子离子键键强强弱弱(或或晶格能大小晶格能大小)范德范德华华力力(或或氢键氢键)的的强强弱弱共价共价键键的的强强弱弱导电导电性性固固态态就可就可导电导电熔融或溶于水熔融或溶于水能能导电导电某些溶于水能某些溶于水能导电导电一般不一
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