高考晶体结构与性质专题复习.ppt

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1、晶体结构与性质专题晶体结构与性质专题2013年高考化学一轮复习年高考化学一轮复习（1）了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属）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。晶体的结构微粒，微粒间作用力的区别。（2）了解）了解NaCl型和型和CsCl型离子晶体的结构特征，型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。（3）了解原子晶体的特征，能描述金刚石，二氧）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。化硅等原子晶体的结构与性质的关系。（4）知道金属晶体的基本堆积方式，了解常

2、见金）知道金属晶体的基本堆积方式，了解常见金属晶体的晶胞结构特征属晶体的晶胞结构特征（5）知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的）知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。大小对物质某些物理性质的影响。（6）能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计）能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。算。考纲要求考纲要求 自范性自范性微观结构微观结构晶体晶体有有(能能自发自发呈现多面体外呈现多面体外形形)原子在三维空间里原子在三维空间里呈周期性有序排列呈周期性有序排列非晶体非晶体没有没有(不能自发呈现多面不能自发呈现多面体外形体外形)原子排列相对无序原子排列相对无序一、有关晶体基

3、础知识一、有关晶体基础知识1.晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别2.晶体的特性晶体的特性有规则的几何外形有规则的几何外形有固定的熔沸点有固定的熔沸点物理性质物理性质(强度、导热性、光学性质等）各向异性强度、导热性、光学性质等）各向异性3.3.晶胞晶胞1.定义定义:晶体中重复出现的最基本的结构单元晶体中重复出现的最基本的结构单元体心立方体心立方简单立方简单立方面心立方面心立方三种典型立方晶体结构三种典型立方晶体结构2、一般、一般习惯采用的晶胞都是习惯采用的晶胞都是 。整块晶。整块晶体可看作是数量巨大的晶胞体可看作是数量巨大的晶胞“”而成。而成。平行六面体平行六面体无隙并置无隙并置（1）了解分子

4、晶体与原子晶体、离子晶体、）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。金属晶体的结构微粒，微粒间作用力的区别。考点分析考点分析 晶体晶体结构结构结构微粒结构微粒微粒间作用力微粒间作用力微粒空间关系微粒空间关系氯化钠氯化钠不良不良差差较大较大较高较高离子键离子键阴阳离子阴阳离子Na,Cu,Mg良良好好不等不等不等不等金属键金属键原子（离原子（离子和电子）子和电子）金刚石金刚石不良不良差差大大高高共价键共价键原子原子干冰干冰不良不良差差小小低低分子间作分子间作用力用力分子分子典型实例典型实例导电性导电性延展性延展性硬度硬度熔、沸点熔、沸点晶体中粒晶体中粒子间作用子间

5、作用力或化学力或化学键类型键类型构成晶体构成晶体的粒子的粒子离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体四类晶体的结构特征和宏观性质四类晶体的结构特征和宏观性质离子晶体离子晶体 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 1.金属氧化物金属氧化物（K2O、Na2O2）2.强碱强碱（NaOH、KOH、Ba(OH)23.绝大多数的绝大多数的盐类盐类 1.金刚石、金刚石、石墨、晶体石墨、晶体硅、晶体硼硅、晶体硼 2.SiC、SiO2晶体、晶体、BN晶体晶体1.大多数非金属单质大多数非金属单质:X2,O2,H2,S8,P4,C60（除（除金刚石、石墨、晶体硅、金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外

6、）晶体硼外）2.气态氢化物气态氢化物:H2O,NH3,CH4,HX3.非金属氧化物非金属氧化物:CO2,SO2,NO2（除（除SiO2外）外）3.酸酸:H2SO4,HNO34.大多数有机物大多数有机物:乙醇，蔗乙醇，蔗糖（除有机盐）糖（除有机盐）常见晶体的实例常见晶体的实例【总结归纳总结归纳】物质的熔点与晶体类型的关系物质的熔点与晶体类型的关系1、若晶体类型不同，一般情况下：原子晶体离子晶、若晶体类型不同，一般情况下：原子晶体离子晶体分子晶体。体分子晶体。2、若晶体类型相同，则有：、若晶体类型相同，则有：离子晶体中，结构相似时，离子半径越小，离子电离子晶体中，结构相似时，离子半径越小，离子电荷

7、越高，晶格能越大，离子键就越强，熔点就越高。荷越高，晶格能越大，离子键就越强，熔点就越高。原子晶体中，结构相似时，原子半径越小，共价键原子晶体中，结构相似时，原子半径越小，共价键键长越短，键能越大，熔点越高。键长越短，键能越大，熔点越高。分子晶体中（不含氢键时），分子组成和结构相似分子晶体中（不含氢键时），分子组成和结构相似时，相对分子质量越大，范德华力就越强，熔点就越高。时，相对分子质量越大，范德华力就越强，熔点就越高。金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属键就越强，熔点就越高。合金的熔点比它的各成分金属键就越强，熔点就越高。合金的熔点比它的

8、各成分金属的熔点低。的熔点低。1、决定离子晶体结构的因素、决定离子晶体结构的因素2、离子晶体的晶格能的定义：气态离子形成、离子晶体的晶格能的定义：气态离子形成1摩尔摩尔离子晶体离子晶体 的能量，通常取正值；晶格能越大，的能量，通常取正值；晶格能越大，形成的离子晶体越形成的离子晶体越 ，而且熔点越，而且熔点越 ，硬度越，硬度越 。释放释放稳定稳定高高大大（2）了解）了解NaCl型和型和CsCl型离子晶体的结构特型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。理性质。考点分析考点分析 几何因素几何因素：晶体中阴阳离子的半径比：晶体中阴阳离子

9、的半径比电荷因素电荷因素：晶体中：晶体中阴阳阴阳离子的电荷比离子的电荷比键性因素：键性因素：离子键的纯粹程度离子键的纯粹程度3 3、各类型离子晶体晶胞的比较、各类型离子晶体晶胞的比较晶体晶体类型类型晶胞晶胞类型类型晶胞结构晶胞结构示意图示意图配位数配位数距离最近距离最近且相等的且相等的相反离子相反离子每个晶每个晶胞含有胞含有离子数离子数实例实例NaCl型型 ABCsCl型型ZnS型型AB2CaF2型型Na+：6Cl-：6Cs+：Cl-：88Zn2+：S2-：44Ca2+：F-：48Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-

10、：Ca2+：F-：6688444844114484KBr AgCl、MgO、CaS、BaSeZnS、AgI、BeOCsCl、CsBr、CsI、TlCl碱土金属卤化碱土金属卤化物、碱金属氧物、碱金属氧化物。化物。NaCl型型CsCl型型ZnS型型Ca2+F-CaF2晶胞2、金刚石晶体中，每个碳原子以、金刚石晶体中，每个碳原子以 个共价个共价单键对称地与相邻的单键对称地与相邻的 个碳原子结合，个碳原子结合，C-C-C夹角为夹角为 ，即金刚石中的碳取，即金刚石中的碳取 杂化轨道形成共价键。杂化轨道形成共价键。1、原子晶体里，所有原子都以共价键相互、原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一

11、个三维的共价键结合，整块晶体是一个三维的共价键 结结构，又称构，又称 晶体。晶体。网状网状共价共价4410928sp33、硬度、硬度 、熔点、熔点 是原子晶体的特性。是原子晶体的特性。高高高高（3）了解原子晶体的特征，能描述金刚石，二）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。氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。4、金刚石的晶体结构和晶胞、二氧化硅的晶体结构、金刚石的晶体结构和晶胞、二氧化硅的晶体结构立立方方硫硫化化锌锌金金刚石晶胞原石晶胞原子数子数=81/8+61=81/8+61/2+4=8/2+4=88个个Si原子，原子，16个个O原子原子 金属晶体的几种堆积

12、模型金属晶体的几种堆积模型（4）知道金属晶体的基本堆积方式，了解常）知道金属晶体的基本堆积方式，了解常见金属晶体的晶胞结构特征见金属晶体的晶胞结构特征代表：代表：Na、K、Fe等等Cu、Ag、Au金属晶体的基本堆积方式及特征金属晶体的基本堆积方式及特征74Cu、Ag、Au面心立方面心立方最密堆积最密堆积74Mg、Zn、Ti六方最密六方最密堆积堆积68Na、K、Fe体心立方体心立方堆积堆积12128652Po简单立方简单立方堆积堆积晶胞晶胞配位数配位数空间利用空间利用率率典型代表典型代表堆积模型堆积模型简简简简单单单单立立立立方方方方钾钾钾钾型型型型（体体体体心心心心立立立立方方方方密密密密堆堆

13、堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）铜铜铜铜型型型型（面面心心立立方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）思考题思考题（1）六方紧密堆积的晶胞中：）六方紧密堆积的晶胞中：金属原子的半径金属原子的半径r与六棱柱的边长与六棱柱的边长a、高、高h有有什么关系？什么关系？（2）面心立方紧密堆积的晶胞中：）面心立方紧密堆积的晶胞中：金属原子的半径金属原子的半径r与正方体的边长与正方体的边长a有什么关有什么关系？系？六方紧密堆积金属原子的半径六方紧密堆积金属原子的半径 r 与六棱柱的与六棱柱的边长边长 a、高、高 h 的关系：的关系：a=2 ra ah hh=a

14、632六方最密堆积的空间占有率六方最密堆积的空间占有率 =74%上下面为菱形上下面为菱形边长为半径的边长为半径的2倍倍2r 高为高为2倍倍正四面体的高正四面体的高 空空间间利用率利用率=晶胞晶胞中球的体中球的体积积/晶胞体晶胞体积积 如：六方密堆积的空间利用率计算如：六方密堆积的空间利用率计算面心立方晶胞中金属原子的半径面心立方晶胞中金属原子的半径r与正方体的与正方体的边长边长a的关系：的关系：a=4 r2a aa aa aa aa a1、分子密堆积是大多数分子晶体的结构特、分子密堆积是大多数分子晶体的结构特征。如果分子间作用力是征。如果分子间作用力是 ，若以一，若以一个分子为中心，其周围通常

15、可以有个分子为中心，其周围通常可以有 个紧邻个紧邻的分子。的分子。2、冰的一种常见晶体中，每个水分子周围、冰的一种常见晶体中，每个水分子周围只有只有4个紧邻的水分子，水分子与氢键的数个紧邻的水分子，水分子与氢键的数目之比为目之比为 。范德华力范德华力121 2（5）知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大）知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。小对物质某些物理性质的影响。分子的密堆积分子的密堆积（与（与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 ）干冰的晶体结构图碘晶体结构图冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水

16、分子冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积分子的非密堆积（6）能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关）能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。的计算。1、晶胞组成的计算、晶胞组成的计算分摊法分摊法立方立方晶胞晶胞体心：体心：1面心：面心：1/2棱边：棱边：1/4顶点：顶点：1/8晶胞体内的原子不与其他晶胞分享，完全属于该晶胞晶胞体内的原子不与其他晶胞分享，完全属于该晶胞 2、晶胞密度、棱长、离子半径之间的计算、晶胞密度、棱长、离子半径之间的计算 例例1、1987年年2月，朱经武月，朱经武（Paul Chu）教授等发现钇）教授

17、等发现钇钡铜氧化合物在钡铜氧化合物在90K温度下温度下即具有超导性，若该化合物即具有超导性，若该化合物的结构如右图所示，则该化的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（合物的化学式可能是（）A.YBa2CuO7-X B.YBa2Cu2O7-X C.YBa2Cu3O7-X D.YBa2Cu4O7-XCu 8(1/8)+8(1/4)=3 1/81/81/41/4Ba 2Y 1C例例2 2、中学教材上图示的中学教材上图示的NaClNaCl晶体结构，它向三维空间晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。延伸得到完美晶体。NiONiO晶体结构与晶体结构与NaClNaCl相同，相同，NiNi2 2与邻与邻

18、近的近的O O2-2-核间距为核间距为a a1010-8-8，计算，计算NiONiO晶体密度（已知晶体密度（已知NiONiO摩尔质量为摩尔质量为74.7g74.7gmolmol-1-1)解：解：在该晶体中最小正方体中所含的在该晶体中最小正方体中所含的NiNi2+2+、O O2 2个数均为个数均为:即晶体中每个小正方体中平均含有即晶体中每个小正方体中平均含有1/21/2个个NiONiO.其质量为其质量为:而此小正方体体积为而此小正方体体积为(a(a1010-8-8)3 3故故NiONiO晶体密度为：晶体密度为：74.7g6.02102312（个）（个）124 18=74.7g6.02102312

19、(a10-8)3g.-362.0a3=变式变式 (1)(1)NiONiO晶体结构与晶体结构与NaClNaCl相同，设相同，设NiONiO的摩尔质的摩尔质量量M g/mol,M g/mol,密度为密度为g/mLg/mL,阿伏加德罗常数为阿伏加德罗常数为N NA A,求晶求晶胞中两个距离最近的氧离胞中两个距离最近的氧离子中心间的距离为多少子中心间的距离为多少cm?cm?解题思路：解题思路：（1 1）每个晶胞中含）每个晶胞中含NiONiO的个数（的个数（2 2）一个晶胞的质量（一个晶胞的质量（3 3）一个晶胞的体积（）一个晶胞的体积（4 4）晶胞）晶胞的边长（的边长（5 5）晶胞中任一个面对角线长度

20、的一半）晶胞中任一个面对角线长度的一半(2)(2)天然的和大部分人工制备的天然的和大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在晶体都存在各种缺陷，例如在某种某种NiONiO晶体中就存在以下缺陷：晶体中就存在以下缺陷：一个一个NiNi2+2+空缺，另有两个空缺，另有两个NiNi2+2+被被两个两个NiNi3+3+所取代。其结果晶体仍所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中呈电中性，但化合物中NiNi和和O O的的比值却发生了变化。某氧化镍比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为样品组成为NiNi0.970.97O,O,试计算该晶试计算该晶体中体中NiNi3+3+与与NiNi2+2+的离子数之比。的离子

21、数之比。参考答案：参考答案：NiNi3+3+：NiNi2+2+6 6：9191（2 2）0.97 0.97 molmol的的镍镍离离子子的的平平均均带带电电量量为为2 2，那那么么1 1 molmol镍镍离离子子的的平平均均带带电电量量为为2/0.972/0.97，这这是是+2+2和和+3+3价价的的镍镍离离子子的的共共同同电电量量，由由此此可可列列方方程程式式。不不同同于于上上解解的的是是，这这种种做做法法将将0.97 0.97 molmol镍镍离子化为离子化为1 mol1 mol镍离子来计算。镍离子来计算。设设1molNi1molNi中中含含NiNi2+2+x x molmol，则则含含N

22、iNi3+3+（1-1-x x）molmol，根据电荷守恒：，根据电荷守恒：2x+3(1-x)=2/0.972x+3(1-x)=2/0.97 x=91/97 x=91/97 n(Ni n(Ni3+3+)n(Ni)n(Ni2+2+)=(1-91/97)91/97=691)=(1-91/97)91/97=691 法法二二：因因为为中中Nio.97ONio.97O中中既既有有+2+2价价的的离离子子又又有有+3+3价价的的镍镍离离子子，所所以以可可写写成成xNiOxNiOyNiyNi2 2O O3 3的的复复合合形形式式，该该形形式式中中很很容容易易看看出出镍镍离离子子的的总总和和为为x+2yx+2

23、y，氧氧离离子子的的总总和和为为x+3yx+3y，因因此此可可列列方方程程如如下：下：x+2y=0.97x+2y=0.97镍镍离子个数守恒离子个数守恒x+3y=1x+3y=1氧离子个数守恒氧离子个数守恒或或 者者 列列 成成 分分 式式 形形 式式：（x+2y x+2y）/（x+3yx+3y）=0.97/1=0.97/1 同同样样可可以以求求出出三三价价镍镍与与二二价价镍镍离子数目之比。离子数目之比。立方面心的最密堆积，每立方面心的最密堆积，每个晶胞中有个晶胞中有4个八面体空个八面体空隙：隙：6个面心位置所包围个面心位置所包围的是的是1个八面体空隙，每个八面体空隙，每条棱的中点是条棱的中点是4个晶胞共个晶胞共有的一个八面体空隙。有的一个八面体空隙。1 1个六方密堆晶胞包含两个球，个六方密堆晶胞包含两个球，共有共有2 2个八面体空隙与个八面体空隙与4 4个四面个四面体空隙，上层体空隙，上层3 3个顶点位置的圆个顶点位置的圆球与中层球与中层3 3个圆球构成一个八面个圆球构成一个八面体，中层体，中层3 3个圆球与下面个圆球与下面3 3个顶个顶点构成另一个八面体空隙。点构成另一个八面体空隙。金属晶体晶胞中的空隙金属晶体晶胞中的空隙