高三上册化学 晶体结构与性质 逐字稿-2,904字
师:各位同学,大家好,今天我们继续学习物质结构与性质的相关内容,复习晶体结构与性质。从高考考察内容看,这部分包括不同类型晶体的构成、微粒及微粒间相互作用力的考察;运用相关数据和理论解释晶体熔、沸点等性质的变化规律;计算晶胞中所含微粒个数,进而推断晶体组成。
科学家采用X射线衍射测定晶体结构,这张图是X射线衍射测定晶体结构的实验原理示意图,右边是现代实验室使用的X射线衍射仪。2015年,我国科学家屠呦呦因成功提取青蒿素获诺贝尔生理学或医学奖,我国科学家同样用X射线衍射测定出青蒿素的晶体结构,这是对世界科学的杰出贡献。
下面我们分析各种类型晶体的特征性质。晶体分为分子晶体、离子晶体、原子晶体(也叫共价晶体)和金属晶体。从构成微粒和粒子间相互作用力定义:分子晶体是分子通过分子间作用力结合形成;离子晶体是阴阳离子通过离子键结合形成;原子晶体是原子通过共价键结合形成;金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,相互作用力是金属键。我们从硬度、熔沸点、导电导热性三点认识这四类晶体的特征性质。
从硬度看,分子晶体硬度较小,离子晶体硬度较大,原子晶体硬度很大,金属晶体硬度有的很大,有的很小,取决于具体金属。熔沸点方面,分子晶体较低,离子晶体较高,原子晶体很高,如二氧化硅、金刚石等,金属晶体有的很高,如钨,有的很低,如钠。导电性上,分子晶体一般不导电,溶于水后有的导电;离子晶体本身不导电,在水溶液或熔融状态下导电;原子晶体一般不导电;金属晶体如铜、银等是电和热的良导体。
自然界或实验室中,所有非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有酸、绝大多数有机物属于分子晶体;金属氧化物、强碱、绝大部分盐属于离子晶体;部分非金属单质如金刚石、硅晶体、硼,部分非金属化合物如碳化硅、二氧化硅属于原子晶体;一般金属单质或合金是金属晶体。
这部分考察重点围绕物质熔沸点高低比较,有以下规律:
一般情况下,不同类型晶体熔沸点高低规律为原子晶体>离子晶体>分子晶体。如金刚石熔沸点高于氯化钠,氯化钠高于氯气。
形成原子晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,熔沸点越高。如金刚石、碳化硅、晶体硅,从金刚石到碳化硅到晶体硅,原子半径越来越大,键能越来越小,熔沸点越来越低,即金刚石>碳化硅>晶体硅。
离子晶体中离子间作用力由晶格能决定,阴阳离子电荷数越多,离子半径越小,晶格能越大,熔沸点越高。如氧化镁熔沸点高于氯化钠。
分子晶体熔沸点比较分四种情况:
相对分子质量差别不大时,能形成分子间氢键的物质,熔沸点一般较高。
组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,熔沸点越高。如碘化氢>溴化氢>氯化氢。
相对分子质量相等的分子,极性越大,熔沸点越高。如一氧化碳(极性分子)熔沸点高于氮气(非极性分子)。
同分异构体分子中支链越少,熔沸点越高。如正戊烷>异戊烷>新戊烷。
下面看两道近几年的高考题及模拟题:
某物质熔点为253K,沸点为376K,其固体属于什么晶体?从熔沸点看比较低,所以该固体属于分子晶体。
氧化锌的熔点比硫化锌高的原因是什么?这是文字陈述题。首先明确氧化亚铜和硫化亚铜都属于离子晶体,决定熔沸点的作用力是离子键,所以从晶格能角度分析。氧化亚铜与硫化亚铜相比,阳离子相同,阴离子所带电荷也相同,但氧离子半径小于硫离子半径,所以氧化亚铜的晶格能更大,熔点高。
接下来复习常见晶体的空间结构:
原子晶体:这是金刚石结构示意图,每个碳原子与四个碳原子直接相连,围绕中心原子的碳原子构成正四面体几何构型,每个碳原子杂化方式为SP3,碳 - 碳键键角为109度28分,碳原子形成的最小环状结构含6个碳原子。把金刚石中每个碳原子替换成硅原子形成晶体硅,每两个硅原子间插入一个氧原子形成二氧化硅。二氧化硅晶体中每个硅原子与4个氧原子成键,每个氧原子与2个硅原子成键,最小环为十二元环,硅氧四面体中中心是硅原子,1摩尔二氧化硅含4摩尔硅氧键。注意,二氧化硅是原子晶体,不存在单个二氧化硅分子,由原子构成。