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专题3 微粒间作用力与物质性质
专题3 微粒间作用力与物质性质
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第二单元 离子键 离子晶体
1．加深对离子键的认识，理解离子键没有饱和性、没有方向性的特点。 2．认识几种典型的离子晶体。 3．能大致判断离子键的强弱，了解晶格能的概念，能说明晶格能的大小与离子晶体性质的关系。 4．能识别氯化钠、氯化铯等晶胞结构。
离子键的形成
1．概念：阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键。
2．形成：在离子化合物中，阴、阳离子之间的静电引力使阴、阳离子相互吸引，阴离子的核外电子与阳离子的核外电子之间、阴离子的原子核与阳离子的原子核之间的静电斥力使阴、阳离子相互排斥。当阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力达到平衡时，阴、阳离子保持一定的平衡核间距，形成稳定的离子键，整个体系达到能量最低状态。
3．根据元素的金属性和非金属性差异，金属性较强的金属原子与非金属性较强的非金属原子间易形成离子键。例如：ⅠA、ⅡA族元素与ⅥA、ⅦA族元素易形成离子键。
4．离子键的特点：离子键没有方向性和饱和性。
5．常见的离子化合物
(1)活泼金属元素(ⅠA、ⅡA族)和活泼非金属元素(ⅥA、ⅦA族)形成的化合物。
(2)活泼金属离子和酸根(或氢氧根)形成的化合物。
(3)铵根和酸根(或活泼非金属元素离子)形成的盐。
1．下列关于离子化合物的叙述正确的是( )
A．离子化合物中都只含有离子键
B．离子化合物中的阳离子只能是金属离子
C．离子化合物如能溶于水，其所得溶液一定可以导电
D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物
解析：选C。离子化合物中的阳离子不一定是金属离子，如NH4Cl，阳离子为NH而不是金属离子；共价化合物溶于水也可能导电，如NH3、SO2、HCl等。
2．下列关于离子键特征的叙述中，正确的是( )
A．一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性
B．因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，随意的
C．因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na＋周围吸引一个Cl－
D．因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子
解析：选A。离子键的特征是无方向性和饱和性。因为离子键无方向性，故带异性电荷的离子间的相互作用与其所处的方向无关，但为了使物质的能量最低，体系最稳定，阴、阳离子的排列是有规律的，而不是随意的；离子键无饱和性，体现在每个离子周围可以尽可能多地吸引带异性电荷的离子，但也不是任意的，每个离子周围吸引带异性电荷的离子的多少主要取决于阳离子与阴离子的半径比。
离子键 离子化合物
1．下列说法中正确的是( )
A．形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B．第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D．离子化合物中可能只含有非金属元素
解析：选D。形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引，也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥，A项错误；氢是第ⅠA族元素，HX(X为卤素元素)都是共价化合物，B项错误；NaCl是离子化合物，SiO2是共价化合物，但前者的熔点较低，C项错误；NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物，D项正确。
2．能以离子键相结合生成A2B型(B为阴离子)离子化合物的是( )
A．原子序数为11和17
B．原子序数为20和9
C．原子序数为13和17
D．原子序数为19和16
解析：选D。A项中生成NaCl离子化合物，B项中生成CaF2离子化合物，C项中生成AlCl3共价化合物，D项中生成K2S 离子化合物，故选D。
3．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中合理、可靠的是( )
选项 实验 结论
A 常温下观察，SbCl5为黄色液体，SnCl4为无色液体 结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B 测定三种物质的熔点，依次为73．5 ℃、2．8 ℃、－33 ℃ 结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C 将三种物质分别溶解于水中，各滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀 结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D 测定三种物质水溶液导电性，发现它们都可以导电 结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
解析：选B。离子化合物一般熔、沸点较高，熔融态可导电。某些共价化合物溶于水后也可以发生电离而导电，如HCl等，并且HCl溶于水电离产生Cl－，也能与HNO3酸化的AgNO3溶液反应，产生白色沉淀，故A、C、D都不可靠。
离子晶体
1．概念：由阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体。
2．物理性质：一般来说，离子晶体具有较高的熔点和一定的硬度。这些性质都是因为离子晶体中存在着离子键，若要破坏这种作用需要获得能量。
3．晶格能(U)
(1)概念：拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量，单位为kJ·mol－1。
(2)意义：晶格能用来衡量离子晶体中阴、阳离子间静电作用的大小。
(3)影响因素：在离子晶体中，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，则晶格能越大。晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越牢固，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点越高，硬度越大。
4．氯化钠、氯化铯的晶体结构特征
(1)NaCl型晶体结构模型(左下图)：配位数为6。
①在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引着6个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着6个Na＋。
②每个Na＋周围与它最近且等距的Na＋有12个，每个Na＋周围与它最近且等距的Cl－有6个。
(2)CsCl型晶体结构模型(右下图)：配位数为8。
①在CsCl晶体中，每个Cs＋周围同时吸引着8个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着8个Cs＋。
②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻。
1．下列说法不正确的是( )
A．晶格能越大，离子晶体中离子键越牢固
B．离子晶体一般具有较高的熔点的性质与其晶体中存在离子键有关
C．离子键的实质是静电作用
D．静电作用只有引力
解析：选D。离子键是阴、阳离子之间的静电作用，包括静电吸引和静电排斥。
2．下列关于晶格能的叙述中正确的是( )
A．晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷有关
B．晶格能仅与形成晶体的离子半径有关
C．晶格能是指相邻的离子间的静电作用
D．晶格能越大的离子晶体，其熔点越高
解析：选D。晶格能大小与离子所带电荷数成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。晶格能越大晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，A、B项错误，D项正确。晶格能是指拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量，既有量的限定：1 mol，又有粒子的限定：阴、阳离子，C项错误。
3．如图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从CsCl晶体中分割出来的结构图是( )
A．(1)和(3) B．(2)和(3)
C．(1)和(4) D．只有(4)
解析：选B。根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。(1)中由黑球可知，其配位数为6，(4)图应为简单立方结构，故(1)(4)应为NaCl晶体部分结构。(2)中由黑球知其配位数为8，(3)图为体心立方结构，故(2)(3)应为CsCl晶体部分结构，所以B项正确。
4．连线题。
离子晶体 晶胞结构
A．NaCl (1) ①4∶4
B．CsCl (2) ②8∶8
C．ZnS (3) ③6∶6
答案：A—(2)—③ B—(3)—② C—(1)—①
1．离子晶体物理性质与结构的关系
(1)离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。如NaCl、CsCl的熔点分别是801 ℃、645 ℃；沸点分别是1 413 ℃、1 290 ℃。
一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3＞MgO；NaCl＞CsCl等。
(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，离子晶体表现出较高的硬度。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。
(3)离子晶体不导电，熔融态或溶于水后能导电
离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用变成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
难溶于水的强电解质(如BaSO4、CaCO3等)溶于水时，由于离子浓度极小，故导电性极差。通常情况下，我们说它们的水溶液不导电。
(4)大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生作用，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。
2．常见AB型离子晶体的类型
晶体类型 NaCl型 CsCl型 ZnS型
晶胞
Cl－—大球 Na＋—小球 Cl－—大球 Cs＋—小球 S2－—大球 Zn2＋—小球
符合类型 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BeO、BeS等
配位数 6、6 8、8 4、4
同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：
A组物质 NaCl KCl CsCl
熔点/K 1 074 1 049 918
B组物质 Na Mg Al
熔点/K 370 922 933
晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是__________晶体，晶体中微粒之间通过__________相连。B组物质是__________晶体，价电子数由少到多的顺序是__________，粒子半径由大到小的顺序是__________。
[解析] A组物质为离子晶体，离子之间通过离子键相结合，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Cs＋)，所以离子键的强度由大到小的顺序为NaCl＞KCl＞CsCl，故熔点是逐渐降低的。B组物质为金属晶体，是由金属键结合而成的，因为价电子数Na＜Mg＜Al，而粒子半径Na＞Mg＞Al，所以金属键强度由小到大的顺序为Na＜Mg＜Al，故其熔点是逐渐升高的。
[答案] 离子 离子键 金属 Na＜Mg＜Al Na＞Mg＞Al
离子晶体的概念及性质
1．下列关于离子晶体的性质的叙述正确的是( )
A．一般熔、沸点较高，难挥发
B．硬度很小，容易变形
C．都能溶于有机溶剂而难溶于水
D．密度很小
解析：选A。离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起，离子键的键能较大，且极性很强，除了有些在极性溶剂中容易断裂外，其他的必须在高温下才能断裂，所以其熔、沸点较高，不易挥发，硬度较大，不易变形，难溶于有机溶剂。又因为在离子晶体中，较大的离子采取密堆积形式，较小离子填空隙，所以密度一般都较大。
2．根据下列实验事实，能确定某晶体一定是离子晶体的是( )
A．晶体熔点达2 500 ℃
B．晶体不导电，溶于水导电
C．晶体不导电，熔融能导电
D．温度越高，溶解度越大
解析：选C。熔点为2 500 ℃的可以是金属晶体、原子晶体或离子晶体；晶体不导电，水溶液导电可以是离子晶体或分子晶体；大多数晶体温度升高，溶解度增大。
3．下列物质中属于含有非极性键的离子晶体的是( )
①醋酸钠 ②氢氧化钾 ③过氧化钠 ④金刚石 ⑤乙醇 ⑥碳化钙
A．①②③⑥ B．①③⑥
C．①③④⑤ D．①②⑥
解析：选B。①中含有碳碳非极性键，②中含有氧氢极性键，③中含有氧氧非极性键，④属于原子晶体，⑤属于分子晶体，⑥中含有碳碳非极性键。
离子晶体的结构特征
4．下列有关CaF2的表述正确的是( )
A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用
B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2
C．阴、阳离子个数之比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同
D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电
解析：选D。A项，Ca2＋与F－间不仅存在静电吸引，同时原子核与原子核之间、电子与电子之间也存在静电排斥，错误。B项，因CaF2、CaCl2均为离子晶体，F－的离子半径小于Cl－，离子晶体的晶格能与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比，故CaF2晶体的晶格能大于CaCl2，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，故CaF2的熔点高于CaCl2，错误。C项，阴、阳离子个数比相同，晶体构型不一定相同，错误。D项，CaF2是离子化合物，在熔融状态下能电离产生自由移动的离子，故CaF2在熔融状态下能导电，正确。
5．
根据CsCl的晶胞结构分析，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为____________，每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________，每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。
解析：以题图的一个Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位，有6个；与其次近的Cs＋的距离为a，在1个晶胞中有3个，而1个Cs＋为8个晶胞共有，故有8×3×＝12个；与其第三近的Cs＋的距离为a，每个晶胞中有1个，故有8个；与其紧邻且等距的Cl－有8个。
答案：6 12 a 8 a 8
6．
如图所示，直线交点的圆圈处为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体的结构示意图。
(2)在晶体中，每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即____________(填计算式)。
(4)设NaCl的摩尔质量为M g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离为________cm。
解析：(2)从体心Na＋看，与它最近的且距离相等的Na＋共有12个。
(3)根据立方结构的特点，可求阴、阳离子的个数。NaCl晶胞中，含Cl－：8×＋6×＝4(个)，含Na＋：12×＋1＝4(个)。
(4)设Cl－和Na＋的最近距离为a cm，则两个最近的Na＋间的距离为a cm，有×NA mol－1＝M g·mol－1，a＝ cm，所以两个Na＋间的最近距离为· cm。
答案：(1)见下图 (2)12 (3)4 8×＋6× 4 12×＋1 (4)·
晶格能
7．下列说法不正确的是( )
A．离子晶体的晶格能越大离子键越强
B．阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多
C．通常阴、阳离子的半径越小、所带电荷数越多，该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大
D．拆开1 mol离子键所释放的能量为该离子晶体的晶格能
解析：选D。A项，离子键强弱与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比；晶格能与离子所带电荷数成正比，与离子半径成反比，所以离子晶体的晶格能越大离子键越强。B项，阳离子的半径越大，其表面积越大，与阴离子接触面积越大，吸引的阴离子越多。C项，离子晶体的晶格能与离子半径成反比，与离子所带电荷数成正比。D项，晶格能是拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子时所吸收的能量，不是拆开1 mol离子键所释放的能量。
8．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是( )
晶格能/kJ·mol－1 离子半径/pm
① LiF LiCl LiBr LiI 1 031 845 807 752 Li＋ Na＋ K＋60 95 133
② NaF NaCl NaBr NaI 915 777 740 693 F－ Cl－ Br－ I－136 181 195 216
③ KF KCl KBr KI 812 708 676 641
A．晶格能的大小与离子半径成反比
B．阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小
C．阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大
D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强
解析：选D。由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项正确；氧化性强弱与晶格能大小无关系，D项错误。
9．溴化钠、氯化钠和氧化镁的核间距和晶格能(部分)如下表所示。
NaBr NaCl MgO
离子的核间距/pm 290 276 205
晶格能/kJ·mol－1 787 3 890
(1)溴化钠晶体的晶格能比氯化钠晶体的晶格能______(填“大”或“小”)，主要原因是________________________________________________________________________。
(2)氧化镁晶体的晶格能比氯化钠晶体的晶格能大，主要原因是________________________________________________________________________。
(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是________。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)离子半径越小，晶格能越大，核间距：NaBr＞NaCl，故晶格能：NaCl＞NaBr。
(2)离子所带电荷越多，晶格能越大，MgO中阴、阳离子所带电荷多，且r(O2－)＜r(Cl－)＜r(Br－)，r(Mg2＋)＜r(Na＋)，故晶格能：MgO＞NaCl。
(3)晶格能大的物质，熔点高，硬度大，三种物质中硬度最大的为MgO；MgO的熔点高，电解时要消耗大量的电能。
答案：(1)小 NaBr比NaCl中离子的核间距大
(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小
(3)氧化镁 氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗的电能大
重难易错提炼
1．离子晶体不导电，导电需在水溶液中或熔融状态下。2．离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。 3．离子晶体熔化时只有离子键的断裂，是物理变化。4．晶格能的大小影响岩浆晶出的次序，晶格能越大，形成的晶体越稳定，岩浆中的矿物越容易结晶析出。
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[基础巩固]
1．下列说法中，正确的是( )
A．仅由非金属元素组成的化合物中不可能含有离子键
B．由金属元素和非金属元素组成的化合物一定是离子化合物
C．共价化合物中不可能含有离子键
D．含有金属阳离子的物质都是离子化合物
解析：选C。NH4Cl等铵盐都是仅由非金属元素组成的化合物，其中含有离子键。AlCl3、HMnO4等化合物由金属元素和非金属元素组成，它们都是共价化合物。金属单质都含有金属阳离子，但它们不是化合物，更不是离子化合物。
2．能证明NaCl为离子化合物的依据是( )
A．NaCl溶液容易导电
B．NaCl溶液呈中性
C．熔融态的NaCl可以导电
D．NaCl溶于水可以电离出Na＋和Cl－
解析：选C。区分共价化合物和离子化合物的依据就是看其熔融态是否导电，而不能看溶液是否导电，因为有一些共价化合物的水溶液也导电，如HCl等。
3．下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A．熔点：NaF>MgF2>AlF3
B．晶格能：NaF>NaCl>NaBr
C．阴离子的配位数：CsCl>NaCl
D．硬度：MgO>CaO>BaO
解析：选A。由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大，故熔点依次升高。由于r(F－)4．NaF、NaI、MgO均为离子化合物，根据下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序是( )
物质 ①NaF ②NaI ③MgO
离子电荷数 1 1 2
键长/10－10 m 2．31 3．18 2．10
A．①>②>③ B．③>①>②
C．③>②>① D．②>①>③
解析：选B。离子晶体的熔点与晶格能的大小有关，而晶格能的大小由离子电荷数多少和离子半径大小进行判断。离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体的熔点越高。因此可判断答案为B。
5．认真分析NaCl和CsCl的晶体结构，判断下列说法错误的是( )
A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同，所以阴、阳离子的配位数相等
C．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为6和8
D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但阴、阳离子半径比不相同
解析：选B。由化学式可知NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，A正确；NaCl晶体中阴、阳离子配位数为6，而CsCl晶体中阴、阳离子配位数为8，B错误、C正确；NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子配位数不同的主要原因是两种晶体中阴、阳离子半径比不同，D正确。
6．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，X、Y、Z分别处于立方体的顶点、棱边的中点、立方体的体心。则下面关于该化合物的说法正确的是( )
A．该晶体的化学式为ZXY3
B．该晶体的熔点一定比金属晶体熔点高
C．每个X周围距离最近的Y有8个
D．每个Z周围距离最近的X有6个
解析：选A。利用均摊法可计算出该晶胞中X的个数为8×＝1，Y的个数为12×＝3，Z原子位于体心，完全属于该晶胞，Z的个数为1，A正确。该晶体是离子晶体，熔、沸点较高，但有些金属晶体的熔、沸点也很高，如钨的熔点在3 000 ℃以上，因此离子晶体与金属晶体的熔点不能直接比较，B错误。利用晶体的对称性，可以判断出每个X周围距离最近的Y有6个，C错误。Z原子位于体心，X位于立方体的顶点，体心距8个顶点的距离相等，因此每个Z周围距离最近的X有8个，D错误。
7．M元素的1个原子失去2个电子，该2个电子转移到Y元素的2个原子中去，形成离子化合物Z，下列说法中正确的是( )
A．Z具有较高的熔点
B．Z的化学式可表示为M2Y
C．Z一定能溶于水
D．Z的电子式为
解析：选A。Z是离子化合物，故D项电子式不对，A项性质符合。离子化合物不一定能溶于水，故C不对。根据题意，Z的化学式应该是MY2，故B不对。
8．KO2的晶体结构和NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，如图所示，下列对KO2晶体结构的描述正确的是( )
A．和K＋距离相同且最近的O共有8个
B．和K＋距离相同且最近的K＋共有8个
C．由和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正八面体
D．由和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正六面体
解析：选C。由信息提示，KO2中存在的阴、阳离子为O和K＋，又与NaCl结构相似，我们可以依据熟悉的NaCl进行判断，和Na＋距离相同且最近的Cl－有6个，组成一个正八面体，和Na＋距离相同且最近的Na＋有12个，代入K＋、O同样适合。
9．1 mol气态钠离子和1 mol气态氯离子结合生成1 mol氯化钠晶体释放出的能量为氯化钠晶体的晶格能。下列热化学方程中，能直接表示出氯化钠晶体的晶格能的是( )
A．Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(s) ΔH
B．Na(s)＋Cl2(g)===NaCl(s) ΔH
C．Na(s)===Na(g) ΔH
D．Na(g)－e－===Na＋(g) ΔH
解析：选A。根据定义可以得出答案，要注意“1 mol”“气态”的关键词。
10．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A．X元素的原子序数是19
B．该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1
C．Xn＋中n＝1
D．晶体中每个Xn＋周围有2个等距离最近的N3－
解析：选A。Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，其电子排布式应为1s22s22p63s23p63d10，显然不是19号元素K。从晶胞看，白球个数为8×＝1，黑球个数为12×＝3，化学式为X3N，而N为－3价，所以X为＋1价。
11．一种离子晶体的晶胞结构如图所示。其中阳离子A用表示，阴离子B用表示。
(1)每个晶胞中含A的数目为________个，含B的数目为________个。
(2)若A的核外电子排布与Ar的相同，B的核外电子排布与Ne的相同，则该离子化合物的化学式为________。
(3)该离子晶体中阳离子的配位数为________，阴离子的配位数为________。
解析：(1)A在顶点与面心，属于该晶胞数目为8×＋6×＝4，B在体内，共有8个。(2)A、B个数比为1∶2， 2，根据题意可知A为Ca2＋、B为F－。(3)每个顶点上的A与8个晶胞中的8个B配位，1个B与1个顶点、3个面心的A配位。
答案：(1)4 8 (2)CaF2 (3)8 4
12．已知：硅酸盐和石英的晶格能如下表：
硅酸盐矿物和石英 橄榄石 辉石 角闪石 云母 长石 石英
晶格能(kJ/mol) 4 400 4 100 3 800 3 800 2 400 2 600
回答下列问题：
(1)橄榄石和云母晶出的顺序是________________________________________________________________________。
(2)石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)推测云母和橄榄石的熔点大小顺序为__________，硬度大小顺序为____________。
解析：晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶，即晶格能越大，对应的岩浆越先晶出。
答案：(1)橄榄石先于云母晶出 (2)主要是它的晶格能较小；其次，它在岩浆中不容易达到饱和。只有当各种金属离子以硅酸盐形式析出后，石英的浓度才达到饱和
(3)橄榄石>云母 橄榄石>云母
13．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的外围电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差8；与B位于同一周期的C和D，它们的外围电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差2。
A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。回答下列问题：
(1)该化合物的化学式为______；D的配位数为______。
(2)列式计算该晶体的密度：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：由题意知A、B、C、D分别为F、K、Fe、Ni。(1)在该化合物中F原子位于棱上、面心以及体内，故F原子个数为×16＋×4＋2＝8个，K原子位于棱上和体内，故K原子个数为×8＋2＝4个，Ni原子位于8个顶点上和体内，故Ni原子个数为×8＋1＝2个，K、Ni、F原子的个数比为4∶2∶8＝2∶1∶4，所以化学式为K2NiF4；由图示可看出在每个Ni原子的周围有6个F原子，故配位数为6。(2)结合解析(1)，根据密度公式可知ρ＝＝≈3．4 g·cm－3。
答案：(1)K2NiF4 6
(2)≈
3．4 g·cm－3
[能力提升]
14．在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，图1是NaCl的晶体结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切(如图2)。离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和(如图3)。已知a为常数。
试回答下列问题：
(1)在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－，而Na＋数目与Cl－数目之比为________。
(2)Na＋半径与Cl－半径之比＝________。(已知 ＝1．414，＝1．732，＝2．236)
解析：(1)观察晶体的结构分析可知，每个Na＋同时吸引6个Cl－，在每个晶胞中含Na＋：8×＋6×＝4(个)，含Cl－：12×＋1＝4(个)，即Na＋与Cl－数目之比为1∶1。
(2)由图2，因为r(Cl－)>r(Na＋)，则r(Cl－)＝，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，＝＝∶＝(－1)∶1＝0．414∶1。
答案：(1)6 1∶1 (2)0．414∶1
15．已知A、B、C、D、E五种元素都是元素周期表中前20号元素，原子序数依次增大，E的外围电子排布式为4s2。A、B、C、D四种元素在元素周期表中的相对位置如下表所示。
…… A
B C D
根据以上信息，回答下列问题：
(1)元素C在元素周期表中的位置是第________周期第________族；D的电子排布式为________________________________________________________________________。
(2)A和B的离子中，半径较小的是________(填离子符号)。
(3)A、D分别与B形成的化合物中，________的晶格能大(填化学式)。
(4)A和E可组成离子化合物，其晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元)结构如图所示(阳离子用“●”表示，位于该正方体的顶点或面心；阴离子用“〇”表示，均位于小正方体中心)。该化合物的电子式是____________。A和E化合物的晶胞1/8的体积为2．0×10－23 cm3，求A和E组成的离子化合物的密度，请列式并计算(结果保留一位小数)：__________________________________________。
解析：原子序数依次增大，且E的外围电子排布为4s2，则应为Ca。从所给出的表可知，A为F，B为Na，C为Al，D为Cl。Na＋与F－核外电子排布相同，但是Na＋的核电荷数大，故半径小，一般离子半径小的，晶格能大。从CaF2的晶胞知，其中含有4个CaF2，故物质的量为4/NA，通过质量除以体积即可求出密度。
答案：(1)3 ⅢA 1s22s22p63s23p5 (2)Na＋
(3)NaF (4)
＝3．2 (g/cm3)
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专题3 微粒间作用力与物质性质
专题3 微粒间作用力与物质性质
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甲
109.5
共价键
金刚石晶胞结构图
丙
第三单元 共价键 原子晶体
1．认识共价键的本质和特性，了解共价键的饱和性与方向性。 2．知道共价键的主要类型σ键和π键形成的原理及强度相对大小。 3．知道共价键的键能、键长等的含义。 4．认识影响共价键键能的主要因素，分析化学键的极性强弱，把握键能与化学反应热之间的内在联系。 5．深化对原子晶体的认识。 6．树立正确的能量观。
共价键的形成和类型
一、共价键的形成
1．概念
通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
2．成键本质
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子密度增加，体系的能量降低。
3．共价键的特点
(1)共价键有饱和性
成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。故在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。
(2)共价键有方向性
成键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降就越多，形成的共价键就越牢固。(但s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性)
二、共价键的类型
1．σ键和π键
(1)σ键：原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠而形成的共价键叫σ键。按形成σ键的原子轨道类型的不同，σ键可分为s?s σ键、s?p σ键、p?p σ键。图示如下：
(2)π键：原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键，其形成过程表示如下：
2．非极性键、极性键和配位键
(1)非极性键
两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移。
(2)极性键
两个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移。
在极性键中，成键原子吸引电子的能力差别越大，共用电子对发生偏移的程度越大，共价键的极性越强。
(3)配位键
由一个原子提供空轨道，另一个原子提供孤电子对形成的共价键。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)原子轨道在空间都具有方向性。( )
(2)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。( )
(3)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。( )
(4)形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为。( )
(5)σ键和π键都只存在于共价分子中。( )
(6)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。( )
(7)配位键是一种特殊的共价键。( )
(8)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。( )
(9)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)×
2．下列说法正确的是( )
A．有共价键的化合物一定是共价化合物
B．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
C．由共价键形成的分子一定是共价化合物
D．只有非金属原子间才能形成共价键
解析：选B。NaOH含有离子键和共价键，是离子化合物，A错误；由共价键形成的分子可以是单质分子，不一定是共价化合物，C错误；某些金属元素与非金属元素原子间也能形成共价键，如AlCl3等，D错误。
3．下列说法正确的是( )
A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的
B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称
C．乙烷分子中的键全为σ键，乙烯分子中含σ键和π键
D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键
解析：选C。原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。σ键是轴对称，而π键是镜面对称。分子中所有的单键都是σ键，双键中有一个σ键和一个π键。
4．H2O分子中每个O原子结合2个H原子的根本原因是( )
A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性
C．共价键的键角 D．共价键的键长
解析：选B。O原子最外层有2个未成对电子，分别与H原子的核外电子形成共用电子对，O原子即达到8电子稳定结构，故1个O原子只能结合2个H原子，符合共价键的饱和性。
1．σ键和π键的比较
共价键类型 σ键 π键
电子云重叠方式 沿键轴方向相对重叠 沿键轴方向平行重叠
电子云重叠部位 两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零
电子云重叠程度 大 小
示意图
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
成键规律 共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价叁键中一个是σ键，两个是π键
2．共价键分类小结
(1)按原子轨道的重叠方式可划分为两种键型，即σ键和π键。
(2)按共用电子对是否发生偏移可划分为非极性键和极性键。
(3)按两原子之间共用电子对的数目，可划分为共价单键、共价双键和共价叁键。
(4)按提供共用电子对的方式可划分为普通共价键和配位键。
3．配位键与共价键的关系
(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。
(3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NH)。
下列物质中，只含有极性键的分子是________，既含离子键又含共价键的化合物是________；只存在σ键的分子是________，同时存在σ键和π键的分子是________。
A．CO2 B．CH2Cl2 C．C2H6 D．CaCl2 E．NH4Cl
[解析] A～E的结构式或电子式分别为
A、B、C是由分子构成的，D、E是由阴、阳离子构成的。由不同元素原子间形成的共价键为极性键，故A、B分子只含有极性键。共价单键均为σ键，共价双键或叁键中各含1个σ键，其他为π键，故B、C分子中只存在σ键，A分子中同时存在σ键和π键。D中只含离子键，E中NH与Cl－之间为离子键，NH中N—H键为共价键。
[答案] AB E BC A
下列有八种物质：①CH4 ②CH3CH2OH ③N2 ④HCl ⑤O2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2。请按要求回答下列问题(填写编号)：
(1)只有σ键的有__________，既有σ键又有π键的有__________。
(2)只含有极性键的化合物有__________，既含有极性键又含有非极性键的化合物有__________。
(3)含有双键的有________，含有叁键的有________。
解析：本题关键是考查八种物质的结构及共价键的类型。八种物质的结构式分别为、
。利用共价键的特点，容易得出正确答案。
答案：(1)①②④⑥ ③⑤⑦⑧
(2)①④ ②⑥⑦⑧
(3)⑤⑦ ③⑧
共价键的形成与类型判断
1．下列不属于共价键成键因素的是( )
A．共用电子对在两原子核之间高频率出现
B．共用电子对必须在两原子中间
C．成键后的体系能量降低，趋于稳定
D．两原子核体积大小要适中
解析：选D。两原子形成共价键时电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的机会更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。
2．下列说法中正确的是( )
A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键
B．Cl2和N2的共价键类型相同
C．由分子构成的物质中一定含有σ键
D．HCl分子中含一个s?p σ键
解析：选D。A中，乙烷分子的结构式为，只有σ键，无π键；B中，Cl2分子是p?p σ键，N2分子中除有p?p σ键外，还有p?p π键；C中，某些单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含有化学键。
共价键的特征
3．硫化氢(H2S)分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是( )
①共价键的饱和性 ②S原子的电子排布 ③共价键的方向性 ④S原子中p轨道的形状
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：选D。S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。
4．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是( )
A．H2O2：H—O===O—H
B．CH3COOOH：
C．CH4S：
D．SiHCl3：
解析：选A。由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。
配位键的形成与判断
5．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是( )
A．X、Y只能均是分子
B．X、Y只能均是离子
C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对
D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y
解析：选C。形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应指向提供空轨道的X，D项错误。
6．下列不能形成配位键的组合是( )
A．Ag＋、NH3 B．BF3、NH3
C．Co3＋、CO D．Ag＋、H＋
解析：选D。形成配位键的条件：一方有孤电子对，另一方有空轨道，D选项中，Ag＋和H＋中都只有空轨道而没有孤电子对。
共价键的键能与化学反应的反应热
1．键能：原子之间形成的共价键的强度。
2．键长：两原子核间的平均间距。
3．当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，共价键的键能越大，键长越短。
4．化学反应过程中的能量变化是由反应物和生成物中化学键的强弱决定的。反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量(即反应物中的键能总和)与生成物中新化学键形成时所放出的总能量(即生成物中的键能总和)的差就是此反应的反应热。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)键长是成键两原子半径的和。( )
(2)C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍。( )
(3)键长短，键能就一定大，分子就一定稳定。( )
(4)因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)×
2．实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：
A—A B—B C—C D—D
键长/10－10 m a 0．74 c 1．98
键能/kJ·mol－1 193 b 151 d
已知D2分子的稳定性大于A2，则a________(填“>”或“<”，下同)1．98，d________193；a________c，b________d。
解析：结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。
答案：> > ＜ ＞
3．在30 g SiO2晶体中，含有Si—O键的物质的量为( )
A．1 mol B．1．5 mol
C．2 mol D．2．5 mol
解析：选C。1 mol SiO2中含4 mol Si—O键，30 g SiO2是0．5 mol，含有Si—O键的物质的量为2 mol。
4．已知某些共价键的键能(kJ·mol－1)如下表所示：
键 H—H Br—Br I—I Cl—Cl H—Cl H—I H—Br
键能 436 193 151 243 431 298 366
(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出能量________kJ。
(2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2(g)分别反应，放出热量由多到少的顺序是________(填字母)。
A．Cl2>Br2>I2 B．I2>Br2>Cl2
预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。
解析：由题中数据和由键能求反应热公式可知：
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，
H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g) ΔH＝436 kJ·mol－1＋193 kJ·mol－1－2×366 kJ·mol－1＝－103 kJ·mol－1，
H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH＝436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1－2×298 kJ·mol－1＝－9 kJ·mol－1。
答案：(1)183 (2)A 多
1．对物质性质的影响
2．共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如原子半径：F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。如共用电子对数：N≡N＞Cl—Cl，则共价键的牢固程度：N≡N ＞Cl—Cl。
(2)由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
3．共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：化学反应的实质就是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。
(3)放热反应和吸热反应
①放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。
②吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。
(4)反应热(ΔH)与键能的关系
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
注意：ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
由实验测得不同物质中O—O键的键长和键能数据如下表。其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。该规律性是( )
O—O键数据 O O O2 O
键长/10－12 m 149 128 121 112
键能/kJ·mol－1 X Y Z＝494 W＝628
A．电子数越多，键能越大
B．键长越长，键能越小
C．成键所用的电子数越少，键能越大
D．成键时电子对越偏移，键能越大
[解析] 电子数由多到少的顺序为O＞O＞O2＞O，而键能由大到小顺序为W＞Z＞Y＞X，A错误；对于这些微粒在成键时所用的电子数情况，题中无信息，C错误；这些微粒都是O原子成键，无偏移，D错误。
[答案] B
(1)关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是________。
A．化学键的键能通常为正值
B．键长的长短与成键原子的半径和成键数目有关
C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
(2)N≡N键的键能是946 kJ/mol，N—N键的键能为193 kJ/mol，经过计算后可知N2中________键比________键稳定。(填“σ”或“π”)
解析：(1)键能通常取正值，A正确；键长的长短与成键原子的半径有关，如Cl原子半径小于I原子半径，故Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C=== C 键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长，B正确；键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，C错误。
(2)N≡N键中含有1个σ键和2个π键，π键的键能E＝＝376．5 kJ/mol。因为N≡N键中π键的键能比σ键的键能大，所以N2中π键比σ键稳定。
答案：(1)C (2)π σ
键能和键长
1．下列说法正确的是( )
A．分子的结构是由键角决定的
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定
C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X＝F、Cl、Br、I)键的键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O—H键的键角为180°
解析：选B。分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X===F、Cl、Br、I)键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H键的键角为105°，D项错误。
2．下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A．氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生反应
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱
D．HF比H2O稳定
解析：选B。由于N2分子中存在叁键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F键的键能大于H—O键，所以稳定性：HF＞H2O。
3．下列说法不正确的是( )
A．键能越大，表示化学键越牢固，越难以断裂
B．成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定
C．键角是描述分子立体结构的重要参数，其大小与键长、键能的大小无关
D．键能、键长只能定性分析化学键的强弱
解析：选D。A项正确，键能用于衡量共价键的强弱；B项正确，键长基本含义就是两成键原子的核间距；C项正确，键角决定立体空间结构，键长、键能决定共价键的强弱；D项错误，键能、键长这两个物理量的引入就是为了定量衡量共价键的强弱。
键能与反应热
4．白磷与氧气可发生反应P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P a kJ·mol－1、P—O b kJ·mol－1、P===O c kJ·mol－1、O===O d kJ·mol－1。
根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( )
A．(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
B．(4c＋12b－6a－5d) kJ·mol－1
C．(4c＋12b－4a－5d) kJ·mol－1
D．(4a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
解析：选A。根据ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和计算。从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P键，所以1 mol P4中共价键断裂要吸收6a kJ的能量，1 mol氧气分子中共价键断裂要吸收d kJ的能量；1个P4O10中有4个P===O键和12个P—O键，所以生成1 mol P4O10需放出(4c＋12b) kJ的能量，所以该化学反应的反应热为(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1。
5．F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g) ΔH＝－313 kJ·mol－1，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。
解析：设Cl—F键的平均键能为x。根据反应的焓变＝反应物的键能总和－生成物的键能总和可知，Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)的ΔH＝242 kJ·mol－1＋159 kJ·mol－1×3－6x＝－313 kJ·mol－1，则x＝172 kJ·mol－1。
答案：172
原子晶体
1．概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。
2．原子晶体中共价键的键能大，所以原子晶体一般具有很高的熔、沸点和很大的硬度。
3．对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高，如金刚石(C)、晶体硅(Si)、碳化硅(SiC)三种原子晶体中，由于碳原子的半径比硅原子小，使键长：C—CC—Si>Si—Si，所以三种晶体的熔点由高到低的顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)由原子直接构成的晶体一定是原子晶体。( )
(2)具有共价键的晶体叫做原子晶体。( )
(3)原子晶体在固态或熔化时都不导电。( )
(4)原子晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应。( )
(5)SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同。( )
(6)1 mol 晶体硅中含 4 mol Si—Si键。( )
(7)60 g SiO2 晶体中含4 mol Si—O键。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
2．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是( )
A．晶体中不存在独立的分子
B．碳原子间以共价键相结合
C．是自然界中硬度最大的物质
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
解析：选D。在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很高，故A、B、C选项正确。但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。
3．单质硼有无定形和晶体两种，参照下表数据填空：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点(K) 3 823 1 683 2 573
沸点(K) 5 100 2 628 2 823
摩氏硬度 10 7．0 9．5
(1)晶体硼属于________晶体，理由是______________________________
________________________________________________________________________。
(2)请比较三者熔点高低的顺序，由此说明C、Si、B非金属性强弱的关系：________________。
解析：(1)由所给数据，可知晶体硼的熔、沸点很高，硬度很大，比较其熔、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石和晶体硅都是原子晶体，故晶体硼也是原子晶体。(2)原子晶体的熔、沸点与共价键的键能有关，而键能大小与原子的非金属性有关，非金属性越强，形成的共价键的键能越大，破坏它需要的能量越高，则熔、沸点越高，故非金属性C>B>Si。
答案：(1)原子 晶体硼的熔、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅两种原子晶体之间，故晶体硼是原子晶体
(2)C>B>Si
1．常见的原子晶体
(1)物质类别
(2)金刚石的结构特点
金刚石的晶体结构模型
①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。
②晶体中 C—C—C夹角为109．5°。
③最小环上有6个碳原子。
④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为1∶(4×)＝1∶2。
(3)二氧化硅的结构特点
二氧化硅的晶体结构模型
①每个硅原子以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为1∶2。
②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环。
2．原子晶体的物理特性
(1)熔点很高。原子晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很多能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点。如金刚石的熔点大于3 550 ℃。
(2)硬度很大。如金刚石是天然存在的最硬的物质。
(3)一般不导电，但晶体硅是半导体。
(4)难溶于一些常见的溶剂。
3．解原子晶体类题的注意事项
(1)原子晶体中不存在分子，晶体中所有原子全部参与形成共价键，故原子晶体中一定存在共价键。但含有共价键的晶体却不一定是原子晶体，只有原子间的共价键形成空间立体网状结构时才形成原子晶体。
(2)原子晶体的晶胞中，原子间为空间的立体网状结构，晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。
(3)原子晶体中的共价键具有饱和性和方向性，原子间不是紧密堆积原则，而是较松散排列的结构。
(1)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是________。
A．金刚石中C—C键的键角均为109．5°，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B．金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2
D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
(2)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键的键角为________，该结构单元共含有________个B—B键。
[解析] (1)选项A，金刚石是原子晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同。选项B，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高。选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C 键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4＝1∶2。选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。
(2)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××3＝12，而每个B—B键被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B键的个数为20××3＝30。
[答案] (1)C (2)12 60° 30
金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。
试回答：
(1)金刚砂属于________晶体，金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。
(2)金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，其中键角是________。
(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。
解析：由于金刚砂是空间网状结构，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅原子半径比碳原子大，故金刚砂熔点低；硅和碳电子层结构、成键方式相同，硅原子周围有4个碳原子，键角为109．5°；组成的最小六元环中，有3个碳原子，3个硅原子。
答案：(1)原子 低 (2)4 109．5° (3)3
原子晶体有关概念的理解及应用
1．下列关于原子晶体的说法不正确的是( )
A．原子晶体中的成键微粒是原子
B．原子晶体中原子之间全部以共价键结合
C．原子晶体均是化合物
D．原子晶体的熔、沸点都比较高
解析：选C。原子晶体可能是单质，如金刚石、晶体硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。
2．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A．该原子晶体中含有极性键
B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料
C．该原子晶体有很高的熔、沸点
D．该原子晶体的硬度大，可用作耐磨材料
解析：选B。CO2由固态时形成的分子晶体变为原子晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的C===O键变为C—O键，但化学键依然为极性共价键，A项正确。由于晶体类型及分子结构发生变化，物质的熔、沸点等性质也发生了变化。CO2原子晶体具有高硬度、高熔沸点等性质，C、D项正确，B项错误。
金刚石
3．
金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的原子晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体中心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置( )
A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
解析：选A。与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个(如图所示)。
4．如图甲为金刚石的立体结构图，从其空间网状结构中截取出一个立方体就是金刚石的晶胞(图乙)，该晶胞为面心立方结构，碳原子位于立方体的八个顶点、六个面心以及晶胞内部还有四个碳原子。图丙为一个碳原子与周围碳原子的成键情况。请分析晶胞中碳原子数以及最小环中碳原子数与碳碳键数的比例关系。
答案：由均摊法可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为8×＋6×＋4＝8。由图还可看出，在金刚石晶体中每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C—C键的夹角为109．5°。晶体中的最小环为六元环，为空间六边形，每个C原子被12个六元环共有。晶体中每个碳原子参与了4个C—C键的形成，而每个 C—C 键为两个碳原子共有，故C原子数与C—C 键数之比为1∶2。
重难易错提炼
1．σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜面对称，不如σ键牢固，比较容易断裂。2．键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定；键角是描述分子立体结构的重要参数，共价键具有方向性。3．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等原子晶体中的成键数目 (1)金刚石(或晶体硅)中，1 mol C(或Si)形成2 mol C—C(或Si—Si)键。 (2)SiC晶体中，1 mol C或1 mol Si均形成4 mol C—Si 键。 (3)1 mol SiO2晶体中，共有4 mol Si—O键。 4．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅中最小环上的原子数 (1)金刚石、晶体硅、SiC晶体中最小环上的原子数分别为6个C、6个Si、3个Si和3个C。 (2)SiO2晶体中最小环上有12个原子(6个Si和6个O)。5．金刚石、晶体硅的一个晶胞中，分别含有碳原子数为8、硅原子数为8。
课后达标检测
[基础巩固]
1．下列既有离子键又有共价键的化合物是( )
A．Na2O B．NaOH
C．CaBr2 D．HF
解析：选B。典型的非金属元素O与H之间形成的是共价键，Na＋与OH－之间形成的是离子键。
2．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( )
①HBr ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤CH3COOCH3 ⑥HCN
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
答案：D
3．下列有关σ键与π键的说法错误的是( )
A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
解析：选D。由于π键的强度一般小于σ键的强度，所以反应时π键比σ键易断裂，A项正确；分子的形成是为了使其能量降低，首先形成σ键，再根据成键原子的核外电子排布判断是否有π键形成，B项正确；H原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键，C项正确；原子跟其他原子首先形成σ键，故分子中不可能只有π键而没有σ键。
4．H2S分子中两个共价键的夹角接近90°，不能用来解释的是( )
A．共价键的饱和性
B．H2S分子中S存在孤电子对
C．共价键的方向性
D．S原子中p轨道的形状
解析：选A。S原子的外围电子排布是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的3px和3py轨道中，当与2个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性是由原子轨道的伸展方向决定的。
5．COCl2分子的结构式为 ，COCl2分子内含有( )
A．4个σ键 B．2个σ键、2个π键
C．2个σ键、1个π键 D．3个σ键、1个π键
解析：选D。C和Cl之间为σ键，C和O之间为一个σ键、一个π键。
6．已知N2(g)＋O2(g)===2NO(g)为吸热反应，ΔH＝180 kJ·mol－1，其中N≡N键、O O键的键能分别为946 kJ·mol－1、498 kJ·mol－1，则N—O键的键能为( )
A．1 264 kJ·mol－1 B．632 kJ·mol－1
C．316 kJ·mol－1 D．1 624 kJ·mol－1
解析：选B。180 kJ·mol－1＝946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2EN—O，所以EN—O＝632 kJ·mol－1。
7．如图所示是某原子晶体A空间结构中的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为( )
A．AB B．A5B4
C．AB2 D．A2B5
解析：选C。插入的B原子个数为10，则A与B的原子个数之比为 5∶10，则化学式为AB2。
8．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为它所含的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是( )
解析：选D。π键只存在于不饱和键中，选项A、B、C中均含有不饱和键，有π键，而选项D中无不饱和键，不含有π键，因而酒精没有防晒效果。
9．在下列化学反应中，反应时不形成配位键的是( )
①H＋＋OH－===H2O ②2H2＋O22H2O ③HCl＋NH3===NH4Cl ④BaCl2＋(NH4)2SO4===BaSO4↓＋2NH4Cl ⑤Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ ⑥NaNH2＋H2O===NaOH＋NH3
A．①②④⑤⑥ B．②④⑤⑥
C．②④⑤ D．②
解析：选A。由结构可知：①②⑤⑥中各物质均不含有配位键，④虽然NH中含有配位键，但在反应过程中该离子没有发生变化，故也没有形成新的配位键。只有③中由于生成铵离子而形成配位键。
10．X、Y两元素的原子，当它们分别获得两个电子，形成稀有气体元素原子的电子层结构时，X放出的能量大于Y放出的能量；Z、W两元素的原子，当它们分别失去一个电子形成稀有气体元素原子的电子层结构时，W吸收的能量大于Z吸收的能量，则X、Y和Z、W分别形成的化合物中，最不可能是共价化合物的是( )
A．Z2X B．Z2Y
C．W2X D．W2Y
解析：选A。X比Y易得电子，Z比W易失电子，故X、Z的电负性相差最大，最不可能形成共价化合物。
11．氮化碳结构如图，其中β?氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列关于氮化碳晶体的说法正确的是( )
A．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要长
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子
D．由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显－4价，氮元素显＋3 价
解析：选C。根据C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度可推知C3N4与金刚石一样都是原子晶体，原子间以共价键相结合。由于N原子的半径比C原子的半径小，所以C—N键的键长比C—C键短，从而导致C—N键的键能比C—C键大，所以C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度。题中说明C3N4晶体中原子间均以单键结合，则可推知晶体中碳原子形成4个共价键，氮原子形成3个共价键，即每个碳原子与4个氮原子成键，每个氮原子与3个碳原子成键。由于氮元素的电负性比碳元素的电负性大，所以碳显＋4价，氮显－3 价。
12．碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/kJ·mol－1 356 413 336 226 318 452
(1)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)C—C键和C—H键的键能较大，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成
(2)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H 键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
[能力提升]
13．长期以来人们一直认为氟的含氧酸不存在。但是在1971年斯图杰尔和阿佩里曼(美)成功地合成了次氟酸后，这种论点被剧烈地动摇了。他们是在0 ℃以下将氟化物从细冰末的上面通过，得到毫克量的次氟酸。
(1)以下两种结构式，能正确表示次氟酸结构的是________，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
A．H—O—F B．H—F—O
(2)次氟酸中氧元素的化合价为________，次氟酸的电子式为________，次氟酸分子中共价键的键角________(填“<”或“＝”)180°。
(3)次氟酸刹那间能被热水所分解，生成一种常见的物质M，该物质既表现出氧化性(对于碘化钠)，又表现出还原性(对于高锰酸钾)，则M的化学式为________，写出次氟酸与热水反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)写出能够加快M分解的一种催化剂：________(写化学式)。
解析：(1)H原子和F原子最外层都有一个未成对电子，而O原子最外层有两个未成对电子，形成化学键时，氧原子只能在中间，故结构式为H—O—F。(2)次氟酸分子中共价键的键角应类似于H2O分子中的共价键的键角，小于180°。(3)H—O—F＋H—O—H反应过程中次氟酸分子中的O—F键断裂，水分子中O—H键断裂，容易分析出反应过程中有H2O2生成。
答案：(1)A A中O和F原子的最外层电子数等于8，较稳定，B中O和F原子的最外层电子数不等于8，不稳定
(2)0 H <
(3)H2O2 HOF＋H2O(热)===H2O2＋HF
(4)MnO2
14．化学键的键能是原子间形成1 mol化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。以下是部分共价键键能数据：
H—S：364 kJ/mol S—S：266 kJ/mol S===O：522 kJ/mol H—O：464 kJ/mol
反应2H2S(g)＋SO2(g)===3S(g)＋2H2O(g)的产物中的S实为S8，是一个8元环状分子(如图)。1 mol SO2与足量H2S反应________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。
解析：因反应产物中S实为S8，实际分子是一个环状分子，可知每个S8分子含有8个S—S键，将上述化学反应方程式改写为2H2S(g)＋SO2(g)===S8(g)＋2H2O(g)，断开化学键吸收的能量为4×364 kJ＋2×522 kJ＝2 500 kJ，形成化学键放出的能量为×8×266 kJ＋4×464 kJ＝2 654 kJ，则放出154 kJ能量。
答案：放出 154
15．氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如图所示：
请回答下列问题：
(1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(2)基态B原子的电子排布式为________；B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________。
(3)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键类型为________。
(4)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石(晶胞如图)相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361．5 pm。立方氮化硼晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是________________________________________________________________________g·cm－3
(只要求列算式，不必计算出数值。阿伏加德罗常数为NA)。
解析：(1)由B2O3＋CaF2＋H2SO4(已知反应物)―→BF3(已知产物)，再根据原子守恒，即可写出该反应方程式。
(4)由题图可知，每个晶胞中C原子数：顶角：8×＝1，面心：6×＝3，体内：4；共8个C原子。所以推出与之相似的BN晶胞中，应含有4个N原子、4个B原子。
1 mol BN为25 g，1个BN晶胞中含4个BN，361．5 pm＝361．5×10－10 cm，
ρ＝＝＝
＝ g·cm－3。
答案：(1)B2O3＋3CaF2＋3H2SO42BF3↑＋3CaSO4＋3H2O B2O3＋2NH32BN＋3H2O
(2)1s22s22p1 N ＋3
(3)共价键(或极性共价键)
(4)4 4
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专题3 微粒间作用力与物质性质
专题3 微粒间作用力与物质性质
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第四单元 分子间作用力 分子晶体
1．了解范德华力的类型，把握范德华力大小与物质物理性质之间的辩证关系。 2．初步认识影响范德华力的主要因素，学会辩证的质量分析法。 3．理解氢键的本质，能分析氢键的强弱，认识氢键的重要性。 4．加深对分子晶体有关知识的认识和应用。
范德华力与氢键
一、范德华力
1．共价分子之间存在着某种作用力，能够把它们的分子聚集在一起，这种作用力叫做分子间作用力，其实质是一种静电作用，比化学键弱得多，范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力。
2．范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体中分子之间的作用力，没有饱和性和方向性。
3．对于组成与结构相似的分子，其范德华力一般随相对分子质量的增大而增大，对应物质的熔、沸点也逐渐升高。
二、氢键的形成
1．一个水分子中相对显正电性的氢原子，能与另一个水分子中相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用叫做氢键。氢键比化学键弱，但比范德华力强。氢键通常用X—H…Y表示，其中X和Y表示电负性大而原子半径小的非金属原子，如氟、氧、氮等。
2．氢键具有方向性和饱和性。
3．分子间氢键使物质的熔、沸点升高，溶解度增大，而分子内氢键使物质的熔、沸点降低。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分子间作用力是分子间相互作用力的总称。( )
(2)分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高，分子内氢键使物质的熔、沸点降低。( )
(3)氢键属于分子间作用力。( )
(4)氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中。( )
(5)HF的沸点较高，是因为H—F键的键能很大。( )
答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)×
2．下列叙述正确的是( )
A．F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关
B．H2S的相对分子质量比H2O的大，其沸点比水的高
C．稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大
D．干冰汽化时破坏了共价键
解析：选A。A项，从F2→I2，相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔、沸点升高；B项，H2O分子之间有氢键，其沸点高于H2S；C项，稀有气体分子为单原子分子，分子内无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)；D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。
3．固体乙醇晶体中不存在的作用力是( )
A．极性键 B．非极性键
C．离子键 D．氢键
解析：选C。固体乙醇晶体是乙醇分子通过分子间作用力结合的，在乙醇分子里有C—C之间的非极性键，C—H、C—O、O—H之间的极性键，在分子之间还有O和H原子产生的氢键，没有离子键。
1．范德华力对物质性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响
①通常组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点：F2＜Cl2＜Br2＜I2；CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4。
②分子组成相同的物质(即互为同分异构体)，分子对称性越强，范德华力越小，物质的沸点通常越低。如沸点：对二甲苯＜间二甲苯＜邻二甲苯。
③相对分子质量相近的物质，分子的极性越小，范德华力越小，物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点：N2＜CO。
(2)对物质溶解性的影响
溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质分子的溶解度越大。如I2、Br2与苯分子间的范德华力较大，故I2、Br2易溶于苯中，而水与苯分子间的范德华力很小，故水很难溶于苯中。
范德华力只影响物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。
2．氢键对物质性质的影响
(1)氢键对物质熔、沸点的影响
①分子间存在氢键时，物质在熔化或汽化时， 除破坏普通的分子间作用力外，还需要破坏分子间的氢键，消耗更多的能量，所以存在着分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
例如：ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种反常现象是由于它们各自的分子间形成了氢键，如图所示。
②互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的。
(2)氢键对物质溶解度的影响
如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。例如：由于氨分子与水分子间能形成氢键，且都是极性分子，所以NH3极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水，都与它们的分子能与水分子形成氢键有关。
(3)氢键的存在引起密度的变化
由于水分子之间的氢键，水结冰时，体积变大，密度变小。冰融化成水时，体积减小，密度变大。
根据下列表1和表2数据，回答问题：
表1 ⅥA、ⅦA族氢化物沸点
化合物 沸点/℃ 化合物 沸点/℃
H2O 100 HF 19．5
H2S －60．7 HCl －84
H2Se －42 HBr －67．0
H2Te －1．8 HI －35．4
表2 常见物质的沸点
结构简式 分子式 相对分子质量 沸点/℃
①H—OH H2O 18 100
②CH3OH(甲醇) CH4O 32 64
③CH3CH2OH(乙醇) C2H6O 46 78
④CH3COOH(乙酸) C2H4O2 60 118
⑤CH3COCH3(丙酮) C3H6O 58 56
⑥CH3CH2CH2OH(丙醇) C3H8O 60 97
⑦CH3CH2OCH3(甲乙醚) C3H8O 60 11
(1)根据表1数据，同主族元素简单氢化物沸点高低的规律是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据表2沸点数据找规律，由②③⑥得出：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
由①④⑥得出：_________________________________________________________。
[解析] (1)水、氟化氢分子间存在氢键，沸点出现“反常”，因此同主族元素简单氢化物沸点高低与氢键和相对分子质量有关。
(2)表2中规律仍然要从氢键、相对分子质量等因素变化得出。
[答案] (1)同主族元素简单氢化物沸点随相对分子质量增大而升高，如果含氢键，该氢化物沸点最高
(2)组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，沸点越高 分子间存在氢键，会使其沸点升高，分子极性越大，氢键越强，沸点越高
(1)下列物质变化，只与范德华力有关的是________。
A．干冰熔化 B．乙酸汽化
C．乙醇与丙酮混溶 D．CHONCH3CH3溶于水
E．碘溶于四氯化碳 F．石英熔融
(2)下图是晶体碘的晶胞结构，回答下列问题：
①碘晶体属于________晶体，碘升华克服的作用力是________。
②该晶胞中含有________个这种微粒。
解析：(1)A、E只与范德华力有关，B、C、D还与氢键有关，F破坏了共价键。
答案：(1)AE (2)①分子 分子间作用力 ②4
范德华力的概念及其对物质性质的影响
1．下列关于范德华力的叙述中，正确的是( )
A．范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一种特殊的化学键
B．范德华力与化学键的区别是作用力的强弱问题
C．任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
D．范德华力非常微弱，故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量
解析：选B。范德华力的实质也是一种电性作用，但范德华力是分子间较弱的作用力，不是化学键，A错误；化学键是微粒间的强烈的相互作用，范德华力是分子间较弱的作用力，B正确；若分子间的距离足够远，则分子间没有范德华力，C错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D错误。
2．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是( )
A．范德华力是决定由分子构成的物质的熔、沸点高低的唯一因素
B．范德华力与物质的性质没有必然的联系
C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质
D．范德华力仅影响物质的部分物理性质
解析：选D。范德华力是一种分子间作用力，因此范德华力不会影响物质的化学性质，只影响物质的部分物理性质。
氢键的概念及其对物质性质的影响
3．下列物质的结构或性质与氢键无关的是( )
A．乙醚的沸点
B．乙醇在水中的溶解度
C．水结冰时体积膨胀、密度减小
D．DNA的双螺旋结构
解析：选A。A．乙醚分子间不存在氢键，乙醚的沸点与氢键无关；B．乙醇和水分子间能形成氢键，乙醇在水中的溶解度与氢键有关；C．水结冰时，水分子以氢键互相联结成晶体，从而使冰的密度比水小，与氢键有关；D．DNA的双螺旋结构涉及碱基配对，与氢键有关。
4．短周期的5种非金属主族元素，其中A、B、C的外围电子排布可表示为A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。
请回答下列问题：
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，分子①BC2、②BA4、③A2C2、④BE4中，含有非极性共价键的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下一周期同主族元素的氢化物沸点要高，其原因是________________________________________________________________________。
(3)B、C两元素都能和A元素组成常见的溶剂，其分子式分别为________、________。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为____________________(用化学式表示)。
解析：由s轨道最多可容纳2个电子且5种元素都为非金属元素可得：a＝1，b＝c＝2，即A为H，B为C，C为O。由D与B同主族，且为短周期非金属元素得D为Si；由E在C的下一周期且E为同周期中电负性最大的元素可知E为Cl。
(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2中含有O—O非极性键，其他均为极性键。
(2)C的氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键，是其沸点较高的重要原因。
(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂。
(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点从高到低的顺序为SiCl4＞CCl4＞CH4。
答案：(1)③ (2)H2O分子间形成氢键
(3)C6H6 H2O
(4)SiCl4＞CCl4＞CH4
分子晶体
1．分子通过分子间作用力构成的固态物质叫做分子晶体。
2．分子晶体一般硬度较小，熔、沸点较低。
3．多数非金属单质、非金属元素组成的无机化合物以及绝大多数有机化合物形成的晶体都属于分子晶体。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力。( )
(2)酸性氧化物都属于分子晶体。( )
(3)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。( )
(4)有些分子晶体的水溶液能导电。( )
(5)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。( )
(6)因水分子间存在着比分子间作用力更强的作用力——氢键，故水分子较稳定。( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
2．下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( )
A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2
解析：选B。A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为原子晶体；D中，Na2O2是离子晶体，不是分子晶体。
3．支持固态氨是分子晶体的事实是( )
A．氮原子不能形成阳离子
B．铵根离子不能单独存在
C．常温下氨是气态物质
D．氨极易溶于水
解析：选C。分子晶体的熔点和沸点一般比较低，常温下有可能是气态，而其他晶体常温下不可能是气态。注意D不能选，因为离子晶体也有可能极易溶于水。
1．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷等)，且硬度较小。
(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。
2．分子晶体的特例与熔、沸点高低的判断
(1)稀有气体
稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。
(2)分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如CH3OH＞CH3CH3。
③含有分子间氢键的会导致熔、沸点反常升高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
④对于有机物中同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3＞
CH3CHCH3CH2CH3＞CH3CCH3CH3CH3。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
3．干冰
(1)干冰的结构：固态CO2称为干冰，是分子晶体。CO2分子内存在C===O共价键，分子间存在分子间作用力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。
(2)干冰的性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多；在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。
(1)如图为干冰的晶体结构示意图。
通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有________个，有________种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________pm。
(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有________，由于其主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只能有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶角。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________(填“较大”或“较小”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。
[解析] (1)观察并分析干冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，顶角为一种取向，三对平行面分别为三种不同取向。离顶角的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a pm。每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2共有12个。(2)在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率小，密度较小。
[答案] (1)12 4 a (2)氢键 范德华力 方向 4 四面体 较小 小
冰晶体中由于氢键的作用可形成如图的构架形式，则该晶体中每个水分子有________个氢键。
解析：每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故每个水分子中氢键个数为4×＝2。
答案：2
分子晶体的概念
1．下列说法中错误的是( )
A．只含分子的晶体一定是分子晶体
B．所有的非金属氢化物都属于分子晶体
C．几乎所有的酸都属于分子晶体
D．碘升华时破坏了共价键
解析：选D。碘升华时，只破坏了分子间的范德华力，分子中的I—I键未被破坏(升华时I2分子不变)。
2．下列有关分子晶体的说法中一定正确的是 ( )
A．分子内均存在共价键
B．分子间一定存在范德华力
C．分子间一定存在氢键
D．分子晶体全部为化合物
解析：选B。稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，分子间通过范德华力结合成晶体，分子内不存在任何化学键，故A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的氮、氧、氟原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，故B项正确，C项错误；部分非金属单质也是分子晶体，故D项错误。
分子晶体的特性
3．下列性质适合于分子晶体的是( )
①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
②熔点为10．31 ℃，液态不导电，水溶液导电
③能溶于CS2，熔点为112．8 ℃，沸点为444．6 ℃
④熔点为97．81 ℃，质软，导电，密度为0．97 g·cm－3
A．①④ B．②③
C．①③ D．②④
解析：选B。分子晶体熔、沸点低，硬度小，不导电，故①④错误，选B。
4．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是( )
①HCl ②HBr ③HI ④CO ⑤N2 ⑥H2
A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥
C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②①
解析：选C。相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高，故④＞⑤。
典型的分子晶体
5．中学教材上介绍的干冰晶体的晶胞是一种面心立方结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个 B．8个
C．12个 D．6个
解析：选C。如图在每个CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×(3×)＝12个。
6．
如图为甲烷晶体的晶胞结构，下列有关说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球体只代表一个碳原子
B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的甲烷分子
C．CH4晶体熔化时需克服共价键
D．一个甲烷晶胞中含有8个CH4分子
解析：选B。甲烷是分子晶体，熔化时需克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子，并不是一个碳原子。以该甲烷晶胞为单元，位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在面上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×＝12(个)。甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞含有甲烷的分子个数为8×＋6×＝4(个)。综上所述，只有B项正确。
重难易错提炼
1．范德华力、氢键对物质性质影响的规律 范德华力：影响物质的熔点、沸点等物理性质；组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。 氢键：分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大。2．冰晶体中每个水分子可以与紧邻的4个水分子形成氢键(不是2个)；每个水分子平均形成2个氢键(不是4个)。 3．冰晶胞的结构和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。4．冰、氢氟酸中均有氢键，且O—H…O比F—H…F弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。5．晶体冰的密度比液态水的小。这是因为晶体冰中水分子形成的氢键具有方向性，使得冰晶体中水分子的空间利用率变小。
课后达标检测
[基础巩固]
1．下列属于分子晶体的一组物质是( )
A．CaO、NO、CO B．CCl4、H2O2、He
C．CO2、SO2、SiO2 D．CH4、O2、Na2O
解析：选B。A项中的CaO属于离子晶体；C项中的SiO2属于原子晶体；D项中的Na2O属于离子晶体。
2．当干冰汽化时，下列所述各项中发生变化的是( )
①分子间距离 ②范德华力 ③氢键 ④分子内共价键
⑤化学性质 ⑥物理性质
A．①③⑤ B．②④⑥
C．①④⑥ D．①②⑥
解析：选D。干冰汽化为物理变化，是分子间距离改变引起的，此过程中，范德华力被破坏，但共价键仍保持不变，CO2分子间不存在氢键。
3．下列变化需克服相同类型作用力的是( )
A．碘和干冰的升华 B．硅和C60的熔化
C．氯化氢和氯化钾的溶解 D．溴和汞的汽化
答案：A
4．下列过程中，只破坏分子间作用力的是( )
①AlCl3熔化 ②醋酸凝固成冰醋酸 ③HCl气体溶于水 ④食盐熔化 ⑤蔗糖熔化
A．①④⑤ B．①③④
C．①②⑤ D．②③⑤
解析：选C。AlCl3为共价化合物，熔化时不发生电离，因此只破坏分子间作用力。
5．有常温、常压下呈气态的化合物，降温使其固化而得到的晶体属于( )
A．分子晶体 B．原子晶体
C．离子晶体 D．无法判断
解析：选A。一般情况下，分子晶体的熔点在200～300 ℃，离子晶体的熔点在几百至一千多度之间，而原子晶体的熔点通常在1 000 ℃以上。而题目中常温、常压下呈气态的化合物，显然化合物熔点低，降温使其固化而得到的晶体属于分子晶体。
6．下列关于氢键的说法中正确的是( )
A．由于氢键的作用，使NH3、H2O、HF的沸点反常，且沸点高低顺序为HF>H2O>NH3
B．氢键只能存在于分子间，不能存在于分子内
C．没有氢键，就没有生命
D．相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键，且氢键的数目依次增多
解析：选C。A项，“反常”是指它们在与其同族氢化物沸点排序中的现象，它们的沸点顺序可由氢化物的状态所得，水常温下是液体，沸点最高。B项，分子内可以存在氢键。C项正确，因为氢键使常温常压下的水呈液态，而液态的水是生物体营养传递的基础。D项，在气态时，分子间距离大，分子之间没有氢键。
7．下列说法中错误的是( )
A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．氨水中有分子间氢键
D．氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上
解析：选D。因HF中存在氢键，所以沸点HF>HBr>HCl，A正确；邻羟基苯甲醛的分子内羟基与醛基之间存在氢键，而对羟基苯甲醛的氢键只存在于分子间，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高，B正确；氨水中除NH3分子之间存在氢键，NH3与H2O、H2O与H2O之间都存在氢键，C正确；氢键有方向性，但氢键的形成不像共价键对方向的要求那么高，故X—H…Y不一定总在一条直线上，D不正确。
8．物质的下列性质或数据与氢键无关的是( )
A．甲酸蒸气的密度在373 K时为1．335 g/L，在297 K时为2．5 g/L
B．NH3易溶于水
C．醋酸、硝酸的熔、沸点相差较大
D．HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
解析：选D。甲酸分子结构中含有羧基，在较低温度下，分子间以氢键结合成多分子缔合体[(HCOOH)n]，而在较高温度下氢键被破坏，多分子缔合体解体，所以甲酸的密度在低温时较大；氨分子和水分子之间形成氢键，使NH3易溶于水；醋酸是分子间氢键而硝酸是分子内氢键，故二者熔、沸点相差较大；HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的键能大，与氢键无关。
9．下列排序正确的是( )
A．酸性：H2CO3＜C6H5OH＜CH3COOH
B．碱性：Ba(OH)2＜Ca(OH)2＜KOH
C．熔点：MgBr2＜SiCl4＜BN
D．沸点：H2O>H2S
解析：选D。根据物质的有关性质逐项分析。A．由化学方程式CO2＋C6H5ONa＋H2O===C6H5OH＋NaHCO3可知，酸性：H2CO3>C6H5OH。B．Ba和Ca同主族，元素金属性：Ba>Ca，故碱性：Ba(OH)2>Ca(OH)2。C．SiCl4为分子晶体，MgBr2为离子晶体，BN为原子晶体，故SiCl4的熔点最低。D．H2O分子之间存在氢键，故沸点：H2O>H2S。
10．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示：
下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是( )
A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D．二氧化硅晶体不是密堆积结构
解析：选B。SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构不同，A项正确；二氧化碳为分子晶体，因此分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，氯化钠和氯化铯为离子晶体，所以三者物理性质不同，B项不正确，C项正确；SiO2是原子晶体，只存在共价键，由于共价键具有方向性和饱和性，由此形成的晶体不是密堆积结构，D项正确。
11．有五组由同族元素形成的物质，在101．3 kPa时测得它们的沸点(℃)数据如下表所示：
① He－268．8 a－249．5 Ar－185．8 Kr－151．7
② F2－187．0 Cl2－33．6 b 58．7 I2184．0
③ c 19．4 HCl－84．0 HBr－67．0 HI－35．3
④ H2O 100．0 H2S－60．2 d－42．0 H2Te－1．8
⑤ CH4－161．0 SiH4－112．0 GeH4－90．0 e－52．0
对于表中内容，下列各项中的判断正确的是( )
A．表中各行中物质均为分子，且从左到右沸点均逐渐升高
B．第②行物质均有氧化性；第③行物质对应的水溶液均是强酸
C．第④行中各化合物的稳定性顺序为H2O>H2S>H2Se>H2Te
D．上表中物质HF和H2O，由于氢键的影响使它们的分子特别稳定
解析：选C。上表中③、④行的第一种物质的沸点在同一行中均最高，因为在HF分子间、H2O分子间均存在氢键，增大了分子间作用力。第②行物质为卤素单质，均具有氧化性，第③行物质为卤化氢，对应的水溶液中除HF是弱酸外，其余均为强酸。第④行物质为氧族元素的氢化物，其共价键逐渐减弱，所以稳定性逐渐减弱。氢键只能影响物质的物理性质，如熔、沸点和溶解性等，不影响物质的化学性质，如分子的稳定性与氢键无关。
12．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2；
②NH3________PH3；
③O3________O2；
④Ne________Ar；
⑤CO________N2。
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2．202×105Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体；
②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，较容易比较五组物质熔、沸点的高低。
(2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。
答案：(1)①< ②> ③> ④< ⑤>
(2)①分子 ②在熔融状态下，试验AlCl3是否导电，若不导电则AlCl3是共价化合物
[能力提升]
13．下图为CO2分子晶体结构的一部分。请回答：
(1)观察上图，试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻等距的CO2分子。
(2)在一定温度下，测得干冰晶胞(即图示)的边长a＝5．72× 10－8 cm，则该温度下干冰的密度为________ g/cm3。
(3)试判断：①CO2、②CS2、③SiO2晶体的沸点由高到低排列的顺序是________>________>________。(填写相应物质的编号)
解析：(1)以某个晶胞一个面中心的CO2分子作为研究对象，它到该平面四个顶点的距离以及与该平面垂直的四个面中心的CO2分子的距离相同，又因为晶体是晶胞的连续体，它与下方晶胞中与该平面垂直的四个面中心的CO2分子的距离也相同，所以，每个CO2分子周围有12个与之紧邻等距的CO2分子。(2)CO2分子晶体为面心立方晶体，每个晶胞中含有4 个CO2分子。每个晶胞的质量为[44÷(6．02×1023)×4] g，每个晶胞的体积为(5．72×10－8)3 cm3。干冰的密度为[44÷(6．02×1023)×4] g÷(5．72×10－8)3 cm3＝1．56 g/cm3。(3)SiO2为原子晶体，熔、沸点最高；CO2、CS2都是分子晶体，CS2的相对分子质量大于CO2，分子间作用力大于CO2，沸点高于CO2。
答案：(1)12 (2)1．56 (3)③ ② ①
14．水分子间由于氢键的作用彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互结合连接成一个庞大的分子晶体——冰，其结构如图所示。试填写下列空白：
(1)下列有关叙述中正确的是________(填字母)。
A．1 mol冰中有4 mol氢键
B．平均每个水分子有2个氢键
C．冰晶体中氢键的夹角均为109．5°
D．冰中的氢键没有方向性
(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7 kJ/mol，冰的升华热(1 mol冰变成气态时所吸收的能量)为51 kJ/mol，则冰中氢键的能量是________。
(3)在液态的水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构图：H5O________；H9O________。
答案：(1)B (2)22 kJ/mol
(3)
15．A、B、C、D、E五种元素，A元素的周期数、主族数、原子序数相同；B元素的基态原子核外有3种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子数相同；C元素的全部电离能如下图所示；D元素原子的外围电子排布为nsnnpn＋2；E元素的原子序数为28号。E元素的单质与BD形成的配合物E(BD)5，常温下呈液态，熔点为－20．5 ℃，沸点为103 ℃。
(1)E(BD)5晶体属于________________(填晶体类型)。
(2)A元素和B元素组成的化合物分子之间________(填“有”或“没有”)形成氢键。
(3)基态E原子的电子排布式为________________________________________________________________________。
(4)B、C、D三种元素的电负性由大到小的顺序是________________(填元素符号)。
(5)C2和B2A2的分子中根据电子云重叠的方式不同，都包含的共价键类型有________。
(6)已知原子数和电子数相同的微粒叫等电子体，等电子体的结构相似。根据下表数据，说明BD分子比C2分子活泼的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
X—Y XY X≡Y
BD的键能(kJ·mol－1) 357．7 798．9 1 071．9
C2的键能(kJ·mol－1) 154．8 418．4 941．7
解析：E(BD)5晶体的熔点较低，且常温下为液态，故应为分子晶体。由题意推知，A元素为氢，B元素的核外电子排布式为1s22s22p2，即为碳，A、B元素形成的分子间不存在氢键。C元素的电离能在I5处发生突变，说明C元素为ⅤA族元素，且C元素共有7个电离能，则C元素为氮，D元素原子外围电子排布为nsnnpn＋2，则n只能为2，故D元素为氧。N2和C2H2中均有叁键，则同时含有σ键和π键。
答案：(1)分子晶体 (2)没有
(3)1s22s22p63s23p63d84s2
(4)O>N>C (5)σ键和π键
(6)CO中断裂第一个π键消耗的能量(1 071．9 kJ·mol－1－798．9 kJ·mol＝273 kJ·mol－1)比N2中断裂第一个π键消耗的能量(941．7 kJ·mol－1－418．4 kJ·mol－1＝523．3 kJ·mol－1)小，CO的第一个π键较容易断裂，因此CO较活泼
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专题3 微粒间作用力与物质性质
专题3 微粒间作用力与物质性质
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专题3
微粒间作用力与物质性质
ZHUAN TI SAN
(a)非密置层
(b)密置层
第一单元 金属键 金属晶体
1．了解晶胞的概念。 2．了解金属晶体模型和金属键的本质。 3．认识金属键与金属物理性质的辩证关系。
4．了解金属晶体内原子的几种常见排列方式。 5．认识合金及其广泛应用。
金属键与金属特性
1．金属键
(1)金属离子和自由电子的形成
通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可以从原子上“脱落”下来，形成自由流动的电子。金属原子失去部分或全部外围电子形成金属离子。
(2)概念
金属离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。
2．金属特性
(1)导电性
通常情况下，金属内部自由电子的运动不具有固定的方向性，但在外电场作用下，自由电子在金属内部会发生定向运动，从而形成电流。
(2)导热性
当金属某一部分受热时，该区域里自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子与金属离子(或金属原子)的碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子(或金属原子)。从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的温度。
(3)延展性
金属键没有方向性。在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子间仍然保持金属键的作用。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质。( )
(2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用。( )
(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏。( )
(4)金属有导热性。( )
(5)金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
2．下列关于金属键的叙述中不正确的是( )
A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用
B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以有方向性和饱和性
C．金属键无饱和性和方向性
D．金属锂中的金属键比金属钠中的金属键强
答案：B
1．
2．金属晶体的熔点变化规律
金属晶体熔点变化差别较大。例如：汞在常温下是液体，熔点很低(－38．9 ℃)，而钨的熔点高达3 000 ℃以上。这与金属键的强弱密切相关。
一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少决定。阳离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，相互作用就越大，熔点就会越高。例如：熔点K＜Na＜Mg＜Al，Li＞Na＞K＞Rb＞Cs。
(1)下列叙述中正确的是________。
A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用
B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C．金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D．金属的导电性随温度的升高而减弱
(2)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是________。
A．金属镁的熔点大于金属铝
B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C．金属铝的硬度大于金属钠
D．金属镁的硬度小于金属钙
[解析] (1)金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流，故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传递，故C项不正确。
(2)金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，据此判断。
[答案] (1)D (2)C
金属键与金属特性
1．金属键的实质是( )
A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用
B．金属原子与金属原子间的相互作用
C．金属阳离子与阴离子的吸引力
D．自由电子与自由电子之间的相互作用
解析：选A。金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用即为金属键。
2．下列叙述正确的是( )
A．任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子
B．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C．价电子数越多的金属原子的金属性越强
D．含有金属元素的离子不一定是阳离子
解析：选D。金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO就是阴离子，D正确。
3．下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是( )
A．用铁制品做炊具 B．用金属铝制成导线
C．用铂金做首饰 D．铁易生锈
解析：选D。铁制炊具是因为金属具有导热性，A项正确；铝做导线，是因为金属具有导电性，B项正确；铂做首饰是因为金属具有延展性，C项正确。
4．金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是( )
A．Na＞Mg＞Al B．Al＞Mg＞Na
C．Mg＞Al＞Na D．Na＞Al＞Mg
解析：选B。金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强。钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。
金属晶体
1．自然界中许多固态物质都是晶体，它们有规则的几何外形。通常条件下，大多数金属单质及其合金也是晶体。
2．晶胞：反映晶体结构特征的基本重复单位。
3．金属晶体中原子的常见堆积方式：简单立方堆积，如钋；六方堆积，如镁、锌、钛等；面心立方堆积，如金、银、铜、铅等；体心立方堆积，如钠、钾、铬等。
4．合金
(1)定义：一种金属与另一种或几种金属(或非金属)的融合体。
(2)合金的某些性质比单纯的金属更优越：合金的熔点一般比各成分金属都要低；硬度比各成分金属高。
1．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是( )
A．金属原子的外围电子数少
B．金属晶体中有自由电子
C．金属原子的原子半径大
D．金属键没有饱和性和方向性
解析：选D。这是因为分别借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
2．下列有关晶胞的叙述，正确的是( )
A．晶胞是晶体中最小的结构重复单元
B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同
C．晶胞中的每一个粒子都完全属于该晶胞
D．已知晶胞的组成不可推知晶体的组成
解析：选A。晶胞是晶体中重复出现的最小结构单元，不同的晶体中的晶胞的形状可能相同(空间构型相同)，但晶胞的大小不同；因为晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布，也是晶体中最小的结构单元，所以已知晶胞的组成可以推知晶体的组成。
3．金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是( )
A．图(a)为非密置层，配位数为6
B．图(b)为密置层，配位数为4
C．图(a)在三维空间里堆积可得六方堆积和面心立方堆积
D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积
解析：选C。金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，原子的配位数为4。由此可知，图(a)为密置层，图(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方堆积和面心立方堆积，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和体心立方两种堆积。
1．金属晶体二维空间模型
金属原子在二维空间中的排列可以有两种方式：(a)非密置层，其结构特点是行列对齐、四球一空、非最紧密排列，如图(a)所示，原子配位数为4；(b)密置层，其结构特点是行列相错、三球一空、最紧密排列，如图(b)所示，原子配位数为6。非密置层原子排列不紧密，原子间的空隙大，空间利用率比密置层低。
2．金属晶体三维空间模型
(1)简单立方堆积：将非密置层在三维空间一层一层地堆积，有两种堆积方式，其中一种的堆积方式如下图所示，相邻非密置层的原子核在同一直线上，不难理解，这种堆积方式形成的晶胞为一个立方体，被称为简单立方堆积，配位数为6，分别位于上、下，前、后，左、右。这种堆积的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。
(2)体心立方堆积：非密置层在三维空间一层一层地堆积的另一种方式是将上层的金属原子填入下层四个金属原子形成的凹穴中，下一层的原子核与上一层中四个球围成的空在同一直线上，晶胞类型为体心立方，配位数为8，即体心周围的八个顶点。这种堆积方式的空间利用率比简单立方要高，许多金属都采取这种堆积方式，如碱金属、铁、铬、钼、钨等。
(3)面心立方堆积：密置层的原子的空间堆积方式也有两种，其中一种如下图甲所示，若将密置层的第一层标记为A层，第二层标记为B层，则B层中三球围成的空隙正对A层的球心，第三层标记为C层，C层的球心正对B层中三球围成的空隙，但C层的球心不与A、B层中任一层的球心正对，这样以ABCABC……三层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图中乙所示，称为面心立方晶胞，配位数为12，同层6个，上层3个，下层3个，该晶胞的对角线垂直于密置层。这种堆积方式的空间利用率更高，金、银、铜、铝等都采取这种堆积方式。
(4)六方堆积：密置层空间堆积的另一种方式如下图中甲所示，在A、B双层上堆积第三层时，第三层的球心正对第一层的球心，而第四层的球心正对第二层的球心，如此以ABAB……二层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图丙所示，称为六方晶胞，配位数为12，同层6个，上层3个，下层3个。这种堆积方式的空间利用率也很高，镁、锌、钛等属于这种堆积方式。
3．四种堆积方式的比较
堆积方式 晶胞类型 空间利用率 配位数 实例
简单立方堆积 52% 6 Po
体心立方堆积 68% 8 Na、K、Fe
面心立方堆积 74% 12 Cu、Ag、Au
六方堆积 74% 12 Mg、Zn、Ti
4．四种晶胞中所含原子数目的计算方法和配位数的确定方法
晶胞类型 原子数 配位数
简单立方堆积 8×＝1 6(上、下、左、右、前、后)
体心立方堆积 8×＋1＝2 8(立方体的8个顶点)
六方堆积 8×＋1＝2 12(上、下层各3个，中间层6个)
面心立方堆积 8×＋6×＝4
5．空间利用率的计算方法
空间利用率＝×100%。
将原子(离子)设想为一个球，依据1个晶胞内所含原子(离子)的数目计算原子(离子)的体积，再确定晶胞的体积，即可计算晶体(胞)的空间利用率。
(1)在简单立方堆积中，各个原子是相互靠拢的，对于 1个晶胞来说，含有1个金属原子，设立方体的边长为a，则其体积为a3，金属原子的半径为，则空间利用率为×100%＝×100%≈52%。
(2)在体心立方堆积中，在立方体的体对角线上球是相互接触的。如图所示，设立方体的边长为a，原子半径为r，则a＝4r，而1个晶胞中含有2个金属原子，所以空间利用率为×100%＝×100%＝×100%≈68%。
(3)在六方堆积中，如下图，设原子半径为r，则底面边长为2r，底面高h＝r，所以底面积S＝2r×r＝2r2。
晶胞的高H＝2×r，
所以晶胞体积V晶胞＝S×H＝2r2×r＝8r3，
2个原子的体积V球＝2×πr3。
空间利用率为×100%＝×100%≈74%。
(4)在面心立方堆积中，如图，设原子半径为r，晶胞边长为a，
则a＝2r，V球＝4×πr3，
V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3。
空间利用率为×100%＝×100%≈74%。
金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，请认真观察模型(下图)，回答下列问题：
(1)四种堆积模型的堆积名称依次是________________、______________、______________、______________。
(2)如图所示甲中的堆积方式，空间利用率为________，只有金属________采用这种堆积方式。
(3)如图所示乙与丙中两种堆积方式中金属原子的配位数________(填“相同”或“不相同”)；乙中的空间利用率为________，丙中按____________的方式进行堆积。
(4)采取丁中堆积方式的金属通常有________________________________________________________________________
(任写三种金属元素的符号)，每个晶胞中所含有的原子数为________。
[解析] (1)甲中的堆积方式是将非密置层的金属原子上下对齐，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，称为简单立方堆积。乙和丙中都是密置层原子的堆积方式，乙中上面A层和下面A层的3个原子组成的三角形方向相同，称为六方堆积。丙中A层和C层的3个原子组成的三角形方向相反，称为面心立方堆积。丁中的堆积方式是将非密置层的上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，立方体的中心含有1个金属原子，称为体心立方堆积。(2)简单立方堆积的空间利用率最低，为52%，采取这种堆积方式的金属只有Po。(3)乙和丙中两种堆积方式相同，金属原子的配位数均为12，且其空间利用率均为74%。(4)丁中是体心立方堆积，采取这种堆积方式的金属有K、Na、Fe等。用“均摊法”可求得每个晶胞中含有金属原子的个数为1＋8×＝2。
[答案] (1)简单立方堆积 六方堆积 面心立方堆积 体心立方堆积 (2)52% Po (3)相同 74% ABCABCABC…… (4)K、Na、Fe(合理即可) 2
今有四种金属的晶胞结构如下，有关说法不正确的是( )
A．四种结构中，①、④金属堆积时，小球在平面内紧密排列构成非密置层
B．②、③密置层小球空间排列时，分别是“ABCABCABC……”和“ABABAB……”堆积
C．四种晶胞中，原子数分别为2，4，6，1
D．第3周期金属元素的单质，钠按①、镁按②、铝按③的方式堆积
解析：选D。A项，①④为非密置层，正确；B项，②③为密置层，正确；C项，晶胞中原子数：①中1＋8×1/8＝2，②中8×1/8＋6×1/2＝4，③中12×＋2×＋3＝6，④中8×1/8＝1，正确；D项，钠按①、镁按③、铝按②的方式堆积，不正确。
金属晶体的堆积模型
1．如图所示，下列说法不正确的是( )
A．此种堆积方式为面心立方堆积
B．该种堆积方式每一层上为密置层
C．该种堆积方式可用符号“ABCABCABC……”表示
D．金属Mg就属于此种堆积方式
解析：选D。观察题图，该晶体为“ABCABCABC……”的面心立方堆积，每一层上为密置层，金属Mg属于六方堆积方式，所以D错误。
2．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．①为简单立方堆积，②为六方堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为①1，②2，③2，④4
C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为①＜②＜③＜④
解析：选B。②为体心立方堆积，③为六方堆积，②与③判断有误，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1，②8×＋1＝2，③8×＋1＝2，④8×＋6×＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，应为④＝③＞②＞①，D项错误。
有关晶胞的计算
3．Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。
解析：根据晶胞可知，铜晶体是面心立方结构，顶点离面心的铜原子距离最近，一个晶胞中，一个顶点离它最近的面心铜原子有3个，经过一个顶点的晶胞有8个，则一个顶点离它最近的面心铜原子共24个，1个面心铜原子由2个晶胞共有，故每个铜原子周围距离最近的铜原子有12个。
答案：12
4．第4周期金属元素D的M能层为全充满状态，其核外的未成对电子只有一个。则D的基态原子中有________种能量不同的电子；D2＋的价电子排布式为________；图中________(填“甲”“乙”或“丙”)表示的是D晶体中微粒的堆积方式。若该晶体中的一个晶胞的边长为a cm，则D晶体的密度为______________(写出含a的表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。若D的原子半径为r，则D晶胞这种堆积模型的空间利用率为______________(用含r的式子表示，不需化简)。
解析：由题意可推知D是铜元素。其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，核外电子排布在7个不同的能级上，因此有7种能量不同的电子。Cu2＋的价电子排布式为3d9。晶体Cu是面心立方堆积，故选乙。该晶胞中有Cu原子：8×＋6×＝4(个)，故ρ＝ g/cm3＝ g/cm3。Cu原子半径为r，晶胞边长为a，则4r＝a，即a＝2r，空间利用率为×100%＝×100%。
答案：7 3d9 乙 g/cm3 ×100%
重难易错提炼
1．物质中有阳离子不一定有阴离子，如金属晶体。2．金属晶体的物理通性包括金属光泽、导电性、导热性、延展性。3．金属键的影响因素：离子半径和离子所带电荷数。 4．温度越高，金属的导电性反而越弱，因为自由电子和金属阳离子碰撞机会增多，影响自由电子的定向移动，因而导电性减弱。5．常见金属晶体的堆积方式：简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方堆积。
课后达标检测
[基础巩固]
1．下列关于金属晶体的叙述正确的是( )
A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的硬度小于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
答案：B
2．金属的下列性质中与金属晶体结构无关的是( )
A．导电性
B．化学反应中易失去电子
C．延展性
D．硬度
解析：选B。金属晶体内部存在“自由电子”，在外电场的作用下，“自由电子”在金属内部发生定向运动，使金属表现出导电性。金属阳离子与“自由电子”之间的作用没有方向性，当金属受到外力作用时，金属原子之间发生相对滑动，各层金属原子之间仍然保持金属键的作用，这使金属表现出良好的延展性。同样，金属的硬度也与金属晶体的结构相关，如锰钢的高强度就是晶体结构发生了变化。而化学反应中金属容易失去电子的性质主要是金属原子的原子结构决定的，金属原子一般容易失去电子形成更稳定的结构。故B项不正确。
3．关于金属性质和原因的描述不正确的是( )
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，是因为在外电场的作用下自由电子在金属内部定向移动便形成了电流
C．金属具有良好的导热性能，是因为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，是因为金属受到外力作用时，金属原子层可以滑动而不破坏金属键
解析：选A。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；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子在金属内部定向移动形成电流；导热性是自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层可以滑动，但金属键未被破坏。
4．铝硅合金(含硅13．5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。有下列三种晶体：①铝 ②硅 ③铝硅合金，它们的熔点由低到高的顺序是( )
A．①②③ B．②①③
C．③②① D．③①②
解析：选D。合金的熔点一般比其各成分金属的熔点都要低，所以最低的是铝硅合金。硅晶体是熔点极高的原子晶体。
5．下列对各物质性质的比较中，正确的是( )
A．熔点：LiB．导电性：Ag>Cu>Al>Fe
C．密度：Na>Mg>Al
D．金属晶体空间利用率：体心立方堆积<六方堆积<面心立方堆积
解析：选B。按Li、Na、K的顺序，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，A项错误；按Na、Mg、Al的顺序，密度逐渐增大，C项错误；不同堆积方式的金属晶体空间利用率：简单立方堆积为52%，体心立方堆积为68%，六方堆积和面心立方堆积均为74%，D项错误；常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，B项正确。
6．下列关于金属元素特征的叙述正确的是( )
①金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 ②金属元素在化合物中显正化合价 ③金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱 ④金属元素只有金属性，没有非金属性 ⑤外围电子数越多，金属性越强 ⑥离子化合物中一定含有金属元素 ⑦铵盐都只含有非金属元素，一定不含有金属元素
A．①③⑤ B．②⑤⑥
C．①④⑤ D．②③
解析：选D。有些金属离子既有还原性又有氧化性，如Fe2＋，①错；金属元素在化合物中显正化合价，金属原子越容易失去电子，其对应的离子(如Fe对应Fe2＋)就越难得到电子，即氧化性越弱，②③正确；位于金属元素与非金属元素分界线附近的元素既有金属性也有非金属性，④错；Al的外围电子数比Na多，但Na的金属性比Al强，NH4Cl等离子化合物中不含有金属元素，(NH4)2Fe(SO4)2、(NH4)2Cr2O7等铵盐中含有金属元素，⑤⑥⑦错。
7．根据下表中提供的数据，判断可以形成合金的是( )
金属或非金属 钠 铝 铁 硅 硫
熔点/℃ 97．8 660．4 1 535 1 410 112．8
沸点/℃ 883 2 467 2 750 2 353 444．6
A．铝与硅 B．铝与硫
C．钠与硫 D．钠与硅
解析：选A。能发生化学反应的物质不能形成合金，B项铝与硫、C项钠与硫能发生化学反应。钠的沸点远低于硅的熔点，当硅融化时钠已经汽化，所以D不能形成合金。
8．下列叙述错误的是( )
A．组成金属的粒子是阳离子和自由电子
B．金属晶体内部都有自由电子
C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子
D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体
解析：选C。金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子。
9．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小球，镍原子用大○球，镁原子用大●球)如图所示。该晶体的化学式是( )
A．Mg2CNi3 B．MgC2Ni
C．MgCNi2 D．MgCNi3
解析：选D。该晶体的结构单元中含Mg原子个数：8×＝1；含Ni原子个数：6×＝3；含C原子个数：1。
10．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
解析：选B。该晶体中含A粒子个数为6×＝，B粒子个数为6×＋3×＝2，C粒子个数为1；则A、B、C的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。
11．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是( )
A．γ?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为14
B．α?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为1
C．将铁加热到1 500 ℃分别冷却至不同温度，得到的晶体类型相同
D．三种同素异形体的性质相同
解析：选B。γ?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＋6×＝4，A错；α?Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＝1，B正确；将熔融态铁冷却到不同的温度，得到的晶体类型不同，C错；由于三种同素异形体的结构不同，所以它们性质不同，D错。
12．某固体是仅由一种元素组成的单质，其密度为5．0 g·cm－3，用X射线研究该固体的结构时，得知在边长为10－7 cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近于下列数据中的( )
A．32 B．120
C．150 D．180
解析：选C。该固体中20个原子形成的正方体的体积为(10－7cm)3＝10－21cm3，其质量为5．0×10－21g，则1 mol该原子的质量为×6．02×1023g＝150．5 g。
13．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题：
(1)铜原子基态电子排布式为________________________________________________________________________。
(2)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为9．00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3，晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为________________________________________________________________________
[列式计算，已知Ar(Cu)＝63．6]。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s1 (2)4．70×10－23 4．23×10－22 NA＝＝6．01×1023 mol－1
[能力提升]
14．已知金属间可以形成合金，金和铜可以形成多种合金晶体。其中一种的晶体结构如图所示(为面心立方结构)。
(1)该金属化合物的化学式为________。
(2)已知Au的相对原子质量为197，Cu的相对原子质量为64，阿伏加德罗常数为NA mol－1，若该化合物的密度为d g·cm－3，试计算两个最近金原子的核间距。
解析：(1)处于顶点的粒子为8个晶胞共有，每个原子有属于该晶胞，则Au原子数＝8×＝1；处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个原子有属于该晶胞，则Cu原子数＝6×＝3；原子数比Cu∶Au＝3∶1，则化学式为AuCu3。
(2)1个晶胞占有的体积＝＝a3(设a为棱长)，则a＝ 。
答案：(1)AuCu3
(2)两个最近金原子的核间距，即该晶胞的棱长为
＝ cm。
15．金属晶体中金属原子主要有三种常见的堆积方式，体心立方堆积、面心立方堆积和六方堆积。
(1)金属铜采用下列________(填字母代号)堆积方式。
(2)洁净铁(可用于合成氨反应的催化剂)的表面上存在氮原子，如图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中小黑色球代表氮原子，灰色球代表铁原子)。则在图示状况下，铁颗粒表面上N/Fe原子数比值的最大值为________________。
解析：(1)铜为面心立方堆积。(2)小黑球周围有四个灰球，而一个灰球旁边有两个小黑球，故比值为1∶2。
答案：(1)C (2)1∶2
16．晶胞即晶体中最小的重复单元。已知铝为面心立方晶体，其结构如图Ⅰ所示，面心立方的结构特征如图Ⅱ所示。若铝原子的半径为1．43×10－10 m，则铝金属晶体中的晶胞长度(即图Ⅲ中AB的长度)为________m。晶胞中Al原子的配位数为________，一个晶胞中Al原子的数目为________。
解析：本题为信息题，面心立方晶体可通过观察图Ⅰ和图Ⅱ得出其结构特征是在一个立方体的八个顶点上各有一个原子，在六个面的面心上各有一个原子。图Ⅲ是一平面图，则有AB2＋BC2＝AC2，即2AB2＝(4×1．43×10－10m)2，AB＝4．04×10－10 m。
答案：4．04×10－10 12 4
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专题综合检测(三)
(时间：60分钟，满分：100分)
一、选择题(本题包括15小题，每小题3分，共45分，每小题只有一个选项符合题意)
1．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型的耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。则氮化硅所属的晶体类型是( )
A．原子晶体 B．分子晶体
C．离子晶体 D．金属晶体
解析：选A。该物质是一种耐高温、耐磨材料，由此可以推出其固体熔点高、硬度大，因此该物质为原子晶体。
2．下列各组物质的式子中，都能真实表示分子组成的是( )
A．CO2和SiO2 B．S和Na
C．Na2O2和H2O2 D．C6H6和C6H5Br
解析：选D。只有分子晶体才存在分子，A项SiO2为原子晶体，B项Na为金属晶体，C项Na2O2为离子晶体。
3．若不断地升高温度，实现“雪花→液态水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是( )
A．氢键；分子间作用力；非极性键
B．氢键；氢键；极性键
C．氢键；极性键；分子间作用力
D．分子间作用力；氢键；非极性键
解析：选B。雪花和液态水中均存在氢键，水的三态变化属于物理变化，而水生成H2和O2，属于化学变化，破坏了H—O极性键。
4．AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物，其中A、C、E均为＋2价，B、D、F均为－2价，根据下表数据判断它们的熔点由高到低的顺序是( )
化合物 AB CD EF
键长/10－10 m 2．31 3．18 2．10
A．CD>AB>EF B．AB>EF>CD
C．AB>CD>EF D．EF>AB>CD
解析：选D。对于组成和结构相似的离子化合物，键长越短，键能越大，其晶格能越大，熔、沸点越高。
5．下列说法中不正确的是( )
A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有1个σ键和2个π键
解析：选C。从原子轨道的重叠程度看，π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键，A项正确；根据电子云的形状和成键时的重叠原则，两个原子形成的共价键最多只有一个σ键，可能没有π键，也可能有1个或2个π键，B项正确；稀有气体为单原子分子，不存在化学键，C项不正确。
6．下列叙述错误的是( )
①离子键没有方向性和饱和性，而共价键有方向性和饱和性
②配位键在形成时，是由成键双方各提供一个电子形成共用电子对
③金属键的实质是金属中的自由电子与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用
④在冰晶体中，既有极性键、非极性键，又有氢键
⑤化合物NH4Cl和CuSO4·5H2O都存在配位键
⑥NaCl、HF、CH3CH2OH、SO2都易溶于水，但原因不完全相同
A．①③ B．②④
C．②⑤ D．④⑥
解析：选B。配位键在形成时，成键的一方提供孤电子对，另一方提供接受孤电子对的空轨道。冰晶体中，水分子内存在极性键，水分子间存在氢键。
7．
锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是( )
A．该晶体属于分子晶体
B．该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等
C．阳离子的配位数为6
D．氧化锌的晶格能大于硫化锌
解析：选D。选项A，该晶体属于离子晶体。选项B，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－离子个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等。选项C，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4。选项D，ZnO和ZnS中，O2－半径小于S2－，所带的电荷数又相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。
8．下列叙述中正确的是( )
A．离子晶体中肯定不含非极性共价键
B．原子晶体的熔点肯定高于其他晶体
C．由分子组成的物质其熔点一般较低
D．原子晶体中除极性共价键外不可能存在其他类型的化学键
解析：选C。A选项离子晶体中有时也含非极性共价键，如Na2O2；B选项SiO2的熔点比钨(W)熔点低；C选项分子晶体一般熔点较低；D选项金刚石晶体中C—C键为非极性共价键。
9．维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。该物质的结构简式为
以下关于维生素B1的说法正确的是( )
A．只含σ键和π键
B．既有共价键又有离子键
C．该物质的熔点可能高于NaCl
D．该物质不能与盐酸反应
解析：选B。由维生素B1的结构简式可以得知分子中含有单键和双键，故分子中含有σ键和π键，同时分子中还含有离子键，A错误，B正确；离子化合物的熔点高低取决于离子键的强弱，离子键越强，化合物的熔点越高，该物质的离子键是由Cl－和非金属N的阳离子形成的，弱于Cl－和Na＋之间形成的离子键，故维生素B1的熔点低于NaCl，C错误；由于该物质中含有—NH2，故该物质能与盐酸反应，D错误。
10．如图是某无机化合物的二聚分子，该分子中A、B两种元素都是第3周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是( )
A．该化合物的化学式是Al2Cl6
B．该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电
C．该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键
解析：选B。由A、B元素都在第3周期，并且所有原子最外层电子都达到8个电子的稳定结构，可知A为Cl，B为Al，A正确；因是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，B不正确，C正确；该化合物中不含离子键，只含极性共价键，D正确。
11．下列有关晶体的叙述中，错误的是 ( )
A．分子晶体熔化时化学键一般不被破坏
B．白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键结合
C．石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体
D．构成分子晶体的结构粒子中可能存在共价键
解析：选B。分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生变化，破坏的只是分子间作用力，故A正确；白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价键，而结构粒子P4之间是通过分子间作用力结合的，故B错误；石英晶体是原子晶体，故C正确；稀有气体在固态时也属于分子晶体，而稀有气体是单原子分子，在分子内部不存在共价键，在干冰晶体中，CO2分子内存在共价键，故D正确。
12．羟胺在有机化学中广泛用于手性合成，羟胺(NH2OH)熔点33．05 ℃，沸点56．5 ℃。有关羟胺的下列说法不正确的是( )
A．羟胺是分子晶体
B．羟胺没有π键
C．羟胺熔、沸点高，是因为相对分子质量大
D．羟胺球棍模型可用如图表示
解析：选C。羟胺分子间可形成氢键，故熔、沸点高，C项不正确。
13．观察下列模型并结合有关信息，判断有关说法不正确的是( )
B12结构单元 SF6分子 S8分子 HCN
结构模型示意图
备注 熔点1 873 K / 易溶于CS2 /
A．单质B12属原子晶体，含有30个B—B键，结构单元中含20个正三角形
B．SF6分子含极性键，S原子满足8电子稳定结构
C．S8中的共价键为非极性键
D．HCN分子中含有2个σ键，2个π键
解析：选B。由于B12是由非金属原子通过共价键形成的，且其熔点高，应属于原子晶体，由于每个硼原子与其他原子间形成5个共价键，故含B—B键 ＝30个，每个正三角形平均占有硼原子3×＝个，故正三角形有12÷＝20个，A项正确；由于S原子本身的外围电子有6个，在SF6分子中，S形成6个共价键，S原子的外围电子为12个，不是8电子稳定结构，B项不正确；单质硫中同种原子间应形成非极性键，C项正确；HCN的结构式为H—C≡N，故其含有2个σ键、2个π键，D项正确。
14．下列说法正确的是(NA为阿伏加德罗常数) ( )
A．124 g P4含有P—P键的个数为4NA
B．12 g石墨中含有C—C键的个数为1．5NA
C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
解析：选B。本题考查常见晶体结构中的化学键的数目。1 mol P4中应为6NA个P—P键，A项错误；1 mol石墨含有C—C键个数为1．5NA，B项正确；1 mol金刚石含有2NA个C—C键，C项错误；1 mol SiO2含有4NA个Si—O键，D项错误。
15．已知Li—Mg，Al—Be，B—Si在周期表中处于对角线位置，处于对角线元素的单质及同类化合物性质相似，下列有关说法不正确的是( )
A．钠晶体是通过钠离子和自由电子间强烈的相互作用聚集而成的
B．氯离子与紧邻的钠离子可构成以氯离子为中心的正八面体
C．③中的金属氧化物可能显两性
D．从④中三角形剖面知，该金原子簇由30个原子构成
解析：选D。C项，③可能为BeO，有两性，正确。D项，可作出一个四面体，要注意边上的点是共用的，故该金原子簇由20个金原子构成，错误。
二、非选择题(本题包括5小题，共55分)
16．(5分)氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C60可用作储氢材料。
(1)已知金刚石中的C—C 的键长为154．45 pm，C60中C—C 键长为145～140 pm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60，C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是________________。
(3)Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si60分子中π键的数目为________。
解析：(1)晶体类型不同时，熔、沸点比较依据不同。(2)元素非金属性越强，原子电负性越大。(3)硅应形成四个单键，而Si60中每个Si原子只与三个Si原子相连，故其中肯定有一个是双键，即每有一个硅即有一个双键，而该双键是被共用两次的，故双键数为＝30，即π键的数目为30。
答案：(1)不正确；C60是分子晶体，熔化时不需破坏化学键 (2)N>C>Si (3)30
17．(12分)如图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。
(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)________，其中每个碳原子与________个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于________晶体。
(2)其中代表石墨的是________，其中每个正六边形占有碳原子数平均为________个。
(3)其中代表NaCl的是________，每个Na＋周围与它最接近且距离相等的Na＋有________个。
(4)代表CsCl的是________，它属于________晶体，每个Cs＋与________个Cl－紧邻。
(5)代表干冰的是________，它属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。
(6)上述五种物质熔点由高到低的排列顺序为(用物质名称表示)____________________。
解析：根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体是简单立方堆积，每个Na＋与6个Cl－紧邻，每个Cl－又与6个Na＋紧邻，但观察与Na＋距离最近且等距离的Na＋数目时要抛开Cl－，从空间结构上看是12个Na＋，即x、y、z轴面上各有4个Na＋。CsCl晶体由Cs＋、Cl－分别构成立方结构，但Cs＋组成立方的中心有1个Cl－，Cl－组成的立方中心又镶入1个Cs＋，为体心立方结构，Cl－紧邻8个Cs＋，Cs＋紧邻8个Cl－。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子也组成立方结构，彼此相互套入面的中心。每个CO2分子在三维空间里三个面各紧邻4个CO2分子，共12个CO2分子。金刚石的基本单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻另外3个碳原子，每个碳原子为三个六边形共用，即每个六边形占有1个碳原子的，所以石墨结构中每个六边形占有的碳原子数是6×＝2个。晶体熔点通常由晶格质点间作用力而定。原子晶体中原子间共价键牢固，熔点很高。分子晶体的分子间作用力较弱，熔点较低。
答案：(1)D 4 原子 (2)E 2 (3)A 12
(4)C 离子 8 (5)B 分子 12
(6)石墨＞金刚石＞NaCl＞CsCl＞干冰
18．
(12分)已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号元素，其原子序数依次增大。A与其他4种元素既不在同一周期又不在同一族。B与C属同一主族，D和E属同一周期，又知E是周期表中1～18列中的第8列元素。D的原子序数比E小6，D跟B可形成离子化合物，其晶胞结构如图。请回答：
(1)A与B形成的化合物在固态时的晶体类型是__________________；A与B形成的化合物比A与C形成的化合物熔点要________(填“高”或“低”)。
(2)写出C的单质与水反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)D跟B形成的离子化合物的化学式为________；鉴别该离子化合物是否为晶体，最可靠的科学方法是________________________，该离子化合物晶体的密度为a g·cm－3，B、D两元素的相对原子质量分别为b、c，则晶胞的体积是________cm3(只要求列出算式)。
解析：前36号元素中，E是周期表的第8列元素则必在第4周期，E为26号元素Fe；D的原子序数比E小6，则D为20号元素Ca；晶胞中钙离子位于顶点、面心，每个晶胞中含有钙离子4个，B位于晶胞内，8个都属于该晶胞，故该晶体的化学式为CaB2，则B的化合价为－1价，B属于第ⅦA族，由原子序数大小及B、C同主族可知，B为F元素，C为Cl元素，A与其他4种元素不在同一周期，则A在第1周期，A为H元素。
(1)HF晶体为分子晶体，因分子间有氢键，熔点比HCl高。
(2)氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸是弱酸，要写分子式。
(3)鉴别晶体一般用X射线衍射法。每个晶胞的质量为×4，晶胞的体积等于质量除以密度，为 cm3。
答案：(1)分子晶体 高
(2)Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO
(3)CaF2 X射线衍射法
19．(12分)下表是一些键能数据(单位：kJ·mol－1)：
化学键 键能 化学键 键能 化学键 键能 化学键 键能
H—H 436 Cl—Cl 243 H—Cl 432 H—O 467
S===S 255 H—S 339 C—F 427 C—O 347
C—Cl 330 C—I 218 H—F 565
回答下列问题。
(1)①由表中数据能否得出下列结论：
半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)________(填“能”或“不能”，下同)；非金属性越强的原子形成的共价键越牢固________。
②能否从数据中找出一些规律，请写出一条：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
试预测C—Br键的键能范围：________kJ·mol－1＜C—Br键能＜________kJ·mol－1。
(2)由热化学方程式H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－185 kJ·mol－1并结合上表数据可推知一个化学反应的反应热(设反应物和生成物均为气态)与反应物和生成物的键能之间的关系是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
由热化学方程式2H2(g)＋S2(s)===2H2S(g) ΔH＝－224．5 kJ·mol－1和表中数值可计算出1 mol S2(s)汽化时将________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。
(3)卤代烃RX在同样条件下发生碱性水解反应时，RF、RCl、RBr、RI(R相同)的反应活性由大到小的顺序是______________。
答案：(1)①不能 不能 ②与相同原子结合时同主族元素形成的共价键，原子半径越小，共价键越牢固(其他合理答案也可) 218 330
(2)化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差 吸收 4．5
(3)RI＞RBr＞RCl＞RF
20．(14分)X、Y、Z、W为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素，已知：
①X元素原子外围电子排布式为ns2np2，且原子半径是同族元素中最小的。
②Y元素是地壳中含量最多的元素；W元素的电负性略小于Y元素，在W原子的电子排布中，p轨道上只有1个未成对电子。
③Z元素的电离能数据见下表(kJ·mol－1)：
I1 I2 I3 I4 …
496 4 562 6 912 9 540 …
请回答：
(1)Z2Y2的电子式为____________，含有的化学键类型为________________，Z2Y2为________晶体。
(2)X、Y、Z三种元素所形成的常见化合物的名称为____________；XY2的结构式为________。
(3)X、Y、Z、W四种元素所形成的单质中，熔点最高、硬度最大的是________(填名称)；晶体ZW的熔点比晶体XW4明显高的原因是____________________________。
(4)ZW晶体的结构示意图如图。已知：ρ(ZW)＝2．2 g·cm－3，NA＝6．02×1023 mol－1，则ZW晶体中两个最近的Z离子中心间的距离为________。
解析：由题意可知X、Y、Z、W分别为C、O、Na、Cl。
(1)Na2O2的电子式为，含有离子键、非极性共价键，为离子晶体。
(2)C、O、Na三种元素所形成的常见化合物为碳酸钠，CO2的结构式为OCO。
(3)C、O、Na、Cl四种元素所形成的单质中，原子晶体金刚石熔点最高、硬度最大；由于NaCl为离子晶体而CCl4为分子晶体，故NaCl晶体的熔点比CCl4晶体的熔点明显高。
(4)ZW晶体为NaCl晶体，可选定题干图示的一个晶胞来进行计算。利用“均摊法”可知一个晶胞含有的Na＋、Cl－个数均为4。
一个晶胞的质量：m(晶胞)＝×4＝3．887×10－22 g，
一个晶胞的体积：V(晶胞)＝＝＝1．767×10－22 cm3。
设晶胞中两个最近的Na＋中心间的距离为a，则(a)3＝V(晶胞)，解得a＝4．0×10－8 cm，故两个最近的Na＋中心间的距离为4．0×10－8 cm。
答案：(1) 离子键、非极性共价键 离子
(2)碳酸钠 OCO
(3)金刚石 NaCl为离子晶体而CCl4为分子晶体
(4)4．0×10－8 cm
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