【高中化学】四类典型晶体的比较及应用 2022-2023学年高二化学 人教版2019选择性必修2

走进奇妙的化学世界2022-2023选择性必修2第三章晶体结构与性质第二节

金属晶体与离子晶体构成微粒微粒间作用力常见实例物理特性分子晶体

H2、CO2

原子晶体

SiO2

、金刚石

金属晶体

Na、Fe

离子晶体

NaCl、CsCl

分子原子金属阳离子与自由电子阴阳离子分子间作用力共价键金属键离子键熔沸点低熔沸点很高，难溶固体导电固体不导电，融熔导电

学习

目标第4课时四类典型晶体的比较及应用PART01PART02掌握形成四类典型晶体的作用力与熔沸点的关系，提升宏观辨识与微观探析的化学核心素养。掌握各类化学键、分子间作用力强弱的本质原因，能从宏观与微观角度分析、解决问题一、晶体类型的判断(4)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。(2)共价晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。(1)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。(3)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。1.依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断分析:(1)离子晶体与化学键的关系:①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。②含有离子键的化合物一定是离子化合物。③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。④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。(2)分子晶体与分子间作用力及化学键的关系:①分子晶体中一定含有分子间作用力。②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。③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。④分子晶体中的分子间作用力决定物质的物理性质(如熔点、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:①共价晶体中一定有共价键,且只有共价键,无分子间作用力。②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。③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。(4)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)金刚石、晶体硅、晶体硼、碳化硅、二氧化硅等是共价晶体。(1)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等外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)金属单质（除汞外）和合金是金属晶体2.依据物质的分类判断3.根据物质的物理性质判断晶体的类型(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。【易错提醒】判断晶体类型,既可以从结构入手,也可以从物理性质入手:(1)由非金属元素组成的二元化合物不是离子晶体(二元以上未必正确,如NH4Cl、NH4NO3)。(2)熔点在一千摄氏度以下无共价晶体。(3)固态不导电,熔融态导电的是离子晶体。(4)熔点低,能溶于有机溶剂的晶体是分子晶体。(5)金属元素与非金属元素组成的化合物未必都是离子晶体,一般用元素电负性差来判断。组成元素电负性差大于1.7的一般是离子晶体,但不全符合,还与元素化合价有关。(4)离子晶体溶于水及熔融状态时能导电(2)共价晶体一般为非导体，但硅为半导体(1)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电(3)金属晶体是电的良导体4.依据导电性判断[例1]

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2200℃，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________。[解题思路]

晶体的熔点高低、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。共价晶体分子晶体

分子晶体

离子晶体练1.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2200℃，熔融态不导电：________。(2)溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电：________。(3)五氟化矾，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，熔融时或溶于水中都能导电：________。(5)SiI4：熔点120.5℃，沸点287.4℃，易水解：________。(6)硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大：________。(7)硒：熔点217℃，沸点685℃，溶于氯仿：________。(8)锑：熔点630.74℃，沸点1750℃，导电：________。共价晶体分子晶体分子晶体离子晶体分子晶体共价晶体分子晶体金属晶体练2．下列各组物质中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是(

)A．CaCl2和NaOH

B．碘、氖C．CO2和H2O D．CCl4和KClC

[A项都是离子晶体，CaCl2只有离子键，NaOH既有离子键又有共价键；B项都是分子晶体，碘分子中有共价键，氖分子中无化学键；C项都是分子晶体，只有极性共价键；D项CCl4是分子晶体，含有共价键，KCl是离子晶体，含有离子键。]练3．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(

)A．该共价晶体中含有极性键B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料C．该共价晶体有很高的熔点、沸点D．该共价晶体硬度大，可用作耐磨材料二、物质熔点、沸点高低的比较1.首先看物质状态一般情况下，固体>液体>气体2.其次看物质所属晶体类型一般情况下，共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等金属的熔、沸点很高，汞、铯等金属的熔、沸点很低。例如:

SiO2>NaCl>I2练习:①二氧化硅晶体比干冰熔点原因是

高二氧化硅共价原子晶体，干冰属于分子晶体

结构粒子：分子，

分子间的作用：是氢键或范德华力）A.氢键：含N--H，O--H，F--H键的分子之间产生的一种静电作用。B.范德华力：是分子之间普遍存在的相互作用力C.影响范德华力大小的因素：

相对分子质量越大分子的极性越大解释范德华力越强3.同种类型晶体的熔、沸点的比较分子晶体:分子晶体:①看是否含有氢键有分子间氢键的熔沸点高有相同的分子间氢键，看氢键的个数，个数越多，熔沸点越高②比较范德华力组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高③比较分子极性相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高。

④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。根据下面图中信息，解释图中曲线的形状为什么H2O的沸点比H2S高？为什么H2S,H2Se,H2Te沸点依次升高？

液态时H2O分子之间存在氢键，而H2S分子之间只存在范德华力23451007550250-25-50-75-100-125-150-175沸点(℃)CH4SiH4GeH4SnH4H2OH2SH2SeH2Te周期数分子之间无氢键，组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高

结构粒子：非金属原子，

原子之间作用：共价键共价键键长越短

共价键键能越大键越牢固该物质熔点越高例如：金刚石比晶体硅熔点高，因为C---C比Si---Si键长短，键能大。

常见的原子晶体有：金刚石，晶体Si,碳化硅（SiC),氮化硅（Si3N4),二氧化硅，氮化硼等3.同种类型晶体的熔、沸点的比较共价晶体：共价晶体：①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。3.同种类型晶体的熔、沸点的比较离子晶体：

①一般地，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高②离子所带的电荷数的影响大于离子半径的影响阴、阳离子所带电荷数越大阴、阳离子半径越小离子键越强熔点越高3.同种类型晶体的熔、沸点的比较金属晶体：

①金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属的熔、沸点越高②合金的熔点比组成合金的纯金属低结构粒子：金属阳离子，自由电子；

粒子之间的作用：金属键

金属阳离子所带电荷越大金属阳离子半径越小金属键越强熔沸点越高[例2]金刚石的熔点为a℃，晶体硅的熔点为b℃，足球烯(分子式为C60)的熔点为c℃，a、b、c的大小关系是(

)A．a>b>c

B．b>a>c

C．c>a>b

D．c>b>a[解题思路]

A

金刚石和晶体硅均为共价晶体，二者晶体结构相似，熔点高，由于碳原子半径小于硅原子半径，所以碳碳键的键能高于硅硅键的键能，则金刚石的熔点高于晶体硅；足球烯(分子式为C60)为分子晶体，熔化时只需要克服分子间作用力，故熔点低。综上所述，三者熔点：金刚石＞晶体硅＞足球烯，A项符合题意。[例3](1)Ti的四卤化物熔点如表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是__________________________[解析]

(1)TiF4为离子化合物，熔点高，TiCl4、TiBr4、TiI4为共价化合物，是分子晶体，其组成和结构相似，随相对分子质量的增大，分子间作用力增大，熔点逐渐升高，故熔点由高到低的顺序为TiF4>TiI4>TiBr4>TiCl4。TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，其组成和结构相似，随相对分子质量的增大，分子间作用力增大，熔点逐渐升高[解析](2)氧化锂、氧化镁是离子晶体，六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体，离子键比分子间作用力强。Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体，离子键MgO>Li2O，分子间作用力(相对分子质量)P4O6>SO2

(3)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________

[解析](3)晶体类型是决定物质熔、沸点的主要因素，从GaF3的熔点较高知其为离子晶体，从GaCl3的熔点较低知其为分子晶体。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。GaF3是离子晶体，GaCl3为分子晶体[解析](4)根据表中数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点依次增高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，分子间作用力强弱与相对分子质量的大小有关。GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子的组成和结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强不同类晶体熔沸点比较答题策略不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体答题模板×××为×××晶体，而×××晶体1金刚石的熔点比NaCl高，原因是：金刚石是原子晶体，而NaCl是离子晶体2SiO2的熔点比CO2高，原因是：SiO2是原子晶体，CO2而是分子晶体3Na的氯化物的熔点比Si的氯化物的熔点高，理由是：NaCl为离子晶体而SiCl4为分子晶体答题指导

共价晶体

答题策略看共价键的强弱，取决于键长；即：成键原子半径大小答题模板同为原子晶体，×××晶体的键长短，键能大，熔沸点高1Si单质比化合物SiC的熔点低，理由是：晶体硅与SiC均属于原子晶体，晶体硅中的Si—Si比SiC中Si—C的键长长，故键能也低，所以SiC熔点低分子晶体答题策略一般先氢键后范德华力最后分子的极性答题模板同为分子晶体，×××存在氢键，而×××仅存在较弱的范德华力同为分子晶体，×××的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高同为分子晶体，两者的相对分子质量相同(或相近)，×××的极性大，熔、沸点高同为分子晶体，×××形成分子间氢键，而×××形成的则是分子内氢键，形成分子间氢键会使熔、沸点增大2NH3的沸点比PH3高，原因是：同为分子晶体，NH3分子间存在较强的氢键，而PH3分子间仅有较弱的范德华力3CO2比CS2的熔沸点低，其理由是：同为分子晶体，CS2的相对分子质量大，范德华力强，熔沸点高4CO比N2的熔沸点高，其理由是：同为分子晶体，两者相对分子质量相同，CO的极性大，熔沸点高的沸点比高，原因是：形成分子内氢键，形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大离子晶体答题策略看离子键(或晶格能)的强弱，取决于阴、阳离子半径的大小和电荷数答题模板阴、阳离子电荷数相等，则看阴、阳离子半径：同为离子晶体，Rn－(或Mn+)半径小于Xn－(或Nn+)，故×××晶体晶格能大(离子键强)，熔沸点高阴离子(或阳离子)电荷数不相等，阴离子半径(或阳离子半径)不相同：同为离子晶体，Rn－(或Mn+)半径小于Xm－(或Nm+)，Rn－(或Mn+)电荷数大于Xm－(或Nm+)，故×××晶体晶格能大(或离子键强)，熔沸点高9ZnO和ZnS的晶体结构相似，熔点较高的是ZnO，理由是：同属于离子晶体，O2－半径小于S2－，故ZnO晶格能大(或离子键强)，熔点高10FeO的熔点小于Fe2O3的熔点，原因是：同为离子晶体，Fe2+半径比Fe3+大，所带电荷数也小于Fe3+，FeO的晶格能比Fe2O3小金属晶体答题策略看金属键的强弱，取决于金属阳离子半径和所带电荷数，即：金属原子的价电子数答题模板阳离子电荷数相等，则看阳离子的半径：同主族金属元素同为金属晶体，Mn+半径小于Nn+，故M晶体的金属键强，熔、沸点高阳离子电荷数不相等，阳离子半径也不相等：同周期金属元素同为金属晶体，Mm+半径小于Nn+，Mm+电荷数大于Nn+，故M晶体的金属键强，熔、沸点高11K的熔沸点小于Na，原因是：同为金属晶体，K+的半径大于Na+，故金属键Na的强，熔沸点也高12Mg的熔沸点小于Al，原因是：同为金属晶体，Mg2+的半径大于Al3+，Mg2+的阳离子所带的电荷数小于Al3+，故金属键Al