化學:《晶體結構與性質 歸納與整理》課件2(65張PPT)(新人教版選修3)
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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??梢杂?2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)原子個數與C—C鍵數之比為?,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?;瘜W式是微粒的配位數之比。,,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,最近原子個數求算或空間構型判斷:,1.求離Na+最近的Cl-個數求離Cl-最近的Na+個數,方法三:配位數為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-個數求離Cl-最近的Cs+個數,方法:配位數為8,配位原子空間構型為正方體,3.求離Ca2+最近的F-個數求離F-最近的Ca2+個數,方法:Ca2+的配位數為8,配位原子構型為正方體F-的配位數為4,配位原子構型為正四面體,,,F-,Ca2+,4.求離Na+最近的Na+個數求離Cl-最近的Cl-個數,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,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,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.下列數據是對應物質的熔點據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)根據圖示晶胞結構,推算晶體中Y,Cu,Ba和O原子個數比,確定其化學式(2)根據(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個;B—B鍵條。,600,12,30,多面體中:面數+頂點數-棱數=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目,常見的非晶體有:玻璃、松香、塑料、明膠、瀝青,大多數固體是晶體,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,確定最簡比。,確定邊長、密度、摩爾質量,NA,,晶胞中微粒個數,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,- 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