高三化学课件09届高考化学晶体结构1高三化学课件

高三化学总复习基本理论晶体结构一、基础知识回顾（一）晶体的概念及性质◆晶体◆决定晶体物理性质的因素是什么?●通过结晶得到的具有规则几何外形的固体叫晶体。●晶体中的微粒按一定的规则排列。●有固定的熔点●构成晶体微粒之间的结合力。●结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶体的硬度越大。（二）微粒间的作用力化学键：分子间作用力相邻原子之间强烈的相互作用。（1）离子键（2）共价键（3）金属键概念？影响因素？如何判断离子键的存在？概念？类型？如何判断共价键的强弱？影响因素？概念？影响因素？如何认识分子间作用力和共价键？分子间作用力（范德瓦耳斯力）①实质不同分子间作用力是分子之间的作用力共价键是分子内部原子之间的作用力。②强度不同能量较小，一般几个到数十个KJ/mol；共价键一般120--800KJ/mol。对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也就越高。分子间作用力对物质性质的影响规律氢键共价型分子中八电子稳定结构的判断1、分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足最外层8电子稳定结构。2、若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8，则该元素的原子满足8电子稳定结构；否则不满足。（三）四种晶体的比较离子晶体1、离子间通过离子键结合而成的晶体。2、离子晶体的特点●无单个分子存在；NaCl不表示分子式。●熔沸点较高，硬度较大，难压缩,但质地较脆.●水溶液或者熔融状态下均导电。3、哪些物质属于离子晶体？●强碱、部分金属氧化物、大部分盐类。分子晶体1、分子间通过分子间作用力结合成的晶体。2、分子晶体的特点●有单个分子存在；化学式就是分子式。●熔沸点较低，硬度较小，易升华。3、哪些物质可以形成分子晶体？卤素、氧气、等多数非金属单质、稀有气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、酸、多数有机物等。原子晶体1、原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体。2、原子晶体的特点3、哪些物质属于原子晶体金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体概念离子间离子键原子间共价键分子间分子力金属离子和e金属键晶体质点阴、阳离子原子分子金属离子原子和e作用力离子键共价键分子间力金属键物理性质熔沸点较高最高很低一般高少数低硬度较硬最硬硬度小多数硬少数软溶解性易溶于水难溶任何溶剂相似相溶难溶导电性溶、熔可硅、石墨可部分水溶液可固、熔可实例盐MOHMOCSiSiO2SiCHXXOnHXOn金属或合金四种晶体的比较（四）晶体类型的判断◆从物质的分类上判断：◆从性质上判断：固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体；固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨；固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体。高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体●离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物；●分子晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外）及氧化物（SiO2除外），所有的酸及非金属氢化物，大多数有机物等。●原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、SiO2、SiC、BN等●金属晶体：金属单质（液态Hg除外）及合金●熔沸点和硬度●物质的导电性（五）晶体化学基础每个晶体是由无数个晶胞连在一起形成的，故晶胞的结构反映了晶体的结构，所以对于某些晶体我们就可以通过研究晶胞结构来研究晶体结构。晶胞从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小部分。（晶体中的最小重复单元）简单立方体心立方面心立方三种典型立方晶体结构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1/n属于一个图形。（1）长方体（正方体）：位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有1/8；位于晶胞棱上的微粒，实际提供给晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶体的是1。（2）非长方体（非正方体）：视具体情况分析。如：石墨平均每个碳原子对六边形的贡献是：1/3二、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)·NA2三、常见的几种晶体类型CsClNaCl干冰石墨金刚石SiO2几种重要晶体的微观结构分析NaCl的晶体结构（1）每个晶胞由个小立方体组成（见右图），每个小立方体的个顶点分上有个Na+和个Cl－，它们分别位于小立方体互不相邻的四个顶点上。（2）每个晶胞中含有Na+数目为：8×1/8＋6×1/2＝4，含有Cl－数目为：1＋12×1/4＝4，故每个晶胞中含有4个“NaCl”结构单元；（3）晶胞中每个离子都被个异号离子包围（上、下、左、右、前、后），它们之间构成的空间结构；（4）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有个（12条棱的棱心）（5）设晶胞的边长为dcm，则晶胞中Na+和Cl－的最近距离（即小立方体的边长）为cm，则晶胞中同种离子的最近距离为cm。88446正八面体12d/2d/2连接正方体六个面的面心构成一个正八面体。Na＋Cl－Na＋Cl－（1）晶胞为体心立方，每个立方体的8个顶点分上有个Cs+（或Cl－），体心上有个Cl－（或Cs+）（2）每个晶胞中含有Cs＋数目为：，含有Cl－数目为：，故每个晶胞中含有个“CsCl”结构单元；（3）晶胞中每个离子都被个异号离子包围（8个顶点），它们之间构成的空间结构；（4）晶胞中每个离子周围距离最近且等距离的同种离子有个，（上、下、左、右、前、后）它们之间构成的空间结构；（5）设晶胞的边长为dcm，则晶胞中同种离子的最近距离为cm，Cs+和Cl－的最近距离（即立方体体对角线的一半）为cm；CsCl的晶体结构818×1/8=1118立方体6正八面体dd/2在每个CO2周围等距离且相距最近的CO2共有个。在每个小立方体中平均分摊到的CO2分子数为：个干冰晶体结构12(8×1/8+6×1/2)=4金刚石在金刚石晶体中，碳原子构成的最小环为非平面(与环已烷碳环相似键角为109°28′，每个碳与相邻4个碳构成正四面体、其中n(C):n(C－C)=1:(4×1/2)=1:2每个碳原子被多少个六元环共用呢？相邻两条C－C键可构成2个六元环，它共有C24这种相邻，故共被2C24=12个六元环共用。同理，每条C－C键被2C13=6个六元环共用。金刚石晶胞实际上是由8个相邻的小立方体并置堆砌而成，黑体碳位于相互错开排列的4个小立方体的重心，其余碳位于大立方体的8个顶点和6个面心。该晶体实际分摊到的碳原子数为(4+6×1/2+8×1/8)=8个。设C－C键长为d、晶胞边长为a，可列：若令A(0，0，0)、，则B(1/4，1/4，1/4)、C(1，1，1)，√3a=4d即a=4√3d/3，AB=√3×(1/4)2=√3/4，AC=√3×12=√3，故AB=AC/4若令金刚石的密度为b，可列：1mol×6.02×1023×(4√3d/3)3×b/8=1mol×12g/mol将b=3.51g/cm3代入，解得d=1.55×10-8cm=1.55×10-10m（1）金刚石由碳原子构成正四面体的单元。每个碳原子等距离紧邻其它个碳原子。键角为。金刚石中由共价键构成的最小环有6个碳原子，但6个碳原子不都在一个平面上。（2）每个环平均拥有：个C－C键，个C原子。（3）晶体中每个C原子被个六元环所共有，每个C原子占有个C－C键。小结：109º28´41/21122石墨：在石墨晶体中，碳原子构成的最小环为平面型六元环(与苯环相似)键角为120°，每个碳原子与相邻3个碳原子构成正三角形，其中n(C):n(C－C)=1:(3×1/2)=2:3，每个碳原子被3个六元环共用，每个C－C键被2个六元环共用。令石墨中C－C键长为a，层间距离为h，由于每个正六棱柱分摊的碳原子数为12×1/6=2个，可列：1mol×6.02×10233√3a2h22××密度=1mol×12g/mol将a=1.42×10-10m=1.42×10-8cm，h=3.35×10-8cm代入上式解得密度=2.27g/cm33.二氧化硅晶体可以这样去理解SiO2的结构，即在晶体硅中的Si－Si键间插入1个O晶体中存在SiO4四面体及OSiO折线，∠OSiO=109°18′，晶体中最小