高中化学第三章晶体下

目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、金属键1.定义:金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子共有,从而把所有的金属原子维系在一起。2.成键微粒是:金属阳离子和自由电子。3.应用:“电子气”理论能很好地解释金属材料良好的延展性、导电性、导热性。目标导航预习导引一二三电解质在熔融状态或溶于水时能导电,这与金属导电的本质是否相同?答案:金属导电依靠的是自由电子,电解质熔融或溶于水后导电依靠的是自由移动的阳、阴离子。金属导电过程不会生成新物质,属物理变化;而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新物质,属化学变化,二者的导电本质是不同的。另外金属的导电能力随温度的升高而减弱,而电解质溶液或熔融状态的电解质的导电能力随温度的升高而增强。目标导航预习导引一二三二、金属晶体的原子堆积模型1.二维空间模型金属原子的二维平面放置有非密置层和密置层两种,其配位数分别为4、6。2.三维空间模型(1)简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在一条直线上堆积,形成的晶胞是一个立方体,每个晶胞含1个原子。这种堆积方式空间利用率低,只有金属钋是这种堆积方式。目标导航预习导引一二三(2)体心立方堆积它是另一种非密置层堆积方式,将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中。这种堆积方式比简单立方堆积空间利用率高。如碱金属就是这种堆积方式。(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积密置层原子按照体心立方堆积的方式堆积时,如果按照ABABABAB……的方式堆积时为六方最密堆积,如果按照ABCABCABC……的方式堆积时为面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74%,但两者得到的晶胞不同。目标导航预习导引一二三晶体的构成粒子采取密堆积有何意义?答案:晶体的构成粒子采取密堆积的形式形成晶体可以提高空间利用率,降低体系能量,整个体系的能量越低,所形成的晶体就越稳定,这是由自然规律所决定的。目标导航预习导引一二三三、石墨1.结构特点——层状结构(1)同层内,碳原子采用sp2杂化,以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠,p电子可在整个平面中运动。(2)层与层之间以范德华力相结合。2.晶体类型石墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合晶体。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一、金属通性金属共同的物理性质:容易导电、导热、有延展性等。1.导电性:金属内部的原子之间的“电子气”的流动是无方向性的,在外加电场的作用下,电子气在电场中定向移动形成电流。2.导热性:电子气中的自由电子在热的作用下与金属阳离子频繁碰撞,把能量从温度高的部分传到温度低的部分,从而使整块金属达到相同的温度。3.延展性:当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,所以在各原子层之间发生相对滑动以后,仍可保持这种相互作用,因而即使在外力作用下,发生形变也不易断裂。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用4.熔、沸点:金属键的强弱与金属阳离子半径、金属阳离子所带电荷有关。金属阳离子半径越小,离子所带的电荷越多,则金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。同周期的金属单质,从左到右熔、沸点升高,硬度增大;同主族的金属单质,从上至下熔、沸点降低,硬度减小。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用试分析比较金属键和共价键、离子键的异同点。答案:(1)相同点:三种化学键都是微粒间的电性作用。(2)不同点:共价键是相邻两原子间的共用电子对的相互作用;离子键是原子得失电子形成阴、阳离子,阴、阳离子间产生静电作用;金属键是金属离子与自由电子的静电引力、金属离子之间的电性斥力的综合作用。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用金属的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是(

)A.易导电 B.易导热C.有延展性 D.易锈蚀解析:金属晶体内的自由电子和金属阳离子的作用使得金属具有导电性、导热性、延展性,而部分金属的易锈蚀是因为这些金属较活泼而易被空气氧化所致。答案:D一二知识精要思考探究典题例解迁移应用关于金属性质和原因的描述不正确的是(

)(导学号52700046)A.金属一般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有关系B.金属具有良好的导电性,是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子,形成了“电子气”,在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流,所以金属易导电C.金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后,加快了运动速率,自由电子通过与金属离子发生碰撞,传递了能量D.金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析:金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了可见光,又把各种波长的光大部分再反射出来,因而金属一般显银白色光泽;金属导电性是在外加电场作用下,“电子气”中的电子定向移动形成电流;导热性是自由电子受热后,与金属离子发生碰撞,传递了能量;良好的延展性是因为金属晶体中的原子层发生滑动,但金属键未被破坏。答案:A一二知识精要典题例解迁移应用二、金属晶体的原子堆积模型

一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例2】

结合金属晶体的结构和性质,回答以下问题:(1)已知下列金属晶体:Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。其堆积方式为:①简单立方堆积的是

;

②体心立方堆积的是

;

③六方最密堆积的是

;

④面心立方最密堆积的是

。

(2)根据下列叙述,判断一定为金属晶体的是

。

A.由分子间作用力形成,熔点很低B.由共价键结合形成网状晶体,熔点很高C.固体有良好的导电性、导热性和延展性一二知识精要典题例解迁移应用解析:(1)简单立方堆积的空间利用率太低,只有金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高,多数金属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABAB……方式堆积,面心立方最密堆积按ABCABC……方式堆积,采取六方最密堆积的常见金属为Mg、Zn、Ti,采取面心立方最密堆积的常见金属为Cu、Ag、Au。(2)A项属于分子晶体的特点;B项属于原子晶体的特点;而C项是金属的通性。答案:(1)①Po

②Na、K、Fe

③Mg、Zn

④Cu、Au(2)C一二知识精要典题例解迁移应用有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示,有关说法正确的是(

)(导学号52700047)A.①为简单立方堆积②为六方最密堆积③为体心立方堆积④为面心立方最密堆积B.每个晶胞含有的原子数分别为①1个②2个③2个④4个C.晶胞中原子的配位数分别为①6

②8

③8

④12D.空间利用率的大小关系为①<②<③<④一二知识精要典题例解迁移应用解析:①为简单立方堆积,②为体心立方堆积,③为六方最密堆积,④为面心立方最密堆积,A项错误;每个晶胞中含有的原子数分别为:①

,B项正确;晶胞③中原子的配位数应为12,其他判断正确,C项不正确;四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%,所以D项不正确。答案:B案例探究方法总结原子空间利用率的计算方法金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是(

)A.钋Po——简单立方堆积——52%——6B.钠Na——体心立方堆积——74%——12C.锌Zn——六方最密堆积——68%——8D.银Ag——面心立方最密堆积——68%——12解析:利用堆积方式来推导空间利用率和配位数。B项,体心立方堆积的空间利用率为68%,配位数为8;C项,Zn为六方最密堆积,空间利用率为74%,配位数为12;D项,Ag为面心立方最密堆积,空间利用率为74%,配位数为12;A项,堆积方式、空间利用率和配位数均正确。答案:A案例探究方法总结1.首先把堆积方式抽象成晶胞模型。2.均摊法计算晶胞的微粒个数,计算微粒所占的体积。3.计算晶胞的总体积。4.空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、离子键1.离子键的实质:是静电作用,它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面,当引力与斥力之间达到平衡时,就形成了稳定的离子化合物,它不显电性。2.离子键的特征:没有方向性和饱和性。因此,以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积,使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子,从而达到稳定的目的。目标导航预习导引一二三二、离子晶体1.离子晶体:阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体称为离子晶体。2.常见离子晶体的配位数:在NaCl晶体中阳离子和阴离子的配位数都是6;在CsCl晶体中,阳离子和阴离子的配位数都是8;在CaF2晶体中,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4。3.离子晶体中阴阳离子配位数的决定因素有三:几何因素、电荷因素和键性因素。4.离子晶体的物理性质:硬度大,难压缩,熔、沸点高。目标导航预习导引一二三①离子晶体中只存在离子键吗?②晶体中只要有阳离子,就一定存在阴离子吗?③离子晶体是否全部由金属元素与非金属元素组成?答案:①离子晶体中还可能存在共价键,如Na2SO4、KNO3、NH4Cl、Ca(OH)2等晶体中除了离子键之外,还存在共价键。②晶体中有阳离子不一定有阴离子,如金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,但若有阴离子必然有阳离子。③全部由非金属元素形成的晶体,也可能是离子晶体,如铵盐。目标导航预习导引一二三三、晶格能1.离子晶体的晶格能:气态离子形成1摩离子晶体释放的能量。2.晶格能对离子晶体的影响:晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,离子晶体的熔点越高,硬度越大。3.晶格能的影响因素:晶格能的大小取决于构成离子晶体的阴阳离子所带的电荷数、离子半径的大小以及离子晶体的结构。为何Na2O的晶格能大于NaF的,而KCl的晶格能大于KI的?答案:晶格能与离子所带的电荷成正比,而与离子半径的大小成反比。在Na2O和NaF中,O2-所带的电荷比F-的多,故Na2O的晶格能大于NaF的;而KCl和KI中,Cl-的半径小于I-的,故KCl的晶格能大于KI的。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一、离子晶体的物理性质1.离子晶体具有较高的熔点、沸点,难挥发。要克服离子键使离子晶体熔化和沸腾,就需要较多的能量,故离子晶体具有较高的熔点、沸点,并且难挥发。2.离子晶体硬而脆。离子晶体中,阴、阳离子间有较强的离子键,离子键表现了较大的硬度,当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用3.离子晶体不导电,熔融或溶于水后能导电。离子晶体中,离子键较强,无自由移动的离子,因此离子晶体不导电。当升高温度时,阴、阳离子获得足够能量,克服了离子间的相互作用,成了自由移动的离子,在外界电场作用下,离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时,阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(或水合离子),在外界电场作用下,阴、阳离子定向移动而导电。4.大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中,难溶于非极性溶剂(如汽油、煤油)中。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用为什么大多数离子晶体易溶于水而难溶于CCl4?答案:大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中,难溶于非极性溶剂(如苯、CCl4)中。当把离子晶体放在水中时,极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体,变成在水中自由移动的离子。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】

下列性质适合于离子晶体的是(

)(导学号52700048)①熔点1070℃,易溶于水,水溶液能导电②熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电③能溶于CS2,熔点112.8℃,沸点444.6℃

④熔点97.81℃,质软,导电,密度0.97g·cm-3

⑤熔点-218℃,难溶于水⑥熔点3900℃,硬度很大,不导电⑦难溶于水,固态时能导电,升温时导电能力减弱⑧难溶于水,熔点高,固体不导电,熔化时导电A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤解析:离子晶体液态时能导电,难溶于非极性溶剂,熔点较高、质硬而脆,固体不导电,故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点;⑥中物质熔点达3

900

℃,硬度很大,应是原子晶体。故只有①⑧符合题意。答案:A一二知识精要思考探究典题例解迁移应用碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是

(

)①较高沸点②能溶于水③水溶液能导电④熔点很低⑤熔融状态不导电A.①②③ B.③④⑤ C.①④⑤ D.②③⑤解析:碱金属与卤素形成的化合物为离子晶体,离子晶体具有较高的熔、沸点,在熔融状态下能导电;溶于水后形成自由移动的离子,也能导电。答案:A一二知识精要典题例解迁移应用二、影响离子晶体结构的因素

一二知识精要典题例解迁移应用正负离子半径比与配位数的关系

2.电荷因素在NaCl晶体、CsCl晶体中,由于正负离子电荷数(绝对值)相同,因而正负离子的个数相同,结果导致正负离子的配位数相同。若正负离子的电荷数不相同,正负离子的个数必定不相同,正负离子的配位数就不会相同(如CaF2晶体)。因此正负离子的电荷比是决定离子晶体结构的重要因素,简称电荷因素。

一二知识精要典题例解迁移应用【例2】

钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,结构如图所示,有关说法不正确的是(

)A.该晶体属于离子晶体B.晶体的化学式为Ba2O2C.该晶体晶胞结构与NaCl相似D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个

答案:B一二知识精要典题例解迁移应用金属晶体和离子晶体是重要晶体类型。下列关于它们的说法中,正确的是(

)(导学号52700049)A.金属晶体和离子晶体在固态时都能导电B.在镁晶体中,1个Mg2+只与2个价电子存在强烈的相互作用C.金属晶体和离子晶体都可采取“紧密堆积”方式,原子晶体都可采取“非紧密堆积”方式D.金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等相互作用,很难断裂,因而都具有延展性解析:离子晶体在固态时不导电,A项错;在金属晶体中,价电子为所有阳离子共用,B项错;离子晶体无延展性,D项错。答案:C案例探究方法总结氧化钙在2973K时熔化,而氯化钠在1074K时熔化,两者的离子间距离和晶体结构类似,有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是(

)(导学号52700050)A.氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B.氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C.氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D.在氧化钙与氯化钠的离子核间距类似的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定解析:CaO和NaCl比较,二者离子间距离和晶体结构类似,而Ca2+和O2-所带电荷数均比Na+、Cl-多,所以CaO的晶格能比NaCl的大,CaO中的离子键强,其熔点比NaCl的高。答案:C案例探究方法总结晶格能的大小主要根据库仑定律判断,由库仑定律知:晶格能与电荷数成正比,与离子核间距成反比。即

。q(离子电荷)越大,r(离子核间距)越小,U(晶格能)越大,离子键越强,物质的熔点越高。专题一专题二专题三专题一

判断晶体类型的方法1.依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。(3)分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用力。(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用力是金属键。专题一专题二专题三2.依据物质的分类判断(1)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。(2)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。(3)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。(4)金属单质(除液态汞外)与合金是金属晶体。专题一专题二专题三3.依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度。(2)原子晶体熔点高,常在一千至几千摄氏度。(3)分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下至很低温度。(4)金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。4.依据导电性判断(1)离子晶体的水溶液及熔融时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)分子晶体为非导体,但有些分子晶体溶于水,使分子内的化学键断裂,形成自由离子而导电。(4)金属晶体是电的良导体。专题一专题二专题三5.依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大或较硬、脆。(2)原子晶体硬度大。(3)分子晶体硬度小且较脆。(4)金属晶体多数硬度大,但也有较小的,且具有延展性。6.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原子晶体。(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。专题一专题二专题三【例1】

有A、B、C三种晶体,分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成,对这三种晶体进行实验,结果如下表:(导学号52700051)(1)晶体的化学式分别为:A

,B

,C

。

(2)晶体的类型分别为:A

,B

,C

。

(3)晶体中构成粒子间的作用分别为:A

,B

,C

。

专题一专题二专题三解析:由A在熔融时导电,可知A为离子晶体,即为NaCl,其中含离子键;B的硬度很大,不溶于水,又不导电,则知B为原子晶体,即为金刚石,含有共价键;C的熔点很低,可知为分子晶体,即为HCl,HCl是靠分子间作用力形成的晶体。答案:(1)NaCl

C

HCl(2)离子晶体原子晶体分子晶体(3)离子键共价键分子间作用力专题一专题二专题三迁移训练1下表给出几种氯化物的熔点和沸点:据表中所列数据判断下列叙述与表中相吻合的是

(

)A.AlCl3在加热条件下能升华B.SiCl4晶体属于原子晶体C.AlCl3晶体是典型的离子晶体D.MgCl2在晶体中有分子存在专题一专题二专题三解析:观察AlCl3的熔点和沸点可看出其沸点要低于熔点,AlCl3在加热条件下可以升华,A项正确;从表中知SiCl4的熔点是-70

℃,由此看出其熔点低,属于分子晶体,B项错;C项,AlCl3的熔、沸点不高,不属于离子晶体,C项错;D项,MgCl2的熔、沸点均很高,不可能是分子晶体,故晶体中不存在单个分子,D项错。答案:A专题一专题二专题三专题二

晶体熔、沸点的比较1.不同类型晶体的熔、沸点(一般情况)原子晶体>离子晶体>分子晶体;金属晶体(除少数外)>分子晶体;金属晶体的熔、沸点有的很高,如钨,有的很低,如汞(常温下是液体)。2.同类型晶体的熔、沸点(1)原子晶体:结构相似,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔、沸点越高。如熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅。(2)分子晶体:分子间作用力越强,熔、沸点越高。①组成和结构相似的分子晶体:一般相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。如熔点:I2>Br2>Cl2>F2。②相对分子质量相同或相近的物质:分子的极性越大,熔、沸点越高。如沸点:CO>N2。专题一专题二专题三③同分异构体之间:一般是支链越多,熔、沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。④若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大,故熔、沸点较高,如沸点:HF>HI>HBr>HCl。(3)金属晶体:所带电荷越多,金属阳离子半径越小,则金属键越强,熔、沸点越高。如熔点:Al>Mg>Na>K。(4)离子晶体:离子所带电荷越多,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高。如熔点:KF>KCl>KBr>KI。综上所述,比较物质熔、沸点高低的一般方法步骤是先看晶体类型,再比较分子间作用力的强弱。专题一专题二专题三【例2】

下列物质的熔、沸点高低顺序排列正确的是

(

)A.金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅B.CI4>CBr4>CCl4>CF4C.MgO>H2O>N2>O2D.金刚石>生铁>钠>纯铁专题一专题二专题三解析:A项中物质全部为原子晶体,判断其熔、沸点高低可比较其原子半径,它们的原子半径由大到小的顺序为Si>C>O,键长关系为Si—Si>Si—C>Si—O>C—C,故熔、沸点:金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅,A项错误;B项为同种类型的分子晶体,可比较其相对分子质量大小,相对分子质量越大,熔、沸点越高,B项正确;C项中N2与O2为分子晶体,O2的熔、沸点比N2的高,故C项错误;D项,熔、沸点关系为金刚石>纯铁>生铁>钠,合金的熔、沸点一般比组成它的纯金属的熔、沸点低。答案:B专题一专题二专题三迁移训练2下列关于晶体的说法正确的是(

)(导学号52700052)①分子晶体中都存在共价键②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低④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⑤CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4+和12个O2-相紧邻⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合⑦晶体中分子间作用力越大,分子越稳定⑧氯化钠熔化时离子键被破坏CaTiO3的晶体结构模型A.①②③⑥ B.①②④

C.③⑤⑦ D.③⑤⑧专题一专题二专题三解析: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;