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1、2022年高三化學(xué) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案(三)教學(xué)素材
【知識(shí)拓展】石墨
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
(1)石墨中C原子以sp2雜化;
(2)石墨晶體中最小環(huán)為(6)元環(huán),含有C(2)個(gè),C-C鍵為(3);
(3)石墨分層,層間為范德華力,硬度小,可導(dǎo)電;
(4)石墨中r(C-C)比金剛石中r(C-C)短。
【思考8】石墨為什么很軟?
石墨為層狀結(jié)構(gòu),各層之間是范德華力結(jié)合,容易滑動(dòng),所以石墨很軟。
【思考9】石墨的熔沸點(diǎn)為什么很高(高于金剛石)?
石墨各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),碳原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵(大π鍵),故熔沸點(diǎn)很高。
【思考10】石墨屬于哪類晶體?
石墨為混合鍵型晶體。
2、
?
【典型例題】
例1. 氮化硅(Si3N4)是一種新型的耐高溫耐磨材料,在工業(yè)上有廣泛用途,它屬于
A. 原子晶體? B. 分子晶體?? C. 金屬晶體????? ??? D. 離子晶體
分析:耐高溫、耐磨是原子晶體的特點(diǎn),故氮化硅(Si3N4)是原子晶體。
答案:A
?
例2. 共價(jià)鍵、離子鍵和范德華力是構(gòu)成物質(zhì)粒子間的不同作用方式,下列物質(zhì)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
分析:干冰是分子晶體,分子內(nèi)存在共價(jià)鍵,分子間存在范德華力。NaCl是離子晶體只存在離子鍵。 NaOH是
3、離子晶體,不僅存在離子鍵,還存在H—O間共價(jià)鍵。碘也是分子晶體,分子內(nèi)存在共價(jià)鍵,分子間存在分子間作用力。故只有B符合題意。
答案:B
?
例3. 碳化硅(SiC)的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu),其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石? ②晶體硅? ③碳化硅中,它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是??? (??? )
A.①③②???? B.②③①??? C.③①②??? D.②①③
分析:C與Si同為IVA族元素,它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體,晶體硅,碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大,形成共價(jià)鍵的鍵能逐漸減弱??赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與C之間。三種原子晶體,空
4、間結(jié)構(gòu)相似,熔點(diǎn)決定于它們的鍵長(zhǎng)與鍵能,故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。
答案:A
例4. 如圖所示,直線交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中Na+或Cl-所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。
(1)請(qǐng)將其中代表Na+的圓圈涂黑(不必考慮體積大?。酝瓿蒒aCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
(2)晶體中,在每個(gè)Na+的周圍與它最接近的且距離相等的Na+共有???? 個(gè)。
(3)在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na+或Cl-為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有,一個(gè)晶胞中Cl-的個(gè)數(shù)等于??????? ,即(填計(jì)算式)?????? ???;Na+的個(gè)數(shù)等于
5、??????? ,即(填計(jì)算式)????????????? 。
分析:(1)氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鈉離子和氯離子在三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離的交錯(cuò)排列。選擇立方體的一個(gè)頂點(diǎn)開始代表鈉離子涂黑,交替排列涂黑。見(jiàn)下圖
(2)每個(gè)鈉離子距離它最近的鈉離子分別位于三個(gè)互相垂直的平面內(nèi),每個(gè)平面內(nèi)有4個(gè),總共12個(gè)。
(3)根據(jù)立方晶胞中粒子的分?jǐn)傄?guī)律,每個(gè)晶胞內(nèi)鈉離子數(shù):8×+6×=4;氯離子數(shù):12×+1=4。
答案:(1)見(jiàn)分析
(2)12
(3)鈉離子數(shù):8×+6×=4;氯離子數(shù):12×+1=4
?
例5. 在干冰晶體中每個(gè)CO2分子周圍緊鄰的 CO2分子有_______
6、____個(gè)? 在晶體中截取一個(gè)最小的正方形;使正方形的四個(gè)頂點(diǎn)都落到CO2分子的中心,則在這個(gè)正方形的平面上有___________個(gè)CO2分子。
分析:解答此題要求對(duì)干冰的晶體模型十分熟悉。以右下角CO2分子為研究對(duì)象:與其緊鄰的為面心上的3個(gè)CO2分子,而CO2分子被8個(gè)這樣的立方體所共有,故有3×8=24。又考慮到面心上的CO2被2個(gè)這樣的立方體共有,故24/2=12個(gè)。由CO2晶體模型分析得出,符合題意的最小正方形即模型的角對(duì)角面的一半,不難看出有4個(gè)CO2分子。
答案:12;4
?
例6. 單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種,參考下表數(shù)據(jù)
?
?
?
?
金剛石
?
7、晶體硅
?
晶體硼
?
熔點(diǎn)
?
>3823
?
1683
?
2573
?
沸點(diǎn)
?
5100
?
2628
?
2823
?
硬度
?
10
?
7.0
?
9.5
?
(1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體,理由是___________________。
(2)已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體,其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn),每個(gè)頂點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過(guò)視察圖形及推算,此晶體結(jié)構(gòu)單元由_____個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_______。
分析:晶體硼的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金
8、剛石之間,而金剛石和晶體Si均為原子晶體,B與C相鄰與Si處于對(duì)角線處,則晶體硼也為原子晶體。晶體硼每個(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有,所以,此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5,每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn),且晶體B中有20個(gè)這樣的三角形,因此,晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個(gè)。又因晶體硼中的三角形面為正三角形,所以鍵角為60°。
答案:原子,晶體硼具有很高的熔沸點(diǎn)和很大的硬度;12,60°
?
例7. 某離子晶體部分結(jié)構(gòu)如圖:
(1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著最近的________個(gè)X,每個(gè)X同時(shí)吸引著最近的________個(gè)Y,該晶體的化學(xué)式為________。
9、
(2)晶體中每個(gè)X周圍與它最近且距離相等的X共有________個(gè)。
(3)晶體中距離最近的2個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角∠XYX的角度為________。
(4)設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg,晶體密度為,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間距離為_____cm。
分析:(1)從圖中可知,Y位于立方體中心,X位于立方體相向的四個(gè)頂點(diǎn),故一個(gè)Y同時(shí)吸引著最近的X有4個(gè),每個(gè)X同時(shí)吸引著最近的8個(gè)Y,由此確定其化學(xué)式為。(2)由于頂點(diǎn)X是8個(gè)立方體共有,每個(gè)面是兩個(gè)立方體共享,故晶體中每個(gè)X周圍與它最近且距離相等的X應(yīng)有8×3×=12個(gè)。(3)可將圖中4個(gè)X分別與Y連線,形成的構(gòu)型類同于CH4分子,∠XYX=109°28ˊ
(4)由于每個(gè)小方體中XY2的物質(zhì)的量為mol,設(shè)晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間距離為x,則小方體的邊長(zhǎng)為x,由此得小方體的體積根據(jù)質(zhì)量V =(x )3,由m=V =nM得:×(x )3=×M,所以x=。
答案:(1)4,8,XY2(2)12(3)109°28ˊ(4)