高中化学选修三-晶体讲义

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构成金属晶体的粒子: 金属离子、自由电子 粒子间的作用力:金属键
常见金属晶体 :金属、合金
3、金属性质与电子气理论
①金属导电性
电子气的运动是没有一定方向的,但在外 加电场的条件下,自由电子定向运动形成 电流,所以金属容易导电
②金属的导热性
自由电子在运动时与金属离子碰撞,把 能量从温度高的部分传到温度低的部分, 从而使整块金属达到相同的温度。
4、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图, 其中有多少个原子?
(8×
1 8
+
6
×
1 2
)×3
=12
5、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的 气态团簇分子,如下图所示,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,它的化学式是 Ti14C13 。
第三章 晶体的结构与性质
第二节 分子晶体与原子晶体
1、配位键
①定义:共用电子对由一个原子单方向 提供给另一个原子共用所形成| 的共价键称配位键。
② 表示方法 A→B
H+
H-N →H
③ 形成条件
H
一个原子有孤对电子,另一个原子有空轨道。
2、配位化合物
①配合物的形成
CuSO4溶液
继续滴 滴加氨水 加氨水
天蓝色 溶液
蓝色 沉淀
深蓝色 溶液
加乙醇 并静置
②CsCl 晶体
阴离子配位数 8
阳离子配位数 8
每个晶胞中 Cl—有 1 个 Cs +有 1 个
每个Cl— 周围最近且等距离的Cl—有 6 个 每个Cs+周围最近且等距离的Cs +有 6 个
CsCl晶胞
NaCl晶胞
③CaF2晶 体
阴离子配位数 4
阳离子配位数 8
CaF2晶胞
CaF2晶胞
每个F— 周围最 近且等距离的F— 有6 个
①1mol 冰中有 2 mol氢键?
②H2O的熔沸点比H2S高还是低?为
什么? 氢键
二、原子晶体
1、原子晶体
概念:原子间以共价键相结合而形成 空间网状结构的晶体 ,又称共价晶体
组成微粒:原子 无分子式 化学式表示原子最简整数比
粒子间作用力: 共价键
2、常见原子晶体
①某些非金属单质: 硼(B)、硅(Si) 锗(Ge)、金刚石(C)等 ②某些非金属化合物:
粒子间作用力:离子键 配位数(缩写为C.N.) 一个离子周围最邻近的异电性离子的数目
2、常见离子晶体
强碱、金属氧化物、部分盐类 ①NaCl 晶体
阴离子配位数 6
阳离子配位数 6
NaCl 晶体
每个晶胞中 Cl—有 4 个 Na +有 4 个 每个Cl— 周围最近且等距离的Cl—有 12 个 每个Na+周围最近且等距离的Na+有 12 个
深蓝色溶液
H2O
2+
H2O Cu OH2
H2O
1Cu与4O形成的结构 为平面正方形
NH3 2+
H3N Cu NH3
H3N 1Cu与4N形成的结构 为平面正方形
第三章 晶体的结构与性质
第一节 晶体的常识
一、晶体与非晶体
1、晶体与非晶体
晶体——具有规则几何外形的固体
非晶体——没有规则几何外形的固体 又称玻璃体
A.分子内化学键 B.分子间距离
C.分子构型
D.分子间作用力
5.Biblioteka Baidu列过程中,共价键被破坏的是( D )
A.碘升华
B.溴蒸气被木炭吸附
C.酒精溶于水
D.HCl气体溶于水
6.下列有关共价化合物的说法:①具有较低的熔、沸
点 ②不是电解质 ③固态时是分子晶体 ④都是由
分子构成 ⑤液态时不导电,其中一定正确的是( D )
丙晶体的化学式为__E_F___;丁晶体可能 的化学式为_X_Y__3Z__。
2、下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、 金刚石(C)晶胞的示意图,数一数,它们分别平均 含有几个原子?
Zn
Na
I2
金刚石
3、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察 钙-钛矿晶胞结构,求该晶体中,钙、 钛、氧的微粒个数比为多少?
密置层 配位数为6
2、金属的三维堆积方式
①简单立方堆积 唯一金属——钋
简单立方堆积的配位数 =6
简单立方堆积的空间占有率 =52%
球半径为r 正方体边长为a =2r
②体心立方堆积(钾型)K、Na、Fe
体心立方堆积的配位数 =8
体心立方堆积的空间占有率 =68%
体对角线长为c 面对角线长为b 棱线长为a 球半径为r
一、分子晶体
1、分子晶体
概念: 只含分子的晶体
组成微粒:分子 化学式就是分子式
粒子间作用力: 分子内原子间以共价键结合 相邻分子间靠分子间作用力(范德 华力、氢键)相互吸引
2、常见的分子晶体
①所有非金属氢化物 ②部分非金属单质 ③部分非金属氧化物
④几乎所有的酸
⑤绝大多数有机物的晶体
3、结构特征
金属键的强弱与离子半径、离子电荷有关
离子半径越小或离子所带电荷越多,则金属 键越强,金属的熔沸点越高、硬度越大。
二、金属晶体的原子堆积模型
1、几个概念
配位数:在晶体中与每个微粒紧密相邻 且距离相等的微粒个数
空间利用率: 晶体的空间被微粒占满的体积百分数 用来表示紧密堆积程度
金属的二维堆积方式
非密置层 配位数为4
相似相溶原理
练习:
1.下列性质适合于分子晶体的是( BC )
A.熔点1070℃,易溶于水,水溶液导电
B.熔点10.31 ℃,液态不导电、水溶液能导电
C.易溶于CS2、熔点112.8 ℃,沸点444.6℃ D.熔点97.81℃,质软、导电、密度0.97g/cm3
2.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不
(3)设计一个可靠的实验,判断氧化铝是离子化合物 还是共价化合物。你设计的实验是 __在_其__熔__融_状__态__下__,_试__验__其_是__否__导_电__;__若__不_导__电__是_共__价__化__合_物__。。
(4)在500K和1.01×105Pa时,它的蒸气密度(换算为标 准状况时)为11.92g·L-1,试确定氯化铝在蒸气状态时的 化学式为____A_l_2_C_l_6___。
同作用方式,下列物质中,只含有上述一种作用的是
(B )
A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠
D.碘
3.下列分子晶体:①H2O ②HCl ③ HBr ④HI ⑤CO
⑥N2 ⑦H2熔沸点由高到低的顺序是( C ) A.①②③④⑤⑥⑦ B.④③②①⑤⑥⑦
C.①④③②⑤⑥⑦ D.⑦⑥⑤④③②①
4.当S03晶体熔化或气化时,下述各项中发生变化 的是( BD )
分子间作用力
范德华力 氢键
①若分子间只有范德华力时
以1个分子为中心,周围有12个紧邻分子,即 分子密堆积结构
CO2 干冰 晶胞
②若分子间主要为氢键时 以1个分子为中心,周围有4个相邻分子,即 分子非密堆积结构。如:HF 、NH3、冰等
氢键具有方向性
4、物理性质
熔沸点较低;易升华 硬度很小
固态和熔融状态时都不导电 只有酸的水溶液中有的导电
SiC、BN、SiO2、Al2O3等
3、结构特征
晶体中只存在共价键,无单个分子存在; 晶体为空间网状结构。
二氧 化硅
金刚石
4、原子晶体的物理性质
熔沸点高 硬度大 一般不导电 难溶于溶剂
在SiO2晶体中,每个Si原子和( 4 )个O原 子形成( 4 )个共价键即每个Si原子周围 结合( 4 )个O原子;同时,每个O 原子和 ( 2 )个Si原子相结合。在SiO2晶体中,最 小的环是( 12 )元环。( 没有 )单个的 SiO2分子存在。
每个Ca2+周围 最近且等距离的 Ca2+有 12 个
深蓝色 晶体
Cu(OH)2
NH3 2+
H2O
2+ H3N Cu NH3
H2O Cu OH2
H3N
H2O
[Cu(NH3) 4 ] SO4•H2O
Cu2++ 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+ 2NH4+
蓝色溶液
蓝色沉淀
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + 2OH—
蓝色沉淀
A.①③④
B.②⑤
C.①②③④⑤
D.⑤
7.已知氯化铝的熔点为190℃(2.202×lO5Pa),但它在 180℃即开始升华。
(1)氯化铝是_共__价__化__合__物___。(填“离子化合物”“共 价化合物”)
(2)无水氯化铝在空气中强烈的“发烟”,其原因是 ___氯_化__铝__与_空__气__中__的_水__蒸__气_发__生__水__解_反__应__产_生__H_C_l_气_体__,____ ___H_Cl_在__空__气_中__形__成_酸__雾__而__“_发__烟__”_。__________________。
化学 选修三
原子结构 原子结构与性质
原子结构与元素的性质 共价键
分子结构与性质 分子的立体结构
晶体结构与性质
分子的性质 晶体的常识 分子晶体与原子晶体 金属晶体 离子晶体
1、化学键及其分类
相邻原子或离子之间强烈的相互作用
金属键 按成键方式分为: 共价键
金属晶体 分子晶体
离子键
离子晶体
四、配合物理论简介
练习 1、下列物质属于分子晶体的化合物是( C )
A、石英 B、硫磺 C、干冰 D、食盐
2、干冰气化时,下列所述内容发生变化的是
A、分子内共价键 C、分子键距离
B、分子间作用力 BC
D、分子间的氢键
3、冰醋酸固体中不存在的作用力是( A )
A、离子键
B、极性键
C、非极性键 D、范德华力
4、水分子间存在着氢键的作用,使 水分子彼此结合而成(H2O)n。在 冰中每个水分子被4个水分子包围形 成变形的正四面体,通过“氢键”相 互连接成庞大的分子晶体,其结构如 图:试分析:
c2=b2+a2 b2=a2+a2 c=4r (4r)2=3a2
③六方最密堆积(镁型)Mg、Zn、Ti
12
6
3
A
54
B
A
B A
六方最密堆积的配位数 =12
六方最密堆积的晶胞
六方最密 堆积的晶胞
六方最密堆积的空间占有率 =74% 上下面为菱形 边长为半径的2倍 2r
高为2倍 正四面体的高
2 6 2r 3
平行六 面体
无 隙 并 置
3、三种典型立方晶体结构
4.晶胞中原子个数的计算
晶胞顶角原子为8个晶胞共用,每个晶胞占1/8 晶胞棱上原子为4个晶胞共用,每个晶胞占1/4 晶胞面上原子为2个晶胞共用,每个晶胞占1/2 晶胞内部的原子为1个晶胞独自占有,即为1
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知:甲晶体中A与B的离子个数比 为 1:1 ;乙晶体的化学式为 C2D ;
各向异性 不同方向上,性质有差异
3、晶体形成的途径
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、晶体的鉴别
①物理性质差异 如:外形、硬度、熔点、折光率
②最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验
[课堂练习]
1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是
A、晶体一定比非晶体的熔点高
第三章 晶体的结构与性质
第三节 金属晶体
一、金属键
1、金属键
①定义
金属离子与自由电子之间强烈的相互作用
②本质 金属原子的价电子发生脱落, 形成金属阳离子和自由电子
电子气理论
无饱和性 自由电子被所有原子所共用 无方向性 从而把所有的金属原子维系在一起
2、金属晶体
金属离子与自由电子通过金属键结合 而成的晶体叫做金属晶体
④面心立方最密堆积(铜型)Cu、Ag、Au A C B A C B A
12
6
3
54
立方面心最密堆积的配位数 =12
立方面心最密堆积的空间占有率 =74%
第三章 晶体的结构与性质
第四节 离子晶体
一、离子晶体
1、离子晶体
概念:由阳离子和阴离子通过离子键 结合而成的晶体叫做离子晶体
组成微粒:阴阳 无分子式 离子 化学式表示离子最简整数比
B、晶体有自范性但排列无序
C
C、非晶体无自范性而且排列无序
D、固体SiO2一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是
A、熔沸点 C、颜色
BD、、硬x度-射线衍射实验D
二、晶胞
1、晶胞:描述晶体结构的基本单元
晶胞是无形的,是人为划定的
2、晶胞特征
一般是平行六面体 晶体由晶胞“无隙并置”而成
高温下热运动剧烈,因此电子的定向移 动程度减弱,所以,随着温度的升高, 金属的导电性减弱
③金属的延展性
金属离子和自由电子间相互作用没有方向性, 在外力作用下各原子层就会发生相对滑动, 但不会改变原来的排列方式,而且弥漫在金 属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠 之间润滑剂的作用
④金属的熔点、硬度 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关
晶体
离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
2、晶体与非晶体性质对比
本质差异
自范性 微观结构 各向异性 熔沸点
晶体

原子在三维空 强度、导 间里呈周期性 热性、光 有序排列 学性质等
有固定 熔沸点
非晶体 无
原子排列相 对无序
无固定 无 熔沸点
自范性 晶体能自发地呈现多面体外形的性质 自范性前提:晶体生长的速率适当
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