人教版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)選擇性必修2第13章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)課件

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第13章課標(biāo)要求1.了解晶體中粒子的空間排布存在周期性,認(rèn)識簡單的晶胞。借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點。知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。2.知道在一定條件下,物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的粒子種類、粒子間相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì),通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料。備考指導(dǎo)1.對于本部分知識在考題中選擇題部分主要是要求判斷物質(zhì)的晶體類型、熔沸點高低等性質(zhì),借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的粒子及其粒子間的相互作用。2.非選擇題中則經(jīng)常給出晶胞的結(jié)構(gòu),要求判斷晶體的構(gòu)成粒子之間的數(shù)量關(guān)系,能正確求算晶體密度,判斷晶體中各原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)等,難度較大。內(nèi)容索引010203第一環(huán)節(jié)必備知識落實第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升04實驗探源第一環(huán)節(jié)必備知識落實知識點1物質(zhì)的聚集狀態(tài)及晶體的常識知識篩查1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)物質(zhì)的三態(tài)變化。(2)物質(zhì)的其他聚集狀態(tài)。①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)。②離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。③物質(zhì)的聚集狀態(tài)還有晶態(tài)、非晶態(tài),以及介乎它們兩者之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。2.晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的比較。(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.晶胞(1)定義:描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列——“無隙并置”。①“無隙”:相鄰晶胞之間沒有任何間隙。②“并置”:所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)形狀:常規(guī)的晶胞都是平行六面體。晶胞是8個頂角相同、三套各4根平行棱分別相同、三套各兩個平行面分別相同的最小平行六面體。(4)晶胞(平行六面體晶胞)組成的確定——均攤法。

4.晶體結(jié)構(gòu)的測定測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀。知識鞏固1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)晶體內(nèi)部的粒子按一定規(guī)律周期性有序排列。(

)(2)凡有規(guī)則外形的固體一定是晶體。(

)(3)固體SiO2一定是晶體。(

)(4)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。(

)(5)區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進行X射線衍射實驗。(

)√××√√2.(雙選)下列敘述正確的是(

)。A.食鹽粉末為非晶體B.液體與晶體的混合物叫液晶C.等離子體的外觀為氣態(tài)D.液晶具有液體的流動性,晶體的各向異性CD解析:食鹽粉末仍由細小食鹽晶體組成,保持食鹽晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點,故A項不正確。液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài),既具有液體的流動性、黏度、形變性等,又具有晶體的某些物理性質(zhì),如導(dǎo)熱性等,表現(xiàn)出類似晶體的各向異性,故B項不正確,D項正確。等離子體是指由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集體,是一種特殊的氣體,故C項正確。3.已知某晶體由X、Y、Z三種元素組成,其晶胞如圖所示,則X、Y、Z三種元素的原子個數(shù)之比正確的是(

)。A.1∶3∶1 B.2∶6∶1C.4∶8∶1 D.8∶1∶1A知識點2分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體知識篩查1.幾種典型晶體結(jié)構(gòu)的分析2.四種類型晶體的性質(zhì)比較

類型分子晶體共價晶體金屬晶體離子晶體溶解性“相似相溶”規(guī)律——大多易溶于水等極性溶劑導(dǎo)電、導(dǎo)熱性一般不導(dǎo)電,溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性,個別為半導(dǎo)體電和熱的良導(dǎo)體晶體不導(dǎo)電,水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)類別及舉例部分非金屬單質(zhì)、稀有氣體、所有非金屬氫化物、幾乎所有的酸、非金屬氧化物(SiO2等除外)、絕大多數(shù)有機化合物(有機鹽除外)某些單質(zhì)(如硼、硅、金剛石、鍺),部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)與合金(如Na、Al、Fe、青銅)金屬氧化物(如K2O、Na2O)、強堿(如KOH、NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl)特別提醒(1)常溫下為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì),其晶體不一定屬于分子晶體。(2)共價晶體中一定含有共價鍵,有共價鍵的晶體不一定是共價晶體。分子晶體中不一定有共價鍵,如稀有氣體的晶體。(3)共價晶體熔化時,破壞共價鍵,分子晶體熔化時破壞的是分子間作用力,分子內(nèi)的共價鍵不被破壞。(4)由于形成金屬鍵的自由電子是分布于整個晶體中,在整個晶體中的金屬陽離子間自由運動,所以當(dāng)金屬晶體發(fā)生變形時,金屬鍵不被破壞,使金屬晶體具有延展性。合金的硬度比成分金屬的大,但熔點比成分金屬的低。(5)離子晶體中一定含有離子鍵,可能含有共價鍵,離子晶體熔化或溶于水時,會破壞離子鍵。(6)判斷晶體類型的五個依據(jù):①構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用力;②物質(zhì)的類別;③晶體的熔點;④物質(zhì)的導(dǎo)電性;⑤硬度和機械性能。知識鞏固1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子。(

)(2)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(

)(3)共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高。(

)(4)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低。(

)(5)離子晶體一定都含有金屬元素。(

)(6)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體。(

)√××××√2.下列晶體分類中正確的一組是(

)。

C解析:NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2是離子晶體;H2SO4、Ar、S、I2、SO2是分子晶體;石墨是混合型晶體;SiO2與金剛石是共價晶體;玻璃是非晶體。3.將SiCl4與過量的液氨反應(yīng)可生成化合物Si(NH2)4。將該化合物在無氧條件下高溫灼燒,可得到氮化硅(Si3N4)固體,氮化硅是一種新型耐高溫、耐磨材料,在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。下列推斷可能正確的是(

)。A.SiCl4、Si3N4的晶體類型相同B.Si3N4晶體具有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)C.共價晶體C3N4的熔點比Si3N4的低D.SiCl4晶體在熔化過程中化學(xué)鍵斷裂B解析:SiCl4是分子晶體,在熔化過程中克服的是分子間作用力,化學(xué)鍵不斷裂。Si3N4是共價晶體,具有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)。根據(jù)C、Si的原子半徑推知C—N的鍵能比Si—N的鍵能大,故C3N4的熔點比Si3N4的高。故選B。4.下列有關(guān)離子晶體的說法正確的是(

)。A.離子晶體中一定含有金屬元素,含有金屬元素的化合物一定是離子晶體B.離子鍵只存在于離子晶體中,離子晶體中一定含有離子鍵C.離子晶體中不可能含有共價鍵D.離子晶體受熱熔化破壞化學(xué)鍵,吸收熱量,屬于化學(xué)變化B解析:離子晶體中不一定含有金屬元素,含有金屬元素的化合物不一定是離子晶體,A項錯誤。含有離子鍵的化合物一定是離子晶體,離子晶體中可能含有共價鍵,B項正確,C項錯誤。離子晶體熔化時,雖然離子鍵被破壞,但沒有生成新的物質(zhì),不屬于化學(xué)變化,如氯化鈉晶體熔化,D項錯誤。5.現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(℃)數(shù)據(jù):據(jù)此回答下列問題:(1)A組屬于

晶體,其熔化時克服的粒子間的作用力是

。(2)B組晶體共同的物理性質(zhì)是

(填序號)。

①有金屬光澤

②導(dǎo)電性③導(dǎo)熱性

④延展性A組B組C組D組金剛石:3550Li:181HF:-83NaCl:801硅晶體:1410Na:98HCl:-115KCl:776硼晶體:2300K:64HBr:-89RbCl:718二氧化硅:1713Rb:39HI:-51CsCl:645(3)C組中HF熔點反常是由于

。

(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是

(填序號)。

①硬度?、谒芤耗軐?dǎo)電③固體能導(dǎo)電④熔融狀態(tài)能導(dǎo)電(5)D組晶體的熔點由高到低的順序為NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因為

。

答案:(1)共價共價鍵(2)①②③④(3)HF分子間能形成氫鍵,其熔化時需要消耗的能量更多(4)②④(5)D組晶體都為離子晶體,r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),在離子所帶電荷數(shù)相同的情況下,半徑越小,離子鍵越強,熔點就越高解析:(1)A組晶體熔點很高,應(yīng)屬共價晶體,是由原子通過共價鍵形成的;(2)B組為金屬晶體,具有①②③④四條共性;(3)HF分子間能形成氫鍵,故其熔點反常;(4)D組屬于離子晶體,具有②④兩條性質(zhì);(5)D組屬于離子晶體,其熔點與離子鍵強弱有關(guān)。知識點3過渡晶體、混合型晶體、超分子知識篩查1.過渡晶體純粹的典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。很多氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵,也不是純粹的共價鍵,可用離子鍵的百分?jǐn)?shù)表示化學(xué)鍵中的離子鍵成分。離子鍵的百分?jǐn)?shù)是依據(jù)電負性的差值計算出來的,差值越大,離子鍵的百分?jǐn)?shù)越大。偏向離子晶體的過渡晶體通常當(dāng)作離子晶體來處理,如Na2O等;偏向共價晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價晶體處理,如Al2O3、SiO2等。P2O5、SO3、Cl2O7等都是分子晶體,表明離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小,而且共價鍵不再貫穿整個晶體,而是局限于晶體微觀空間的一個個分子中了。四種類型的晶體都有過渡型。2.混合型晶體石墨屬于混合型晶體,它的碳原子為sp2雜化,形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu),層內(nèi)原子之間碳碳共價鍵的鍵長為142pm,比金剛石中碳碳共價鍵的鍵長(鍵長為154pm)短;層間距離為335pm,層間沒有化學(xué)鍵相連,是靠范德華力維系的。石墨的二維結(jié)構(gòu)中,每個碳原子的配位數(shù)是3,有一個未參與雜化的2p電子,原子軌道垂直于碳原子平面,這些p軌道相互平行且相互重疊,形成大π鍵,p軌道的電子可在整個碳原子平面內(nèi)運動,因此石墨有類似金屬晶體的導(dǎo)電性。3.超分子(1)超分子是由兩種或兩種以上的分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體。超分子定義中的分子是廣義的,包括離子。(2)超分子的特性:分子識別、自組裝。知識鞏固1.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu),在每一層內(nèi),每一個碳原子都與其他3個碳原子相結(jié)合。據(jù)圖分析,石墨晶體中碳原子數(shù)與共價鍵數(shù)之比為(

)。A.2∶3 B.2∶1C.1∶3 D.3∶2A2.下列關(guān)于過渡晶體的說法正確的是(

)。A.石墨屬于過渡晶體B.SiO2屬于過渡晶體,但當(dāng)作共價晶體來處理C.含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體D.Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為100%B解析:石墨屬于混合型晶體,A項錯誤。SiO2屬于過渡晶體,但一般按共價晶體來處理,B項正確。含有離子鍵的晶體不一定是典型的離子晶體,還可能是過渡晶體,C項錯誤。Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)小于100%,D項錯誤。3.下列關(guān)于超分子的敘述中正確的是(

)。A.超分子就是高分子B.超分子都是無限伸展的C.形成超分子的粒子都是分子D.超分子具有分子識別和自組裝的特征D解析:有些超分子不是高分子,有些超分子是高分子,A項錯誤。超分子這種分子聚集體有的是有限的,有的是無限伸展的,B項錯誤。形成超分子的粒子也包括離子,C項錯誤。超分子的特征是分子識別和自組裝,D項正確。4.冠醚能與陽離子,尤其是與堿金屬離子作用,并且隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用。12-冠-4與鋰離子作用而不與鈉離子、鉀離子作用;18-冠-6與鉀離子作用(如圖),還可與重氮鹽作用,但不與鋰離子或鈉離子作用。下列說法錯誤的是(

)。A.18-冠-6中C和O的雜化軌道類型相同B.18-冠-6與鉀離子作用,不與鋰離子或鈉離子作用,這反映了超分子的“分子識別”的特征C.18-冠-6與鉀離子作用反映了超分子的自組裝的特征D.冠醚與堿金屬離子作用的原理與其可作相轉(zhuǎn)移催化劑的原理有關(guān)C解析:18-冠-6中C和O都是sp3雜化,A項正確。18-冠-6與鉀離子作用,不與鋰離子或鈉離子作用,反映了超分子的“分子識別”的特征,故B項正確,C項錯誤。由于冠醚是皇冠狀分子,可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子,把無機物帶入有機化合物中,它可以作為相轉(zhuǎn)移催化劑也是基于這個原理,D項正確。第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成能力點1根據(jù)題給信息判斷晶體類型的能力整合建構(gòu)

問題引領(lǐng)判斷晶體類型時,常用的方法有哪些?點撥(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷。①離子晶體的構(gòu)成粒子是陰、陽離子,粒子間的作用是離子鍵。②共價晶體的構(gòu)成粒子是原子,粒子間的作用是共價鍵。③分子晶體的構(gòu)成粒子是分子,粒子間的作用為分子間作用力。④金屬晶體的構(gòu)成粒子是金屬陽離子和自由電子,粒子間的作用屬于金屬鍵。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷。①金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(NaOH、KOH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、晶體硅等)、稀有氣體、非金屬氫化物、非金屬氧化物(SiO2等除外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機化合物(除有機鹽外)是分子晶體。③常見的單質(zhì)類共價晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等,常見的化合類共價晶體有碳化硅、二氧化硅等。④金屬單質(zhì)屬于金屬晶體。(3)依據(jù)晶體的性質(zhì)判斷。①依據(jù)晶體的熔點判斷。a.離子晶體的熔點較高。b.共價晶體的熔點很高。c.分子晶體的熔點較低。d.金屬晶體有的熔點較高,也有的熔點較低。②依據(jù)導(dǎo)電性判斷。a.離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時能導(dǎo)電。b.共價晶體一般為非導(dǎo)體。c.分子晶體為非導(dǎo)體,而分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和強極性非金屬氫化物)溶于水,使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動的離子,也能導(dǎo)電。d.金屬晶體是電的良導(dǎo)體。③依據(jù)硬度和機械性能判斷。a.離子晶體硬度較大,硬而脆。b.共價晶體硬度大。c.分子晶體硬度小且較脆。d.金屬晶體多數(shù)硬度大,但也有硬度較小的,且具有延展性。訓(xùn)練突破1.螢石(主要成分為CaF2)是一種難溶于水的固體。下列實驗事實能說明CaF2是離子晶體的是(

)。A.CaF2難溶于水,其水溶液的導(dǎo)電性極弱B.CaF2的熔點較高,硬度較大C.CaF2固體不導(dǎo)電,但在熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電D.CaF2在有機溶劑(如苯)中的溶解度極小C解析:固體不導(dǎo)電,但熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電,熔融狀態(tài)下一定有自由移動的離子,說明CaF2是離子晶體,故C項符合題意。2.根據(jù)下列晶體的相關(guān)性質(zhì),判斷可能屬于金屬晶體的是(

)。

B解析:A項,由分子間作用力結(jié)合而成的晶體屬于分子晶體,錯誤。B項,金屬晶體中有自由移動的電子,能導(dǎo)電,絕大多數(shù)金屬在常溫下為固體,熔點較高,所以固態(tài)或熔融態(tài)時易導(dǎo)電,熔點在1

000

℃左右的晶體可能屬于金屬晶體,正確。C項,具有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體屬于共價晶體,錯誤。D項,固體不導(dǎo)電,說明晶體中無自由移動的帶電粒子,則不可能為金屬晶體,錯誤。3.根據(jù)下列性質(zhì)判斷,屬于共價晶體的物質(zhì)是(

)。A.熔點2700℃,導(dǎo)電性好,延展性強B.無色晶體,熔點3500℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和有機溶劑C.無色晶體,能溶于水,質(zhì)硬而脆,熔點800℃,熔化時能導(dǎo)電D.熔點-56.6℃,微溶于水,硬度小,固態(tài)或液態(tài)時不導(dǎo)電B解析:無色晶體,熔點3

500

℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和有機溶劑,符合共價晶體的性質(zhì)特點,故B項符合題意。4.下列7種晶體物質(zhì):①白磷(P4),②水晶,③氯化銨,④氫氧化鈣,⑤氟化鈉,⑥過氧化鈉,⑦石墨。回答下列問題:(1)不含金屬離子的離子晶體是

(填序號,下同),只含離子鍵的離子晶體是

,既含離子鍵又含非極性共價鍵的離子晶體是

,既含離子鍵又含極性共價鍵的離子晶體是

。

(2)既含范德華力,又含共價鍵的晶體是

,熔化時既要克服范德華力又要破壞化學(xué)鍵的是

,熔化時只破壞共價鍵的是

。答案:(1)③

⑤

⑥

③和④(2)①和⑦

⑦

②解析:(1)屬于離子晶體的有③④⑤⑥,其中③只含非金屬元素,NaF中只含離子鍵,Na2O2中含離子鍵和非極性共價鍵,NH4Cl和Ca(OH)2中含離子鍵和極性共價鍵。(2)白磷為分子晶體,含范德華力和共價鍵;石墨晶體中既有范德華力又有共價鍵;水晶中只含有共價鍵。能力點2晶體熔點高低的比較能力整合建構(gòu)

問題引領(lǐng)如何比較晶體熔點的高低?點撥(1)不同類型晶體熔點的比較。①不同類型晶體熔點高低的一般規(guī)律:共價晶體>離子晶體>分子晶體。②金屬晶體的熔點差別很大,如鎢、鉑等熔點很高,汞、銫等熔點很低。(2)同種晶體類型熔點的比較。①共價晶體:(比較共價鍵強弱)原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大→熔點越高,如熔點:金剛石>碳化硅>晶體硅。②離子晶體:(比較離子鍵強弱)一般來說,陰、陽離子所帶電荷數(shù)越多,離子半徑越小,則離子間的作用力就越強,其離子晶體的熔點就越高,如熔點:MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。③分子晶體:(比較分子間作用力大小)a.分子間作用力越大,物質(zhì)的熔點越高;具有氫鍵的分子晶體熔點反常地高,如熔點:H2O>H2Te>H2Se>H2S。b.組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,熔點越高,如熔點:SnH4>GeH4>SiH4>CH4。c.組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近),分子的極性越大,其熔點越高,如熔點:CO>N2,CH3OH>CH3CH3。d.同分異構(gòu)體,支鏈越多,熔點越低,如熔點:④金屬晶體:金屬離子半徑越小,離子所帶電荷數(shù)越多,其金屬鍵越強,金屬熔點就越高,如熔點:Na<Mg<Al。訓(xùn)練突破1.(1)熔點的高低:KCl

(填“>”或“<”)MgO。

(2)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同,Ni2+和Fe2+的離子半徑分別為0.069nm和0.078nm,則熔點NiO

(填“>”或“<”)FeO。

(3)硅烷(SinH2n+2)的沸點與其相對分子質(zhì)量的變化關(guān)系如圖所示,呈現(xiàn)這種變化關(guān)系的原因是

。

答案:(1)<(2)>(3)硅烷的相對分子質(zhì)量越大,分子間范德華力越強解析:(1)離子所帶電荷數(shù)為K+<Mg2+、Cl-<O2-,離子半徑大小為K+>Mg2+、Cl->O2-,所以KCl的熔點低于MgO的熔點。(3)硅烷是分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,相對分子質(zhì)量越大,分子間的范德華力越大,沸點越高。2.(1)K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子排布相同,但金屬K的熔點比金屬Cr的熔點低,原因是

。(2)在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2+3H2══CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為

,原因是

。

(3)GaF3的熔點高于1000℃,GaCl3的熔點為77.9℃,其原因是

。

(4)單質(zhì)氧有兩種同素異形體,其中沸點高的是

(填分子式),原因是

。

答案:(1)K的原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵較弱(2)H2O>CH3OH>CO2>H2

H2O與CH3OH均為極性分子,水中氫鍵比甲醇中多;CO2與H2均為非極性分子,CO2相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大(3)GaF3為離子晶體,GaCl3為分子晶體(4)O3

O3相對分子質(zhì)量較大且是極性分子,范德華力較大能力點3培養(yǎng)晶胞相關(guān)計算的能力整合建構(gòu)

問題引領(lǐng)(1)“均攤法”計算晶胞組成的根據(jù)是什么?(2)如何根據(jù)晶胞參數(shù)計算晶體的密度?(3)如何表示晶胞中各原子的相對位置?點撥(1)均攤法計算晶胞組成的原則:晶胞任意位置上的一個粒子如果是被n個晶胞所共有,那么該粒子有

屬于這個晶胞。計算規(guī)律:①平行六面體形晶胞。②非平行六面體形晶胞(如六棱柱晶胞)中粒子數(shù)目的計算。如圖所示為MgB2的晶胞:(2)

(3)可以用原子坐標(biāo)參數(shù)(原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo))表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。晶胞中的原子可用x、y、z組成的三數(shù)組來表示它在晶胞中的位置,稱為原子坐標(biāo)。訓(xùn)練突破1.某離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)中最小重復(fù)單元如圖所示。A為陰離子,在正方體內(nèi);B為陽離子,分別在頂角和面心,則該晶體的化學(xué)式為(

)。A.B2A B.BA2C.B7A4 D.B4A7B2.(1)某鎳白銅合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。①晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為

。

②若合金的密度為dg·cm-3,晶胞參數(shù)a=

nm。

(2)碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似,其硬度僅次于金剛石,具有較強的耐磨性能。碳化硅晶胞結(jié)構(gòu)(如右圖)中每個碳原子周圍與其距離最近的硅原子有

個,與碳原子距離最近且相等的碳原子有

個。已知碳化硅晶胞邊長為apm,則碳化硅的密度為

g·cm-3。(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)

3.(1)Ti的氧化物和CaO相互作用形成鈦酸鹽,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶胞中Ca2+的配位數(shù)是

,該晶胞的化學(xué)式為

。

(2)M原子的最外層電子排布式為3s23p5,與銅形成化合物的晶胞如圖所示,該晶體的化學(xué)式為

。

答案:(1)12

CaTiO3

(2)CuCl

第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升【高考真題剖析】

【例題】

(2023湖南卷)科學(xué)家合成了一種高溫超導(dǎo)材料,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,該立方晶胞參數(shù)為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,下列說法錯誤的是(

)。A.晶體最簡化學(xué)式為KCaB6C6B.晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有8個C.晶胞中B和C原子構(gòu)成的多面體有12個面C【核心素養(yǎng)考查點剖析】高考題往往以最新科技成果為情景進行考查,對于晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)部分主要考查了考生運用晶體結(jié)構(gòu)的知識解釋物質(zhì)性質(zhì)和進行晶胞結(jié)構(gòu)計算的能力,反映了高考題對“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的考查。解決本類習(xí)題要求考生能熟練掌握各類晶體的性質(zhì),能正確判斷晶體類型、熔點、沸點高低等,并能用“均攤法”分析晶胞中原子個數(shù),利用晶胞參數(shù)以及原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)判斷原子在晶胞中的位置,計算晶體密度等。(2)由某個Cd原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0,0,0),可知8個Cd在晶胞的頂點,4個Cd在晶胞的面上,1個Cd在晶胞的體心;某個Sn原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0,0,0.5),可知4個Sn在晶胞的棱上,6個Sn在晶胞的面上;某個As原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0.25,0.25,0.125),可知8個As在晶胞的體內(nèi),所以1個晶胞中Sn的個數(shù)為;距離Cd(0,0,0)最近的Sn是(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0);由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,CdSnAs2晶體中與單個Sn鍵合的As有4個。【典題訓(xùn)練】

1.(2022山東卷)(雙選)Cu2-xSe是一種鈉離子電池正極材料,充放電過程中正極材料立方晶胞(示意圖)的組成變化如圖所示,晶胞內(nèi)未標(biāo)出因放電產(chǎn)生的0價Cu原子。下列說法正確的是(

)。A.每個Cu2-xSe晶胞中Cu2+個數(shù)為xB.每個Na2Se晶胞完全轉(zhuǎn)化為Cu2-xSe晶胞,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8C.每個NaCuSe晶胞中0價Cu原子個數(shù)為1-xD.當(dāng)NayCu2-xSe轉(zhuǎn)化為NaCuSe時,每轉(zhuǎn)移(1-y)mol電子,產(chǎn)生(1-x)molCu原子BD解析由Cu2-xSe晶胞結(jié)構(gòu)可知,位于頂點和面心的硒離子個數(shù)為

=4,則位于體內(nèi)的銅離子和亞銅離子的個數(shù)之和為4×(2-x),設(shè)晶胞中的銅離子和亞銅離子的個數(shù)分別為a和b,則a+b=4×(2-x),由化合價代數(shù)和為0可得2a+b=4×2,解得a=4x,A項錯誤;由題意可知,Na2Se轉(zhuǎn)化為Cu2-xSe的電極反應(yīng)式為Na2Se+(2-x)Cu-2e-══Cu2-xSe+2Na+,由Na2Se晶胞結(jié)構(gòu)可知,每個晶胞中含有4個Na2Se,因此每個Na2Se晶胞完全轉(zhuǎn)化為Cu2-xSe晶胞,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8,B項正確;由題意可知,Cu2-xSe轉(zhuǎn)化為NaCuSe的電極反應(yīng)式為Cu2-xSe+

e-+Na+══NaCuSe+(1-x)Cu,由NaCuSe晶胞結(jié)構(gòu)可知,位于頂點和面心的硒離子個數(shù)為

=4,則每個晶胞中含有4個NaCuSe,因此晶胞中0價銅原子的個數(shù)為(4-4x),C項錯誤;由題意可知,NayCu2-xSe轉(zhuǎn)化為NaCuSe的電極反應(yīng)式為NayCu2-xSe+(1-y)e-+(1-y)Na+══NaCuSe+(1-x)Cu,所以每轉(zhuǎn)移(1-y)

mol電子,產(chǎn)生(1-x)

mol

Cu原子,D項正確。2.近年來我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一系列意義重大的鐵系超導(dǎo)材料,其中一類為Fe-Sm-As-F-O組成的化合物。回答下列問題:一種四方結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)化合物的晶胞如圖1所示,晶胞中Sm和As原子的投影位置如圖2所示。圖中F-和O2-共同占據(jù)晶胞的上下底面位置,若兩者的比例依次用x和1-x代表,則該化合物的化學(xué)式表示為

;通過測定密度ρ和晶胞參數(shù),可以計算該物質(zhì)的x值,完成它們的關(guān)系表達式:ρ=__________g·cm-3。

以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo),例如圖1中原子1的坐標(biāo)為,則原子2和3的坐標(biāo)分別為

、

。

3.(1)(2021全國甲節(jié)選)我國科學(xué)家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑,其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是

,晶胞參數(shù)為apm、apm、cpm,該晶體密度為

g·cm-3(寫出表達式,以NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,則y=

(用x表示)。

(2)鐵的多種化合物均為磁性材料,氮化鐵是其中一種,某氮化鐵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,則氮化鐵的化學(xué)式為

;設(shè)晶胞邊長為acm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,該晶體的密度為

g·cm-3。(用含a和NA的式子表示)

解析:(1)以晶胞中右側(cè)面心的Zr4+為例,同一晶胞中與Zr4+連接最近且等距的O2-數(shù)為4,同理可知右側(cè)晶胞中有4個O2-與Zr4+相連,因此Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是4+4=8;1個晶胞中含有4個ZrO2粒子,1個晶胞的質(zhì)量在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,其中Zn元素為+2價,Zr元素為+4價,O元素為-2價,根據(jù)總化合價代數(shù)和為0可知2x+4×(1-x)=2y,解得y=2-x?！拘虑榫衬M訓(xùn)練】

認(rèn)真閱讀下列材料,然后回答下列問題。超分子化學(xué)是化學(xué)與生物學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多門學(xué)科交叉構(gòu)成的邊緣科學(xué)。其研究分為兩個方向,超分子化學(xué)和超分子有序組裝體化學(xué)。超分子化學(xué)并非高不可攀,有許多超分子結(jié)構(gòu)似乎在我們的日常生活中都可見到。例如,可以把輪烷比為東方的算盤;索烴比作舞池中的一對舞伴;C60類似于圓拱建筑;環(huán)糊精和激光唱盤有同樣的簡稱(CD)和信息存放功能;DNA雙螺旋則與家喻戶曉的麻花多少有點相似。以分子間作用力結(jié)合起來的復(fù)雜有序且有特定功能的分子聚合體——“超分子”是共價鍵分子化學(xué)的一次升華,被稱為“超越分子概念的化學(xué)”,它不僅在材料科學(xué)、信息科學(xué),而且在生命科學(xué)中均具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。為了鼓勵和推進超分子化學(xué)的深入研究,1987年諾貝爾化學(xué)獎授予了超分子化學(xué)研究方面的三位科學(xué)家,他們在獲獎演說時曾為超分子化學(xué)作了如下解釋:超分子化學(xué)是研究兩種以上的化學(xué)物種通過分子間作用力相互締結(jié)而成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系的科學(xué)。由Mo將2個C60分子、2個甲酸丁酯吡啶及2個CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結(jié)構(gòu)如圖所示:(1)Mo位于第五周期第ⅥB族,價電子排布與Cr相似,它的基態(tài)原子的價電子排布式是

;核外未成對電子數(shù)是

。

(2)該超分子中存在的化學(xué)鍵類型有

。

A.σ鍵 B.π鍵C.離子鍵 D.氫鍵(3)該超分子中配體CO提供孤電子對的原子是

(填元素符號),甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有

。

(4)從電負性角度解釋CF3COOH的酸性強于CH3COOH的原因是

。

(5)C60與金剛石互為同素異形體,從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系解釋C60的熔點遠低于金剛石的原因是

。

(6)已知:某晶胞中各原子的相對位置可用如圖所示的原子坐標(biāo)表示。

答案:(1)4d55s1

6

(2)AB

(3)C

sp2和sp3

(4)F的電負性大,對電子的吸引能力強,使共用電子對偏向F,進而使O—H極性增強,更易斷裂,故CF3COOH的酸性強于CH3COOH(5)C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞分子間作用力所消耗的能量解析:(1)Cr的基態(tài)價電子排布為3d54s1,而Mo與Cr同主族,但位于Cr的下一周期,因而其基態(tài)價電子排布為4d55s1,其軌道表示式為

,因而核外未成對電子數(shù)為6。(2)該超分子結(jié)構(gòu)中有雙鍵,說明有σ鍵和π鍵,根據(jù)信息可知Mo與配體分子形成配位鍵,所以分子中不存在離子鍵,氫鍵不是化學(xué)鍵,因而答案選AB。(3)由該超分子結(jié)構(gòu)圖可知,CO做配體時是C做配位原子;甲酸丁酯吡啶中形成雙鍵的碳原子的雜化方式為sp2,丁基中的C原子形成四個單鍵,為sp3雜化。(4)F的電負性大,對電子的吸引能力強,使共用電子對偏向F,進而使O—H極性增強,更易斷裂,導(dǎo)致CF3COOH酸性強于CH3COOH。(5)根據(jù)不同類型晶體的性質(zhì)來解釋。C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞分子間作用力所消耗的能量。實驗探源【必備知識歸納】

簡單配合物的形成【實驗?zāi)康摹考由顚ε浜衔锏恼J(rèn)識;了解配合物的形成?！緦嶒炗闷贰吭嚬?、膠頭滴管;硫酸銅溶液、氨水、硝酸銀溶液、氯化鈉溶液、硫氰化鉀溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、蒸餾水、乙醇。1.配合物是由中心原子或離子與一定數(shù)目的中性分子或陰離子以配位鍵結(jié)合而形成的一類化合物。中心離子形成配合物后性質(zhì)不同于原來的金屬離子,具有新的化學(xué)特性。2.在硫酸銅溶液中逐滴滴加氨水,首先可以看到有藍色沉淀生成,原因是Cu2+與氨水