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基础课时17 离子晶体 过渡晶体与混合晶体
学习目标 1.知道离子晶体的概念。认识离子晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。2.借助氯化钠、氯化铯等晶体模型认识离子晶体的结构特点及物理性质。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
一、离子晶体
(一)知识梳理
1.离子晶体的概念及成键微粒
(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)构成微粒：阴离子和阳离子，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒间的作用力：主要是离子键。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等离子晶体中还存在共价键、氢键等。
2.典型离子晶体的结构特征
化学式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中离子数目 Na＋：4；Cl－：4 Cs＋：1；Cl－：1
阳离子的配位数 6 8
阴离子的配位数 6 8
3.离子晶体的性质
熔点 硬度 导电性
较高 较大 不导电，但在熔融状态或溶于水时导电
(二)互动探究
离子化合物在我们周围比比皆是。常温下，许多离子化合物都是以晶体形态存在的。
【问题讨论】
问题1 含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
提示 不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
问题2 离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
提示 不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
问题3 离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？
提示 不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
【探究归纳】
1.离子晶体的判断
判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
2.离子晶体微粒之间的作用力是离子键，离子键没有方向性和饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
3.离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
1.有关离子晶体的下列说法中不正确的是( )
A.离子晶体在熔融状态时都能导电
B.离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度
C.离子晶体中阴、阳离子个数比为1∶1
D.氯化钠溶于水时离子键被破坏
答案 C
解析 在熔融状态下，离子晶体中存在自由移动的离子，故能导电，A项正确；离子晶体具有较高的熔、沸点和较大的硬度，B项正确；离子晶体中阴、阳离子个数比各不相同，C项不正确；氯化钠溶于水时，电离成自由移动的阴、阳离子，离子键被破坏，D项正确。
2.下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3
⑤熔点－218 ℃，难溶于水
⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A.①⑧ B.②③⑥
C.①④⑦ D.②⑤
答案 A
解析 离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3 900 ℃，硬度很大，应是共价晶体。故只有①⑧符合题意。
3.在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。
(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引____________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着____________个Na＋，在NaCl晶胞中含有____________个Na＋、____________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有____________个。
(2)Na＋半径与Cl－半径之比为____________(已知＝1.414)。
(3)若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶体的密度为____________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1)。
答案 (1)6 6 4 4 12 (2)0.414∶1 (3)2.2 g·cm－3
解析 (1)在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个(×12＝3)，因此一个晶胞中共含有4个Na＋。8个Cl－分别位于晶胞的8个顶角上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个(×8＝1)，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个(×6＝3)，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。(2)由图乙可知，因为r(Cl－)＞r(Na＋)，则r(Cl－)＝，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，＝∶＝(－1)∶1＝0.414∶1。(3)由NaCl晶体结构分析，每个晶胞中含有4个NaCl，则ρV＝，ρ＝ g·cm－3≈2.2 g·cm－3。
4.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____________。
答案 6 12 a 8 a 8
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。
二、过渡晶体与混合晶体
(一)知识梳理
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体是指：分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。
(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。
①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
从上表可知，表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶体
(1)晶体模型
(2)结构特点——层状结构
①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。
(4)性质：熔点很高、质软、易导电等。
(二)问题探究
问题1 碳元素形成的单质种类繁多，如金刚石、C60、C70、C76、石墨等，根据学过的知识，思考它们分别属于哪种晶体类型？
提示 金刚石属于共价晶体，C60、C70、C76属于分子晶体，石墨属于混合型晶体。
问题2 石墨具有质软的性质，可以制作铅笔芯，如何解释？
提示 石墨是层状结构，层与层之间相隔较远，只存在范德华力，作用相对较弱，所以表现为质软、易滑动。
问题3 同样是由碳原子构成的石墨的熔点为什么比金刚石的还高？
提示 石墨中，同一层内碳原子之间以共价键结合，每一个碳原子与周围三个碳原子形成3个共价键，并且在层内形成大π键，使原子之间离得更近，键长变短，键能增大，所以熔点较高。
问题4 石墨表现出类似金属的导电性质，请结合其结构作出解释。
提示 石墨中，所有的p轨道相互平行而且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以表现出良好的导电性。
【探究归纳】 石墨的性质
(1)导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个碳原子平面中运动，比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性：石墨层间作用力为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性，因而可以作润滑剂、铅笔芯等。
1.下列关于过渡晶体的说法正确的是( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
答案 B
解析 石墨属于混合型晶体，A项错误；SiO2属于过渡晶体，但一般按共价晶体来处理，B项正确；大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体，而是过渡晶体，C项错误；Na2O晶体中离子键的百分数为62%，D项错误。
2.已知下列晶体的部分性质，其晶体类型判断正确的是( )
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝，黄色晶体，熔点2 100 ℃，熔融状态下不导电，晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝，无色晶体，易溶于水，熔融状态下不导电 共价晶体
C 硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大，不溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁，沸点316 ℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
答案 D
解析 由碳化铝的熔点为2 200 ℃，熔融状态下不导电可知，应为共价晶体，A错误；由溴化铝易溶于水、熔融状态下不导电可知，其具有分子晶体的性质，应属于分子晶体，B错误；由硼的熔沸点、硬度大，不溶于常见溶剂可知，应属于共价晶体，C错误；由三氯化铁的沸点较低，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂可知，其具有分子晶体的性质，应属于分子晶体，D正确。
3.碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____________、____________。
(3)C60属于____________晶体，石墨属于____________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的____________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在____________共价键，还有____________键。
答案 (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合 (4)σ σ π(或大π或p－p π)
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。
【题后归纳】 判断晶体类型的方法
(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断
如低熔、沸点的化合物为分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质为共价晶体；晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。
(2)根据物质的类别判断
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)是分子晶体。常见的共价晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的共价晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注：汞在常温下为液体)与合金是金属晶体。
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)离子晶体
1.下列有关离子晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B.离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C.离子晶体中不可能含有共价键
D.离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
答案 B
解析 离子晶体中不一定含有金属元素，含有金属元素的化合物不一定是离子晶体，A错误；含有离子键的化合物一定是离子晶体，离子晶体中一定含有离子键，B正确；离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错误；离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，不属于化学变化，如氯化钠晶体熔化，D错误。
2.离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用，静电作用大则熔点高，静电作用小则熔点低。试根据学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
答案 C
解析 离子晶体中，离子键越强，熔、沸点越高，而离子所带电荷数越多，半径越小，离子键越强。Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷，Na＋、Cl－、K＋都带1个电荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl，C正确。
3.已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g/cm3，下列说法中正确的是( )
A.晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B.晶体中阴、阳离子的配位数都是4
C.该晶胞可能是CsCl的晶胞
D.该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为×cm
答案 D
解析 据均摊法可知，在这个晶胞中阳离子位于棱上和体心，数目＝12×＋1＝4，阴离子位于顶角、面心，数目＝8×＋6×＝4，A项错误；晶体中，由体心的阳离子看出周围有6个阴离子，每个阴离子周围有6个阳离子，所以晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，B项错误；根据均摊法可知，在这个晶胞中阴、阳离子的个数都为4，阴、阳离子的配位数都为6，符合NaCl的晶胞特点，C项错误；因为晶胞中阴、阳离子的个数都为4，则晶胞的体积为 cm3，晶胞的边长为 cm，因为两个距离最近的同种离子的核间距为晶胞面对角线长度的一半，所以晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为×cm，D项正确。
4.下列数据是对应物质的熔点表，有关的判断正确的是( )
Na2O Na AlF3 AlCl3 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
920 ℃ 97.8 ℃ 1 291 ℃ 190 ℃ 2 073 ℃ －107 ℃ －57 ℃ 1 723 ℃
A.只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体
B.在共价化合物分子中各原子都形成8电子结构
C.同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体
D.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
答案 D
解析 金属晶体由金属阳离子和电子构成，是金属晶体，不是离子晶体，所以含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，选项A错误；共价化合物分子中各原子最外层电子不一定为8电子结构，有H、B的共价化合物中H和B不能满足最外层8电子稳定结构，如HCl、BCl3等，选项B错误；C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同，CO2属于分子晶体，SiO2属于共价晶体，所以同族元素的氧化物可能形成不同类型的晶体，选项C错误；如表中数据可知，Na的熔点比AlCl3低，AlCl3属于分子晶体，所以金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高，选项D正确。
5.如图所示是从NaCl或CsCl的晶胞结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶胞中分割出来的结构图是( )
A.图(1)和(3) B.图(2)和(3)
C.图(1)和(4) D.只有图(4)
答案 C
解析 NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图，C项正确。
(二)过渡晶体与混合晶体
6.石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是( )
①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合晶体；③石墨中的C为sp2杂化；④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2
A.全对 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
答案 C
解析 ①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还有一种是金属键；②正确；③正确，石墨中的C为sp2杂化；④不正确，石墨熔点比金刚石高；⑤不正确，石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3；⑥不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑦正确；⑧正确，每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3＝2。
7.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为( )
A.8 B.12
C.24 D.60
答案 A
解析 可选取题图中6个钾原子围成的正六边形为结构单元，每个钾原子被3个正六边形共用，则该结构单元中实际含有的钾原子数为6×＋1＝3，该六边形内的碳原子数为24，故钾原子数与碳原子数之比为1∶8。
8.某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据这些数据分析，属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2
B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2
D.全部
答案 B
解析 由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确。
9.NaCl是重要的化工原料，回答下列问题。
(1)Na元素的焰色试验呈____________色。Na原子的价电子被激发到相邻高能级后形成激发态Na原子，其价层电子的轨道表示式为____________。
(2)KBr具有NaCl型的晶体结构，但其熔点比NaCl的低，原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)NaCl晶体在50～300 GPa的高压下和Cl2反应，可以形成一种晶体，其立方晶胞如图所示(大球为Cl，小球为Na，晶胞上每个面上均含有2个Cl原子)。
①若A的原子坐标为(0，0，0)，B的原子坐标为(，0，)，则C的原子坐标为____________。
②该晶胞中与Cl紧邻的Na的个数为____________________________________________________________________。
③已知晶胞参数为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为____________________________________________________________________ g·cm－3
(列出计算式即可)。
答案 (1)黄 (2)K＋的半径大于Na＋，Br－半径大于Cl－，KBr中离子键较弱 (3)①(1，，) ②4 ③
解析 (1)Na元素的焰色试验呈黄色；Na原子的价电子由3s能级激发到3p能级，其价层电子的轨道表示式为。(3)①根据晶胞的结构及A、B的原子坐标可知，C的原子坐标为(1，，)。②根据晶胞结构可知，与Cl紧邻的Na的个数为4。③根据“均摊法”可知，该晶胞中含有2个Na和6个Cl，根据ρ＝＝＝ g·cm－3。
(三)几种晶体类型的比较
10.碳元素和硅元素为同一主族元素但他们的氧化物性质差异很大，冰晶胞中水分子的排列方式和金刚石的晶胞类似，下列关于这四种晶胞的说法正确的是( )
A.一个干冰晶胞中有4个CO2分子，一个SiO2晶胞中有8个SiO2分子
B.干冰中一个CO2分子周围有6个CO2分子紧邻
C.冰和金刚石熔、沸点都很高，熔化时均破坏共价键
D.冰中水分子之间由于氢键的存在，使其结构与金刚石相似
答案 D
解析 CO2分子位于晶胞的面心和顶角，所以1个干冰晶胞中有8×＋6×＝4个CO2分子，SiO2是共价晶体，不存在分子，A错误；干冰属于面心立方晶胞，所以1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻，B错误；冰是分子晶体，熔化时破坏分子间作用力和氢键，金刚石是共价晶体，熔化时破坏共价键，C错误。
11.下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是( )
A.NH3、CH4、NaCl、Na
B.H2O、H2S、MgSO4、SO2
C.CH4、H2O、NaCl、SiO2
D.Li、Na、K、Rb、Cs
答案 C
解析 C项中SiO2是共价晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。
12.下列数据是对应物质的熔点(℃)：
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
据此做出的下列判断错误的是( )
A.铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
答案 B
解析 由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正确；表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C正确；硅和铝不同主族，但对应的氧化物都为共价晶体，说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体，故D正确。
13.新型材料B4C可用于制作切削工具和高温热交换器。下列关于B4C的推断正确的是( )
A.B4C是一种分子晶体
B.B4C是该物质的分子式
C.B4C是一种共价晶体
D.B4C易溶于有机溶剂
答案 C
B级 素养培优练
14.泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na＋和I－两核间距为1.0～1.5 nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A.NaI晶体是过渡晶体
B.离子晶体可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D.共价键和离子键有明显的界线
答案 A
解析 化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键，共价键和离子键没有明显的界线，因此A正确。
15.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示)，但CaC2晶体中由于哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的描述正确的是( )
A.CaC2晶体的熔点较低，硬度也较小
B.与Ca2＋距离相同且最近的C构成的多面体是正六面体
C.与Ca2＋距离相同且最近的C有8个
D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2＋和4个C
答案 D
解析 CaC2晶体属于离子晶体，故有较高的熔点和较大的硬度，A错误；因为晶胞沿一个方向拉长，故与Ca2＋距离相同且最近的C只有4个(与拉长方向垂直的同一面上)，4个C构成的是正方形，B、C均不正确；CaC2晶胞中含有Ca2＋的个数为12×＋1＝4，含有C的个数为8×＋6×＝4，D正确。
16.几种离子晶体的晶胞如图所示，下列说法正确的是( )
A.熔、沸点：NaClB.NaCl晶胞中，Cl－位于顶角和面心，Na＋填充在Cl－构成的正四面体空隙
C.若ZnS的晶胞边长为a pm，则Zn2＋与S2－之间的最短距离为a pm
D.上述三种晶胞中，阳离子的配位数：ZnS答案 D
解析 NaCl和CsCl晶体中，阴、阳离子所带电荷数相同，Cs＋半径大于Na＋，则熔、沸点：NaCl>CsCl，A错误；NaCl晶胞中，Cl－位于顶角和面心，Na＋位于棱心位置，B错误；Zn2＋与S2－之间的最短距离为体对角线长度的，晶胞边长为a pm，体对角线长为a pm，则Zn2＋与S2－之间的最短距离为a pm，C错误；ZnS中Zn2＋的配位数为4，NaCl中Na＋的配位数为6，CsCl中Cs＋的配位数为8，则阳离子的配位数：ZnS17.(2023·成都高二树德中学校考)如图表示一个晶胞，该晶胞为正方体结构，图中粒子(原子、分子或离子)位于正方体的顶角和面心。下列有关说法不正确的是( )
A.该晶胞若为分子晶体或者金属晶体的一个晶胞时，与每个粒子距离最近且距离相等的粒子数均为12
B.若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目为4个，假设C原子半径为r，则晶胞边长为8r/
C.若这是一个不完整的CaF2晶胞，则图中所示实心球表示Ca2＋，而F－离子填充在顶角和最近的三个面心组成的8个正四面体空隙中，且F－离子配位数为8
D.若这是一个不完整的氯化钠晶胞，则图中粒子可均为钠离子，也可均为氯离子
答案 C
解析 由晶胞结构可知该粒子位于顶角和面心，以面心粒子为观察对象，每个粒子距离最近且距离相等的粒子数均为12，故A正确；金刚石晶胞中体对角线长为8r，则晶胞边长为8r/，故B正确；F－离子填充在顶角和最近的三个面心组成的8个正四面体空隙中，则F－离子配位数为4，故C错误；氯化钠晶胞中，钠离子周围有6个氯离子，氯离子周围有6个钠离子，则图中粒子可能为钠离子，也可能为氯离子，故D正确。
18.(2023·唐山高二期末)来海化物立方晶胞如图所示，以原子1为原点的坐标系中Ca的坐标参数为(，，)。下列说法正确的是( )
A.K＋的配位数为8
B.原子2的坐标参数为(，1，)
C.若以Ca2＋为顶角建立晶胞，则F－位于棱心位置
D.若晶胞参数为a pm，晶胞密度为 g·cm－3
答案 C
解析 由坐标参数可知Ca2＋在晶胞体心，则K＋在顶角，其周围最近的F－均在面心有12个，故K＋的配位数为12，故A错误；来海化物为立方晶胞，原子2与Ca的y、z相同，Ca的坐标参数为(，，)，则晶胞的棱长为1，原子2在面心上则x轴坐标为1，原子2的坐标参数为(1，，)，故B错误；晶胞中Ca2＋位于体心，离子个数为1个，F－位于面心，离子个数为6×＝3个，若以Ca2＋为顶角建立晶胞，晶胞中Ca2＋的离子个数为8÷8＝1个，则F－位于棱心位置，离子个数为12×＝3个，Ca2＋与F－的个数比没有变，所以若以Ca2＋为顶点建立晶胞，则F－位于棱心位置正确，故C正确；晶胞中K＋的个数为8×＝1个，晶胞的化学式为KCaF3，晶胞的质量m＝n×M＝×(40＋19×3＋39)g＝ g，若晶胞参数为a pm，体积V＝(a×10－10)3cm3，密度ρ＝＝g·cm－3＝ g·cm－3，故D错误。
19.下列说法不正确的是( )
A.石英是由硅原子和氧原子构成的共价晶体，每个原子的最外层都达到8电子稳定结构
B.Na2O是离子晶体，其溶于水生成NaOH的过程中既有离子键的断裂又有共价键的形成
C.现代科技已经能够拍到氢键的“照片”，直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键
D.NH5所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，是既具有离子键又具有共价键的离子化合物
答案 C
解析 石英的主要成分是SiO2，SiO2晶体中一个硅原子与四个氧原子形成4个共价键，一个氧原子与两个硅原子形成2个共价键，故每个原子的最外层都达到8电子稳定结构，A正确；Na2O是离子化合物，溶于水生成NaOH的过程中，Na2O中离子键断裂，生成NaOH时有共价键的形成，B正确；氢键不属于化学键，C错误；NH5可写作NH4H，其所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外层电子结构，铵盐中既有离子键又有共价键，属于离子化合物，D正确。
20.磷及其化合物在电池、催化剂等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷 石墨复合负极材料，其单层结构俯视图如图2所示。
根据图1和图2的信息，下列说法不正确的是( )
A.黑磷区中P—P的键能不完全相同
B.黑磷与石墨都属于混合型晶体
C.图2黑磷区中P原子的杂化方式为sp3，石墨区中C原子的杂化方式为sp2
D.石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子不共平面
答案 D
解析 据图可知黑磷区中P—P的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A正确；黑磷与石墨类似，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间由范德华力互相吸引，所以为混合型晶体，故B正确；黑磷晶体中六元环不是平面结构，P原子形成3个P—P，有1个孤电子对，价层电子对数为4，P原子采取sp3杂化；石墨中C原子的杂化方式为sp2杂化，故C正确；石墨中C原子为sp2杂化，所以与六元环中C原子相连的原子与六元环共面，所以石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子共平面，故D错误。
21.物质的结构决定性质，正确认识物质的结构，能充分理解掌握其性质。下列说法正确的是( )
A.键能：N—N>P—P、N—H>P—H，因此N2H4的沸点大于P2H4的沸点
B.熔点：SiCl4C.1 mol 氨硼烷(NH3BH3)中σ键数是6NA
D.PCl5和PBr5在熔融时的阴离子分别为[PCl6]－和Br－，存在差异的原因是Br－半径大
答案 D
解析 N2H4与P2H4均为分子晶体，沸点与共价键强弱无关，N2H4的沸点大于P2H4的沸点是因为N2H4分子间存在氢键，故A错误；SiO2为共价晶体，沸点最高，SiCl4和SiF4均为分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，故沸点：SiCl4>SiF4，故B错误；1个氨硼烷(NH3BH3)中含有7个σ键，故C正确；Br－核外有4个电子层，半径比Cl－大，故P原子周围没有足够的空间容纳6个Br－，则无法形成[PBr6]－，故D正确。
22.(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了______________；二氧化硅熔化，粒子间克服了__________；碘升华，粒子间克服了__________。三种晶体的熔点由高到低的顺序是____________(用化学式表示)。
(2)下列六种晶体：①CO2②NaCl③Na④Si⑤CS2⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为__________________(用序号表示)。
(3)A、B、C、D为四种不同类型的晶体，性质如下：A固态时能导电，能溶于盐酸；B能溶于CS2，不溶于水；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水；D固态、液态时均不导电，熔点为3 500 ℃。
试推断它们的晶体类型：A._____________；B.____________；C.____________；D._____________ _。
答案 (1)离子键 共价键 分子间作用力 SiO2>KClO3>I2
(2)①⑤③②④⑥ (3)金属晶体 分子晶体 离子晶体 共价晶体
解析 (1)氯酸钾是离子晶体，熔化时需要克服离子键；二氧化硅是共价晶体，熔化时需要克服共价键；碘为分子晶体，碘升华时需克服的是分子间作用力。共价晶体的熔点最高，其次是离子晶体；由于分子间作用力与化学键相比要弱得多，所以碘的熔点最低。(2)先把六种晶体分类。共价晶体：④⑥；离子晶体：②；金属晶体：③；分子晶体：①⑤。由于C原子半径小于Si原子半径，所以金刚石的熔点高于晶体硅；CO2和CS2同属于分子晶体，二者组成与结构相似，熔点高低取决于相对分子质量大小，故CS2的熔点高于CO2；Na在通常状况下是固态，而CS2是液态，CO2是气态，所以Na的熔点高于CS2和CO2。综上所述，熔点从低到高的顺序为①⑤③②④⑥。(3)A固态时能导电，能溶于盐酸，属于金属晶体；B能溶于CS2，不溶于水，属于分子晶体；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水，属于离子晶体；D固态、液态时均不导电，熔点为3 500 ℃，属于共价晶体。
23.卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)氟原子激发态的电子排布式有________(填标号)。
A.1s22s22p43s1
B.1s22s22p43d2
C.1s22s22p5
(2)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为________；OF2分子的空间构型为________；OF2的熔、沸点低于Cl2O，原因是__________________________________________。
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中，氮原子的杂化类型为sp2，则N2F2的结构式为________。
(4)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为________pm。
(5)NiO晶体与NaCl晶体结构相似。
①设阿伏加德罗常数的值为NA，距离最近的两个Ni2＋间距为a pm，NiO的摩尔质量为M g/mol，则NiO晶体的密度为____________g/cm3(列出计算式)。
②晶体普遍存在各种缺陷。某种NiO晶体中存在如图所示的缺陷：当一个Ni2＋空缺，会有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，但晶体仍呈电中性。经测定某氧化镍样品中Ni3＋与Ni2＋的离子数之比为6∶91。若该晶体的化学式为NixO，则x＝____________。
答案 (1)A
(2)F>O>Cl V形 OF2和Cl2O是结构相似的分子晶体，Cl2O的相对分子量大于OF2，分子间作用力大于OF2
(3)F—N===N—F
(4)Ca2＋ a
(5)①×1030 ②0.97
解析 (1)F原子核外共有9个电子，基态F原子核外电子排布式1s22s22p5，A选项所示微粒为F原子核外2p能级的1个电子激发到3s能级，B选项所示微粒含10个电子，不是氟原子，C选项为基态F原子核外电子排布式，所以符合题意的是A；(2)O、F为同周期元素，随原子序数递增电负性增大，电负性F>O，F、Cl为同一主族，随原子序数递增，非金属性减弱，电负性F>Cl，O、Cl组成的化合物Cl2O，O显负价，即共用电子对偏向O，O的电负性大Cl，所以电负性：F>O>Cl。OF2中氧原子价层电子对数为4，有2个孤电子对，故分子的空间构型为V形。OF2和Cl2O是结构相似的分子晶体，OF2的相对分子量小于Cl2O，范德华力小于Cl2O，所以OF2的熔、沸点低于Cl2O。(3)氮原子的杂化类型为sp2，每个氮原子有1对孤电子对，N与F之间应存在1条σ键，N与N之间应为双键，故N2F2的结构式为：F—N===N—F。(4)根据均摊法计算，由晶胞结构示意图可知X位于晶胞的8顶角和6个面心，所以每个晶胞中含有的X的个数是8×＋6×＝4，有8个Y位于晶胞的内部，所以每个晶胞中含有的Y的个数是8，X和Y的个数比为1∶2，根据CaF2的化学式可知X表示Ca2＋、Y表示F－。已知晶胞边长a pm，由晶胞结构示意图可知，正负离子的最小核间距为晶胞体对角线长的，即a pm。(5)①NiO晶体与NaCl晶体结构相似，1个晶胞中含有4个Ni2＋，4个O2－，距离最近的两个Ni2＋间距为a pm，因为距离最近的两个Ni2＋位于顶角和面心，为面对角线的一半，则晶胞边长为a pm，即a×10－10cm，则1个晶胞体积为(a×10－10cm)3，1个晶胞质量为g＝g，密度ρ＝＝＝×1030g/cm3；②样品中Ni3＋与Ni2＋的离子数之比为6∶91，则含Ni3＋为，含Ni2＋为，根据晶体呈电中性，×3＋×2＋(－2)＝0，解得x＝0.97。基础课时17 离子晶体 过渡晶体与混合晶体
学习目标 1.知道离子晶体的概念。认识离子晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。2.借助氯化钠、氯化铯等晶体模型认识离子晶体的结构特点及物理性质。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
一、离子晶体
(一)知识梳理
1.离子晶体的概念及成键微粒
(1)概念:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)构成微粒: 和 ,有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒间的作用力:主要是 。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等离子晶体中还存在 、 等。
2.典型离子晶体的结构特征
化学式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中离子数目 Na+: ; Cl-: Cs+: ; Cl-:
阳离子的配位数 6 8
阴离子的配位数 6 8
3.离子晶体的性质
熔点 硬度 导电性
不导电,但在 或 时导电
(二)互动探究
离子化合物在我们周围比比皆是。常温下,许多离子化合物都是以晶体形态存在的。
【问题讨论】
问题1 含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗 有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗
问题2 离子晶体中一定含有金属元素吗 由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗
问题3 离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗
【探究归纳】
1.离子晶体的判断
判断一种物质是不是离子晶体,我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质,金属元素(特别是活泼的金属元素,ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电,大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
2.离子晶体微粒之间的作用力是离子键,离子键没有方向性和饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知,在离子晶体中阴、阳离子半径越小,所带电荷数越多,离子键越强。
3.离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比,而不是表示其分子组成。
1.有关离子晶体的下列说法中不正确的是 ( )
A.离子晶体在熔融状态时都能导电
B.离子晶体具有较高的熔、沸点,较大的硬度
C.离子晶体中阴、阳离子个数比为1∶1
D.氯化钠溶于水时离子键被破坏
2.下列性质适合于离子晶体的是 ( )
①熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电
②熔点10.31 ℃,液态不导电,水溶液能导电
③能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g/cm3
⑤熔点-218 ℃,难溶于水
⑥熔点3 900 ℃,硬度很大,不导电
⑦难溶于水,固体时导电,升温时导电能力减弱
⑧难溶于水,熔点高,固体不导电,熔化时导电
A.①⑧ B.②③⑥
C.①④⑦ D.②⑤
3.在离子晶体中,阴、阳离子按一定的规律进行排列,如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中,阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构,它们可以看作是不等径的刚性圆球,并彼此相切,如图乙。已知a为常数。
(1)在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引 个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着 个Na+,在NaCl晶胞中含有 个Na+、 个Cl-,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相等的Na+共有 个。
(2)Na+半径与Cl-半径之比为 (已知=1.414)。
(3)若a=5.6×10-8 cm,NaCl晶体的密度为 (已知5.63=175.6,NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1)。
4.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 。
二、过渡晶体与混合晶体
(一)知识梳理
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体是指: 、 、 和 。
(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。
①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
从上表可知,表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的 ,也不是纯粹的 ,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之间的 。
② 离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样, 共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶体
(1)晶体模型
(2)结构特点——层状结构
①同层内碳原子采取sp2杂化,以共价键(σ键)结合,形成平面六元并环结构。
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3,有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面。
(3)晶体类型:石墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合型晶体。
(4)性质:熔点很高、质软、易导电等。
(二)问题探究
问题1 碳元素形成的单质种类繁多,如金刚石、C60、C70、C76、石墨等,根据学过的知识,思考它们分别属于哪种晶体类型
问题2 石墨具有质软的性质,可以制作铅笔芯,如何解释
问题3 同样是由碳原子构成的石墨的熔点为什么比金刚石的还高
问题4 石墨表现出类似金属的导电性质,请结合其结构作出解释。
【探究归纳】 石墨的性质
(1)导电性、导热性:石墨晶体中,形成大π键的电子可以在整个碳原子平面中运动,比较自由,相当于金属中的自由电子,所以石墨能导电、导热,并且沿层的平行方向导电性强,这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性:石墨层间作用力为范德华力,结合力弱,层与层间可以相对滑动,使之具有润滑性,因而可以作润滑剂、铅笔芯等。
1.下列关于过渡晶体的说法正确的是 ( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
2.已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是 ( )
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝,黄色晶体,熔点2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝,无色晶体,易溶于水,熔融状态下不导电 共价晶体
C 硼:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,不溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁,沸点316 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
3.碳元素的单质有多种形式,如图所示,依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 、 。
(3)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。
(4)石墨晶体中,层内C—C键的键长为142 pm,而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的 共价键,而石墨层内的C—C间不仅存在 共价键,还有 键。
【题后归纳】 判断晶体类型的方法
(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断
如低熔、沸点的化合物为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。
(2)根据物质的类别判断
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)是分子晶体。常见的共价晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;常见的共价晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注:汞在常温下为液体)与合金是金属晶体。
:课后完成 第三章 基础课时17(共83张PPT)
基础课时 离子晶体
过渡晶体与混合晶体
17
第三章
晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
1.知道离子晶体的概念。认识离子晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。
2.借助氯化钠、氯化铯等晶体模型认识离子晶体的结构特点及物理性质。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
学习目标
一、离子晶体
二、过渡晶体与混合晶体
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、离子晶体
对点训练
(一)知识梳理
1.离子晶体的概念及成键微粒
(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)构成微粒：________和________，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒间的作用力：主要是________。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等离子晶体中还存在________、______等。
阴离子
阳离子
离子键
共价键
氢键
2.典型离子晶体的结构特征
化学式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中离子数目 Na＋：____；Cl－：____ Cs＋：____；Cl－：____
阳离子的配位数 6 8
阴离子的配位数 6 8
4
4
1
1
3.离子晶体的性质
熔点 硬度 导电性
不导电，但在__________或________时导电
较大
熔融状态
溶于水
较高
(二)互动探究
离子化合物在我们周围比比皆是。常温下，许多离子化合物都是以晶体形态存在的。
【问题讨论】
问题1 含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
提示 不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
问题2 离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
提示 不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
问题3 离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？
提示 不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
【探究归纳】
1.离子晶体的判断
判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
2.离子晶体微粒之间的作用力是离子键，离子键没有方向性和饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
3.离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
1.有关离子晶体的下列说法中不正确的是( )
A.离子晶体在熔融状态时都能导电
B.离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度
C.离子晶体中阴、阳离子个数比为1∶1
D.氯化钠溶于水时离子键被破坏
解析 在熔融状态下，离子晶体中存在自由移动的离子，故能导电，A项正确；离子晶体具有较高的熔、沸点和较大的硬度，B项正确；离子晶体中阴、阳离子个数比各不相同，C项不正确；氯化钠溶于水时，电离成自由移动的阴、阳离子，离子键被破坏，D项正确。
C
2.下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3
⑤熔点－218 ℃，难溶于水
⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤
A
解析 离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3 900 ℃，硬度很大，应是共价晶体。故只有①⑧符合题意。
3.在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。
(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、__________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。
6
6
4
4
12
0.414∶1
2.2 g·cm－3
4.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____________。
6
12
8
8
二、过渡晶体与混合晶体
对点训练
(一)知识梳理
1.过渡晶体
(1)四类典型的晶体是指：__________、_________、_________和_________。
(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。
①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
从上表可知，表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的________，也不是纯粹的________，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的__________。
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
离子键
共价键
过渡晶体
②______离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，______共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。
偏向
偏向
2.混合型晶体
(1)晶体模型
(2)结构特点——层状结构
①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。
(4)性质：熔点很高、质软、易导电等。
(二)问题探究
问题1 碳元素形成的单质种类繁多，如金刚石、C60、C70、C76、石墨等，根据学过的知识，思考它们分别属于哪种晶体类型？
提示 金刚石属于共价晶体，C60、C70、C76属于分子晶体，石墨属于混合型晶体。
问题2 石墨具有质软的性质，可以制作铅笔芯，如何解释？
提示 石墨是层状结构，层与层之间相隔较远，只存在范德华力，作用相对较弱，所以表现为质软、易滑动。
问题3 同样是由碳原子构成的石墨的熔点为什么比金刚石的还高？
提示 石墨中，同一层内碳原子之间以共价键结合，每一个碳原子与周围三个碳原子形成3个共价键，并且在层内形成大π键，使原子之间离得更近，键长变短，键能增大，所以熔点较高。
问题4 石墨表现出类似金属的导电性质，请结合其结构作出解释。
提示 石墨中，所有的p轨道相互平行而且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以表现出良好的导电性。
【探究归纳】 石墨的性质
(1)导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个碳原子平面中运动，比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性：石墨层间作用力为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性，因而可以作润滑剂、铅笔芯等。
1.下列关于过渡晶体的说法正确的是( )
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
解析 石墨属于混合型晶体，A项错误；SiO2属于过渡晶体，但一般按共价晶体来处理，B项正确；大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体，而是过渡晶体，C项错误；Na2O晶体中离子键的百分数为62%，D项错误。
B
2.已知下列晶体的部分性质，其晶体类型判断正确的是( )
D
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝，黄色晶体，熔点2 100 ℃，熔融状态下不导电，晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝，无色晶体，易溶于水，熔融状态下不导电 共价晶体
C 硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大，不溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁，沸点316 ℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
解析 由碳化铝的熔点为2 200 ℃，熔融状态下不导电可知，应为共价晶体，A错误；由溴化铝易溶于水、熔融状态下不导电可知，其具有分子晶体的性质，应属于分子晶体，B错误；由硼的熔沸点、硬度大，不溶于常见溶剂可知，应属于共价晶体，C错误；由三氯化铁的沸点较低，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂可知，其具有分子晶体的性质，应属于分子晶体，D正确。
3.碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____________、____________。
同素异形体
sp3
sp2
解析 (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。
(3)C60属于____________晶体，石墨属于____________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的____________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在_______共价键，还有______________________键。
分子
混合
σ
σ
π(或大π或p－p π)
解析 (3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。
【题后归纳】 判断晶体类型的方法
(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断
如低熔、沸点的化合物为分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的物质为共价晶体；晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。
(2)根据物质的类别判断
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)是分子晶体。常见的共价晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的共价晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注：汞在常温下为液体)与合金是金属晶体。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)离子晶体
1.下列有关离子晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B.离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C.离子晶体中不可能含有共价键
D.离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
B
解析 离子晶体中不一定含有金属元素，含有金属元素的化合物不一定是离子晶体，A错误；含有离子键的化合物一定是离子晶体，离子晶体中一定含有离子键，B正确；离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错误；离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，不属于化学变化，如氯化钠晶体熔化，D错误。
2.离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用，静电作用大则熔点高，静电作用小则熔点低。试根据学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl D.CaO>BaO>KCl>NaCl
解析 离子晶体中，离子键越强，熔、沸点越高，而离子所带电荷数越多，半径越小，离子键越强。Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷，Na＋、Cl－、K＋都带1个电荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl，C正确。
C
3.已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g/cm3，下列说法中正确的是( )
D
4.下列数据是对应物质的熔点表，有关的判断正确的是( )
A.只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体
B.在共价化合物分子中各原子都形成8电子结构
C.同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体
D.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
D
Na2O Na AlF3 AlCl3 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
920 ℃ 97.8 ℃ 1 291 ℃ 190 ℃ 2 073 ℃ －107 ℃ －57 ℃ 1 723 ℃
解析 金属晶体由金属阳离子和电子构成，是金属晶体，不是离子晶体，所以含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，选项A错误；共价化合物分子中各原子最外层电子不一定为8电子结构，有H、B的共价化合物中H和B不能满足最外层8电子稳定结构，如HCl、BCl3等，选项B错误；C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同，CO2属于分子晶体，SiO2属于共价晶体，所以同族元素的氧化物可能形成不同类型的晶体，选项C错误；如表中数据可知，Na的熔点比AlCl3低，AlCl3属于分子晶体，所以金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高，选项D正确。
5.如图所示是从NaCl或CsCl的晶胞结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶胞中分割出来的结构图是( )
A.图(1)和(3) B.图(2)和(3) C.图(1)和(4) D.只有图(4)
解析 NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图，C项正确。
C
(二)过渡晶体与混合晶体
6.石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是( )
①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合晶体；③石墨中的C为sp2杂化；
④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2
A.全对 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
C
解析 ①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还有一种是金属键；②正确；③正确，石墨中的C为sp2杂化；④不正确，石墨熔点比金刚石高；⑤不正确，石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3；⑥不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑦正确；⑧正确，每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3＝2。
7.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为( )
A.8 B.12 C.24 D.60
A
8.某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
根据这些数据分析，属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2 D.全部
B
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
解析 由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确。
9.NaCl是重要的化工原料，回答下列问题。
(1)Na元素的焰色试验呈____________色。Na原子的价电子被激发到相邻高能级后形成激发态Na原子，其价层电子的轨道表示式为____________。
(2)KBr具有NaCl型的晶体结构，但其熔点比NaCl的低，原因是______________________________________________________。
黄
K＋的半径大于Na＋，Br－半径大于Cl－，KBr中离子键较弱
(3)NaCl晶体在50～300 GPa的高压下和Cl2反应，可以形成一种晶体，其立方晶胞如图所示(大球为Cl，小球为Na，晶胞上每个面上均含有2个Cl原子)。
4
(三)几种晶体类型的比较
10.碳元素和硅元素为同一主族元素但他们的氧化物性质差异很大,冰晶胞中水分子的排列方式和金刚石的晶胞类似,下列关于这四种晶胞的说法正确的是( )
D
A.一个干冰晶胞中有4个CO2分子，一个SiO2晶胞中有8个SiO2分子
B.干冰中一个CO2分子周围有6个CO2分子紧邻
C.冰和金刚石熔、沸点都很高,熔化时均破坏共价键
D.冰中水分子之间由于氢键的存在，使其结构与金刚石相似
11.下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是( )
A.NH3、CH4、NaCl、Na
B.H2O、H2S、MgSO4、SO2
C.CH4、H2O、NaCl、SiO2
D.Li、Na、K、Rb、Cs
解析 C项中SiO2是共价晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。
C
12.下列数据是对应物质的熔点(℃)：
据此做出的下列判断错误的是( )
A.铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
B
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
解析 由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正确；表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C正确；硅和铝不同主族，但对应的氧化物都为共价晶体，说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体，故D正确。
13.新型材料B4C可用于制作切削工具和高温热交换器。下列关于B4C的推断正确的是( )
A.B4C是一种分子晶体
B.B4C是该物质的分子式
C.B4C是一种共价晶体
D.B4C易溶于有机溶剂
C
B级 素养培优练
14.泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na＋和I－两核间距为1.0～1.5 nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A.NaI晶体是过渡晶体B.离子晶体可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D.共价键和离子键有明显的界线
解析 化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键，共价键和离子键没有明显的界线，因此A正确。
A
D
16.几种离子晶体的晶胞如图所示，下列说法正确的是( )
D
17.(2023·成都高二树德中学校考)如图表示一个晶胞，该晶胞为正方体结构，图中粒子(原子、分子或离子)位于正方体的顶角和面心。下列有关说法不正确的是( )
A.该晶胞若为分子晶体或者金属晶体的一个晶胞时，
与每个粒子距离最近且距离相等的粒子数均为12
B.若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目为4个，假设C原子半径为r，则晶胞边长为
C.若这是一个不完整的CaF2晶胞，则图中所示实心球表示Ca2＋，而F－离子填充在顶角和最近的三个面心组成的8个正四面体空隙中，且F－离子配位数为8
D.若这是一个不完整的氯化钠晶胞,则图中粒子可均为钠离子,也可均为氯离子
C
C
19.下列说法不正确的是( )
A.石英是由硅原子和氧原子构成的共价晶体，每个原子的最外层都达到8电子稳定结构
B.Na2O是离子晶体，其溶于水生成NaOH的过程中既有离子键的断裂又有共价键的形成
C.现代科技已经能够拍到氢键的“照片”，直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键
D.NH5所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，是既具有离子键又具有共价键的离子化合物
C
解析 石英的主要成分是SiO2，SiO2晶体中一个硅原子与四个氧原子形成4个共价键，一个氧原子与两个硅原子形成2个共价键，故每个原子的最外层都达到8电子稳定结构，A正确；Na2O是离子化合物，溶于水生成NaOH的过程中，Na2O中离子键断裂，生成NaOH时有共价键的形成，B正确；氢键不属于化学键，C错误；NH5可写作NH4H，其所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外层电子结构，铵盐中既有离子键又有共价键，属于离子化合物，D正确。
20.磷及其化合物在电池、催化剂等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷 石墨复合负极材料，其单层结构俯视图如图2所示。
根据图1和图2的信息，下列说法不正确的是( )
A.黑磷区中P—P的键能不完全相同
B.黑磷与石墨都属于混合型晶体
C.图2黑磷区中P原子的杂化方式为sp3，石墨区中C原子的杂化方式为sp2
D.石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子不共平面
D
解析 据图可知黑磷区中P—P的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A正确；黑磷与石墨类似，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间由范德华力互相吸引，所以为混合型晶体，故B正确；黑磷晶体中六元环不是平面结构，P原子形成3个P—P，有1个孤电子对，价层电子对数为4，P原子采取sp3杂化；石墨中C原子的杂化方式为sp2杂化，故C正确；石墨中C原子为sp2杂化，所以与六元环中C原子相连的原子与六元环共面，所以石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子共平面，故D错误。
21.物质的结构决定性质，正确认识物质的结构，能充分理解掌握其性质。下列说法正确的是( )
A.键能：N—N>P—P、N—H>P—H，因此N2H4的沸点大于P2H4的沸点
B.熔点：SiCl4C.1 mol 氨硼烷(NH3BH3)中σ键数是6NA
D.PCl5和PBr5在熔融时的阴离子分别为[PCl6]－和Br－，存在差异的原因是Br－半径大
D
解析 N2H4与P2H4均为分子晶体，沸点与共价键强弱无关，N2H4的沸点大于P2H4的沸点是因为N2H4分子间存在氢键，故A错误；SiO2为共价晶体，沸点最高，SiCl4和SiF4均为分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，故沸点：SiCl4>SiF4，故B错误；1个氨硼烷(NH3BH3)中含有7个σ键，故C正确；Br－核外有4个电子层，半径比Cl－大，故P原子周围没有足够的空间容纳6个Br－，则无法形成[PBr6]－，故D正确。
22.(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了______________；二氧化硅熔化，粒子间克服了__________；碘升华，粒子间克服了_______________。三种晶体的熔点由高到低的顺序是________________(用化学式表示)。
(2)下列六种晶体：①CO2②NaCl③Na④Si⑤CS2⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为__________________(用序号表示)。
(3)A、B、C、D为四种不同类型的晶体，性质如下：A固态时能导电，能溶于盐酸；B能溶于CS2，不溶于水；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水；D固态、液态时均不导电，熔点为3 500 ℃。
试推断它们的晶体类型：A._____________；B.____________；C.____________；D._____________ _。
离子键
共价键
分子间作用力
SiO2>KClO3>I2
①⑤③②④⑥
金属晶体
分子晶体
离子晶体
共价晶体
解析 (1)氯酸钾是离子晶体，熔化时需要克服离子键；二氧化硅是共价晶体，熔化时需要克服共价键；碘为分子晶体，碘升华时需克服的是分子间作用力。共价晶体的熔点最高，其次是离子晶体；由于分子间作用力与化学键相比要弱得多，所以碘的熔点最低。(2)先把六种晶体分类。共价晶体：④⑥；离子晶体：②；金属晶体：③；分子晶体：①⑤。由于C原子半径小于Si原子半径，所以金刚石的熔点高于晶体硅；CO2和CS2同属于分子晶体，二者组成与结构相似，熔点高低取决于相对分子质量大小，故CS2的熔点高于CO2；Na在通常状况下是固态，而CS2是液态，CO2是气态，所以Na的熔点高于CS2和CO2。综上所述，熔点从低到高的顺序为①⑤③②④⑥。(3)A固态时能导电，能溶于盐酸，属于金属晶体；B能溶于CS2，不溶于水，属于分子晶体；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水，属于离子晶体；D固态、液态时均不导电，熔点为3 500 ℃，属于共价晶体。
4
23.卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)氟原子激发态的电子排布式有________(填标号)。
A.1s22s22p43s1 B.1s22s22p43d2 C.1s22s22p5
(2)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为________；OF2分子的空间构型为________；OF2的熔、沸点低于Cl2O，原因是_____________________________
____________________________________________________________。
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中，氮原子的杂化类型为sp2，则N2F2的结构式为______________。
A
F>O>Cl
V形
OF2和Cl2O是结构相似的分子晶
体，Cl2O的相对分子量大于OF2，分子间作用力大于OF2
F—N===N—F
解析 (1)F原子核外共有9个电子，基态F原子核外电子排布式1s22s22p5，A选项所示微粒为F原子核外2p能级的1个电子激发到3s能级，B选项所示微粒含10个电子，不是氟原子，C选项为基态F原子核外电子排布式，所以符合题意的是A；(2)O、F为同周期元素，随原子序数递增电负性增大，电负性F>O，F、Cl为同一主族，随原子序数递增，非金属性减弱，电负性F>Cl，O、Cl组成的化合物Cl2O，O显负价，即共用电子对偏向O，O的电负性大Cl，所以电负性：F>O>Cl。OF2中氧原子价层电子对数为4，有2个孤电子对，故分子的空间构型为V形。OF2和Cl2O是结构相似的分子晶体，OF2的相对分子量小于Cl2O，范德华力小于Cl2O，所以OF2的熔、沸点低于Cl2O。(3)氮原子的杂化类型为sp2，每个氮原子有1对孤电子对，N与F之间应存在1条σ键，N与N之间应为双键，故N2F2的结构式为：F—N===N—F。
(4)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为________pm。
Ca2＋
(5)NiO晶体与NaCl晶体结构相似。
①设阿伏加德罗常数的值为NA，距离最近的两个Ni2＋间距为a pm，NiO的摩尔
质量为M g/mol，则NiO晶体的密度为____________g/cm3(列出计算式)。
②晶体普遍存在各种缺陷。某种NiO晶体中存在如图所示的缺陷：当一个Ni2＋空缺，会有两个Ni2＋被两个Ni3＋所取代，但晶体仍呈电中性。经测定某氧化镍样品中Ni3＋与Ni2＋的离子数之比为6∶91。若该晶体的化学式为NixO，则x＝____________。
0.97
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