晶体的类型与性质.pdf
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1、.实用文档.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
2、、晶体硼等。所有固态金属 晶体的性质 熔点和沸点 较高 低 高 差异较大 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 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
3、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
4、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)。.实用文档.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。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、沸点上下的比拟方法 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
5、,所带电荷越多,离子键越强,熔、沸点越高,如:NaClKClCsCl。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。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: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;C2H5OH CH3 CH2CH(CH3)2(CH3)4C;芳香烃
6、的异构体有两个取代基时,熔、沸点按邻、间、对位降低。如:在高级脂肪酸和油脂中,不饱和程度越大,熔、沸点越低。例如:C17H35COOHC17H33COOH;(C17H35COO)3C3H5(C17H33COO)3C3H5。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:LiNaKRbCs,合金的熔点低于它的各成分金属的熔点,如 AlMg铝镁合金。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
7、,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 以下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.实用文档.()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,答复以下问题:材料一:物质 NaF NaCl NaBr NaI F
8、2 Cl2 Br2 I2 熔点/995 801 755 651-219.6-101 材料二:物质 金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅 熔点/3550 1410 1723 1600 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
9、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上下。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上下。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
10、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):SiSiCSiSiOCC,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 如以下图所示,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。请将其中代表
11、 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。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。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.实用文档.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 由课本知识涂黑右图。从体心 Na+看,与它最接近的且距离相等的 Na+离子共有 12 个。根据离子晶体的晶胞,求阴、阳离子个数比的方法是: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;处于棱上的离子,同时为
12、 4 个晶胞共有,每个离子有 1/4属于晶胞;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;处于晶胞内部(体心)的离子,那么完全属于该晶胞。由此可知,右图 NaCl 晶胞中,含 Cl 离子 8816214 个,含 Na+离子;124114 个。【答案】1右图 212 个 38816214 个、124114 个 练 习 一、填空题 1以下七种晶体: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_
13、,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:HX HF HCl HBr HI 熔点/-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、选择题每题有 1 个或 2 个选项符合题意 1.以下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.以下有关晶体的表达中错误的选项是 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
14、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关于晶体的以下说法正确的选项是 .实用文档.A.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 5以下变化过程中,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以下各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列的是 A.CO2、KCl、SiO2 B.O2、I2、Hg C.NaCl、KCl、CsCl D.Cl2、Br2、I2 7以下各物质的晶体中,化学键类型相同、晶体类型也相同的是 A.SO2和
15、SiO2 B.CO2和 H2O C.NaCl 和 HCl D.CCl4和 KCl 8以下性质中,能比拟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 的说法不正确的选项是 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复原的方法制得 10.根 据 下 表 几 种 物 质 的 熔 沸 点 数 据 判 断 以 下 说 法 错 误 的 选 项
16、 是 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质 B 熔点/810 710 180-68 2300 沸点/1465 1418 160 57 2500 A.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 以下说法正确的选项是 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、硬度依次增大 D.Na、Mg、Al 的熔、沸点依次升高、硬度依次增大 解析
17、金属的导电,实质是自由电子在外电场作用下作定向移动,未发生化学变化;离子晶体中既有阳离子又有阴离子,而金属晶体中只有阳离子和自由电子,没有阴离子;金.实用文档.属晶体的熔沸点、硬度由金属键强弱决定,金属离子所带的电荷数越高、离子半径越小,那么金属键越强,金属晶体的熔沸点越高,硬度越大;Li、Na、K 形成阳离子时所带电荷数相同,但离子半径依次增大,金属键依次减弱,所以,Li、Na、K 的熔沸点依次降低、硬度依次减弱;Na、Mg、Al 形成阳离子时所带电荷数依次增大,离子半径依次减小,金属键依次增强,所以,Na、Mg、Al 的熔、沸点依次升高,硬度依次增大。【答案】AD 例 2 根据实验室测定硫
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