高三复习专题讲座－晶体类型与结构、性质关系

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高三复习专题讲座
——晶体类型与结构、性质关系
一、本讲教学进度
第三册 第一章 晶体类型与性质
本讲主要内容：
1．比较四种晶体的构成微粒、微粒间作用力和性质特征，并掌握晶体的结构特征
2．掌握影响物质的熔、沸点高低的因素
3．理解金属键与金属通性间的关系
二、学习指导
(一)晶体类型与结构、性质关系
晶体的类型直接决定着晶体的物理性质，如熔、沸点、硬度、导电性、延展性、水溶性等。而晶体的类型本质上又是由构成晶体的微粒及微粒间作用力决定，通常可以由晶体的特征性质来判定晶体所属类型。掌握下表内容是重点之一。对一些常见物质，要会判断其晶体类型。
比较四种晶体类型
晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体微粒 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子、自由电子
微粒间作用 离子键 共价键 分子间作用力 金属键
熔点、沸点 较高 很高 低 高低悬殊
硬度 大 很大 小 差异大
延展性 差 差 强
导电性 差(能导电) 差 差 强
水溶性 大多易溶 难溶 相似相溶 不溶或与H2O反应
实例 NaCl 金刚石 干冰 Na、W
物质类别 大部分盐酸碱金属氧化物等离子化合物 晶体硅碳化硅二氧化硅等 大多非金属单质气态氢化物、大多非金属氧化物酸、大多有机物 金属
(二)如何比较物质熔、沸点高低
1．由晶体结构来确定.首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素.
①一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体
如：Si02＞NaCl＞CO2(干冰)，但也有特殊，如熔点：MgO＞SiO2
②同属原子晶体，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高.
如：金属石＞金刚砂＞晶体硅 原因 ＜＜
③同类型的离子晶体，离子电荷数越大，阴、阳离子核间距越小，则离子键越牢固，晶体的熔、沸点一般越高.可根据F=K进行判断
如：MgO＞NaCl
④分子晶体，分子间范德华力越强，熔、沸点越高.
分子组成和结构相似的分子晶体，一般分子量越大，分子间作用力越强，晶体熔、沸点越高.
如：F2＜Cl2＜Br2＜I2
ii 若分子量相同，如互为同分异构体，则支链数越多，沸点越高，分子越对称，则熔点越高.
如：沸点：
CH3
CH3CH2CH2CH2CH3＞CH3CHCH2CH3＞CH3—C—CH3
CH3 CH3
熔点：
CH3
CH3—C—CH3＞CH3CHCH2CH3＞CH3(CH2)3CH3
CH3 CH3
因而应注意，并非外界条件对物质熔、沸点的影响总是一致的.熔点常与晶体中微粒排布对称性有关.
iii 若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体强，故熔、沸点特别高.
如：氢化物的沸点如下图所示.
从上图中看出，H2Te、H2Se、H2S的沸点都依次降低.按此变化趋势.H2O的沸点应为193K左右，但实际上为373K、此种“反常”的升高，就是因为H2O分子间存在氢键。对比同主族氢化物的沸点，从中可清楚看到NH3、HF的沸点高得“反常”，也是因为分子间存在氢键。
HF分子间氢键：
H2O分子间氢键：
氢键的生成对化合物性质有显著影响，一般分子间形成氢键时，可使化合物的熔、沸点显著升高，在极性溶剂中，若溶质分子和溶剂分子间形成氢键，则可使熔解度增大.如NH3极易溶于水就与此有关.除上述几种物质外，在醇、羧酸、无机酸、水合物、氨合物等中均有氢键.
⑤金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小、金属键越强，熔、沸点越高.
如：Na＜Mg＜Al
2．根据物质在同条件下的状态不同.
一般熔、沸点：固＞液＞气.
如果常温下即为气态或液态的物质，其晶体应属分子晶体(Hg除外).如惰性气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作为单原子分子.因为相互间的作用力范德华力，而并非共价键.
(三)为什么金属一般只有较大密度、金属光泽、良好的导电、导热性和延展性？
可用金属键理论化和晶体的紧密堆积结构加以解释.简要说明见下图.
注意：温度升高对金属、电解压溶液导电性影响是不同的.
在金属晶体中原子或离子不是静止不动，而在晶格结点上作较小幅度振动，这种振动对电子流动起着阻碍作用，加上阳离子对电子的吸引，电子运动便受到更多阻力，因而升温，金属电阻加大，导电能力下降.
在电解压溶液中，导电微粒是自由移动离子，升温有利于加快运动，导电性增强.
(四)典型晶体的结构特征
1．离子晶体 CsCl NaCl
离子配位数 8：8 6：6
一个晶胞中含 1，1 4，4
阳离子和阴离子数
晶胞构型 立方体 立方体
重点掌握NaCl晶体结构，它还具有的特征：
①一个Na+周围等距且最近的Cl－有6个，此6个Cl－连线形成的空间几何体为正八而体，Na+位于其中心.
②一个Na+周围等距且最近的Na+有12个
如何计算离子晶体中不同部位的离子对晶胞的贡献？
体心（内） 面心 棱上 角顶
系统数 1
如 NaCl晶体中，如何计算？
Na+： 体心(1个) 棱(各1个)
1+12×=4
Cl－ 面心(各1个) 角顶(各1个)
×6 + ×8=4
2．金刚石和石墨的比较
金刚石 石墨
晶 体结 构 正四面体、空间网状晶体 平面层状正六边形结构层间以范德华力结合
晶 体结 构 正四面体、空间网状晶体 平面层状正六边形结构层间以范德华力结合
晶 体类 型 原子晶体 层内一原子晶体层间一分子晶体
晶 体外 形 正八而体 鳞片状
碳碳键长 ＜
熔 点 ＜
沸 点 =
硬 度 很高 质软有滑腻感
导电性 无 良
主要用途 钻具、装饰品 润滑剂、电极、耐火材料等
相互关系 同素异形体
注意：①石墨有导电性，是因为层内有自由电子.
②碳还有多种因素异形体，如足球碳C60等.
想一想：C60、N60等属于什么晶体？
可能是原子晶体吗？
3．二氧化硅和二氧化碳晶体
二氧化硅 二氧化碳
晶体结构型 正四面体 立方体
构成微粒 Si、O原子 CO2分子
结构特征 一个Si与4个成键一 一个O与2个锡成键一 一个CO2与最近且距离相等的有12个CO2分子
晶体类型 原子的体 分子晶体
熔 点 高 低、易升华
溶解性 难溶于一般溶剂 能溶于水
三、典型例题讲评
例1．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2200OC，熔融态不导电____________
B．溴化铝，无色晶体，熔点98OC，熔融态不导电____________
C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5OC，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中____________
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电____________
思路分析 晶体的熔点高低，熔融态能否异电及溶剂性相结合，是判断晶体类型的重要依据。原子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异电性不同。原子晶体熔融不导电，离子晶体熔融时或水溶液都能导电。原子晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般原子晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂的物质往往也是分子晶体的特征之一。
例2．1995年美国Lagow教授报道，他制得了碳的第四种同素异性体一链式炔碳…-C≡C-C≡C-C≡C-…该物质的一个分子中含有300~500个碳原子，性质很活泼。据此判断，链式炔碳的熔点估计比石墨________
思想分析 不要被“含有300~500个碳原子”所迷惑、而应抓住该物质的组成微粒“分子”，从而可判定链式炔碳属分子晶体，显烙点然比石墨低得多.
例3．已知氯化铝的熔点为190OC(2.02×105Pa)，但它在180OC即开始升华.
(1)氯化铝是_________(填“离子化合物”或“共价化合物”).
(2)在500K和1.01×105Pa时，它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92g/L，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为________，结构式为_________.
(3)无水氯化铝在潮湿空气中强烈地“发烟”，其原因是_________.
(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？
思想分析 (1)从氯化铝的熔点低且易升华的性质可判定其晶体为分子晶体，也就不可能属于离子化合物。同学不能简单地从组成元素为较活泼金属元素和活泼非金属元素考虑，将其为离子化合物，其实不然，应尊重事实。可根据其熔融态能否导电进行判断。切勿用它的水溶液做导电性实验。因为象HCl等许多共价化合物在水分子作用下能电离，故所得水溶液能导电。
(2)应根据M=22.2 关系式求出蒸气的分子量，与常见的AlCl3分子量比较是否相同，从而确定氯化铝的化学式，要注意配位键的表示方式.“→”是从具有孤对电子的一方指向具有空道的原子，在此只可能C1→A1，每一个C1还与A1原子形成一个共价键.
(3)抓住题中条件“在潮湿空气中发烟”应从AlCl3水铜生成HCl与水蒸气形成酸雾，不能误认AlCl3为升华成气体。
例4．某离子晶体部分结构如图
(1)晶体中每个Y同时吸引着最近的________个X，
每个X同时吸引着最近的________个Y，该晶体的化学式为________
(2)晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有________个.
(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度________
(4)设该晶体的摩尔质量为Mg，晶体密度为，阿佛加法罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距离为_____cm-
思路分析 (1)从图中可知，Y位于立方体中心，X位于立方体相向的四个项点，故一个Y同时吸引着最近的X有4个，每个X同时吸引着最近的8个Y，由此确定其化学式.
(2)由于顶点X是8个立方体共有，每个面是两个立方体共享，故晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X应有8×3×=12(个)
(3)可将图中4个X分别与Y连线，
形成的构型类同于CH4分子，∠XYX=
(4)每个小方体中会XY2的物质的量为.
根据质量m=V 和 m=nM
联立方程，求解。
巩固练习
1(A)下列物质晶体属离子晶体的是（ ）
A．Na2O2 B．NaOH C．H2O2 D．NH3·H2O
2(A)下列过程中共价键被破坏的是（ ）
A．碘升华 B．溴蒸气被木炭吸附 C．酒精溶于水 D．HCl气体溶于水
3(A)固体熔化时必须破坏非极性键的是（ ）
A．冰 B．晶体硅 C．溴 D．二氧化硅
4(A)能用键能大小解释的是（ ）
A．N2的化学性质比O2稳定
B．常温常压下，溴呈液态、碘呈固态
C．惰性气体一般很难发生化学反应
D．硝酸易挥发而磷酸难挥发
5(A)关于化学键的下列叙述中，正确的是（ ）
A．离子化合物可能含共价键
B．共价化合物可能含离子键
C．离子化合物中只含离子键
D．共价化合物中不含离子键
6(B)下列说法正确的是（ ）
A．冰熔化时，分子中H—O键发生断裂
B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定高.
D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子晶体越稳定
7(B)能证明氯化氢是共价化合物的现象是（ ）
A．氯化氢极易熔于水中
B．液态氯化氢不能导电
C．氯化氢在水溶液中是完全电离的
D．氯化氢是无色气体且有味
8(B)实现下列变化时，需克服相同类型作用力的是（ ）
A．二氧化硅和干冰的熔化
B．液溴和液汞的汽化
C．食盐和冰的熔化
D．纯碱和烧碱的熔化
9(B)下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列的是（ ）
A．O2、I2、Hg
B．CO2、KCl、SiO2
C．Na、K、Rb
D．SiC、NaC1、SO2
10(B)下列物质中，化学式能准确表示该物质分子组成的是（ ）
A．氯化铵NH4C1
B．二氧化硅(Sio2)
C．白磷(P4)
D．硫酸钠(Na2SO4)
11(C)用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，同时用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜，这种化合物可以比金刚石更坚硬，其原因可能是（ ）
A．碳、氮原子构成网状结构的晶体 B．碳、氮的单质化学性质的均不活泼
C．碳、氮键比金刚石中的碳碳键更短 D．氮原子最外层电子数比碳原子多
12(C)已知：
金刚石晶体，碳碳键的键能为akJ/mol
石墨晶体，碳碳键的键能为bkJ/mol
将等质量的金刚石晶体和石墨晶体中的碳碳全部破坏所需的能量之比（ ）
A．4：3 B．a：b C．4a：3b D．1：1
13(C)三氯化氮(NCl3)在常温下是一种淡黄色液体，其分子呈三角锥形，以下关于NCl3的叙述正确的是（ ）
A．NCl3分子中不存在孤对电子
B．分子中N—Cl键是非极性共价键
C．NCl3是一种含极性键的极性分子
D．N—Cl键能大，故NCl3 沸点高
14(C)下列晶体中，其中任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价健形成正面体，并向空间伸展成网状结构的是（ ）
A．四氯化碳 B．石墨 C．金刚石 D．水晶
15(C)硼能以B12正多面体基本结构单元接不同的连接方式形成多种单质晶体的变体。B12基本结构单元中含B原子12个，每个硼原子与邻近的5个硼原子等距离成键，每个面都是等边三角形，则B12正多面体的面数是（ ）
A．10 B．20 C．30 D．60
16(C)莹石(CaF2)晶体属于立方晶象，莹石中每个Ca2+被8个F－所包围，则每个F周围最近距离的Ca2+数目为 （ ）
A．2 B．4 C．6 D．8
17(C)下列说法正确性的是
A．共价键只存在于单质和共价化合物中
B．非极性键只存在于单质中
C．只有共价化合物能形成分子晶体
D．离子晶体中可结合有共价键
18(C)下列叙述正确的是 （ ）
A．同主族金属的原子半径越大熔点越高
B．分子间作用越弱的分子晶体熔点越低
C．稀有气体原子序数越大沸点越低
D．同周期元素的原子半径越小越易失去电子
19．关于晶体的下列说法正确的是 （ ）
A．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
B．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
C．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
D．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
20．有下列离子晶体空间结构示意图：以M代表阳离子，以N表示阴离子，●阳离子，○阴离子，化学式为MN2的晶体结构为 （ ）
二、填空
21(A)有下列8种晶体：
A．水晶 B．冰醋酸 C．白磷 D．固态氩 E．氯化铵
F．铝 G．金刚石
用序号回答下列问题：
(1)属于原子晶体的化合物是 ，直接由原子构成的高熔点的晶体是 ，直接由原子构成的分子晶体是 .
(2)由极性分子构成的晶体是 ,会有共价键的离子晶体是 ，属于分子晶体的单质是 .
(3) 在一定条件下能导电而不发生化学反应的是 ，分子内存在化学键，但受热熔化时，化学键不发生变化的是 ，受热熔化，需克服共价键的是 .
22．(B)试比较下列几种物质的熔点由高到低的顺序(用数字表示)___________________
①Na ②K ③Na—K ④NaCl
⑤金刚石 ⑥CO ⑦SiO2 ⑧CS2
23．(1)在金刚石立体网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有_______个碳原子.
(2)在晶体二氧化硅中，最小的环上共有_______个原子.
(3)石墨晶体的每一层是由无数个正六边形构成的，则平均每一个正六边形所占有的碳原子数为_______个.
24．化工行业已合成一种硬度比金刚石还大的晶体——氮化碳，若已知氮在此化合物中显－3价，推断：
(1)它的化学式可能是______________
(2)其晶体类型为_______晶体_______
(3)你认为其硬度比金刚石大的主要原因是___________________________________
25．(C) 已知有关物质的熔、沸点如下：
MgO A1203 MgC1 2 A1C13
熔点 (OC) 2852 2072 714 190(259KPa)
沸点 (OC) 3600 2980 1412 182.7
请参考上述数据回答：
(1)工业上常用电解熔融MgC12的方法生产镁，电解A12O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解MgO的方法生产镁；也不用电解A1C13的方法生产铝？
答：
(2)设计可靠实验证明：MgC12、A1C13所属的晶体类型，其实验方法是____________
26．(C)IBr是一种卤素互化合物，具有很高的化学法性，有许多性质与卤素单质很相似，它在常温下是深红色液体，熔点为41OC，沸点为116OC，固体溴化碘是_________晶体，含有_________键，IBr与水反应，生成一种无氧酸和一种含氧酸，反应方程式为____________________________________
27．有两组关于物质熔点的数据
I组 II组
物质 NaC1 KCl RbCl CSCl SiCl4 GeCl4 S12Cl4 pbCl4
熔点 808OC 772OC 717OC 645OC －70.4OC －49.5OC －36.2OC －15OC
分析以上数据，回答：
(1)有什么规律可循
答: _____________________________________________
(2)选成这些规律的主要原因是什么
答: _____________________________________________
参考答案
一、1．A、B 2．D 3．B 4．A 5．A、D 6．B 7．B 8．D 9．B
10．C 11．C 12．C 13．C 14．C 15．B 16．B 17．D 18．B
19．C 20．B
二、21．(1)A，G，D (2)B，E，C、D (3)F，B，C，A，G
22．⑤＞⑦＞④＞①＞②＞③＞⑧＞⑥
23．(1)6，(2)12，(3)2
24．(1)C3N4 (2)原子 (3)C —N键的键长小于C—C键
C —N键的键能大于C—C键
25．(1)因MgO的熔点远高于MgCl2，故电解熔融MgO将需要更高的温度，浪费能源，从表中数据可知，A1C13易升华，熔、沸点低，应属分子晶体，无离子熔融时不导电，不能被电解。
(2)将两种晶体加热到熔化状态，测定共导电性，实验表明MgCl2能导电，A1C13不能导电，由此可确定MgCl2为离子晶体，A1C13为分子晶体.
26．分子，极性共价键，IBr+H2O=HBr+HIO
27．(1)第一组碱金属的氯化物随着碱金属原子序数从上到下增大，其氯化物的熔点降低。而第二组点碳族元素形成的氯化物随着Si、Ge、Sn、pb原子序数增大，其氯化物的熔点逐渐升高
(2)这是因为两组晶体的类型不同，第I组属于离子晶体，随着碱金属的阳离子半径从上到下增大，与Cl－形成的离子键减弱，故熔点下降。而第II组属分子晶体，它们彼此组成和结构相似，随着分子量增大，分子间作用力增大，故熔点逐渐升高.
六、附录
例1：A．原子晶体 B．分子晶体
C．分子晶体 D．离子晶体
例2：低.
例3：(1)由氯化铝的熔点较低，且又易升华，说明氯化铝晶体属于分子晶体，氯化铝是共价化合物
(2)M=22.4=22.4×11.92=267
AlCl3的分子量为133.5，267133.5=2
由此可知氯化铝的蒸气是二聚体，
结构式：
化学式：Al2Cl6
(3)AICI3遇到空气中的H2O发生水解，生成的HCI与空气中水蒸气形成酸雾，
反应式：AICI3+3H2O AI(OH)3+3HCI
(4)将AICI3加热至熔融状态，测量其导电性，实验若表明它不导电，则说明它为共价化合物
例4．(1)4，8， XY2或Y2X
(2)12
(3)
(4)设每个小立方体的边长为Xcm，其中含XY2的物质的量为
由方程：
(cm)
混合型晶体
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