2022高考化学一轮复习 第十二章 第41讲　晶体结构与性质课件PPT

这是一份2022高考化学一轮复习 第十二章 第41讲　晶体结构与性质课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了不固定，任何间隙，kJ·mol－1，四类晶体的比较，金属阳离子，范德华力，二氧化硅，离子晶体，正八面体，立方体等内容，欢迎下载使用。
考点 1　晶体的常识和常见四种晶体比较一、晶体1．晶体与非晶体
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。
3．晶胞(1)晶胞：晶胞是描述晶体结构的基本单元。(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。
4．离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成1 ml离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：__________。(2)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越____。②离子的半径：离子的半径越____，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越_____，且熔点越高，硬度越____。
1．比较下列晶格能大小(1)NaCl________KCl；(2)CaF2________MgO；(3)Na2S________Na2O；(4)CaO________KCl。提示：(1)>　(2)液体>气体；二是看物质所属类型，一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔、沸点比较思路：原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
题组一　晶体类型的判断1．如下表为锗卤化物的熔点和沸点，可知三种物质为_________晶体。并分析其变化规律及原因___________________________________________________________________________________________________。
解析：根据熔、沸点看出三种物质为分子晶体。它们的熔点和沸点大小顺序均为GeCl4二氧化硅>碳化硅B．CI4>CBr4>CCl4>CH4C．MgO>H2O>O2>Br2D．金刚石>生铁>纯铁>钠
解析：对于A选项，同属于原子晶体，熔、沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅离子晶体>分子晶体，MgO>(H2O、O2、Br2)，H2O>(Br2、O2)，Br2>O2，C项错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，D项错误。
答案：(1)H2O分子间形成氢键(2)>　两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低
(3)CO熔点________(填“>”或“　CO为极性分子而N2为非极性分子，CO分子间作用力较大(4)增大　三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高(5)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体
考点 2　常见的晶体模型一、常见金属晶体的原子堆积模型
二、原子晶体1．金刚石
(1)金刚石晶体中，每个C与另外___个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是___元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键有___ ml。(2)在金刚石晶胞中：C原子占据立方晶胞的顶点、面心和互不相邻的四个小立方体的中心，与每个C原子等距紧邻的C原子有4个，它们之间的距离为_____。
(1)SiO2晶体中，每个Si原子与___个O成键，每个O原子与___个硅原子成键，最小的环是_____元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是___原子，1 ml SiO2中含有___ ml Si—O键。(2)将金刚石中的C原子换成Si原子，每两个Si原子中间加一个O原子，就得到了SiO2的晶胞(图中大球代表Si原子，小球代表O原子)。
1．氯化钠(1)在晶体中，每个Na＋同时吸引__个Cl－，每个Cl－同时吸引__个Na＋，配位数为__。每个晶胞含__个Na＋和__个Cl－。(2)在NaCl晶胞中，Na＋和Cl－各自均为面心立方最密堆积。设晶胞的边长为a，与每个Na＋等距紧邻的Cl－有6个，它们之间的距离为___；与每个Na＋等距紧邻的Na＋有12个，它们之间的距离为_____。Na＋周围与每个Na＋等距紧邻的6个Cl－围成的空间构型为_________。
2．氯化铯(1)在晶体中，每个Cl－吸引__个Cs＋，每个Cs＋吸引__个Cl－，配位数为 __。(2)在CsCl晶胞中，Cs＋和Cl－各自均为简单立方堆积。设晶胞的边长为a，与每个Cs＋等距紧邻的Cl－有8个，它们之间的距离为______；与每个Cs＋等距紧邻的Cs＋有6个，它们之间的距离为a。Cs＋周围与每个Cs＋等距紧邻的8个Cl－围成的空间构型为________。
1．干冰(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有____个。(2)在干冰晶胞中：CO2分子为面心立方最密堆积。设晶胞的边长为a，与每个CO2等距紧邻的CO2有12个，它们之间的距离为______。2．冰冰的结构模型中，每个水分子与相邻的__个水分子以氢键相连接，含1 ml H2O的冰中，最多可形成__ ml“氢键”。
五、石墨晶体石墨是具有层状结构的混合型晶体(如图)，层内存在______键、_____键，层间存在__________；层内每个C原子与3个C原子连接，构成六边形，其键长、键角相等，每个六边形平均占有__个C原子，C原子数与C—C键数之比为______。
1．下列排列方式中：A.ABCABCABCB．ABABABABAB　C．ABBAABBAD．ABCCBAABCCBA，属于镁型堆积型式的是________；属于铜型堆积型式的是________。提示：B　A
2．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。提示：(1)MgB2
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
(1)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个。(　　)(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。(　　)(3)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个，Na＋周围的Cl－构成一个正八面体。(　　)
1．判断下列物质的晶胞结构，将对应序号填在线上。
(1)干冰晶体________；(2)氯化钠晶体________；(3)金刚石________；(4)钠________；(5)冰晶体________；(6)铜晶体________。答案：(1)②　(2)①　(3)③　(4)④　(5)⑤　(6)⑥
2．下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。
A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)B．干冰(含________个CO2)C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)D．金刚石(含________个C)E．体心立方(含________个原子)F．面心立方(含________个原子)答案：4　4　4　4　8　8　2　4
3．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。如图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是________，平均每个晶胞所占有的原子数目是________。
答案：(1)非密置　4　密置　6 (2)6　1
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。
命题角度一　晶胞中粒子数目及晶体、化学式的计算[典例1]　一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。  图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________。
[答案]　SmFeAsO1－xFx
命题角度二　晶胞中微粒配位数的计算[典例2]　O和Na两元素能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞边长a＝0.566 nm，F的化学式为________；晶胞中氧原子的配位数为________。
[解析]　由晶胞结构可知，一个晶胞中小球个数为8，大球个数为4，小球代表离子半径较小的Na＋，大球代表离子半径较大的O2－，故化合物F的化学式为Na2O；晶胞中与每个氧原子距离最近且相等的钠原子有8个。[答案]　Na2O　8
如：NaCl的晶胞模型如图，Na＋配位数为6，Cl－配位数为6
金属P为简单立方堆积，P的配位数为6金属Na、K、Fe为体心立方堆积，配位数为8
[答案]　InAs　4.275
[考能突破练]1．(1)已知锰的某种氧化物的晶胞如图所示，其中锰离子的化合价为________。
(2)一个Cu2O晶胞(如图)中，Cu原子的数目为________。
2．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
3.测定阿伏加德罗常数有多种方法，X­射线衍射法是其中的一种。通过对CuCl晶体的X­射线衍射图像的分析，可得出CuCl的晶胞如图所示，则距离每个Cu＋最近的Cl－的个数为________。答案：4
4.磷化硼晶体的晶胞结构如图所示，其中实心球为磷原子，在一个晶胞中磷原子的空间堆积方式为________，磷原子的配位数为________，该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是________。答案：面心立方最密堆积　4　硼(B)
5.砷化硼的晶胞结构如图所示。与砷原子紧邻的硼原子有________个，与每个硼原子紧邻的硼原子有________个，若其晶胞参数为b pm，则该晶体的密度为________g·cm－3(列出表达式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
晶胞参数及相关计算1．晶胞参数的相关计算(1)晶胞参数晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ，即晶格特征参数，简称晶胞参数。
(2)晶胞参数的计算方法
(2)金属晶体空间利用率分类简析①简单立方堆积(如图1所示)立方体的棱长为2r，球的半径为r
②体心立方堆积(如图2所示) 过程：b2＝a2＋a2
③六方最密堆积(如图3所示)
④面心立方最密堆积(如图4所示)
命题角度一　坐标参数的确定[典例1]　一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
命题角度二　晶胞中微粒半径或距离的计算[典例2]　图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝______pm，Mg原子之间最短距离y＝______pm。
命题角度三　晶体中空间利用率的计算[典例3]　GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·ml－1和MAs g·ml－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
3．利用新制的Cu(OH)2检验醛基时，生成砖红色的Cu2O，其晶胞结构如下图所示。
(1)根据所给晶胞，计算所含粒子数、化学式。(2)能写出晶胞中某些粒子的坐标点。(3)能计算出晶胞中某些特殊点之间的距离。(4)能根据所给量计算出晶胞的密度。(5)熟悉四种晶体类型，能根据已知性质判断晶体类型。(6)会比较各类不同晶体的熔、沸点大小。(7)会分析常见晶体中粒子的位置关系。
1．(1)(2019·高考全国卷Ⅰ)一些氧化物的熔点如下表所示：解释表中氧化物之间熔点差异的原因________________________________________________________________________________________。
答案：(1)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O，分子间作用力(分子量)P4O6>SO2
(2)(2017·高考全国卷Ⅰ)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是__________________________________________________________________________。(3)(2017·高考全国卷Ⅲ)在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______________，原因是______________________________________________________。(4)(2016·高考全国卷Ⅲ)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________。
答案：(2)K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子，水中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大(4)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
2．(2020·高考全国卷Ⅰ)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有________个。
电池充电时，LiFePO4脱出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x＝______，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。
3．(2020·高考全国卷Ⅱ节选)(1)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是______。(2)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是________；金属离子与氧离子间的作用力为________，Ca2＋的配位数是________。
解析：(1)TiF4的熔点明显高于TiCl4，而TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点依次升高，由此说明TiF4为离子化合物，而TiCl4、TiBr4、TiI4为共价化合物，共价化合物随相对分子质量的增大，分子间作用力增大，因此熔点依次升高。(2)三种元素中O的电负性最大，Ca的电负性最小，因此三种元素电负性的大小顺序为O>Ti>Ca。氧离子与金属离子之间形成的是离子键。由图(a)可知，每个Ca2＋周围与之等距离的O2－的个数为12，即配位数为12。
答案：(1)TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高　(2)O>Ti>Ca　离子键　12　
4．(2020·高考全国卷Ⅲ节选)(1)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)，其熔点比NH3BH3________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在________，也称“双氢键”。
解析：(1)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，说明N的电负性强于H，B的电负性弱于H，故电负性N>H>B。NH3BH3分子含8个原子，其价电子总数为14，与其互为等电子体的分子是CH3CH3。CH3CH3分子中的H都呈正电性，NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，则CH3CH3熔点比NH3BH3低的原因是在NH3BH3分子之间存在Hδ＋与Hδ－的静电引力。答案：(1)N>H>B　CH3CH3　低　Hδ＋与Hδ－的静电引力　
(2)研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm、α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝________________ g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。