09高考化学晶体结构2

高三化学总复习高三化学总复习晶晶 体体 结结 构构观察观察1 细细品味，细细品味，慢慢数数慢慢数数。 面面 数数 顶点数顶点数 棱棱 数数 6 12 12 30 30探索探索1 好好想想，找出好好想想，找出联系联系。446 6812 8612 122030 201230规规律律1 总结归纳，叙述规律。总结归纳，叙述规律。面数顶点数面数顶点数 棱数棱数2欧拉定律欧拉定律！适用范围：适用范围：凸凸多面体多面体四、正多面体的数学特征4 6 8 12 204 8 6 20 12观察观察2 各种正多面体各种正多面体中中每条棱被几个面共用？每条棱被几个面共用？探索探索2 各种正多面体各种正多面体中中二面角的度数必须满足什么条件？二面角的度数必须满足什么条件？每条棱被每条棱被2个面个面共用共用双面角( (资料资料) ) 7032 90 10928 11634 13812规规律律2凸凸多面体双面角必多面体双面角必小于小于180！四、正多面体的数学特征观察观察3 面的边数面的边数会聚于顶点会聚于顶点 的棱数的棱数 3 3 4 3 5探索探索3 正正多多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形？面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形？可否是正六边形或正七边形等？为什么？可否是正六边形或正七边形等？为什么？规规律律3 凸凸多多面体每一个顶点的面角之和必须面体每一个顶点的面角之和必须小于小于360！正正多多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形！面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形！顶点的面角顶点的面角 之和之和四、正多面体的数学特征360 3 90 460 3108 5603 4 3 5 3 SFSF6 6是一种无色气体，具有很强的稳定性，可用于灭火。是一种无色气体，具有很强的稳定性，可用于灭火。SF6的分子结构下图所示，呈正八面体型。如果的分子结构下图所示，呈正八面体型。如果F元素有两种稳元素有两种稳定的同位素，则定的同位素，则SF6的不同分子种数为的不同分子种数为 。 FFFFFFS分析分析设设F元素两种稳定的同位素为元素两种稳定的同位素为A和和B，则则6个个F原子原子的的组合有几种？组合有几种？A6 A5B A4B2 A3B3 A2B4 AB5 B6它们在正八面体顶点它们在正八面体顶点上上的分布方式的分布方式分别分别有有几种？几种？1种种 1种种 七种102种种 2种种 2种种1种种 1种种 AAAASAAAAAASAAAAAASAAAAS等边三角形等边三角形等腰直角三角形等腰直角三角形AABBAA BBBBBBBB想想：想想：下图是十二面体烷的空间构型，写出它的化学式并计算下图是十二面体烷的空间构型，写出它的化学式并计算它的一氯取代物和二氯取代物的数目。它的一氯取代物和二氯取代物的数目。 化学式：化学式：C20H20一氯取代物：一氯取代物：1种种二氯取代物：二氯取代物：5种种练练：练练：单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据：单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据： (1)晶体硼的晶体类型属于晶体硼的晶体类型属于 晶体。晶体。 (2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如图所示），其中有二十个等边三角形的面和一定数体（如图所示），其中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推目的顶点，每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推算得出此基本结构单元是由算得出此基本结构单元是由 个硼原子构成；个硼原子构成；共共有有 个个BB键，其中键，其中BB键的键角为键的键角为 。金刚石金刚石 晶体硅晶体硅 晶体硼晶体硼熔点熔点(K)382316832573沸点沸点(K)510026282823硬度硬度(Moh)107.07.09.59.5原子原子123060想想：想想： SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，为是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一个硅原子，试在小正方体的顶点上画出与该个硅原子，试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的最近的C的的位置，在大正方体的棱上画出与该位置，在大正方体的棱上画出与该Si最近的最近的Si的位置。的位置。SiC 通常人们把拆开通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以估算化学的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以估算化学反应的反应热（反应的反应热（H），），化学反应的化学反应的H等于反应中断裂旧化等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。化学键化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能键能/kJmol1460360436431176347请回答下列问题：请回答下列问题：（1）比较下列两组物质的熔点高低（填）比较下列两组物质的熔点高低（填“”或或“”）SiC_Si；SiCl4_SiO2（2）右图立方体中心的）右图立方体中心的“”表示硅晶表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用体中的一个原子，请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。表示出与之紧邻的硅原子。（3）工业上用高纯硅可通过下列反应制）工业上用高纯硅可通过下列反应制取：取：SiCl4(g)2H2(g) = Si(s)4HCl(g)该反应的反应热该反应的反应热H_kJ/mol 碘元素有多种价态，可以形成多种含氧阴离子碘元素有多种价态，可以形成多种含氧阴离子IxOyn-。由由两个两个IO62-正八面体共用一个面形成的正八面体共用一个面形成的IxOyn-的化学式为的化学式为A、I2O94- B、I2O106- C、I2O118- D、I2O1210-例、已知氯化例、已知氯化铝铝的熔点为的熔点为90(2.02105Pa) ，但它在但它在180即开始升华。即开始升华。(1)氯化铝是氯化铝是 (填填“离子化合物离子化合物”或或“共价共价化合物化合物”) )。 (2)(2)在在500500K K和和1.011.0110105 5PaPa时，它的蒸气密度时，它的蒸气密度( (换换算成标准状况时算成标准状况时) )为为11.9211.92g/Lg/L，且已知它的结构且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为中还含有配位键，氯化铝的化学式为 ，结构式为结构式为 。(3)(3)无水氯化铝在空气中强烈地无水氯化铝在空气中强烈地“发烟发烟”，其原，其原因是因是 。 (4)(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？是共价化合物？ 例已知例已知LiI晶体结构为晶体结构为NaCl型，实验测得型，实验测得Li+和和I-最邻近的距最邻近的距离为离为3.0210-10m，假定假定Li+和和I-都是刚性球。试回答下列各问：都是刚性球。试回答下列各问：欲计算得到欲计算得到LiLi+ +和和I-I-的近似半径，你还须做何假设？的近似半径，你还须做何假设？计算的计算的Li+、I-近似半径若用另一方法测得近似半径若用另一方法测得LiLi+ +的半径为的半径为6.06.01010-11-11m m6.810-11m，试验证你的假设是否正确。试验证你的假设是否正确。 bca由于离子间并非接触，即：由于离子间并非接触，即：3.023.021010- -1010 R R+ +R+R- - R R+ +8.80MgCl2NaClKClKBr原子晶体：比较共价键强弱（看键能和键长）原子晶体：比较共价键强弱（看键能和键长） 金刚石金刚石(C) 水晶水晶(SiO2) SiC Si 分子晶体：比较分子间力分子晶体：比较分子间力 1）组成和结构相似时，分子量越大熔沸点越高）组成和结构相似时，分子量越大熔沸点越高 F2Cl2Br2I2 ; HCl HBr HI; CF4 CCl4 CBr4 CI4; N2异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷金属晶体：比较金属键，熔沸点同族从上到下减小，同周期金属晶体：比较金属键，熔沸点同族从上到下减小，同周期 从左到右增大。从左到右增大。LiNaKRbCs ;NaMg 离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体 （金属晶体的熔沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，（金属晶体的熔沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞等）如汞等） 例例11右图为右图为NaCl晶胞的结构示意图。它向三晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：维空间延伸得到完美晶体。试回答：（1）一个）一个NaCl晶胞中有晶胞中有 个个Na，有有个个Cl。（2）一定温度下，用一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的射线衍射法测得晶胞的边长为边长为a cm，求该温度下求该温度下NaCl晶体的密度。晶体的密度。（3）若）若NaCl晶体的密度为晶体的密度为g/cm3，则则 NaCl晶晶体中体中Na与与Na十十之间的最短距离是多少？之间的最短距离是多少？81/861/24112144m/VnM/V58.5 4(NAa3) 例例22右图为右图为NaCl晶胞结构晶胞结构,已知已知FexO晶体晶胞结构晶体晶胞结构为为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x值小于值小于1。测知。测知FexO晶体晶体的密度为的密度为5.71g/cm3，晶胞边长为晶胞边长为4.281010m。（1） FexO中的中的x值（精确至值（精确至0.01）为）为；（2）晶体虽的）晶体虽的Fen+分别为分别为Fe2+和和Fe3+，在在Fe2+和和Fe3+的总数中，的总数中， Fe2+所占分数所占分数（用小数表示）为（用小数表示）为；（3）此晶体的化学式为）此晶体的化学式为；（4）与某个）与某个Fe2+或或Fe3+距离最近且距离相等的距离最近且距离相等的O2离离子围成的空间几何形状是子围成的空间几何形状是；（5）在晶体中铁元素的离子间最短距离为）在晶体中铁元素的离子间最短距离为 m。0.920.826正八面体正八面体3.031010Fe0.762+Fe0.163+O 例例33金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方，即在立方体的，即在立方体的8 8个顶点上各有一个金原子，各个面的个顶点上各有一个金原子，各个面的面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻的晶胞共用。金原子的直径为的晶胞共用。金原子的直径为d d，用用N NA A表示阿伏加德表示阿伏加德罗常数，罗常数，MM表示金的摩尔质量。表示金的摩尔质量。(1)(1)金晶体中每个晶胞中含有金晶体中每个晶胞中含有个金原子；个金原子；(2)(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定外，还应假定 。(3)(3)一个晶胞的体积是多少？一个晶胞的体积是多少？(4)(4)金晶体的密度是多少？金晶体的密度是多少？ 4在立方体各个面的对角线上在立方体各个面的对角线上3个金原子彼个金原子彼此两两相切此两两相切 例例1 1 C C6060是碳单质家族中的新成员，已知每个碳是碳单质家族中的新成员，已知每个碳原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方式计算式计算C C6060分子中存在分子中存在 _条条C CC C单键；单键； _条条C=CC=C双键？双键？ 分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过4 4条共条共价键与其它原子成键。其成键方式图为：价键与其它原子成键。其成键方式图为： 由图可以看出：每个由图可以看出：每个C CC C单键为单键为2 2个个碳原子所拥有，故每个碳原子占有碳原子所拥有，故每个碳原子占有2 21/2=11/2=1条条C CC C单键，分子中共有单键，分子中共有1 160=6060=60条条C CC C单键；每个单键；每个C=CC=C双键双键为为2 2个碳原子所拥有，故每个碳原子个碳原子所拥有，故每个碳原子占有占有1 11/2=1/21/2=1/2条条C=CC=C双键，分子中双键，分子中共有共有1/21/260=3060=30条条C=CC=C双键。双键。 6030 例例22 石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成，则个正六边形构成，则: :(1)(1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为平均每一个正六边形所占的碳原子数为 ; ;(2)(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是；（3 3）ngng碳原子可构成碳原子可构成个正六边形。个正六边形。 每个碳原子为三个正六边形共用，每个碳原子为三个正六边形共用， 每个正六边形的碳原子数为每个正六边形的碳原子数为61/3 = 22 又每个正六边形所占的又每个正六边形所占的CC键数为：键数为：61/2 = 3碳原子数与碳一碳化学键之比是碳原子数与碳一碳化学键之比是23232323(n/12)NA2面面 数数 顶点数顶点数 棱棱 数数 6 12 12 30 30446 6812 8612 122030 201230规规律律1 总结归纳，叙述规律。总结归纳，叙述规律。面数顶点数面数顶点数 棱数棱数2欧拉定律欧拉定律！适用范围：适用范围：凸凸多面体多面体七、正多面体的数学特征4 6 8 12 204 8 6 20 12SFSF6 6是一种无色气体，具有很强的稳定性，可用于灭火。是一种无色气体，具有很强的稳定性，可用于灭火。SF6的分子结构下图所示，呈正八面体型。如果的分子结构下图所示，呈正八面体型。如果F元素有两种稳元素有两种稳定的同位素，则定的同位素，则SF6的不同分子种数为的不同分子种数为 。 FFFFFFS分析分析设设F元素两种稳定的同位素为元素两种稳定的同位素为A和和B，则则6个个F原子原子的的组合有几种？组合有几种？A6 A5B A4B2 A3B3 A2B4 AB5 B6它们在正八面体顶点它们在正八面体顶点上上的分布方式的分布方式分别分别有有几种？几种？1种种 1种种 七种102种种 2种种 2种种1种种 1种种 AAAASAAAAAASAAAAAASAAAAS等边三角形等边三角形等腰直角三角形等腰直角三角形AABBAA BBBBBBBB想想：想想：下图是十二面体烷的空间构型，写出它的化学式并计算下图是十二面体烷的空间构型，写出它的化学式并计算它的一氯取代物和二氯取代物的数目。它的一氯取代物和二氯取代物的数目。 化学式：化学式：C20H20一氯取代物：一氯取代物：1种种二氯取代物：二氯取代物：5种种练练：练练：单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据：单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据： (1)晶体硼的晶体类型属于晶体硼的晶体类型属于 晶体。晶体。 (2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如图所示），其中有二十个等边三角形的面和一定数体（如图所示），其中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推目的顶点，每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推算得出此基本结构单元是由算得出此基本结构单元是由 个硼原子构成；个硼原子构成；共共有有 个个BB键，其中键，其中BB键的键角为键的键角为 。金刚石金刚石 晶体硅晶体硅 晶体硼晶体硼熔点熔点(K)382316832573沸点沸点(K)510026282823硬度硬度(Moh)107.07.09.59.5原子原子123060想想：想想： SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，为是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一个硅原子，试在小正方体的顶点上画出与该个硅原子，试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的最近的C的的位置，在大正方体的棱上画出与该位置，在大正方体的棱上画出与该Si最近的最近的Si的位置。的位置。SiC 通常人们把拆开通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以估算化学的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以估算化学反应的反应热（反应的反应热（H），），化学反应的化学反应的H等于反应中断裂旧化等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。化学键化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能键能/kJmol1460360436431176347请回答下列问题：请回答下列问题：（1）比较下列两组物质的熔点高低（填）比较下列两组物质的熔点高低（填“”或或“”）SiC_Si；SiCl4_SiO2（2）右图立方体中心的）右图立方体中心的“”表示硅晶表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用体中的一个原子，请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。表示出与之紧邻的硅原子。（3）工业上用高纯硅可通过下列反应制）工业上用高纯硅可通过下列反应制取：取：SiCl4(g)2H2(g) = Si(s)4HCl(g)该反应的反应热该反应的反应热H_kJ/mol 碘元素有多种价态，可以形成多种含氧阴离子碘元素有多种价态，可以形成多种含氧阴离子IxOyn-。由由两个两个IO62-正八面体共用一个面形成的正八面体共用一个面形成的IxOyn-的化学式为的化学式为A、I2O94- B、I2O106- C、I2O118- D、I2O1210-例、已知氯化例、已知氯化铝铝的熔点为的熔点为90(2.02105Pa) ，但它在但它在180即开始升华。即开始升华。(1)氯化铝是氯化铝是 (填填“离子化合物离子化合物”或或“共价共价化合物化合物”) )。 (2)(2)在在500500K K和和1.011.0110105 5PaPa时，它的蒸气密度时，它的蒸气密度( (换换算成标准状况时算成标准状况时) )为为11.9211.92g/Lg/L，且已知它的结构且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为中还含有配位键，氯化铝的化学式为 ，结构式为结构式为 。(3)(3)无水氯化铝在空气中强烈地无水氯化铝在空气中强烈地“发烟发烟”，其原，其原因是因是 。 (4)(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？是共价化合物？ 一定压强和温度下，取两份等体积氟化氢气体，在一定压强和温度下，取两份等体积氟化氢气体，在3535和和90 90 时测得其摩尔质量分别为时测得其摩尔质量分别为40.040.0g/molg/mol和和20.020.0g/molg/mol。（1 1）35 35 ，氟化氢的化学式为，氟化氢的化学式为_（2 2）不同温度下摩尔质量不同的可能原因是不同温度下摩尔质量不同的可能原因是_（1）（）（HF）2（2）在较底温度下）在较底温度下HF以氢键结合而成（以氢键结合而成（HF）n，随着温度的升高，氢键不断被破坏。随着温度的升高，氢键不断被破坏。例已知例已知LiI晶体结构为晶体结构为NaCl型，实验测得型，实验测得Li+和和I-最邻近的距最邻近的距离为离为3.0210-10m，假定假定Li+和和I-都是刚性球。试回答下列各问：都是刚性球。试回答下列各问：欲计算得到欲计算得到LiLi+ +和和I-I-的近似半径，你还须做何假设？的近似半径，你还须做何假设？计算的计算的Li+、I-近似半径若用另一方法测得近似半径若用另一方法测得LiLi+ +的半径为的半径为6.06.01010-11-11m m6.810-11m，试验证你的假设是否正确。试验证你的假设是否正确。 bca由于离子间并非接触，即：由于离子间并非接触，即：3.023.021010- -1010 R R+ +R+R- - R R+ +8.808.801010-11-11m m 所以假设成立。所以假设成立。 解：由于阴阳离子半径为解：由于阴阳离子半径为“接触接触”半径，半径，所以还必须假设离子间相接触。所以还必须假设离子间相接触。2在上述假设下，联想晶胞结构，并取其在上述假设下，联想晶胞结构，并取其一个面来观察，得如右图所示关系：在一个面来观察，得如右图所示关系：在abc中，因中，因ac= 23.0210-10m=4R- R-=2.1410-10m 故故R+=8.8010-11m例、（例、（1）中学教材上图示了）中学教材上图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。得到完美晶体。 NiO（氧化镍）晶体的结构与氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，相同，Ni2+与最邻近与最邻近O2-的核间距离为的核间距离为a10-8cm，计算计算NiO晶体的密度（已晶体的密度（已知知NiO的摩尔质量为的摩尔质量为74.7gmol-1).（2 2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种在某种NiONiO晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个NiNi2+2+空缺，另空缺，另有两个有两个Ni2Ni2+ +被两个被两个NiNi3+3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中物中NiNi和和O O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O, Ni0.97O, 试计算该晶体中试计算该晶体中NiNi3+3+与与NiNi2+2+的离子数之比的离子数之比 .PCl5是一种白色晶体，加热到是一种白色晶体，加热到160时可不经过液态阶段就直接变时可不经过液态阶段就直接变成了蒸汽。测知成了蒸汽。测知180180时的蒸汽密度（折合成标准状况）为时的蒸汽密度（折合成标准状况）为9.39.3g gL L-1-1，分子没有极性，分子没有极性，PPClCl键长为键长为204204pmpm和和211211pmpm两种。继续加热到两种。继续加热到250250时测知压力为计算值的两倍。时测知压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于在加压下于148液化，形成一液化，形成一种能导电的熔体，测知种能导电的熔体，测知PPClCl的键长为的键长为198198pmpm和和206206pmpm两种。回答下两种。回答下列问题列问题: : (1)、180180时的时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。蒸汽中存在的分子的化学式。(2)、250时的时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。蒸汽中存在的分子的化学式。(3)、PCl5熔体为什么能导电？试给出解释。熔体为什么能导电？试给出解释。(4)(4)、PBr5气态分子的结构与气态分子的结构与PCl5相似，它的熔体也能导电，经测相似，它的熔体也能导电，经测定知其中只存在一种定知其中只存在一种PBr键长，键长，PBr5熔体为何能导电？试给出简熔体为何能导电？试给出简洁的解释。洁的解释。PCl5PCl3、Cl22PCl5=PCl4+ + PCl6-PBr5 = PBr4+ + Br-