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高三化学总复习《晶体结构》2

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高三化学总复习 基本理论基本理论 晶 体 结 构 观察1 细细品味,慢慢数数。 面 数 顶点数 棱 数 6 12 12 30 30 探索1 好好想想,找出联系。 4+4-6 6+8-12 8+6-12 12+20-30 20+12-30 规律1 总结归纳,叙述规律。 面数+顶点数- 棱数=2欧拉定律! 适用范围:凸多面体 四、正多面体的数学特征 4 6 8 12 20 4 8 6 20 12 观察2 各种正多面体中每条棱被几个面共用? 探索2 各种正多面体中二面角的度数必须满足什么条件? 每条棱被2个面共用 双面角 (资料) 70°32′ 90° 109°28′ 116°34′ 138°12′ 规律2凸多面体双面角必小于180°! 四、正多面体的数学特征 观察3 面的边数 会聚于顶点 的棱数 3 3 4 3 5 探索3 正多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形? 可否是正六边形或正七边形等?为什么? 规律3 凸多面体每一个顶点的面角之和必须小于360°! 正多面体每一个面只能是正三角形或正方形或正五边形! 顶点的面角 之和 四、正多面体的数学特征 3×60° 3 ×90° 4×60° 3×108° 5×60° 3 4 3 5 3 SF6是一种无色气体,具有很强的稳定性,可用于灭火。SF6 的分子结构下图所示,呈正八面体型。如果F元素有两种稳 定的同位素,则SF6的不同分子种数为 。 F F F F F F S 分析 设F元素两种稳定的同位素为A和B,则6 个F原子的组合有几种? A6 A5B A4B2 A3B3 A2B4 AB5 B6 它们在正八面体顶点上的分布方式分别有 几种? 1种 1种 七种 10 2种 2种 2种1种 1种 A A A A S A A A A A A S A A A A A A S A A A A S 等边三角形 等腰直角三角形 A A B B A A B B B B B B B B 想想: 下图是十二面体烷的空间构型,写出它的化学式并计算 它的一氯取代物和二氯取代物的数目。 化学式:C20H20 一氯取代物:1种 二氯取代物:5种 练练:单质硼有无定形和晶体两种,参考下列数据: (1)晶体硼的晶体类型属于 晶体。 (2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面 体(如图所示),其中有二十个等边三角形的面和一定数 目的顶点,每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推 算得出此基本结构单元是由 个硼原子构成; 共有 个B-B键,其中B-B键的键角为 。 金刚刚石 晶体硅 晶体硼 熔点(K)382316832573 沸点(K)510026282823 硬度 (Moh) 107.09.5 原子 12 3060° 想想: SiC是原子晶体,其结构类似金刚石,为C、Si两原子依 次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个 中心重合,各面分别平行的大小两个正方体,其中心为一 个硅原子,试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的C的 位置,在大正方体的棱上画出与该Si最近的Si的位置。 SiC 通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的 键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可以估算化学反 应的反应热(△H),化学反应的△H等于反应中断裂旧化学 键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。 化学键 Si- O Si- Cl H- H H- Cl Si- Si Si- C 键能 /kJ·mol-1 460360436431176347 请回答下列问题: (1)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”) SiC______Si;SiCl4_________SiO2 (2)右图立方体中心的“●”表示硅晶体中 的一个原子,请在立方体的顶点用“●”表 示出与之紧邻的硅原子。 (3)工业上用高纯硅可通过下列反应制 取:SiCl4(g)+2H2(g) = Si(s)+4HCl(g) 该反应的反应热△H= _____________kJ/mol 碘元素有多种价态,可以形成多种含氧阴离子IxOyn-。由 两个IO62-正八面体共用一个面形成的IxOyn-的化学式为 A、I2O94- B、I2O106- C、I2O118- D、I2O1210- 例、已知氯化铝的熔点为90℃(2.02×105Pa) , 但它在180℃即开始升华。 (1)氯化铝是 (填“离子化合物”或“共价化合 物”)。 (2)在500K和1.01×105Pa时,它的蒸气密度(换 算成标准状况时)为11.92g/L,且已知它的结构 中还含有配位键,氯化铝的化学式为 ,结构式为 。 (3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”,其原 因是 。 (4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还 是共价化合物? 例.已知LiI晶体结构为NaCl型,实验测得Li+和I-最邻近的距 离为3.02×10-10m,假定Li+和I-都是刚性球。试回答下列各问: ⑴欲计算得到Li+和I-的近似半径,你还须做何假设? ⑵计算的Li+、I-近似半径⑶若用另一方法测得Li+的半径为 6.0×10-11m~6.8×10-11m,试验证你的假设是否正确。 b c a ⑶由于离子间并非接触,即:3.02×10- 10R++R- R+MgCl2NaClKClKBr 原子晶体:比较共价键强弱(看键能和键长) 金刚石(C) 水晶(SiO2) SiC Si 分子晶体:比较分子间力 1)组成和结构相似时,分子量越大熔沸点越高 F2异戊烷新戊烷 金属晶体:比较金属键,熔沸点同族从上到下减小,同周期 从左到右增大。LiNaKRbCs ;Na离子晶体分子晶体 (金属晶体的熔沸点有的很高,如钨、铂等;有的则很低, 如汞等) [例1]右图为NaCl晶胞的结构示意图。它向三 维空间延伸得到完美晶体。试回答: (1)一个NaCl晶胞中有 个 Na+,有 个Cl-。 (2)一定温度下,用X射线衍射法测得晶胞的 边长为a cm,求该温度下NaCl晶体的密度。 (3)若NaCl晶体的密度为ρg/cm3,则 NaCl晶 体中Na+与Na十之间的最短距离是多少? 8×1/8+6×1/2=4 1+12×1/4=4 ρ=m/V=n·M/V=58.5 × 4/(NA·a3) (二)晶体密度、粒子间距离的计算(二)晶体密度、粒子间距离的计算 [例2]右图为NaCl晶胞结构,已知FexO晶体晶胞结构为 NaCl型,由于晶体缺陷,x值小于1。测知FexO晶体的 密度为ρ=5.71g/cm3,晶胞边长为4.28×10-10m。 (1) FexO中的x值(精确至0.01)为 ; (2)晶体虽的Fen+分别为Fe2+和Fe3+, 在Fe2+和Fe3+的总数中, Fe2+所占分数 (用小数表示)为 ; (3)此晶体的化学式为 ; (4)与某个Fe2+或Fe3+距离最近且距离相等的O2-离 子围成的空间几何形状是 ; (5)在晶体中铁元素的离子间最短距离为 m。 0.92 0.826 正八面体 3.03×10-10 Fe0.762+Fe0.163+O [例3]金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方 ,即在立方体的8个顶点上各有一个金原子,各个面的 面心上各有一个金原子(如图),每个金原子被相邻 的晶胞共用。金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗 常数,M表示金的摩尔质量。 (1)金晶体中每个晶胞中含有 个金原子; (2)欲计算一个晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球 外,还应假定 。 (3)一个晶胞的体积是多少? (4)金晶体的密度是多少? 4 在立方体各个面的对角线上3个金原子彼 此两两相切 (三)晶体中点、线、面的关系(三)晶体中点、线、面的关系 [例1] C60是碳单质家族中的新成员,已知每个碳 原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方 式计算C60分子中存在 ________条C—C单键; ________条C=C双键? 分析:碳原子的成键方式:每个碳原子通过4条共 价键与其它原子成键。其成键方式图为: 由图可以看出:每个C—C单键为2个 碳原子所拥有,故每个碳原子占有 2×1/2=1条C-C单键,分子中共有 1×60=60条C—C单键;每个C=C双键 为2个碳原子所拥有,故每个碳原子 占有1×1/2=1/2条C=C双键,分子中 共有1/2×60=30条C=C双键。 60 30 [例2] 石墨晶体的层内结构如图所示,每一层由无数 个正六边形构成,则: (1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为 ; (2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比 是 ; (3)ng碳原子可构成 个正六边形。 每个碳原子为三个正六边形共用, 每个正六边形的碳原子数为6×1/3 = 2 2 又每个正六边形所占的C-C键数为: 6×1/2 = 3 ∴碳原子数与碳一碳化学键之比是2∶3 2∶3 (n/12)·NA 2 面 数 顶点数 棱 数 6 12 12 30 30 4+4-6 6+8-12 8+6-12 12+20-30 20+12-30 规律1 总结归纳,叙述规律。 面数+顶点数- 棱数=2欧拉定律! 适用范围:凸多面体 七、正多面体的数学特征 4 6 8 12 20 4 8 6 20 12 SF6是一种无色气体,具有很强的稳定性,可用于灭火。SF6 的分子结构下图所示,呈正八面体型。如果F元素有两种稳 定的同位素,则SF6的不同分子种数为 。 F F F F F F S 分析 设F元素两种稳定的同位素为A和B,则6 个F原子的组合有几种? A6 A5B A4B2 A3B3 A2B4 AB5 B6 它们在正八面体顶点上的分布方式分别有 几种? 1种 1种 七种 10 2种 2种 2种1种 1种 A A A A S A A A A A A S A A A A A A S A A A A S 等边三角形 等腰直角三角形 A A B B A A B B B B B B B B 想想: 下图是十二面体烷的空间构型,写出它的化学式并计算 它的一氯取代物和二氯取代物的数目。 化学式:C20H20 一氯取代物:1种 二氯取代物:5种 练练:单质硼有无定形和晶体两种,参考下列数据: (1)晶体硼的晶体类型属于 晶体。 (2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面 体(如图所示),其中有二十个等边三角形的面和一定数 目的顶点,每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推 算得出此基本结构单元是由 个硼原子构成; 共有 个B-B键,其中B-B键的键角为 。 金刚刚石 晶体硅 晶体硼 熔点(K)382316832573 沸点(K)510026282823 硬度 (Moh) 107.09.5 原子 12 3060° 想想: SiC是原子晶体,其结构类似金刚石,为C、Si两原子依 次相间排列的正四面体型空间网状结构。如图所示为两个 中心重合,各面分别平行的大小两个正方体,其中心为一 个硅原子,试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的C的 位置,在大正方体的棱上画出与该Si最近的Si的位置。 SiC 通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的 键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可以估算化学反 应的反应热(△H),化学反应的△H等于反应中断裂旧化学 键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。 化学键 Si- O Si- Cl H- H H- Cl Si- Si Si- C 键能 /kJ·mol-1 460360436431176347 请回答下列问题: (1)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”) SiC______Si;SiCl4_________SiO2 (2)右图立方体中心的“●”表示硅晶体中 的一个原子,请在立方体的顶点用“●”表 示出与之紧邻的硅原子。 (3)工业上用高纯硅可通过下列反应制 取:SiCl4(g)+2H2(g) = Si(s)+4HCl(g) 该反应的反应热△H= _____________kJ/mol 碘元素有多种价态,可以形成多种含氧阴离子IxOyn-。由 两个IO62-正八面体共用一个面形成的IxOyn-的化学式为 A、I2O94- B、I2O106- C、I2O118- D、I2O1210- 例、已知氯化铝的熔点为90℃(2.02×105Pa) , 但它在180℃即开始升华。 (1)氯化铝是 (填“离子化合物”或“共价化合 物”)。 (2)在500K和1.01×105Pa时,它的蒸气密度(换 算成标准状况时)为11.92g/L,且已知它的结构 中还含有配位键,氯化铝的化学式为 ,结构式为 。 (3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”,其原 因是 。 (4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还 是共价化合物? 一定压强和温度下,取两份等体积氟化氢气体,在 35℃和90 ℃时测得其摩尔质量分别为40.0g/mol和 20.0g/mol。 (1)35 ℃,氟化氢的化学式为________ (2)不同温度下摩尔质量不同的可能原因是 ____________ (1)(HF)2 (2)在较底温度下HF以氢键结合而成(HF)n, 随着温度的升高,氢键不断被破坏。 例.已知LiI晶体结构为NaCl型,实验测得Li+和I-最邻近的距 离为3.02×10-10m,假定Li+和I-都是刚性球。试回答下列各问: ⑴欲计算得到Li+和I-的近似半径,你还须做何假设? ⑵计算的Li+、I-近似半径⑶若用另一方法测得Li+的半径为 6.0×10-11m~6.8×10-11m,试验证你的假设是否正确。 b c a ⑶由于离子间并非接触,即:3.02×10- 10R++R- R+8.80×10-11m 所以假设成立。 解:⑴由于阴阳离子半径为“接触”半径, 所以还必须假设离子间相接触。 ⑵在上述假设下,联想晶胞结构,并取其 一个面来观察,得如右图所示关系:在 △abc中,因ac= ×2×3.02×10-10m=4R- R- =2.14×10-10m 故R+=8.80×10-11m 例、(1)中学教材上图示了NaCl晶体结构,它向三维空间延伸 得到完美晶体。 NiO(氧化镍)晶体的结构与NaCl相同,Ni2+ 与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm,计算NiO晶体的密度(已 知NiO的摩尔质量为74.7g·mol-1). (2)天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷,例如 在某种NiO晶体中就存在如右图所示的缺陷: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 .PCl5是一种白色晶体,加热到160℃时可不经过液态阶段就直接变 成了蒸汽。测知180℃时的蒸汽密度(折合成标准状况)为9.3g·L- 1,分子没有极性,P─Cl键长为204pm和211pm两种。继续加热到 250℃时测知压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于148℃液化,形 成一种能导电的熔体,测知P─Cl的键长为198pm和206pm两种。回 答下列问题: (1)、180℃时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。 (2)、250℃时的PCl5蒸汽中存在的分子的化学式。 (3)、PCl5熔体为什么能导电?试给出解释。 (4)、PBr5气态分子的结构与PCl5相似,它的熔体也能导电,经测 定知其中只存在一种P─Br键长,PBr5熔体为何能导电?试给出简 洁的解释。 PCl5 PCl3、Cl2 2PCl5=PCl4+ + PCl6- PBr5 = PBr4+ + Br-
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