第28讲　晶体结构与性质(基础课)（共64张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共64张PPT)
第28讲　晶体结构与性质(基础课)
第三部分　物质结构与性质
第五章　物质结构与性质
　　　　 1.能认识晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，能根据晶胞确定粒子数或晶体的组成。　2.能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。　3.知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可以获得特殊的材料。　4.了解晶体的有关性质如熔点、沸点、硬度、导电性等。
知识点一　晶体与常见晶体的空间结构模型
必备知识梳理
关键能力训练
01
1．晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体比较
有
无
有
无
固定
不固定
各向异性
熔点
X射线衍射
(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。
2．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：所有晶胞平行排列，取向相同。
(3)一般形状为平行六面体，其特点为8个顶角相同，三套各4根平行棱分别相同，三套各两个平行面分别相同。
基本单元
任何间隙
(4)晶胞中粒子数目的计算——均摊法
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___。
长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
8
4
2
(5)其他晶胞结构中粒子数的计算
①三棱柱
②六棱柱
3．常见典型的晶体模型
(1)共价晶体——金刚石与SiO2
①a.金刚石晶体中，每个C与另外___个C形成共价键，碳原子采取___杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是__元环。每个C被__个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C有___ mol。
b．在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的___处。每个晶胞含有____个C。
4
sp3
六
12
2
8
②SiO2晶体中，每个Si原子与___个O原子成键，每个O原子与_个Si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 mol SiO2晶体中含Si—O数目为_____，在SiO2晶体中Si、O原子均采取___杂化。
4
2
十二
Si
4NA
sp3
(2)分子晶体——干冰和冰
①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有__个，属于分子密堆积。晶胞中含有___个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。
12
4
②冰的晶体中，每个水分子与相邻的__个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成____mol 氢键。晶胞结构与金刚石相似，1个晶胞中含有8个H2O。
4
2
(3)离子晶体
①NaCl型：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－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引_个Cs＋，每个Cs＋吸引__个Cl－，配位数为___。
6
6
6
4
4
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8
4
8
4
8
　　　　①晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
②离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
(4)混合型晶体——石墨晶体
①石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是________。
②平均每个正六边形拥有的碳原子个数是_，C原子采取的杂化方式是___。
③在每层内存在____键和金属键。能导电，晶体中每个C形成3个共价键，C的另一价电子在电场作用下可移动，形成电流。
④石墨C—C的键长比金刚石C—C的键长短，熔点比金刚石的__。
范德华力
2
sp2
共价
高
(5)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶体区别非晶体的本质是晶体中的粒子在三维空间呈周期性有序排列。(　　)
(2)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。(　　)
(3)任何分子晶体的晶胞中每个分子最近等距离的分子有12个。(　　)
(4)干冰晶胞中含有4个CO2分子。(　　)
(5)金刚石晶胞中含有8个碳原子。(　　)
[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
　　　　　晶胞中粒子数与配位数的确定
1．已知某化合物的晶体是由如图所示最小单元密置堆积而成的，关于该化合物的叙述中错误的是 (　　)
A．1 mol该化合物中有1 mol Y
B．1 mol该化合物中有3 mol Cu
C．1 mol该化合物中有2 mol Ba
D．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6
3．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________。
[解析]　能量越低越稳定，故更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型，故晶胞中Cu为1个，Fe为3个，N为1个，故化学式为Fe3CuN。
[答案]　Fe3CuN
立方体中粒子周围最近等距离其他粒子的个数
　　　　 常见典型晶体的空间结构分析
4．金刚石结构如图所示，晶体Si、立方SiC具有类似金刚石结构。下列说法错误的是(　　)
A．熔、沸点：金刚石＞晶体Si
B．晶体Si晶胞中含有8个Si
C．根据等电子原理推测，BN可形成类似金刚石的晶体
D．立方SiC晶胞顶点从1号位分别平移至2号位和3号位，所得晶胞中Si 位置相同
D　[C—C键长比Si—Si键长短，键能大，故金刚石的熔、沸点大于Si，A正确；利用均摊法，可得金刚石晶胞中有8个C，所以晶体硅晶胞中含有8个Si，B正确；根据等电子原理，BN与 C2互为等电子体，故BN可能形成与金刚石相似的结构，C正确；1号、2号位置原子相同，但1号与3号不同，故将晶胞顶点平移至3号时SiC晶胞中Si位置不同，D错误。]
5．已知金刚石的晶胞如下：
知识点二　晶体类型与晶体性质
02
必备知识梳理
关键能力训练
1．常见晶体类型比较
分子或原子
原子
金属阳离
子和自由
电子
阴、阳
离子
原子
分子间作用
力、氢键
共价键
金属键
离子键
很大
很高
良
不导
导
　　　　①石墨晶体为混合型晶体，为层状结构。硬度小、质软，熔点比金刚石高，能导电。
②“电子气理论”要点
a．该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。
b．利用电子气理论可以解释金属晶体的导电、导热和延展性。
2．晶体类型的两种判断
(1)依据物质的分类判断
①金属氧化物(K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质是金属晶体。
(2)根据各类晶体的特征性质判断
一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属于共价晶体；能导电、导热、具有延展性的晶体为金属晶体。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)分子晶体中只含分子间作用力不含共价键。(　　)
(2)离子晶体中一定含离子键可能含共价键。(　　)
(3)晶体中只要有金属阳离子就一定有阴离子。(　　)
(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。(　　)
(5)石墨晶体导电是因为晶体每个C形成三个共价键，还有一个电子可以自由移动。(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
2．比较下列各组物质的熔点高低。
(1)H2O　H2S　S　Si：____________________________。
(2)MgO　CaO　BaO：__________________________。
(3)金刚石　SiC　晶体硅：_______________________。
[答案]　(1)Si＞S＞H2O＞H2S　(2)MgO＞CaO＞BaO　(3)金刚石＞SiC＞晶体硅
　　　　　晶体类型的判定
1．下列晶体分类中正确的一组是(　　)
2．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。
(1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电：________。
(2)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电：______。
(3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：___________。
(4)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解：________________。
(5)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：________________。
(6)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：________________。
[答案]　(1)共价晶体　(2)分子晶体　(3)分子晶体　(4)分子晶体　(5)共价晶体　(6)分子晶体
　　　　　熔、沸点的比较
晶体熔、沸点比较的一般思路
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为：共价晶体＞离子晶体＞金属晶体＞分子晶体。
(2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。
①离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。
②共价晶体：原子半径越小、键长越短、键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
③分子晶体
a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常地高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。
d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，
④金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。
[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)金刚石为共价晶体而C60为分子晶体
[解析]　苯胺是有机化合物，晶体类型是分子晶体。氮原子电负性大，苯胺分子间存在氢键，使苯胺的熔点、沸点比甲苯高。
[答案]　分子晶体　苯胺分子之间存在氢键
真题感悟·明确考向
03
1．(2022·山东等级考，T15)Cu2－xSe是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是(　　)
A．每个Cu2－xSe晶胞中Cu2＋个数为x
B．每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2－xSe晶胞，转移电子数为8
C．每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1－x
D．当NayCu2－xSe转化为NaCuSe时，每转移
(1－y)mol电子，产生(1－x)mol Cu原子
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BD　[A项，1个Cu2－xSe晶胞中含Se 4个，Cu总量为8－4x，若Cu2＋为x，则Cu＋为(8－4x－x)，根据电荷守恒：2x＋(8－4x－x)＝2×4，即2x－5x＝0，错误；B项，根据Na2Se－2e－＋(2－x)Cu===Cu2－xSe＋2Na＋和1个Na2Se晶胞含8个Na＋可知，转移电子数为8，正确；C项，根据电极反应Cu2－xSe＋e－＋Na＋===NaCuSe＋(1－x)Cu，故每个NaCuSe晶胞中含(4－4x)个Cu，错误；D项，根据反应式：NayCu2－xSe＋(1－y)e－＋(1－y)Na＋===NaCuSe＋(1－x)Cu，故每转移(1－y)mol电子，产生(1－x)mol Cu原子，正确。]
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2．(2022·辽宁选择性考试，T18节选)某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·mol－1，则M元素为________(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为________。
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3．(2022·山东等级考，T16节选)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出)，每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°。回答下列问题：
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(1)基态Ni原子的价电子排布式为____，在元素周期表中位置为________。
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键，Ni2＋与Zn2＋的配位数之比为_____；x∶y∶z＝________；晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是_____。
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4．(1)(2021·山东等级考，T16节选)OF2的熔、沸点____________(填“高于”或“低于”)Cl2O，原因是________。
(2)(2020·全国Ⅱ卷，T35节选)Ti的四卤化物熔点如表所示，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_________。
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[答案]　(1)低于　OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，OF2的相对分子质量小　(2)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
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