晶体的类型与性质

晶体的类型与性质本单元知识概要【学习目标】1.了解离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体的结构和性质。2.理解组成晶体的粒子间相互作用及其与晶体性质之间的相互关系。3.掌握晶体类型的判断方法。4.借助数学方法，培养空间想象能力。【知识概要】晶体的类型和性质离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴离子和阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间的相互作用离子键分子间作用力(某些含氢键)共价键金属键常见实例离子化合物。如NaCl晶体、CsCl晶体等。共价分子。如S、O2、HCl、SO2晶体和稀有气体等。金刚石、晶体硅、SiO2、SiC、刚玉、晶体硼等。所有固态金属晶体的性质熔点和沸点较高低高差别较大硬度略硬而脆硬度小硬度大较硬(可延展)导电性固态不导电,熔融或水溶液能导电。固态、熔融态均不导电。易溶电解质的水溶液能导电。固态、熔融态均不导电。固态、熔融态均能导电。决定晶体性质的主要因素离子键分子间相互作用力（或氢键）共价键金属键1.晶体类型的判断方法⑴依据组成晶体的粒子和粒子间的相互作用判断离子晶体的组成粒子是阴、阳离子，粒子间的相互作用是离子键；原子晶体的组成粒子是原子，粒子间的相互作用是共价键；分子晶体的组成粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力（即范德瓦耳斯力）；金属晶体的组成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的相互作用是金属键。(2)依据物质的分类判断金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类(AlCl3除外)是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)、稀有气体的固态是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅、刚玉等。常温下，金属单质(汞除外)与合金都是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断离子晶体的熔点较高，常在数百至1000余度。原子晶体的熔点最高，常在1000度至几千度。分子晶体的熔点低，常在数百度以下至很低温度。多数金属晶体的熔点高，但也有相当低的(如汞)。⑷依据导电性判断离子晶体在水溶液中及熔化时都能导电。原子晶体一般为非导体，不能导电。分子晶体为非导体，固态、液态均不导电，但分子晶体中的电解质(主要是酸和典型非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，故溶液能导电，金属晶体是电的良导体，能导电。⑸依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或略硬而脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。2.晶体熔、沸点高低的比较方法⑴离子晶体一般地讲，化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，熔、沸点越高，如：NaClKClCsCl。⑵原子晶体键长(成键原子半径之和)越短，键能越大，共价键越强，熔、沸点越高。如：金刚石碳化硅晶体硅。⑶分子晶体组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高，如：I2Br2Cl2F2；H2TeH2SeH2S。但具有氢键的分子晶体，如：NH3、H2O、HF等熔、沸点反常地高。绝大多数有机物属于分子晶体，其熔、沸点遵循以下规律：①组成和结构相似的有机物(同系物)，随相对分子质量增大，其熔、沸点升高，如：CH4C2H6C3H8C4H10；C2H5OHCH3CH2CH2OH。②链烃及其衍生物的同分异构体，其支链越多，熔、沸点越低，如CH3(CH2)3CH3CH3CH2CH(CH3)2(CH3)4C；芳香烃的异构体有两个取代基时，熔、沸点按邻、间、对位降低。如：＞＞③在高级脂肪酸和油脂中，不饱和程度越大，熔、沸点越低。例如：C17H35COOH＞C17H33COOH；(C17H35COO)3C3H5＞(C17H33COO)3C3H5。⑷金属晶体在同类金属晶体中，金属离子半径越小，阳离子所带的电负荷数越多，金属键越强，熔、沸点越高，如：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，合金的熔点低于它的各成分金属的熔点，如Al＞Mg＞铝镁合金。⑸不同类型的晶体一般是原子晶体的熔、沸点最高，分子晶体的熔、沸点最低，离子晶体的熔、沸点较高，大多数金属晶体的熔、沸点较高，如：金刚石氧化镁；铁水。应注意离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体熔化时，化学键不被破坏的只有分子晶体，分子晶体熔化时，被破坏的是分子间作用力。第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体例题例1下列每组物质发生状态变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是CH3CH3CH3CH3CH3CH3()A.食盐和蔗糖熔化B.二氧化硅和硫熔化C.碘和干冰升华D.二氧化硅和氧化钠熔化解析食盐是离子晶体，状态变化时所克服的是离子键；蔗糖、硫、碘、干冰都是分子晶体，状态变化时所克服的是分子间作用力；二氧化硅是原子晶体，状态变化时所克服的是共价键。【答案】C例2根据以下两组事实材料，回答下列问题：材料一：物质NaFNaClNaBrNaIF2Cl2Br2I2熔点/℃995801755651-219.6-101-7.2113.5材料二：物质金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅熔点/℃3550141017231600（1）钠的卤化物熔点的变化规律是_______，卤素单质的熔点变化规律是___________。依据所学物理、化学原理对上述规律加以合理的解释。（2）金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅的熔点按从高到低的顺序排列为_______________。依据所学化学原理对上述规律加以合理的解释_。解析（1）由材料一可知：钠的卤化物熔点由NaF到NaI逐渐降低；卤素单质的熔点由F2到I2逐渐增高。由材料二可知；金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅的熔点按从高到低的顺序排列为：金刚石二氧化硅碳化硅晶体硅。（2）物质由固态变成液态(或气态)时，必须吸收能量克服粒子间的相互作用，粒子间的相互作用越强，表现为固体物质的熔点越高。离子键的实质是静电相互作用，根据库仑定律：221rQQkF，离子半径越小，带电荷越多，离子键越强，离子晶体的熔点越高。分子间作用力的强弱决定分子晶体熔点的高低。结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强，表现为分子晶体的熔点越高。对原子晶体来说，熔化时必须克服共价键，因此，共价键的强弱决定原子晶体熔点的高低。键长(成键两原子半径之和)越短，共价键越强，表现为原子晶体的熔点越高。【答案】（1）由NaF到NaI逐渐降低由F2到I2逐渐增高钠的卤化物属于离子晶体，由F－到I－所带电荷数相等、半径逐渐增大，离子键由NaF到NaI逐渐减弱，故它们的熔点逐渐降低；卤素的单质属于分子晶体，它们的结构相似，由F2到I2相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的熔点逐渐增高（2）金刚石二氧化硅碳化硅晶体硅金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅都属于原子晶体，键长(原子半径之和)：Si—SiC—SiSi—OC—C，共价键逐渐增强，所以，晶体硅、碳化硅、二氧化硅、金刚石的熔点逐渐升高。例3如下图所示，直线交点处的圆圈表示NaCl晶体中Na+或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个相互垂直的方向上都是等距离排列的。⑴请将其中代表Na+的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl晶体结构示意图。⑵晶体中，在每个Na+的周围与它最接近的且距离相等的Na+共有______个。⑶晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。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)_____________。解析⑴由课本知识涂黑右图。⑵从体心Na+看，与它最接近的且距离相等的Na+离子共有12个。⑶根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是：①处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞；②处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞；③处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞；④处于晶胞内部(体心)的离子，则完全属于该晶胞。由此可知，右图NaCl晶胞中，含Cl－离子8×81＋6×21＝4个，含Na+离子；12×41＋1＝4个。【答案】（1）右图（2）12个（3）8×81＋6×21＝4个、12×41＋1＝4个练习一、填空题1．下列七种晶体：A.水晶B.冰醋酸C.氧化镁D.白磷E.晶体氩F.氯化铵G.金刚石（1）属于原子晶体的化合物是（填代号，下同）_________，直接由原子构成的晶体是_________，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_________，含有共价键的离子晶体是_________，属于分子晶体的单质是_________。（3）在熔融状态下能导电的是_________。2．下表是HX晶体的熔点：HXHFHClHBrHI熔点/℃-83.57-114.18-86.81-50.79在HX晶体中，HF的熔点反常，比HCl的熔点高，其原因为_______________________________________________________________________________________________________；HF极易溶于水，在HX的水溶液中，只有HF是弱酸，其原因为________________________________________________________________________________________________________；HX的固态均属于_______晶体。二、选择题（每小题有1个或2个选项符合题意）1.下列物质的晶体中不存在分子的是（）A.二氧化碳B.二氧化硅C.二氯化镁D.二氧化硫2.下列有关晶体的叙述中错误的是（）A．离子晶体中一定存在离子键B.原子晶体中只存在共价键C.分子晶体中同时存在共价键和分子间相互作用力D.稀有气体的原子能形成分子晶体3．氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于()A．分子晶体B．原子晶体C．离子晶体D．离子化合物4．关于晶体的下列说法正确的是（）A.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低5．下列变化过程中，共价键被破坏的是（）A.碘晶体升华B.HCl气体溶于水C.冰熔化D.金刚石熔化6．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列的是（）A.CO2、KCl、SiO2B.O2、I2、HgC.NaCl、KCl、CsClD.Cl2、Br2、I27．下列各物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是（）A.SO2和SiO2B.CO2和H2OC.NaCl和HClD.CCl4和KCl8．下列性质中，能比较充分证明某晶体属于离子晶体的是（）A.具有较高的熔点B.固体不导电，水溶液能导电C.固体不导电，熔融状态能导电D.固体、液体、均能导电9．元素R是周期表中非金属性最强的元素，有关R的说法不正确的是（）A.R的单质在固态时以原子晶体存在B.R的气态氢化物在固态或水溶液中均有氢键存在C.R所在族元素的单质在固态时属于同一晶体类型D.R元素的单质不可能用还原的方法制得10.根据下表几种物质的熔沸点数据判断下列说法错误的是（）NaClMgCl2AlCl3SiCl4单质B熔点/℃810710180-682300沸点/℃14651418160572500A.SiCl4是分子晶体B.单质B可能是原子晶体C.AlCl3加热能升华D.NaCl中键的强度比MgCl2中的小三、问答题1.为什么乙醇极易溶于水?2.为什么H2O比H2S的沸点高?第二节金属晶体例题例1下列说法正确的是（）A.金属的导电过程是物理变化B.晶体内有阳离子时必然有阴离子C.Li、Na、K的熔、沸点依次升高、硬度依次增