- 2021-09-30 发布 |
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文档介绍
物质结构元素周期律
高三一轮复习 物质结构 元素周期律 第一 节 原子结构 晶体结构 选修三 物质结构 第三章 第一节 晶体常识 美丽的晶体 碳酸钙晶体 金刚石 蓝宝石的最大特点是颜色不均匀，聚片双晶不发育，二色性强。缅甸地区产的蓝宝石，呈鲜艳的蓝色（含钛致色），因含包裹体，可产生六射或十二射星光。同时，产地也是影响蓝宝石价格的关键要素，印度克什米尔蓝宝石，呈矢车菊蓝色，是微带紫的靛蓝色，颜色鲜艳，属优质蓝宝石。 天然产出的紫水晶因含铁、锰等矿物质而形成漂亮的紫色，主要颜色有淡紫色、紫红、深红、大红、深紫、蓝紫等颜色，以深紫红和大红为最佳，过于淡的紫色则较为平常。天然紫晶通常会有天然冰裂纹或白色云雾杂质。具有宝石价值的紫晶均产在火山岩、伟晶岩、或灰岩、页岩的晶洞中。紫晶在自然界分布广泛，主要产地有巴西、俄罗斯、南非、马达加斯加。 晶体硫 高锰酸钾晶体 硫酸铜晶体 硅晶体 氯化钠晶体 墨西哥一千英尺地下的石膏矿 印尼火山口硫磺矿 微距 下的雪花 雾凇 一、晶体与非晶体 1. 晶体：具有规则几何外形的固体 非晶体：没有规则几何外形的固体 晶体 离子型晶体 原子型晶体 分子型晶体 金属型晶体 2. 分类 自范性 微观结构 晶体 非晶体 有 ( 能 自发 呈现多面体外形 ) 没有 ( 不能自发呈现多面体外形 ) 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 3. 晶体与 非晶体的本质差异 说明 : (1) 晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观 表象 (2) 晶体自范性的条件之一 ： 生长速率适当 晶体 SiO 2 和非晶体 SiO 2 的投影示意图 雾凇，水汽凝华而成的冰花。 熔融态物质凝固 4. 晶体形成的途径 气态物质冷却不经液态直接凝固 ( 凝华 ) 溶质从溶液中析出 . 5. 晶体的特性 ①有规则的几何外形 非晶体，如 玻璃、松香、石蜡、沥青、琥珀等，没有规则的几何外形，又叫无定 形体 有些物质，如炭黑、沉淀等，是由极微小的晶体组成的。 ②有固定的熔沸点 晶体在没有熔化之前，继续加热，温度仍保持不变，这时所吸收的热能都用来使晶体熔化。 非晶体则不同，如松香。加热时先软化成粘度很大的物质，随着温度的升高粘度不断变小，最后成为流动性的熔体，从开始软化到完全熔化的过程中，温度是不断上升的，没有固定的熔点，只有一定的软化温度。松香在 50~70℃ 之间软化。 ③各向异性 ( 强度、导热性、光学性质等） 各向异性指晶体的某些性质，如光学性质、力学性质、导热导电性、机械强度、溶解性等，从晶体的不同方向去测定时，常常是不同的。如石墨晶体、平行于石墨层方向比垂直于石墨层方向的热导率要大 4~6 倍，导电率要大 5000 倍。 2. 根据晶体物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗？ 硬度：在玻璃上刻划 熔点：宝石有固定的熔点，而玻璃只会软化 X 光衍射：用 X 光衍射仪鉴别 学与问 非晶态二氧化硅和晶态二氧化硅 X- 衍射粉末图谱的对比 三种典型立方晶体结构 简单立方 体心立方 面心立方 二 . 晶胞 晶胞：晶体中 重复出现 的 最基本的结构单元 。晶体在整个空间可以被划分成无数平行叠置的 平行六面体 称之为晶胞。 晶胞如何形成晶体？ 晶胞的无隙并置 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 如：铜晶体 铜晶胞 2. 均摊法计算晶胞中原子的个数 面心 棱上 顶点 面心 :1/2 顶点 :1/8 棱边 :1/4 立方体晶胞中各位置上原子总数的计算方法分别是： 顶角 上的原子总数 =1/8 × 顶角原子数 棱上 的原子总数 面心 上的原子总数 =1/4 × 棱上 的原子数 =1/2 × 面心 上的原子数 体心 上的原子总数 =1 × 体心原子数 学与问 图依次为 Na 、 Zn 晶胞的示意图，数一数，它们平均分别含几个原子？ 例：如图为石墨晶体二维平面图，试分析每一个环中含有多少个碳原子？ C 原子： 6×1/3=2 每一个 6 元环平均所含 σ 键： 6×1/2=3 每一个 C 原子平均所含 σ 键： 3×1/2=3/2 3. 均摊法的应用 —— 求物质的化学式 分子式： 只有由分子形成的物质的化学式才能叫分子式 ，也只有分子式能表示物质 ( 分子 ) 的实际组成 。 如： C 2 H 4 ， P 4 O 10 化学式：除了由分子组成的物质外，其他物质的化学式均只表示物质的 微粒个数的最简比 ，不表示物质的实际组成。 BaTiO 3 例、如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、光电等功能的晶体材料的晶胞。这种晶体材料的化学式是 （各元素所带的电荷均已略去） O 原子 Ti 原子 Ba 原子 Ba ： 1 × 1 Ti ： 8 × ( 1/8) O ： 12 × ( 1/4) 2 、 根据晶体的晶胞结构，判断下列晶体的化学式：（ A 表示阳离子） A ： 12 ×1/6+2×1/2=3 B ： 12 ×1/4+6×1/3=5 A 3 B 5 2a b c 3 、 CsCl 晶体采用体心立方堆积，如图所示。已知，晶体中最近距离的 Cs + 和 Cl － 间距为 a ＝ 3.58×10 － 8 cm ， M(CsCl)=168.4g/mol ，阿伏伽德罗常数 N A =6.02×10 23 mol － 1 。求： ⑴相邻最近的 2 个 Cs + 或 Cl － 的距离。 ⑵ CsCl 晶体的密度。 解： ⑴如图，小立方体的体对角线长为 2a c= b 2 c 2 +b 2 = 2b 2 +b 2 =(2a) 2 b= a= × 3.58×10 － 8 cm= 4.13×10 － 8 cm 4 3 4 3 ⑵ CsCl 晶体一个晶胞完全含有 1 个 Cs + 和 1 个 Cl － ，则一个晶胞的质量为 m= = =2.80×20 － 22 g M(CsCl) N A 168.4g/mol 6.02×10 23 mol － 1 ρ = = = 3.97g/cm 3 m(CsCl) V 2.80×20 － 22 g (4.13×10 － 8 cm) 3 第二节 分子晶体与原子晶体 一、分子晶体 1 、概念：只含分子的晶体叫分子晶体 2 、组成微粒：分子 3 、粒子间作用力：分子内原子间以共价键结合，相邻分子间靠 分子间作用力（范德华力或氢键） 相互作用 4 、物理特性： (3) 一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有些在水溶液中可以导电 . (2) 较小的硬度； 注：①分子间作用力越大，熔沸点越高 (1) 较低的熔点和沸点，易升华； ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力，不破坏化学键。 因为分子间作用力较弱，比化学键小得多 思考：为什么 有分子晶体具有这些 物理特性？ 5 、典型的分子晶体： ⑴ 所有非金属氢化物： H 2 O ， H 2 S ， NH 3 ， CH 4 ， HX ⑵ 部分非金属单质 :X 2 ， O 2 ， H 2 ， S 8 ， P 4 ， C 60 ⑶ 部分非金属氧化物 : CO 2 ， SO 2 ， NO 2 ， P 4 O 6 ， P 4 O 10 ⑷ 几乎所有的酸： H 2 SO 4 ， HNO 3 ， H 3 PO 4 ⑸ 绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸， 蔗糖 6 、分子晶体的结构特征 ⑴ 只有范德华力， 分子密堆积 ，每个分子周围有 12 个紧邻的分子，如： C 60 、干冰 、 I 2 、 O 2 干冰晶体 一个晶胞由 12 个 CO 2 分子形成晶胞，每个晶胞所完全拥有的分子数为： 8×1/8+6×1/2=4 与一个 CO 2 分子最近距离的 CO 2 分子有 12 个 ⑵ 有分子间氢键－不具有分子密堆积 特征 ( 如 ： HF 、 冰、 NH 3 ) 一个水分子以 4 个氢键连接 4 个水分子形成立体笼状结构 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是 19 世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为 Cl 2 ·8H 2 0 的水合物晶体。 20 世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷， 因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰” … 科学视野：天然气水合物 —— 一种潜在的能源 二、原子晶体 1 、定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 2 、构成微粒：原子 3 、微粒之间的作用：共价键 4 、气化或熔化时破坏的作用力：共价键 5 、物理性质：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。 （ 共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大） 原子晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点℃ ＞ 3550 3000 2700 1710 1410 1211 硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 金刚石晶体结构 1 、每个 C 原子以 sp 3 杂化形成四个共价键，连接 4 个 C 原子 2 、 6 个 C 原子形成一个 6 元环，每个 C 原子被 12 个环拥有 金刚石晶 胞 4 、 5 个 C 原子形成一个正四面体，键角 109 o 28 ’ 5 、一个晶胞中完全拥有的 C 原子数为 ： 8×1/8+6×1/2+4=8 3 、每 2 个 C 原子之间的 σ 键，被 6 个环拥有 二氧化硅晶体 1. 每个 Si 形成 4 个 σ 键，连接 4 个 O 原子，完全拥有 2 个 O 原子 2. 每个晶胞完全拥有 8 个 Si 原子、 16 个 O 原子， Si 与 O 原子个数 比为 1:2 6 、常见原子晶体例举： （ 1 ）某些非金属单质。如硼、硅、锗、金刚石等 （ 2 ）某些 非金属 化合物 。如 SiC 、 BN 、 Si 3 N 4 、 C 3 N 4 等 （ 3 ）某些氧化物。如 SiO 2 晶体硼以 B 12 正二十面体为几本的结构单元。这二十面体由 12 个 B 原子组成，有二十个等边三角形和 12 个顶点，每个 B 原子与 5 个 B 原子等距离。 若只考虑该正二十面体，每个正二十面体有 5×12 × 1/2=30 条共价键。 知识拓展－石墨 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度 2.25g/cm 3 ，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作 高温润滑剂 ，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 石墨中未杂化的 p 轨道 思考 3 、石墨属于哪类晶体？为什么？ 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大 π 键） ，故熔沸点很高。 石墨为混合键型晶体。 1 、石墨为什么很软？ 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。 2 、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石，约 3652~3697℃ ）？ 答：因为石墨每一层形成一个大 π 键，电子可以在整个共轭的大 π 键当中自由穿梭（电子的离域），在电场作用下，电子可以在其中长距离定向移动，从而导电。而层与层之间没有没有 π 键，电子穿越片层需要较大的能量，所以层之间的导电能力很弱。层之间的导电能力大约只有层内导电能力的万分之一。 4 、石墨为什么可以导电？ 5 、 请比较乙烯、苯、石墨中 π 键的强弱？ 乙烯容易发生加成反应 + Br 2 +HBr FeBr 3 苯容易发生取代反应，难发生加成反应 石墨的熔沸点很高 ( 高于金刚石，约 3652~3697℃) 结论：乙烯、苯、石墨中 π 键依次增强 什么是石墨烯？ 石墨烯（ Graphene ）是一种由碳原子以 sp 2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜、只有一个碳原子厚度的二维纳米材料，是最有可能引发新一轮电子科技领域革命的材料。 sp 2 杂化碳质材料基本组成单元图 关于石墨烯，我们需要知道的它的几点特质是 ： 1 、是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，比钻石还坚硬，其强度比世界上最好的钢铁还要高出 100 倍； 2 、它的透光率极好，几乎是完全透明的，只吸收 2.3% 的光； 3 、其最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的 1/300 ，远超电子在一般导体中的运动速度； 4 、是世界上电阻率最小的材料，导热系数高达 5300 W/m·K ，常温下其电子迁移率超过 15000 cm2/V·s ，而电阻率只约 10-6 Ω·cm ； 5 、结构非常稳定，各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定，使碳原子具有优秀的导电性。 目前常见的石墨烯材料的制备方法有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。如果没有猜错的话，三星和成均馆大学采用的是化学气相沉积法（ CVD ），这种方法可制备出高质量、大面积的石墨烯，但成本较高，工艺复杂。 石墨烯最早是在 2004 年由英国曼彻斯特大学的安德烈 · 海姆教授和康斯坦丁 · 诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出来的，二人也由此荣获 2010 年诺贝尔物理学奖。而科技巨头三星、诺基亚和 IBM 也在加强这一领域的研究。 成就和应用前景 1 、最小最快的晶体管诞生。 2011 年 4 月 7 日， IBM 向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管，该产品每秒能执行 1550 亿个循环操作，比之前的试验用晶体管快 50% 。这是 IBM 承接的美国国防部的一个项目的研究成果，主要是研发可用于军用的高性能无线电频率晶体管 ； 2 、全球最小光学调制器。据美国媒体报道，美国华裔科学家使用石墨烯研制出了一款光学调制器，这个只有头发丝四百分之一细的家伙具备高速信号传输能力，有望将互联网速度提高 10000 倍，这也意味着 1 秒钟内可下载完一部高清电影； 3 、首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功。 2012 年 1 月 8 日，江南石墨烯研究院对外宣布，全球首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功，为国内首创，这也意味着石墨烯在触摸屏上的应用可以从实验室走向商用（编者按：中国在石墨烯技术研发方面比较领先，中国科学家和英国曼彻斯特大学的两位诺奖得主长期合作）； 4 、 2012 年 8 月，诺基亚的研发部门已经在着手研究石墨烯光电传感器，并且已经在美国专利和商标局注册了一项专利。根据专利描述，石墨烯光电传感器通过多层探测和放大层被互相叠放，以此来吸收和过滤相应颜色的 光。 由于石墨烯具备柔韧性、导电性和导热性等特点，它的应用领域十分宽泛，不仅适合用来制造透明触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等，甚至还可以用在制造防弹衣、航空航天材料，并有可能成为硅的替代品，用来制造用在超级计算机上的超微型晶体管。 石墨 烯光电传感器原理 小结： 晶体类型 原子晶体 分子晶体 概念 组成微粒 作用力 熔沸点 硬度 溶解性 导电性 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较低 很大 较小 不溶于任何溶剂 相似相溶 不导电，个别为半导体 固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电 1 、分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型： A 、碳化铝，黄色晶体，熔点 2200℃ ，熔融态不导电； ________ B 、溴化铝，无色晶体，熔点 98 ℃ ，熔融态不导电； __________ C 、五氟化钒，无色晶体，熔点 19.5℃ ，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中； ____ 练习： 2 、最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是 ( ) A ． TiC B ． Ti 4 C 4 C ． Ti 14 C 13 D ． Ti 13 C 14 C 原子晶体 分子晶体 分子晶体 第三节 金属晶体 一、金属共同的物理性质 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等 二、金属键 1 、电子气理论：由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属原子释放出的 价电子 不专门属于某个特定的金属离子，而为许多金属离子所共有，并在整个金属中自由运动，这些电子又称为 自由电子 。自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。 成键粒子： 金属阳离子和自由电子 2 、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键（电子气理论） 3 、金属晶体：通过金属键结合形成的单质晶体。金属单质和合金都属于金属晶体 微粒间作用力： 金属键 特征：金属键可看成是由许多金属离子共用许多自由电子的一种特殊形式的化学键，这种键既 没有方向性，也没有饱和性， 金属键的特征是 成键电子可以在金属中自由移动 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下 自由电子 就会 发生定向运动 ，因而形成电流，所以金属容易导电。 比较离子晶体、金属晶体导电的区别： 三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1 、金属晶体结构与金属导电性的关系 晶体类型 电解质 金属晶体 导电时的状态 导电粒子 导电时发生的变化 导电能力随温度的变化 水溶液 或熔融状态 晶体状态 自由移动的离子 自由电子 化学变化 物理变化 增强 减弱 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 2 、金属晶体结构与金属导热性的关系 金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 当金属受到外力作用时，晶体 中各 原子 层发生 相对滑动 ，由于自由电子的润滑作用，使得金属键没有断裂，从而只发生形变。 因此， 金属具有较好的 延展性。 3 、金属延展性的解释 自由电子 + 金属离子 金属原子 错位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 4 、金属晶体具有的金属光泽和颜色 由于 自由电子 吸收 所有频率的光 ，然后很快释 放出各种频率的光 ，所以绝大多数 金属具有银白色或钢灰色光泽 。 而 某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于 较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色 。 当金属成粉末状时，金属晶体的 晶面取向杂乱、晶格排列不规则 ，吸收可见光后辐射不出去， 所以粉末金属为灰色、灰黑色或黑色 。 5 、熔点和沸点 一般情况下，金属晶体熔点由 金属键强弱 决定 影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强。 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大 思考 1 ：已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减，试用金属键理论加以解释。 同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。 思考 2 ：试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的 大小。 同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠＜镁＜铝 四、金属晶体的原子堆积模型 1 、几个概念 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间 金属原子在 二维空间（平面） 上有二种排列方式 （ a ）非密置层 （ b ）密置层 配位数 =4 配位数 =6 空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度 ⑴ 简单立方堆积 2 、金属原子的堆积方式 r x 配位数： 6 每个晶胞含原子数： 1 空间 利用 率 η 这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋 Po 采用这种方式 r a b c ⑵ 体心立方堆积 配位数： 8 每个晶胞含原子数： 2 空间 占有率 η 1 2 3 4 5 6 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1 ， 3 ， 5 位。 ( 或对准 2 ， 4 ， 6 位，其情形是一样的 ) 关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。 思考：密置层的堆积方式有哪些？ 1 2 3 4 5 6 第一种：将第三层的球对准第一层的球堆积。 于是每两层形成一个周期，即 ABAB… 堆积方式，形成六方 最 密堆积 。 A B A B A 配位数 。 ( 同层 ， 上下层各 。 ) 12 6 3 空间利用率为 74% 第二种：将第三层的球 对准第一层的 2 ， 4 ， 6 位 ， 不同于 AB 两层的位置 ， 这是 C 层。 1 2 3 4 5 6 第四层再排 A ， 于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 得到面心立方堆积 。 A B C A A B C 配位数 ( 同层 ， 上下层各 ) 12 6 3 空间占有率 74% 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 两种最密堆积方式 六方 最 密堆积 面心立方最 密堆积 A B A 两种密置层堆积的晶胞① 六方 最 密堆积 B C A 面心立方最 密堆积 ：晶胞 ② 面心立方最 密堆积 ② 面心立方最 密堆积 ② 面心立方最 密堆积 ② 面心立方最 密堆积 面心立方最 密堆积 ：晶胞 ⑶ 六方最密堆积 ⑷ 面心立方最密堆积 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 空间利用率 配位数 晶胞 简单立方堆积 Po 52% 6 体心立方堆积 K 、 Na 、 Fe 68% 8 六方最密堆积 Mg 、 Zn 、 Ti 74% 12 面心立方最密堆积 Cu 、 Ag 、 Au 74% 12 金属晶体的四种堆积模型对比 r a b 空间 占有率 η= 资料：面心密堆积空间利用率的计算 资料：六方密堆积空间利用率的计算 V=S×H= = 4 6 r 3 × 2 3 r 2 8 2 r 3 H=2h=2× 2 6 r 3 3 r S(ABCF)=2r× AB=BC=AC=2r CD=BD=r AD= AE = 3 r 2 3 3 r h= 2 6 r 3 r 3 r 2 6 r 3 h H C B A D E F 一个晶胞完全拥有的原子个数为 4× +4 × +1=2 1 12 1 6 空间 占有率 η = 方法 二 ： 六方最密堆积与面心立方堆积相同，体积是面心立方最密堆积的 空间 占有率 η= V= × ( ) 3 = 8 2 r 3 1 2 2 4r 练习 1 、 CO 2 原子晶体的晶胞可作如下推导：先将 NaCl 晶胞中的 所有 Cl － 去掉，并将 Na ＋ 全部换成 C 原子，再在每两个不共面的“小立方体”中心处各放置一个 C 原子便构成了晶体 C 的一个晶胞。再在每两个相邻的 C 原子 ( 距离最近的两个 C 原子 ) 中心连线的中点处增添一个 O 原子，便构成了 CO 2 晶胞，故 CO 2 晶胞中 有 个 C 原子， 个 O 原子。若 CO 2 的晶体密度为 d g/cm 3 ，则 C 、 O 原子间的最短距离 为 cm 。 8 16 2 、 金属铝属立方晶系，其晶胞 参数 a=405 pm ，密度是 2.70g·cm － 3 ，计算确定其晶胞的类型 ；晶胞中距离最近的铝原子可认为相切，列式计算铝的原子半径 r(A1)= 。 (405 3 =6.64×10 7 ) 3 、 面 心立方最密堆积中，一个顶点和相邻的三个面心形成一个正四面体，该正四面体中心的空隙可以容纳其他原子或离子，如 CaF 2 晶体中， F － 就嵌入由 4 个 Ca 2+ 形成的正四面体的中心空隙中。若某种面心立方最密堆积的晶体微粒半径为 r ，求该正四面体内部嵌入的微粒的最大直径？ 第四节 离子晶体 一、离子晶体 ⑴ 熔沸点较 高 ，硬度较 大 ，难挥发难压缩。 ⑵ 晶体 不导电， 水溶液 或者 熔融状态 下均导电。 1 、定义： 离子 间通过 离子键 结合而成的晶体。 2 、构成微粒： 阴离子、阳离子 3 、粒子间作用力： 离子键 4 、常见的离子晶体： 强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐。 5 、物理性质 思考 : 根据上述离子晶体熔沸点，比较 CsCl 和 NaCl 中离子键的强度。由此能得出怎样的结论 ? 离子晶体 熔点 沸点 NaCl 801℃ 1413℃ CsCl 645℃ 1290℃ 请思考： NaF 、 NaCl 、 NaBr 、 NaI 晶体其熔沸点的高低顺序？ NaF ＞ NaCl ＞ NaBr ＞ NaI 对于离子晶体来说： 离子键越强， 熔沸点 越高，硬度越大。 一般情况下，离子晶体中 阴、阳离子半径 越小， 电荷数 越多，离子键越 强 ， 熔沸点 越 高 ，硬度越 大 。 6 、影响离子晶体熔、沸点因素： 7 、离子晶体的结构 ①NaCl 晶胞 Na + Cl - Cl - Na + Na + Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Na + Na + Cl - Cl - Na + Na + Cl - 3 5 2 6 4 1 每个 Na + 离子周围同时吸引着 _____ 个 Cl - 离子， 每个 Cl - 离子周围同时吸引着 _____ 个 Na + 离子。 5 2 6 4 1 3 NaCl 晶体球棍模型 6 6 12 12 每个 Cl — 周围与它最近且距离相等的 Cl — 共有 ____ 个 每个 Na + 周围与它最近且距离相等的 Na + 共有 ___ 个 ②CsCl 晶胞 在 CsCl 晶体中 每个 Cs + 周围同时吸引着 个 Cl ― 每个 Cl ― 周围同时吸引着 个 Cs + 8 8 6 每个 Cs+ 周围与它最近且距离相等的 Cs+ 共有 个 每个 Cl ― 周围与它最近且距离相等的 Cl ― 共有 个 6 6 6 8 8 离子晶体 阴离子的配位数 阳离子的配位数 NaCl CsCl 1 、找出 CsCl 、 NaCl 两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数，它们是否相等？ 科学探究： 2 、你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？根据表 3—5 、表 3—6 分析影响离子晶体中离子配位数的因素。 离子 Na + Cs + Cl ― 离子半径 /pm 95 169 181 NaCl CsCl r + /r ― = r + /r ― = C.N.=6 C.N.=8 0.525 0.934 晶体中正负离子的的半径比 (r + /r ― ) 是决定离子晶体结构的重要因素，简称几何因素。 ③ 在 CaF 2 晶体中 每个 Ca 2+ 周围同时吸引着 个 Cl ― 每个 F ― 周围同时吸引着 个 Cs + 配位数之比 8 4 2 ： 1 电荷因素：在 CaF 2 晶体中，正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素。 决定离子晶体结构的因素 几何因素： 晶体中正负离子的半径比决定正负离子的配位数 电荷因素： 晶体中正负离子的电荷比决定正负离子配位数是相等 键性因素： 离子晶体的结构类型还与离子键的纯粹程度 ( 简称键性因素 ) ，即与晶体中正负离子的相互极化程度有关。 科学视野 思考：碳酸盐的稳定性与什么因素有关。 碳酸盐 MgCO 3 CaCO 3 SrCO 3 BaCO 3 热分解温度℃ 402 900 1172 1360 阳离子半径 pm 66 99 112 135 碳酸盐热分解过程是晶体中阳离子结合碳酸根中氧离子，产生 CO 2 的过程。产物 中 阳离子半径越小，生成的氧化物 的晶格能 就越大，生成的氧化物 相对 更稳定 ， 所以碱土金属元素的碳酸盐分解温度随着原子序数的递增而逐渐升高 二、晶格能 1 、定义：气态离子形成一摩尔离子晶体时释放的能量。 （ 1 ）阴、阳离子所带电荷的越多晶格能越大。 （ 2 ）阴、阳离子的半径越小，晶格能越大。 （ 3 ）晶格能的作用 : 晶格能越大，形成的离子晶体越稳定；（离子键越强）熔点越高；硬度越大。 晶格能也影响了岩浆晶出的次序，晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出 2 、影响晶格能的大小的因素 ： 小结：离子晶体的性质 无单个分子存在； NaCl 不表示分子式。 熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。且随着离子电荷的增加，核间距离的缩短，晶格能增大，熔点升高。 一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。 固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导电。 练习： 1 、下列物质中，化学式能准确表示该物质分子组成的是 A.NH 4 Cl B.SiO 2 C.P 4 D.Na 2 SO 4 √ 2 、 下列物质的熔沸点顺序判断不正确的是 A. Li查看更多