2011届高考化学一轮复习课件：选修3 物质结构与性质 第三节 晶体的结构与性质

1.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。2．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。3．理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。第三节晶体的结构与性质分类是否有自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈排列非晶体没有原子排列相对1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别周期性有序无序(2)得到晶体的途径①。②。③。(3)晶体的特点①外形和内部质点排列的性。②晶体的许多物理性质如强度表现出性。③晶体具有性，即晶体能自发地呈现的性质。熔融态物质凝固气态物质凝华溶质从溶液中析出高度有序各向异自范几何多面体(4)区别晶体和非晶体的方法①熔点法：的熔点较固定，而没有固定的熔点。②：当单一波长的X射线通过晶体时，会在记录仪上看到，而非晶体则没有。2．晶胞(1)概念描述晶体结构的。晶体非晶体X射线衍射法分立的斑点或谱线基本单元(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置①无隙：相邻晶胞之间没有。②并置：所有晶胞排列、相同。延伸：1.晶胞是晶体中最小的结构重复单元。2．晶胞一定是一个平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定，晶胞不能是八面体或六方柱体等其他形状。任何间隙平行取向3．整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成的。这种排列必须是晶胞的并置堆砌。所谓并置堆砌是指平行六面体之间没有任何空隙，同时相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。同一晶体所划出来的同类晶胞大小和形状完全相同。1．分子晶体(1)结构特点①晶体中只含。②分子间作用力为，也可能有。③分子密堆积：一个分子周围通常有个紧邻的小分子。(2)典型的分子晶体①冰水分子之间的主要作用力是，也存在，每个水分子周围只有个紧邻的水分子。分子范德华力氢键12氢键范德华力4②干冰CO2分子之间存在，每个CO2分子周围有个紧邻的CO2分子。2.原子晶体(1)结构特点①晶体中只含原子。②原子间均以结合。③结构。范德华力12共价键三维空间网状(2)典型的原子晶体——金刚石①碳原子取杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为。②每个碳原子与相邻的个碳原子结合。sp3109°28′4晶体类型原子晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体分子间以分子间作用力相结合的晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性不易溶于任何中性溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水导电熔化时破坏的作用力破坏共价键一定破坏分子间作用力(有的还破坏氢键，如冰熔化；S8熔化时还破坏共价键)实例金刚石干冰结构特点其最小的C原子环中有6个C原子，C—C键夹角为109°28′CO2晶体中存在CO2分子升华：原子晶体与分子晶体比较1．金属键(1)“电子气理论”要点①该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的形成遍布的“电子气”，被所共用，从而把维系在一起。②金属晶体是由、通过形成的一种“巨分子”。③金属键的强度。价电子整块晶体所有原子所有的金属原子金属阳离子自由电子金属键差别很大金属晶体结构微粒作用力名称导电性导热性延展性金属阳离子自由电子金属键自由电子在电场中作形成电流电子气中的自由电子在的作用下与金属原子而导热当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层就会，但不会改变其，而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间的作用(2)金属晶体的构成、通性及其解释定向运动频繁碰撞相对滑动体系的排列方式润滑剂热2.金属晶体的原子堆积模型(1)二维空间模型①非密置层，配位数为。②密置层，配位数为。(2)三维空间模型①简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在同一直线上，配位数为。只有采取这种堆积方式。466Po②钾型将非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的中，每层都照此堆积。如、、等是这种堆积方式，配位数为。③镁型和铜型密置层的原子按型堆积方式堆积。若按的方式堆积为型，按的方式堆积为型。这两种堆积方式都是金属晶体的，配位数均为12，空间利用。凹穴NaKFe钾ABABAB镁ABCABCABC铜最密堆积8思考：若某物质中有阳离子，一定有阴离子吗？提示：在金属晶体中，只存在金属离子和自由电子，不存在金属中性原子和阴离子。在金属晶体中：(1)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。1．离子晶体(1)概念①离子键：间通过(指和的平衡)形成的化学键。②离子晶体：由和通过结合而成的晶体。(2)决定离子晶体结构的因素①几何因素：。②电荷因素：即正负离子。③键性因素：离子键的。阴、阳离子静电作用相互排斥相互吸引阳离子阴离子离子键即晶体中阴阳离子的半径比决定晶体结构电荷不同，配位数必然不同纯粹程度(3)一般物理性质一般地说，离子晶体具有较高的点和点，较大的、难于。这些性质都是因为离子晶体中存在着。若要破坏这种作用需要。沸硬度压缩较强的离子键较多的能量熔2．晶格能(1)定义形成1摩尔离子晶体的能量。单位，通常取值。(2)大小及与其他量的关系①晶格能是最能反映离子晶体的数据。②在离子晶体中，离子半径越，离子所带电荷数越，则晶格能越大。气态离子释放kJ·mol－1正稳定性小大③晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点，硬度。延伸：几种典型离子晶体的结构模型(1)NaCl晶体结构模型(右图)：配位数为6。①在NaCl晶体中每个Na＋同时吸引着6个Cl－，每个Cl－也同时吸引着6个Na＋。②每个Na＋周围与它最近等距的Na＋有12个，每个Na＋周围与它最近等距的Cl－有6个。强大高(2)CsCl晶体结构模型(右图)：配位数为8。①在CsCl晶体中每个Cs＋同时吸引着8个Cl－，每个Cl－也同时吸引着8个Cs＋。②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻。CsCl的晶体结构模型(3)ZnS晶体结构模型与(下图)：配位数为4。ZnS型晶体结构ZnS型晶体结构中，阴离子和阳离子的排列类似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使阴、阳离子的配位数不是6，而是4。常见的ZnS型离子晶体有硫化锌、碘化银、氧化铍的晶体等。晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体定义金属原子通过金属键形成的晶体阴、阳离子通过离子键形成的晶体分子间通过分子间作用力形成的晶体相邻原子间通过共价键结合而形成的立体网状结构的晶体基本微粒金属阳离子、电子阴离子、阳离子分子原子物质类别金属单质(合金)离子化合物多数的非金属单质和共价化合物金刚石、碳化硅(SiC)、晶体硅、二氧化硅等少数的非金属单质和共价化合物物理性质硬度和密度较大，熔、沸点较高，有延展性，有光泽硬度和密度较大，熔、沸点较高硬度和密度较小，熔、沸点低硬度和密度大，熔、沸点高决定熔、沸点高低的因素金属键强弱离子键强弱(或晶格能大小)范德华力(或氢键)的强弱共价键的强弱导电性固态就可导电熔融或溶于水能导电某些溶于水能导电一般不导电【例1】据美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。下列关于该晶体的说法正确的是()A．该晶体属于分子晶体B．该晶体易汽化，可用作制冷材料C．一定条件下，该晶体可跟氢氧化钠反应D．每摩尔该晶体中含2molC—O键解析：高熔点、高硬度是原子晶体的特点，故该二氧化碳晶体是原子晶体。每摩尔该晶体中含4molC—O键。答案：C判断晶体类型的方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体中的微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体中的微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体中的微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体中的微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。(2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸，绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(除液态汞外)与合金是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断。离子晶体的熔点较高，常在数百至1000℃；原子晶体熔点高，常在1000℃至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。(4)依据导电性判断。可溶性的离子晶体水溶液或离子晶体熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是强酸和非金属氢化物非金属氧化物)溶于水后，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断。离子晶体硬度较大；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体硬度有大有小，且具有延展性。1．按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是()A．由分子间作用力结合而成，熔点低B．固体或熔融后易导电，熔点在1000℃左右C．由共价键结合成网状结构，熔点高D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电解析：A为分子晶体；B中固体能导电，熔点在1000℃左右，应为金属晶体；C为原子晶体；D为离子晶体。答案：B1．晶胞描述晶体结构的基本单元。2．晶胞的结构一般来说，晶胞都是平行六面体，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。3.求晶体化学式或晶胞中微粒个数的一般方法(1)处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于该晶胞；(2)处于棱上的粒子同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于该晶胞；(3)处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子有1/2属于该晶胞；(4)处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。如图晶体的一个晶胞中，有C粒子：12×＋1＝4个，有D粒子：8×＋6×＝4个，N(C)∶N(D)＝1∶1，晶体的化学式为CD或DC。【例2】(2010·模拟精选，海南海口3月)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是()A．ZXY3B．ZX2Y6C．ZX4Y8D．ZX8Y12解析：由晶胞可知X占据8个顶点，属于该晶胞的X＝8×＝1；Y占据12条棱的中间，属于该晶胞的Y＝12×＝3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z＝1。故化学式为ZXY3。答案：A(1)晶体：通过结晶得到的有规则几何外形的固体。其外形的规则是由其内在的粒子有序排列所决定的。(2)晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分。(3)均摊法：是指每个图形平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个图形(晶胞)所共有，则该粒子有属于一个图形(晶胞)。①长方体形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。a．处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为。b．处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为。c．处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子对晶胞的贡献为。d．处于体内的粒子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡献为1。②非长方体形(正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为1/3。对于给出晶胞的图形确定其化学式的问题，一定要正确分析晶胞任意位置(一般是顶点、棱易出错)上的微粒被几个相邻的晶胞所共用。2．食盐晶体是由钠离子(右图中的“●”)和氯离子(右图中的“○”)组成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2g·cm－3，阿伏加德罗常数6.02×1023mol－1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于()A．3.0×10－8cmB．3.5×10－8cmC．4.0×10－8cmD．5.0×10－8cm解析：从NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体，如右图所示，a表示其边长，d表示两个Na＋中心间的距离。每个小立方体