人教版化學選修3單元小結-第3章-晶體結構與性質(zhì)

1、2021/3/271晶體結構和性質(zhì)本章小結2021/3/2722021/3/2732021/3/2742021/3/2752021/3/2762021/3/277總結:晶體的類型直接決定著晶體的物理性質(zhì),如熔、沸點、硬度、導電性、延展性、水溶性等。而晶體的類型本質(zhì)上又是由構成晶體的微粒及微粒間作用力決定,通?？梢杂删w的特征性質(zhì)來判定晶體所屬類型。下表內(nèi)容是本章的重點之一。對一些常見物質(zhì),要會判斷其晶體類型。2021/3/278比較四種晶體類型晶體類型離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體構成晶體的粒子陰、陽離子原子分子金屬陽離子、自由電子微粒間作用力或化學鍵類型離子鍵共價鍵分子間作用力金屬鍵熔點、

2、沸點較高很高低高低懸殊硬度大很大小差異大延展性差差差強導電性差(水溶液、熔融態(tài)能導電)差差強2021/3/279水溶性大多易溶難溶相似相溶不溶或與H2O反應典型實例NaCl金剛石、二氧化硅等冰、干冰Na、Fe物質(zhì)類別大部分鹽、堿、金屬氧化物等離子化合物部分非金屬單質(zhì)或化合物大多非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、大多非金屬氧化物、酸、大多有機物金屬2021/3/2710【例1】(2011海南化學,19).銅(Cu)是重要金屬,Cu的化合物在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有許多用途,如CuSO4溶液常用作電解液、電鍍液等。請回答以下問題:(1)CuSO4可由金屬銅與濃硫酸反應制備,該反應的化學方程式為_;(2)Cu

3、SO4粉末常用來檢驗一些有機物中的微量水分,其原因是_;(3)SO42的立體構型是_,其中S原子的雜化軌道類型是_;2021/3/2711(4)元素金(Au)處于周期表中的第六周期,與Cu同族,Au原子最外層電子排布式為_;一種銅金合金晶體具有立方最密堆積的結構,在晶胞中Cu原子處于面心、Au原子處于頂點位置,則該合金中Cu原子與Au原子數(shù)量之比為_;該晶體中,原子之間的作用力是_;(5)上述晶體具有儲氫功能,氫原子可進入到Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中。若將Cu原子與Au原子等同看待,該晶體儲氫后的晶胞結構與CaF2的結構相似,該晶體儲氫后的化學式應為_。2021/3/2712【例2】

4、(2011江蘇化學,21A)A.原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素,其中X是形成化合物種類最多的元素,Y原子基態(tài)時最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的2倍,Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對的電子,W的原子序數(shù)為29。回答下列問題:(1)Y2X2分子中Y原子軌道的雜化類型為_,1mol Y2X2含有鍵的數(shù)目為_。(2)化合物ZX3的沸點比化合物YX4的高,其主要原因是_。2021/3/2713(3)元素Y的一種氧化物與元素Z的一種氧化物互為等電子體,元素Z的這種氧化物的分子式是_。 (4)元素W的一種氯化物晶體的晶胞結構如右圖所示,該氯化物的化學式是_,它可與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應,生成

5、配合物HnWCl3,反應的化學方程式為_。2021/3/2714解析A:X是形成化合物種類最多的元素C元素或H元素;Y原子基態(tài)最外層是內(nèi)層電子總數(shù)2倍,則Y是C元素,其原子結構示意圖為,則X一定為H元素。Z原子電子排布式為1s22s22p3,則Z為N元素;W的原子序數(shù)為29,則為Cu元素。(1)Y2X2分子為C2H2。結構式為HCCH,C原子雜化類型為sp雜化。每分子C2H2中鍵為3個,則1mol C2H2分子中含鍵為3mol或3NA個。(2)NH3分子間存在氫鍵,而CH4分子間只有范德華力,所以NH3分子沸點高于CH4。2021/3/2715答案(1)sp雜化3mol或36.021023個(

6、2)NH3分子間存在氫鍵(3)N2O(4)CuClCuCl2HCl=H2CuCl3(或CuCl2HCl=H2CuCl3)2021/3/2716總結:1.由晶體結構來確定首先分析物質(zhì)所屬的晶體類型,其次抓住決定同一類晶體熔、沸點高低的決定因素。一般規(guī)律:原子晶體離子晶體分子晶體如:SiO2NaClCO2(干冰),但也有特殊,如熔點:MgOSiO2。2021/3/2717同屬原子晶體,一般鍵長越短,鍵能越大,共價鍵越牢固,晶體的熔、沸點越高。如:金剛石金剛砂晶體硅原因:rCCrCSirSiSi2021/3/2718分子晶體,分子間范德華力越強,熔、沸點越高。.分子組成和結構相似的分子晶體,一般相對

7、分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強,晶體熔、沸點越高。如:F2Cl2Br2I2.若相對分子質(zhì)量相同,如互為同分異構體,一般支鏈數(shù)越多,熔、沸點越低;特殊情況下分子越對稱,則熔點越高。如:沸點:2021/3/27192021/3/2720因而應注意,并非外界條件對物質(zhì)熔、沸點的影響總是一致的。熔點常與晶體中微粒排布對稱性有關。.若分子間有氫鍵,則分子間作用力比結構相似的同類晶體強,故熔、沸點特別高。如:氫化物的沸點如下圖所示:2021/3/2721從上圖中看出,H2Te、H2Se、H2S的沸點都依次降低。按此變化趨勢,H2O的沸點應為193K左右,但實際上為373K,此種“反?！钡纳?就是因為H2

8、O分子間存在氫鍵。對比同主族氫化物的沸點,從中可清楚看到NH3、HF的沸點高得“反?！?也是因為分子間存在氫鍵。HF分子間氫鍵:2021/3/27222021/3/2723氫鍵的生成對化合物性質(zhì)有顯著影響,一般分子間形成氫鍵時,可使化合物的熔、沸點顯著升高,在極性溶劑中,若溶質(zhì)分子和溶劑分子間形成氫鍵,則可使溶解度增大。如NH3極易溶于水就與此有關。除上述幾種物質(zhì)外,在醇、羧酸、無機酸、水合物、氨合物等中均有氫鍵。金屬晶體:金屬原子的價電子數(shù)越多,原子半徑越小,金屬鍵越強,熔、沸點越高。如:NaMgAl2021/3/27242根據(jù)物質(zhì)在同條件下的狀態(tài)不同一般熔、沸點:固液氣。如果常溫下即為氣態(tài)

9、或液態(tài)的物質(zhì),其晶體應屬分子晶體(Hg除外)。如稀有氣體,雖然構成物質(zhì)的微粒為原子,但應看作為單原子分子。因為相互間的作用力是范德華力,而并非共價鍵。2021/3/2725【例3】(2009寧夏理綜)已知X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42。X元素原子的4p軌道上有3個未成對電子,Y元素原子的最外層2p軌道上有2個未成對電子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成負一價離子。請回答下列問題:(1)X元素原子基態(tài)時的電子排布式為_,該元素的符號為_;(2)Y元素原子的價層電子的軌道表示式為_,該元素的名稱是_;2021/3/2726(3)X與Z可形成化合物XZ3,該化合物的空間構型為_;

10、(4)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金屬鋅還原為XZ3,產(chǎn)物還有ZnSO4和H2O,該反應的化學方程式是_。(5)比較X的氫化物與同族第二、三周期元素所形成的氫化物穩(wěn)定性、沸點高低并說明理由_。2021/3/2727(3)X與Z形成的化合物為AsH3,其空間構型可類比同主族的氫化物NH3,為三角錐形。(4)根據(jù)電子守恒配平即可。(5)氫化物的穩(wěn)定性和元素的非金屬性有關,或與共價鍵的鍵長有關。鍵長越短,鍵能越大,氫化物越穩(wěn)定。所以NH3PH3AsH3。沸點高低和分子間作用力有關。分子間作用力越大,沸點越高。NH3可以形成分子間氫鍵,沸點最高,AsH3比PH3的相對分子質(zhì)量大,所以AsH3沸

11、點高于PH3。2021/3/2728【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3As2021/3/2729(3)三角錐形(4)As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO43H2O(5)穩(wěn)定性:NH3PH3AsH3,因為鍵長越短,鍵能越大,化合物越穩(wěn)定沸點:NH3AsH3PH3,NH3可以形成分子間氫鍵,沸點最高;AsH3相對分子質(zhì)量比PH3大,分子間作用力大,因而AsH3的沸點比PH3高2021/3/2730【例4】(2011山西太原高三一模,29).下列說法正確的是_(填字母編號,每小題只有一個正確答案,下同)A離子晶體中一定存在離子鍵,分子晶體中一定存在共價鍵B

12、主族元素形成的單質(zhì),從上到下熔沸點逐漸升高CN2分子中的共價鍵是由兩個鍵和一個鍵組成的D以極性鍵結合的分子不一定是極性分子2021/3/2731.下列敘述正確的是_。A用VSERP理論預測PCl3的立體構型為平面三角形BSO2和CO2都是含有極性鍵的非極性分子C在NH4和Cu(NH3)42中都存在配位鍵D鋁元素的原子核外共有5種不同運動狀態(tài)的電子.Q、R、X、Y、Z五種元素的原子序數(shù)逐漸增大。已知Z的原子序數(shù)為29,其余均為短周期主族元素。Y原子的價電子排布為msnmpn。R原子核外L層的電子數(shù)為奇數(shù),Q、X原子p軌道的電子數(shù)分別為2和4。請回答下列問題:2021/3/2732(1)Z2的核外

13、電子排布式是_。如圖是Z和X形成晶體的晶胞結構示意圖(代表X),可確定該晶胞中陰離子的個數(shù)為_。(2)Q與Y形成的最簡單氣態(tài)氫化物分別為A、B,試比較它們的熱穩(wěn)定性并說明理由:_。2021/3/2733(3)Q和X形成的一種化合物甲的相對分子質(zhì)量為44,則甲的空間構型是_,中心原子采取的雜化軌道類型是_,該分子中含有_個鍵。(4)R有多種氧化物,其中乙的相對分子質(zhì)量最小。在一定條件下,2L的乙氣體與0.5L的氧氣相混合,若該混合氣體被足量的NaOH溶液完全吸收后沒有氣體殘留,所生成的R的含氧酸鹽的化學式是_。(5)這五種元素中,電負性最大與最小的兩種非金屬元素形成的晶體屬于_晶體;Q、R、X三

14、種元素的第一電離能數(shù)值由小到大的順序為_(用元素符號作答)2021/3/2734解析He、Ne等單原子形成的分子晶體中只有分子間作用力,沒有共價鍵,A錯誤;堿金屬單質(zhì)從上到下熔沸點逐漸降低,由于金屬鍵由上而下依次減弱,B錯誤;N2分子結構式為NN,其中有1個鍵和2個鍵,C錯誤。H2O、SO2等為極性分子,而CO2、SO3等為非極性分子,D正確。2021/3/2735(2)由于非金屬性CSi,所以氫化物穩(wěn)定性CH4SiH4。(3)C與O形成CO、CO2,分子質(zhì)量為44的為CO2,其結構為O=C=O,由于C與O以直線相連,則C以sp雜化形式成鍵。(4)N的氧化物中分子量最小的為NO,根據(jù)題給信息(

15、4NOO2)的混合氣體充實質(zhì)為(2NO2NO2),2NO2NO24NaOH=4NaNO22H2O,因此產(chǎn)物為NaNO2。 (5)Si與O形成SiO2,為原子晶體,C、N、O的第一電離能數(shù)值中,N最大,因為N已達到p電子層的半充滿狀態(tài),較難失去e。2021/3/2736答案.D.C.(1)1s22s22p63s23p63d9(或Ar3d9)4(2)A大于B,因為C的非金屬性比Si的非金屬性強(其他合理答案也可)(3)直線形sp2(4)NaNO2(5)原子CO2021/3/2740金剛石石墨熔點沸點硬度很高質(zhì)軟,有滑膩感導電性無良主要用途鉆具、裝飾品潤滑劑、電極、耐火材料等相互關系同素異形體202

16、1/3/2741注意:石墨有導電性,是因為層內(nèi)有自由電子。碳還有多種同素異形體,如足球烯C60等。2021/3/27423二氧化硅和二氧化碳晶體 二氧化硅二氧化碳晶體結構類型正四面體立方體構成微粒Si、O原子CO2分子結構特征一個Si與4個O成鍵,一個O與2個Si成鍵一個CO2與最近且距離相等的有12個CO2分子晶體類型原子晶體分子晶體熔點高低、易升華溶解性難溶于一般溶劑能溶于水2021/3/2743【例5】(2011課標全國理綜,37)氮化硼(BN)是一種重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂為起始物,經(jīng)過一系列反應可以得到BF3和BN,如下圖所示:2021/3/2744請回答下列問題:(1)由B2

17、O3制備BF3、BN的化學方程式依次是_、_;(2)基態(tài)B原子的電子排布式為_;B和N相比,電負性較大的是_,BN中B元素的化合價為_;(3)在BF3分子中,FBF的鍵角是_;B原子的雜化軌道類型為_,BF3和過量NaF作用可生成NaBF4,BF4的立體構型為_;2021/3/2745(4)在與石墨結構相似的六方氮化硼晶體中,層內(nèi)B原子與N原子之間的化學鍵為_,層間作用力為_;(5)六方氮化硼在高溫高壓下,可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼,其結構與金剛石相似,硬度與金剛石相當,晶胞邊長為361.5pm。立方氮化硼晶胞中含有_個氮原子、_個硼原子,立方氮化硼的密度是_gcm3(只要求列算式,不必計算出數(shù)值,

18、阿伏加德羅常數(shù)為NA)。2021/3/2746解析(1)根據(jù)物質(zhì)的制備流程圖可推知B2O3制備BF3和BN的化學方程式。(2)因為同一周期,隨著原子序數(shù)的增大,電負性逐漸增大,故B的電負性小于N的電負性,即得電子能力N大于B,所以BN中N元素是3價,B元素是3價。(3)因為BF3中的B原子是sp2雜化,故該分子是平面正三角形分子,故鍵角為120;BF4的空間構型可類比NH4,也應該是正四面體結構。(4)因為六方氮化硼的結構與石墨類似,故其晶體中也是分層結構,層間是分子間作用力,層內(nèi)的B原子與N原子間是極性共價鍵。 2021/3/2747【例6】(2011山東濰坊高三一模,32)元素B、C、N和

19、Si單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)生產(chǎn)中有很重要的應用。(1)寫出基態(tài)C原子的電子排布式_。從原子結構的角度分析B、N和O元素的第一電離能由大到小的順序為_(用元素符號表示)。(2)NH3中N原子的雜化類型是_,飽和氨水中可能形成的分子間氫鍵有_種。(3)碳化硅(SiC)俗名金剛砂,其硬度僅次于金剛石,SiC的晶體結構與金剛石相似,SiC晶體屬于_晶體,微粒間存在的作用力是_。2021/3/2748(4)硼和鎂的化合物在超導方面有重要應用。右圖示意的是某化合物的晶體結構單元;鎂原子間形成正六棱柱,且棱柱的上下底的中心各有一個鎂原子;六個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的晶體結構單元中硼和鎂原子的簡單整數(shù)比為

20、_。2021/3/2749解析(1)C在第2周期第A族,其核外電子排布式為1s22s22p2;由于N原子最外層的2p能級為半充滿狀態(tài),不容易失去e,而O最外層為2s22p4,失去1個p電子后形成p亞層半充滿狀態(tài),所以第一電離能由大到小的順序為NOB。(2)NH3為三角錐形結構,其中N原子為sp3雜化,NH3與H2O反應形成的氫鍵為NH3中H與NH3中N成氫鍵,H2O中H與H2O中O成氫鍵,H2O的H與N成氫鍵,H2O中O與NH3中H成氫鍵。2021/3/2750答案(1)1s22s22p2NOB(或NOB)(2)sp34(3)原子共價鍵(4)2 12021/3/2751【例7】(2011福建理綜,30)氮元素可以形成多種化合物?；卮鹨韵聠栴}:(1)基態(tài)氮原子的價電子排布式是_。(2)C、N、O三種元素第一電離能從大到小的順序是_。(3)肼(N2H4)分子可視為NH3分子中的一個氫原子被NH2(氨基)取代形成的另一種氮的氫化物。2021/3/2752NH3分子的空間構型是_;N2H4分子中氮原子軌道的雜化類型是_。肼可用作火箭燃料,燃燒時發(fā)生的反應是:N2O4(l)2N2H4(l)=3N2(g)4H2O(g)H1038.7kJmol1若該反應中有4mol NH鍵斷裂,則形成