2020高考化学一轮复习 第十一章 第3讲 晶体结构与性质课件 新人教版

第3讲晶体结构与性质最新考纲要求核心素养脉络1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中粒子结构、粒子间作用力的区别。3．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。1.宏观辨识与微观探析：认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成粒子、结构特点，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。4．了解分子晶体结构与性质的关系。5．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。6．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。了解金属晶体常见的堆积方式。7．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。2．证据推理与模型认知：能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。3．变化观念与平衡思想：认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态的分析不同晶体的组成及相应物质的性质。考点一晶体与晶胞一、晶体与非晶体1．晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特征结构粒子在三维空间里_______________排列结构粒子相对______排列周期性有序无序自范性有无熔点固定不固定性质特征异同表现各向异性不具有各向异性间接方法测定其是否有固定的______二者区别方法科学方法对固体进行射线衍射实验2.获得晶体的途径(1)熔融态物质凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。熔点二、晶胞1．概念：描述晶体结构的____________。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。基本单元任何间隙平行取向[思维诊断1]判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体()(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同()(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块()(4)通过射线衍射实验的方法不能区分晶体和非晶体()(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列()(6)立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用()××××√√[思维诊断2]如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b的个数比是________，丙中一个晶胞中有______个c离子和________个d离子。提示：2∶11∶144教材对接高考1．(RJ选修3·P64T3改编)如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。解析：(1)甲中X位于立方体体心，算作1，Y位于立方体顶点，实际占有：18×4＝12，X∶Y(个数比)＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。(2)乙中A占有：18×8＝1，B占有12×6＝3，C占有1，由此推出A∶B∶C(个数比)＝1∶3∶1。(3)丙中每个D周围的E的个数与每个E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围有8个E。答案：(1)X2Y(2)1∶3∶1(3)82．(溯源题)[2018·高考全国卷Ⅲ，35(5)]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。解析：题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积＝6×34a2cm2，六棱柱的体积＝6×34a2ccm3，该晶胞中Zn原子个数为12×16＋2×12＋3＝6，已知Zn的相对原子质量为65，阿伏加德罗常数的值为NA，则Zn的密度ρ＝mV＝65×6NA×6×34a2cg·cm－3。答案：六方最密堆积(A3型)65×6NA×6×34×a2c探源本考题源于RJ选修3P64学与问及第3题，考查了晶胞结构及相关计算，这仍是以后高考的一大热点。1．原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1n。2．方法：(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(2)非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，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)被三个六边形共有，每个六边形占13。角度1晶胞中粒子数目的计算1．如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。解析：R：8×18＋1＝2G：8×14＋8×14＋4×12＋2＝8Q：8×14＋2＝4R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。答案：＋3价2．钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型的变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图如图所示，它的化学式是()A．BaTi8O12B．BaTi4O6C．BaTi2O4D．BaTiO3D解析：选D。Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti为与之相连的8个立方体所共用，即只有18属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每条棱为四个立方体共用，故每个O只有14属于该晶胞。即晶体中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶8×18∶12×14＝1∶1∶3。3．纳米材料的表面粒子数占粒子总数的比例很大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某硼镁化合物的结构如图所示(六个硼原子位于内部)，则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分比为()A．22%B．70%C．66.7%D．33.3%B解析：选B。这是1个纳米颗粒，其中的粒子不会与其他颗粒共用，因此所有的镁原子和硼原子都完全属于这个颗粒。该纳米颗粒表面共有镁原子14个、内部有硼原子6个，原子总数为20，所以镁原子即表面粒子数占原子总数的百分比为1420×100%＝70%，故选B。角度2晶体密度及粒子间距离的计算4．某离子晶体晶胞的结构如图所示。试分析：(1)晶体的化学式为_______________________________。(2)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是________。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg/mol，晶体的密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。解析：(1)采用均摊法，X的个数＝4×1/8＝1/2，Y在体内，个数是1个，则X与Y的个数是1∶2。(2)若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知∠XYX＝109°28′。(3)摩尔质量是指单位物质的量的物质所具有的质量，数值上等于该物质的相对分子(或原子)质量。由题意知，该晶胞中含有12个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝12M，a＝3M2ρNA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为23M2ρNAcm。答案：(1)XY2或Y2X(2)109°28′(3)23M2ρNA5．如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是ρg·cm－3，试计算Na＋与S2－的最短距离为________cm(阿伏加德罗常数用NA表示，只写出计算式)。解析：晶胞中，●个数为8×18＋6×12＝4，o个数为8，其个数之比为1∶2，所以●代表S2－，o代表Na＋。设晶胞边长为acm，则a3·ρ·NA＝4×78a＝34×78ρ·NA面对角线为2×34×78ρ·NAcm面对角线的14为24×34×78ρ·NAcm边长的14为14×34×78ρ·NAcm所以其最短距离为24×34×78ρ·NA2＋14×34×78ρ·NA2cm＝3434×78ρ·NAcm。答案：3434×78ρ·NA6．按要求回答下列问题：(1)立方氮化硼晶胞结构如图所示，若晶胞边长为361.5pm，则立方氮化硼的密度是________g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。(2)F跟Ca可形成离子化合物，其晶胞结构如图。该离子化合物晶体的密度为ρg·cm－3，则晶胞的体积是________(用含ρ的代数式表示)。(3)Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为ag·cm－3，则Cu与F最近距离为________pm。(阿伏加德罗常数用NA表示，列出计算表达式，不用化简；图中为Cu，为F)解析：(1)一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子。一个晶胞的质量为25NA×4g，一个立方氮化硼晶胞的体积是(361.5pm)3，因此立方氮化硼的密度是25×4361.5×10－103×NAg·cm－3。(2)根据晶胞结构可以知道一个CaF2晶胞中有4个Ca2＋和8个F－，氟化钙的摩尔质量为78g·mol－1，一个晶胞的质量为4×78NAg，则晶胞的体积为4×78ρNAcm3，带入NA的值可求得为5.2×10－22ρcm3。(3)设晶胞的棱长为xcm，在晶胞中，Cu：8×18＋6×12＝4；F：4，其化学式为CuF。a·x3·NA＝4M(CuF)，x＝34MCuFa·NA。最短距离为小立方体体对角线的14，小立方体的体对角线为3x。所以最短距离为34·34×83a·NA×1010pm。答案：(1)25×4361.5×10－103×NA(2)5.2×10－22ρcm3(3)34·34×83a·NA×1010晶胞的密度及粒子间距离的计算1．解题程序2．晶体粒子与M、ρ之间的关系若1个晶胞中含有x个粒子，则1mol晶胞中含有xmol粒子，其质量为xMg(M为粒子的相对“分子”质量)；又因为1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积)，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。考点二常见晶体的结构与性质一、四种晶体类型的比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子____________金属阳离子、自由电子_______________分子原子阴、阳离子粒子间作用力____________(某些含氢键)___________________________硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高范德华力共价键金属键离子键溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl)二、典型晶体模型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，碳原子轨道均为①_________杂化，形成正四面体结构(2)键角均为②___________(3)最小碳环由③___个C组成且④___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键数之比为⑤_________sp3109°28′661∶2原子晶体SiO2(1)每个Si与⑥___个O以共价键结合，硅原子轨道均为⑦_________杂化，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)＝⑧_________(3)最小环上有⑨______个原子，即6个O,6个Si4sp31∶212冰水分子间的主要作用力是⑩______，也存在⑪____________，每个水分子周围紧邻的水分子数有⑫___个分子晶体干冰(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⑬______个氢键范德华力412NaCl(型)(1