第2课时 过渡晶体与混合型晶体 晶体类型比较
课时作业
(分值:49分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 过渡晶体与混合型晶体
1.下列晶体中属于共价型过渡晶体的是( )
[A]Al2O3 [B]Na2O
[C]NaOH [D]石墨
【答案】 A
【解析】 Al2O3是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,偏向共价晶体,可当作共价晶体处理,A符合题意;Na2O是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,偏向离子晶体,B不符合题意;NaOH属于离子键构成的离子晶体,C不符合题意;石墨是混合型晶体,不属于共价型过渡晶体,D不符合题意。
2.下列说法正确的是( )
[A]第三周期主族元素从左到右,最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大
[B]大多数晶体都是过渡晶体
[C]过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件,转化为另一种晶体
[D]Na2O是纯粹的离子晶体,SiO2是纯粹的共价晶体
【答案】 B
【解析】 第三周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐增大,与氧元素的电负性差值逐渐减小,则最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小,A错误;纯粹的典型晶体不多,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体,B正确;过渡晶体是介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态,C错误;Na2O、SiO2都不是纯粹的典型晶体,而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体,D错误。
3.(2025·山东济南月考)用高压釜施加高温、高压并加入金属镍等催化剂,可实现如图所示的石墨转化为物质甲的过程,下列有关说法错误的是( )
[A]石墨的层状结构比物质甲的结构更稳定
[B]在该条件下,石墨转化为物质甲的变化是化学变化
[C]物质甲的硬度比石墨的大,属于共价晶体
[D]石墨和物质甲中的碳原子均采取sp2杂化,键角均为120°
【答案】 D
【解析】 由题给结构可知,高温、高压并有催化剂存在的条件下,石墨转化得到的物质甲为金刚石。键长为金刚石>石墨,则键能为金刚石<石墨,键能越大,键越牢固,物质越稳定,故石墨更稳定,A项正确;石墨和金刚石互为同素异形体,石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成,是化学变化,B项正确;金刚石的结构是共价键三维骨架结构,金刚石属于共价晶体,其硬度比石墨的大,C项正确;石墨中的碳原子采取sp2杂化,键角是120°,金刚石中的碳原子采取sp3杂化,键角是109°28′,D项错误。
4.黑磷的晶体结构是与石墨类似的层状结构,如图所示。下列有关说法不正确的是( )
[A]黑磷晶体中片层间作用力为范德华力
[B]黑磷与白磷均可导电
[C]黑磷晶体的熔、沸点比白磷高
[D]1 mol黑磷晶体中含有1.5 mol P—P
【答案】 B
【解析】 由于黑磷的晶体结构是与石墨类似的层状结构,为混合型晶体,片层间作用力为范德华力,A正确;白磷为分子晶体,黑磷结构与石墨类似,为混合型晶体,则黑磷能导电、白磷不导电,且黑磷晶体的熔、沸点比白磷高,B错误,C正确;可利用均摊法得黑磷晶体中
1个磷原子形成=1.5(个)共价键,则1 mol黑磷晶体中含有1.5 mol P—P,D正确。
知识点2 四类典型晶体的比较
5.下列排序不正确的是( )
[A]晶体熔点由低到高:CF4
[B]硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
[C]熔点由高到低:Na>Mg>Al
[D]熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI
【答案】 C
【解析】 分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高,则晶体熔点由低到高的顺序为CF4碳化硅>晶体硅,B正确;金属离子的电荷越多、半径越小,其熔点越大,则熔点由高到低为Al>Mg>Na,C错误;离子半径越小,离子键越强,F-、Cl-、Br-、I-的离子半径逐渐增大,则熔点由高到低NaF>NaCl>NaBr>NaI,D正确。
6.下列晶体的分类正确的一组是( )
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属 晶体
[A] CaC2 石墨 Ar Hg
[B] 玻璃 金刚石 CH3CH2OH Ag
[C] CH3COONa SiC Mg
[D] Ba(OH)2 Si C60 NaH
【答案】 C
【解析】 石墨的层与层之间是分子间作用力,而碳原子间是共价键,石墨之中也会有自由电子在层与层间移动,石墨属于混合型晶体,故A不符合题意;玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物,不是纯净物,不属于离子晶体,故B不符合题意;CH3COONa是由醋酸根离子和钠离子构成的离子晶体,碳化硅是由碳原子和硅原子构成的共价晶体,属于有机物,属于分子晶体,镁是由金属阳离子和自由电子构成的金属晶体,故C符合题意;NaH是钠离子和氢离子构成的离子晶体,不属于金属晶体,故D不符合题意。
7.氮化硼(BN)晶体有多种结构,六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,有白色石墨之称,具有电绝缘性,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,硬度可媲美钻石,常被用作磨料和刀具材料。它们的晶体结构如图所示,关于两种晶体的说法,错误的是( )
[A]六方相氮化硼属于混合型晶体,其层间是靠范德华力维系,所以质地软
[B]立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
[C]六方相氮化硼不能导电是因为其层结构中没有自由电子
[D]相同质量的六方相氮化硼和立方相氮化硼所含共价键数不相同
【答案】 B
【解析】 六方相氮化硼与石墨晶体结构相似,属于混合型晶体,其层间是靠范德华力维系,所以质地软,A正确;立方相氮化硼含有共价键和配位键,即含有σ键,所以硬度大,B错误;石墨层内导电是由于层内碳原子形成大π键,有自由移动的电子,而六方相氮化硼不能导电是因为其层结构中没有自由电子,C正确;六方相氮化硼中每个原子形成1.5个共价键,而立方相氮化硼中每个原子形成2个共价键,则相同质量的六方相氮化硼和立方相氮化硼所含共价键数不相同,D正确。
8.硅材料在工业生产中具有重要的应用,下列说法正确的是( )
[A]熔、沸点比较:金刚石[B]SiC中硅原子的配位数为4
[C]Si12与单晶硅互为同分异构体
[D]1 mol SiO2中含有2 mol Si—O
【答案】 B
【解析】 金刚石和SiC均为共价晶体,原子半径越小,共价键键能越大,共价晶体的熔、沸点越高,原子半径CSiC,故A错误;碳化硅晶胞中每个硅原子连接4个碳原子,则SiC中硅原子的配位数为4,故B正确;Si12是分子晶体,单晶硅是共价晶体,是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,故C错误;二氧化硅晶体中每个硅原子连接4个氧原子,形成4个Si—O,则1 mol SiO2中含有4 mol Si—O,故D错误。
能力提升
9.(2025·浙江衢州检测)石墨以优异的导电性、稳定性和层状结构,被广泛用作电化学的电极材料。石墨的层状结构示意图如图甲所示,在不同的外界条件下,石墨层型分子的堆积方式可出现多种样式,在完整的石墨晶体中,主要有六方石墨晶胞(如图乙)与三方石墨晶胞(如图丙)两种晶型。下列说法正确的是( )
[A]图甲中碳原子之间的两种距离(x和y)相等
[B]石墨的导电性体现在X和Y两个方向
[C]六方石墨晶胞和三方石墨晶胞所含碳原子数之比为2∶3
[D]石墨晶体中碳原子的配位数为6
【答案】 C
【解析】 图甲中x为碳碳键的键长,y为石墨层与层之间的距离,因此y>x,A错误;石墨只能沿石墨平面的方向导电,B错误;依据均摊法,六方石墨晶胞中所含碳原子数为4×+4×
+2×+2×+2×+1=4,三方石墨晶胞中所含碳原子数为4×+4×+2×+2×+2×+2+1=6,C正确;石墨晶体中与每个碳原子直接相连的碳原子个数为3,即配位数为3,D错误。
10.南开团队首次合成了化合物[K(2,2,2-crypt)]5[K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如图),具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是( )
[A]1 mol富勒烯C60包含90NA个σ键
[B]图示中的K+位于Au形成的二十面体笼内
[C]全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
[D]NH3的稳定性强于SbH3
【答案】 C
【解析】 富勒烯中每个碳原子形成1.5个σ键,故1 mol富勒烯C60包含90NA个σ键,A正确;根据题图可知,12个Au构成二十面体笼,K+位于Au形成的二十面体笼内,B正确;根据题图可知,全金属富勒烯不是碳元素的单质,所以与富勒烯C60不互为同素异形体,C错误;由于非金属性N>Sb,故NH3的稳定性强于SbH3,D正确。
11. LDFCB是电池的一种电解质,该电解质阴离子由同周期元素原子W、X、Y、Z构成(如图所示),Y的最外层电子数等于X的核外电子总数,四种原子最外层电子数之和为20,下列说法正确的是( )
[A]原子半径:X>Y>Z>W
[B]W、Z形成的化合物分子为含有极性键的非极性分子
[C]四种元素形成的简单氢化物中X的最稳定
[D]四种元素的单质中,有分子晶体、共价晶体和金属晶体
【答案】 B
【解析】 由阴离子结构可知,X、Y、Z形成的共价键数目分别为4、2、1,由W、X、Y、Z为同周期元素原子,Y的最外层电子数等于X的核外电子总数可知,X为C、Y为O、Z为F,由四种原子最外层电子数之和为20可知,W为B。同周期主族元素,从左到右原子半径依次减小,则B、C、O、F四种原子中,B原子的半径最大,故A错误;BF3中含有硼氟极性键,分子中硼原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,属于非极性分子,则BF3为含有极性键的非极性分子,故B正确;元素的非金属性越强,简单氢化物的稳定性越强,B、C、O、F四种元素中,F的非金属性最强,则HF最稳定,故C错误;B、C、O、F四种元素都是非金属元素,其单质不可能为金属晶体,故 D错误。
12.(16分)按要求回答下列问题。
(1)(2分)AsCl3的沸点比BCl3的高,这是因为 。
(2)(2分)GaCl3的熔点为77.9 ℃,GaN的熔点为 1 700 ℃,两者熔点差异的原因是
。
(3)(4分)Ti形成的多种化合物中常见的有TiN和金红石(TiO2),两种晶体熔融状态下都能够导电,则它们属于 (填晶体类型),两种晶体比较,TiN熔点较高,其原因是
。
(4)(4分)工业上均采用碳酸盐分解法制取氧化镁与生石灰,MgCO3的分解温度 (填“高于”或“低于”)CaCO3,原因是
。
(5)(2分)已知:r(Fe2+)=61 pm、r(Co2+)=65 pm。在隔绝空气条件下分别加热FeCO3和CoCO3,实验测得FeCO3的分解温度低于CoCO3,原因是 。
(6)(2分)MgCl2和TiCl4的部分性质对比如下表:
项目 MgCl2 TiCl4
熔点/℃ 714 -24
沸点/℃ 1 412 136.4
室温下状态 固体 无色液体
两者虽然都是金属元素和氯元素形成的化合物,但前者熔点比后者高很多,其原因为
。
【答案】 (1)两者都是分子晶体,但AsCl3的相对分子质量比BCl3的大,且AsCl3分子的极性较强、分子间作用力较强
(2)GaCl3为分子晶体,GaN为共价晶体,共价晶体的熔点大于分子晶体的熔点
(3)离子晶体 N3-所带电荷数多于O2-,TiN的离子键强度大
(4)低于 离子半径Mg2+小于Ca2+,两者所带电荷数相同,Mg2+吸引O2-形成MgO的能力强
(5)Fe2+更容易结合碳酸根离子中的氧离子(或Fe2+的半径小于Co2+的,FeO的离子键强
度大)
(6)MgCl2属于离子晶体,TiCl4属于分子晶体,离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第2课时 过渡晶体与混合型晶体 晶体类型比较
[学习目标] 1.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。2.从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。3.了解晶体类型的比较与判断方法。
知识点1 过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体:分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。
(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。四类典型晶体都有过渡晶体。
[深度思考1]
第三周期前几种氧化物中,化学键中离子键成分的百分数如下表。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的 百分数/% 62 50 41 33
由表中数据可知,以上4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键,也不是纯粹的共价键,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。
离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,作为离子晶体处理,如 等;离子键成分的百分数小,作为共价晶体处理,如 、 等。
像第三周期后几种元素的氧化物如P2O5、SO3、Cl2O7等都是分子晶体,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
中了。
【答案】 Na2O Al2O3 SiO2
2.混合型晶体——以石墨为例
(1)晶体模型。
(2)结构特点——层状结构。
①同层内碳原子采取sp2杂化,以共价键(σ键)结合,形成平面六元并环结构。
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3,有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面。
(3)晶体类型:石墨晶体中,既有共价键,又存在分子间作用力,同时具有类似金属晶体的导电性,属于混合型晶体。
(4)性质:熔点很高、质软、易导电等。
[深度思考2]
石墨晶体不属于共价晶体,但石墨的熔点高于金刚石,试解释其原因:
。
【答案】 石墨晶体为层状结构,同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构,C—C的键长比金刚石中C—C的键长短,键能大
3.纳米晶体
(1)概念:晶体颗粒尺寸在纳米(10-9 m)数量级的晶体。
(2)特性。
在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性,有广阔的应用前景。例如,当晶体颗粒小至纳米量级,熔点会下降。
1.判断正误。
(1)离子晶体中可能含有共价键。( √ )
(2)化学键中元素电负性差值越大,离子键的百分数越小。( × )
(3)石墨晶体内每个碳原子连接3个六元环,每个六边形平均含2个完整碳原子。( √ )
(4)石墨为混合型晶体,因层间存在分子间作用力,故熔点低于金刚石。( × )
(5)氧化镁晶体中离子键的百分数为50%,氧化镁晶体是一种过渡晶体。( √ )
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晶体中离子键成分的百分数为100%
【答案】 B
【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都不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键成分的百分数为62%,D项错误。
3.下列说法不正确的是( )
[A]Na2O中离子键的百分数为62%,则Na2O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晶体
【答案】 C
【解析】 Na2O中离子键的百分数为62%,说明存在共价键,则Na2O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,A正确;离子键与共价键的区别在于形成化学键的两元素电负性差值,差值大的为离子键,差值小的为共价键,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,B正确;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错误;根据粒子间存在的作用力分析,分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡晶体,D正确。
4.
石墨是一种混合型晶体,具有多种晶体结构,其中一种晶胞的结构如图所示,回答下列问题。
(1)基态碳原子的轨道表示式为 。
(2)碳、氮、氧三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)C是有机反应中重要的中间体,其空间结构为 。
(4)石墨晶体中碳原子的杂化方式为 ,晶体中粒子间的作用力有 (填字母,下同),石墨熔点高于金刚石是因为存在 。
A.离子键 B.共价键 C.π键 D.氢键 E.范德华力
【答案】 (1)
(2)N>O>C (3)三角锥形 (4)sp2 BCE C
【解析】 (1)根据构造原理,基态碳原子的轨道表示式为。
(2)根据元素周期律可知,同一周期的元素,其第一电离能随着原子序数的递增而呈增大趋势,但是由于氮原子的2p轨道呈较稳定的半充满状态,其第一电离能高于同周期相邻的两种元素,因此,碳、氮、氧元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
(3)C中心原子碳原子的价层电子对数为3+×(4-1×3+1)=4,为sp3杂化,三个杂化轨道填充共用电子对,一个杂化轨道被孤电子对占据,故离子的空间结构为三角锥形。
(4)石墨晶体为平面层状结构,层内每个碳原子与周围三个碳原子形成共价键,且键角为120°,则碳原子为sp2杂化。层内相邻碳原子间以共价键结合,未杂化的p轨道形成大π键,层间以范德华力结合,故选BCE。金刚石中碳原子间以单键结合,而石墨中碳原子间还形成π键,使其键能增大,故石墨熔点高于金刚石。
知识点2 四类典型晶体的比较
1.四类典型晶体的比较
晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价 晶体
构成 粒子 分子 阴、阳离子 金属离子、 自由电子 原子
粒子间 作用力 范德华力 (少数有 氢键) 离子键 金属键 共价键
性 质 熔、 沸点 较低 较高 一般较高 很高
硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大
溶解 性 相似相溶 多数溶 于水 不溶,有些 与水反应 不溶
机械 加工 性能 不良 不良 良好 不良
导电 性 固态、液态时均不导电,部分分子晶体溶于水时导电 固态时不导电,熔融态时导电,能溶于水的离子晶体溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分 固态、 熔融态 时都不 导电
作用力 大小 规律 组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大 离子所带电荷数越多、离子半径越小,离子键越强 金属原子的价电子数越多、金属离子的半径越小,与自由电子间的作用力越强 共价键 键长越 短(电 子云重 叠越 多)、 原子半 径越 小,共 价键 越稳定
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断。
由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断。
①活泼金属氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子
晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等;常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④金属单质(常温下除汞外)与合金均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断。
离子晶体的熔点较高,常在数百至几千摄氏度;共价晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度;分子晶体的熔点较低,常在数百摄氏度以下或者更低温度;金属晶体多数熔点高,但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断。
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电;共价晶体一般为非导体,但晶体硅能导电;分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由离子,也能导电;金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断。
离子晶体硬度较大或略硬而脆;共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
[深度思考1]
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 112.8 444.6 —
单质硼 2 706 3 927 硬度大
氯化铝 194 182.7 177.8 ℃升华
苛性钾 361 1 320 晶体不导电, 熔融态导电
晶体类型:单质硫是 ,单质硼是 ,氯化铝是 ,苛性钾是 。
【答案】 分子晶体 共价晶体 分子晶体 离子晶体
3.晶体熔、沸点高低的比较方法
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。
①不同类型晶体熔、沸点高低一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。
②金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点很低。
(2)同种类型晶体熔、沸点的比较。
①共价晶体。
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>硅晶体。
②离子晶体。
一般地,阴、阳离子所带电荷数越多,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。如熔点:MgO>NaCl>CsCl。
③分子晶体。
a.分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;分子间具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如沸点:H2O>H2Te>H2Se>H2S。
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。如熔、沸点:SnH4>
GeH4>SiH4>CH4。
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。如熔、沸点:CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
④金属晶体。
金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高。如熔、沸点:Na[深度思考2]
按沸点由低到高的顺序排列下列各组物质,并说明理由。
(1)CI4、CCl4、CBr4、CF4:
。
(2)干冰、溴化钠、氧化镁:
。
(3)H2O、H2S:
。
(4)NaCl、KCl、KBr、MgO:
。
【答案】 (1)四者均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,故沸点CF4(2)离子晶体沸点高于分子晶体,离子晶体沸点和离子键的强度成正比,离子键的强度与离子半径成反比、与离子所带电荷数成正比;干冰为分子晶体,溴化钠、氧化镁为离子晶体且氧化镁中离子半径更小、所带电荷更多,故离子键的强度更大,因此沸点干冰<溴化钠<氧化镁
(3)H2O、H2S均为分子晶体且水能形成分子间氢键,故沸点H2S(4)四者均为离子晶体,且离子半径Mg2+1.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
【答案】 A
【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,如金属晶体中存在阳离子和自由电子,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,D错误。
2.X和Y两种元素的核电荷数之和为22,X的原子核外电子数比Y的少6。下列说法不正确的是( )
[A]X的单质固态时为分子晶体
[B]Y的单质为共价晶体
[C]X与Y形成的化合物固态时为分子晶体
[D]X与碳形成的化合物为分子晶体
【答案】 C
【解析】 由题意可知,X是O,Y是Si。O2及O与碳形成的化合物固态时(CO、CO2)均为分子晶体,Si的单质为共价晶体,A、B、D正确;SiO2为共价晶体,C错误。
3.按要求完成以下题目:
(1)(2024·全国甲卷)早在青铜器时代,人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如下表,结合变化规律说明原因:
。
物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4
熔点/℃ 442 -34 29 143
(2)(2023·全国乙卷)已知一些物质的熔点数据如下表:
物质 熔点/℃
NaCl 800.7
SiCl4 -68.8
GeCl4 -51.5
SnCl4 -34.1
Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因:
。
(3)(2022·浙江1月选考)①两种有机物的相关数据如下表:
物质 HCON(CH3)2 HCONH2
相对分子质量 73 45
沸点/℃ 153 220
HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原因是 。
②四种晶体的熔点数据如下表:
物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔点/℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是
。
(4)(2021·浙江6月选考)已知3种原子晶体的熔点数据如下表:
物质 金刚石 碳化硅 晶体硅
熔点/℃ >3 550 2 600 1 415
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是
。
(5)(2022·全国乙卷)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为 。解释X的熔点比Y高的原因: 。
(6)(2022·山东卷)在水中的溶解度,吡啶()远大于苯,主要原因是①
,② 。
【答案】 (1)SnF4属于离子晶体,SnCl4、SnBr4、SnI4属于分子晶体,离子晶体的熔点比分子晶体的高,分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高
(2)钠的电负性小于硅,氯化钠为离子晶体,而SiCl4为分子晶体 SiCl4、GeCl4、SnCl4均形成分子晶体,分子晶体的熔点由分子间作用力决定,分子间作用力越大则其熔点越高;随着其相对分子质量增大,其分子间作用力依次增大
(3)①HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以HCON(CH3)2的沸点低
②CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量多,所以两者熔点相差较大
(4)原子半径CSi—Si
(5)CsCl CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体
(6)①吡啶能与H2O分子形成分子间氢键
②吡啶和H2O均为极性分子,相似相溶,而苯为非极性分子
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态,一般情况下是固体>液体>气体;之后看物质所属类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意:不是绝对的,如氧化铝的熔点大于晶体硅的),晶体类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路为共价晶体→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。
课时作业
(分值:49分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 过渡晶体与混合型晶体
1.下列晶体中属于共价型过渡晶体的是( )
[A]Al2O3 [B]Na2O
[C]NaOH [D]石墨
【答案】 A
【解析】 Al2O3是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,偏向共价晶体,可当作共价晶体处理,A符合题意;Na2O是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,偏向离子晶体,B不符合题意;NaOH属于离子键构成的离子晶体,C不符合题意;石墨是混合型晶体,不属于共价型过渡晶体,D不符合题意。
2.下列说法正确的是( )
[A]第三周期主族元素从左到右,最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大
[B]大多数晶体都是过渡晶体
[C]过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件,转化为另一种晶体
[D]Na2O是纯粹的离子晶体,SiO2是纯粹的共价晶体
【答案】 B
【解析】 第三周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐增大,与氧元素的电负性差值逐渐减小,则最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小,A错误;纯粹的典型晶体不多,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体,B正确;过渡晶体是介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态,C错误;Na2O、SiO2都不是纯粹的典型晶体,而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体,D错误。
3.(2025·山东济南月考)用高压釜施加高温、高压并加入金属镍等催化剂,可实现如图所示的石墨转化为物质甲的过程,下列有关说法错误的是( )
[A]石墨的层状结构比物质甲的结构更稳定
[B]在该条件下,石墨转化为物质甲的变化是化学变化
[C]物质甲的硬度比石墨的大,属于共价晶体
[D]石墨和物质甲中的碳原子均采取sp2杂化,键角均为120°
【答案】 D
【解析】 由题给结构可知,高温、高压并有催化剂存在的条件下,石墨转化得到的物质甲为金刚石。键长为金刚石>石墨,则键能为金刚石<石墨,键能越大,键越牢固,物质越稳定,故石墨更稳定,A项正确;石墨和金刚石互为同素异形体,石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成,是化学变化,B项正确;金刚石的结构是共价键三维骨架结构,金刚石属于共价晶体,其硬度比石墨的大,C项正确;石墨中的碳原子采取sp2杂化,键角是120°,金刚石中的碳原子采取sp3杂化,键角是109°28′,D项错误。
4.黑磷的晶体结构是与石墨类似的层状结构,如图所示。下列有关说法不正确的是( )
[A]黑磷晶体中片层间作用力为范德华力
[B]黑磷与白磷均可导电
[C]黑磷晶体的熔、沸点比白磷高
[D]1 mol黑磷晶体中含有1.5 mol P—P
【答案】 B
【解析】 由于黑磷的晶体结构是与石墨类似的层状结构,为混合型晶体,片层间作用力为范德华力,A正确;白磷为分子晶体,黑磷结构与石墨类似,为混合型晶体,则黑磷能导电、白磷不导电,且黑磷晶体的熔、沸点比白磷高,B错误,C正确;可利用均摊法得黑磷晶体中
1个磷原子形成=1.5(个)共价键,则1 mol黑磷晶体中含有1.5 mol P—P,D正确。
知识点2 四类典型晶体的比较
5.下列排序不正确的是( )
[A]晶体熔点由低到高:CF4[B]硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
[C]熔点由高到低:Na>Mg>Al
[D]熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI
【答案】 C
【解析】 分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高,则晶体熔点由低到高的顺序为CF4碳化硅>晶体硅,B正确;金属离子的电荷越多、半径越小,其熔点越大,则熔点由高到低为Al>Mg>Na,C错误;离子半径越小,离子键越强,F-、Cl-、Br-、I-的离子半径逐渐增大,则熔点由高到低NaF>NaCl>NaBr>NaI,D正确。
6.下列晶体的分类正确的一组是( )
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属 晶体
[A] CaC2 石墨 Ar Hg
续 表
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属 晶体
[B] 玻璃 金刚石 CH3CH2OH Ag
[C] CH3COONa SiC Mg
[D] Ba(OH)2 Si C60 NaH
【答案】 C
【解析】 石墨的层与层之间是分子间作用力,而碳原子间是共价键,石墨之中也会有自由电子在层与层间移动,石墨属于混合型晶体,故A不符合题意;玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物,不是纯净物,不属于离子晶体,故B不符合题意;CH3COONa是由醋酸根离子和钠离子构成的离子晶体,碳化硅是由碳原子和硅原子构成的共价晶体,属于有机物,属于分子晶体,镁是由金属阳离子和自由电子构成的金属晶体,故C符合题意;NaH是钠离子和氢离子构成的离子晶体,不属于金属晶体,故D不符合题意。
7.氮化硼(BN)晶体有多种结构,六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,有白色石墨之称,具有电绝缘性,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,硬度可媲美钻石,常被用作磨料和刀具材料。它们的晶体结构如图所示,关于两种晶体的说法,错误的是( )
[A]六方相氮化硼属于混合型晶体,其层间是靠范德华力维系,所以质地软
[B]立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
[C]六方相氮化硼不能导电是因为其层结构中没有自由电子
[D]相同质量的六方相氮化硼和立方相氮化硼所含共价键数不相同
【答案】 B
【解析】 六方相氮化硼与石墨晶体结构相似,属于混合型晶体,其层间是靠范德华力维系,所以质地软,A正确;立方相氮化硼含有共价键和配位键,即含有σ键,所以硬度大,B错误;石墨层内导电是由于层内碳原子形成大π键,有自由移动的电子,而六方相氮化硼不能导电是因为其层结构中没有自由电子,C正确;六方相氮化硼中每个原子形成1.5个共价键,而立方相氮化硼中每个原子形成2个共价键,则相同质量的六方相氮化硼和立方相氮化硼所含共价键数不相同,D正确。
8.硅材料在工业生产中具有重要的应用,下列说法正确的是( )
[A]熔、沸点比较:金刚石[B]SiC中硅原子的配位数为4
[C]Si12与单晶硅互为同分异构体
[D]1 mol SiO2中含有2 mol Si—O
【答案】 B
【解析】 金刚石和SiC均为共价晶体,原子半径越小,共价键键能越大,共价晶体的熔、沸点越高,原子半径CSiC,故A错误;碳化硅晶胞中每个硅原子连接4个碳原子,则SiC中硅原子的配位数为4,故B正确;Si12是分子晶体,单晶硅是共价晶体,是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,故C错误;二氧化硅晶体中每个硅原子连接4个氧原子,形成4个Si—O,则1 mol SiO2中含有4 mol Si—O,故D错误。
能力提升
9.(2025·浙江衢州检测)石墨以优异的导电性、稳定性和层状结构,被广泛用作电化学的电极材料。石墨的层状结构示意图如图甲所示,在不同的外界条件下,石墨层型分子的堆积方式可出现多种样式,在完整的石墨晶体中,主要有六方石墨晶胞(如图乙)与三方石墨晶胞(如图丙)两种晶型。下列说法正确的是( )
[A]图甲中碳原子之间的两种距离(x和y)相等
[B]石墨的导电性体现在X和Y两个方向
[C]六方石墨晶胞和三方石墨晶胞所含碳原子数之比为2∶3
[D]石墨晶体中碳原子的配位数为6
【答案】 C
【解析】 图甲中x为碳碳键的键长,y为石墨层与层之间的距离,因此y>x,A错误;石墨只能沿石墨平面的方向导电,B错误;依据均摊法,六方石墨晶胞中所含碳原子数为4×+4×
+2×+2×+2×+1=4,三方石墨晶胞中所含碳原子数为4×+4×+2×+2×+2×+2+1=6,C正确;石墨晶体中与每个碳原子直接相连的碳原子个数为3,即配位数为3,D错误。
10.南开团队首次合成了化合物[K(2,2,2-crypt)]5[K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如图),具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是( )
[A]1 mol富勒烯C60包含90NA个σ键
[B]图示中的K+位于Au形成的二十面体笼内
[C]全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
[D]NH3的稳定性强于SbH3
【答案】 C
【解析】 富勒烯中每个碳原子形成1.5个σ键,故1 mol富勒烯C60包含90NA个σ键,A正确;根据题图可知,12个Au构成二十面体笼,K+位于Au形成的二十面体笼内,B正确;根据题图可知,全金属富勒烯不是碳元素的单质,所以与富勒烯C60不互为同素异形体,C错误;由于非金属性N>Sb,故NH3的稳定性强于SbH3,D正确。
11. LDFCB是电池的一种电解质,该电解质阴离子由同周期元素原子W、X、Y、Z构成(如图所示),Y的最外层电子数等于X的核外电子总数,四种原子最外层电子数之和为20,下列说法正确的是( )
[A]原子半径:X>Y>Z>W
[B]W、Z形成的化合物分子为含有极性键的非极性分子
[C]四种元素形成的简单氢化物中X的最稳定
[D]四种元素的单质中,有分子晶体、共价晶体和金属晶体
【答案】 B
【解析】 由阴离子结构可知,X、Y、Z形成的共价键数目分别为4、2、1,由W、X、Y、Z为同周期元素原子,Y的最外层电子数等于X的核外电子总数可知,X为C、Y为O、Z为F,由四种原子最外层电子数之和为20可知,W为B。同周期主族元素,从左到右原子半径依次减小,则B、C、O、F四种原子中,B原子的半径最大,故A错误;BF3中含有硼氟极性键,分子中硼原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,属于非极性分子,则BF3为含有极性键的非极性分子,故B正确;元素的非金属性越强,简单氢化物的稳定性越强,B、C、O、F四种元素中,F的非金属性最强,则HF最稳定,故C错误;B、C、O、F四种元素都是非金属元素,其单质不可能为金属晶体,故 D错误。
12.(16分)按要求回答下列问题。
(1)(2分)AsCl3的沸点比BCl3的高,这是因为 。
(2)(2分)GaCl3的熔点为77.9 ℃,GaN的熔点为 1 700 ℃,两者熔点差异的原因是
。
(3)(4分)Ti形成的多种化合物中常见的有TiN和金红石(TiO2),两种晶体熔融状态下都能够导电,则它们属于 (填晶体类型),两种晶体比较,TiN熔点较高,其原因是
。
(4)(4分)工业上均采用碳酸盐分解法制取氧化镁与生石灰,MgCO3的分解温度 (填“高于”或“低于”)CaCO3,原因是
。
(5)(2分)已知:r(Fe2+)=61 pm、r(Co2+)=65 pm。在隔绝空气条件下分别加热FeCO3和CoCO3,实验测得FeCO3的分解温度低于CoCO3,原因是 。
(6)(2分)MgCl2和TiCl4的部分性质对比如下表:
项目 MgCl2 TiCl4
熔点/℃ 714 -24
沸点/℃ 1 412 136.4
室温下状态 固体 无色液体
两者虽然都是金属元素和氯元素形成的化合物,但前者熔点比后者高很多,其原因为
。
【答案】 (1)两者都是分子晶体,但AsCl3的相对分子质量比BCl3的大,且AsCl3分子的极性较强、分子间作用力较强
(2)GaCl3为分子晶体,GaN为共价晶体,共价晶体的熔点大于分子晶体的熔点
(3)离子晶体 N3-所带电荷数多于O2-,TiN的离子键强度大
(4)低于 离子半径Mg2+小于Ca2+,两者所带电荷数相同,Mg2+吸引O2-形成MgO的能力强
(5)Fe2+更容易结合碳酸根离子中的氧离子(或Fe2+的半径小于Co2+的,FeO的离子键强
度大)
(6)MgCl2属于离子晶体,TiCl4属于分子晶体,离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点
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第2课时 过渡晶体与混合型晶体 晶体类型比较
1.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。2.从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。3.了解晶体类型的比较与判断方法。
过渡晶体与混合型晶体
知识点1
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体: 晶体、 晶体、 晶体和 晶体。
(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。四类典型晶体都有过渡晶体。
分子
共价
金属
离子
[深度思考1]
第三周期前几种氧化物中,化学键中离子键成分的百分数如下表。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的
百分数/% 62 50 41 33
由表中数据可知,以上4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键,也不是纯粹的共价键,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。
离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,作为离子晶体处理,如 等;离子键成分的百分数小,作为共价晶体处理,如 、 等。
像第三周期后几种元素的氧化物如P2O5、SO3、Cl2O7等都是分子晶体,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了。
Na2O
Al2O3
SiO2
2.混合型晶体——以石墨为例
(1)晶体模型。
(2)结构特点——层状结构。
①同层内碳原子采取sp2杂化,以共价键(σ键)结合,形成 。
②层与层之间靠 维系。
③石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3,有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面。
平面六元并环结构
范德华力
混合型晶体
(3)晶体类型:石墨晶体中,既有共价键,又存在分子间作用力,同时具有类似金属晶体的导电性,属于 。
(4)性质:熔点很 、质软、 导电等。
高
易
[深度思考2]
石墨晶体不属于共价晶体,但石墨的熔点高于金刚石,试解释其原因:
。
石墨晶体为层状结构,同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构,C—C的键长比金刚石中C—C的键长短,键能大
3.纳米晶体
(1)概念:晶体颗粒尺寸在纳米(10-9 m)数量级的晶体。
(2)特性。
在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性,有广阔的应用前景。例如,当晶体颗粒小至纳米量级,熔点会 。
下降
1.判断正误。
(1)离子晶体中可能含有共价键。( )
(2)化学键中元素电负性差值越大,离子键的百分数越小。( )
(3)石墨晶体内每个碳原子连接3个六元环,每个六边形平均含2个完整碳原子。
( )
(4)石墨为混合型晶体,因层间存在分子间作用力,故熔点低于金刚石。
( )
(5)氧化镁晶体中离子键的百分数为50%,氧化镁晶体是一种过渡晶体。
( )
×
√
√
×
√
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晶体中离子键成分的百分数为100%
B
【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都不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误;Na2O晶体中离子键成分的百分数为62%,D项错误。
3.下列说法不正确的是( )
[A]Na2O中离子键的百分数为62%,则Na2O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晶体
C
【解析】 Na2O中离子键的百分数为62%,说明存在共价键,则Na2O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,A正确;离子键与共价键的区别在于形成化学键的两元素电负性差值,差值大的为离子键,差值小的为共价键,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,B正确;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错误;根据粒子间存在的作用力分
析,分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡晶体,D正确。
4.石墨是一种混合型晶体,具有多种晶体结构,其中一种晶胞的结构如图所示,回答下列问题。
(1)基态碳原子的轨道表示式为 。
(2)碳、氮、氧三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
N>O>C
【解析】(2)根据元素周期律可知,同一周期的元素,其第一电离能随着原子序数的递增而呈增大趋势,但是由于氮原子的2p轨道呈较稳定的半充满状态,其第一电离能高于同周期相邻的两种元素,因此,碳、氮、氧元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
三角锥形
(4)石墨晶体中碳原子的杂化方式为 ,晶体中粒子间的作用力有 (填字母,下同),石墨熔点高于金刚石是因为存在 。
A.离子键 B.共价键 C.π键 D.氢键 E.范德华力
sp2
BCE
C
【解析】(4)石墨晶体为平面层状结构,层内每个碳原子与周围三个碳原子形成共价键,且键角为120°,则碳原子为sp2杂化。层内相邻碳原子间以共价键结合,未杂化的p轨道形成大π键,层间以范德华力结合,故选BCE。金刚石中碳原子间以单键结合,而石墨中碳原子间还形成π键,使其键能增大,故石墨熔点高于金刚石。
四类典型晶体的比较
知识点2
1.四类典型晶体的比较
晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体
构成
粒子 分子 阴、阳离子 金属离子、
自由电子 原子
粒子间
作用力 范德华力
(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键
性
质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高
硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大
溶解性 相似相溶 多数溶
于水 不溶,有些
与水反应 不溶
机械加工
性能 不良 不良 良好 不良
导电性 固态、液态时均不导电,部分分子晶体溶于水时导电 固态时不导电,熔融态时导电,能溶于水的离子晶体溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、
熔融态时都不导电
作用力
大小
规律 组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大 离子所带电荷数越多、离子半径越小,离子键越强 金属原子的价电子数越多、金属离子的半径越小,与自由电子间的作用力越强 共价键键长越
短(电子云重
叠越多)、原子半径越小,共
价键越稳定
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断。
由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断。
①活泼金属氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等;常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④金属单质(常温下除汞外)与合金均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断。
离子晶体的熔点较高,常在数百至几千摄氏度;共价晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度;分子晶体的熔点较低,常在数百摄氏度以下或者更低温度;金属晶体多数熔点高,但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断。
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电;共价晶体一般为非导体,但晶体硅能导电;分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由离子,也能导电;金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断。
离子晶体硬度较大或略硬而脆;共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
[深度思考1]
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 112.8 444.6 —
单质硼 2 706 3 927 硬度大
氯化铝 194 182.7 177.8 ℃升华
苛性钾 361 1 320 晶体不导电,熔融态导电
晶体类型:单质硫是 ,单质硼是 ,氯化铝是 ,
苛性钾是 。
分子晶体
共价晶体
分子晶体
离子晶体
3.晶体熔、沸点高低的比较方法
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。
①不同类型晶体熔、沸点高低一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。
②金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点很低。
(2)同种类型晶体熔、沸点的比较。
①共价晶体。
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>硅晶体。
②离子晶体。
一般地,阴、阳离子所带电荷数越多,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。如熔点:MgO>NaCl>CsCl。
③分子晶体。
a.分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;分子间具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如沸点:H2O>H2Te>H2Se>H2S。
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。如熔、沸点:SnH4>
GeH4>SiH4>CH4。
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。如熔、沸点:CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
④金属晶体。
金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高。如熔、沸点:Na[深度思考2]
按沸点由低到高的顺序排列下列各组物质,并说明理由。
(1)CI4、CCl4、CBr4、CF4:
。
(2)干冰、溴化钠、氧化镁:
。
四者均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,故沸点CF4离子晶体沸点高于分子晶体,离子晶体沸点和离子键的强度成正比,离子键的强度与离子半径成反比、与离子所带电荷数成正比;干冰为分子晶体,溴化钠、氧化镁为离子晶体且氧化镁中离子半径更小、所带电荷更多,故离子键的强度更大,因此沸点干冰<溴化钠<氧化镁
(3)H2O、H2S:
。
(4)NaCl、KCl、KBr、MgO:
。
H2O、H2S均为分子晶体且水能形成分子间氢键,故沸点H2S<
H2O
四者均为离子晶体,且离子半径Mg2+O2-1.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
A
【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,如金属晶体中存在阳离子和自由电子,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,D错误。
2.X和Y两种元素的核电荷数之和为22,X的原子核外电子数比Y的少6。下列说法不正确的是( )
[A]X的单质固态时为分子晶体
[B]Y的单质为共价晶体
[C]X与Y形成的化合物固态时为分子晶体
[D]X与碳形成的化合物为分子晶体
C
【解析】 由题意可知,X是O,Y是Si。O2及O与碳形成的化合物固态时(CO、CO2)均为分子晶体,Si的单质为共价晶体,A、B、D正确;SiO2为共价晶体,C错误。
3.按要求完成以下题目:
(1)(2024·全国甲卷)早在青铜器时代,人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如下表,结合变化规律说明原因:
。
SnF4属于离子晶体,SnCl4、SnBr4、SnI4属于分子晶体,离子晶体的熔点比分子晶体的高,分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高
物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4
熔点/℃ 442 -34 29 143
(2)(2023·全国乙卷)已知一些物质的熔点数据如下表:
物质 熔点/℃
NaCl 800.7
SiCl4 -68.8
GeCl4 -51.5
SnCl4 -34.1
Na与Si均为第三周期元素,NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是
。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因:
。
钠的电负性小于
硅,氯化钠为离子晶体,而SiCl4为分子晶体
SiCl4、GeCl4、SnCl4均形成分子晶体,分子晶体的熔点由分子间作用力决定,分子间作用力越大则其熔点越
高;随着其相对分子质量增大,其分子间作用力依次增大
(3)(2022·浙江1月选考)①两种有机物的相关数据如下表:
物质 HCON(CH3)2 HCONH2
相对分子质量 73 45
沸点/℃ 153 220
HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原因是
。
HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以HCON(CH3)2的沸点低
②四种晶体的熔点数据如下表:
CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量多,所以两者熔点相差较大
物质 CF4 SiF4 BF3 AlF3
熔点/℃ -183 -90 -127 >1 000
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是
。
(4)(2021·浙江6月选考)已知3种原子晶体的熔点数据如下表:
物质 金刚石 碳化硅 晶体硅
熔点/℃ >3 550 2 600 1 415
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是
。
(5)(2022·全国乙卷)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为 。解释X的熔点比Y高的原因:
。
原子半径C键能 C—C>Si—Si
CsCl
CsCl为离子晶
体,ICl为分子晶体
(6)(2022·山东卷)在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是①
,②
。
吡啶能
与H2O分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,相似相溶,而苯为
非极性分子
规律方法
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态,一般情况下是固体>液体>气体;之后看物质所属类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意:不是绝对的,如氧化铝的熔点大于晶体硅的),晶体类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路为共价晶体→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。