晶体结构与性质总复习.ppt
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1、晶体的类型与性质,祖 母 绿,金刚石,猫 眼 石,紫水晶,紫水晶,黄 水 晶,雪花晶体,明矾晶体,思考?,1、什么是晶体?什么是非晶体?,定义: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,特点和性质:(1)晶体有规则的几何外形(内部粒子在空间按一定规律做周期性重复排列,非晶体没有)(2)晶体具有固定的熔点(非晶体不具有固定的熔点),2、晶体有什么特点和性质?,思考?,3、晶体有哪些类型?决定晶体类型的依据是什么?,离子晶体,分子晶体,原子晶体,金属晶体,晶体基本类型,依据,粒子间作用力,粒子种类,周期性有序,无序,固定,不固定,各向异性,各向同性,X射线衍射,熔点,有,无,2.晶
2、体形成的途径,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.,任何间隙,平行,取向,一、晶胞的概念:,重复的含义:通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最小单元(晶胞)重复。,晶胞,晶体结构中具有代表性的最小重复单元,晶体中最小单元,晶格,图形一,图形二,思考:氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置?每种位置各有几个?,钠离子:顶点8个 面心6个,氯离子:棱上12个 体心1个,食盐晶体的微观结构,由无数个晶胞并有规则地排列组成了宏观晶体,体心:,1,二、晶胞中微粒的计算方法:均摊法,面心:,1/2,棱边:,1/4,顶点:,1/8,位于顶点的微粒,晶胞完全
3、拥有其。位于面心的微粒,晶胞完全拥有其。位于棱上的微粒,晶胞完全拥有其。位于体心上的微粒,微粒 该晶胞。,1/8,1/2,1/4,完全属于,一、离 子 晶 体,1.定义:,阴阳离子间通过离子键结合而成的晶体,微粒间的作用力:构成微粒:组成元素:,离子键(静电引力和斥力)离子一般由金属元素和非金属元素组成,所有的离子化合物都是离子晶体,特殊:AlCl3、NH4Cl等,常见的离子晶体:,强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐类。,练习根据离子晶体的定义,判断下列固体,哪些属于离子晶体?1.SiO2 2.CsCl 3.NaOH 4.冰糖(C12H22O11)5.BaSO4 6.I2 7.P2O5 8.NH
4、4NO3,食盐(晶体)的形成以离子键结合,可见:在NaCl晶体中,钠离子、氯离子按一定的规律在空间排列成立方体。,(1)每个晶胞含钠离子、氯离子的个数,顶点占1/8;棱占1/4;面心占1/2;体心占1,氯离子:,钠离子:,计算方法,小结:在NaCl晶体中,(填存在或不存在)分子,存在许多 离子和 离子,以 键相结合,阴阳离子的个数比为,因此NaCl表示的含义是.,食盐的晶体结构图,思考:每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Na+共有 个。,6,这几个Na+在空间构成的几何构型为。,正八面体,(二)晶体中微粒的排列、个数,(二)晶体中微粒的排列、个数,思考:每个Na+周围与之最接近且距离相等Cl
5、-的共有 个。,这几个Na+在空间构成的几何构型为。,正八面体,6,与一个氯离子相邻最近且距离相等的氯离子有多少个?,食盐的晶体结构图,距离是多少?(图示距离为a),思考:,a,12 个,(二)晶体中微粒的排列、个数,(二)晶体中微粒的排列、个数,小结,每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Na+共有 个。,6,这几个Na+在空间构成的几何构型为。,正八面体,每个Na+周围与之最接近且距离相等的Cl-共有 个。,6,这几个Cl-在空间构成的几何构型为。,正八面体,与一个氯离子相邻最近且距离相等的氯离子有多少个?,距离是多少?(图示距离为a),12 个,a,氯离子,铯离子,1、每个晶胞含 铯离子、
6、氯离子?,2、在氯化铯晶体中,每个Cs+周围与之最接近且距离相等的Cl-共有;这几个Cl-在空间构成的几何构型为。,8个,立方体,氯化铯晶体,1个,1个,3、在氯化铯晶体中,每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Cs+共有;这几个Cs+在空间构成的几何构型为。,8个,立方体,在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有;这几个Cs+在空间构成的几何构型。,6个,正八面体,CaF2的晶胞,1、现有甲、乙、丙三种晶体的晶胞如图所示:可推知:甲晶体中 A与B的个数比是_,乙晶体的化学式是_,丙晶体的化学式是_丁晶体的化学式是_,181/8=11,C2D,EF,XY3Z,练 习,X,Y,Z,丁,2、200
7、1年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元:镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有1个镁原子,6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为,A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2,练 习,Mg原子的数目:121/6+21/2=3B原子的数目:6故化学式可表示为 MgB2,4、如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B,均可被另一种离子以四面体形式包围着,则该晶体对应的化学式为AAB BA2B CAB3 DA2B3,练 习,5、图示为高温超导领域的一种化合物钙钛矿晶体结构,该结构是具有代表性的最小重复单元。1)在该物质的
8、晶体中,每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有_个。2)该晶体结构单元中,氧、钛、钙离子的个数比是。,6,311,解:O:121/43 Ti:8 1/81 Ca:1,练 习,1、离子晶体的物理性质:,大多易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。,固体不导电,水溶液或者熔融状态下一般均导电;,熔沸点较高,难压缩,难挥发,硬而脆;,离子晶体的性质,思考:为什么离子晶体熔沸点较高,硬度较大?,离子晶体中存在较强的离子键,削弱或破坏这些离子键,都需要较多的能量,二.晶格能 1定义:_形成1摩离子晶体_的能量,单位_,通常取_。2大小及其他量的关系(1)晶格能是最能反映离子晶体_的数 据。,(2)在离
9、子晶体中,离子半径越_,离子所带的电荷数越_,则晶格能越大。(3)晶格能越大,阴、阳离子间的离子键就越_,形成的离子晶体就越_,而且熔点越_,硬度越_。,气态离子,所释放,kJmol1或Jmol1,kJmol1,稳定性,小,多,强,稳定,高,大,思考:NaCl晶体不导电,但在熔融状态或水溶液时能导电?,2、当晶体受热熔化时,由于温度的升高,离子的运动加快,克服了阴、阳离子间的引力,产生了能自由移动的阴、阳离子,所以熔融的NaCl能导电。,3、当晶体溶于水时,由于水分子的作用,使Na+和Cl-之间的作用力减弱,NaCl成为能自由移动的水合钠离子和水合氯离子,所以NaCl水溶液能导电。,离子晶体的
10、性质,1、NaCl晶体虽然由离子构成,但因为离子间存在较强的离子键,离子不能自由移动,所以固态时不能导电,一些事实数据:,问题: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?,离子晶体的性质,为什么NaCl的熔沸点比CsCl高?,Na+半径比Cs+小,Na+与Cl-的相互作用比Cs+与Cl-的相互作用强,Na+与Cs+均带一个单位正电荷,,阴离子均为氯离子。,NaCl晶体中的离子键较强,则熔沸点较高。,一般来说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,离子晶体的熔沸点越高。,离子晶体的性质,如:NaF NaCl NaBr NaI,课 堂 总 结
11、,阴,阳离子,离子键,阴,阳离子个数比,较大,较高,固态不导电,熔化或水溶液可导电。,1下列物质中,属于离子晶体的是_;含共价键的离子晶体是_。A、KBr B、NaOH C、HCl D、CO2 E、NH4Cl F、I2 2下列说法正确的是()A.离子晶体中只含离子键 B.不同元素组成的多原子分子里的化学 键一定是极性键 C.共价化合物分子里一定不含离子键 D.非极性键只存在于双原子单质分子里,练 习,ABE,BE,C,3.下列说法正确的是()A.离子晶体在固态时不能导电是因为其中没有离子.B.离子晶体中也可能含有共价键.C.离子晶体中一个阳离子只能与一个阴离子形成离子键.D.离子晶体中阴离子与
12、阳离子数总是相等的.E.离子晶体中离子键越强,其熔沸点越高,硬度越大.F.离子晶体中肯定含有金属阳离子。,练 习,BE,1,2,3,4,5,6,8,7,8,4、中学教材上图示的NaCl晶体结构,它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO晶体结构与NaCl相同,Ni2与邻近的O2-核间距为a10-8,计算NiO晶体密度(已知NiO摩尔质量为74.7gmol-1),解:在该晶体中最小正方体中所含的Ni2+、O2个数均为:,即晶体中每个小正方体中平均含有1/2个NiO.其质量为:,而此小正方体体积为(a10-8)3,故NiO晶体密度为:,(a10-8)3,练 习,变式(1)NiO晶体结构与NaCl相同,设
13、NiO的摩尔质量M g/mol,密度为g/mL,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞中两个距离最近的氧离子中心间的距离为多少cm?,练 习,(2)天然的和大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷,例如在某种NiO晶体中就存在以下缺陷:一个Ni2+空缺,另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性,但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O,试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。,参考答案:Ni3+:Ni2+6:91,练 习,二、分 子 晶 体,有何事实证明分子间存在作用力?,说明了物质的分子间存在着作用力,气态,液态,固态,降温加压,降温,分子距离缩短,分子
14、距离缩短,分子无规则运动,分子有规则排列,这种分子间的作用力又叫做范德瓦耳斯力。,1、定义:分子间通过分子间作用力结合而成晶体。,HCl分子中,HCl 键能为 431kJ/mol,HCl分子间,分子间的作用力为 21kJ/mol。,分子间作用力与化学键的比较,分子间作用力对物质的熔点、沸点的影响,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,克服分子间引力使物质熔化和气化就需要更多的能量,熔、沸点越高。,分子间作用力对物质的熔点、沸点的影响,氢键,氢键的表示法:“”而且要在同一直线上,氢键的形成条件,H 原子与吸引电子能力强的原子(N、O、F)相连,几近“裸露”的H 核带部分正电荷
15、与另一分子中带部分负电荷的原子形成静电吸引作用,氢键的基本特征,它比化学键弱而比范德华力强,其键能约在1040kJmol-1。,是一种存在于分子之间的作用力。,一种比较强的分子间作用力,水分子间的氢键,氢键,共价键,氢键具有方向性,冰中个水分子周围有个水分子,氢键的存在使冰的体积增大,密度减小.,为什么冰会浮在水面上,该性质对于水生动物的生存有何重要的意义?,氢键对物质性质的影响,对物质的溶解性的影响,对物质的熔沸点的影响,丙烷的相对分子质量与乙醇相近,为什么在常温下,丙烷是气体,而乙醇是液体?,乙酸(CH3COOH)的沸点(118)比正庚烷(C7H14)的沸点高(98)而比正辛烷(C8H16
16、)的沸点(125)低,但乙酸的相对分子质量(M=60)却比庚烷(M=100)或正辛烷(M=114)低,这是为什么?,为什么乙醇可与水互溶,但在汽油中溶解度较小?,解释含有OH的有机物在水中的溶解性的基本规律。,使物质的熔沸点升高.,使物质在水中的溶解度增大.,2、构成分子晶体的微粒:,4、实例:,3、分子晶体中的作用力:,分子,分子内是共价键(单原子分子内不存在共价键)分子间是分子间作用力(氢键是一种特殊的分子间作用力),问题1:与CO2分子距离最近的CO2分子共有 个,干冰的晶体结构图,2:已知:CO2晶体的密度为1.56 gcm-3,求:两个CO2分子质点间最短的距离。,12,a5.721
17、08 cm,分子晶体有哪些物理特性,为什么?,较低的熔点和沸点、较小的硬度一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。,原因:分子间作用力很弱,一般而言,结构相似的分子晶体分子量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高,硬度越大。,5、分子晶体物理性质,例1、最近,科学家研制得一种新的分子,它具有空心的类似足球状结构,分子式为C60。下列说法正确的是()(A)C60是一种新型的化合物(B)C60和石墨都是碳的同素异形体(C)C60中含离子键(D)C60的分子量为720,BD,单质,1260=720,共价键,点评:遇到不熟悉的物质,在判断时要把握好一些关键词和关键信息,判断要有理有据,还要有一定的灵活性。,例2
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