離子晶體、分子晶體和原子晶體 (2)

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1、離子晶體、分子晶體和原子晶體 　　[學法指導] 　　在學習中要加強對化學鍵中的非極性鍵、極性鍵、離子鍵、晶體類型及結構的認識與理解；在掌握微粒半徑遞變規(guī)律的基礎上，分析離子晶體、原子晶體、分子晶體的熔點、沸點等物理性質的變化規(guī)律；并在認識晶體的空間結構的過程中，培養(yǎng)空間想象能力及思維的嚴密性和抽象性。 　　同時，關于晶體空間結構的問題，很容易與數(shù)學等學科知識結合起來，在綜合題的命題方法具有廣闊的空間，因此，一定要把握基礎、領會實質，建立同類題的解題策略和相應的思維模式。 　　[要點分析] 　　一、晶體 　　固體可以分為兩種存在形式：晶體和非晶體。 　　晶體的分布非常

2、廣泛，自然界的固體物質中，絕大多數(shù)是晶體。氣體、液體和非晶體在一定條件下也可轉變?yōu)榫w。 　　晶體是經(jīng)過結晶過程而形成的具有規(guī)則的幾何外形的固體。晶體中原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性重復的排列，從而使晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的，而且具有固定的熔點和規(guī)則的幾何外形。 　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl晶體結構 　　 　　　　 食鹽晶體　　　　　　　金剛石晶體 　　　 金剛石晶體模型　　　　　　鉆石　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　 C60分子 　　 　　二、晶體結構 　　1．幾種晶體的結構、性

3、質比較 類型 離子晶體 原子晶體 分子晶體 構成微粒 陰、陽離子 原子 分子 相互作用 離子鍵 共價鍵 分子間作用力 硬度 較大 很大 很小 熔沸點 較高 很高 很低 導電性 溶液或熔化導電 一般不導電 不導電 溶解性 一般易溶于水 難溶水和其他溶劑 相似相溶 典型實例 NaCl、KBr等 金剛石、硅晶體、SiO2、SiC 單質：H2、O2等 化合物：干冰、H2SO4 　　2．幾種典型的晶體結構： 　　（1）NaCl晶體（如圖1）：每個Na+周圍有6個Cl-，每個Cl-周圍有6個Na+，離子個數(shù)比為1

4、：1。 　?。?）CsCl晶體（如圖2）：每個Cl-周圍有8個Cs+，每個Cs+周圍有8個Cl-；距離Cs+最近的且距離相等的Cs+有6個，距離每個Cl-最近的且距離相等的Cl-也有6個，Cs+和Cl-的離子個數(shù)比為1：1。 　?。?）金剛石（如圖3）：每個碳原子都被相鄰的四個碳原子包圍，以共價鍵結合成為正四面體結構并向空間發(fā)展，鍵角都是109o28'，最小的碳環(huán)上有六個碳原子。 　　 　 　?。?）石墨（如圖4、5）：層狀結構，每一層內，碳原子以正六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結構，每個正六邊形平均擁有兩個碳原子。片層間存在范德華力，是混合型晶體。熔點比金剛石高。 　　

5、 　　（5）干冰（如圖6）：分子晶體，每個CO2分子周圍緊鄰其他12個CO2分子?！　? 　?。?）SiO2 ：原子晶體，空間網(wǎng)狀結構，Si原子構成正四面體，O原子位于Si－Si鍵中間。（SiO2晶體中不存在SiO2分子，只是由于Si原子和O原子個數(shù)比為1∶2，才得出二氧化硅的化學式為SiO2） 　　　　 　 　　　　 紫水晶　　　　　　　 　大水晶　　　　　　　　二氧化晶體模型 　　3．離子晶體化學式的確定 　　確定離子晶體的化學式實際上是確定晶體中粒子個數(shù)比。其方法如下： 　?。?）處于頂點的粒子，同時為8個晶胞所共有，每個粒子有1/8屬于該晶胞。 　　（2）

6、處于棱上的粒子同時為4個晶胞共有，每個粒子有1/4屬于該晶胞。 　?。?）處于面心上的粒子，同時為2個晶胞共有，每個粒子有1/2屬于該晶胞。 　?。?）處于晶胞體心的粒子，則完全屬于該晶胞。 　　4．根據(jù)物質的物理性質判斷晶體的類型 　?。?）在常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)的物質，其晶體應屬于分子晶體（Hg除外），如H2O、H2等。對于稀有氣體，雖然構成物質的微粒為原子，但應看作單原子分子，因為微粒間的相互作用力是范德華力，而非共價鍵。 　?。?）在熔融狀態(tài)下能導電的晶體（化合物）是離子晶體。如：NaCl熔融后電離出Na＋和Cl－，能自由移動，所以能導電。 　?。?）有較

7、高的熔、沸點，硬度大，并且難溶于水的物質大多為原子晶體，如晶體硅、二氧化硅、金剛石等。 　?。?）易升華的物質大多為分子晶體。 　　三、分子間作用力和氫鍵 　　1．分子間作用力 　　分子間作用力又叫范德華力，是分子與分子之間微弱的相互作用，它不屬于化學鍵范疇。分子間作用力廣泛存在于分子與分子之間，由于相互作用很弱，因此只有分子與分子充分接近時，分子間才有作用力。 　　2．氫鍵 　　氫鍵是在分子間形成的，該分子中必須含有氫原子，且另一種原子吸引電子的能力很強（具體有F、O、N三種元素），只有這樣才能形成氫鍵。常見的能形成氫鍵的分子主要有HF、H2O、NH3等。 　　

8、氫鍵的實質也是靜電作用，氫鍵的強度比分子間作用力稍強，但比化學鍵弱的多，它仍不屬于化學鍵范疇。 　　氫鍵對物質熔、沸點的影響結果是使物質的熔點和沸點均升高。例如H2O和H2S的組成與結構相似，相對分子質量H2S>H2O，若僅以分子間作用力論，H2S的熔、沸點應大于H2O，可實際上H2O在常溫狀態(tài)下是液態(tài)，而H2S在通常狀態(tài)下是氣態(tài)，說明H2O的熔、沸點比H2S高，原因就是H2O分子中存在H…O鍵。 　　四、物質的熔沸點比較及規(guī)律 　　（1）不同類型的晶體，一般來講，熔沸點按原子晶體>離子晶體>分子晶體。 　?。?）由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑越小的，鍵長越短，鍵能越大

9、，晶體的熔、沸點越高。如熔點：金剛石>石英>碳化硅>晶體硅。 　　（3）離子晶體比較離子鍵的強弱。一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用就越強，其離子晶體的熔沸點就越高，如熔點：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。 　?。?）分子晶體：組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，熔沸點越高；如Cl2N2。 　　[例題分析] 　　例1．下面的敘述正確的是 　　A、離子化合物中可能含有共價鍵 　　B、分子晶體中不會有離子鍵 　　C、分子晶體中的分子內一定有共價鍵

10、 　　D、原子晶體中一定有非極性共價鍵 　　[分析與解答] 　　若離子化合物中某種離子由兩種或兩種以上元素組成。如NH4+、OH-、SO42-等。則其離子內部有共價鍵。分子晶體的構成微粒是分子，分子間只有分子間作用力，分子內除稀有氣體外，都只有共價鍵，故（A）、（B）正確。（C）未提到稀有氣體分子是單原子分子，無任何化學鍵。由兩種原子形成的原子晶體SiO2等，其原子間以極性鍵結合，無非極性鍵。故正確答案為（A）、（B）。 　　例2．下列各組物質的晶體中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是 　　A、SO2和SiO2　　　 B、CO2和H2O　　　 C、NaCl和HCl　　　

11、D、CCl4和KCl 　　 　　[分析與解答] 　　A、SO2和SiO2的化學鍵相同，都是極性共價鍵，但晶體類型不同，SO2是分子晶體，SiO2是原子晶體； 　　B、CO2和H2O的化學鍵都是共價鍵，且都屬于分子晶體； 　　C中的NaCl和HCl化學鍵類型不同， NaCl為離子鍵，HCl為極性共價鍵，且晶體類型也不同，NaCl為離子晶體，HCl為分子晶體； 　　D中CCl4和KCl的化學鍵不同，CCl4是極性共價鍵，KCl中是離子鍵且晶體類型也不同，CCl4為分子晶體，KCl為離子晶體。 　　故正確答案為選項B。 　　例3． 　?。?）中學教材上圖示了NaCl晶體結構

12、，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結構與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a×10-8cm，計算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質量為74.7g·mol-1）。 　?。?）天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷。例如在某種NiO晶體中就存在如圖7所示的缺陷：一個Ni2+空缺，另有兩個Ni2+被兩個Ni3+所取代。其結果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳品組成為Ni0.97O，試計算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。 　　 　　[分析與解答] 　?。?） 　　根據(jù)NaCl晶體結構，隔離出一個小立體（如圖8）

13、，小立方體的每個頂點離子為8個小立方本共用，因此小立方體含O2-：4× = ，含Ni2+：4× = ，即每個小立方體含有 個（Ni2+-O2-）離子對。則若含有1mol NiO，需2NA個小立方體， 　　所以密度r= 　?。?） 　　設1mol Ni0.97O中含Ni3+ xmol，Ni2+ (0.97-x)mol 　　根據(jù)晶體呈電中性3x mol +2(0.97-x)mol=2×1mol 　　解之x=0.06，Ni2+為(0.97-x)mol=0.91mol 　　離子數(shù)之比Ni3+：Ni2+=0.06：0.91=6：91 　　另解： 　　也可由題設的演變過程，用數(shù)學方法處理。設1mol晶體中存在xmol缺陷，同時有2xmol Ni3+，取代了2x mol Ni2+，所以Ni3+的個數(shù)2x與Ni2+的個數(shù)(1-x-2x)之和為0.97，即：2x+(1-x-2x)=0.97，x=0.03。 　　∴Ni3+：Ni2+個數(shù)比=2x：(1-3x)=2×0.03：(1-3×0.03)=6：91。