2024年高考化学一轮复习第十二章第三节晶体结构与性质课件

这是一份2024年高考化学一轮复习第十二章第三节晶体结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了核外电子层数越，考点二，冰的结构模型，②配位键的表示方法，②超分子的实例，－1NA，②计算晶体的密度，2分子晶体，2配位，N或氮等内容，欢迎下载使用。

[自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。((2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。((3)晶体有自范性但其微粒排列无序。(
(4)晶体有固定的熔点，可用此方法区分晶体与非晶体。(
(5)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。((6)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。(
错因：非晶体没有固定的熔点，不能比较熔点
答案：(1)×的高低。
错因：晶体具有以下特点：有整齐规则的几何外形、
固定的熔点、各向异性。只有同时具备这三个特点的才是晶体，非晶体也可以有规则几何外形。(3)× 错因：晶体有自范性且其微粒有序排列。(4)√
错因：不同晶体粒子可能直径不同、粒子间距不同，
晶胞大小形状也不一定相同。(6)√
2.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用 X 射线衍射进行测定，测得 A、B 两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：
则 A、B 两种晶胞中含有的铁原子数分别是：____、____个。答案：2 4
3.碳酸盐在一定温度下会发生分解，如煅烧石灰石可以得到CaO，这是由于受热时碳酸根发生分解，放出二氧化碳。
(1) 根据表中数据，第二主族元素阳离子半径大小顺序是____________，与核外电子排布的关系是____________。(2)MCO3 金属阳离子半径与碳酸盐分解温度的关系是_____________________________________________________________。
答案：(1)r(Mg2+)＜r(Ca2+)＜r(Sr2+)＜r(Ba2+)
多，半径越大(2)金属阳离子的半径越小，氧化物 MO 晶格能越大，碳酸盐MCO3 越易分解，越不稳定
考点一 晶体与晶胞1.晶体与非晶体
(1)熔融态物质凝固。
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。2.晶胞
描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——“无隙并置”①“无隙”：相邻晶胞之间没有任何间隙。②“并置”：所有晶胞平行排列、取向相同。
常见晶体类型及晶体结构
1.四类晶体模型(1)分子晶体
干冰的结构模型(晶胞)
①干冰晶体中，每个CO2 分子周围等距且紧邻的CO2 分子有12个。
②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接，含 1 ml H2O 的冰中，最多可形成 2 ml 氢键。(2)共价晶体(金刚石和二氧化硅)
①金刚石晶体中，每个 C 与另外 4 个 C形成共价键，C—C键之间的夹角是 109°28′，最小的环是六元环。含有1 ml C的金刚石中，形成的共价键有2 ml。
②SiO2 晶体中，每个Si 原子与4 个O成键，每个O 原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是 Si 原子，1 ml SiO2 中含有 4 ml Si—O 键。
①在金属晶体中，原子间以金属键相结合。
②金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。③用电子气理论解释金属的性质：
2.四种晶体类型的比较
3.过渡晶体与混合型晶体(1)过渡晶体
①过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。
②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如 Na2O 等。同样偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理，如 Al2O3、SiO2 等。
①石墨结构特点为层状结构，同层内碳原子采取 sp2 杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构；层与层之间靠范德华力维系。
②石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为 3，有一个未参
与杂化的2p 电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
③性质：熔点很高、质软、易导电等。
(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三
每个面上有 4 个，共计 12 个。
(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu 等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。
维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“ ”表示)：
4.配合物与超分子(1)配合物①配位键
是由一个原子(或离子)提供孤电子对，另一个原子(或离子)接
受孤电子对。形成“电子对给予—接受”键。
用 A→B 表示，其中 A 表示提供孤电子对的原子，B 表示接
③配位化合物(简称配合物)
a.定义：金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或
离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物。
①概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成
a.冠醚识别碱金属离子
冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的
b.分离 C60 和 C70
③超分子两个的重要特征——分子识别、自组装。
考向1 晶胞的结构及相关计算
(2)(2021 年广东卷节选)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质 X 为潜在的拓扑绝缘体材料。X 的晶体可视为 Ge 晶体(晶胞如图 a 所示)中部分 Ge 原子被 Hg 和 Sb 取代后形成。
①图 b为Ge 晶胞中部分Ge 原子被Hg和Sb 取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是_____________________。
②图 c 为 X 的晶胞，X 的晶体中与 Hg 距离最近的 Sb 的数目为________；该晶胞中粒子个数比 Hg∶Ge∶Sb＝_____________。③设 X 的最简式的式量为 Mr，则 X 晶体的密度为_________
4 ml×91 g·ml ＋8 ml×16 g·ml
个晶胞的质量 m(晶胞)＝
　　解析：(1)以晶胞中右侧面心的Zr4+为例，同一晶胞中与Zr4+最近且等距离的O2－有4个，同理可知右侧晶胞中也有4个O2－，故在晶胞中Zr4+的配位数为4＋4＝8。1个晶胞中含有4个ZrO2微粒，1
两个单元内的原子位置不完全相同，不符合晶胞是晶体的最小重复单位要求。②以晶胞上方立方体中右侧面心中 Hg 原子为例，同一晶胞中与 Hg 距离最近的 Sb 的数目为 2，右侧晶胞中也有 2 个 Sb 原子与 Hg 原子距离最近，因此 X 的晶体中与 Hg 距离最近的 Sb 的数目为 4。该晶胞中 Sb 原子均位于晶胞内，因此 1 个晶胞中含有 Sb 原子数为 8，Ge 原子位于晶胞顶点、面心、体心，则 1 个晶胞中含有
2.(2021 年湖南卷节选)如图是 Mg、Ge、O 三种元素形成的某
则每个晶胞对这个粒子分得的份额就是—。
利用“均摊法”进行晶胞的相关计算
(1)“均摊法”原则和方法
①原则：晶胞任意位置上的一个粒子若被 n 个晶胞所共有，
②长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算：
③“三棱柱”和“六棱柱”中不同位置粒子数的计算：
(2)晶胞结构的相关计算①确定晶体的化学式
以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和
×N＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，N为晶
胞所占有的粒子数，NA 为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。③计算晶体中微粒间距离的方法
④计算原子的空间利用率
空间利用率＝ 。
⑤晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方最密堆积中几组公式(设棱长为 a)
考向2 晶体类型的判断及性质比较
3.(1)(2021 年全国甲卷节选)太阳能电池板主要材料为单晶硅
或多晶硅。单晶硅的晶体类型为________________。
(2)(2021 年湖南卷节选)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域，晶体硅和碳化硅熔点较高的是________(填化学式)。(3)(2020 年天津卷节选)Fe、C、Ni 是三种重要的金属元素。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为________________。
(4)(2019 年全国Ⅰ卷节选)一些氧化物的熔点如下表所示：
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：__________________________________________________________________________。
解析：(1)单晶硅中Si原子形成空间网状结构，类似于金刚石，属于共价(原子)晶体。(2)晶体硅和碳化硅都是共价(原子)晶体，Si原子半径大于C，则键长：Si—Si＞Si—C，键能：Si—Si＜Si—C，键能越大，共价(原子)晶体的熔点越高，故熔点较高的是SiC。(3)三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，离子半径 Fe2+>C2+>Ni2+，离子键按 FeO、CO、NiO 的顺序依次增强，而离子键越强，离子晶体的熔点越高，故其熔点由高到低的顺序为 NiO>CO>FeO。(4)Li2O、MgO 为离子晶体，P4O6、SO2 为分子晶体。离子
半径：Mg2+＞Li＋，则离子键的强弱：MgO＞Li2O；由于相对分子质量：P4O6＞SO2，则分子间作用力：P4O6＞SO2，故熔点大小顺序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2。　　答案：(1)共价(原子)晶体 　　(2)SiC　(3)NiO>CO>FeO　　(4)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体，离子键MgO＞Li2O，分子间作用力(相对分子质量)P4O6＞SO2
4.(1)(2020 年全国Ⅱ卷节选)Ti 的四卤化物熔点如表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自 TiCl4 至 TiI4 熔点依次升高，原因是_______________________________________________________。
(2)(2020 年山东卷节选)Sn 为ⅣA 族元素，单质 Sn 与干燥 Cl2反应生成 SnCl4。常温常压下 SnCl4 为无色液体，其固体的晶体类型为____________。
解析：(1)根据表格中数据，可以得出 TiF4 的熔点最高，其晶体类型应该为离子晶体，其他三种卤化物晶体类型应该为分子晶体，根据影响晶体熔点的因素，离子键强度大于分子间作用力，所以 TiF4 熔点最高，其他三种卤化物随相对分子质量的增大，分子间作用力增大，熔点逐渐升高。(2)SnCl4 常温下为无色液体，说明其熔、沸点低，应为分子晶体。
答案：(1)TiF4 为离子晶体，熔点高，其他三种均为共价(原子)晶体，随相对分子质量的增大其分子间作用力增大，熔点逐渐升高
考向3 确定原子的坐标参数(或分数坐标)
(2)(2020 年山东卷节选)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2 的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有________个 Sn，找出距离 Cd(0，0，0)最近的Sn__________________(用分数坐标表示)。CdSnAs2 晶体中与单个Sn 键合的 As 有________个。
6.(2019 年全国Ⅱ卷节选)一种四方结构的超导化合物的晶胞
考向4 晶胞投影图的分析及应用
8.(1)以 Zn 为顶点的 ZnGeP2 晶胞结构如图所示。
①Zn 的配位数为________。
②以 Ge 为顶点的晶胞中，Zn 原子位于______________。
(2)氮、铜形成的一种化合物，为立方晶系晶体，晶胞参数为a pm，沿面对角线投影如图所示。已知该晶胞中原子的分数坐标
胞中，与 Cu 原子等距且最近的 Cu 原子有________个。
解析：(1)①以体心的Zn为例，距离其最近且距离相等的原子有 4 个，所以配位数为 4；②结合晶胞结构示意图可知，以 Ge 为顶点的晶胞中，Zn 原子位于棱心、面心。(2)结合投影以及部分Cu、N原子的坐标可知 N 原子位于立方体的顶点，Cu原子位于棱心，距离 Cu 原子相等且最近的 Cu 原子位于相邻的棱上，所以个数为 8。
答案：(1)①4 ②棱心、面心 (2)8
考向5 配合物与超分子
9.(1)(2021 年全国乙卷节选)三价铬离子能形成多种配位化合
[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是
________，中心离子的配位数为________。
(2)(2020 年全国Ⅲ卷节选)NH3BH3 分子中，N—B 化学键称为
________键，其电子对由________提供。
(3)(2020 年江苏卷节选)[Fe(H2O)6]2+ 中与 Fe2+ 配位的原子是
________(填元素符号)。
(4)(2020 年山东卷节选)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示，1 ml 该配合物中通过螯合作用形成的配位键有________ ml。
通过螯合作用形成配位键，右侧—NO2 中 N 原子与Cd形成共价键，故 1 ml 该配合物形成的配位键有 6 ml。
答案：(1)N、O、Cl
　　解析：(1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中心离子是Cr3+，配位体为NH3、H2O和Cl－，故中心离子的配位数为3＋2＋1＝6；提供电子对形成配位键的原子是N、O、Cl。(2)NH3BH3分子中，N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道，形成配位键(N→B)。(3)[Fe(H2O)6]2+中，H2O是配位体，O原子提供孤电子对与Fe2+配位。(4)Cd2+配合物中，
解析：(1)乙二胺的两个 N 可提供孤电子对与金属离子形成配位键，因此乙二胺能与 Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子；由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子，因此 Cu2+与乙二胺形成的化合物稳定性相对 Mg2+较高。(2)根据题目信息可知氯化铁
蒸汽状态下以双聚分子存在，其结构式为
与4个Cl成键，因此Fe的配位数为4。(3)[Cu(OH)4]2－中Cu2+提供空轨道，OH－提供孤电子对，OH－只有O有孤电子对，因此[Cu(OH)4]2－中的配位原子为O。
答案：(1)乙二胺的两个 N 提供孤电子对给金属离子形成配位
11.(2021 年襄阳期末)2016 年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域做出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH 变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动
的某种热运动，下列说法不正确的是(
A.驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量B.分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化C.氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一D.光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动答案：B
[方法技巧] 判断配位数及配位键的稳定性
(1)判断配位数：配位数就是在配位体中与中心原子(或离子)成键的配位原子的总数。若是由单齿配体(1 个配体提供 1 个配位原子)形成的配合物，中心原子(或离子)的配位数＝配位体的数目。若是由双齿配体(1 个配体提供 2 个配位原子)形成的配合物，中心原子(或离子)的配位数＝配位体的数目×2。
(2)判断配位键的稳定性：一般情况下，与同种金属原子(或离子)形成配位键时，配位原子的电负性越小，形成配位键就越稳定。例如，电负性：N[Cu(H2O)4]2+。
1.(2022 年湖北卷)某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞
结构如图所示。下列说法错误的是(
A.Ca2+的配位数为6B.与F－距离最近的是K＋C.该物质的化学式为KCaF3D.若F－换为Cl－，则晶胞棱长将改变
2.(2022 年山东卷)AlN、GaN 属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在 N—Al 键、N—Ga 键。下列
A.GaN 的熔点高于 AlNB.晶体中所有化学键均为极性键C.晶体中所有原子均采取 sp3 杂化D.晶体中所有原子的配位数均相同
解析：因为 AlN、GaN 为结构相似的共价晶体，由于 Al 原子的半径小于 Ga，N—Al 的键长小于 N—Ga 的，则 N—Al 的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故 GaN 的熔点低于 AlN，A错误；不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，B 正确；金刚石中每个 C 原子形成 4 个共价键(即 C 原子的价层电子对数为 4)，C 原子无孤电子对，故 C 原子均采取 sp3 杂化；由于 AlN、GaN 与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子均采取 sp3 杂化，C 正确；金刚石中每个 C 原子与其周围4个C原子形成共价键，即 C 原子的配位数是 4，由于 AlN、GaN 与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子的配位数也均为 4，D 正确。
3.(2021 年全国乙卷)在金属材料中添加 AlCr2 颗粒，可以增强
材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示，处于顶角位置的是________原子。设 Cr 和 Al 原子半径分别为 rCr 和 rAl，则金属原子空间占有率为________%(列出计算表达式)。
4.(2022 年广东卷节选)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物 X 是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图 1 所示，沿 x、y、z 轴方向的投影均为图 2 所示。
有8×— ＋6×— ＝4，
解析：(1)根据晶胞结构得到K有8个，
1 　　 18 　 2
则 X 的化学式为 K2SeBr6。(2)设 X 的最简式的式量为 Mr，晶体密度为