Transcript 晶体结构与性质 - 江苏省栟茶高级中学

2013届一轮复习专题
晶体结构与性质
江苏省栟茶高级中学
高三化学备课组
考点要求：
1、理解离子键的含义，能说明离子键的形成。
2、了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能
解释典型离子化合物的物理性质。
3、知道分子间作用力的含义，理解化学键和分子间作用力的
区别。了解氢键的存在对物质性质的影响。
4、知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某
些物理性质的影响。
5、了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶
体的结构与性质的关系。
6、能用金属键的自由电子理论解释金属的一些物理性质。
7、知道金属晶体的基本堆积方式，了解常见金属晶体的晶胞
结构特征。
8、了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微
粒、微粒间作用力的区别。
命题趋势：




1、化学键类型和晶体类型的判断
2、各类晶体物理性质的比较
3、物质熔沸点高低的判断
4、晶体的空间结构及化学式的推断
离子晶体
1、离子键
2、离子化合物
3、离子晶体
离子键的配位数（C.N.）
4、离子晶体的物理通性
5、晶格能
规律
岩浆晶出规则
金 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？
属 金属能导电又说明了什么？
晶
说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属
体 具有导电性,说明金属晶体中存在着能够自由移动
的电子。
分析：电子气理论
通常情况下，金属原子的部分或全部
外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属
晶体内部，它们可以从金属原子上“脱落”
下来，形成自由移动的电子。这些电子不
是专属于某几个特定的金属离子，而是均
匀分布于整个晶体中。
1.金属键
（1）定义：
金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。
（2）形成
成键微粒: 金属阳离子和自由电子
存
在: 金属单质和合金中
（3）方向性:
无方向性
2. 金属的物理性质
具有金属光泽,能导电,导热,具有
良好的延展性,金属的这些共性是有金属晶
体中的化学键和金属原子的堆积方式所导致
的
（1）导电性
（2）导热性
（3）延展性
合金
(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金
属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物
质叫做合金。
例如：
黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌33%）；
青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡22%）；
钢和生铁是铁与非金属碳的合金。
故合金可以认为是具有金属特性的多种元
素的混合物。
(2) 合金的特性
① 合金的熔点比其成分中金属 低
②具有比各成分金属更好的硬度、强度和
机械加工性能
四种晶体的比较
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
组成粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、
自由电子
粒子间
作用力
离子键
共价键
分子间
作用力
金属键
熔沸点
硬度
较高
较硬
很高
很硬
溶解性
易溶于极性溶剂
难溶于有机溶剂
难溶解
导电
情况
固体不导电，熔化 不导电
或溶于水后导电 （除硅）
一般较高，少部
较低
分低 ,一般较硬，
一般较软
少部分软
相似相溶
难溶解
一般
不导电
良导体
化学键与分子间作用力的比较
存在
强弱
影响范围
化学键
原子间
离子间
化学、物理性质
强烈
（稳定性等）
分子间作用力
分子间
较弱
物理性质
氢键
固态、液态
水分子间
较强
物理性质
熔沸点、
溶解性等
常见晶体
离子晶体
原子晶体
1.金属氧化物
（K2O、
Na2O2）
2.强碱
（NaOH、
KOH、
Ba(OH )2）
3.绝大多数的
盐类
1.金刚石、晶
体硅、晶体硼
2. SiC晶体 、
SiO2晶体、
BN晶体、
Si3N4晶体、
AlN晶体等。
分子晶体
1.大多数非金属单质: X2,O2,H2,
S8,P4, C60 （除金刚石、石墨、
晶体硅、晶体硼外）
2.气态氢化物:
H2O,NH3,CH4,HX
3.非金属氧化物: CO2, SO2,
NO2（除SiO2外）
3.酸:H2SO4,HNO3
（石墨为过渡 4.大多数有机物:乙醇，蔗糖
型晶体）
（除有机盐）
晶体熔沸点比较
常温下的状态
熔
沸
点
所属晶体
的类型
原子
晶体
共价键
强弱
键长
长短
离子
晶体
晶格能
大小
离子半径大小
离子所带电荷多少
金属
晶体
金属键
强弱
离子半径大小
离子所带电荷多少
分子
晶体
分子间
作用力
大小
组成和结构相似：
相对分子质量
氢键的存在有反常
半径
大小
六、晶体熔沸点高低的判断
⑴不同晶体类型的熔沸点比较
一般：原子晶体>离子晶体>分子晶体（有例外）
⑵同种晶体类型物质的熔沸点比较
①离子晶体：
阴、阳离子电荷数越大，半径越小
熔沸点越高
②原子晶体：
原子半径越小→键长越短→键能越大
熔沸点越高
③分子晶体：组成和结构相似的分子晶体
相对分子质量越大，分子的极性越大
熔沸点越高
④金属晶体：
金属阳离子电荷数越高，半径越小
熔沸点越高
晶胞
1.定义:晶体中重复出现的最基本的结构单元
三种典型立方晶体结构
简单立方
体心立方
面心立方
2.立方晶体中晶胞对质点的占有率
晶胞体内的原子不与其他晶胞分享，
完全属于该晶胞
体心：
立方晶胞
1
面心： 1/2
棱边： 1/4
顶点： 1/8
四种晶体类型的常见例子
1.
(1)NaCl：一个Na+周围以离子键同时结合 6 个
Cl-，与一个Na+距离最近的Na+有 12 个，在一个
晶胞中含Na+、Cl-的数目均为 4 个。
第二层的离子
NaCl晶体的结构示意图
CsCl晶体的结构：
（2）CsCl：一个Cs+周围以离子键同时结合
-，与一个Cs+距离最近的Cs+有___个，
___个Cl
8
6
在一个晶胞中含Cs+、Cl-均为___个。
1
氯
化
铯
晶
体
结
构
模
型
CaF2的晶胞
ZnS型离子晶体
2、分子晶体
二
氧
化
碳
晶
体
结
构
模
型
CO2分子
CO2分子晶体，在一个晶胞中含有___个
4
CO2分子，与一个CO2分子距离最近且等
12
距离的CO2分子有____个。
干冰晶体结构示意图
Na+Cl-
CO2 分子
每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子。
分子的非密堆积
冰中１个水分子周围
有４个水分子
冰的结构
分子晶体结构特征
（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子
密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，
如：（C60、干冰 、I2、O2）
（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特
征（如：HF 、冰、NH3 ）
3. 原子晶体
（1）金刚石：一个C原子周围以共价键同时结合
4
109°28′
____个C原子，键角为_________，形成正四面体结
109º28´
共价键
金
刚
石
晶
胞
（2）
Si
O
180º
109º28´
共价键
过渡型晶体石墨的晶体结构
分子间作用力,层间
距3.35× 10－10 m
石墨中C－C夹角
0
为120 ， C－C键
长为(0.142nm)
1.42×10－10 m
C－C 共价键
石墨晶体中每一层为正六边形的平面状结构，
2
如下图，则每一个正六边形占有____个碳原
3
子,___个C—C键。
4、金属晶体的原子堆积模型
(1)原子在二维平面上的两种放置方式
非密置层
密置层
配位数为４
配位数为６
(2)金属晶体的原子堆积模型
三维堆积－四种方式
简
单
立
方
堆
积
钾型
体心
立方
由
非
密
置
层
一
层
一
层
堆
积
而
成
Ａ
Ｃ
Ｂ
Ｂ
Ａ
Ａ
镁型
铜型
金属晶体的两种最密堆积方
式
(3)金属晶体的四种堆积模型对比
堆积模型
典型代表
空间利用率
配位数
简单立方
Po
52%
6
钾型( bcp )
K
68%
8
镁型(hcp)
Mg
74%
12
铜型(ccp)
Cu
74%
12
晶胞
典型题：
１、
2、已知某化合物是由钙、钛、
氧三种元素组成的晶体，其晶
胞如图所示，则该物质的化学
CaTiO3
式__________
Ca:Ti:O=1: 1/8×8:12×1/4
=1:1:3
Ca
O
Ti
1/8
例：1987年2月，朱经武
（Paul Chu）教授等发现钇
钡铜氧化合物在90K温度下
即具有超导性，若该化合物
的结构如右图所示，则该化
合物的化学式可能是（ C ）
A. YBa2CuO7-X
B. YBa2Cu2O7-X
C. YBa2Cu3O7-X
D. YBa2Cu4O7-X
Cu： 8×(1/8) + 8×(1/4) = 3
Cu铜
Ba钡
Y钇
O氧
Y ：1
Ba ：2
典例分析
例:2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了
金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是
该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱
柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼
原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为
A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2
典例分析
Mg原子的数目：
12×1/6+2×1/2=3
B原子的数目：6
故化学式可表示为
Mg2B
最近发现一种有钛原子和碳原子构成的
气态团簇分子，结构如图所示，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，它的化学式为______
归纳小结：晶体结构图形解题思路
找出晶体中结构单元（晶胞）
分析一个原子被几个结构单元共用
图中结构单元中原子数目×1/n
（n表示几个结构单元共用）
得出结论：一个结构单元平均占有几个原子