第2课时 四类典型晶体比较 过渡晶体与混合型晶体
命题热点——四类典型晶体比较 晶体类型判断
1.四类典型晶体比较
晶体类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体
定义 金属原子通过金属键形成的晶体 阴、阳离子通过离子键形成的晶体 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三维骨架结构的晶体
结 构 基本 微粒 金属阳离子、自由电子 阴离子、 阳离子 分子 原子
微粒间 作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
性 质 熔、 沸点 一般较高,但差异大 较高 较低 高
硬度 一般较大,但差异大 较大 较小 大
延展性 好 脆 差 差
导电性 固态能导电 熔融态或溶于水时能导电 某些溶于水后能导电 一般不导电,个别为半导体
溶解性 不溶 多数 溶于水 相似相溶 不溶
熔化时需克服的作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
物质类别 金属单质和合金 离子化合物 部分非金属单质和共价化合物 某些单质和共价化合物
典例 K、Cu、Mg NaCl、CsCl、 CaF2 干冰、冰、碘 金刚石、SiO2
2.晶体类型判断
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断。
(2)依据物质的类别判断。
(3)依据晶体的熔点判断。
熔、沸点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,金属晶体的熔、沸点差距较大。
(4)依据导电性判断。
(5)依据硬度和机械性能判断。
[题点多维训练]
1.下列晶体分类中正确的是 ( )
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶
D Ba(OH)2 金刚石 玻璃
2.下列关于晶体的叙述正确的是 ( )
A.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
C.存在自由电子的晶体一定是金属晶体,存在阳离子的晶体一定是离子晶体
D.离子晶体中可能存在共价键,分子晶体中可能存在离子键
3.下列数据是对应物质的熔点(℃):
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl
-170 2 073 920 801
AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
1 291 190 -51 1 713
据此做出的下列判断错误的是 ( )
A.铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
4.下列物质的熔、沸点高低顺序中,不正确的是 ( )
A.晶体硅>晶体硼>晶体锗
B.CI4>CBr4>CCl4>CH4
C.MgO>H2O>O2>N2
D.金刚石>纯铁>生铁>钠
5.四种物质的一些性质如下表:
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质
单质硫 120.5 271.5 —
单质硼 2 300 2 550 硬度大
氯化铝 190 180.0 177.8 ℃升华
苛性钾 300 1 320 晶体不导电,熔融态导电
晶体类型:单质硫是 晶体;单质硼是 晶体;氯化铝是 晶体;苛性钾是 晶体。
|思维建模|比较不同晶体熔、沸点的基本思路
(1)首先看物质的状态,一般情况下是固体>液体>气体。
(2)再看物质所属类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(3)同类晶体熔、沸点高低取决于微粒间的相互作用。
共价晶体→共价键键能→键长→原子半径;
分子晶体→分子间作用力→相对分子质量;
离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。
新知探究——过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
纯粹的典型晶体并不多,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体(以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例来说明)。
几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的 百分数/% 62 50 41 33
由表可知:
(1)过渡晶体的存在:这4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的 ,也不是纯粹的 ,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
(2)晶体类型判断处理:偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
[微点拨] ①离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的,差值越大,离子键的百分数越大。②第三周期后几种元素的氧化物 P2O5、SO3、Cl2O7都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小了,而且共价键不再贯穿整个晶体,而是局限于晶体微观空间的一个个分子中。③四类晶体都有过渡型。
2.混合型晶体——以石墨为例
(1)石墨的结构模型
(2)结构特点
①同层内,碳原子采用 杂化,以共价键相结合形成平面六元并环结构。
②所有碳原子的未杂化的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
③层与层之间以 相结合。
[微点拨] ①石墨晶体中,既有共价键,又有范德华力,所以属于混合型晶体。②由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠,p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,在外电场作用下,可以定向移动,所以石墨具有导电性。
(3)物理性质:熔点高、易导电、质软易滑动。
[题点多维训练]
题点(一) 过渡晶体
1.下列说法不正确的是 ( )
A.离子键和共价键没有明显界限
B.离子晶体和共价晶体没有明显界限
C.离子晶体中含有离子键,不含共价键
D.大多数晶体是四类典型晶体的过渡晶体
2.下列关于过渡晶体的说法正确的是 ( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
题点(二) 混合型晶体
3.石墨晶体是层状结构如图。以下有关石墨晶体的说法正确的是 ( )
A.石墨的熔点、沸点都比金刚石的低
B.石墨中的C原子均为sp3杂化
C.每个六元环完全占有的碳原子数是2
D.石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键和范德华力
4.黑磷是一种黑色、有金属光泽的晶体,结构与石墨相似,如图所示。
下列有关黑磷说法正确的是 ( )
A.黑磷晶体中,磷原子杂化方式为sp2
B.黑磷晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力
C.黑磷晶体的每一层中,磷原子都在同一平面上
D.P元素三种常见的单质中,黑磷的熔、沸点最低
第2课时 四类典型晶体比较 过渡晶体与混合型晶体
命题热点
1.选C Ar分子间以范德华力相互结合为分子晶体,A错误;H2SO4是分子晶体,石墨是混合型晶体,B错误;玻璃无固定熔点,是非晶体,D错误。
2.选A 共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,A正确;分子晶体中,分子间作用力越大,熔、沸点越高,分子间作用力影响物质的熔、沸点,共价键影响物质的热稳定性,B错误;存在自由电子的晶体不一定是金属晶体,如石墨中也含有自由电子,它是一种混合型晶体,存在阳离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体,C错误;离子晶体中可能存在共价键,如NaOH属于离子晶体,其中含有H—O共价键,分子晶体中一定不存在离子键,全部是共价键,D错误。
3.选B 由表中数据分析,氧化铝和氟化铝的熔点很高,两者不是分子晶体,故A正确;表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低,是分子晶体,故B错误;碳和硅同主族,但氧化物的晶体类型不同,分别属于分子晶体和共价晶体,故C正确;硅和铝不同主族,但对应的氧化物都为共价晶体,说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体,故D正确。
4.选A 同属于共价晶体,熔、沸点高低主要看共价键的强弱,显然对键能而言,晶体硅<晶体硼,A错误;组成、结构相似的分子晶体,熔、沸点高低要看相对分子质量的大小,B正确;对于不同类型晶体,熔、沸点高低一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体,并考虑氢键对熔、沸点的影响,MgO>H2O>O2>N2,C正确;生铁为铁合金,熔点要低于纯铁,D正确。
5.解析:单质硫为非金属单质,其熔、沸点都较低,为分子晶体;单质硼为非金属单质,其熔、沸点都很高,为共价晶体;氯化铝为化合物,其熔、沸点都较低,并能在较低温度下升华,为分子晶体;苛性钾为化合物,其熔点较高,沸点很高,晶体不导电,熔融态导电,为离子晶体。
答案:分子 共价 分子 离子
新知探究
1.(1)离子键 共价键 2.(2)①sp2 ③范德华力
[题点多维训练]
1.C
2.选B 石墨属于混合型晶体,A项错误;SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确;大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键的百分数为62%,D项错误。
3.选C 金刚石的熔点是3 550 ℃,石墨的熔点是3 652 ℃~3 697 ℃(升华),石墨中碳碳键的键长比金刚石中的要短,故石墨的熔点比金刚石的高,A说法错误;石墨中的C原子均为sp2杂化,形成平面六元并环结构,B说法错误;石墨中的每个C原子均被3个六元环共有,则每个六元环完全占有的碳原子数=6×=2,C说法正确;石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键,层间存在范德华力,范德华力不属于化学键,D说法错误。
4.选B 由黑磷的结构图可知,黑磷中的磷原子排列成立体结构,则磷原子杂化方式为sp3杂化,故A错误;因为黑磷晶体有与石墨类似的层状结构,所以黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力,故B正确;石墨晶体中碳原子为sp2杂化,则每一层中的碳原子均在同一平面上,而黑磷晶体中磷原子为sp3杂化,则每一层中的磷原子不可能在同一平面上,故C错误;黑磷最可能是混合型晶体(具有共价晶体和分子晶体的性质),而白磷、红磷都是分子晶体,所以黑磷的熔、沸点高,故D错误。(共68张PPT)
四类典型晶体比较 过渡晶体与混合型晶体
第2课时
目录
命题热点
四类典型晶体比较 晶体类型判断
新知探究
过渡晶体与混合型晶体
课时跟踪检测
四类典型晶体比较
晶体类型判断
命题热点
1.四类典型晶体比较
晶体类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体
定义 金属原子通过金属键形成的晶体 阴、阳离子通过离子键形成的晶体 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三维骨架结构的晶体
结构 基本微粒 金属阳离子、自由电子 阴离子、 阳离子 分子 原子
微粒间 作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
续表
性质 熔、沸点 一般较高,但差异大 较高 较低 高
硬度 一般较大,但差异大 较大 较小 大
延展性 好 脆 差 差
导电性 固态能导电 熔融态或溶于水时能导电 某些溶于水后能导电 一般不导电,个别为半导体
溶解性 不溶 多数溶于水 相似相溶 不溶
续表
熔化时需克服的作用力 金属键 离子键 范德华力或范德华力与氢键 共价键
物质类别 金属单质 和合金 离子 化合物 部分非金属单质和共价化合物 某些单质和共价化合物
典例 K、Cu、Mg NaCl、CsCl、 CaF2 干冰、冰、碘 金刚石、SiO2
续表
2.晶体类型判断
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断。
(2)依据物质的类别判断。
(3)依据晶体的熔点判断。
熔、沸点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,金属晶体的熔、沸点差距较大。
(4)依据导电性判断。
(5)依据硬度和机械性能判断。
题点多维训练
1.下列晶体分类中正确的是 ( )
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶
D Ba(OH)2 金刚石 玻璃
√
解析:Ar分子间以范德华力相互结合为分子晶体,A错误;H2SO4是分子晶体,石墨是混合型晶体,B错误;玻璃无固定熔点,是非晶体,D错误。
2.下列关于晶体的叙述正确的是 ( )
A.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
C.存在自由电子的晶体一定是金属晶体,存在阳离子的晶体一定是离子晶体
D.离子晶体中可能存在共价键,分子晶体中可能存在离子键
√
解析:共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,A正确;分子晶体中,分子间作用力越大,熔、沸点越高,分子间作用力影响物质的熔、沸点,共价键影响物质的热稳定性,B错误;存在自由电子的晶体不一定是金属晶体,如石墨中也含有自由电子,它是一种混合型晶体,存在阳离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体,C错误;离子晶体中可能存在共价键,如NaOH属于离子晶体,其中含有H—O共价键,分子晶体中一定不存在离子键,全部是共价键,D错误。
3.下列数据是对应物质的熔点(℃):
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl
-170 2 073 920 801
AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
1 291 190 -51 1 713
据此做出的下列判断错误的是 ( )
A.铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
√
解析:由表中数据分析,氧化铝和氟化铝的熔点很高,两者不是分子晶体,故A正确;表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低,是分子晶体,故B错误;碳和硅同主族,但氧化物的晶体类型不同,分别属于分子晶体和共价晶体,故C正确;硅和铝不同主族,但对应的氧化物都为共价晶体,说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体,故D正确。
4.下列物质的熔、沸点高低顺序中,不正确的是 ( )
A.晶体硅>晶体硼>晶体锗
B.CI4>CBr4>CCl4>CH4
C.MgO>H2O>O2>N2
D.金刚石>纯铁>生铁>钠
√
解析:同属于共价晶体,熔、沸点高低主要看共价键的强弱,显然对键能而言,晶体硅<晶体硼,A错误;组成、结构相似的分子晶体,熔、沸点高低要看相对分子质量的大小,B正确;对于不同类型晶体,熔、沸点高低一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体,并考虑氢键对熔、沸点的影响,MgO>H2O>O2>N2,C正确;生铁为铁合金,熔点要低于纯铁,D正确。
5.四种物质的一些性质如下表:
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质
单质硫 120.5 271.5 —
单质硼 2 300 2 550 硬度大
氯化铝 190 180.0 177.8 ℃升华
苛性钾 300 1 320 晶体不导电,熔融态导电
晶体类型:单质硫是 晶体;单质硼是 晶体;氯化铝是______晶体;苛性钾是 晶体。
解析:单质硫为非金属单质,其熔、沸点都较低,为分子晶体;单质硼为非金属单质,其熔、沸点都很高,为共价晶体;氯化铝为化合物,其熔、沸点都较低,并能在较低温度下升华,为分子晶体;苛性钾为化合物,其熔点较高,沸点很高,晶体不导电,熔融态导电,为离子晶体。
分子
共价
分子
离子
|思维建模|比较不同晶体熔、沸点的基本思路
(1)首先看物质的状态,一般情况下是固体>液体>气体。
(2)再看物质所属类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(3)同类晶体熔、沸点高低取决于微粒间的相互作用。
共价晶体→共价键键能→键长→原子半径;
分子晶体→分子间作用力→相对分子质量;
离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。
新知探究
过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
纯粹的典型晶体并不多,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体(以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例来说明)。
几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
由表可知:
(1)过渡晶体的存在:这4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的
,也不是纯粹的 ,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
(2)晶体类型判断处理:偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
共价键
离子键
[微点拨] ①离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的,差值越大,离子键的百分数越大。②第三周期后几种元素的氧化物 P2O5、SO3、Cl2O7都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小了,而且共价键不再贯穿整个晶体,而是局限于晶体微观空间的一个个分子中。③四类晶体都有过渡型。
2.混合型晶体——以石墨为例
(1)石墨的结构模型
(2)结构特点
①同层内,碳原子采用 杂化,以共价键相结合形成平面六元并环结构。
②所有碳原子的未杂化的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
③层与层之间以 相结合。
sp2
范德华力
[微点拨] ①石墨晶体中,既有共价键,又有范德华力,所以属于混合型晶体。②由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠,p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,在外电场作用下,可以定向移动,所以石墨具有导电性。
(3)物理性质:熔点高、易导电、质软易滑动。
题点多维训练
题点(一) 过渡晶体
1.下列说法不正确的是( )
A.离子键和共价键没有明显界限
B.离子晶体和共价晶体没有明显界限
C.离子晶体中含有离子键,不含共价键
D.大多数晶体是四类典型晶体的过渡晶体
√
2.下列关于过渡晶体的说法正确的是 ( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
√
解析:石墨属于混合型晶体,A项错误;SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确;大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键的百分数为62%,D项错误。
题点(二) 混合型晶体
3.石墨晶体是层状结构如图。以下有关石墨晶体的说法正确的是( )
A.石墨的熔点、沸点都比金刚石的低
B.石墨中的C原子均为sp3杂化
C.每个六元环完全占有的碳原子数是2
D.石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键和范德华力
√
解析:金刚石的熔点是3 550 ℃,石墨的熔点是3 652 ℃~3 697 ℃(升华),石墨中碳碳键的键长比金刚石中的要短,故石墨的熔点比金刚石的高,A说法错误;石墨中的C原子均为sp2杂化,形成平面六元并环结构,B说法错误;石墨中的每个C原子均被3个六元环共有,则每个六元环完全占有的碳原子数=6×=2,C说法正确;石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键,层间存在范德华力,范德华力不属于化学键,D说法错误。
4.黑磷是一种黑色、有金属光泽的晶体,结构与石墨相似,如图所示。下列有关黑磷说法正确的是 ( )
A.黑磷晶体中,磷原子杂化方式为sp2
B.黑磷晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力
C.黑磷晶体的每一层中,磷原子都在同一平面上
D.P元素三种常见的单质中,黑磷的熔、沸点最低
√
解析:由黑磷的结构图可知,黑磷中的磷原子排列成立体结构,则磷原子杂化方式为sp3杂化,故A错误;因为黑磷晶体有与石墨类似的层状结构,所以黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力,故B正确;石墨晶体中碳原子为sp2杂化,则每一层中的碳原子均在同一平面上,而黑磷晶体中磷原子为sp3杂化,则每一层中的磷原子不可能在同一平面上,故C错误;黑磷最可能是混合型晶体(具有共价晶体和分子晶体的性质),而白磷、红磷都是分子晶体,所以黑磷的熔、沸点高,故D错误。
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1.(2024·江西赣州月考)层状半导体材料MoS2(二硫化钼)的结构与石墨结构相似,由此推知,MoS2晶体最可能是 ( )
A.离子晶体 B.金属晶体
C.混合型晶体 D.分子晶体
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解析:石墨晶体中存在类似于金属键的化学键、范德华力、共价键,属于混合型晶体,MoS2(二硫化钼)的结构与石墨结构相似,MoS2晶体最可能是混合型晶体,故C正确。
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2.下列关于晶体的说法正确的组合是 ( )
①金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ②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 ③硬度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI ④SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑤分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
A.①②③ B.①②④
C.③⑤ D.①③
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解析:金刚石、SiC是共价晶体,原子半径越小,晶体熔点越高,金刚石的熔点高于碳化硅,NaF、NaCl是离子晶体,熔点比共价晶体的低,熔点:NaF>NaCl,H2O、H2S为分子晶体,但水分子之间存在氢键,熔点比硫化氢的高,所以晶体的熔点依次降低,故①正确;离子晶体中可能含有共价键,如氢氧化钠,分子晶体中肯定没有离子键,故②错误;F-、Cl-、Br-、I-的离子半径逐渐增大,所以离子键强度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI,硬度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI,故③正确;
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SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合,每个氧原子与2个硅原子以共价键相结合,故④错误;共价键键能越大,分子越稳定,与分子间作用力大小无关,故⑤错误。
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3.下列说法不正确的是 ( )
A.MgO中离子键的百分数为50%,则MgO不是纯粹的离子晶体,是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
B.Na2O通常当作离子晶体来处理,因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体,在许多性质上与纯粹的离子晶体接近
C.Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体,当作离子晶体来处理;SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理
D.分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型
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解析:Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,C项不正确。
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4.(2024·四川绵阳月考)已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是 ( )
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝,黄色晶体,熔点2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,易溶于水,熔融状态下不导电 共价晶体
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C 硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,不溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁,沸点316 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
续表
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解析:碳化铝,熔点2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电,不是金属晶体,不是离子晶体,熔点高,也不是分子晶体,则只能是共价晶体,A不正确;溴化铝,熔点98 ℃,易溶于水,熔融状态下不导电,则不是离子晶体,不是金属晶体,也不是共价晶体,应属于分子晶体,B不正确;硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,具有很高的熔、沸点和硬度,且不溶于常见溶剂,则其为共价晶体,C不正确;三氯化铁,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,这是分子晶体所具有的典型特征,再参照其低熔点,所以它属于分子晶体,D正确。
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5.石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是 ( )
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A.从石墨中剥离石墨烯需要既要破坏化学键也会破坏范德华力
B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道
C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力,层内碳原子间存在共价键
D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子
√
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解析:石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,故A错误;石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道,故B错误;石墨晶体中的层与层之间存在分子间作用力,层内碳原子间存在共价键,故石墨属于混合型晶体,故C正确;每个C原子为3个环共有,则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数为6× =2,故D错误。
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√
6.中科大陈乾旺教授等人发明合成金刚石的新方法,其化学原理是:①Na+CO2 C(金刚石)+C(石墨)+Na2CO3(未配平),该方法比1955年人工首次制得金刚石的旧方法容易得多,其化学原理是:②C(石墨) (金刚石)。以下表述正确的是( )
A.金属钠晶体中存在阳离子,但没有离子键
B.金刚石与石墨结构相似,均为共价晶体
C.石墨晶体中,既有共价键,又有范德华力,但没有金属键
D.干冰晶体中,与1个CO2分子紧邻且等距的CO2分子有8个
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解析:金属钠为金属晶体,由钠离子和自由电子之间形成金属键构成,因此金属钠晶体中存在阳离子,但没有离子键,A正确;金刚石中C原子之间以共价键结合为空间网状结构,属于共价晶体,石墨中C原子之间形成碳环层状结构,层和层之间有范德华力,属于混合型晶体,B错误;石墨晶体中,C原子之间形成共价键,层之间有范德华力,有自由电子在碳环之间移动(即有金属键),C错误;干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶点和面心上,所以干冰晶胞中,每个CO2分子周围有12个与之紧邻且等距的CO2分子,D错误。
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7.(2024·揭阳一中高二月考)Ⅰ.现有5种固态物质:四氯化硅、硼、石墨、锑、氖。将符合信息的物质名称和所属晶体类型填在表格中。
编号 信息 物质名称 晶体类型
(1) 熔点:120.5 ℃,沸点:271.5 ℃,易水解
(2) 熔点:630.74 ℃,沸点:1 750 ℃,导电
(3) 由分子间作用力结合而成,熔点很低,化学性质稳定
四氯化硅
分子晶体
锑
金属晶体
氖
分子晶体
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(4) 由共价键结合成空间网状结构的晶体,熔点:2 300 ℃,沸点:2 550 ℃,硬度大
(5) 由共价键结合成层状结构的晶体,熔点高、能导电,具有滑腻感
续表
硼
共价晶体
石墨
混合型
晶体
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解析:Ⅰ.共价晶体的熔、沸点大于分子晶体的熔、沸点,共价晶体的硬度大于分子晶体的硬度,金属晶体的熔、沸点及硬度差别较大;共价晶体和分子晶体在固态和熔化时不导电,金属晶体具有良好的导电性;氖化学性质很稳定;石墨是层状结构的混合型晶体,具有滑腻感。
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Ⅱ.(1)碳化硅(SiC)是一种晶体,具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列各种晶体:①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石 ④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰,它们的熔点由高到低的顺序是______________(填序号)。
解析:这些晶体中属于共价晶体的有①③④,属于离子晶体的有②,属于分子晶体的有⑤⑥。一般来说,熔点高低顺序为共价晶体>离子晶体>分子晶体;对于共价晶体,键长:Si—Si>Si—C>C—C,相应键能:Si—Si碳化硅>晶体硅。
③④①②⑥⑤
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(2)继C60后,科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象:
熔点:Si60>N60>C60,而破坏分子所需要的能量:N60>C60>Si60,其原因是
解析:熔点与分子间作用力大小有关,而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
结构相似的分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力(或范德华力)越强,熔化所需的能量越多,故熔点:Si60>N60>C60;而破坏分子需断开化学键,元素原子半径越小,其形成的化学键越稳定,断键时所需能量越多,故破坏分子需要的能量多少顺序为N60>C60>Si60
。
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8.CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:
分子
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(1)在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C原子。
解析:每个C原子参与形成3个六元环,每个碳原子对六元环的贡献为,则每个六元环占有6×=2个C原子。
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(2)在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接 个六元环,六元环中最多有 个C原子在同一平面。
解析:每个C原子周围形成4个共价键,最小的环为6元环,每个单键为3个环共有,则每个C原子连接4×3=12个六元环;根据数学知识,3个C原子可形成一个平面,而每个C原子都可构成1个正四面体,所以六元环中最多有4个C原子共面。
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9.石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图a所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成,则如图b所示,图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。回答下列问题:
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(1)六方石墨晶体的密度为 g·cm-3(写出计算表达式,要求化简)。
解析:根据均摊原则,1个晶胞中含有4个C原子,C—C的键长为0.142 nm,则底面积为×(0.142×10-7)2cm2,六方石墨晶胞的体积为×
(0.142×10-7)2×0.670 8×10-7 cm3 ,六方石墨晶体的密度为
g·cm-3≈ g·cm-3。
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(2)1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为 。
解析:根据均摊原则,1个三方石墨
晶胞中碳原子的个数为4× +4× +2× +2× +2×+3=6。
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(3)锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构会变得不稳定,用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2。
可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用,其原因是_____________
。
解析:Ni的化合价有+2、+3、+4,而Al的化合价只有+3,如果Ni被氧化到+4价态,Li+可以完全脱嵌,形成NiO2,但有Al3+存在,必须有Li+形成电中性物质,所以用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用。
脱嵌过程中
Al不会变价,Li+不能完全脱嵌
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√
高阶思维训练
10.(2024·江西赣州月考)金属铅的晶粒大小与熔点关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A.铅与锗位于同主族且单质晶体类型相同
B.铅晶粒越大,其熔点越低
C.铅晶体中含阳离子,必含阴离子
D.铅晶体熔点高低与晶粒表面积大小有关
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解析:铅晶体是金属晶体,而锗晶体是共价晶体,类似金刚石类型,呈正四面体形,A项错误;图中纵坐标由大到小,即铅晶粒越大,其熔点越高,B项错误;铅晶体是金属晶体,由金属离子和自由电子靠金属键构成,含阳离子,不含阴离子,C项错误;铅晶粒表面积越大,颗粒越小,晶体熔点越低,D项正确。
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11.请回答下列问题。
(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为__。
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解析:由晶胞结构可知,石墨晶胞中处于顶点的8个碳原子被8个晶胞所共有,处于棱上的4个碳原子被4个晶胞所共有,处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有,晶胞内还有1个碳原子,根据均摊原则,则每个晶胞中含有的碳原子数为8× +4× +2× +1= 4。
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(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图乙所示,1 mol石墨烯中含有的六元环个数为 ,下列有关石墨烯的说法正确的是 (填字母)。
a.晶体中碳原子间全部是碳碳单键
b.石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内
c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力
0.5NA
abc
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解析:由晶胞结构可知,石墨烯中6个碳原子构成1个环,每个碳原子被3个环所共有,根据均摊原则,每个环中含有的碳原子个数为6×=2,则1 mol碳原子构成的环的个数为0.5NA;根据碳原子成键特点,石墨烯中每个碳原子与周围3个碳原子形成3个碳碳单键,故a正确;石墨烯为平面结构,晶体中所有碳原子处于同一个平面内,故b正确;石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,石墨烯是分子晶体,从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力,故c正确。课时跟踪检测(二十) 四类典型晶体比较 过渡晶体与混合型晶体
1.(2024·江西赣州月考)层状半导体材料MoS2(二硫化钼)的结构与石墨结构相似,由此推知,MoS2晶体最可能是 ( )
A.离子晶体 B.金属晶体
C.混合型晶体 D.分子晶体
2.下列关于晶体的说法正确的组合是 ( )
①金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ②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 ③硬度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI ④SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑤分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
A.①②③ B.①②④
C.③⑤ D.①③
3.下列说法不正确的是 ( )
A.MgO中离子键的百分数为50%,则MgO不是纯粹的离子晶体,是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
B.Na2O通常当作离子晶体来处理,因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体,在许多性质上与纯粹的离子晶体接近
C.Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体,当作离子晶体来处理;SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理
D.分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型
4.(2024·四川绵阳月考)已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是 ( )
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝,黄色晶体,熔点2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,易溶于水,熔融状态下不导电 共价晶体
C 硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,不溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁,沸点316 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
5.石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是 ( )
A.从石墨中剥离石墨烯需要既要破坏化学键也会破坏范德华力
B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道
C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力,层内碳原子间存在共价键
D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子
6.中科大陈乾旺教授等人发明合成金刚石的新方法,其化学原理是:①Na+CO2C(金刚石)+C(石墨)+Na2CO3(未配平),该方法比1955年人工首次制得金刚石的旧方法容易得多,其化学原理是:②C(石墨)(金刚石)。以下表述正确的是 ( )
A.金属钠晶体中存在阳离子,但没有离子键
B.金刚石与石墨结构相似,均为共价晶体
C.石墨晶体中,既有共价键,又有范德华力,但没有金属键
D.干冰晶体中,与1个CO2分子紧邻且等距的CO2分子有8个
7.(2024·揭阳一中高二月考)Ⅰ.现有5种固态物质:四氯化硅、硼、石墨、锑、氖。将符合信息的物质名称和所属晶体类型填在表格中。
编号 信息 物质名称 晶体类型
(1) 熔点:120.5 ℃,沸点:271.5 ℃,易水解
(2) 熔点:630.74 ℃,沸点:1 750 ℃,导电
(3) 由分子间作用力结合而成,熔点很低,化学性质稳定
(4) 由共价键结合成空间网状结构的晶体,熔点:2 300 ℃,沸点:2 550 ℃,硬度大
(5) 由共价键结合成层状结构的晶体,熔点高、能导电,具有滑腻感
Ⅱ.(1)碳化硅(SiC)是一种晶体,具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列各种晶体:①晶体硅 ②硝酸钾 ③金刚石
④碳化硅 ⑤干冰 ⑥冰,它们的熔点由高到低的顺序是 (填序号)。
(2)继C60后,科学家又合成了Si60、N60。请解释如下现象:
熔点:Si60>N60>C60,而破坏分子所需要的能量:N60>C60>Si60,其原因是 。
8.CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:
(1)在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C原子。
(2)在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接 个六元环,六元环中最多有 个C原子在同一平面。
9.石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图a所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成,则如图b所示,图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。回答下列问题:
(1)六方石墨晶体的密度为 g·cm-3(写出计算表达式,要求化简)。
(2)1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为 。
(3)锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构会变得不稳定,用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2。可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用,其原因是 。
高阶思维训练
10.(2024·江西赣州月考)金属铅的晶粒大小与熔点关系如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.铅与锗位于同主族且单质晶体类型相同
B.铅晶粒越大,其熔点越低
C.铅晶体中含阳离子,必含阴离子
D.铅晶体熔点高低与晶粒表面积大小有关
11.请回答下列问题。
(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图甲所示,图中用虚线标出了石墨的一个晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为 。
(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图乙所示,1 mol石墨烯中含有的六元环个数为 ,下列有关石墨烯的说法正确的是 (填字母)。
a.晶体中碳原子间全部是碳碳单键
b.石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内
c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力
课时跟踪检测(二十)
1.选C 石墨晶体中存在类似于金属键的化学键、范德华力、共价键,属于混合型晶体,MoS2(二硫化钼)的结构与石墨结构相似,MoS2晶体最可能是混合型晶体,故C正确。
2.选D 金刚石、SiC是共价晶体,原子半径越小,晶体熔点越高,金刚石的熔点高于碳化硅,NaF、NaCl是离子晶体,熔点比共价晶体的低,熔点:NaF>NaCl,H2O、H2S为分子晶体,但水分子之间存在氢键,熔点比硫化氢的高,所以晶体的熔点依次降低,故①正确;离子晶体中可能含有共价键,如氢氧化钠,分子晶体中肯定没有离子键,故②错误;F-、Cl-、Br-、I-的离子半径逐渐增大,所以离子键强度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI,硬度由大到小的顺序:NaF>NaCl>NaBr>NaI,故③正确;SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合,每个氧原子与2个硅原子以共价键相结合,故④错误;共价键键能越大,分子越稳定,与分子间作用力大小无关,故⑤错误。
3.选C Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,C项不正确。
4.选D 碳化铝,熔点2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电,不是金属晶体,不是离子晶体,熔点高,也不是分子晶体,则只能是共价晶体,A不正确;溴化铝,熔点98 ℃,易溶于水,熔融状态下不导电,则不是离子晶体,不是金属晶体,也不是共价晶体,应属于分子晶体,B不正确;硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,具有很高的熔、沸点和硬度,且不溶于常见溶剂,则其为共价晶体,C不正确;三氯化铁,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,这是分子晶体所具有的典型特征,再参照其低熔点,所以它属于分子晶体,D正确。
5.选C 石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,故A错误;石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道,故B错误;石墨晶体中的层与层之间存在分子间作用力,层内碳原子间存在共价键,故石墨属于混合型晶体,故C正确;每个C原子为3个环共有,则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数为6× =2,故D错误。
6.选A 金属钠为金属晶体,由钠离子和自由电子之间形成金属键构成,因此金属钠晶体中存在阳离子,但没有离子键,A正确;金刚石中C原子之间以共价键结合为空间网状结构,属于共价晶体,石墨中C原子之间形成碳环层状结构,层和层之间有范德华力,属于混合型晶体,B错误;石墨晶体中,C原子之间形成共价键,层之间有范德华力,有自由电子在碳环之间移动(即有金属键),C错误;干冰是分子晶体,CO2分子位于立方体的顶点和面心上,所以干冰晶胞中,每个CO2分子周围有12个与之紧邻且等距的CO2分子,D错误。
7.解析:Ⅰ.共价晶体的熔、沸点大于分子晶体的熔、沸点,共价晶体的硬度大于分子晶体的硬度,金属晶体的熔、沸点及硬度差别较大;共价晶体和分子晶体在固态和熔化时不导电,金属晶体具有良好的导电性;氖化学性质很稳定;石墨是层状结构的混合型晶体,具有滑腻感。
Ⅱ.(1)这些晶体中属于共价晶体的有①③④,属于离子晶体的有②,属于分子晶体的有⑤⑥。一般来说,熔点高低顺序为共价晶体>离子晶体>分子晶体;对于共价晶体,键长:Si—Si>Si—C>C—C,相应键能:Si—Si碳化硅>晶体硅。
(2)熔点与分子间作用力大小有关,而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
答案:Ⅰ.(1)四氯化硅 分子晶体 (2)锑 金属晶体 (3)氖
分子晶体 (4)硼 共价晶体 (5)石墨 混合型晶体
Ⅱ.(1)③④①②⑥⑤ (2)结构相似的分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力(或范德华力)越强,熔化所需的能量越多,故熔点:Si60>N60>C60;而破坏分子需断开化学键,元素原子半径越小,其形成的化学键越稳定,断键时所需能量越多,故破坏分子需要的能量多少顺序为N60>C60>Si60
8.解析:(1)每个C原子参与形成3个六元环,每个碳原子对六元环的贡献为,则每个六元环占有6×=2个C原子。(2)每个C原子周围形成4个共价键,最小的环为6元环,每个单键为3个环共有,则每个C原子连接4×3=12个六元环;根据数学知识,3个C原子可形成一个平面,而每个C原子都可构成1个正四面体,所以六元环中最多有4个C原子共面。
答案:分子 (1)3 2 (2)12 4
9.解析:(1)根据均摊原则,1个晶胞中含有4个C原子,C—C的键长为0.142 nm,则底面积为×(0.142×10-7)2cm2,六方石墨晶胞的体积为×(0.142×10-7)2×0.670 8×10-7 cm3 ,六方石墨晶体的密度为
g·cm-3≈
g·cm-3。(2)根据均摊原则,1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为4× +4× +2× +2× +2×+3=6。(3)Ni的化合价有+2、+3、+4,而Al的化合价只有+3,如果Ni被氧化到+4价态,Li+可以完全脱嵌,形成NiO2,但有Al3+存在,必须有Li+形成电中性物质,所以用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用。
答案:(1) (2)6 (3)脱嵌过程中Al不会变价,Li+不能完全脱嵌
10.选D 铅晶体是金属晶体,而锗晶体是共价晶体,类似金刚石类型,呈正四面体形,A项错误;图中纵坐标由大到小,即铅晶粒越大,其熔点越高,B项错误;铅晶体是金属晶体,由金属离子和自由电子靠金属键构成,含阳离子,不含阴离子,C项错误;铅晶粒表面积越大,颗粒越小,晶体熔点越低,D项正确。
11.解析:(1)由晶胞结构可知,石墨晶胞中处于顶点的8个碳原子被8个晶胞所共有,处于棱上的4个碳原子被4个晶胞所共有,处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有,晶胞内还有1个碳原子,根据均摊原则,则每个晶胞中含有的碳原子数为8× +4× +2× +1= 4。(2)由晶胞结构可知,石墨烯中6个碳原子构成1个环,每个碳原子被3个环所共有,根据均摊原则,每个环中含有的碳原子个数为6×=2,则1 mol碳原子构成的环的个数为0.5NA;根据碳原子成键特点,石墨烯中每个碳原子与周围3个碳原子形成3个碳碳单键,故a正确;石墨烯为平面结构,晶体中所有碳原子处于同一个平面内,故b正确;石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,石墨烯是分子晶体,从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力,故c正确。
答案:(1)4 (2)0.5NA abc
