2019新人教版高中化学选择性必修二第三章重点知识点归纳总结（晶体结构与性质）

第三章晶体结构与性质第一节物质的聚集状态与晶体的常识一、物质的聚集状态1、20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。2、20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。3、气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。4、其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。二、晶体与非晶体1、晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无原子排列相对无序2、获得晶体的途径(1)实验探究实验内容实验操作及现象加热自然冷却获取硫黄晶体硫黄粉――→熔融态硫――――→淡黄色的菱形硫黄晶体获取碘晶体加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒获取氯化钠晶体在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒1(2)获得晶体的三条途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中析出。3、晶体的特性(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。(3)固定的熔点。4、晶体与非晶体的测定方法测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点测定方法可靠方法对固体进行X射线衍射实验三、晶胞1、概念描述晶体结构的基本单元。2、晶胞与晶体的关系一般来说，晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。3、晶胞中粒子数目的计算（蒲公英语）(1)铜晶胞①位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。②位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。11因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是8×＋6×＝4。82(2)NaCl晶胞2①Cl－位于顶点和面心，共有4个。②Na＋位于棱上和体心，共有4个。四、晶体结构的测定1、常用仪器：X射线衍射仪。2、测定过程：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 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。3、作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。第二节分子晶体与共价晶体一、分子晶体（一）分子晶体的概念与性质1、分子晶体的概念只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。2、分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用3、常见的典型分子晶体(1)所有非金属氢化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。(2)部分非金属单质：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。(3)部分非金属氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。4、分子晶体的物理性质(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。(2)分子晶体不导电。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。5、分子晶体的判断方法(1)依据物质的类别判断部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断3组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(3)依据物质的性质判断分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。6、分子晶体熔、沸点高低的判断(1)组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。(2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。(4)对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞＞。(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。（二）典型的分子晶体的结构和性质1、分子晶体的结构特征比较项目分子密堆积分子非密堆积微粒间作用力范德华力范德华力和氢键通常每个分子周围有12个紧每个分子周围紧邻的分子数小于12个，空间特点邻的分子空间利用率不高举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2、常见分子晶体的结构分析(1)冰晶体①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，4超过4℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。(2)干冰①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C==O共价键，分子间存在范德华力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)。②性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。二、共价晶体（一）共价晶体概念及性质1、共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念：相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。(2)构成微粒及微粒间作用(3)物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。2、常见共价晶体及物质类别(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。（二）常见共价晶体结构分析1、金刚石晶体5金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是六元环。2、二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。(2)低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。第三节金属晶体与离子晶体一、金属键与金属晶体1、金属键(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为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，从而把所有的金属原子维系在一起。(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。(3)金属键的强弱和对金属性质的影响①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。特别提醒：金属键没有方向性和饱和性。62、金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。二、离子晶体1、离子键及其影响因素(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。特别提醒：离子键没有方向性和饱和性。2、离子晶体及其物理性质(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)离子晶体的性质①熔、沸点较高，硬度较大。②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。3、常见离子晶体的结构(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。234－③若晶胞参数为apm，则氯化钠晶体的密度为g·cm3。3－30NA·a×10(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。回答下列问题：①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有6个，构成正八面体。7②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有1个，Cl－有1个。168.5－③若晶胞参数为apm，则氯化铯晶体的密度为g·cm3。3－30NA·a×10三、过渡晶体与混合型晶体1、过渡晶体(1)四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体。(2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越小，其中作为离子晶体处理的是Na2O、MgO；作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2；作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。2、混合型晶体——石墨(1)结构特点——层状结构①同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。②层与层之间以范德华力相结合。(2)晶体类型石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。(3)物理性质：①导电性，②导热性，③润滑性。四、晶体类型的比较1、四种晶体的比较晶体分子晶体离子晶体金属晶体共价晶体构成微粒分子阴、阳离子金属离子、自由电子原子范德华力(少数微粒间作用力离子键金属键共价键有氢键)熔、沸点较低较高一般较高很高硬度小略硬而脆一般较大很大溶解性相似相溶多数溶于水不溶，有些与水反应不溶机械加性质不良不良良好不良工性能固态、液态均固态时不导电，熔大部分固态、熔融导电性不导电，部分融时导电，能溶于固态、熔融态时导电时都不导电溶于水时导电水的溶于水时导电8组成和结构相金属原子的价电子共价键键长短(电离子所带电荷数似的分子，相数多、半径小的金属子云重叠多)、原作用力大小规律多、半径小的离子对分子质量大离子与自由电子间子半径小的共价键强的范德华力大的作用力强键稳定2、晶体类型的判断方法(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。(2)依据物质的分类判断①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。④金属单质(除汞外)与合金均属于金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度；共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度；分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。(4)依据导电性判断离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电；共价晶体一般为非导体，但晶体硅能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。第四节配合物与超分子一、配合物1、配位键(1)概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的化学键，即“电子对9给予—接受”键。(2)表示方法：配位键常用A—B表示，其中A是提供孤电子对的原子，叫给予体，B是接受孤电子对的原子，叫接受体。＋＋如：H3O的结构式为；NH4的结构式为。(3)形成条件：形成配位键的一方(如A)是能够提供孤电子对的原子，另一方(如B)是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子。①孤电子对：分子或离子中，没有跟其他原子共用的电子对就是孤电子对。如、、分子中中心原子分别有1、2、3对孤电子对。含有孤电子对的微粒：分子如CO、NH3、H2O等，－－－离子如Cl、CN、NO2等。②含有空轨道的微粒：过渡金属的原子或离子。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目基本上是固定的，如Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等。2、配合物(1)概念：通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。(2)组成：配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示：①中心原子：提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。－②配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。4－2＋③配位数：直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]中Fe的配位数为6。(3)常见配合物的形成实验实验操作实验现象有关离子方程式2＋滴加氨水后，试管中首先出现蓝Cu＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋＋色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐2NH4、Cu(OH)2＋4NH3===2＋－2＋溶解，得到深蓝色的透明溶液，[Cu(NH3)4]＋2OH、[Cu(NH3)4]＋乙醇滴加乙醇后析出深蓝色晶体2－SO4＋H2O=====[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓103＋－溶液变为红色Fe＋3SCN===Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，试管中出现Ag＋＋Cl－===AgCl↓、AgCl＋白色沉淀，再滴加氨水后沉淀＋－2NH3===[Ag(NH3)2]＋Cl溶解，溶液呈无色(4)配合物的形成对性质的影响①对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水－－－－－中，或依次溶解于含过量的OH、Cl、Br、I、CN的溶液中，形成可溶性的配合物。如Cu(OH)2＋2＋－4NH3===[Cu(NH3)4]＋2OH。②颜色的改变：当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色。③稳定性增强配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心离子的金属离子相2＋2＋同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe与CO分子形成的配位键比Fe与O2分2＋子形成的配位键强，因此血红素中的Fe与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。二、超分子1、定义：超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。特别提醒：(1)超分子定义中的分子是广义的，包括离子。(2)超分子有的是有限的，有的是无限伸展的。2、超分子的两个重要特征是分子识别和自组装。11