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,歡迎進入化學課堂,第三章晶體結構與性質,一、晶體的特征本質:晶體內質點在三維空間內的有序排列1.自范性：晶體在適當條件下自發(fā)地形成幾何多面體的性質2.均一性：化學組成、密度各部分相同3.各向異性：強度、導熱性、光學性質4.重復性：5.最小內能：形成晶體時內能最小(小于液、氣)6.穩(wěn)定性：內能最小，穩(wěn)定7.有熔點：8.能使X射線產(chǎn)生衍射的實驗,晶體的形成的三條途徑：1.熔融態(tài)物質凝固；2.氣態(tài)物質凝華；3.溶質從溶液中析出,均攤法解析晶體的計算：,①頂點:由8個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/8,②棱上:由4個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/4,③面心:由2個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/2,④體內:由1個晶胞擁有，該晶胞獨自擁有該粒子,長正方體,,正六邊形頂點:石墨中的每個C被3個共用，各環(huán)分享1/3,不規(guī)則,正六棱柱頂點:晶體中原子被6個共用，各環(huán)分享1/6,正六棱柱縱棱:晶體中原子被3個共用，各環(huán)分享1/3,正三角形頂點:每個原子被12個共用，各環(huán)分享1/12,不規(guī)則,,,,,正三角形縱棱:晶體中原子被6個共用，各環(huán)分享1/6,ABC,,,,練習：某晶體的一部分如上圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子之比是。,1：4：2,二、分子晶體和原子晶體,概念：分子間以分子間作用力（范德華力,氫鍵）相結合的晶體要點：構成分子晶體的粒子是分子，分子內的原子間以共價鍵結合，相鄰分子間的相互作用是范德華力特點：低熔沸點、硬度小、易升華、不導電,1.分子晶體,(1)所有非金屬氫化物：H2O,H2S,NH3,CH4,HX(2)部分非金屬單質：X2,O2,H2,S8,P4,C60(除B、Si、等的單質)(3)部分非金屬氧化物:CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10(除SiO2等）(4)幾乎所有的酸：H2SO4,HNO3,H3PO4(5)絕大多數(shù)有機物晶體：乙醇，冰醋酸，蔗糖,那些晶體屬于分子晶體呢？,(1)只有范德華力，無分子間氫鍵－分子密堆積,分子晶體結構有何特征？,如果分子間作用力只是范德華力，若以一個分子為中心，其周圍通常可以有12個緊鄰的分子。分子晶體的這一特征稱為分子密堆積。,每個分子周圍有12個緊鄰的分子,,為什么冰的密度小于水？,在冰的晶體中，水分子之間的主要作用力是氫鍵（范德華力為次）。這會對冰晶體的結構造成什么樣的影響呢？,氫鍵具有方向性,分子非密堆積,每個水分子的周圍只有4個緊鄰的水分子。這一排列使冰晶體中的水分子的利用率不高，留有相當大的空隙。,,為什么冰的密度小于干冰？,干冰晶體內只存在范德華力，一個分子周圍有12個緊鄰分子。形成分子密堆積。在冰晶體中分子間作用力主要是氫鍵，一個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子，形成分子非密堆積。所以干冰的密度大于冰的密度。,為什么水在40C時的密度最大？,當冰剛剛融化成液態(tài)水時，熱運動使冰的結構部分解體，水分子的空隙減小，密度增大。超過40C時，由于熱運動加劇，分子間距離加大，密度逐漸減小，所以40C時水的密度最大。,2.分子間作用力包括范德華力和氫鍵作用范圍小，只有分子與分子充分接近時，才有明顯的作用，氣態(tài)分子一般不再考慮分子間作用力的存在分子間作用力很弱，能量很小，易被破壞，克服它需能量少，這就是干冰易氣化、碘易升華的原因分子間作用力能使分子間的排列有序化，不能改變分子內的結構，因此只影響物質的物理性質,1.共價鍵、離子鍵和范德華力是構成物質粒子間的不同作用方式，下列物質中，只含有上述一種作用的是A.干冰B.氯化鈉C.氫氧化鈉D.碘2.在解釋下列物質性質的變化規(guī)律與物質結構間的因果關系時，與鍵能無關的變化規(guī)律是A.HF、HCI、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依減弱B.N2比白磷化學性質穩(wěn)定C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸點逐漸升高D.H2S的熔沸點小于H2O的熔、沸點,課堂練習,B,CD,3.下列物質在變化過程中，只需克服分子間作用力的是()A.食鹽溶解B.鐵的熔化C.干冰升華D.氯化銨受熱分解4.當SO3晶體熔化或氣化時，下述各項中發(fā)生變化的是()A.分子內化學鍵B.分子間距離C.分子構型D.分子間作用力5.支持固態(tài)氨是分子晶體的事實是A.氮原子不能形成陽離子B.銨離子不能單獨存在C.常溫下，氨是氣態(tài)物質D.氨極易溶于水,,C,BD,C,6.下列有關共價化合物的說法：①具有較低的熔、沸點②不是電解質③固態(tài)時是分子晶體④都是由分子構成⑤液態(tài)時不導電，其中一定正確的是()A.①③④B.②⑤C.①②③④⑤D.⑤7.下列分子晶體：①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H2熔沸點由高到低的順序是()A.①②③④⑤⑥B.③②①⑤④⑥C.③②①④⑤⑥D.⑥⑤④③②①,D,C,１.概念：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間立體網(wǎng)狀結構的晶體．構成原子晶體的粒子是原子，原子間以較強的共價鍵相結合。,2．原子晶體（共價晶體）,金剛石,,,,10928,,共價鍵,在金剛石晶體里，每個碳原子都被相鄰的4個碳原子所包圍，以共價鍵跟這4個碳原子結合，形成正四面體。最小的碳環(huán)上有6個碳原子。,金剛石里的C-C鍵的鍵長很短（154pm），鍵能很大（347.7KJ/mol）,所以金剛石在所有晶體中硬度最大，而且熔點也很高（＞35500C）。,練習1：金剛石晶體是一種立體的空間網(wǎng)狀結構，試分析；（1）晶體中最小碳環(huán)由個C原子組成？（2）晶體中每個C原子參與了條C—C鍵的形成？（3）原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為？,6,4,1：2,常見的原子晶體某些非金屬單質：金剛石（C）、晶體硅(Si)、晶體硼（B）、晶體鍺(Ge)等某些非金屬化合物：碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶體、Al2O3,練習2：有下列八種物質：水晶、冰醋酸、白磷、氬晶體、碳化硅、干冰、金剛石和過氧化氫晶體。填空：⑴屬于原子晶體的化合物是：；⑵直接由原子構成的晶體是：；⑶含有極性鍵和非極性鍵的分子晶體是是：；⑷屬于分子晶體的單質是：；⑸受熱熔化后化學鍵不發(fā)生變化的是：；⑹受熱熔化需破壞化學鍵的是：。,水晶碳化硅,水晶碳化硅、金剛石,冰醋酸過氧化氫晶體,氬晶體、白磷,冰醋酸、氬晶體白磷干冰過氧化氫晶體,水晶碳化硅金剛石,練習3：下列物質不存在氫鍵的是A.冰醋酸中醋酸分子之間B.液態(tài)HF中的HF分子之間C.一水合氨分子中的氨分子與水分子之間D.可燃冰(CH48H2O)中甲烷分子與水分子之間,練習4：有關晶體的下列說法正確的是A.晶體中分子間作用越大，分子越穩(wěn)定B.原子晶體中原子間鍵長越短，晶體越穩(wěn)定C.原子晶體中共價鍵越強，熔沸點越高D.分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子的熔沸點越高E.微粒間通過共價鍵形成的晶體，具有高的熔沸點F.冰融化時水分子中共價鍵發(fā)生斷裂G.分子晶體內一定存在共價鍵,D,BCE,5.下列有關晶體的敘述，屬于原子晶體的是：A.由分子間作用力結合而成，熔點低；B.固體熔融后容易導電，熔點在1000℃左右；C.由共價鍵結合形成空間網(wǎng)狀結構；D.熔沸點高，硬度大。6.某單質組成的晶體一定不是：A.離子晶體；B.分子晶體；C.原子晶體；D.金屬晶體,C,A,三、金屬晶體一、金屬鍵：1.金屬鍵：在金屬單質晶體中,使金屬原子相互結合的強烈作用（金屬離子與自由電子間的強烈的相互作用）叫金屬鍵2.金屬晶體:金屬陽離子和自由電子之間通過金屬鍵結合而形成的晶體構成微粒：金屬陽離子與自由電子；微粒間的作用：金屬鍵物性特點：大部分金屬熔點較高、質硬（少數(shù)質軟），難溶于水（K、Na、Ca等與水反應），能導電、導熱、有延展性等,3.金屬晶體Po周圍相切的Po為6,4.金屬晶體堿金屬或Fe周圍相切的原子為8,5.金屬晶體Mg、Zn、Ti周圍相切的原子為12,6.金屬晶體Cu、Ag、Au周圍相切的原子為12,NaCl晶胞,CsCl晶胞,離子晶體中存在的微粒是：,陰、陽離子,微粒間的作用力是：,離子鍵(離子內可能存在共價鍵),哪些是離子晶體：,大多數(shù)鹽、堿、金屬氧化物,強調：離子晶體一定是化合物離子鍵無飽和性、無方向性,,,,,,,四、離子晶體,兩種晶體中陽離子和陰離子的配位數(shù)是否相等？,6,8,8,6,離子晶體的性質,在離子晶體中，離子間存在較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，難于壓縮，具有較高的熔沸點。,一般來說：熔沸點的順序是原子晶體＞離子晶體＞分子晶體,離子晶體的熔點高低取決于離子鍵的強弱,離子鍵的強弱取決于離子半徑和所帶電荷,NaCl晶體是個大分子，晶體中無單獨的NaCl分子存在。NaCl是化學式，因而58.5可以認為是式量，不是分子量。,離子晶體中沒有分子式，只有化學式。化學式是微粒的配位數(shù)之比。,,分子,原子,金屬離子和自由電子,陰、陽離子,范德華力,共價鍵,金屬鍵,離子鍵,可能的化學鍵,共價鍵,共價鍵,低,很高,變化大,高,小,很大,變化大,較大,差,差,良好,差,,,不導電,不導電,良好的導電性,不導電,NaCl、CsCl、CaF2,干冰、冰、Ne、HCl等,金剛石、水晶等,釙、鉀、鎂、銅,四種晶體比較,最近原子個數(shù)求算或空間構型判斷：,1.求離Na+最近的Cl－個數(shù)求離Cl－最近的Na＋個數(shù),方法三:配位數(shù)為6，配位原子空間構型為正八面體,,,,,,,,,,,,,,,,方法一：找點法(x、y、z),方法二：排除重復計算法,2.求離Cs+最近的Cl－個數(shù)求離Cl－最近的Cs＋個數(shù),方法：配位數(shù)為8，配位原子空間構型為正方體,3.求離Ca2＋最近的F－個數(shù)求離F－最近的Ca2+個數(shù),方法:Ca2+的配位數(shù)為8，配位原子構型為正方體F－的配位數(shù)為4，配位原子構型為正四面體,,,F－,Ca2＋,4.求離Na+最近的Na＋個數(shù)求離Cl－最近的Cl－個數(shù),方法一：找點法(x、y、z),,,,,,,,,,,,,,,,,方法二：排除重復計算法,,,,,,,,,,,,,5.求離CO2最近的CO2個數(shù),方法一：找點法(x、y、z),方法二：排除重復計算法,,,,,,,,,6.冰中，求離H2O最近的H2O個數(shù),氫鍵具有方向性,冰的結構,1．下列化學式能真實表示物質分子組成的是（）A．NaOHB．SiO2C．CsClD．SO32．下列的晶體中，化學鍵種類相同，晶體類型也相同的是（）A．SO2與SiO2B．CO2與H2OC．NaCl與HClD．CCl4與KCl,D,B,課堂檢測,3．下面有關離子晶體的敘述中，不正確的是（）A．1mol氯化鈉中有NA個NaCl分子B．氯化鈉晶體中，每個Na+周圍距離相等的Na+共有6個C．氯化銫晶體中，每個CS+周圍緊鄰8個Cl-D．平均每個NaCl晶胞中有4個Na+、4個Cl-,AB,5．20世紀80年代中期，科學家發(fā)現(xiàn)并證明碳還以新的單質形態(tài)C60存在。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科學家又發(fā)現(xiàn)了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子。(如圖1-5)：下列說法錯誤的是A．金剛石和石墨的熔點肯定要比C60高B．據(jù)估計C60熔點比金剛石和石墨要高C．無論是球碳分子，還是管狀碳分子、洋蔥狀碳分子，都應看作是碳的同素異形體D．球碳分子是碳的同素異形體，而管狀碳分子、洋蔥狀碳分子則不一定,BD,6．下列數(shù)據(jù)是對應物質的熔點據(jù)此做出的下列判斷中錯誤的是A．鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B．表中只有BCl3和干冰是分子晶體C．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體,B,7.某離子晶體晶胞結構如下圖所示，x位于立方體的頂點，Y位于立方體中心。試分析：(1)晶體中每個Y同時吸引著__________個X，每個x同時吸引著__________個Y，該晶體的化學式為__________。(2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有__________個。(3)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾∠XYX的度數(shù)為__________。(4)設該晶體的摩爾質量為Mgmol-1，晶體密度為ρcm-3，阿伏加德羅常數(shù)為NA則晶體中兩個距離最近的X中心間的距離為__________。,4,8,XY2,12,10928,,8.二氧化硅晶體是立體的網(wǎng)狀結構，其晶體模型如右圖所示。認真觀察晶體模型并回答下列問題：(1)二氧化硅晶體中最小的環(huán)為元環(huán)。(2)每個硅原子為個最小環(huán)共有。(3)每個最小環(huán)平均擁有_____個氧原子。,12,12,1,密度、摩爾質量、晶胞邊長三者的關系,五.晶胞邊長的求法：,NaCl晶胞,1.求晶胞的邊長2.求Na＋最近的Cl－的距離3.求相鄰兩個最近的Na＋間或相鄰兩個最近的Cl－間的距離,,,四、密度的計算、空間利用率(金屬晶體)：,利用率密度,四、密度的計算、空間利用率(金屬晶體)：,利用率密度,晶體Po,,利用率密度,堿金屬或Fe,,利用率密度,CuAgAu,NaCl晶胞,NaCl晶胞,CsCl晶胞,CaF2晶胞,石墨,練習.1986年，瑞士兩位科學家發(fā)現(xiàn)一種性能良好的金屬氧化物超導體，使超導工作取得突破性進展，為此兩位科學家獲得了1987年的Nobel物理學獎。其晶胞結構如圖。(1)根據(jù)圖示晶胞結構，推算晶體中Y，Cu，Ba和O原子個數(shù)比，確定其化學式(2)根據(jù)(1)所推出的化合物的組成，計算其中Cu原子的平均化合價(該化合物中各元素的化合價為Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)試計算化合物中這兩種價態(tài)Cu原子個數(shù)比,(1)YBa2Cu3O7(2)Cu2+:Cu3+=2:1,Cu,練習：食鹽晶體是由鈉離子和氯離子組成，這兩種離子在空間按3個垂直方向都是等距離地交錯排列。已知食鹽的摩爾質量是58.5g/mol，密度是2.2g/cm3則食鹽中相鄰的鈉離子核間距離的數(shù)值_________________,4.010－8cm,A．3.010-8cmB．3.510-8cmC．4.010-8cmD．5.010-8cm,練習3：如圖2，最近Cs+和Cl-間的距離是3.5510-8cm，算出CsCl晶體的密度。,(3.99gcm-3),,練習：晶體硼的基本結構單元都是由硼原子組成的正二十面體，其中含有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個頂角各有一個硼原子，如圖2-10所示，回答：（1）鍵角；（2）晶體硼中的硼原子數(shù)個；B—B鍵條。,600,12,30,多面體中：面數(shù)+頂點數(shù)-棱數(shù)＝2,歐拉公式：,常見的原子晶體某些非金屬單質：金剛石、晶體硅、晶體硼、晶體鍺等某些非金屬化合物：碳化硅、氮化硼某些氧化物：二氧化硅、Al2O3,晶體的判斷方法方法一:從晶體的硬度、熔沸點等物理性質進行判斷方法二:從晶體的構成微粒及微粒間作用力進行判斷方法三:從物質的類別，如：金屬對應的晶體是金屬晶體，離子化合物對應的晶體是離子晶體，記住常見的原子晶體，其余的就是分子晶體。,晶體類別的判斷：,(1)所有非金屬氫化物：H2O,H2S,NH3,CH4,HX(2)部分非金屬單質：X2,O2,H2,S8,P4,C60(除B、Si、Ge等的單質)(3)部分非金屬氧化物:CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10(除SiO2、Al2O3等的單質)(4)幾乎所有的酸：H2SO4,HNO3,H3PO4(5)絕大多數(shù)有機物晶體：乙醇，冰醋酸，蔗糖,分子晶體的常見類型,晶體類別的判斷：,晶體與單質、化合物的交叉關系：金屬單質一般金屬晶體(除Ge)、非金屬單質一般分子晶體(除C、Si、Ge、B)金屬氧化物一般離子晶體(除Al2O3等)、非金屬氧化物一般分子晶體(除SiO2等)所有酸類都屬于分子晶體堿類(除氨水)一般都是離子晶體鹽類(除AlCl3)一般都是離子晶體,晶體中存在的作用力：分子晶體中一般存在范德華力(受相對分子質量和分子極性影響)、存在分子內共價鍵(稀有氣體不存在共價鍵)、HF/H2O/NH3/-OH/-NH2還存在氫鍵(不是化學鍵)原子晶體中只存在共價鍵(單質是非極性鍵)金屬晶體中只存在金屬鍵離子晶體中存在離子鍵、可能存在共價鍵(如NH4Cl、NaOH、Na2O2……中)石墨晶體存在共價鍵、金屬鍵、范德華力,熔沸點大小比較：一般，原子晶體＞離子晶體＞分子晶體固態(tài)＞液態(tài)＞氣態(tài)，合金＜單質原子晶體：組成相似，原子半徑越小、鍵能越大，熔沸點越高，如金剛石＞SiC＞單晶硅離子晶體：組成相似，陰陽離子半徑和越小，離子電荷越多，離子鍵越強，熔沸點越高金屬晶體：金屬陽離子半徑越小、自由電子越多，金屬鍵越強，熔沸點越高分子晶體：首先考慮氫鍵，再結構相似時考慮范德華力，有機物要考慮支鏈數(shù)目,常見的非晶體有：玻璃、松香、塑料、明膠、瀝青,大多數(shù)固體是晶體,二、晶胞的分析和計算,（1）均攤法,對于長方形（正方形）頂點1/8、棱上1/4、面上1/2、體內1,（2）晶胞的計算,確定化學式,求出一個晶胞所含各微粒的個數(shù)，確定最簡比。,確定邊長、密度、摩爾質量,NA,,晶胞中微粒個數(shù),晶胞的體積,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,