高考化学第一轮复习--晶体结构的分析与计算课件

一．几种典型的晶体结构分析晶体结构的分析与计算晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为109°28′(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键之比为1∶2晶体晶体结构晶体详解原子晶体SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个12晶体晶体结构晶体详解离子晶体NaCl型(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个。每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个(2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－CsCl型(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－晶体晶体结构晶体详解金属晶体简单立方堆积典型代表Po，空间利用率52%，配位数为6体心立方堆积典型代表Na、K、Fe，空间利用率68%，配位数为8六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti，空间利用率74%，配位数为12面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au，空间利用率74%，配位数为12二.晶体中微粒的计算方法——均摊法铜及其合金是人类最早使用的金属材料。(1)铜原子的核外电子排布式是___。(2)铜的熔点比钙的高，其原因是________________；如图是金属Ca【典例1】►和Cu所形成的某种合金的晶胞结构示意图，则该合金中Ca和Cu的原子个数之比为________。(3)Cu2＋能与NH3、H2O、Cl－等形成配位数为4的配合物。①[Cu(NH3)4]2＋中存在的化学键类型有________(填序号)。A．配位键B．金属键C．极性共价键D．非极性共价键E．离子键②[Cu(NH3)4]2＋具有对称的空间构型，[Cu(NH3)4]2＋中的两个NH3被两个Cl－取代，能得到两种不同结构的产物，则[Cu(NH3)4]2＋的空间构型为________。解析(1)铜元素原子核外电子排布满足“半满、全满稳定”的原理。(2)金属的物理性质主要取决于金属键的强弱，一般金属键越强，金属的硬度越大、熔点越高；该晶胞中顶点的原子按18计，面上的原子按12计。(3)[Cu(NH3)4]2＋中Cu2＋和NH3之间形成配位键，NH3内形成极性共价键。[Cu(NH3)4]2＋的空间构型可以参照甲烷的空间构型考虑，若为正四面体形，则[Cu(NH3)4]2＋中的两个NH3被两个Cl－取代后所得配合物只有一种。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s1(2)晶体中铜的金属键强度大于钙的1∶5(3)①AC②平面正方形(1)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如右图所示，则该化合物的化学式________。(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某【应用1】►同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：________。(3)X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶胞结构如右图所示。X的元素符号是________，与同一个N3－相连的X＋有________个。解析(1)利用均摊法计算，该晶胞中N(Z)∶N(X)∶N(Y)＝1×1∶8×18∶12×14＝1∶1∶3，该化合物的化学式为ZXY3。(2)由于MgO晶体结构属于NaCl型，Mg2＋与O2－应交替排列，结合MgO晶胞图示，⑧应为黑色，并且黑球应为Mg2＋，白球为O2－。答案(1)ZXY3(2)⑧应为黑色，且黑球应为Mg2＋，白球为O2－(3)Cu6(3)X＋所含电子：2＋8＋18＝28，则X为29号铜元素。从图上看少●多，结合X3N可知，为N3－，以顶角上的为中心，距离最近的X＋有3个。构成一个完整的三维空间需8个这样的立方体晶胞，则每个N3－周围有X＋：8×3×14＝6(个)(棱上原子为4个晶胞所共用)。三、晶体常见题型（一）求晶体化学式的确定C例1（西安市竞赛题）右图所示晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、电光等功能的晶体材料的最小结构单元（晶胞）。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是（各元素所带电荷均已略去）(A)8；BaTi8O12(B)8；BaTi4O9(C)6；BaTiO3(D)3；BaTi2O3例21987年2月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物在90K下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如下图所示，则该化合物的化学式可能为（）A.YBa2CuO7-xB.YBa2Cu2O7-xC.YBa2Cu3O7-xD.YBa2Cu4O7-x计算晶胞中各原子数：Y：1Ba：2Cu：8×1/8+8×1/4=3C例：最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的化学式是（）A.TiCB.Ti6C7C.Ti14C13D.Ti13C14此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的数目即可。均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以下题型：[例1]右图为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：（1）一个NaCl晶胞中有个Na＋，有个Cl－。（2）一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为acm，求该温度下NaCl晶体的密度。（3）若NaCl晶体的密度为ρg/cm3，则NaCl晶体中Na＋与Na十之间的最短距离是多少？8×1/8＋6×1/2＝41＋12×1／4＝4ρ＝m/V＝n·M/V＝58.5×4／(NA·a3)（二）晶体密度、粒子间距离的计算[例2]右图为NaCl晶胞结构,已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。测知FexO晶体的密度为ρ＝5.71g/cm3，晶胞边长为4.28×10－10m。（1）FexO中的x值（精确至0.01）为；（2）晶体虽的Fen+分别为Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数（用小数表示）为；（3）此晶体的化学式为；（4）与某个Fe2+或Fe3+距离最近且距离相等的O2－离子围成的空间几何形状是；（5）在晶体中铁元素的离子间最短距离为m。0.920.826正八面体3.03×10－10Fe0.762+Fe0.163+O[例3]金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方，即在立方体的8个顶点上各有一个金原子，各个面的面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻的晶胞共用。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。(1)金晶体中每个晶胞中含有个金原子；(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定。(3)一个晶胞的体积是多少？(4)金晶体的密度是多少？4在立方体各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切（三）晶体中点、线、面的关系[例1]C60是碳单质家族中的新成员，已知每个碳原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方式计算C60分子中存在________条C—C单键；________条C=C双键？分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过4条共价键与其它原子成键。其成键方式图为：由图可以看出：每个C—C单键为2个碳原子所拥有，故每个碳原子占有2×1/2=1条C－C单键，分子中共有1×60=60条C—C单键；每个C=C双键为2个碳原子所拥有，故每个碳原子占有1×1/2=1/2条C=C双键，分子中共有1/2×60=30条C=C双键。6030[例2]石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成，则:(1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为;(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是；（3）ng碳原子可构成个正六边形。每个碳原子为三个正六边形共用，每个正六边形的碳原子数为6×1/3=22又每个正六边形所占的C－C键数为：6×1/2=3∴碳原子数与碳一碳化学键之比是2∶32∶3(n/12)·NA2例、已知氯化铝的熔点为90℃(2.02×105Pa)，但它在180℃即开始升华。(1)氯化铝是(填“离子化合物”或“共价化合物”)。(2)在500K和1.01×105Pa时，它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92g/L，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为，结构式为。(3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”，其原因是。(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？一定压强和温度下，取两份等体积氟化氢气体，在35℃和90℃时测得其摩尔质量分别为40.0g/mol和20.0g/mol。（1）35℃，氟化氢的化学式为________（2）不同温度下摩尔质量不同的可能原因是____________（1）（HF）2（2）在较底温度下HF以氢键结合而成（HF）n，随着温度的升高，氢键不断被破坏。例．已知LiI晶体结构为NaCl型，实验测得Li+和I-最邻近的距离为3.02×10-10m，假定Li+和I-都是刚性球。试回答下列各问：⑴欲计算得到Li+和I-的近似半径，你还须做何假设？⑵计算的Li+、I-近似半径⑶若用另一方法测得Li+的半径为6.0×10-11m~6.8×10-11m，试验证你的假设是否正确。bca⑶由于离子间并非接触，即：3.02×10-10R++R-R+8.80×10-11m所以假设成立。解：⑴由于阴阳离子半径为“接触”半径，所以还必须假设离子间相接触。2⑵在上述假设下，联想晶胞结构，并取其一个面来观察，得如右图所示关系：在△abc中，因ac=×2×3.02×10-10m=4R-R-=2.14×10-10m故R+=8.80×10-11m例、（1）中学教材上图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g·mol-1).（2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O,试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比【分析与解答】（1）每个小立方体含O2-：4×1/8＝1/2,含Ni2+：4×1/8＝1/2；每个小立方体的体积＝(a×10-8cm)3.1cm3中Ni2+-O2-离子对数＝(1.00cm/a×10-8cm)3×1/2.密度＝(1.00cm/a×10-8cm)3×74.7g·mol-1×1/(2×6.02×1023mol-1)＝62.0/a3g·cm-3.（2）设1molNi0.97O中含Ni3+xmol,Ni2+(0.97-x)mol根据电中性：3xmol+2(0.97-x)mol=2×1mol.x=0.06，Ni2+为(0.97-x)mol=0.91离子数之比Ni3+:Ni2+=0.06:0.91=6:91.PCl5是一种白色晶体，加热到160℃时可不经过液态阶段就直接变成了蒸汽。测知180℃时的蒸汽密度（折合成标准状况）为9.3g·L-1，分子没有极性，P─Cl键长为204pm和211pm两种。继续加热到250℃时测知压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于148℃液化，形成一种能导电的熔体，测知P─Cl的键长为198pm和206pm两种。回答下列问题:(1)、180℃时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。(2)、250℃时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。(3)、PCl5熔体为什么能导电？试给出解释。(4)、PBr5气态分子的结构与PCl5相似，它的熔体也能导电，经测定知其中只存在一种P─Br键长，PBr5熔体为何能导电？试给出简洁的解释。PCl5PCl