第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)-高中化學(xué)全冊必背章節(jié)知識清單（人教版2019選擇性必修2）（教師版）

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)1、20世紀前，人們以為分子是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子間距離發(fā)生了變化。2、20世紀初，通過X射線衍射等實驗手段，發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無分子，如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。3、氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都是由分子構(gòu)成。如等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)；離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。4、其他物質(zhì)聚集狀態(tài)，如晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二、晶體與非晶體1、晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體無原子排列相對無序2、獲得晶體的途徑(1)實驗探究實驗內(nèi)容實驗操作及現(xiàn)象獲取硫黃晶體硫黃粉eq\o(→,\s\up7(加熱))熔融態(tài)硫eq\o(→,\s\up7(自然冷卻))淡黃色的菱形硫黃晶體獲取碘晶體加熱時，燒杯內(nèi)產(chǎn)生大量紫色氣體，沒有出現(xiàn)液態(tài)的碘，停止加熱，燒杯內(nèi)的紫色氣體漸漸消褪，最后消失，表面皿底部出現(xiàn)紫黑色晶體顆粒獲取氯化鈉晶體在燒杯底部慢慢析出立方體的無色晶體顆粒(2)獲得晶體的三條途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。3、晶體的特性(1)自范性：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。(2)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。(3)固定的熔點。4、晶體與非晶體的測定方法測定方法測熔點晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點可靠方法對固體進行X射線衍射實驗三、晶胞1、概念描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2、晶胞與晶體的關(guān)系一般來說，晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”是指相鄰晶胞之間無任何間隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。3、晶胞中粒子數(shù)目的計算(1)銅晶胞①位于頂角上的銅原子為8個晶胞共有。②位于面心上的銅原子為2個晶胞共有。因此晶體銅中完全屬于某一晶胞的銅原子數(shù)是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)NaCl晶胞①Cl－位于頂點和面心，共有4個。②Na＋位于棱上和體心，共有4個。四、晶體結(jié)構(gòu)的測定1、常用儀器：X射線衍射儀。2、測定過程：當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或者明銳的衍射峰。3、作用：根據(jù)衍射圖，經(jīng)過計算可以獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。第二節(jié)分子晶體與共價晶體一、分子晶體（一）分子晶體的概念與性質(zhì)1、分子晶體的概念只含分子的晶體，或者分子間以分子間作用力結(jié)合形成的晶體叫分子晶體。2、分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用3、常見的典型分子晶體(1)所有非金屬氫化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(鹵化氫)等。(2)部分非金屬單質(zhì)：如X2(鹵素單質(zhì))、O2、H2、S8、P4、C60、稀有氣體等。(3)部分非金屬氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)絕大多數(shù)有機物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。4、分子晶體的物理性質(zhì)(1)分子晶體熔、沸點較低，硬度很小。(2)分子晶體不導(dǎo)電。(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律。5、分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)物質(zhì)的類別判斷部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物都是分子晶體。(2)依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷組成分子晶體的微粒是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。(3)依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷分子晶體的硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態(tài)或固體時均不導(dǎo)電。6、分子晶體熔、沸點高低的判斷(1)組成和結(jié)構(gòu)相似，不含氫鍵的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越強，熔、沸點越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。(2)組成和結(jié)構(gòu)不相似的分子晶體(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3OH＞CH3CH3。(3)含有分子間氫鍵的分子晶體的熔、沸點反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。(4)對于有機物中的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞＞。(5)烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子中碳原子數(shù)的增加，熔、沸點升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。（二）典型的分子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、分子晶體的結(jié)構(gòu)特征比較項目分子密堆積分子非密堆積微粒間作用力范德華力范德華力和氫鍵空間特點通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子每個分子周圍緊鄰的分子數(shù)小于12個，空間利用率不高舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2、常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析(1)冰晶體①結(jié)構(gòu)：冰晶體中，水分子間主要通過氫鍵形成晶體。由于氫鍵具有一定的方向性，一個水分子與周圍四個水分子結(jié)合，這四個水分子也按照同樣的規(guī)律再與其他的水分子結(jié)合。這樣，每個O原子周圍都有四個H原子，其中兩個H原子與O原子以共價鍵結(jié)合，另外兩個H原子與O原子以氫鍵結(jié)合，使水分子間構(gòu)成四面體骨架結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)可用下圖表示。②性質(zhì)：由于氫鍵具有方向性，冰晶體中水分子未采取密堆積方式，這種堆積方式使冰晶體中水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。當冰剛剛?cè)诨梢簯B(tài)水時，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，分子間距離加大，密度逐漸減小。(2)干冰①結(jié)構(gòu)：固態(tài)CO2稱為干冰，干冰也是分子晶體。CO2分子內(nèi)存在C=O共價鍵，分子間存在范德華力，CO2的晶胞呈面心立方體形，立方體的每個頂角有一個CO2分子，每個面上也有一個CO2分子。每個CO2分子與12個CO2分子等距離相鄰(在三個互相垂直的平面上各4個或互相平行的三層上，每層上各4個)。②性質(zhì)：干冰的外觀很像冰，硬度也跟冰相似，熔點卻比冰低得多，在常壓下極易升華，在工業(yè)上廣泛用作制冷劑；由于干冰中的CO2之間只存在范德華力不存在氫鍵，密度比冰的高。二、共價晶體（一）共價晶體概念及性質(zhì)1、共價晶體的結(jié)構(gòu)特點及物理性質(zhì)(1)概念：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。(2)構(gòu)成微粒及微粒間作用(3)物理性質(zhì)①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結(jié)合，因此一般熔點很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。2、常見共價晶體及物質(zhì)類別(1)某些單質(zhì)：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)等。（二）常見共價晶體結(jié)構(gòu)分析1、金剛石晶體金剛石晶體中，每個碳原子均以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，形成C—C—C夾角為109°28′的正四面體結(jié)構(gòu)(即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價鍵)，整塊金剛石晶體就是以共價鍵相連的三維骨架結(jié)構(gòu)。其中最小的環(huán)是六元環(huán)。2、二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結(jié)合，每個氧原子與2個硅原子相結(jié)合，向空間擴展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，硅、氧原子個數(shù)比為1∶2。(2)低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。第三節(jié)金屬晶體與離子晶體一、金屬鍵與金屬晶體1、金屬鍵(1)概念：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。(2)成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。(3)金屬鍵的強弱和對金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大、價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強。②金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。如：熔點最高的金屬是鎢，硬度最大的金屬是鉻。特別提醒：金屬鍵沒有方向性和飽和性。2、金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。二、離子晶體1、離子鍵及其影響因素(1)概念：陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。(2)影響因素：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強。特別提醒：離子鍵沒有方向性和飽和性。2、離子晶體及其物理性質(zhì)(1)概念：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。(2)離子晶體的性質(zhì)①熔、沸點較高，硬度較大。②離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。3、常見離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如圖所示，每個Na＋周圍距離最近的Cl－有6個(上、下、左、右、前、后各1個)，構(gòu)成正八面體，每個Cl－周圍距離最近的Na＋有6個，構(gòu)成正八面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為NaCl。①每個Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是12個。②每個晶胞中實際擁有的Na＋數(shù)是4個，Cl－數(shù)是4個。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化鈉晶體的密度為eq\f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如圖所示，每個Cs＋周圍距離最近的Cl－有8個，每個Cl－周圍距離最近的Cs＋有8個，它們均構(gòu)成正六面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為CsCl。回答下列問題：①每個Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有6個，構(gòu)成正八面體。②每個晶胞中實際擁有的Cs＋有1個，Cl－有1個。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化銫晶體的密度為eq\f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3。三、過渡晶體與混合型晶體1、過渡晶體(1)四類典型晶體是分子晶體、共價晶體、金屬晶體、離子晶體。(2)離子晶體和共價晶體的過渡標準是化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分數(shù)。離子鍵成分的百分數(shù)大，作為離子晶體處理，離子鍵成分的百分數(shù)小，作為共價晶體處理。(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七種氧化物中從左到右，離子鍵成分的百分數(shù)越來越小，其中作為離子晶體處理的是Na2O、MgO；作為共價晶體處理的是Al2O3、SiO2；作為分子晶體處理的是P2O5、SO3、Cl2O7。2、混合型晶體——石墨(1)結(jié)構(gòu)特點——層狀結(jié)構(gòu)①同層內(nèi)，碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結(jié)合形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。②層與層之間以范德華力相結(jié)合。(2)晶體類型石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合型晶體。(3)物理性質(zhì)：①導(dǎo)電性，②導(dǎo)熱性，③潤滑性。四、晶體類型的比較1、四種晶體的比較晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價晶體構(gòu)成微粒分子陰、陽離子金屬離子、自由電子原子微粒間作用力范德華力(少數(shù)有氫鍵)離子鍵金屬鍵共價鍵性質(zhì)熔、沸點較低較高一般較高很高硬度小略硬而脆一般較大很大溶解性相似相溶多數(shù)溶于水不溶，有些與水反應(yīng)不溶機械加工性能不良不良良好不良導(dǎo)電性固態(tài)、液態(tài)均不導(dǎo)電，部分溶于水時導(dǎo)電固態(tài)時不導(dǎo)電，熔融時導(dǎo)電，能溶于水的溶于水時導(dǎo)電固態(tài)、熔融態(tài)時導(dǎo)電大部分固態(tài)、熔融時都不導(dǎo)電作用力大小規(guī)律組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量大的范德華力大離子所帶電荷數(shù)多、半徑小的離子鍵強金屬原子的價電子數(shù)多、半徑小的金屬離子與自由電子間的作用力強共價鍵鍵長短(電子云重疊多)、原子半徑小的共價鍵穩(wěn)定2、晶體類型的判斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微觀粒子和粒子間的作用判斷分子間通過分子間作用力形成的晶體屬于分子晶體；由原子通過共價鍵形成的晶體屬于共價晶體；由陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體屬于離子晶體；由金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵形成的晶體屬于金屬晶體。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷①活潑金屬的氧化物(如Na2O、MgO等)、強堿[如KOH、Ba(OH)2等]和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硼、晶體硅等外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)是分子晶體。③常見的共價晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硼、晶體硅等；常見的共價晶體化合物有碳化硅、SiO2等。④金屬單質(zhì)(除汞外)與合金均屬于金屬晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點判斷離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至幾千攝氏度；共價晶體的熔點高，常在一千至幾千攝氏度；分子晶體的熔點較低，常在數(shù)百攝氏度以下至很低溫度；金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有熔點相當?shù)偷摹?4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷離子晶體在水溶液中和熔融狀態(tài)下都導(dǎo)電；共價晶體一般為非導(dǎo)體，但晶體硅能導(dǎo)電；分子晶體為非導(dǎo)體，而分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由離子，也能導(dǎo)電；金屬晶體是電的良導(dǎo)體。(5)依據(jù)硬度和機械性能判斷離子晶體硬度較大或略硬而脆；共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性。第四節(jié)配合物與超分子一、配合物1、配位鍵(1)概念：由一個原子單方面提供孤電子對，而另一個原子提供空軌道而形成的化學(xué)鍵，即“電子對給予—接受”鍵。(2)表示方法：配位鍵常用A—B表示，其中A是提供孤電子對的原子，叫給予體，B是接受孤電子對的原子，叫接受體。如：H3O＋的結(jié)構(gòu)式為；NHeq\o\al(＋,4)的結(jié)構(gòu)式為。(3)形成條件：形成配位鍵的一方(如A)是能夠提供孤電子對的原子，另一方(如B)是具有能夠接受孤電子對的空軌道的原子。①孤電子對：分子或離子中，沒有跟其他原子共用的電子對就是孤電子對。如、、分子中中心原子分別有1、2、3對孤電子對。含有孤電子對的微粒：分子如CO、NH3、H2O等，離子如Cl－、CN－、NOeq\o\al(－,2)等。②含有空軌道的微粒：過渡金屬的原子或離子。一般來說，多數(shù)過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)目基本上是固定的，如Ag＋形成2個配位鍵，Cu2＋形成4個配位鍵等。2、配合物(1)概念：通常把金屬離子或原子(稱為中心離子或原子)與某些分子或離子(稱為配體或配位體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均為配合物。(2)組成：配合物[Cu(NH3)4]SO4的組成如下圖所示：①中心原子：提供空軌道接受孤電子對的原子。中心原子一般都是帶正電荷的陽離子(此時又叫中心離子)，最常見的有過渡金屬離子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。②配體：提供孤電子對的陰離子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必須是含有孤電子對的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。③配位數(shù)：直接與中心原子形成的配位鍵的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數(shù)為6。(3)常見配合物的形成實驗實驗操作實驗現(xiàn)象有關(guān)離子方程式滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)藍色沉淀，氨水過量后沉淀逐漸溶解，得到深藍色的透明溶液，滴加乙醇后析出深藍色晶體Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)、Cu(OH)2＋4NH3