1、第4课时 晶体的性质 一、晶体的分类1.根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同,可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。2.由阴离子和阳离子通过离子键形成的晶体称为离子晶体。3.由金属元素组成,以金属键为基本作用形成的晶体称为金属晶体。4.完全通过共价键形成的晶体称为原子晶体。5.通过分子间相互作用使得分子在空间进行周期性重复排列所形成的晶体称为分子晶体。二、分子晶体1.定义通过分子间相互作用使得分子在空间进行周期性重复排列所形成的晶体称为分子晶体。2.分子晶体的熔、沸点判断分子晶体的熔、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
2、间作 用力也增 大,熔、沸 点升高,如I2Br2Cl2F2,O2N2。组成相似的分子,有极性的比无极性的分子间作用力大,熔、沸点高,如 SO2CO2。有氢键的分子晶体,还要考虑氢键的强弱。如：H2O 与H2S,H2O 的沸点比 H2S 高,是因为水分子间有氢键,H2S分子间只有范德华力,而氢键比范德华力强。三、原子晶体1.定义：完全通过共价键形成的晶体称为原子晶体。2.原子晶体熔、沸点判断原子晶体的熔、沸点取决于共价键的键长和键能,键长越短,键能越大,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所属元素的电负性来判断的。1.下列有
3、关晶体的说法依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体；由原子直接构成的晶体就是原子晶体；分子晶体的堆积均采取分子密堆积；SiF4、NaF、MgF2 三种晶体的熔点依次升高；共价键只存在于分子晶体中；离子键只存在于离子晶体中；H2O 的性质非常稳定,原因在于分子之间存在氢键；SO2 和 SiO2 晶体在熔化时破坏的作用力不相同。其中一定正确的有()A.3 种B.4 种C.5 种D.6 种 A【解析】根据构成晶体的微粒之间的作用力,把晶体分为金属晶体、原子晶体、离子晶体、分子晶体,错误；由原子直接构成的晶体不一定是原子晶体,如稀有气体属于分子晶体,也是由原子直接构成
4、的,错误；分子晶体的堆积不一定采取分子密堆积,如冰晶体中,因为存在氢键,每个水分子与 4 个水分子紧邻,错误；SiF4、NaF、MgF2三种晶体分别是分子晶体、离子晶体、离子晶体,所以四氟化硅的熔点最低,镁离子的半径小于钠离子,且带电荷数多,所以氟化镁的熔点高,正确；共价键不一定只存在于共价晶体中,如原子晶体中也含共价键,错误；离子键只存在于离子晶体中,正确；水分子稳定的原因是因为水中的 HO 键牢固,与氢键无关,错误；SO2 和 SiO2晶体在熔化时破坏的作用力不相同,前者属于分子晶体,熔化时破坏范德华力,后者属于原子晶体,熔化时破坏共价键,正确。2.下表数据是对应物质的熔点,下列说法错误的
5、是()编号 物质AlF3 AlCl3BCl3NCl3熔点/129116010740A.NCl3 分子中各原子最外层都满足 8 电子稳定结构B.因为键长 BFBCl,故 BF3 的熔点高于 BCl3C.AlCl3 是分子晶体D.BCl3 为平面正三角形分子,故它是由极性键构成的非极性分子B【解析】A.NCl3 分子中各原子均满足 8 电子稳定结构,A 正确；B.BF3 与 BCl3 形成的晶体均是分子晶体,熔点高低与化学键键长无关系,与分子间作用力有关系,分子间作用力越大熔点越高,B 错误；C.AlCl3 是分子晶体,C正确；D.BCl3 分子中 B 原子不存在孤对电子,为平面正三角形分子,且是
6、由极性键构成的非极性分子,D 正确。3.有关晶体的叙述中正确的是()A.在 SiO2 晶体中,由 Si、O 构成的最小单元环中共有8 个原子B.在 28 g 晶体硅中,含 SiSi 共价键个数为 4NAC.金刚石的熔沸点高于晶体硅,是因为 CC 键键能小于 SiSi 键D.晶体中粒子呈周期性有序排列,有自范性；而非晶体中原子排列相对无序,无自范性D【解析】A.在二氧化硅晶体中,由 Si、O 原子构成的最小单元环为 6 个 Si 原子、6 个 O 原子的 12 元环,错误；B.28 g Si 的物质的量是 1 mol,每个 Si 原子与 4 个 Si 原子形成 4 个共价键,属于该 Si 原子的
7、只有 2 个,所以 1 mol Si晶体中 SiSi 个数只有 2NA,错误；C.金刚石中的 CC键键长小于 SiSi 键,所以 CC 键键能大于 SiSi 键,则金刚石的熔沸点高,错误；D.晶体中粒子呈周期性有序排列,有自范性；而非晶体中原子排列相对无序,无自范性,正确。一、晶体与非晶体的判定方法1.测熔点：晶体具有固定的熔点,而非晶体则没有固定的熔点。2.可靠方法：对固体进行 X-射线衍射实验。二、晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的1.自范性指晶体能自发地呈现多面体外形的性质。2.均一性指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。3.各向异性同一晶格构造中,在不同方向上质点
8、排列一般是不一样的,因此,晶体的性质也随方向的不同而有所差异。4.对称性晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上,常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复,就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。5.最小内能在相同的热力学条件下,晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较,其内能最小。6.稳定性晶体由于有最小内能,因而结晶状态是一个相对稳定的状态。【例 1】下列排序不正确的是()A.熔点：CF4CCl4CBr4MgAlC.硬度：金刚石碳化硅晶体硅D.晶格能：NaFNaClNaBrNaI【解析】A.这几种物质都是分子晶体,结构相似,
9、相对分子质量越大,分子间作用力就越强,晶体的熔、沸点就越高,所以晶体熔点由低到高是：CF4CCl4CBr4CI4,正确；B.Na、Mg、Al 都是金属晶体构成的物质,金属键越强,物质的熔、沸点就越高,因此熔点由低到高是：NaMgSiCCC,所以硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅,正确；D.这几种物质都是离子晶体,由于阳离子相同,阴离子的半径越大,离子键结合的能力就越弱,晶格能就越小,离子半径：IBrClF,所以晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaI,正确。【答案】B【例 2】现在四种晶体,其离子排列方式如图所示,其中化学式正确的是()A.AB2B.EF2C.XY3Z D.AB3【解析】A.
10、A 离子个数是 1,B 离子个数1/881,所以其化学式为 AB,故 A 错误。B.E 离子个数1/841/2,F 离子个数1/841/2,E、F 离子个数比为 11,所以其化学式为 EF,故 B 错误。C.X 离子个数是 1,Y 离子个数1/263,Z 离子个数1/881,所以其化学式为 XY3Z,故 C 正确。D.A 离子个数1/881/264,B 离子个数121/414,AB 离子个数比 11,所以其化学式为 AB,故 D 错误。【答案】C三、分子晶体与原子晶体的比较晶体类型分子晶体原子晶体定义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形成的空间网状结构的晶体基本微粒分子
11、原子物质类别多数的非金属单质和共价化合物金刚石、碳化硅(SiC)、晶体硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物晶体类型分子晶体原子晶体物理性质1.硬度和密度较小2分子晶体熔化时，一般只破坏分子间作用力，所以熔、沸点较低1.硬度和密度大2原子晶体熔化时要破坏化学键，所以熔、沸点高决定熔、沸点高低的因素 范德华力(或氢键)的强弱共价键的强弱导电性某些溶于水能导电均不导电(硅是半导体)【例 3】(1)原子序数小于 36 的 X、Y、Z、W 四种元素,其中 X是元素周期表原子半径最小的元素,Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的 2 倍,Z 原子基态时2p 原子轨道上有 3 个未成对的电子,W 的原
12、子序数为 29。回答下列问题：Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为_,1 mol Y2X2 含有 键的数目为_。化合物 ZX3 的沸点比化合物 YX4 的高,其主要原因是_。元素 Y 的一种氧化物与元素 Z 的一种氧化物互为等 电 子 体,元 素Z的 这 种 氧 化 物 的 分 子 式 是_。(2)铁元素能形成多种配合物,如：Fe(CO)x基态 Fe3的 M 层电子排布式为_。配合物 Fe(CO)x 的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为 18。则 x_。常温下呈液态,熔点为20.5,沸点为 103,易溶于非极性溶剂,据此可判断 Fe(CO)x 晶体属于(填晶体类型)：_。(3)O 和 Na
13、 形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图,距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为_。(4)下列有关的说法正确的是_。A.第一电离能大小：SPSiB.电负性顺序：CNOFC.因为晶格能 CaO 比 KCl 高,所以 KCl 比 CaO 熔点低D.SO2 与 CO2 的化学性质类似,分子结构也都呈直线型,相同条件下 SO2 的溶解度更大E.分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔沸点越高【解析】(1)X 是元素周期表原子半径最小的元素,则X 是 H 元素；Y 原子基态时最外层电子数是其内层电子数的 2 倍,则 Y 是 C 元素；Z 原子基态时 2p 原子轨道上有 3 个未
14、成对的电子,则 Z 是 N 元素；W 是 Cu 元素。C2H2 分子中 C 原子周围有 2 个键,所以 C 原子是 sp杂化；1 mol C2H2含有 键的数目为 3NA或 36.021023个；氨气分子间存在氢键,使分子间作用力增大,沸点升高；C 的氧化物有 CO 和 CO2,CO 与 N2 是等电子体,CO2与 N2O 是等电子体；(2)基态 Fe3的 M 层有 13 个电子,电子排布式为3s23p63d5；配合物 Fe(CO)x 的中心原子是铁原子,其价电子数是 8,每个配体提供的电子数是 2,82x18,x5,根据题给信息知,该物质的熔沸点较低,所以为分子晶体；(3)O 和 Na 形成
15、的一种只含有离子键的离子化合物为 Na2O,该晶胞结构中黑球有 81/861/64,白球在内部,共有 8 个,所以黑球为 O2,以晶胞中上面心 O2离子为研究对象,距一个O2周围最近的 Na离子有8个,位于晶胞中上层 4 个 Na及上面晶胞中的下层 4 个 Na,8个 Na离子构成的几何体中每个都是正方形,形成立方体结构；(4)A.P 的最外层 3p 轨道是半充满状态,是稳定状态,所以第一电离能最大,错误；B.根据元素周期律判断电负性顺序：CNO碳化硅晶体硅B.分子晶体中,分子间的作用力越大,该分子越稳定C.油脂皂化后可用渗析的方法使高级脂肪酸钠与甘油充分分离D.布朗运动是胶体粒子特有的运动方
16、式,可以据此把胶体和溶液、悬浊液区别开来A【解析】A 正确,金刚石比晶体硅原子半径小,碳和碳之间的作用力大,熔点高,碳化硅居中。4.海底有大量的天然气水合物,可满足人类 1000 年的能源需要。天然气水合物是一种晶体,晶体中平均每 46 个水分子构建成 8 个笼,每个笼可容纳 1 个 CH4 分子或 1 个游离 H2O 分子。若晶体中每 8 个笼只有 6 个容纳了 CH4分子,另外2个笼被游离H2O分子填充,则天然气水合物的平均组成可表示为()A.CH414H2OB.CH48H2OC.CH4237 H2O D.CH46H2OB【解析】“可燃冰”是一种晶体,晶体中平均每 46个 H2O 分子构建
17、 8 个笼,每个笼内可容纳一个 CH4 分子,另外 2 个笼被游离的 H2O 分子填充,因此 6 个笼中有 6个甲烷分子,水分子 46248,共 48 个 H2O,则“可燃冰”平均分子组成可表示为：6CH448H2OCH48H2O；答案选 B。5.氮化硼是一种新合成的结构材料,它是超硬、耐磨,耐高温的物质,下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用相同的是()A.C60 和金刚石B.晶体硅和水晶C.冰和干冰D.碘和金刚砂B【解析】氮化硼是一种新合成的结构材料,它是超硬、耐磨,耐高温的物质,据此可知,该化合物形成的晶体类型是原子晶体。A 中的 C60 是分子晶体,C
18、中的冰、干冰以及 D 中的碘形成的晶体类型都是分子晶体。6.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中 A、B、C 三种粒子数之比是()A.394 B.142C.294 D.384B【解析】A 粒子数为 6 11212；B 粒子数为 6143162；C 粒子数为 1；故 A、B、C 粒子数之比为1221142。7.下列说法中正确的是()A.NO2、SO2、BF3、CCl4 分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了 8 电子稳定结构B.P4 和 CH4 都是正四面体分子且键角都为 10928C.NaCl 晶体中与每个 Na距离相等且最近的 Na共有 12 个D.单质的晶体中一定不存在的微粒是阳离子C
19、【解析】A.CCl4 分子中原子的最外层电子都满足了8 电子结构,A 错误；B.P4 为空心正四面体分子结构,键角为 60,B 错误；C.NaCl 晶体中与每个 Na距离相等且最近的 Na共有 12 个,C 正确；D.金属晶体中含有金属阳离子,D 错误。8.A、B、C 都是元素周期表中的短周期非金属元素,它们是核电荷数依次增大的相邻元素。A 原子的核外成对电子数是未成对电子数的 2 倍,B 原子的最外层 p 轨道的电子为半满结构,C 是地壳中含量最多的元素。D、E是第四周期元素,D 原子核外最外层电子数有 1 个电子,其余各层电子均充满；E 原子核外未成对电子数在同周期中最多。请用对应的元素符
20、号或化学式填空：(1)A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为_。A 和 C 的氢化物沸点大小关系为_,原因为_。(2)D 与 E 的原子化热分别为 340 kJmol1 和 400 kJmol1,则它们的熔点：D_E(填“”、“”或“”)。(3)分子 A2B2 中键与键之间的夹角为 180,并有对称性,为非极性分子,每个原子最外层电子数均满足八电子,其结构式为_。(4)基 态E原 子 的 外 围 电 子 排 布 式 为_。EO2Cl2 熔点：96.5,沸点：117,则固态 EO2Cl2 属于_晶体。(5)D 的氢化物的晶体结构如图所示,其化学式是_。【解析】A 原子的核外成对电子数是未成对电子
21、数的 2倍,故 A 的电子排布为 1s22s1 或 1s22s22p2 为 Li 或 C；B原子的最外层 p 轨道的电子为半满结构,即 ns2np3 结构,为 N 或 P；C 是地壳中含量最多的元素为 O,又 A、B、C 都是元素周期表中的短周期非金属元素,它们的核电荷数依次增大的相邻元素,故 A、B、C 分别为 C、N、O。D、E 是第四周期元素,D 原子核外最外层电子数有 1 个电子,其余各层电子均充满,电子排布为Ar3d104s1,为Cu；E 原子核外未成对电子数在同周期中最多,应为3d54s1,为 Cr 元素；故(1)A、B、C 的第一电离能由小到大的顺序为 CON；A和C的氢化物沸点
22、大小关系为H2OCH4,因为H2O分子间存在分子间氢键；(2)D 的原子化热E 的原子化热,故熔点：DE；(3)分子 A2B2 中键与键之间的夹角为180,并有对称性,为非极性分子,每个原子最外层电子数均满足八电子,其结构式为 NCCN；(4)基态 E 原子的外围电子排布式为 3d54s1；根据其性质,可知固态CrO2Cl2 属于分子晶体；(5)根据晶胞结构可知含有 H 原子个数为 4,Cu 原子个数为 81/861/24,故化学式为 CuH。【答案】(1)CON H2OCH4 H2O 分子间存在分子间氢键 (2)(3)NCCN(4)3d54s1 分子(5)CuH9.研究物质的微观结构,有助于
23、人们理解物质变化的本质。请回答下列问题：(1)C、Si、N 元素的电负性由大到小的顺序是_,C60 和金刚石都是碳的同素异形体,二者相比,熔点高的是_,原因是_。(2)A、B 均为短周期金属元素,依据表中数据,写出 B的基态原子的电子排布式：_。电离能/(kJmol1)I1I2I3I4 A9321821 15390 21771B7381451773310540(3)过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色,与其 d 轨道电子排布有关。一般地,d0 或 d10 排布无颜色,d1d9 排布有颜色。如Co(H2O)62显粉红色。据此判断：Mn(H2O)62_(填“无”或“有”)颜色。(4)利用 C
24、O 可以合成化工原料 COCl2、配合物Fe(CO)5 等。COCl2 分子的结构式为_,每个 COCl2分子内含有_个 键,_个 键,其中心原子采取_杂化轨道方式。Fe(CO)5 在 一 定 条 件 下 发 生 分 解 反 应：Fe(CO)5(s)=Fe(s)5CO(g)。反应过程中,断裂的化学键只有配位键,则形成的化学键类型是_。【解析】(1)根据电负性的变化规律,同周期元素从左到右逐渐增大,同主族从上到下逐渐减小,所以 C、Si、N元素的电负性由大到小的顺序是 NCSi；C60 和金刚石相比,熔点高的是金刚石,因为金刚石是原子晶体,C60为分子晶体,原子晶体的熔点都比分子晶体的熔点高；(
25、2)由表中数据可知,A、B 都是第A 族元素,因为第一、第二电离能接近,与第三电离能差距较大；B 的第一电离能小于 A,说明 B 在 A 的下方,所以短周期元素中 B是 Mg；所以核外电子排布式为 1s22s22p63s2；(3)Mn(H2O)62中的 Mn2的外围电子排布为 3d5,所以Mn(H2O)62有颜色；(4)根据单键都是 键,双键中有 1 个 键和 1 个 键,根据 COCl2 分子结构判断该分子中含有 3 个 键,和1 个 键,C 原子周围有 3 个 键,所以是 sp2 杂化；铁单质中存在金属键,CO 分子保持不变,所以形成的化学键类型是金属键。【答案】(1)NCSi 金刚石 金刚石为原子晶体,C60 为分子晶体(2)1s22s22p63s2(3)有(4)3 1 sp2 金属键
