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  • 2021-08-06 发布

2020届二轮复习晶体结构与性质课件(62张)(全国通用)

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第 3 讲 晶体结构与性质 【考纲点击】 (1) 了解晶体的类型,了解不同类型晶体中构成微粒及微粒间作用力的区别; (2) 了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响; (3) 了解分子晶体结构与性质的关系; (4) 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; (5) 理解金属键的含义,能用金属键理论解释金属的一些物理性质,了解金属晶体常见的堆积方式; (6) 了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 1. 常见晶体模型 晶体 晶体结构 晶体详解 离子晶体 NaCl ( 型 ) (1) 每个 Na + ( Cl - ) 周围等距且紧邻的 Cl - (Na + ) 有 6 个,每个 Na + 周围等距且紧邻的 Na + 有 12 个。 (2) 每个晶胞中含 4 个 Na + 和 4 个 Cl - CsCl ( 型 ) (1) 每个 Cs + 周围等距且紧邻的 Cl - 有 8 个,每个 Cs + ( Cl - ) 周围等距且紧邻的 Cs + ( Cl - ) 有 6 个。 (2) 如图为 8 个晶胞,每个晶胞中含 1 个 Cs + 、 1 个 Cl - CaF 2 ( 型 ) 在晶体中,每个 F - 吸引 4 个 Ca 2 + ,每个 Ca 2 + 吸引 8 个 F - , Ca 2 + 的配位数为 8 , F - 的配位数为 4 金属晶体 简单立 方堆积 典型代表 Po ,空间利用率 52% ,配位数为 6 体心立 方堆积 典型代表 Na 、 K 、 Fe ,空间利用率 68% ,配位数为 8 六方最 密堆积 典型代表 Mg 、 Zn 、 Ti ,空间利用率 74% ,配位数为 12 面心立 方最密 堆积 典型代表 Cu 、 Ag 、 Au ,空间利用率 74% ,配位数为 12 分子 晶体 干冰 (1)8 个 CO 2 分子构成立方体且在 6 个面心又各占据 1 个 CO 2 分子。 (2) 每个 CO 2 分子周围等距紧邻的 CO 2 分子有 12 个 混合型晶体 石墨 晶体 层与层之间的作用力是分子间作用力,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 2 , C 采取的杂化方式是 sp 2 杂化 2. 物质熔沸点高低比较规律 (1) 不同类型晶体熔沸点高低的比较 一般情况下,不同类型晶体的熔沸点高低规律:原子晶体 > 离子晶体 > 分子晶体,如:金刚石 > NaCl >Cl 2 ;金属晶体 > 分子晶体,如: Na>Cl 2 ( 金属晶体熔沸点有的很高,如钨、铂等,有的则很低,如汞等 ) 。 (2) 同种类型晶体熔沸点高低的比较 ① 原子晶体: 如:金刚石 > 石英 > 碳化硅 > 晶体硅。 ② 离子晶体: a. 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。 b. 一般地说,阴阳离子的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,晶格能越大,熔沸点就越高,如: MgO >MgCl 2 , NaCl > CsCl 。 ③ 金属晶体:金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔沸点就越高,如 Al>Mg>Na 。 ④ 分子晶体 a. 分子间作用力越大,物质的熔沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体熔沸点反常地高。如 H 2 O>H 2 Te>H 2 Se>H 2 S 。 b. 组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔沸点越高,如 SnH 4 >GeH 4 >SiH 4 >CH 4 。 c. 组成和结构不相似的物质 ( 相对分子质量接近 ) ,分子的极性越大,其熔沸点越高,如 CO>N 2 。 d. 在同分异构体中,一般支链越多,熔沸点越低,如正戊烷 > 异戊烷 > 新戊烷。 3. 晶胞求算 晶胞中微粒数目的计算方法 —— 均摊法 1.(1) [2019· 课标全国 Ⅰ , 35(3)(4)] ① 一些氧化物的熔点如表所示: 解释表中氧化物之间熔点差异的原因 ___________________________ _____________________________________________________ 。 氧化物 Li 2 O MgO P 4 O 6 SO 2 熔点 / ℃ 1 570 2 800 23.8 - 75.5 ② 图 (a) 是 MgCu 2 的拉维斯结构, Mg 以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的 Cu 。图 (b) 是沿立方格子对角面取得的截图。可见, Cu 原子之间最短距离 x = ________pm , Mg 原子之间最短距离 y = ________pm 。设阿伏加德罗常数的值为 N A ,则 MgCu 2 的密度是 ________ g·cm - 3 ( 列出计算表达式 ) 。 (2) [2019· 课标全国 Ⅱ , 35(3)(4)] ① 比较离子半径: F - ________O 2 - ( 填 “ 大于 ”“ 等于 ” 或 “ 小于 ” ) 。 ② 一种四方结构的超导化合物的晶胞如图 1 所示。晶胞中 Sm 和 As 原子的投影位置如图 2 所示。 2. [2018· 课标全国 Ⅰ , 35(4)(5)] (1)Li 2 O 是离子晶体,其晶格能可通过图 (a) 的 Born - Haber 循环计算得到。 可知, Li 原子的第一电离能为 ________ kJ·mol - 1 , O===O 键键能为 ________ kJ·mol - 1 , Li 2 O 晶格能为 ________ kJ·mol - 1 。 (2)Li 2 O 具有反萤石结构,晶胞如图 (b) 所示。已知晶胞参数为 0.466 5 nm ,阿伏加德罗常数的值为 N A ,则 Li 2 O 的密度为 ________ g·cm - 3 ( 列出计算式 ) 。 3. [2018· 课标全国 Ⅱ , 35 节选 ] 硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示: ① 图 (a) 为 S 8 的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高 很多,主要原因为 ________________________________________ _____________________________________________________ 。   H 2 S S 8 FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4 熔点 / ℃ - 85.5 115.2 > 600 ( 分解 ) - 75.5 16.8 10.3 沸点 / ℃ - 60.3 444.6 - 10.0 45.0 337.0 4. [2017· 课标全国 Ⅰ , 35(2)(4)(5)] (1)K 和 Cr 属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属 K 的熔点、沸点等都比金属 Cr 低,原因是 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 (2)KIO 3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛 矿型的立体结构,边长为 a = 0.446 nm ,晶胞中 K 、 I 、 O 分 别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。 K 与 O 间的最短 距离为 ________ nm ,与 K 紧邻的 O 个数为 ________ 。 (3) 在 KIO 3 晶胞结构的另一种表示中, I 处于各顶角位置,则 K 处于 ________ 位置, O 处于 ________ 位置。 5. [2016· 课标全国 Ⅲ , 37(4)(5)] (1)GaF 3 的熔点高于 1 000 ℃ , GaCl 3 的熔点为 77.9 ℃ ,其原因是 _____________________________________________ 。 (2)GaAs 的熔点为 1 238 ℃ ,密度为 ρ g·cm - 3 ,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ________ , Ga 与 As 以 ________ 键键合。 Ga 和 As 的摩尔质量分别为 M Ga g·mol - 1 和 M As g·mol - 1 ,原子半径分别为 r Ga pm 和 r As pm ,阿伏加德罗常数值为 N A ,则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 ___________________________ 。 6. [2017· 江苏化学, 21(A)—5] 某 Fe x N y 的晶胞如图 1 所示, Cu 可以完全替代该晶体中 a 位置 Fe 或者 b 位置 Fe ,形成 Cu 替代型产物 Fe ( x - n ) Cu n N y 。 Fe x N y 转化为两种 Cu 替代型产物的能量变化如图 2 所示,其中更稳定的 Cu 替代型产物的化学式为 ________ 。 答案  Fe 3 CuN 题组一 晶体类型与物理性质 1. 下列排序不正确的是 (    ) A. 晶体熔点:对羟基苯甲醛 > 邻羟基苯甲醛 B. 硬度:金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅 C. 熔点: Na>Mg>Al D. 晶格能: NaF > NaCl > NaBr > NaI 解析  A 项,能形成分子间氢键的对羟基苯甲醛的熔、沸点大于能形成分子内氢键的邻羟基苯甲醛的熔、沸点; B 项,对于原子晶体,原子半径越小,键长越短,共价键越牢固,硬度越大,键长: C—C 键 碳化硅 > 晶体硅; C 项,金属晶体的熔点取决于原子半径以及价电子数,其规律是原子半径越小,价电子数越多,熔点越高,则熔点: Al>Mg>Na ; D 项,离子所带电荷相同时,离子键的强弱与离子半径有关,离子半径越小,离子键越强,晶格能越大。 答案  C 2. 据某科学杂志报道,国外有一研究发现了一种新的球形分子,它的分子式为 C 60 Si 60 ,其分子结构好似中国传统工艺品 “ 镂雕 ” ,经测定,其中包含 C 60 ,也有 Si 60 结构。下列叙述正确的是 (    ) A. 该物质有很高的熔点、很大的硬度 B. 该物质形成的晶体属于分子晶体 C. 该物质分子中 Si 60 被包裹在 C 60 里面 D. 该物质的相对分子质量为 1 200 解析  A 项,由分子式及信息可知该物质为分子晶体,分子晶体熔、沸点低; B 项,该物质是分子晶体; C 项, Si 的原子半径大于 C ,该物质分子中应为 C 60 被包裹在 Si 60 里面; D 项,相对分子质量为 (12 + 28) × 60 = 2 400 。 答案  B 3.(1) 钛比钢轻,比铝硬,是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是 _____________________________________________________ 。 (2) 已知 MgO 与 NiO 的晶体结构相同,其中 Mg 2 + 和 Ni 2 + 的离子半径分别为 66 pm 和 69 pm 。则熔点: MgO________NiO ( 填 “>”“<” 或 “ = ” ) ,理由是 _____________________________________________________ 。 (3) 砷化镓以第三代半导体著称,熔点为 1 230 ℃ ,具有空间网状结构。已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是 ________( 填化学式 ) ,其理由是 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 答案  (1)Ti 原子的价电子数比 Al 多, Ti 4 + 比 Al 3 + 半径小,金属键强 (2) >  Mg 2 + 半径比 Ni 2 + 小, MgO 的晶格能比 NiO 大 (3)BN  两种晶体均为原子晶体, N 与 B 原子半径较小,键能较大,熔点更高 4.(1) ① ScCl 3 易溶于水,熔点为 960 ℃ ,熔融状态下能够导电,据此可判断 ScCl 3 晶体属于 ________( 填晶体类型 ) 。 ② 元素 Ce 与 Sc 同族,其与 O 形成的化合物晶体的晶胞结构如图所示,该化合物的化学式为 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 。 (2) ① C 60 和金刚石都是碳的同素异形体,二者相比较熔点高的是 ________ 。 ② 超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛,氮化铝晶体与金刚石类似,每个 Al 原子与 ________ 个 N 原子相连,与同一个 N 原子相连的 Al 原子构成的空间构型为 ________ 。 ③ 金属镍粉在 CO 气流中轻微加热,生成无色挥发性液态 Ni(CO) 4 ,呈正四面体构型。试推测 Ni(CO) 4 的晶体类型是 ________ , Ni(CO) 4 易溶于下列 ________( 填字母 ) 。 A. 水 B. 四氯化碳 C. 苯 D. 硫酸镍溶液 ④ AlCl 3 在 177.8 ℃ 时升华,蒸气或熔融状态以 Al 2 Cl 6 形式存在。下列关于 AlCl 3 的推断错误的是 ________( 填字母 ) 。 A. 氯化铝为共价化合物 B. 氯化铝为离子化合物 C. 氯化铝难溶于有机溶剂 D.Al 2 Cl 6 中存在配位键 答案  (1) ① 离子晶体  ② CeO 2   (2) ① 金刚石  ② 4  正四面体形  ③ 分子晶体  BC   ④ BC 题组二 晶体结构 5.(1) 某钙钛矿型复合氧化物如图甲所示,以 A 原子为晶胞的顶点, A 位可以是 Ca 、 Sr 、 Ba 或 Pb ,当 B 位是 V 、 Cr 、 Mn 、 Fe 等时,这种化合物具有 CMR 效应。 ① 用 A 、 B 、 O 表示这类特殊晶体的化学式: ________ 。 ② 已知 La 为+ 3 价,当被钙等二价元素 A 替代时,可形成复合钙钛化合物 La 1 - x A x MnO 3 ( x <0.1) ,此时一部分锰转变为+ 4 价。导致材料在某一温度附近有反铁磁-铁磁、铁磁-顺磁及金属-半导体的转变,则 La 1 - x A x MnO 3 中三价锰与四价锰的物质的量之比为 ________( 用 x 表示 ) 。 (2) 用 CuSO 4 和 NaOH 制备的 Cu(OH) 2 检验醛基时,生成红色的 Cu 2 O ,其晶胞结构如图乙所示。 (3) 磷化铝熔点为 2 000 ℃ ,它与晶体硅互为等电子体,磷化铝晶胞结构如图丙所示: ① 图中 A 点和 B 点的原子坐标参数如图丙所示,则 C 点的原子坐标参数为 ________ 。 ② 磷化铝晶体的密度为 ρ g·cm - 3 ,用 N A 表示阿伏加德罗常数的值,则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为 ________cm 。 6.(1) 钙钛矿 (CaTiO 3 ) 型的结构可看作氧化物超导相结构的基本单元: ① 图 A 为立方钙钛矿 (CaTiO 3 ) 结构的晶胞,晶胞边长为 a nm 。 Ca 处于晶胞的顶点,则 Ti 处于 ________ 位置, O 处于 ________ 位置;与 Ca 紧邻的 O 个数为 ________ , Ti 与 O 间的最短距离为 ________nm 。 ② 在图 B 中画出立方钙钛矿晶胞结构的另一种表示 ( 要求: Ti 处于晶胞的顶点; △ 、 ● 、 ○ 所代表的原子种类与图 A 中相同 ) 。 (2)GaAs 是一种重要的半导体材料,按图示掺杂锰后可得稀磁性半导体材料 ( 晶体结构不变 ) ,则该材料晶体中 n (Ga) ∶ n (Mn) ∶ n (As ) = ________ 。 (3) 硒化锌的晶胞结构如图所示,图中 X 和 Y 点所堆积的原子均为 ________( 填元素符号 ) ;该晶胞中硒原子所处空隙类型为 ________( 填 “ 立方体 ”“ 正四面体 ” 或 “ 正八面体 ” ) ;若该晶胞密度为 ρ g·cm - 3 ,硒化锌的摩尔质量为 M g·mol - 1 。用 N A 代表阿伏加德罗常数的数值,则晶胞参数 a 为 ________nm 。

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