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(xué)法指導(dǎo)] 　　在學(xué)習(xí)中要加強(qiáng)對(duì)化學(xué)鍵中的非極性鍵、極性鍵、離子鍵、晶體類型及結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與理解；在掌握微粒半徑遞變規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析離子晶體、原子晶體、分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)的變化規(guī)律；并在認(rèn)識(shí)晶體的空間結(jié)構(gòu)的過程中，培養(yǎng)空間想象能力及思維的嚴(yán)密性和抽象性。 　　同時(shí)，關(guān)于晶體空間結(jié)構(gòu)的問題，很容易與數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)結(jié)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(chǔ)、領(lǐng)會(huì)實(shí)質(zhì)，建立同類題的解題策略和相應(yīng)的思維模式。 　　[要點(diǎn)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(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)榫w。 　　晶體是經(jīng)過結(jié)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(fù)的排列，從而使晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的，而且具有固定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何外形。 　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl晶體結(jié)構(gòu) 　　 　　　　 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(jié)構(gòu) 　　1．幾種晶體的結(jié)構(gòu)、性

3、質(zhì)比較 類型 離子晶體 原子晶體 分子晶體 構(gòu)成微粒 陰、陽離子 原子 分子 相互作用 離子鍵 共價(jià)鍵 分子間作用力 硬度 較大 很大 很小 熔沸點(diǎn) 較高 很高 很低 導(dǎo)電性 溶液或熔化導(dǎo)電 一般不導(dǎo)電 不導(dǎo)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(shí)例 NaCl、KBr等 金剛石、硅晶體、SiO2、SiC 單質(zhì)：H2、O2等 化合物：干冰、H2SO4 　　2．幾種典型的晶體結(jié)構(gòu)： 　　（1）NaCl晶體（如圖1）：每個(gè)Na+周圍有6個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周圍有6個(gè)Na+，離子個(gè)數(shù)比為1

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

5、 　　（5）干冰（如圖6）：分子晶體，每個(gè)CO2分子周圍緊鄰其他12個(gè)CO2分子?！　? 　?。?）SiO2 ：原子晶體，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Si原子構(gòu)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(gè)數(shù)比為1∶2，才得出二氧化硅的化學(xué)式為SiO2） 　　　　 　 　　　　 紫水晶　　　　　　　 　大水晶　　　　　　　　二氧化晶體模型 　　3．離子晶體化學(xué)式的確定 　　確定離子晶體的化學(xué)式實(shí)際上是確定晶體中粒子個(gè)數(shù)比。其方法如下： 　　（1）處于頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為8個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/8屬于該晶胞。 　?。?）

6、處于棱上的粒子同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有1/4屬于該晶胞。 　?。?）處于面心上的粒子，同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)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(zhì)的物理性質(zhì)判斷晶體的類型 　?。?）在常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，其晶體應(yīng)屬于分子晶體（Hg除外），如H2O、H2等。對(duì)于稀有氣體，雖然構(gòu)成物質(zhì)的微粒為原子，但應(yīng)看作單原子分子，因?yàn)槲⒘ｉg的相互作用力是范德華力，而非共價(jià)鍵。 　?。?）在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)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(dòng)，所以能導(dǎo)電。 　　（3）有較

7、高的熔、沸點(diǎn)，硬度大，并且難溶于水的物質(zhì)大多為原子晶體，如晶體硅、二氧化硅、金剛石等。 　　（4）易升華的物質(zhì)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(xué)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(shí)，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(qiáng)（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(shí)質(zhì)也是靜電作用，氫鍵的強(qiáng)度比分子間作用力稍強(qiáng)，但比化學(xué)鍵弱的多，它仍不屬于化學(xué)鍵范疇。 　　氫鍵對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響結(jié)果是使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)均升高。例如H2O和H2S的組成與結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量H2S>H2O，若僅以分子間作用力論，H2S的熔、沸點(diǎn)應(yīng)大于H2O，可實(shí)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(diǎn)比H2S高，原因就是H2O分子中存在H…O鍵。 　　四、物質(zhì)的熔沸點(diǎn)比較及規(guī)律 　?。?）不同類型的晶體，一般來講，熔沸點(diǎn)按原子晶體>離子晶體>分子晶體。 　　（2）由共價(jià)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(diǎn)越高。如熔點(diǎn)：金剛石>石英>碳化硅>晶體硅。 　?。?）離子晶體比較離子鍵的強(qiáng)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(qiáng)，其離子晶體的熔沸點(diǎn)就越高，如熔點(diǎn)：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。 　?。?）分子晶體：組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)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(jià)鍵 　　B、分子晶體中不會(huì)有離子鍵 　　C、分子晶體中的分子內(nèi)一定有共價(jià)鍵

10、 　　D、原子晶體中一定有非極性共價(jià)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(nèi)部有共價(jià)鍵。分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，分子間只有分子間作用力，分子內(nèi)除稀有氣體外，都只有共價(jià)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(xué)鍵。由兩種原子形成的原子晶體SiO2等，其原子間以極性鍵結(jié)合，無非極性鍵。故正確答案為（A）、（B）。 　　例2．下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)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(xué)鍵相同，都是極性共價(jià)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(xué)鍵都是共價(jià)鍵，且都屬于分子晶體； 　　C中的NaCl和HCl化學(xué)鍵類型不同， NaCl為離子鍵，HCl為極性共價(jià)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(xué)鍵不同，CCl4是極性共價(jià)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(xiàng)B。 　　例3． 　?。?）中學(xué)教材上圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)

12、，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a×10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)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(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)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(jì)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(jié)構(gòu)，隔離出一個(gè)小立體（如圖8）

13、，小立方體的每個(gè)頂點(diǎn)離子為8個(gè)小立方本共用，因此小立方體含O2-：4× = ，含Ni2+：4× = ，即每個(gè)小立方體含有 個(gè)（Ni2+-O2-）離子對(duì)。則若含有1mol NiO，需2NA個(gè)小立方體， 　　所以密度r= 　?。?） 　　設(shè)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(shè)的演變過程，用數(shù)學(xué)方法處理。設(shè)1mol晶體中存在xmol缺陷，同時(shí)有2xmol Ni3+，取代了2x mol Ni2+，所以Ni3+的個(gè)數(shù)2x與Ni2+的個(gè)數(shù)(1-x-2x)之和為0.97，即：2x+(1-x-2x)=0.97，x=0.03。 　　∴Ni3+：Ni2+個(gè)數(shù)比=2x：(1-3x)=2×0.03：(1-3×0.03)=6：91。