1、第三单元微粒间作用力与物质性质课标解读1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中粒子结构、粒子间作用力的区别。3.知道波谱、晶体X射线等是测定分子结构的基本方法和实验手段。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。8.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的，知道物质的聚集状态会影响物质的性质。晶体与常见晶体的空间结构模型知识梳理1物
2、质的聚集状态(1)常见物质的三态及转化(2)等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈现电中性的气态物质。(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 (4)其他物质的聚集状态：晶态、非晶态、以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态。2晶体与非晶体(1)晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性无各向异性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验(2)获得晶体的途径熔融态物质凝固；气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；溶质从溶液中析出。3晶胞(1)概念：描
3、述晶体结构的基本单元。(2)晶体中晶胞的排列无隙并置。无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；并置：所有晶胞平行排列，取向相同。(3)一般形状为平行六面体。(4)晶胞中粒子数目的计算均摊法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。长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(5)其他晶胞结构中粒子数的计算三棱柱六棱柱4常见晶体模型的分析(1)原子晶体金刚石与SiO2a.金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，CCC夹角是10928，最小的环是6元环。每个C被12个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的CC有2 mol。
4、b在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。每个晶胞含有8个C。SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。1 mol SiO2晶体中含SiO键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。(2)分子晶体干冰和冰干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个，属于分子密堆积。晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 2 mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，
5、含有8个H2O。(3)金属晶体“电子气理论”要点该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。金属键的实质是金属阳离子与电子气间的静电作用。(4)离子晶体NaCl型：在晶体中，每个Na同时吸引6个Cl，每个Cl同时吸引6个Na，配位数为6。每个晶胞含4个Na和4个Cl。CsCl型：在晶体中，每个Cl吸引8个Cs，每个Cs吸引8个Cl，配位数为8。CaF2型：在晶体中，F的配位数为4，Ca2的配位数为8，晶胞中含4个Ca2，含8个F。晶胞中Ca2在体对角线的处。(5)石墨晶体混合型晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作用是
6、范德华力。平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。在每层内存在共价键和金属键。CC的键长比金刚石的CC键长短，熔点比金刚石的高。能导电，晶体中每个C形成3个共价键，C的另一价电子在电场作用下可移动，形成电流。命题点1晶胞中粒子数、晶体化学式的确定1某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(xn)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。解析能量越低越稳定，故更稳定的Cu替代型为Cu替代a位置Fe型，故晶胞中Cu为1个，Fe为3个，N为1个，
7、故化学式为Fe3CuN。答案Fe3CuN2如图为甲、乙、丙、丁四种晶体的晶胞：甲乙丙丁请回答：(1)晶体甲、乙、丙、丁的化学式分别为 、 、 、 。(2)乙晶体中每个A周围最近等距离的B有 个。(3)丙晶体中每个D周围最近等距离的E有 个。(4)甲晶体中X周围的4个Y形成 形。答案(1)X2YAB3CDEAB4C2(2)12(3)8(4)正四面体立方体中粒子周围粒子的个数注意：该晶胞中含有A、B、C、D的个数分别为3、1、1、3。命题点2常见晶体微观结构分析3下图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是()A图和图 B图和图C图和图 D
8、只有图答案C4金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质，下列说法正确的是()A金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子B在金刚石中每个C原子连接4个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元环C金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2D金刚石中碳原子数与CC键数之比为14，而石墨中碳原子数与CC键数之比为13A金刚石中每个C原子连接12个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元环，B项错误。金刚石中碳原子采取sp3杂化，而石墨中碳原子采取sp2杂化，C项错误。金刚石中每个碳原子与周围其他4个碳原子形成共价键，而每个共价键为2个碳原子所共有，根据“切割法”，每个碳原子平均形成的共价键数为42，故碳原子数与CC
9、键数之比为12；石墨晶体中每个碳原子与周围其他3个碳原子形成共价键，同样可求得每个碳原子平均形成的共价键数为31.5，故碳原子数与CC键数之比为23，D项错误。5一种锰的氧化物的晶胞如图甲，请写出该氧化物的化学式 。若沿z轴方向观察该晶胞，可得投影图如图乙，请画出沿y轴方向的投影图。甲晶胞结构示意图乙z方向投影图y方向投影图解析由图可知，晶胞中Mn原子位于体心与顶点上，O原子位于上下两个面上及体内(有2个)，晶胞中Mn元素数目182，O原子个数为244，则晶胞中Mn和O的原子个数比为12，氧化物的化学式为MnO2；若沿y轴方向投影，顶点上处于对称位置的Mn原子会重合在长方形的顶点，位于体心的M
10、n原子会位于长方形的面心，位于面上的O原子会位于长方形上下的边上，体内的氧原子会位于面内，投影图为。答案MnO2晶体的性质与晶体类型的判断知识梳理1四种晶体类型比较类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子或原子原子金属阳离子和自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力分子间作用力、氢键共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电注意：石墨晶体为混合型晶体，为层状结构。硬度小、质软，熔
11、点比金刚石高，能导电。2晶体类型的两种判断(1)依据物质的分类判断金属氧化物(K2O、Na2O2等)、强碱(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、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。金属单质是金属晶体。(2)根据各类晶体的特征性质判断一般来说，低熔、沸点的化合物属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质属于原子
12、晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。辨易错(1)分子晶体中一定存在分子间作用力，可能存在共价键。 ()(2)离子晶体中只存在离子键不存在共价键。 ()(3)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。()(4)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。()(5)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。()(6)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低。()(7)石墨晶体存在共价键，金属键和范德华力。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)命题点晶体类型与性质判断1下列性质适合于分子晶体的是 ()A熔点为1 070 ，易溶于水，水溶液导电B熔点为3 500 ，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C能溶于C
13、S2，熔点为112.8 ，沸点为444.6 D熔点为97.82 ，质软，导电，密度为0.97 gcm3答案C2(1)Mn与Re属于同一族，研究发现，Mn的熔点明显高于Re的熔点，原因可能是 。(2)CuSO4的熔点为560 ，Cu(NO3)2的熔点为115 ，CuSO4熔点更高的原因是 。(3)NaF的熔点 (填“”“”或“两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低(4)SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体3(1)第3周期元素氟化物的熔点如下表：化合物NaFMgF2AlF3SiF4PF5SF6熔点/9931 2611 291908350.5
14、解释表中氟化物熔点变化的原因： 。(2)GaN、GaP都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，熔点如下表所示：物质GaNGaP熔点/17001480解释GaN、GaP熔点变化原因 。(3)正戊烷、异戊烷、正丁烷、异丁烷的熔点由低到高的顺序为 。解析(1)从表格中各物质熔点可判断前三种氟化物均为离子晶体，其熔点逐渐升高是因为Na、Mg2、Al3的半径依次减小，故它们的离子键依次增强，熔点逐渐升高；后三种氟化物熔点很低，为分子晶体，由于相对分子质量越大，分子间作用力越强，故其熔点逐渐升高。(2)GaN、GaP都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，都属于原子晶体，原子半径NP，键长GaNG
15、aP，故熔点前者高。(3)烷烃中碳原子数越多，熔点越高；同分异构体中支链越多，熔点越低。答案(1)前三种氟化物为离子晶体，Na、Mg2、Al3的半径依次减小，离子键依次增强；后三种氟化物为分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大(2)两者属于原子晶体，半径NP，键长GaNGaP，故熔点GaN比GaP的高(3)异丁烷正丁烷异戊烷离子晶体金属晶体分子晶体。(2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2，NaClCsCl。原子晶体：原子半径越小、键长越短
16、、键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。分子晶体a分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常地高，如H2OH2TeH2SeH2S。b组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。c组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。d同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgTiCa；金属阳离子与O2之间形成离子键；图(a)晶胞中Ca2
17、位于体心，O2位于棱上，12条棱上每条棱上均有一个O2，Ca2的配位数为12。(2)由图(a)和图(b)可以看出Pb2与Ti4空间位置相同；CH3NH中N原子与2个H原子、1个C原子形成三个共价键，与H形成一个配位键，故N原子的杂化轨道类型为sp3；利用均摊法可知图(b)晶胞中I个数是63，CH3NH个数是81，Pb2个数为1，晶胞体积为(a107cm)3，则晶胞密度1021 gcm3。答案(1)OTiCa离子键12(2)Ti4sp310213(2020山东学业水平等级考试，T17(1)(4)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：(1)Sn为A族元素，单质Sn与干燥Cl2反
18、应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体，SnCl4空间构型为 ，其固体的晶体类型为 。(2)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90，晶胞中部分原子的分数坐标如表所示。一个晶胞中有 个Sn，找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。解析(1)Sn为元素周期表中A族元素，最外层有4个电子，故SnCl4的中心原子Sn的价电子对数为44，且均为成键电子对，故SnCl4的空间构型为正四面体型。由SnCl4常温常压下为液体的物理性
19、质可知SnCl4符合分子晶体的特点，故其为分子晶体。(2)由四方晶系CdSnAs2晶胞及原子的分数坐标可知，有4个Sn位于棱上，6个Sn位于面上，则属于一个晶胞的Sn的个数为41/461/24。与Cd(0,0,0)最近的Sn原子为如图所示的a、b两个Sn原子，a位置的Sn的分数坐标为(0.5,0,0.25)，b位置的Sn的分数坐标为(0.5,0.5,0)。CdSnAs2晶体中Sn除与该晶胞中的2个As键合外，还与相邻晶胞中的2个As键合，故晶体中单个Sn与4个As键合。答案(1)正四面体型分子晶体(2)4(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)44(1)(2019全国卷)一些氧化物的熔
20、点如下表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/1 5702 80023.875.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x pm，Mg原子之间最短距离y pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是 gcm3(列出计算表达式)。(a) (b)(2)(2019全国卷)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图1图2图中F和O2共同占据晶胞的上下底面位置，若两者
21、的比例依次用x和1x代表，则该化合物的化学式表示为 ；通过测定密度和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式： gcm3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别为 、 。(3)(2019全国卷)苯胺()的晶体类型是 。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(5.9 )、沸点(184.4 )分别高于甲苯的熔点(95.0 )、沸点(110.6 )，原因是 。NH4H2PO4中，电负性最高的元素是 ；P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多
22、磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 (用n代表P原子数)。解析(1)由图(b)可知，立方格子面对角线长为a pm，即为4个Cu原子直径之和，则Cu原子之间最短距离为a pm。由图(b)可知，若将每个晶胞分为8个小立方体，则Mg原子之间最短距离y为晶胞内位于小立方体体对角线中点的Mg原子与顶点Mg原子之间的距离(如图所示)，即小立方体体对角线长的一半，则y pma pm。由图(a)可知，每个晶胞含Mg原子8648个，含Cu原子16个，则MgCu2的密度 gcm3。(2)由题图可知，As、Sm都在晶胞的面上
23、，该晶胞中As的原子个数41/22，Sm的原子个数41/22，Fe在晶胞的棱上和体心，Fe的原子个数141/42，F和O2在晶胞的顶点和上下底面，F和O2的个数和282，已知F和O2的比例依次为x和1x，所以该物质的化学式为SmFeAsO1xFx。1个晶胞的质量 g，晶胞的体积a2c1030 cm3，所以晶胞的密度 gcm3。根据图1中原子1的坐标为，可看出原子2的z轴为0，x、y轴均为，则原子2的坐标为；原子3的x、y轴均为0，z轴为，则原子3的坐标为。(3)苯胺是有机化合物，属于分子晶体。由于苯胺分子中N原子电负性大、原子半径小，易形成分子间氢键NHN，导致熔、沸点比相对分子质量相近的甲苯
24、高。元素的非金属性越强，电负性越高，非金属性：HPNO，故在N、H、P、O四种元素中电负性最高的是O。PO中价层电子对数为4，采取sp3杂化方式，杂化轨道与配位原子只能形成键，故与O原子的2p轨道形成键。由题给焦磷酸根离子、三磷酸根离子的结构式可看出，多磷酸盐中存在PO结构单元，n个PO结构单元共用(n1)个O原子，则O原子总数为4n(n1)3n1，离子所带电荷数为n2，故通式为(PnO3n1)(n2)。答案(1)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O，分子间力(分子量)P4O6SO2aa(2)SmFeAsO1xFx(3)分子晶体苯胺分子之间存在氢键Osp
25、3(PnO3n1)(n2)新题预测1如图为SiO2晶胞中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视投影图)，其中O原子略去，Si原子旁标注的数字表示每个Si原子位于z轴的高度，则SiA与SiB的距离是 。解析SiA与SiB 在y轴方向上距离为d，在z轴方向上距离为d，所以SiA与SiB之间的距离d。答案d2.(1)碳的一种同素异形体的晶体可采取非最密堆积，然后在空隙中插入金属离子获得超导体。如图为一种超导体的面心立方晶胞，C60分子占据顶点和面心处，K占据的是C60分子围成的 空隙和 空隙(填几何空间构型)；若C60分子的坐标参数分别为A(0,0,0)，B(，0，)，C(1,1,1)等，则距离A位置最近的阳离子的原子坐标参数为 。(2)Ni可以形成多种氧化物，其中一种NiaO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，a的值为0.88，且晶体中的Ni分别为Ni2、Ni3，则晶体Ni2与Ni3的最简整数比为 ，晶胞参数为428 pm，则晶体密度为 gcm3(NA表示阿伏加德罗常数的值，列出表达式)。解析(2)设晶体中Ni2与Ni3的最简比为x、y，根据化合价规则知：0.882，xy83。晶胞中含4个NiaO， gcm3。答案(1)正四面体正八面体(，)(2)83
