高三化学晶体类型与性质人教版知识精讲

高三化学高三化学晶体类型与性质晶体类型与性质人教版人教版 同步教育信息同步教育信息 一 本周教学内容 晶体类型与性质 二 重点 难点 1 使学生了解离子晶体 分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点 2 使学生理解离子晶体 分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系 3 使学生了解分子间作用力对物质物理性质的影响 4 常识性介绍氢键及其物质物理性质的影响 三 具体内容 一 晶体 固体可以分为两种存在形式 晶体和非晶体 晶体的分布非常广泛 自然界的固体物质中 绝大多数是晶体 气体 液体和非晶体 在一定条件下也可转变为晶体 晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体 晶体中原子或分子在空间 按一定规律周期性重复的排列 从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的 而且具有 固定的熔点和规则的几何外形 二 晶体结构 1 几种晶体的结构 性质比较 晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体 定义 阴阳离子间通过 离子键形成的晶 体 分子间通过分子间作 用力形成的晶体 相邻原子间通过共 价键结合而成的立 体网状的晶体 由金属阳离子和 自由电子间相互 作用形成的晶体 构成粒子阴 阳离子分子原子 金属离子 自由 电子 粒子间作用 力 离子键分子间力共价键金属键 代表物 NaCl NaOH MgSO4 干冰 I2 P4 H2O 金刚石 SiC 晶体 硅 SiO2 镁 铁 金 钠 物理性质 硬度较大 熔点 沸点较高 多数 易溶于水等极性 溶剂 熔化或溶 于水时能导电 硬度小 熔点 沸点 低 相似相溶 熔化 时不导电 其水溶液 可导电 硬度大 熔点 沸 点高 难溶解 有 的能导电 如晶体 硅 但金刚石不导 电 硬度差异较大 熔点 沸点差异 较大 难溶于水 钠 钙等与水 反应 晶体导 电 熔化时也导 电 决定熔点 沸点高主要 因素 离子键强弱分子间作用力大小共价键强弱金属键强弱 2 几种典型的晶体结构 1 NaCl 晶体 如图 1 每个 Na 周围有 6 个 每个周围有 6 个 Na 离 Cl Cl 子个数比为 1 1 2 CsCl 晶体 如图 2 每个周围有 8 个 Cs 每个 Cs 周围有 8 个 距 Cl Cl 离 Cs 最近的且距离相等的 Cs 有 6 个 距离每个最近的且距离相等的也有 6 个 Cl Cl Cs 的离子个数比为 1 1 Cl 3 金刚石 如图 3 每个碳原子都被相邻的四个碳原子包围 以共价键结合成为 正四面体结构并向空间发展 键角都是 109 28 最小的碳环上有六个碳原子 4 石墨 如图 4 5 层状结构 每一层内 碳原子以正六边形排列成平面的网 状结构 每个正六边形平均拥有两个碳原子 片层间存在范德华力 是混合型晶体 熔点 比金刚石高 5 干冰 如图 6 分子晶体 每个 CO2分子周围紧邻其他 12 个 CO2分子 6 SiO2 原子晶体 空间网状结构 Si 原子构成正四面体 O 原子位于 Si Si 键 中间 SiO2晶体中不存在 SiO2分子 只是由于 Si 原子和 O 原子个数比为 1 2 才得出二 氧化硅的化学式为 SiO2 3 离子晶体化学式的确定 确定离子晶体的化学式实际上是确定晶体中粒子个数比 其方法如下 1 处于顶点的粒子 同时为 8 个晶胞所共有 每个粒子有 1 8 属于该晶胞 2 处于棱上的粒子同时为 4 个晶胞共有 每个粒子有 1 4 属于该晶胞 3 处于面心上的粒子 同时为 2 个晶胞共有 每个粒子有 1 2 属于该晶胞 4 处于晶胞体心的粒子 则完全属于该晶胞 4 判断晶体类型的方法 1 依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断 离子晶体的晶格质点是阴 阳离子 质点间的作用是离子键 原子晶体的晶格质点是 原子 质点间的作用是共价键 分子晶体的晶格质点是分子 质点间的作用为分子间作用 力 即范德华力 金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子 质点间的作用是金属键 2 依据物质的分类判断 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 除金刚石 石墨 晶体硅 晶体硼外 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 常见的原子 晶体单质有金刚石 晶体硅 晶体硼等 常见的原子晶体化合物有碳化硅 二氧化硅等 金属单质 除汞外 与合金是金属晶体 3 依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高 常在数百至 1000 余度 原子晶体熔点高 常在 1000 度至几千 度 分子晶体熔点低 常在数百度以下至很低温度 金属晶体多数熔点高 但也有相当低 的 4 依据导电性判断 离子晶体水溶液及熔化时能导电 原子晶体一般为非导体 但石墨能导电 分子晶体 为非导体 而分子晶体中的电解质 主要是酸和强非金属氢化物 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 原子晶体硬度大 分子晶体硬度小且较脆 金属晶体 多数硬度大 但也有较低的 且具有延展性 三 分子间作用力和氢键 1 分子间作用力 分子间作用力又叫范德华力 是分子与分子之间微弱的相互作用 它不属于化学键范 畴 分子间作用力广泛存在于分子与分子之间 由于相互作用很弱 因此只有分子与分子 充分接近时 分子间才有作用力 2 氢键 氢键是在分子间形成的 该分子中必须含有氢原子 且另一种原子吸引电子的能力很 强 具体有 F O N 三种元素 只有这样才能形成氢键 常见的能形成氢键的分子主要 有 HF H2O NH3等 氢键的实质也是静电作用 氢键的强度比分子间作用力稍强 但比化学键弱的多 它 仍不属于化学键范畴 氢键对物质熔 沸点的影响结果是使物质的熔点和沸点均升高 例如 H2O 和 H2S 的组 成与结构相似 相对分子质量 H2S H2O 若仅以分子间作用力论 H2S 的熔 沸点应大于 H2O 可实际上 H2O 在常温状态下是液态 而 H2S 在通常状态下是气态 说明 H2O 的熔 沸点比 H2S 高 原因就是 H2O 分子中存在 H O 键 四 四种晶体熔 沸点对比规律 1 离子晶体 结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中 离子半径小 或阴 阳离子半径之和越小的 键能越强的熔 沸点就越高 如 NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl 等的熔 沸点依次降低 离子所带电荷大的熔点较高 如 MgO 熔点高于 NaCl 2 分子晶体 在组成结构均相似的分子晶体中 式量大的分子间作用力就大熔点也高 如 F2 Cl2 Br2 I2和 HCl HBr HI 等均随式量增大 熔 沸点升高 但结构相似的 分子晶体 有氢键存在熔 沸点较高 3 原子晶体 在原子晶体中 只要成键原子半径小 键能大的 熔点就高 如金刚石 金刚砂 碳化硅 晶体硅的熔 沸点逐渐降低 4 金属晶体 在元素周期表中 主族数越大 金属原子半径越小 其熔 沸点也就越高 如 IIIA 的 Al IIA 的 Mg IA 的 Na 熔 沸点就依次降低 而在同一主族中 金属原子半 径越小的 其熔沸点越高 典型例题典型例题 一 基本概念题型 这种题型主要是考查基本概念的掌握情况 因此如果概念清楚 熟悉题中所说的各种 情况是容易做对的 这种题型在化学试卷中常以 判断发散 或 组合发散 的题型出现 例 1 关于晶体的下列说法正确的是 A 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 答案 答案 A 解析 解析 A 正确 B 不正确 在金属晶体中含金属阳离子而不含阴离子 C 不正确 金 属钨的熔点比有的原子晶体高 D 不正确 单质汞在常温下为液态 而分子晶体碘 硫在 常温下为固态 例 2 下列说法中 正确的一组是 两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键 两种非金属元素原子间形成的化学键都是极性键 含有极性键的化合物分子一定不含非极性键 只要是离子化合物 其熔点就比共价化合物的熔点高 离子化合物中可能含有共价键 分子晶体中的分子不含有离子键 分子晶体中的分子内一定有共价键 原子晶体中一定有非极性共价键 A B C D 答案 答案 C 解析 解析 错 因为 H2O2中含有 O O 非极性键 对 错 如酒精 C2H5OH 分子中既含极性键 又含非极性键 错 如由共价化合物构成的原子晶体的熔点可能比 由离子化合物构成的离子晶体的熔点高 对 若离子化合物中的某种离子由两种或两种 以上元素组成 如 NH4 等 则其离子内部有共价键 对 分子晶体的晶格质点 OH 是分子 分子间只有分子间作用力 分子内除稀有气体外 都只有共价键 错 稀有气 体分子是原子分子 无任何化学键 错 原子晶体分为两大类 一类是由单质组成的原 子晶体 如金刚石 晶体硅 含非极性键 一类是由两种原子形成的原子晶体 如金刚砂 SiC 石英 SiO2 含极性键 例 3 2000 全国 下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型 的是 A 食盐和蔗糖熔化 B 钠和硫熔化 C 碘和干冰升华 D 二氧化硅和氧化钠熔化 答案 答案 C 解析 解析 根据构成晶体的粒子种类以及它们之间的相互作用不同来判断 A 食盐为离子晶体 熔化时破坏的是离子键 蔗糖为分子晶体 熔化时破坏的是分 子间作用力 B 钠为金属晶体 熔化时破坏的是金属键 硫为分子晶体 熔化时克服分子间作用 力 C 碘和干冰同为分子晶体 熔化时克服分子间作用力 D 二氧化硅为原子晶体 熔化时破坏的是共价键 氧化钠为离子晶体 熔化时破坏 的是离子键 A B D 选项中各对物质均不属于同类晶体 其粒子间的相互作用也就不属于同一类 型 选项 C 中碘和干冰均属于分子晶体 它们升华时 克服的是很弱的分子间作用力 属 于同种类型 二 判断物质熔 沸点高低的题型 做这种题型须掌握物质熔 沸点高低规律 掌握了这个规律 这类题型是容易做对的 下面我们给出了物质熔 沸点高低的规律 可供同学们参考 1 不同类型晶体 一般而言 熔 沸点高低顺序为 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体 少数除外 分子晶体 注 注 金属晶体的熔 沸点差异很大 有的很高 如钨 达 3000 多度 铂等 有的则 很低 如汞 铯等 所以金属晶体与其他晶体比较时 要注意 2 同类型晶体 1 原子晶体的熔 沸点取决于共价键的键长和键能 键能越大 键长越短 共价键 越强 熔沸点越高 如金刚石 金刚砂 晶体硅 有时键能的大小 键长的长短是可直接 通过形成共价键的非金属原子的元素非金属性做判断的 2 离子晶体的熔 沸点取决于离子键的强弱 一般来说 离子半径越小 离子电荷 数越多 离子键越强 熔 沸点越高 如 KF KCl KBr 3 分子晶体的熔 沸点取决于分子间作用力的大小 对于组成和结构相似的分子晶 体 随相对分子质量的增大 分子间作用力也增大 熔 沸点升高 如 I2 Br2 Cl2 F2 O2 N2 组成相似的分子 当分子有极性时比分子非极性时分子间作用 力大 熔 沸点也就高 如 SO2 CO2 4 同类金属晶体中 金属离子半径越小 阳离子所带的电荷数越高 金属键越强 其熔 沸点就越高 如 Li Na K Rb Cs Na Mg Al 等 合金的熔 沸点低于其中 纯金属的熔 沸点 例 4 下列物质的熔 沸点高低顺序中 正确的是 A 金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅 B CI4 CBr4 CCl4 CH4 C MgO O2 N2 H2O D 金刚石 生铁 纯铁 钠 答案 答案 B 解析 解析 A 项中 同属原子晶体 熔 沸点高低 主要看共价键强弱 显然晶体硅 碳 化硅 错误 B 项中 同为组成结构相似的分子晶体 熔 沸点高低取决于相对分子质量 大小 正确 C 项中 对于不同晶型熔 沸点高低一般为 原子晶体 离子晶体 分子晶 体 但 H2O O2 N2 错误 D 项中 生铁为铁合金 熔点低于纯铁 错误 三 有关晶体结构的题型 这种题型是一个难点 最重要的是培养空间想象能力 常考查的晶体的结构就是 NaCl 晶体 CsCl 晶体 干冰晶体 金刚石晶体和石墨晶体 关于它们的晶体结构前面已描述 要想很好地解决这类问题 我们必须掌握晶体模型中微粒的平均分配规律 晶体是由晶胞组成的 晶胞是整个晶体中最小的结构重复单位 每个晶胞中微粒的平均分 配规律为 1 体心内的微粒为一个晶胞所有 这个微粒完全属于这个晶胞 2 面心上的微粒为两个晶胞共有 每个微粒有 1 2 属于这个晶胞 3 棱边上的微粒为四个晶胞共有 每个微粒有 1 4 属于这个晶胞 4 顶点上的微粒为八个晶胞共有 每个微粒有 1 8 属于这个晶胞 以上规律适用于晶体结构为立方体型的 其他构型的情况可按此原理推导 如例 6 例 5 计算一个 NaCl 晶胞中含 的个数 Na Cl 答案 答案 见解析 解析 解析 NaCl 晶胞中体心内有一个 Na 完全属于这个晶胞 12 条棱上各有一个 Na 故 Na 个数为 1 12 1 4 4 个 在 8 个顶点各有一个 6 个面上各有一个 故 Cl Cl 个数为 8 1 8 6 1 2 4 个 大家一定要深刻领会晶胞的概念 同时结合空间想 Cl 象力准确分析出 NaCl CsCl 的晶胞构型 例 6 如图 晶体硼 晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶 体 其中含有 20 个等边三角形和一定数目的顶角 每个顶角上各有 1 个原子 回答 这个 基本结构单元是由 个硼原子组成 键角是 度 共含有 个 B B 键 答案 答案 见解析 解析 解析 因为每一个顶角为 5 个三角形共有 所以顶角数即硼原子个数 为 20 3 1 5 12 个 因为每个面都是等边三角形 所以键角是 60 度 每一条边为 2 个面 共有 故 20 个三角形所含有的边数即 B B 键数 为 20 3 1 2 30 个 例 7 1999 年全国高考 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 如图 Ni2 与最邻近 O2 的核间距离 为 a 10cm 计算 NiO 晶体的密度 已知 NiO 的摩尔质量为 74 7 g mol 1 2 天然 8 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 晶体中就存在如图所示的 缺陷 一个 Ni2 空缺 另有两个 Ni2 被两个所取代 其结果晶体仍呈电中性 但化 3 Ni 合物中 Ni 和 O 的比值却发生了变化 某氧化镍样品组成为 试计算该晶体中ONi 97 0 Ni3 与 Ni2 的离子数之比 答案 答案 见解析 解析 解析 1 1 cm3中阴 阳离子总数 3 8 10 00 1 cma cm 1cm3中 Ni2 O2 离子对数 2 1 10 00 1 3 8 cma cm 密度 3123 133 8 a 0 62 mol1002 6 2 molg 7 74cm cm10a cm00 1 g cm 3 说明 说明 列式不化简不扣分 式中 02 1023mol 1用符号 N 代入 即 密度 A 133 8 N2 molg 7 74cm cm10a cm00 1 2 设 1 mol Ni0 97O 中含 Ni3 xmol Ni2 为 0 97 mol 根据电中性 3xmol 2 0 97 mol 2 1mol 0 06 Ni2 为 0 97 mol 0 91mol 离子数之比 Ni3 Ni2 0 06 0 91 6 91 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 含有非极性键的离子化合物是 A C2H2 B Na2O2 C D CaC2 SNH 24 2 下列物质的熔 沸点高低顺序正确的是 A 金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅 B CI4 CBr4 CCl4 CH4 C MgO H2O O2 N2 D 金刚石 生铁 纯铁 钠 3 有下列两组命题 A 组B 组 H I 键键能大于 H Cl 键键能 HI 比 HCI 稳定 H I 键键能小于 H C1 键键能 HCl 比 HI 稳定 HI 分子间作用力大于 HCl 分子间作用力 HI 沸点比 HCl 高 HI 分子间作用力小于 HCl 分子间作用力 HI 沸点比 HCl 低 B 组中命题正确 且能用 A 组命题加以正确解释的是 A B C D 4 据报道 科研人员应用电子计算机模拟出类似 C60的物质 N60 试推测出该物质不可 能具有的性质是 A N60易溶于水 B 稳定性 N60N2 D 熔点 N60 N2 5 下列说法正确的是 NA为阿伏加德罗常数 A 124 g P4含有 P P 键的个数为 4NA B 12 g 石墨中含有 C C 键的个数为 1 5NA C 12 g 金刚石中含有 C C 键的个数为 2NA D 60gSiO2中含 Si O 键的个数为 2NA 6 某固体仅由一种元素组成 其密度为 用 x 射线研究该固体的结构表明 3 5 cmg 在棱长为cm 的立方体中含有 20 个原子 则此元素的相对原子质量最接近 7 101 A 32 B 65 C 120 D 150 7 下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是 A 食盐和蔗糖熔化 B 钠和硫熔化 C 碘和干冰升华 D 二氧化硅和氧化钠熔化 8 下列化学式能真实表示物质分子组成的是 A NaOH B SO3 C CsCl D SiO2 9 关于晶体的下列说法正确的是 A 只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体 B 离子晶体中一定含金属阳离子 C 在共价化合物分子中各原子都形成 8 电子结构 D 分子晶体的熔点不一定比金属晶体熔点低 10 由钠和氧组成的某种离子晶体中阴离子只有 O2 和 过氧离子 在此晶体中氧 2 2 O 元素和钠元质量之比是 48 92 其中 O2 和 O22 的物质的量之比为 A 2 1 B 1 1 C 1 2 D 1 3 11 下列数据是对应物质的熔点 Na2ONaClAlF3AlCl3 9208011291190 BCl3Al2O3CO2SiO2 107 207357 1723 据此做出的下列判断中错误的是 A 铝的化合物的晶体中有的是离子晶体 B 表中只有 BCl3和干冰是分子晶体 C 同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D 不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 12 非整数比化合物 Fe0 95O 具有 NaCl 晶体结构 由于 n Fe n O 1 所以晶体结 构存在缺陷 在 Fe0 95O 中 3 价 Fe 总铁量的 A 10 B 85 C 10 5 D 89 5 13 在 40GPa 高压下 用激光器加热到 1 800 K 时 人们成功制得了原子晶体干冰 下 列推断正确的是 A 原子晶体干冰有很高的熔 沸点 有很大的硬度 B 原子晶体干冰易气化 可用作致冷剂 C 原子晶体干冰硬度大 可用于耐磨材料 D 每摩原子晶体干冰中含 2mol C O 键 14 已知 NaCl 的摩尔质量为 58 5 食盐晶体的密度为 若下图中 1 molg 3 cmg 与最邻近的的核间距离为 a cm 那么阿伏加德罗常数的值可表示为 Na Cl A B C D 3 117a 3 A M N a 3 234 a 3 58 5 2a 15 下列叙途中肯定正确的是 A 在离子晶体中不可能存在非极性键 B 在共价化合物的分子晶体中不可能存在离子键 C 全由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 D 直接由原子构成的晶体一定是原子晶体 16 参考 14 题图 若已知晶体中最近的 Na 与核间距离为 a cm 氯化钠的式量为 Cl M NA为阿伏加德罗常数 则 NaCl 晶体的密度 单位 g cm 3 A B C D 3 8 A M N a 3 8 A Ma N 3 2 A M N a 3 A M N a 17 组成晶体的质点 分子 原子 离子 以确定的位置在空间作有规则排列 具有一 定几何形状的空间格子 称为晶格 晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单位称为晶胞 在冰晶石 Na3AlF6 晶胞中 AlF63 占据的位置相当于 NaCl 晶胞中占据的位置 则 Cl 冰晶石晶胞中含有的原子数与食盐晶胞中含有的原子数之比为 A 2 1 B 3 2 C 5 2 D 5 1 18 下列各项所述的数字不是 6 的是 A 在 NaCl 晶体中 与一个 Na 最近的且距离相等的 Cl 的个数 B 在金刚石晶体中 最小的环上的碳原子个数 C 在二氧化硅晶体中 最小的环上的原子个数 D 在石墨晶体的片层结构中 最小的环上的碳原子个数 19 最近发现一种由钛 Ti 原子和碳原子构成的气态团簇分子 分子模型如下图所示 顶角和面心的原子是钛原子 棱的中心和体心的原子是碳原子 它的化学式是 A TiC B Ti2C3 C Ti14C13 D Ti4C7 20 科学家最近又发现了一种新能源 可燃冰 它的主要成分是甲烷与水分子的结 晶水合物 CH4 nH2O 其形成 埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中 厌氧性 细菌把有机质分解 最后形成石油和天然气 石油气 其中许多天然气被包进水分子中 在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体 这就是 可燃冰 又知甲烷同 CO2一 样也是温室气体 这种可燃冰的晶体类型是 A 离子晶体 B 分子晶体 C 原子晶体 D 金属晶体 二 填空题 21 1 石英晶体的平面示意图如下图所示 实际上是立体网状结构 其中硅氧原子个 数比为 2 离子结