1、第三章晶体结构与性质第三章晶体结构与性质 章末核心素养整合章末核心素养整合 专题 1 “三键一力”的比较 离子键 共价键 金属键 分子间作用力 非极性 键 极性键 配位键 范德华力 氢键 本质 阴、阳离子 间通过静电 作用形成 相邻原子间通过共用电子对(电 子云重叠)与原子核间的静电作 用形成 金属阳 离子与 自由电 子间强 烈的相 互作用 静电作用 成键条 件 (元素种 类) 成键原子的 得、失电子 能力差别很 大 成键原 子相同 成键原 子不同， 但得、 失 电子能 力差别 较小 成键原子 一方有孤 电子对(配 位体)，另 一方有空 轨道 金属单 质或合 金 氢键的形成 条件是分子 中存在
2、强极 性的 NH、 OH 或 FH 键 特征 无方向性、 饱和性 有方向性、饱和性 无方向 性、 饱和性 氢键有饱和性和方向性， 范德华力无饱和性和方向 性 表 示 方 法 电 子 式 HH 氢键： AHB 结 构 式 HH HCl 存在的 表现形 离子化合物 (离子晶体) 非金属 单质、 共 共价化 合物， 离 离子化合 物如 金属单 质晶体 分子间均存在范德华力， 部分分子的分子间或分子 式(举例) 价化合 物、 部分 离子化 合物如 Na2O2 子化合 物 NH4Cl， 共 价化合物 如 Al2Cl6 或合金 内存在氢键 作用力 大 小比较 一般阴、阳 离子电荷越 多，半径越 小，离子键
3、 越强 成键原子电负性差值越大，键的 极性越强； 键能越大， 键长越小， 共价键越稳定(牢固) 金属阳 离子半 径越小， 价电子 数越多， 金属键 越强 相对分子质量和分子极性 影响范德华力大小，电负 性和原子半径影响氢键强 弱 化学键氢键范德华力 【例 1】 在下列化学反应中， 既有离子键、 极性键、 非极性键断裂， 又有离子键、 极性键、非极性键形成的是( ) A.2Na2O22H2O=4NaOHO2 B.Mg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3 C.Cl2H2OHClOHCl D.NH4ClNaOH= NaClNH3H2O 解析 化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。 A反应中
4、既有Na 与O2 2 之间的离子键、O2 2中的氧氧非极性键，H2O 中氢氧极性键的断裂，又有生成物 中 Na 与 OH之间的离子键、OH中的氢氧极性键、O 2中氧氧非极性键的形成， 符合题意；B 反应中缺少非极性键的断裂与形成，不符合题意；C 反应中没有离 子键的断裂和形成，也没有非极性键的形成，不符合题意；D 反应中没有非极性 键的断裂和形成，不符合题意。 答案 A 专题 2 四种晶体类型的性质比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成粒子 分子 阴、阳离子 金属阳离子、 自由电子 原子 粒子间作用 范德华力(少 数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性 质 熔、沸点 较低 较
5、高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大，有 的质软 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 工性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态不 导电，部分溶 于水导电 固态时不导 电，熔化时、 能溶于水的溶 于水时导电 固态时导电， 熔化时导电 大部分固态、 熔化时都不导 电 作用力 大小规律 组成和结构相 似的分子，相 对分子质量大 的范德华力大 离子的电荷越 多、 半径越小， 离子键越强 金属原子的价 电子数越多、 半径越小，金 属离子与自由 电子间的作用 力越强 共价键键长越 短(电子云重 叠多)、原子半 径越小，键越 牢固 【例 2】 下列关
6、于晶体的说法正确的组合是( ) 分子晶体中都存在共价键 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S 晶体的熔点依次降低 离子晶体中只有离子键没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键 CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个 Ti4 和 12 个 O2距离相等且紧邻 (图中 Ca2 、O2、Ti4分别位于立方体的体心、面心和顶点) SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 氯化钠熔化时离子键被破坏 A. B. C. D. 解析 稀有气体的晶体内不含化学键；金属晶体中含阳离子和自由电子，无阴离 子；离子晶体内可能
7、有共价键；SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相 结合；分子的稳定性由共价键的键能决定，与分子间作用力无关。 答案 D 专题 3 判断晶体类型 1.依据物质的分类判断 (1)金属氧化物(如 K2O 等)、强碱(如 NaOH、KOH 等)和绝大多数的盐类是离子晶 体。 (2)金属单质与合金是金属晶体。 (3)常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的共价晶体化合物有 碳化硅、二氧化硅等。 (4)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)都是分子晶体。 2.根据物质的物理性质判断晶体的类型
8、(1)在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg 除外)，如 H2O、 H2等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为 微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。 (2)在熔融状态下能导电的晶体(化合物)是离子晶体。如：NaCl 熔融后电离出 Na 和 Cl ，能自由移动，所以能导电。 (3)有较高的熔点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为共价晶体，如晶体硅、二 氧化硅、金刚石等。 (4)易升华的物质大多为分子晶体。 3.根据物质所含化学键的类型判断晶体的类型 (1)离子晶体与化学键的关系： 离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键。注意，可以再细化：离子晶
9、体 中一定含有离子键，可能含有极性共价键、非极性共价键、配位键。 含有离子键的化合物一定是离子化合物。 离子晶体一定是由阴、 阳离子构成的， 但晶体中可以含有分子， 如结晶水合物。 离子晶体中一定含有阳离子，但含有阳离子的晶体不一定是离子晶体。 非金属元素也可以形成离子化合物，如 NH4Cl、NH4NO3等都是离子化合物。 (2)分子晶体与分子间作用力及化学键的关系： 分子晶体中一定含有分子间作用力。 稀有气体形成的晶体是分子晶体，而稀有气体是单原子分子，其晶体中只含有 分子间作用力。 除稀有气体外的其他分子晶体均含有分子间作用力和分子内共价键。 分子晶体中的分子间作用力决定物质的物理性质(如
10、熔点、硬度、溶解性等)， 而共价键决定分子的化学性质。 (3)共价晶体与化学键的关系： 共价晶体中一定有共价键，且只有共价键，无分子间作用力。 共价晶体一定是由原子构成的，可以是同种元素的原子，也可以是不同种元素 的原子。 共价化合物形成的晶体可能是共价晶体，也可能是分子晶体。 【例 3】 分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型： (1)碳化铝，黄色晶体，熔点 2 200，熔融状态下不导电_。 (2)溴化铝，无色晶体，熔点 98，熔融状态下不导电_。 (3)五氟化钒，无色晶体，熔点 19.5，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等_。 (4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中能导电_。 解析 晶体的熔点高低
11、、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合，是判断晶体类 型的重要依据。共价晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔 融态的导电性不同。一般共价晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或水溶液都能 导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般共价晶 体和分子晶体熔融状态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶 体的特征之一。 答案 (1)共价晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体 (4)离子晶体 专题 4 物质熔、沸点高低的比较 首先判断物质的状态：固体液体气体，如 I2HgO2。 1.不同晶型的物质的熔、沸点高低顺序一般是：共价晶体离子晶体分子晶体。 同一晶型的物质
12、，则晶体内部结构微粒间的作用越强，熔、沸点越高。 2.共价晶体要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成的共价键的键 长越短，键能越大，其晶体熔、沸点越高。 如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。 键长：CCCSiCSiSiSi 3.离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半 径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点： MgOMgCl2NaClCsCl。 4.分子晶体： (1)组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越 高，如熔、沸点：O2N2，HIHBrHCl，I2Br2Cl2F2。 (2)组成和结构不相似的物质(相对分
13、子质量相同)，分子极性越大，其熔、沸点就 越高，如熔、沸点：CON2。 (3)在同分异构体中，一般地说，支链数越多，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊 烷异戊烷新戊烷；同分异构体的芳香烃及其衍生物，其熔、沸点高低顺序是邻 位化合物间位化合物对位化合物。 5.金属晶体中金属原子半径越小，价电子数越多，其金属阳离子与自由电子间的 作用越强，金属熔、沸点就越高。 【例 4】 下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是( ) A.SiO2、CsCl、CBr4、CF4 B.SiO2、CsCl、CF4、CBr4 C.CsCl、SiO2、CBr4、CF4 D.CF4、CBr4、CsCl、SiO2 解析 Si
14、O2是共价晶体，CsCl 是离子晶体，一般来说，共价晶体的熔点高于离子 晶体。CBr4和 CF4都是分子晶体，一般来说，组成和结构相似的分子，相对分子 质量越大，分子间作用力越强，熔点越高。所以熔点由高到低的顺序是： SiO2CsClCBr4CF4。 答案 A 专题 5 晶胞结构及有关简单计算 1.熟悉几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目 A.NaCl(含 4 个 Na ，4 个 Cl) B.干冰(含 4 个 CO2) C.CaF2(含 4 个 Ca2 ，8 个 F) D.金刚石(含 8 个 C) E.体心立方(含 2 个原子) F.面心立方(含 4 个原子) 2.掌握晶胞的基本计算方法 (
15、1)晶胞中所含粒子数的计算方法均摊法 原则：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被 n 个晶胞 所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1 n。 (2)计算方法 特别注意：当晶胞为六棱柱时，其顶点上的粒子被 6 个晶胞共用，每个粒子属 于该晶胞的部分为1 6；而不是 1 8。 审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”，若是分子结构，其化学 式由图中所有实际存在的原子个数决定，原子个数比不约简。 3.有关晶胞各物理量的关系 对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3NAnM，a 表示晶胞的棱长， 表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n 表示 1 mol 晶胞中所 含晶体的物质的
16、量， M表示摩尔质量， a3NA表示1 mol晶胞的质量。 如NaCl： a3NA4M(M58.5)。 【例 5】 某离子晶体的晶胞结构如图所示。 试回答下列问题： (1)晶体中每个 Y 同时吸引着_个 X，每个 X 同时吸引着_个 Y， 该晶体的化学式是_。 (2)晶体中在每个 X 周围与它最近且距离相等的 X 共有_个。 (3)设该晶体的摩尔质量为 M g mol 1，晶胞的密度为 g cm3，阿伏加德罗常数 的值为 NA，则晶体中两个最近的 X 间的距离为_cm。 解析 此晶胞初看比较复杂，若将 X、Y 分开来看，X 在晶胞中的位置类似 NaCl 中的 Na 或 Cl，如图(a)。体内
17、8 个 Y 分别位于每个小立方体的中心，如图(b)。 (1)从图(b)知，每个 Y 同时吸引着 4 个 X，为方便观察，根据晶胞与晶体的关系， 不难想像出图(a)与图(c)是等效的，所以由图(c)中心的 X 与图(b)中 Y 的关系知， 每个 X 同时吸引着 8 个 Y。所以此离子化合物的化学式为 XY2(或 Y2X)。(2)从图 (c)中心的 X 来看，与它最近且距离相等的 X 处于小立方体平面四边形的面对角 线上， 共有 12 个。 (3)因晶胞内 X 占 81 86 1 24 个， Y 占 8 个， 即有 4 个 XY2(或 Y2X)。故其物质的量为 4 NA mol，质量为 4M NA g。设晶胞边长为 a cm，晶体中最近 的两个 X 间的距离为 l cm； 由 ma3和 l1 2 2a 得： l 1 2 2 3 m 1 2 2 3 4M NA 3 2M NA 。 答案 (1)4 8 XY2(或 Y2X) (2)12 (3) 3 2M NA