2022屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第11章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第3節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案 新人教版

1、2022屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第11章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第3節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案 新人教版2022屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第11章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第3節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案 新人教版年級：姓名：- 26 -第三節(jié)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)考綱定位要點網(wǎng)絡(luò)1.理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。2了解晶體的類型，了解不同類型晶體中粒子結(jié)構(gòu)、粒子間作用力的區(qū)別。3了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響。4了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。5了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。6理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。了解金屬晶體常

2、見的堆積方式。7了解晶胞的概念，能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算。晶體與常見晶體的空間結(jié)構(gòu)模型知識梳理1晶體與非晶體(1)晶體與非晶體比較晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征原子在三維空間里呈周期性有序排列原子無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔點固定不固定異同表現(xiàn)各向異性無各向異性二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點科學(xué)方法對固體進行x射線衍射實驗(2)獲得晶體的途徑熔融態(tài)物質(zhì)凝固；氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；溶質(zhì)從溶液中析出。2晶胞(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列無隙并置。無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙；并置：所有晶胞平行排列，取向相同。(3)一般形狀為平行六面體。(4

3、)晶胞中粒子數(shù)目的計算均攤法晶胞任意位置上的一個粒子如果是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個粒子分得的份額就是。長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算(5)其他晶胞結(jié)構(gòu)中粒子數(shù)的計算三棱柱六棱柱3常見晶體模型的分析(1)原子晶體金剛石與sio2a.金剛石晶體中，每個c與另外4個c形成共價鍵，碳原子采取sp3雜化，ccc夾角是10928，最小的環(huán)是六元環(huán)。每個c被12個六元環(huán)共用。含有1 mol c的金剛石中形成的cc有2 mol。b在金剛石的晶胞中，內(nèi)部的c在晶胞的體對角線的處。每個晶胞含有8個c。sio2晶體中，每個si原子與4個o原子成鍵，每個o原子與2個si原子成鍵，最小的

4、環(huán)是十二元環(huán)，在“硅氧”四面體中，處于中心的是si原子。1 mol sio2晶體中含sio鍵數(shù)目為4na，在sio2晶體中si、o原子均采取sp3雜化。(2)分子晶體干冰和冰干冰晶體中，每個co2分子周圍等距且緊鄰的co2分子有12個，屬于分子密堆積。晶胞中含有4個co2分子。同類晶體還有晶體i2、晶體o2等。冰的結(jié)構(gòu)模型中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接，含1 mol h2o的冰中，最多可形成 2 mol氫鍵。晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，含有8個h2o。(3)金屬晶體“電子氣理論”要點該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的

5、金屬原子維系在一起。金屬鍵的實質(zhì)是金屬陽離子與電子氣間的靜電作用。金屬晶體的常見堆積結(jié)構(gòu)模式常見金屬配位數(shù)晶胞面心立方最密堆積(銅型)cu、ag、au12體心立方堆積na、k、fe8六方最密堆積(鎂型)mg、zn、ti12簡單立方堆積po6說明：六方最密堆積是按ababab的方式堆積，面心立方最密堆積是按abcabcabc的方式堆積。(4)離子晶體nacl型：在晶體中，每個na同時吸引6個cl，每個cl同時吸引6個na，配位數(shù)為6。每個晶胞含4個na和4個cl。cscl型：在晶體中，每個cl吸引8個cs，每個cs吸引8個cl，配位數(shù)為8。caf2型：在晶體中，f的配位數(shù)為4，ca2的配位數(shù)為8

6、，晶胞中含4個ca2，含8個f。晶胞中ca2在體對角線的處。(5)石墨晶體混合型晶體石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是范德華力。平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2，c原子采取的雜化方式是sp2。在每層內(nèi)存在共價鍵和金屬鍵。cc的鍵長比金剛石的cc鍵長短，熔點比金剛石的高。能導(dǎo)電，晶體中每個c形成3個共價鍵，c的另一價電子在電場作用下可移動，形成電流。命題點1晶胞中粒子數(shù)、晶體化學(xué)式的確定1某fexny的晶胞如圖1所示，cu可以完全替代該晶體中a位置fe或者b位置fe，形成cu替代型產(chǎn)物fe(xn)cunny。fexny轉(zhuǎn)化為兩種cu替代型產(chǎn)物的能量變化如圖2所示，其中更穩(wěn)定的cu替代型產(chǎn)物的

7、化學(xué)式為 。解析能量越低越穩(wěn)定，故更穩(wěn)定的cu替代型為cu替代a位置fe型，故晶胞中cu為1個，fe為3個，n為1個，故化學(xué)式為fe3cun。答案fe3cun2如圖為甲、乙、丙、丁四種晶體的晶胞：甲乙丙丁請回答：(1)晶體甲、乙、丙、丁的化學(xué)式分別為 、 、 、 。(2)乙晶體中每個a周圍最近等距離的b有 個。(3)丙晶體中每個d周圍最近等距離的e有 個。(4)甲晶體中x周圍的4個y形成 形。答案(1)x2yab3cdeab4c2(2)12(3)8(4)正四面體立方體中粒子周圍粒子的個數(shù)注意：該晶胞中含有a、b、c、d的個數(shù)分別為3、1、1、3。命題點2常見晶體微觀結(jié)構(gòu)分析3下圖是從nacl或

8、cscl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從nacl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是()a圖和圖 b圖和圖c圖和圖 d只有圖答案c4金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì)，下列說法正確的是()a金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個碳原子b在金剛石中每個c原子連接4個六元環(huán)，石墨中每個c原子連接3個六元環(huán)c金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2d金剛石中碳原子數(shù)與cc鍵數(shù)之比為14，而石墨中碳原子數(shù)與cc鍵數(shù)之比為13a金剛石中每個c原子連接12個六元環(huán)，石墨中每個c原子連接3個六元環(huán)，b項錯誤。金剛石中碳原子采取sp3雜化，而石墨中碳原子采取sp2雜化，c項錯誤。金剛石中每個碳原子與周圍其他4個

9、碳原子形成共價鍵，而每個共價鍵為2個碳原子所共有，根據(jù)“切割法”，每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為42，故碳原子數(shù)與cc鍵數(shù)之比為12；石墨晶體中每個碳原子與周圍其他3個碳原子形成共價鍵，同樣可求得每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為31.5，故碳原子數(shù)與cc鍵數(shù)之比為23，d項錯誤。5.金晶體采用面心立方最密堆積方式，其晶胞如圖所示。設(shè)金原子的直徑為d，用na表示阿伏加德羅常數(shù)的值，m表示金的摩爾質(zhì)量。則下列說法錯誤的是()a每個晶胞中含有4個au原子b金屬鍵無方向性，金屬原子盡可能采取緊密堆積c一個晶胞的體積是16d3d晶體中au的配位數(shù)為12c面心立方最密堆積方式的晶胞中，各個面的對角線上3個a

10、u原子兩兩相切，au原子的直徑為d，故面對角線長度為2d，棱長為2dd，故晶胞的體積為(d)32d3，c項錯誤。6一種錳的氧化物的晶胞如圖甲，請寫出該氧化物的化學(xué)式 。若沿z軸方向觀察該晶胞，可得投影圖如圖乙，請畫出沿y軸方向的投影圖。甲晶胞結(jié)構(gòu)示意圖乙z方向投影圖y方向投影圖解析由圖可知，晶胞中mn原子位于體心與頂點上，o原子位于上下兩個面上及體內(nèi)(有2個)，晶胞中mn元素數(shù)目182，o原子個數(shù)為244，則晶胞中mn和o的原子個數(shù)比為12，氧化物的化學(xué)式為mno2；若沿y軸方向投影，頂點上處于對稱位置的mn原子會重合在長方形的頂點，位于體心的mn原子會位于長方形的面心，位于面上的o原子會位于

11、長方形上下的邊上，體內(nèi)的氧原子會位于面內(nèi)，投影圖為。答案mno2晶體的性質(zhì)與晶體類型的判斷知識梳理1離子晶體的晶格能(1)定義氣態(tài)離子形成1 mol離子晶體釋放的能量，單位kjmol1，通常取正值。(2)影響因素離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。如caokcl。離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。如naclkcl。(3)與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。深思考碳酸鹽的熱分解示意圖如圖所示：熱分解溫度：caco3 (填“高于”或“低于”)srco3，原因是 。答案低于r(ca2)”“”或“兩者均為離子化合物，且陰、陽離子的電荷數(shù)均為1，

12、但后者的離子半徑較大，離子鍵較弱，晶格能較小，因此其熔點較低(5)sio2為原子晶體，co2為分子晶體3(1)第三周期元素氟化物的熔點如下表：化合物nafmgf2alf3sif4pf5sf6熔點/9931 2611 291908350.5解釋表中氟化物熔點變化的原因： 。(2)gan、gap都是很好的半導(dǎo)體材料，晶體類型與晶體硅類似，熔點如下表所示：物質(zhì)gangap熔點/17001480解釋gan、gap熔點變化原因 。(3)正戊烷、異戊烷、正丁烷、異丁烷的熔點由低到高的順序為 。解析(1)從表格中各物質(zhì)熔點可判斷前三種氟化物均為離子晶體，其熔點逐漸升高是因為na、mg2、al3的半徑依次減小

13、，故它們的晶格能依次增大，熔點逐漸升高；后三種氟化物熔點很低，為分子晶體，由于相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，故其熔點逐漸升高。(2)gan、gap都是很好的半導(dǎo)體材料，晶體類型與晶體硅類似，都屬于原子晶體，原子半徑np，鍵長gangap，故熔點前者高。(3)烷烴中碳原子數(shù)越多，熔點越高；同分異構(gòu)體中支鏈越多，熔點越低。答案(1)前三種氟化物為離子晶體，na、mg2、al3的半徑依次減小，晶格能依次增大；后三種氟化物為分子晶體，相對分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增大(2)兩者屬于原子晶體，半徑np，鍵長gangap，故熔點gan比gap的高(3)異丁烷正丁烷異戊烷離子晶體金屬晶體分子晶

14、體。(2)同種類型晶體，晶體內(nèi)粒子間的作用力越大，熔、沸點越高。離子晶體：一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子晶格能越大，其離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：mgomgcl2，naclcscl。原子晶體：原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，晶體的熔、沸點越高，如熔點：金剛石碳化硅晶體硅。分子晶體a分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常地高，如h2oh2teh2seh2s。b組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如snh4geh4sih4ch4。c組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如con

15、2，ch3ohch3ch3。d同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低，如ch3ch2ch2ch2ch3。金屬晶體：一般來說，金屬陽離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：namgtii4tibr4ticl4。o為非金屬元素，其電負性在三種元素中最大，ca和ti同為第四周期元素，金屬性ca大于ti，故電負性大小順序為otica；金屬陽離子與o2之間形成離子鍵；圖(a)晶胞中ca2位于體心，o2位于棱上，12條棱上每條棱上均有一個o2，ca2的配位數(shù)為12。由圖(a)和圖(b)可以看出pb2與ti4空間位置相同；ch3nh中n原子與2個h原子、1個c原子形成三個

16、共價鍵，與h形成一個配位鍵，故n原子的雜化軌道類型為sp3；利用均攤法可知圖(b)晶胞中i個數(shù)是63，ch3nh個數(shù)是81，pb2個數(shù)為1，晶胞體積為(a107cm)3，則晶胞密度1021 gcm3。(3)氨硼烷的相對分子質(zhì)量為31，一個氨硼烷的222超晶胞中含有16個氨硼烷，該超晶胞的質(zhì)量為(3116/na)g，體積為2a1010 cm2b1010cm2c1010cm8abc1030cm3，則氨硼烷晶體的密度為62/(naabc1030)gcm3。答案(1)4133(2)tif4為離子化合物，熔點高，其他三種均為共價化合物，隨相對分子質(zhì)量的增大分子間作用力增大，熔點逐漸升高otica離子鍵1

17、2ti4sp31021(3)2(1)(2019全國卷)一些氧化物的熔點如下表所示：氧化物li2omgop4o6so2熔點/1 5702 80023.875.5解釋表中氧化物之間熔點差異的原因 。圖(a)是mgcu2的拉維斯結(jié)構(gòu)，mg以金剛石方式堆積，八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中，填入以四面體方式排列的cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖?？梢姡琧u原子之間最短距離x pm，mg原子之間最短距離y pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為na，則mgcu2的密度是 gcm3(列出計算表達式)。(a)(b)(2)(2019全國卷)一種四方結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中sm和as原子的投影位置

18、如圖2所示。圖1圖2圖中f和o2共同占據(jù)晶胞的上下底面位置，若兩者的比例依次用x和1x代表，則該化合物的化學(xué)式表示為 ；通過測定密度和晶胞參數(shù)，可以計算該物質(zhì)的x值，完成它們關(guān)系表達式： gcm3。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數(shù)坐標，例如圖1中原子1的坐標為，則原子2和3的坐標分別為 、 。(3)(2019全國卷)苯胺()的晶體類型是 。苯胺與甲苯()的相對分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(5.9 )、沸點(184.4 )分別高于甲苯的熔點(95.0 )、沸點(110.6 )，原因是 。nh4h2po4中，電負性最高的元素是 ；p的 雜化軌道與o的2p軌道形

19、成 鍵。nh4h2po4和lifepo4屬于簡單磷酸鹽，而直鏈的多磷酸鹽則是一種復(fù)雜磷酸鹽，如：焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如下圖所示：這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為 (用n代表p原子數(shù))。解析(1)由圖(b)可知，立方格子面對角線長為a pm，即為4個cu原子直徑之和，則cu原子之間最短距離為a pm。由圖(b)可知，若將每個晶胞分為8個小立方體，則mg原子之間最短距離y為晶胞內(nèi)位于小立方體體對角線中點的mg原子與頂點mg原子之間的距離(如圖所示)，即小立方體體對角線長的一半，則y pma pm。由圖(a)可知，每個晶胞含mg原子8648個，含cu原子16個，則mg

20、cu2的密度 gcm3。(2)由題圖可知，as、sm都在晶胞的面上，該晶胞中as的原子個數(shù)41/22，sm的原子個數(shù)41/22，fe在晶胞的棱上和體心，fe的原子個數(shù)141/42，f和o2在晶胞的頂點和上下底面，f和o2的個數(shù)和282，已知f和o2的比例依次為x和1x，所以該物質(zhì)的化學(xué)式為smfeaso1xfx。1個晶胞的質(zhì)量 g，晶胞的體積a2c1030 cm3，所以晶胞的密度 gcm3。根據(jù)圖1中原子1的坐標為，可看出原子2的z軸為0，x、y軸均為，則原子2的坐標為；原子3的x、y軸均為0，z軸為，則原子3的坐標為。(3)苯胺是有機化合物，屬于分子晶體。由于苯胺分子中n原子電負性大、原子半徑小，易形成分子間氫鍵nhn，導(dǎo)致熔、沸點比相對分子質(zhì)量相近的甲苯高。元素的非金屬性越強，電負性越高，非金屬性：hpno，故在n、h、p、o四種元素中電負性最高的是o。po中價層電子對數(shù)為4，采取sp3雜化方式，雜化軌道與配位原子只能形成鍵，故與o原子的2p軌道形成鍵。由題給焦磷酸根離子、三磷酸根離子的結(jié)構(gòu)式可看出，多磷酸鹽中存在po結(jié)構(gòu)單元，n個po結(jié)構(gòu)單元共用(n1)個o原