高二化学人教版2019选择性必修二 第三章 晶体结构与性质 课件+单元试卷含解析卷

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章末复习
第三章 晶体结构与性质
①概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而 构成的具有规则几何外形的固体。
②分类：
晶体
根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为
Be3Al2[Si6O18]祖母绿
干冰
钻石
晶体
概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈相对无序排列而构成 的不具有规则几何外形的固体。
常见的晶体和非晶体晶体：食盐、冰、铁、铜等。非晶体：玻璃、橡胶等。晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列，粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。
非晶体
铜晶体结构
氯化钠晶体结构
晶体具有各向异性（如强度、导热性、光学性质等）。非晶体无各向异性，而是各向同性。
晶体与非晶体的本质差异
某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图，如下图，这张图说明玻璃是不是晶体？为什么？
【思考与讨论】
(1) 物质凝固。
熔融态
从熔融态结晶出的硫晶体(S8)
获得晶体的途径
(2) 物质冷却不经液态直接 (凝华)。
气态
凝固
获得晶体的途径
凝华得到的碘晶体
(3) 从饱和溶液中析出。
溶质
从饱和硫酸铜溶液中析出的CuSO4.5H2O
获得晶体的途径
甲苯中析出的硫晶体
从熔融态结晶的硫晶体
蜂巢与蜂室
铜晶体
铜晶胞
1.定义：描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的 结构重复单元。
晶体和晶胞的关系
一般来说,常规的晶胞都是平行六面体,整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)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。
平行六面体
无隙并置
六方晶胞中粒子的计算方法
三棱柱
体心
1
面心
1/2
棱边
水平1/4 竖1/6
顶点
1/12
(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？
(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
晶胞有3套平行棱，有3套平行面？
下图为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个2）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的个数比是 。
6
3∶1∶1
O：12×1/4＝3
Ti: 8 ×1/8＝1
Ca：1
2．钙、钛、氧可形成如图所示的晶胞，则所形成的物质的化学式可表示为（ ）
A．Ca8TiO12 B．Ca4TiO6 C．Ca4TiO3 D．CaTiO3
D
3．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为
A．1∶2∶1 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．9∶14∶9
A
分子晶体的结构特征
氢键具有方向性
氢键：0.177nm
每个H2O周围紧密相邻的H2O只有4个
为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？
由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。水存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔沸点比冰低。干冰常压下极易升华。而且，干冰在工业上广泛用作制冷剂。
【思考与讨论】
请你预测冰与液态水的密度大小?
固态水规则排列
冰融化成液态水的密度这样变化原因?
【思考与讨论】
为什么水在4℃时的密度最大？
氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以4℃时水的密度最大。
【思考与讨论】
(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。 分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。
(2)分子晶体不导电。 分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。
(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。

组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。
2.依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断
分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
3.依据物质的性质判断
分子晶体的判断方法
①组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质 量越大，范德华力越大，熔沸点越高。 如：O2>N2，HI>HBr>HCl。
②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点 高，如CO>N2
分子晶体熔沸点的比较
109º 28´，三维骨架
键能：347.7 kJ/mol（很大）
①在晶体中每个碳原子以四个共价单键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。②晶体中C-C-C夹角为109°28'，碳原子采取了sp3杂化。
③最小环上有6个碳原子，最多4个碳原子在同一平面。④每个碳原子被12个六元环共用。
⑦在金刚石晶胞中占有的碳原子数_______　
⑤每个碳原子都采取 _______;
sp3杂化
⑥晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键 中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：
8
⑧12g 金刚石含有_____个C原子 含有_____ 个C-C键
NA
2NA
金刚石的用途
所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体
构成粒子
共价晶体
粒子间的作用力
一、定义：
典型的共价晶体：
如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等
如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等
③极少数金属氧化物，
①某些单质
②某些非金属氧化物
如刚玉(ɑ-Al2O3)
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。 构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键;构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断。 共价晶体的熔点高,常在1 000 ℃以上;而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。
分子晶体和共价晶体的判断方法
(3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。 共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。(4)依据导电性判断。 分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。
分子晶体和共价晶体的判断方法
1.不同类型的晶体熔、沸点：共价晶体>分子晶体
理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。
分子晶体与共价晶体的熔、沸点比较
概念：
金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。
①成键微粒：金属阳离子、自由电子
②成键本质：金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用
③特征：无方向性和饱和性，成键电子可以在金属中自由流动
金属键
金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。
一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
金属键的影响因素
下列各组金属熔点高低顺序正确的是(　　)A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
D
阴阳离子间通过静电作用所形成的强烈的相互作用叫做离子键。
成键粒子
键的本质
静电引力和斥力
（1）影响因素：
一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大
（2）特征：
离子键没有方向性和饱和性。
因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。
离子键的实质：是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。
（3）实质：
为什么NaCl和CsCl的硬度大、熔沸点高？
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。
【思考与讨论】
强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐
由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体
常见的离子晶体
离子晶体的性质
熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩，水溶液或者熔融状态下导电。
概念：
思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置？
每个晶胞含钠离子和氯离子的个数：钠离子和氯离子的个数比为
4、4
1:1
NaCl
氯化钠晶体
这几个Na+在空间构成的几何构型为正八面体
配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目
1、导电性
离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。 当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子（熔融状态），在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。
2、具有较高的熔、沸点，难挥发
一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。
3、硬度
离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。
4、溶解性
大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律。
当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。
Cu
H2O
H2O
H2O
OH2
2+
请你写出NH4+的配位键的表示法？
平面正方形结构
[Cu(H2O)4]2+
(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B
配位键的表示方法
配位键的形成条件
①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。
(3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。。
形成条件
一方能给予孤电子对
另一方能接受电子对（有空轨道）
一种特殊的共价键
配位键：“电子对给予-接受”键。
、H2O、Cl－、SCN－等。
、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Al3+、Fe、Ni等
H+、Ag+
NH3
大多为过渡金属的原子或离子。
血红色溶液
【思考与讨论】
中心原子(离子)：提供空轨道，接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
配位体：提供孤电子对的分子或离子，如分子CO、NH3、H2O等，阴离子F-、CN-、Cl-等。
注意
①配位键是一种特殊的共价键，配位键与共价键性质完全相同.②H3O+、NH4+中含有配位键.
③配位键同样具有饱和性和方向性,一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。
把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键 结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
[Cu(H2O)4 ] S O 4
内界（配离子）
外界（离子）
中心离子
配位体
配位原子
配位数
思考：NH4Cl是配合物吗？
配位化合物：
实验证明，无论在得到的深蓝色透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。
实验3-3
（1）对溶解性的影响一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。
（2）颜色的改变当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。
（3）稳定性增强配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
配合物的形成对性质的影响