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2024届高中化学一轮复习课件：晶体结构与性质 配合物
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这是一份2024届高中化学一轮复习课件：晶体结构与性质 配合物，共3页。PPT课件主要包含了阳离子，熔融态，基本单元，任何间隙，X射线衍射仪，分立的斑点，衍射峰，sp2，平面六元并环，范德华力等内容，欢迎下载使用。
1. 物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化(2)等离子体和离子液体①等离子体是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 ②离子液体是熔点不高的仅由 组成的液体物质。
2.晶体与非晶体(1)二者比较
[微点拨] ①物理性质的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质,称之为晶体的各向异性。例如,在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,石蜡在不同方向熔化的快慢不同,这是由于水晶导热性的各向异性造成的。 ②可以用测熔点和X射线衍射实验的方法区分晶体和非晶体,X射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。(2)获得晶体的三条途径
3.晶胞(1)概念晶胞是描述晶体结构的 ,是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。 (2)晶胞的特点
4. 晶体结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是 。 (2)晶体结构的测定原理在晶体的X射线衍射实验中,当单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生 或者明锐的 。 (3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞 和 、分子或原子在微观空间有序排列呈现的 类型、原子在晶胞里的 和 等,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
[解析]晶胞也可以是其他形状。
(4)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块 ( )
[解析]晶体存在自范性。
(5)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体 ( )(6)冰晶体中,分子之间存在两种相互作用力( )
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列 ( )(2)二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同 ( )(3)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”( )
2.下列关于晶体性质的叙述,不正确的是 ( )A.晶体的自范性是指在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的,但统一于晶体中C.晶体的对称性是微观粒子在空间呈周期性有序排列的必然结果D.晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
[解析]晶体的各向异性和对称性不是矛盾的,晶体的对称性是微观粒子在空间呈周期性有序排列的必然结果,而各向异性是微观粒子的排列具有特定的方向性。
1.下列关于物质的聚集状态的叙述,不正确的是 ( )A.固态物质由离子构成,气态和液态物质都由分子构成B.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体C.等离子体具有良好的导电性和流动性,与其含有带电且能自由移动的粒子有关D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,表现出类似晶体的各向异性
题组一 物质的聚集状态
[解析]固态物质可能由离子构成(如NaCl),也可能由分子构成(如干冰);气态和液态物质不一定由分子构成,如等离子体,A错误。
2.下列关于聚集状态的叙述错误的是( )A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序体系的存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
[解析] 物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有非晶体、液晶、等离子体等聚集状态,A错误;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确;据物质固态时微粒间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确;对液态物质而言,分子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。
[规律小结](1)等离子体常被称为“超气态”,是一种电离的气体,是物质的一种奇特的聚集状态,又被称为物质的第四态或等离子态。(2)液晶在一定范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。是因为其内部分子沿分子长轴方向取向一致,但无位置序。
题组二 晶体与非晶体的区别
1.下列关于晶体的说法正确的是( )A.凡有规则几何外形的固体均为晶体B.晶体在不同方向上的硬度、导热性、导电性均相同C.水晶有固定的熔点,普通玻璃无固定的熔点D.将饱和硫酸铜溶液冷却降温,析出的固体不是晶体
[解析]具有规则几何外形的固体不一定是晶体,故A项错误;由于晶体内部质点排列的高度有序性,使得晶体在强度、导热性、光学性质等物理性质上常常表现为各向异性,B项错误;水晶是晶体,有固定的熔点,普通玻璃是混合物,无固定的熔点,C项正确;将饱和硫酸铜溶液冷却降温,可以析出硫酸铜晶体,D项错误。
[解析]准晶体不具备普通晶体的长程平移对称性,延展性较差,原子间有间隙,密度较小,A、D错误;普通玻璃属于非晶体,其主要成分为硅酸盐,Si与O原子间形成共价键,B错误。
2.准晶体里的原子排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如图所示)。下列说法中正确的是( )A.与类似普通晶体相比,准晶体延展性较强B.普通玻璃属于晶体,其成分中存在共价键C.与类似普通晶体相比,准晶体密度较小D.准晶体和晶体是固体物质的同一种存在形态,具有相同的性质
[规律小结] 关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形,如肉眼看不到晶体外形的固体粉末。
1.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是 ( )A.ZXY3 B.ZX2Y6C.ZX4Y8 D.ZX8Y12
题组三 晶胞中微粒数目的计算
2. (1)某种新型储氢材料的晶胞如图八面体中心为M金属离子,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·ml-1,则M元素为 (填元素符号);在该化合物中,M离子的价电子排布式为 。
(2)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
②“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算
1. 几种常见晶体类型及性质对比
[微点拨] ①高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 ②金属键的形成:晶体中金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而将所有的金属原子维系在一起;金属键无饱和性、方向性。 2.混合型晶体石墨晶体是一种混合型晶体。(1)石墨不同于金刚石,它的碳原子呈 杂化,形成 结构。 (2)石墨晶体是 结构的,层间没有化学键相连,是靠 维系的。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)分子晶体中分子之间存在范德华力,分子内部都存在共价键( )(2)分子晶体中,共价键的键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高( )(3)SiO2、金刚石、硅、MgO熔点都很高,均属于共价晶体 ( )(4)有金属阳离子的晶体都是离子晶体( )(5)共价晶体的熔、沸点一般高于离子晶体的熔沸点 ( )(6)金属晶体大都具有较好的导电性、导热性和延展性,与金属键有关 ( )
2.在下列物质中:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。 (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。 (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。 (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。 (5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。 (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。 (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。 (8)其中含有极性共价键的共价晶体是 。 (9)不含共价键的分子晶体是 ,只含非极性共价键的共价晶体是 。
NaOH、(NH4)2S
CO2、CCl4、C2H2
1.下列物质:①水晶 ②冰醋酸 ③氧化钙 ④白磷 ⑤晶体氩 ⑥氢氧化钠 ⑦铝 ⑧过氧化氢 ⑨过氧化钠 ⑩碳化钙 碳化硅 干冰(1)属于共价晶体的化合物: 。 (2)直接由原子构成的晶体: 。 (3)直接由原子构成的分子晶体: 。 (4)由极性分子构成的晶体是 ,含有非极性键的离子晶体是 ,属于分子晶体的单质是 。 (5)在一定条件下能导电但不发生化学键变化的是 ,存在化学键且受热熔化后化学键不发生变化的是 ,受热熔化后需克服共价键的是 。
题组一 常见晶体类型判断
[解析]属于共价晶体的化合物是碳化硅和水晶;属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子);属于离子晶体的有CaO(离子键)、NaOH(既存在离子键又存在极性共价键)、Na2O2和CaC2(既存在离子键又存在非极性共价键)。金属导电过程不发生化学变化,晶体熔化时,分子晶体只需克服分子间作用力,不破坏化学键,而共价晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。
2.现有四组物质及熔点数据:回答下列问题:(1)Ⅰ组属于 晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是 。
[解析] Ⅰ组物质的熔点很高,属于共价晶体,是由原子通过共价键形成的。
2.现有四组物质及熔点数据:(2)Ⅱ组晶体共同的物理性质是 (填序号)。 ①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
[解析] Ⅱ组都是碱金属,属于金属晶体,具有①②③④四条共性。
2.现有四组物质及熔点数据:(3)Ⅲ组中HF的熔点反常,其原因是 。
[解析] HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。
HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多
2.现有四组物质及熔点数据:(4)Ⅳ组晶体可能具有的性质是 (填序号)。 ①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
[解析] Ⅳ组物质都是碱金属形成的盐,属于离子晶体,具有②④两条性质。
[方法技巧] 晶体类型的判断方法(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断。熔、沸点低的物质一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,通常不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。(2)根据物质的类别判断。活泼金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)、气态氢化物、大多数非金属氧化物、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体中,单质有金刚石、晶体硅、晶体硼、锗(Ge)和灰锡(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多数金属单质与合金是金属晶体。
题组二 晶体熔沸点的比较
1.下表是钠、硅的卤化物及其熔点:下列说法中不正确的是( )A.钠的卤化物都是离子晶体,硅的卤化物都是分子晶体B.钠的卤化物的熔点与离子键的强弱有关C.硅的卤化物的熔点与范德华力的大小有关D.据此推测,熔点:NaI>NaBr,SiI4>SiBr4
[解析]由表中物质的熔点可知,钠的卤化物的熔点较高,都是离子晶体,其熔点与离子键的强弱有关;硅的卤化物的熔点较低,都是分子晶体,其熔点与范德华力的大小有关,A、B、C均正确。根据熔点变化规律,熔点:NaBr>NaI,SiI4>SiBr4,D错误。
三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高
2. 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题:(1)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为 ,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有 ,碳原子的杂化轨道类型为 。 (2)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次 (填“增大”或“减小”),其原因是 。 (3)SiO2的熔点比CO2的高,其原因是 。
SiO2为共价晶体,而CO2为分子晶体
(4)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图所示。①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是 。②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性 (填“增强”“不变”或“减弱”,下同)、共价性 。
[解析] ①四卤化硅为分子晶体,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4的相对分子质量逐渐增大,沸点与相对分子质量有关,相对分子质量越大,沸点越高。②PbX2的熔点先降低后升高,其中PbF2为离子晶体,PbBr2、PbI2为分子晶体,可知依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。
均为分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大
[微点拨] 配位数:指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×” ,设NA为阿伏伽德罗常数的值)(1) 1 ml金刚石中含有C—C数目为4NA( )
(2)金刚石的晶胞中含有6个碳原子( )
[解析] 1 ml金刚石中C—C数目为2NA。
[解析]金刚石的晶胞中有8个碳原子。
[解析] NaCl中Na+的配位数是6,其中有4个Cl-构成一个正方形、Na+位于正方形中心处,另外2个Cl-位于正方形的正上方与正下方,从而形成了一个八面体。
(5)一个CsCl晶胞中含有8个Cl-( )(6)NaCl晶体中,任意一个Na+与其配位离子均可构成一个八面体( )
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填编号字母) ,其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于 晶体。
[解析]在金刚石晶胞中,每个碳原子可与周围4个碳原子形成共价键,将这4个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图D为金刚石,中心碳原子与周围4个碳原子最近且距离相等;金刚石有共价键三维骨架结构,属于共价晶体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(2)其中代表石墨的是(填编号字母) ,其中每个正六边形占有碳原子数平均为 个。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(3)其中代表NaCl晶体的是(填编号字母) ,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有 个。
[解析]在NaCl晶胞中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围也有6个钠离子,所以图A为NaCl的结构,根据晶胞的结构,每个钠离子周围与它最近且距离相等的钠离子有12个。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(4)代表CsCl晶体的是(填编号字母) ,它属于 晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。
[解析] CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8,即每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个铯离子,所以图C为CsCl的结构,属于离子晶体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(5)代表干冰晶体的是(填编号字母) ,它属于 晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。
[解析]干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶角和面心上,以顶角上的CO2分子为例,与它距离最近的CO2分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上,所以图B为干冰晶体。
1.我国科学家合成了富集 11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.氮化硼晶体有较高的熔、沸点 B.该晶体具有良好的导电性C.该晶胞中含有4个B原子,4个N原子 D.N原子周围等距且最近的N原子数为12
题组一 典型晶体结构分析
[归纳总结]判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“ ”表示):每个面上有4个Na+与中心Na+距离最近,共计12个。
题组二 晶胞结构的相关计算
1. β-MnSe的晶胞结构如图所示。(1)β-MnSe中Mn的配位数为 。 (2)若该晶体的晶胞参数为a pm,设阿伏伽德罗常数的值为NA。则距离最近的两个锰原子之间的距离为 pm, β-MnSe晶体的密度ρ= (列出表达式)g·cm-3。
2. (1)Cu与F形成的某化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu与F的最近距离为 pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中 为Cu, 为F)。
(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞结构如图乙所示。已知晶胞参数为0.545 nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
[归纳总结] 计算晶体密度的方法
如立方晶胞密度的计算:(其中①M为微粒的相对“分子”质量;②另外关于晶胞参数单位换算也需注意:1 m=10 dm=102 cm=103 mm=106 μm=109 nm=1012 pm;③密度公式中共有四个未知量:密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA,知道3个可求另一个,因此可以围绕密度出现4种题型)
1.配位键(1)概念: 由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的 键。 如在[Cu(H2O)4]2+中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供 给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (2)表示配位键可以用A—B来表示,其中A是提供孤电子对的原子;B是接受孤电子对的原子。例如,[Cu(NH3)4]2+中的配位键表示为 。
2.配位化合物(1)定义:通常把 (称为中心离子或原子)与某些 (称为 )以 结合形成的化合物,简称配合物。
(2)配合物的组成及形成条件①配合物的组成配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。中心离子(或原子):一般是金属离子,特别是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的分子(或离子)的数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。
(3)配合物的形成举例
3.超分子(1)定义:由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的 。其中的分子是广义的,包括离子。 (2)重要特征:① ;② 。
题组一 配位键和配合物
2. (1)硼元素的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。①B2H6分子结构如图所示,则B原子的杂化方式为 。 ②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
[解析] ①根据B2H6分子的空间结构知,B原子的轨道向4个方向延伸,则其杂化方式为sp3;②氨硼烷(NH3BH3)中氮原子存在孤电子对,所以提供孤电子对的成键原子是N。
(2)C(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知C3+的配位数为6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀,则第一种配合物的配体为 。在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的配体为 。
[归纳总结] 判断配体及配位原子的方法(1)分析配合物的内界,提供孤电子对的离子或分子为配体,可以是中性分子或阴离子,如H2O、NH3、Cl-、OH-等。(2)分析配体的组成元素,一般是电负性较小的原子提供孤电子对。配位原子必须是含有孤电子对的原子,通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子,例如NH3中的N原子、H2O中的O原子等。
题组二 配合物的性质
1.已知CuCl2溶液中存在:[Cu(H2O)4]2+(蓝色) +4Cl- ⇌[CuCl4]2-(黄绿色)+4H2O。下列说法错误的是 ( )A.[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-中Cu2+的配位数均为4B.加一定量水时,溶液会变成蓝色C.加一定量氯化钠溶液,溶液一定变为黄绿色D.向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,会产生蓝色沉淀
[解析]从配离子[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-的组成可以看出,中心离子Cu2+分别与4个H2O、4个Cl-形成配位键,则Cu2+的配位数均为4,A正确;加一定量水时,溶液浓度减小,平衡逆向移动,则溶液会变成蓝色,B正确;氯化钠溶液中含有NaCl和水,若原溶液中加入NaCl,平衡正向移动,若加入水,平衡逆向移动,由于氯化钠溶液的浓度未知,所以无法确定平衡如何移动,也就不能确定平衡后溶液的颜色,C错误;向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,Cu2+会与OH-反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀,并不断促进两种配离子发生电离,D正确。
2. X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,X为元素周期表中半径最小的原子,Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,W基态原子的价层电子排布为3d104s1,X、Y、Z、W形成的阳离子如图所示,下列说法正确的是( )A.原子半径:Z>Y>XB.气态氢化物的稳定性:Y>ZC.加热时该离子首先失去的组分是X2ZD.两种配体中的键角:X2Z>YX3
[解析] X为元素周期表中半径最小的原子,则X是H;Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,则Z是O;基态W原子的价层电子排布为3d104s1,则W是Cu;图示阳离子中 代表H2O分子,因为Y的原子序数介于X(H)和Z(O)之间,且能形成3个单键,则Y是N。原子半径:N>O>H,A错误;元素的电负性:NCu2+—OH2,故加热时该离子首先失去的组分是H2O,C正确;H2O和NH3的中心原子的价层电子对数均为4,含孤电子对数分别为2、1,孤电子对与成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,孤电子对数越多,分子中键角越小,故键角:NH3>H2O,D错误。
1. 物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化(2)等离子体和离子液体①等离子体是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 ②离子液体是熔点不高的仅由 组成的液体物质。
2.晶体与非晶体(1)二者比较
[微点拨] ①物理性质的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质,称之为晶体的各向异性。例如,在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,石蜡在不同方向熔化的快慢不同,这是由于水晶导热性的各向异性造成的。 ②可以用测熔点和X射线衍射实验的方法区分晶体和非晶体,X射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。(2)获得晶体的三条途径
3.晶胞(1)概念晶胞是描述晶体结构的 ,是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。 (2)晶胞的特点
4. 晶体结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是 。 (2)晶体结构的测定原理在晶体的X射线衍射实验中,当单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生 或者明锐的 。 (3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞 和 、分子或原子在微观空间有序排列呈现的 类型、原子在晶胞里的 和 等,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
[解析]晶胞也可以是其他形状。
(4)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块 ( )
[解析]晶体存在自范性。
(5)通过X射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体 ( )(6)冰晶体中,分子之间存在两种相互作用力( )
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列 ( )(2)二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同 ( )(3)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”( )
2.下列关于晶体性质的叙述,不正确的是 ( )A.晶体的自范性是指在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的,但统一于晶体中C.晶体的对称性是微观粒子在空间呈周期性有序排列的必然结果D.晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
[解析]晶体的各向异性和对称性不是矛盾的,晶体的对称性是微观粒子在空间呈周期性有序排列的必然结果,而各向异性是微观粒子的排列具有特定的方向性。
1.下列关于物质的聚集状态的叙述,不正确的是 ( )A.固态物质由离子构成,气态和液态物质都由分子构成B.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体C.等离子体具有良好的导电性和流动性,与其含有带电且能自由移动的粒子有关D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,表现出类似晶体的各向异性
题组一 物质的聚集状态
[解析]固态物质可能由离子构成(如NaCl),也可能由分子构成(如干冰);气态和液态物质不一定由分子构成,如等离子体,A错误。
2.下列关于聚集状态的叙述错误的是( )A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序体系的存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性
[解析] 物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有非晶体、液晶、等离子体等聚集状态,A错误;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确;据物质固态时微粒间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确;对液态物质而言,分子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。
[规律小结](1)等离子体常被称为“超气态”,是一种电离的气体,是物质的一种奇特的聚集状态,又被称为物质的第四态或等离子态。(2)液晶在一定范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。是因为其内部分子沿分子长轴方向取向一致,但无位置序。
题组二 晶体与非晶体的区别
1.下列关于晶体的说法正确的是( )A.凡有规则几何外形的固体均为晶体B.晶体在不同方向上的硬度、导热性、导电性均相同C.水晶有固定的熔点,普通玻璃无固定的熔点D.将饱和硫酸铜溶液冷却降温,析出的固体不是晶体
[解析]具有规则几何外形的固体不一定是晶体,故A项错误;由于晶体内部质点排列的高度有序性,使得晶体在强度、导热性、光学性质等物理性质上常常表现为各向异性,B项错误;水晶是晶体,有固定的熔点,普通玻璃是混合物,无固定的熔点,C项正确;将饱和硫酸铜溶液冷却降温,可以析出硫酸铜晶体,D项错误。
[解析]准晶体不具备普通晶体的长程平移对称性,延展性较差,原子间有间隙,密度较小,A、D错误;普通玻璃属于非晶体,其主要成分为硅酸盐,Si与O原子间形成共价键,B错误。
2.准晶体里的原子排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如图所示)。下列说法中正确的是( )A.与类似普通晶体相比,准晶体延展性较强B.普通玻璃属于晶体,其成分中存在共价键C.与类似普通晶体相比,准晶体密度较小D.准晶体和晶体是固体物质的同一种存在形态,具有相同的性质
[规律小结] 关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体,不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体,如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形,如肉眼看不到晶体外形的固体粉末。
1.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示该化合物的化学式正确的是 ( )A.ZXY3 B.ZX2Y6C.ZX4Y8 D.ZX8Y12
题组三 晶胞中微粒数目的计算
2. (1)某种新型储氢材料的晶胞如图八面体中心为M金属离子,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·ml-1,则M元素为 (填元素符号);在该化合物中,M离子的价电子排布式为 。
(2)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
②“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算
1. 几种常见晶体类型及性质对比
[微点拨] ①高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 ②金属键的形成:晶体中金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而将所有的金属原子维系在一起;金属键无饱和性、方向性。 2.混合型晶体石墨晶体是一种混合型晶体。(1)石墨不同于金刚石,它的碳原子呈 杂化,形成 结构。 (2)石墨晶体是 结构的,层间没有化学键相连,是靠 维系的。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)分子晶体中分子之间存在范德华力,分子内部都存在共价键( )(2)分子晶体中,共价键的键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高( )(3)SiO2、金刚石、硅、MgO熔点都很高,均属于共价晶体 ( )(4)有金属阳离子的晶体都是离子晶体( )(5)共价晶体的熔、沸点一般高于离子晶体的熔沸点 ( )(6)金属晶体大都具有较好的导电性、导热性和延展性,与金属键有关 ( )
2.在下列物质中:NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是 。 (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是 。 (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是 。 (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是 。 (5)其中含有极性共价键的非极性分子是 。 (6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是 。 (7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是 。 (8)其中含有极性共价键的共价晶体是 。 (9)不含共价键的分子晶体是 ,只含非极性共价键的共价晶体是 。
NaOH、(NH4)2S
CO2、CCl4、C2H2
1.下列物质:①水晶 ②冰醋酸 ③氧化钙 ④白磷 ⑤晶体氩 ⑥氢氧化钠 ⑦铝 ⑧过氧化氢 ⑨过氧化钠 ⑩碳化钙 碳化硅 干冰(1)属于共价晶体的化合物: 。 (2)直接由原子构成的晶体: 。 (3)直接由原子构成的分子晶体: 。 (4)由极性分子构成的晶体是 ,含有非极性键的离子晶体是 ,属于分子晶体的单质是 。 (5)在一定条件下能导电但不发生化学键变化的是 ,存在化学键且受热熔化后化学键不发生变化的是 ,受热熔化后需克服共价键的是 。
题组一 常见晶体类型判断
[解析]属于共价晶体的化合物是碳化硅和水晶;属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子);属于离子晶体的有CaO(离子键)、NaOH(既存在离子键又存在极性共价键)、Na2O2和CaC2(既存在离子键又存在非极性共价键)。金属导电过程不发生化学变化,晶体熔化时,分子晶体只需克服分子间作用力,不破坏化学键,而共价晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。
2.现有四组物质及熔点数据:回答下列问题:(1)Ⅰ组属于 晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是 。
[解析] Ⅰ组物质的熔点很高,属于共价晶体,是由原子通过共价键形成的。
2.现有四组物质及熔点数据:(2)Ⅱ组晶体共同的物理性质是 (填序号)。 ①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
[解析] Ⅱ组都是碱金属,属于金属晶体,具有①②③④四条共性。
2.现有四组物质及熔点数据:(3)Ⅲ组中HF的熔点反常,其原因是 。
[解析] HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。
HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多
2.现有四组物质及熔点数据:(4)Ⅳ组晶体可能具有的性质是 (填序号)。 ①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
[解析] Ⅳ组物质都是碱金属形成的盐,属于离子晶体,具有②④两条性质。
[方法技巧] 晶体类型的判断方法(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断。熔、沸点低的物质一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,通常不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;能导电、传热,具有延展性的晶体为金属晶体。(2)根据物质的类别判断。活泼金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)、气态氢化物、大多数非金属氧化物、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体。常见的共价晶体中,单质有金刚石、晶体硅、晶体硼、锗(Ge)和灰锡(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多数金属单质与合金是金属晶体。
题组二 晶体熔沸点的比较
1.下表是钠、硅的卤化物及其熔点:下列说法中不正确的是( )A.钠的卤化物都是离子晶体,硅的卤化物都是分子晶体B.钠的卤化物的熔点与离子键的强弱有关C.硅的卤化物的熔点与范德华力的大小有关D.据此推测,熔点:NaI>NaBr,SiI4>SiBr4
[解析]由表中物质的熔点可知,钠的卤化物的熔点较高,都是离子晶体,其熔点与离子键的强弱有关;硅的卤化物的熔点较低,都是分子晶体,其熔点与范德华力的大小有关,A、B、C均正确。根据熔点变化规律,熔点:NaBr>NaI,SiI4>SiBr4,D错误。
三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高
2. 第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题:(1)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为 ,依据电子云的重叠方式,原子间存在的共价键类型有 ,碳原子的杂化轨道类型为 。 (2)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次 (填“增大”或“减小”),其原因是 。 (3)SiO2的熔点比CO2的高,其原因是 。
SiO2为共价晶体,而CO2为分子晶体
(4)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图所示。①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是 。②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性 (填“增强”“不变”或“减弱”,下同)、共价性 。
[解析] ①四卤化硅为分子晶体,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4的相对分子质量逐渐增大,沸点与相对分子质量有关,相对分子质量越大,沸点越高。②PbX2的熔点先降低后升高,其中PbF2为离子晶体,PbBr2、PbI2为分子晶体,可知依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。
均为分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大
[微点拨] 配位数:指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×” ,设NA为阿伏伽德罗常数的值)(1) 1 ml金刚石中含有C—C数目为4NA( )
(2)金刚石的晶胞中含有6个碳原子( )
[解析] 1 ml金刚石中C—C数目为2NA。
[解析]金刚石的晶胞中有8个碳原子。
[解析] NaCl中Na+的配位数是6,其中有4个Cl-构成一个正方形、Na+位于正方形中心处,另外2个Cl-位于正方形的正上方与正下方,从而形成了一个八面体。
(5)一个CsCl晶胞中含有8个Cl-( )(6)NaCl晶体中,任意一个Na+与其配位离子均可构成一个八面体( )
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填编号字母) ,其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于 晶体。
[解析]在金刚石晶胞中,每个碳原子可与周围4个碳原子形成共价键,将这4个碳原子连接起来后可以形成正四面体,体心有一个碳原子,所以图D为金刚石,中心碳原子与周围4个碳原子最近且距离相等;金刚石有共价键三维骨架结构,属于共价晶体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(2)其中代表石墨的是(填编号字母) ,其中每个正六边形占有碳原子数平均为 个。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(3)其中代表NaCl晶体的是(填编号字母) ,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有 个。
[解析]在NaCl晶胞中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围也有6个钠离子,所以图A为NaCl的结构,根据晶胞的结构,每个钠离子周围与它最近且距离相等的钠离子有12个。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(4)代表CsCl晶体的是(填编号字母) ,它属于 晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。
[解析] CsCl的晶胞中铯离子和氯离子的配位数都是8,即每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围也有8个铯离子,所以图C为CsCl的结构,属于离子晶体。
2.如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(5)代表干冰晶体的是(填编号字母) ,它属于 晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。
[解析]干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶角和面心上,以顶角上的CO2分子为例,与它距离最近的CO2分子分布在与该顶点相连的12个面的面心上,所以图B为干冰晶体。
1.我国科学家合成了富集 11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.氮化硼晶体有较高的熔、沸点 B.该晶体具有良好的导电性C.该晶胞中含有4个B原子,4个N原子 D.N原子周围等距且最近的N原子数为12
题组一 典型晶体结构分析
[归纳总结]判断某种粒子周围等距且紧邻的粒子数目时,要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中,Na+周围的Na+数目(Na+用“ ”表示):每个面上有4个Na+与中心Na+距离最近,共计12个。
题组二 晶胞结构的相关计算
1. β-MnSe的晶胞结构如图所示。(1)β-MnSe中Mn的配位数为 。 (2)若该晶体的晶胞参数为a pm,设阿伏伽德罗常数的值为NA。则距离最近的两个锰原子之间的距离为 pm, β-MnSe晶体的密度ρ= (列出表达式)g·cm-3。
2. (1)Cu与F形成的某化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu与F的最近距离为 pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中 为Cu, 为F)。
(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞结构如图乙所示。已知晶胞参数为0.545 nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
[归纳总结] 计算晶体密度的方法
如立方晶胞密度的计算:(其中①M为微粒的相对“分子”质量;②另外关于晶胞参数单位换算也需注意:1 m=10 dm=102 cm=103 mm=106 μm=109 nm=1012 pm;③密度公式中共有四个未知量:密度、微粒摩尔质量、晶胞体积、NA,知道3个可求另一个,因此可以围绕密度出现4种题型)
1.配位键(1)概念: 由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的 键。 如在[Cu(H2O)4]2+中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供 给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (2)表示配位键可以用A—B来表示,其中A是提供孤电子对的原子;B是接受孤电子对的原子。例如,[Cu(NH3)4]2+中的配位键表示为 。
2.配位化合物(1)定义:通常把 (称为中心离子或原子)与某些 (称为 )以 结合形成的化合物,简称配合物。
(2)配合物的组成及形成条件①配合物的组成配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。中心离子(或原子):一般是金属离子,特别是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的分子(或离子)的数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。
(3)配合物的形成举例
3.超分子(1)定义:由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的 。其中的分子是广义的,包括离子。 (2)重要特征:① ;② 。
题组一 配位键和配合物
2. (1)硼元素的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。①B2H6分子结构如图所示,则B原子的杂化方式为 。 ②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
[解析] ①根据B2H6分子的空间结构知,B原子的轨道向4个方向延伸,则其杂化方式为sp3;②氨硼烷(NH3BH3)中氮原子存在孤电子对,所以提供孤电子对的成键原子是N。
(2)C(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知C3+的配位数为6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行如下实验:在第一种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生白色沉淀,则第一种配合物的配体为 。在第二种配合物溶液中加入硝酸银溶液产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的配体为 。
[归纳总结] 判断配体及配位原子的方法(1)分析配合物的内界,提供孤电子对的离子或分子为配体,可以是中性分子或阴离子,如H2O、NH3、Cl-、OH-等。(2)分析配体的组成元素,一般是电负性较小的原子提供孤电子对。配位原子必须是含有孤电子对的原子,通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子,例如NH3中的N原子、H2O中的O原子等。
题组二 配合物的性质
1.已知CuCl2溶液中存在:[Cu(H2O)4]2+(蓝色) +4Cl- ⇌[CuCl4]2-(黄绿色)+4H2O。下列说法错误的是 ( )A.[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-中Cu2+的配位数均为4B.加一定量水时,溶液会变成蓝色C.加一定量氯化钠溶液,溶液一定变为黄绿色D.向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,会产生蓝色沉淀
[解析]从配离子[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-的组成可以看出,中心离子Cu2+分别与4个H2O、4个Cl-形成配位键,则Cu2+的配位数均为4,A正确;加一定量水时,溶液浓度减小,平衡逆向移动,则溶液会变成蓝色,B正确;氯化钠溶液中含有NaCl和水,若原溶液中加入NaCl,平衡正向移动,若加入水,平衡逆向移动,由于氯化钠溶液的浓度未知,所以无法确定平衡如何移动,也就不能确定平衡后溶液的颜色,C错误;向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,Cu2+会与OH-反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀,并不断促进两种配离子发生电离,D正确。
2. X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,X为元素周期表中半径最小的原子,Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,W基态原子的价层电子排布为3d104s1,X、Y、Z、W形成的阳离子如图所示,下列说法正确的是( )A.原子半径:Z>Y>XB.气态氢化物的稳定性:Y>ZC.加热时该离子首先失去的组分是X2ZD.两种配体中的键角:X2Z>YX3
[解析] X为元素周期表中半径最小的原子,则X是H;Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,则Z是O;基态W原子的价层电子排布为3d104s1,则W是Cu;图示阳离子中 代表H2O分子,因为Y的原子序数介于X(H)和Z(O)之间,且能形成3个单键,则Y是N。原子半径:N>O>H,A错误;元素的电负性:N
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