2022届高考化学一轮复习物质结构与性质第3节物质的聚集状态与物质性质课件鲁科版.pptx
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- 2022 高考 化学 一轮 复习 物质 结构 性质 聚集 状态 课件 鲁科版
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1、第第3 3节物质的聚集状态与物质性质节物质的聚集状态与物质性质选修选修3 32022备考要点1.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中的结构微粒、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。素养要求1.宏观辨识与微观探析:认识晶胞及晶体类型,能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点,能从宏观和微观相结合的视角分析
2、与解决实际问题。2.证据推理与模型认知:能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。3.变化观念与平衡思想:认识不同晶体类型的特点,能从多角度动态分析不同晶体的组成及相应物质的性质。考点一考点一晶体常识晶体常识必备必备知识知识 自主自主预诊预诊知识梳理1.晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较。类型晶体非晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈周期性有序排列结构微粒相对无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性 有无二者区别方法间接方法 看是否有固定的熔点科学方法 对固体进行X射线衍射实验(2)得到晶体的途径。熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。溶质从溶液中析出。
3、(3)晶胞。定义:描述晶体结构的基本单元。晶体中晶胞的排列无隙并置。无隙:相邻晶胞之间没有任何间隙。并置:所有晶胞都是平行排列的,取向相同。2.晶胞组成的计算均摊法(1)原则。晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞就占有这个原子的 。(2)方法。长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定,如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占顶点碳原子的 。自我诊断1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)具有规则几何外形的固体一定是晶体。()(2)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。()(3)
4、缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。()(4)通过X射线衍射实验的方法不能区分晶体和非晶体。()(5)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。()(6)立方晶胞中,顶点上的原子被4个晶胞共用。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.如图甲、乙、丙是三种晶体的晶胞,则甲中x与y的个数比是,乙中a与b的个数比是,丙中有个c和个d。答案 2 11 144 关键关键能力能力 考考向突破向突破考向考向1根据晶胞的结构求化学式、配位数、原子个数根据晶胞的结构求化学式、配位数、原子个数【典例1】(1)(2020全国1,节选)LiFePO4的晶胞
5、结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有个。电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=,n(Fe2+)n(Fe3+)=。(2)(2020全国2,35节选)CaTiO3的晶胞如图所示,其组成元素的电负性大小顺序是;金属离子与氧离子间的作用力为,Ca2+的配位数是。(3)(2019全国2,35节选)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和砷原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用
6、x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为;通过测定密度和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们的关系表达式:=gcm-3。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,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为 ,则原子2和3的坐标分别为、。(4)(2019全国3,35节选)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示:这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(用n代表磷原子数)。(5)(2019江苏化学,21节选)一个Cu2O晶胞(见下图)中,铜原子的数目为。解析(1)由题给信息
7、知,图(a)LiFePO4的晶胞中,含有4个由O构成的正八面体(Fe存在于内部)和4个由O构成的正四面体(P存在于内部)。再由电池充电时,到图(c)全部变为FePO4,对比图(a)和(c)的差异可知,(a)图所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即为Li+,其位于晶胞的8个顶点,4个侧面面心以及上、下底面各自的相对的两条棱心处,经计算一个晶胞中Li+的个数为 个;结合图(a)分别含有4个正八面体和4个正四面体,即一个晶胞中含有4个Fe和4个P,所以每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个。对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知,Li1-xFePO4相比于LiFePO4缺失一个面心的Li+
8、以及一个棱心的Li+;结合前面的分析可知,LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16,那么Li1-xFePO4晶胞的化学式为Li3.25Fe4P4O16,所以有(2)根据Ca、Ti、O三种元素在周期表中的位置关系和电负性的变化规律可知电负性大小顺序为OTiCa。金属离子与氧离子之间的作用力是离子键。Ca2+的配位O2-位于12条棱上,Ca2+的配位数为12。(3)根据均摊法,晶胞中各原子的个数分别为对点演练1碳、氮、氧、硫、氯和铝、铁、铜是中学化学中重要的元素,它们的单质和化合物在生活、生产中有广泛的应用。回答下列问题:(1)基态铜原子的价层电子排布式为;基态铝原子核外电子云形状有(填
9、名称)。(2)C、H、O、N四种元素形成的丁二酮肟常用于检验Ni2+:在稀氨水介质中,丁二酮肟与Ni2+反应可生成鲜红色沉淀,其结构如图1所示。该结构中,碳原子之间的共价键类型是键,从轨道重叠方式来分析,碳、氮原子之间的共价键类型是;氮、镍原子之间形成的化学键是。该结构中,碳原子的杂化轨道类型为。(3)氮化铝是一种新型无机非金属材料,具有耐高温、耐磨等特性,空间构型如图2所示。铝的配位数为。氮化铝的晶体类型是。(4)N和Cu形成的化合物的晶胞结构如图3所示,则该化合物的化学式为。答案(1)3d104s1球形、哑铃形(2)键和键配位键sp2、sp3(3)4原子晶体(4)Cu3N解析(1)Cu元素
10、基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,其价层电子排布式为3d104s1。基态铝的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,电子占据s、p轨道,s轨道为球形,p轨道为哑铃形。(2)1个双键是由1个键和1个键组成的,所以碳、氮原子之间的共价键类型是键和键;镍原子有空轨道,氮原子有孤电子对,因此二者之间形成配位键。在该结构中有4个碳原子分别形成4个键,另外4个碳原子分别形成3个键和1个键,因此杂化轨道类型分别是sp3和sp2。(3)由氮化铝的空间构型知,1个铝原子连接4个氮原子,则铝的配位数为4;根据氮化铝具有耐高温、耐磨等特性,推知它属于原子晶易错警示(1)
11、在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状。不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有。如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心原子依次被6、3、4、2个晶胞所共有。(2)在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用均摊法。考向考向2晶体密度和微粒间距离的计算晶体密度和微粒间距离的计算【典例2】(1)(2020全国2,35节选)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3N ,其晶胞如图(b)所示,CaTiO3的晶胞如图(a)所示。其中Pb2+与图(a)中的空间位置相同,有机碱CH3N 中,N原子的杂化轨道类型是;若晶胞参数为
12、a nm,则晶体密度为 gcm-3(列出计算式)。(2)(2020全国3,35节选)研究发现,氦硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构,晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm,=90。氨硼烷的222超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度=gcm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。(3)(2020山东化学,17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。原子坐标xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有个Sn,找出距
13、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。对点演练2(1)(2019全国1,35节选)图(a)是MgCu2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,铜原子之间最短距离x=pm,镁原子之间最短距离y=pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是 gcm-3(列出计算表达式)。图(a)图(b)(2)(2018全国2,35节选)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示,晶胞边长为a nm、FeS2相对分子质量为M、阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密
14、度的计算表达式为 gcm-3;晶胞中Fe2+位于 所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为 nm。图(c)(3)(2018全国1,35节选)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(d)的Born-Haber循环计算得到。图(d)可知,锂原子的第一电离能为 kJmol-1,O=O键键能为 kJmol-1,Li2O晶格能为 kJmol-1。Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(e)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为 gcm-3(列出计算式)。图(e)归纳总结 晶体结构的相关计算(1)晶胞计算公式(立方晶胞)。a3NA=nM(a为棱长;为密度;NA为阿
15、伏加德罗常数的数值;n为1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量;M为该粒子或特定组合的摩尔质量)。(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。方法技巧(1)计算晶体密度的方法。(2)计算晶体中微粒间距离的方法。考点二考点二晶体的类型、组成和性质晶体的类型、组成和性质必备必备知识知识 自主自主预诊预诊知识梳理1.四种晶体类型的比较晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴离子、阳离子粒子间作用力范德华力(某些含氢键)共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大,有的很小较大晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体熔、沸点较低很高有的
16、很高,有的很低较高溶解性“相似相溶”难溶于一般溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电,溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电,水溶液或熔融态导电晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体 离子晶体物质类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、大多数非金属氧化物、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼),部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Al、Fe、Cu)金属氧化物(如Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl)2.典型晶体模型 晶体晶体结构晶体详解(1)每个碳原子与相邻4个碳原子以共价单键结合,碳原子均采
17、取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构(2)键角均为109.5(3)最小碳环由6个碳原子组成且这些碳原子不在同一平面内(4)每个碳原子参与4条CC的形成,碳原子数与CC数之比为1 2晶体晶体结构晶体详解SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合,硅原子杂化轨道类型均为sp3杂化,每个Si和周围紧邻的O形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”,n(Si)n(O)=1 2(3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si晶体晶体结构晶体详解冰水分子间的主要作用力是氢键,也存在范德华力,每个水分子周围紧邻的水分子有4个干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子
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