高考化學一輪復習 專題二十七 物質的結構與性質 考點三 晶體結構與性質教學案
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1 晶體常識 (1)晶體與非晶體 比較 晶體 非晶體 結構特征 結構粒子周期性有序排列 結構粒子無序排列 性質 特征 自范性 有 無 熔點 固定 不固定 異同表現 各向異性 各向同性 二者區(qū)分方法 ①間接方法:測定其是否有固定的熔點 ②科學方法:對固體進行X射線衍射實驗 學霸巧學卡 在適宜的條件下,晶體能自發(fā)地呈現多面體外形的性質稱為晶體的自范性。晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現周期性的有序排列的宏觀表象。有沒有自范性是晶體與非晶體的本質差異。 (2)獲得晶體的三條途徑 ①熔融態(tài)物質凝固。 ②氣態(tài)物質冷卻不經液態(tài)直接凝固(凝華)。 ③溶質從溶液中析出。 (3)晶胞 ①概念 描述晶體結構的基本單元。 ②晶體中晶胞的排列——無隙并置 a.無隙:相鄰晶胞之間沒有任何間隙。 b.并置:所有晶胞平行排列、取向相同。 c.形狀:一般而言晶胞都是平行六面體。 ③晶胞中粒子數目的計算——均攤法 晶胞任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有,那么,每個晶胞對這個原子分得的份額就是。 a.長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數的計算: b.非長方體晶胞中粒子視具體情況而定,如石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形,其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有,每個六邊形占1/3。 (4)晶格能 ①定義 氣態(tài)離子形成1摩離子晶體釋放的能量,通常取正值,單位是kJmol-1。 ②影響因素 a.離子所帶電荷數:離子所帶電荷數越多,晶格能越大。 b.離子的半徑:離子的半徑越小,晶格能越大。 ③與離子晶體性質的關系 晶格能越大,形成的離子晶體越穩(wěn)定,且熔點越高,硬度越大。 學霸巧學卡 (1)具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體,如切割整齊的玻璃。 (2)晶胞是從晶體中“截取”出來具有代表性的最小部分,而不一定是最小的“平行六面體”。 (3)在使用均攤法計算晶胞中粒子個數時,要注意晶胞的形狀,不同形狀的晶胞,應先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共用,如六棱柱晶胞中,頂點、側棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2個晶胞所共有。 2 常見晶體類型的結構與性質 (1)四種晶體的比較 晶體類型 性質比較 離子晶體 分子晶體 原子晶體 金屬晶體 結構 組成粒子 陰、陽離子 分子 原子 金屬陽離子和自由電子 粒子間作用 離子鍵 范德華力 共價鍵 金屬鍵 物理 性質 熔沸點 較高 低 很高 有高有低 硬度 硬而脆 小 很大 有大有小、有延展性 溶解性 易溶于極性溶劑,難溶于非極性溶劑 極性分子易溶于極性溶劑 不溶于常見溶劑 難溶(鈉等與水反應) 導電性 晶體不導電;能溶于水者,其水溶液導電;熔化時導電 晶體不導電,溶于水后能電離的,其水溶液可導電;熔化不導電 導電性較差(Si是半導體) 良導體(導電傳熱) 續(xù)表 晶體類型 性質比較 離子晶體 分子晶體 原子晶體 金屬晶體 典型實例 NaCl、NaOH、Na2O、CaCO3 干冰、白磷、冰、硫黃 金剛石、SiO2、晶體硅、SiC Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn (2)典型晶體模型 晶體 晶體結構 晶體詳解 原子晶體 金剛石 ①每個C與相鄰的4個C以共價鍵結合,形成正四面體結構 ②鍵角均為10928′ ③最小碳環(huán)由6個C組成且6個原子不在同一平面內 ④每個C參與4條C—C鍵的形成,C原子數與C—C鍵數之比為1∶2 SiO2 ①每個Si與4個O以共價鍵結合,形成正四面體結構 ②每個正四面體占有1個Si,4個“O”,n(Si)∶n(O)=1∶2 ③最小環(huán)上有12個原子,即6個O,6個Si 分子晶體 干冰 ①每8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據1個CO2分子 ②每個CO2分子周圍等距離且緊鄰的CO2分子有12個 離子晶體 NaCl型 ①每個Na+(Cl-)周圍等距離且緊鄰的Cl-(Na+)有6個。每個Na+周圍等距離且緊鄰的Na+有12個 ②每個晶胞中含4個Na+和4個Cl- CsCl型 ①每個Cs+(Cl-)周圍等距離且緊鄰的Cs+(Cl-)有6個;每個Cs+周圍等距離且緊鄰的Cl-有8個 ②每個晶胞中含1個Cs+和1個Cl- 續(xù)表 晶體 晶體結構 晶體詳解 金屬晶體 簡單立方堆積 典型代表為Po,配位數為6,空間利用率為52% 面心立方最密堆積 又稱為A1型或銅型,典型代表為Cu、Ag、Au,配位數為12,空間利用率為74% 體心立方堆積 又稱為A2型或鉀型,典型代表為Na、K、Fe,配位數為8,空間利用率為68% 六方最密堆積 又稱為A3型或鎂型,典型代表為Mg、Zn、Ti,配位數為12,空間利用率為74% (3)石墨晶體 石墨晶體是混合型晶體,呈層狀結構。同層內碳原子以共價鍵形成正六邊形平面網狀結構,平均每個正六邊形擁有的碳原子個數是2,C原子采取的雜化方式是sp2。層與層之間以分子間作用力結合。所以石墨晶體熔、沸點很高,但硬度不大,有滑膩感,能導電。 學霸巧學卡 判斷某種粒子周圍等距且緊鄰的粒子數目時,要注意運用三維想象法。如NaCl晶體中,Na+周圍的Na+數目(Na+用“”表示): 每個面上有4個,共計12個。 1.思維辨析 (1)晶體與非晶體的本質區(qū)別:是否有自范性。( ) (2)不同晶體中晶胞的大小和形狀都相同。( ) (3)固體碳一定是晶體。( ) (4)冰和固體碘晶體中相互作用力相同。( ) (5)原子晶體的熔點一定比離子晶體的高。( ) (6)干冰、冰、水晶均屬于分子晶體。( ) (7)金屬晶體能導電是因為金屬晶體在外加電場作用下可失去電子。( ) (8)NaCl表示一個氯化鈉分子是由一個鈉離子和一個氯離子構成的。( ) (9)離子晶體中一定存在金屬元素。( ) (10)石墨的硬度比金剛石小,所以其熔點比金剛石低。( ) (11)干冰(CO2)晶體中包含的作用力為分子間力和共價鍵。( ) (12)SiO2晶體中包含的作用力只有共價鍵。( ) 答案 (1)√ (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)√ (12)√ 2.原子序數小于36的X、Y、Z、W四種元素,其中X是形成化合物種類最多的元素,Y原子基態(tài)時最外層電子數是其內層電子總數的2倍,Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對的電子,W的原子序數為29。 回答下列問題: (1)Y2X2分子中Y原子軌道的雜化類型為________,1 mol Y2X2含有σ鍵的數目為________。 (2)化合物ZX3的沸點比化合物YX4的高,其主要原因是________________________________。 (3)元素Y的一種氧化物與元素Z的一種氧化物互為等電子體,元素Z的這種氧化物的分子式是________________。 (4)元素W的一種氯化物晶體的晶胞結構如圖所示,該氯化物的化學式是________,它可與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應,生成配合物HnWCl3,反應的化學方程式為____________________________。 答案 (1)sp雜化 3NA(或36.021023個) (2)NH3分子間存在氫鍵 (3)N2O (4)CuCl CuCl+2HCl===H2CuCl3(或CuCl+2HCl===H2 [CuCl3]) 解析 X是形成化合物種類最多的元素,則X為H或C,Y原子基態(tài)時最外層電子數是其內層電子總數的2倍,則Y為C,X只能為H;由Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對電子,推出Z為N,W的原子序數為29,則W為Cu。 (1)C2H2中C原子軌道的雜化類型是sp雜化;1 mol C2H2中含有3 mol σ鍵,2 mol π鍵。 (2)NH3的沸點比CH4的沸點高的原因是NH3分子間存在氫鍵。 (4)根據晶胞結構示意圖,1個晶胞中Cu原子數為4,Cl原子數為8+6=4,則該氯化物的化學式為CuCl,其與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應生成HnCuCl3,由于Cu顯+1價,推出n=2,則反應的化學方程式為2HCl+CuCl===H2CuCl3(或CuCl+2HCl===H2[CuCl3])。 [考法綜述] 高考中本考點主要考查利用性質判斷晶體的類型和常見晶體熔沸點的比較題型,難度中等,需要熟練記憶所學知識即可解決此問題。晶體化學式的計算是高考命題的熱點,同學們應做到熟練運用均攤法計算晶體的化學式。 命題法1 晶體類型的判斷與熔沸點比較 典例1 現有幾組物質的熔點(℃)數據: A組 B組 C組 D組 金剛石:3550 Li:181 HF:-83 NaCl:801 硅晶體:1410 Na:98 HCl:-115 KCl:776 硼晶體:2300 K:64 HBr:-89 RbCl:718 二氧化硅:1723 Rb:39 HI:-51 CsCl:645 據此回答下列問題: (1)A組屬于________晶體,其熔化時克服的微粒間的作用力是________。 (2)B組晶體共同的物理性質是________(填序號)。 ①有金屬光澤?、趯щ娦浴、蹖嵝浴、苎诱剐? (3)C組中HF熔點反常是由于____________。 (4)D組晶體可能具有的性質是________(填序號)。 ①硬度小?、谒芤耗軐щ姟、酃腆w能導電?、苋廴跔顟B(tài)能導電 (5)D組晶體的熔點由高到低的順序為NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因解釋為_______________________________________。 [解析] (1)A組熔點很高,判斷屬于原子晶體,是由原子通過共價鍵形成的。 (2)B組為金屬晶體,存在金屬鍵,具有①②③④四條共性。 (3)HF含有分子間氫鍵,故其熔點反常。 (4)D組屬于離子晶體,具有②④性質。 (5)D組晶體都為離子晶體,r(Na+)- 配套講稿:
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