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(共34张PPT)
第1课时　分子晶体
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解分子晶体的概念。
2．理解分子晶体的结构特点。
3．学会分析典型分子晶体的性质。
4．了解氢键对物质性质的影响。
图说考点
必备基础
1.分子晶体的结构特点
(1)构成微粒及作用力
分子晶体
(2)堆积方式
分子间作用力 堆积方式 实例
范德华力 分子采用________ 如C60、干冰、I2、O2
范德华力、________ 分子不采用________ 如HF、NH3、冰
分子
分子间作用力
密堆积
氢键
密堆积
2.分子晶体与物质的类别
物质种类 实　例
所有____________ H2O、NH3、CH4等
部分____________ 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分____________ CO2、P4O10、SO2、P4O6等
几乎所有的______ HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数________ 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
非金属氢化物
非金属单质
非金属氧化物
酸
有机物
3.两种典型的分子晶体的组成和结构
干冰的结构模型(晶胞) 冰的结构模型
(1)干冰
①每个晶胞中有______个CO2分子，______个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为______个。
(2)冰
①水分子之间的作用力有______________，但主要是______。
②由于________的方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的________个相邻的水分子相互吸引。
4
12
12
范德华力和氢键
氢键
氢键
4
4．分子晶体的物理性质
(1)一般熔、沸点________，硬度________，易挥发，易升华。原因：________________。
(2)分子晶体固态和熔融态一般不导电。原因：__________________。但有的在水溶液中能导电，有的不能导电。
(3)溶解性：分子晶体的溶解性一般遵循“相似相溶”原理，即非极性溶质易溶于________溶剂，极性溶质易溶于________溶剂。
较低
较小
分子间作用力较弱
没有自由移动的带电粒子
非极性
极性
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力。(　　)
(2)酸性氧化物都属于分子晶体。(　　)
(3)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。(　　)
(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。(　　)
(5)分子晶体都采用分子密堆积，每个分子周围通常有12个紧邻的分子。(　　)
(6)水在4 ℃时密度最大，是因为此时水分子间形成的氢键最多。(　　)
×
×
√
×
×
×
2．下列有关分子晶体的说法中一定正确的是(　　)
A．分子内均存在共价键
B．分子间一定存在范德华力
C.分子间一定存在氢键
D．其结构一定为分子密堆积
答案：B
解析：稀有气体分子形成的晶体中，不存在由多个原子构成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，故A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的氮、氧、氟原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B项正确，C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D项错误。
3．干冰和二氧化硅晶体同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是(　　)
A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量
B．C—O键键能比Si—O键键能小
C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体
D．干冰易升华，二氧化硅不能
答案：C
解析：干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏化学键，所以熔点较高。
4．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________CS2
②NH3________PH3
③O3________O2
④Ne________Ar
⑤CH3CH2OH________CH3OH
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是______________________________________________ _________________。
<
>
>
<
>
分子
在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物
解析：(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。
(2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。
核心素养
提升点　分子晶体的结构与性质
例 (1)如图为干冰的晶体结构示意图。
通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有________个，将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分
子的距离为________pm。
12
a
解析：(1)观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，离顶角的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a pm。每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2共有12个。
(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有________，由于其主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只能有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶角。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________(填“较大”或“较小”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。
氢键
范德华力
方向
4
四面体
较小
小
解析：在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率小，密度较小。
状元随笔　氢键有方向性，空间利用率低，配位数小于12。
[提升]　(1)下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是(　　)
A.NH3、HD、C10H18
B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、C60、P2O5
D．CCl4、Na2S、H2O2
HD不是化合物
答案：B
解析：分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体，但为单质，故A错误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且均属于化合物，故B正确；C60属于分子晶体，但为单质，故C错误；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体，故D错误。
(2)SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推测，其中不正确的是(　　)
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温常压下SiCl4是气体
C．SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4
答案：B
解析：SiCl4与CCl4结构相似，则SiCl4是分子晶体，A正确；SiCl4与CCl4结构相似，二者均为分子晶体，分子晶体的熔、沸点与相对分子质量有关，对于组成相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，故SiCl4的熔、沸点高于CCl4，而常温常压下CCl4为液体，故常温常压下SiCl4不可能为气体，B错误，D正确；CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子，C正确。
状元随笔　(1)分子晶体熔、沸点主要取决于分子间作用力大小。
(2)常见的典型的分子晶体
①所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；
②部分非金属单质，如卤素(X2)、O2、S8、P4、C60等；
③部分非金属氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；
④几乎所有的酸；
⑤绝大多数有机物的晶体。
【关键能力】
分子晶体的结构与性质
1．分子晶体的结构特征
项目 分子非密堆积 分子密堆积
微粒间作用力 范德华力和氢键 范德华力
空间特点 每个分子周围紧邻的分子数小于12，空间利用率不高 通常每个分子周围有12个紧邻的分子
举例 HF、NH3、冰 C60、干冰、I2、O2
2．两种典型的分子晶胞
(1)干冰型　堆积特征：分子密堆积。
(2)冰型　堆积特征：四面体型。
3．分子晶体物理性质特征
分子晶体具有熔、沸点较低、硬度较小、固态和熔融状态均不导电等物理特性。
状元随笔　分子晶体熔、沸点规律
(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。
(2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。
(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。
(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
素养形成
1.常温下硫单质主要以S8形式存在，加热时S8会转化为S6、S4、S2等，当蒸气温度达到750 ℃时主要以S2形式存在，下列说法正确的是(　　)
A．S8转化为S6、S4、S2属于物理变化
B．不论哪种硫分子，完全燃烧时都生成SO2
C．单质硫为共价晶体
D．把硫单质在空气中加热到750 ℃即得S2
答案：B
解析：S8、S6、S4、S2属于不同的分子，它们之间的转化为化学变化；常温条件下单质硫为分子晶体；硫单质在空气中加热到750 ℃时被氧化，生成硫的氧化物，得不到S2。
2．下列晶体性质的比较中，正确的是(　　)
A．熔点：单质硫>磷>晶体硅
B．沸点：NH3>H2O>HF
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
答案：D
解析：硫与磷是分子晶体，晶体硅是共价晶体，其中晶体硅的熔点远高于硫与磷的熔点，A项错误；氟化氢、水、氨都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种物质之中都存在氢键，且水分子间氢键最强，氨分子间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。
3．如图是某无机化合物的二聚分子，该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子的稳定结构。下列说法不正确的是(　　)
A．该化合物的化学式是Al2Cl6
B．该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电
C．该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键
答案：B
解析：由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外层都达到8电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A项正确；因是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，B项错误，C项正确；该化合物中不含离子键，只含极性共价键，D项正确。
4．下列说法中正确的是(　　)
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
答案：D
解析：C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl为共价化合物，不存在离子键。
5．观察下表中的信息进行判断，下列说法错误的是(　　)
A.HCN的结构式为H—C≡N
B．固态S8属于分子晶体
C．SF6是由极性键构成的非极性分子
D．冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
物质 HCN S8
结构模型示意图 分子中存在共价三键
易溶于CS2
物质 SF6 冰晶体
结构模型示意图
答案：D
解析：由HCN的分子结构模型为直线形和分子结构中存在共价三键可知，其结构式为H—C≡N，A正确；固态S8晶体中存在的微粒是S8分子，故为分子晶体，B正确；由SF6分子的结构模型可知，分子结构对称，则正、负电荷的中心重合，为非极性分子，C正确；由于氢键具有方向性，使冰晶体中水分子之间的空隙较大，当冰晶体融化时，部分氢键被破坏，水分子之间的空隙减小，D错误。(共39张PPT)
第2课时　共价晶体
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解共价晶体的概念。
2．理解共价晶体的结构特点。
3．学会分析典型共价分子的性质。
图说考点
必备基础
1.共价晶体的结构特点
(1)构成微粒及作用力
共价晶体
(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键________结构，不存在________的小分子，是一个“巨分子”，又称________晶体。
2．共价晶体与物质的类别
物质种类 实例
某些___________ 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些___________ 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
某些___________ 二氧化硅(SiO2)等
原子
共价键
网状
单个
共价
非金属单质
非金属化合物
氧化物
3.典型共价晶体
(1)金刚石
①碳原子采取________杂化，C—C—C夹角为________。
②每个碳原子与周围紧邻的________个碳原子以共价键结合成________结构，向空间伸展形成空间网状结构。
③最小碳环由________个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。
(2)SiO2
①低温石英有顶角相连的__________形成螺旋上升的长链，决定了它具有________，被广泛用作压电材料。
②有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、单晶硅、________、芯片和________的原料。
sp3
109°28′
4
正四面体
6
硅氧四面体
手性
硅光电池
光导纤维
4．共价晶体的熔、沸点
(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有________的熔点。
(2)结构相似的共价晶体，原子半径越________，键长越________，键能越________，晶体的熔点越________。
很高
小
短
大
高
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。(　　)
(2)共价晶体中不存在分子，所以SiO2 只表示原子个数比。(　　)
(3)以二氧化硅为主要成分的水晶和玛瑙均为共价晶体。(　　)
(4)共价晶体中每个原子周围尽可能结合更多的原子，大多数为12个。(　　)
×
√
×
×
2．下列关于共价晶体的说法不正确的是(　　)
A．共价晶体中的成键微粒是原子
B．共价晶体中原子之间全部以共价键结合
C．共价晶体均是化合物
D．共价晶体的熔、沸点都比较高
答案：C
解析：共价晶体可能是单质，如金刚石、晶体硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。
3．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是(　　)
A．C60和金刚石 B．晶体硅和水晶
C．冰和干冰 D．碘和金刚砂
答案：B
解析：氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。
4．下列排列顺序正确的是(　　)
A．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．熔点：SiC>Si>SiO2
C．沸点：SbH3>AsH3>PH3>NH3
D．硬度：白磷>冰>二氧化硅
答案：A
解析：碳原子半径小于Si原子半径，键长C—CSi—C>Si—Si，则硬度金刚石>碳化硅>晶体硅，A项正确。由于原子半径Si>C>O，键长Si—Si>Si—C>Si—O，键能Si—SiSiC>Si，B项错误。NH3形成分子间氢键，使其沸点高于PH3，C项错误。SiO2是共价晶体，其硬度最大；白磷和冰都是分子晶体，由于冰中存在分子间氢键，白磷中只有范德华力，故硬度二氧化硅>冰>白磷，D项错误。
5．氮化硅是化工行业已合成的一种硬度很大的晶体，若已知在此化合物中各元素均处于其最高或最低价态，据此推断：
(1)氮化硅的化学式可能是________。晶体中N和Si的杂化方式为________。
(2)氮化硅的晶体类型为________，该晶体中存在的作用力是______。氮化硅硬度大于单质硅，原因为________________________________ _______________。
(3)氮化硅可能具有的性质或特点有________。
①硬度大　②熔点高　③可以导电　④不存在单个分子　⑤具有空间网状结构
Si3N4
sp3杂化
共价晶体
共价键
N原子半径小于Si，所以N—Si 键长比Si—Si键长短，键能大
①②④⑤
解析：(1)因为N和Si分别要形成3个与4个共价键，所以氮化硅的化学式为Si3N4；二者的价层电子对数均为4，所以均采取sp3杂化。
(2)因为氮化硅的硬度极大，所以它属于共价晶体，晶体中存在的作用力是共价键，由于N原子半径比Si小，所以键长短，键能大，硬度大；
(3)Si3N4为共价晶体，其性质为硬度大熔点高，又因它是由原子以共价键形成的晶体，所以不存在单个分子，且为空间网状结构。选①②④⑤。
核心素养
提升点　分子晶体与共价晶体的比较
例 (1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
CO2分子晶体

12
4
解析：(1)题给CO2分子晶体的一部分，属面心立方结构。取任一顶点的CO2分子，则与之距离最近且等距的共用该顶点的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶点被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有：3×＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶点，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子为：8×＋6×＝4(个)；
(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得共价晶体干冰，其结构和性质与SiO2共价晶体相似，且比分子晶体干冰更稳定，下列说法正确的是________。
A．共价晶体干冰易升华，可用作制冷剂
B．共价晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．共价晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．共价晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
E.每摩尔共价晶体干冰中含有4 mol C—O键
(3)由分子晶体干冰转化为共价晶体干冰是_______(填“物理”或“化学”)变化，反应的ΔH________ (填“大于”或“小于”)0。
解析：(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断；(3)二者属于不同物质，所以转化属于化学变化。由于共价晶体干冰更稳定，故该转化为放热反应，ΔH<0。
BDE
化学
小于
状元随笔　能量越低越稳定；化学组成相同，结构不同，属于不同物质。
[提升]　C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是_______。SiC和晶体Si的熔、沸点高低顺序是_______。
(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。SiO2属于______晶体，干冰属于______晶体，所以熔点：干冰________(填“＜”“＝”或“＞”)SiO2。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、干冰、冰五种晶体的构成微粒分别是__________________________(填“原子”“分子”或“离子”)，熔化时克服的微粒间的作用力分别是____________________________ ____________，熔点由高到低的顺序为：________________________。
sp3
共价键
SiC>Si
共价
分子
＜
原子、原子、原子、分子、分子
共价键、共价键、共价键、分子间作用力、分子间作用力
金刚石、二氧化硅、硅、冰、干冰
解析：(1)晶体硅中1个硅原子与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以其杂化方式是sp3，SiC晶体结构与晶体硅相似，故C原子的杂化方式也是sp3；因为Si—C键的键长小于Si—Si键，所以熔、沸点：碳化硅＞晶体硅。(2)SiO2为共价晶体，干冰为分子晶体，所以熔点：SiO2＞干冰。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；干冰和冰为分子晶体，由分子构成，CO2分子以分子间作用力相结合。冰中水分子以范德华力和氢键相结合。
状元随笔　不同晶体熔点：共价晶体大于分子晶体；同类晶体熔点：共价晶体看半径，分子晶体看分子间作用力。
【关键能力】
共价晶体与分子晶体的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概念 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体
组成微粒 原子 分子
微粒间作用力 共价键 分子间作用力
熔、沸点 很高 较低
硬度 很大 较小
溶解性 不溶于大部分溶剂 部分溶于水
导电性 不导电，个别为半导体 不导电，部分溶于水后导电
熔化时破坏的作用力 共价键 分子间作用力
实例 金刚石 干冰
状元随笔　1.比较共价晶体和分子晶体熔、沸点遵循如下规律：
2．判断分子晶体和共价晶体的方法
(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断
组成共价晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键；组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是分子间作用力。
(2)依据物质的分类判断
常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；
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)都是分子晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔点更高，常在1 000 ℃至几千摄氏度；分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低温度。
(4)依据导电性判断
共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。
(5)依据硬度和机械性能判断
共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。
素养形成
1.下列说法中正确的是(　　)
A．组成共价晶体的原子比较小，范德华力大是共价晶体熔点高的主要原因
B．空间网状结构和键能大都是共价晶体硬度大的重要原因
C．空间网状结构和O—H键键能大都是冰硬度大的重要原因
D．冰中H2O分子的排布呈空间网状结构，冰是一种典型的共价晶体，硬度大
答案：B
2．结合下列各物质的性质，判断其固态属于共价晶体的是(　　)
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B.溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．氯化铝，无色晶体，溶于水中能导电
答案：A
解析：A对，碳化铝的熔点高，熔融态不导电，说明碳化铝属于共价晶体。B错，溴化铝的熔点低，熔融态不导电，则溴化铝属于分子晶体。C错，五氟化钒的熔点很低且易溶于乙醇、氯仿、丙酮等有机溶剂，则属于分子晶体。D错，氯化铝是共价化合物，溶于水发生电离而导电，则属于分子晶体。
3．20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳能以新的单质形态C60存在，该分子的空间结构呈球状。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90等另外一些球碳分子(如图所示)。下列说法错误的是(　　)
A．金刚石的熔点比C60高
B．C60的熔点比C90低
C．C60的分子间作用力比管状碳分子大
D．C80球状分子能够制造出来
答案：C
解析：C60和管状碳分子的晶体都是分子晶体，C60的相对分子质量比管状碳分子小，则C60的分子间作用力比管状碳分子小。C76球状分子和C84球状分子都已经存在，则C80球状分子能够制造出来。
4．下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　)
A．构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
B．构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高
C．构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大
D．构成共价晶体的原子的相对原子质量越大，晶体的硬度越大
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
答案：B
解析：共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。
5．硅及其化合物的用途非常广泛，根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题：
(1)基态硅原子的核外电子排布式为_____________。
(2)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献________个原子，晶体硅中Si—Si—Si之间的夹角大小约为________。
1s22s22p63s23p2
共价键
3
109°28′
解析：(1)硅为第三周期第ⅣA族元素，基态硅原子价电子排布式为3s23p2，故其核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(2)金刚石中碳原子采取sp3杂化，C—C—C之间的夹角为109°28′，金刚石晶胞内部有4个碳原子，每个顶点和面心各有1个碳原子，故金刚石晶胞中含碳原子个数为4＋8×＋6×＝8个，晶体硅与金刚石结构相似，故Si与Si原子之间以共价键相结合，Si—Si—Si之间夹角为109°28′，且晶胞中有8个硅原子，其中在面心位置贡献硅原子的有6×＝3个。
(3)下表列有三种物质(晶体)的熔点：
简要解释熔点产生差异的原因：
①SiO2和SiCl4：_____________________________________________ _______________________________________。
②SiCl4和SiF4：_____________________________________________ ___________________________________________________。
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1 710 －70.4 －90.2
SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4
SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4
解析：①SiO2与SiCl4晶体类型不同，前者为共价晶体，原子之间以共价键结合，共价键作用力强，后者为分子晶体，分子之间以范德华力结合，范德华力较弱，所以SiO2熔点高于SiCl4。
②SiF4和SiCl4晶体均为分子晶体，组成和结构均相似，相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4。
(4)SiC晶体结构与金刚石相似(如图所示)，其硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能。其中C原子的杂化方式为_______，微粒间存在的作用力是________，每个Si原子周围距离最近的C原子为_______个，每个Si原子周围最近的Si原子为_______个，设晶胞边长为a cm，密度
为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。
sp3
共价键
4
12
mol－1
解析：碳化硅晶体中，每个碳原子和硅原子都采取sp3杂化，与四个硅原子形成四个共价键，每个硅原子周围最近的碳原子有四个。碳化硅晶胞中，若硅原子位于面心和顶点，则碳原子位于内部，故知每个硅原子周围最近的硅原子有12个。
该晶胞中硅原子数为6×＋8×＝4；四个碳原子位于晶胞内，故1个该晶胞中含有4个碳原子、4个硅原子，则1 mol该晶胞的质量、体积分别为160 g、a3NA cm3，因此晶体密度：b＝ g·cm－3，故NA＝ mol－1设阿伏加德罗常数为NA。(共62张PPT)
第三节　金属晶体与离子晶体
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解金属键及金属晶体的性质。
2．了解离子晶体的结构特点和性质。
3．了解过渡晶体与混合型晶体的结构特点与性质特点。
图说考点
必备基础
一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)定义：在金属单质晶体中原子之间__________与__________之间强烈的相互作用。
(2)成键微粒：__________和__________。
(3)存在：________或________。
(4)成键本质
电子气理论：金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把______________维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。
金属阳离子
自由电子
金属阳离子
自由电子
金属单质
合金
价电子
所有的金属原子
2．金属晶体
(1)金属晶体是原子间通过________形成的一类晶体。金属晶体常温下除________外都是固体。
(2)性质：优良的________、导热性和延展性。
金属键
汞
导电性
(3)用电子气理论解释金属的性质
相对滑动
金属键
定向移动
二、离子晶体
1．定义：阴、阳离子通过________结合，在空间呈现有________的排列所形成的晶体叫离子晶体。
2．结构特点：
离子键
规律
阴离子
阳离子
离子键
3．常见离子晶体的空间结构
晶体类型 NaCl CsCl
晶胞
阳离子的配位数 ____ ____
阴离子的配位数 ____ ____
晶胞中所含离子数 Cl－____ Na＋____ Cs＋____ Cl－____
6
8
6
8
4
4
1
1
三、过渡晶体与混合型晶体
1．过渡晶体
(1)纯粹的典型晶体并不多，大多数晶体是它们之间的________晶体。
(2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2晶体中，化学键中离子键成分的百分数逐渐________，其中Na2O当作________晶体处理，SiO2、Al2O3晶体，当作________晶体处理。
过渡
减小
离子
共价
2．混合型晶体——石墨
(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________________。由于所有的p轨道平行且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
②层与层之间靠________维系。
(3)晶体类型
石墨晶体中，既有________，又有________和________，属于________晶体。
平面六元并环结构
范德华力
共价键
金属键
范德华力
混合型
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质。(　　)
(2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用。(　　)
(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏。(　　)
(4)金属键没有饱和性和方向性。(　　)
×
×
×
√
(5)金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大。(　　)
(6)所有金属室温下均为晶体。(　　)
(7)离子晶体中只存在离子键。(　　)
(8)Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体。(　　)
(9)每个NaCl晶胞和CsCl晶胞含有相同的离子数。(　　)
√
×
×
×
×
2．下列关于金属键的叙述中不正确的是(　　)
A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用
B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性
C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性
D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动
答案：B
解析：从构成物质的基本微粒的性质看，金属键属于电性作用，特征是无方向性和饱和性；“自由电子”是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属中的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。
3．下列物质的晶体一定属于离子晶体的是(　　)
A．在水中能电离出离子的物质
B．在水中能电离出的化合物
C．在水中能电离出Na＋的化合物
D．熔融时化学键无变化的化合物
答案：C
解析：在水中能电离出离子的物质是电解质，可能是酸、碱、盐等，若为酸，其晶体属于分子晶体，A项错误；在水中能电离出的化合物可能是硫酸或硫酸盐，若为硫酸，其晶体属于分子晶体，B项错误；在水中能电离出Na＋的化合物可能是钠盐或NaOH，其晶体都是离子晶体，C项正确；离子晶体熔融时破坏离子键，若熔融时化学键无变化，则其晶体可能是分子晶体，破坏了分子间作用力，D项错误。
4．已知金属键是金属离子与自由电子之间的静电作用力，金属键强弱与金属离子半径和离子所带电荷有关，则金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是(　　)
A．Na＞Mg＞Al B．Al＞Mg＞Na
C．Mg＞Al＞Na D．Na＞Al＞Mg
答案：B
解析：金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属阳离子与“电子气”的作用力越大，金属键越强。钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。
5．CaF2晶体的晶胞示意图如下，回答下列问题。
(1)Ca2＋的配位数是______，F－的配位数是______。
(2)该晶胞中含有的Ca2＋数目是______个，F－数目是______个。
(3)CaF2晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积是
________________________(只要求列出算式)。
解析：(1)每个Ca2＋周期吸引8个F－，每个F－周围吸收4个Ca2＋，所以Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。(2)F－位于晶胞内部，所以每个晶胞中含有F－8个。含有Ca2＋为×8＋×6＝4个。
(3)ρ＝＝＝a g·cm－3，
V＝。
8
4
8
4
核心素养
提升点一　金属键强弱与金属性的变化
例1 下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)
A常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔沸点低于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
答案：B
解析：常温下汞为液体，A错误；金属键没有方向性，不会因为形变而消失，B正确；Ca的原子半径小，价电子数多，金属键比K强，熔沸点比K高，C错误；温度越高，金属导电能力越弱，D错误。
状元随笔　金属键没有方向性，其强弱取决于金属原子半径大小和价电子数目多少。
[提升1]　在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔沸点越高。由此判断下列各组金属熔沸点高低顺序，其中正确的是(　　)
A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li
C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
答案：C
解析：电荷数Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。
【关键能力】
金属键的强弱与金属性质的变化
1．金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。
晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。
2．金属键的强弱比较
一般来说，金属键的强度主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
3．金属键对物质性质的影响
①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。
②金属键越强，晶体的硬度越大。
例如，对Na、Mg、Al而言，由于价电子数：Al>Mg>Na，原子半径：Na>Mg>Al，故金属键由强到弱的顺序是Al>Mg>Na，故熔点：Na状元随笔　金属晶体的性质及变化规律：
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。
③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。
④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。
提升点二　离子晶体的结构分析
例2 一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以“ ”表示，阴离子B以“○”表示。下列关于该离子晶体的说法正确的是(　　)
A．阳离子的配位数为8，化学式为AB
B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B
C．每个晶胞中含4个A
D．每个A周围有4个与它等距且最近的A
答案：C
解析：该晶胞中阴离子B的个数为8、阳离子A的个数＝8×＋6×＝4，则阴、阳离子个数比为8∶4＝2∶1，该物质化学式为AB2，根据题图可知，阳离子A周围距离最近且相等的阴离子数为8，即阳离子的配位数为8，A错误；根据A的分析，阴离子的配位数为4，化学式为AB2，B错误；根据A的分析，每个晶胞中含4个阳离子A，C正确；根据图示，A位于晶胞的顶点和面心，每个A周围有12个与它等距且最近的A，D错误。
状元随笔　NaCl晶胞和CsCl晶胞的解析方法
(1)NaCl晶胞
当一个Na＋位于立方体的体心时，另有12个Na＋位于棱上，同时有8个Cl－位于顶点、6个Cl－位于面心位置。
用均摊法可求出该晶胞中实际拥有的离子数目，Na＋个数为1＋12×＝4，Cl－个数为8×＋6×＝4。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞中，若8个Cl－位于顶点，则Cs＋位于体心。
用均摊法可求出该晶胞中实际拥有的离子数目，每个晶胞含1个Cl－、1个Cs＋。
[提升2]　高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。下列有关说法正确的是(　　)
A．KO2中只存在离子键
B．KO2晶体中与每个K＋距离相等且最近的有6个
C．KO2晶体中，所有原子之间都以离子键相结合
D．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个
答案：B
解析：KO2由K＋和构成，故存在离子键和非极性键，A错；KO2的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似，其配位数均为6，则晶体中与每个K＋距离相等且最近的有6个，B对；KO2晶体中K＋和之间存在离子键内O原子之间存在共价键，C错；由晶胞结构可知，每个晶胞中含有4个K＋和4个，D错。
状元随笔　离子晶体中的配位数
(1)AB型离子晶体的阴、阳离子的配位数之比为1∶1，如NaCl型晶体的配位数为6，CsCl型晶体的配位数为8。
(2)ABn型离子晶体中A、B离子的配位数之比为n∶1，如CaF2型晶体中，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。
【关键能力】
构成离子晶体的离子的堆积方式
1．在离子晶体中，构成晶体的离子中的电子分布基本上是呈球形对称的，但阴、阳离子的半径不同，因此离子晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式作等径圆球的密堆积，小球再填充在大球所形成的空隙中。
2．通常一些离子晶体中，阴离子的半径较大，故将阴离子看作等径圆球进行密堆积，而阳离子有序地填充在阴离子所形成的空隙之中。
提升点三　四类晶体的比较
例3 有A、B、C三种晶体，分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如表所示。
晶体 熔点/℃ 硬度 水溶性 导电性 水溶液与Ag＋反应
A 811 较大 易溶 水溶液(或熔 融态)能导电 白色沉淀
B 3 500 很大 不溶 不导电 —
C －114.2 很小 易溶 液态不导电 白色沉淀
(1)晶体的化学式分别为
A__________；B__________；C__________。
(2)晶体的类型分别为
A__________；B__________；C__________。
(3)晶体中粒子间的作用力分别为
A__________；B__________；C____________。
解析：由题表可知，A应为离子晶体，B应为共价晶体，C应为分子晶体；又已知A、B、C分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，再结合其水溶液与Ag＋的反应，可得A为NaCl，B为C(金刚石)，C为HCl；粒子间的作用力分别为离子键、共价键和分子间作用力。
NaCl
C
HCl
离子晶体
共价晶体
分子晶体
离子键
共价键
分子间作用力
状元随笔　熔融态能导电的化合物一般为离子化合物；熔、沸点高低顺序为：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
[提升3]　下图为几种晶体或晶胞的结构示意图。
请回答下列问题：
(1)金刚石属于________晶体，其中每个碳原子与________个碳原子距离最近且相等；干冰属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。
(2)这些晶体中，微粒之间以共价键结合而形成的是__________。
(3)冰、金刚石、MgO、干冰四种晶体的熔点由高到低的顺序为___________________。
(4)NaCl晶胞与MgO晶胞结构相同，NaCl晶体的熔点________(填“大于”或“小于”)MgO晶体的熔点，原因是__________________ ____________________________________________________________。
(5)每个铜晶胞中实际占有________个铜原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。CaCl2晶体和MgCl2晶体相比，更接近于纯粹的离子晶体的是________。
共价
4
分子
12
金刚石晶体
金刚石>MgO>冰>干冰
小于
MgO晶体中离子所带的电荷数大于NaCl晶体中离子所带的电荷数，且r(Mg2＋)4
8
CaCl2
解析：(1)金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子结合，形成正四面体；干冰晶体中，每个CO2分子在三维空间里与12个CO2分子紧邻。(2)只有共价晶体的微粒之间才是以共价键结合的。(3)在题给晶体中，金刚石是共价晶体，熔点最高；MgO为离子晶体，离子晶体的熔点一般低于共价晶体的熔点，高于分子晶体的熔点；冰、干冰均为分子晶体，但冰中水分子之间存在氢键，故冰的熔点高于干冰的熔点。(5)1个铜晶胞中实际占有的铜原子数可用“均摊法”分析，为8×＋6×＝4，氯化钙的晶体结构类似于氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－的配位数为4。
【关键能力】
四类晶体的比较
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子
粒子间 的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力和氢键) 金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用
确定作用力强弱的一般判断方法 离子所带电荷数、离子半径 键长(原子半径) 组成和结构相似、无氢键时，比较相对分子质量 原子半径、价电子数
熔、沸点 较高 高 低 差别较大(汞常温下呈液态，钨熔点为3 410 ℃)
硬度 较大 大 较小 差别较大
导电性 不导电(熔融状态下或溶于水后导电) 不导电(个别为半导体) 不导电(部分溶于水发生电离后导电) 导电
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
状元随笔　晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力来判断
①组成离子晶体的粒子是阴、阳离子，粒子间的作用力是离子键。
②组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键。
③组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力，包括范德华力和氢键。
④组成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用力是金属键。
(2)依据物质的分类判断
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数的有机物是分子晶体。
③常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔、沸点判断
①离子晶体的熔、沸点较高，常在数百至数千摄氏度。
②共价晶体的熔、沸点很高，常在一千至几千摄氏度。
③分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。
④金属晶体的熔、沸点差距较大。
(4)依据导电性判断
①离子晶体的水溶液及熔融状态一般都能导电。
②共价晶体一般不导电，个别为半导体。
③分子晶体不导电，而分子晶体中的电解质(主要是酸和一些非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子而导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
离子晶体硬度较大且脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，少数较小，且具有延展性。
提升点四　晶体的计算
例4 下图所示为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：
(1)一个NaCl晶胞中有________个Na＋，有________个Cl－。
(2)一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为a cm，该温度下
NaCl晶体的密度是___________。
(3)若NaCl晶体的密度为d g·cm－3，则NaCl晶体中Na＋与Na＋之间的
最短距离是__________。
4
4
g·cm－3
· cm
解析：(1)根据图中NaCl一个晶胞：Cl－个数＝8×＋6×＝4，Na＋个数＝12×＋1＝4。
(2)1个晶胞中含有NaCl为4/NA mol，晶胞体积为a3 cm，晶体密度ρ＝m/V＝/a3 g·cm－3。
(3)Na＋与Na＋之间最短距离为晶胞边长的。把(2)中结果变换为da3＝，所以a＝(cm)。Na＋与Na＋间最短距离＝a cm＝· cm。
[提升4]　有下列离子晶体空间结构示意图：
　 　 　
A　　　　 　B　　　　 　C　　 　　　D　
(1)以M代表阳离子，以N代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________，B________，C________，D________。
(2)已知FeS2晶体(黄铁矿的主要成分)具有A的空间结构。
①FeS2晶体中存在的化学键类型是______________。
②若晶体结构A中的相邻的阴、阳离子的距离为a cm，且用NA 表示
阿伏加德罗常数，则FeS2晶体的密度是________g·cm－3。
MN
MN2
MN2
MN
离子键、共价键
解析：(1)A中阳离子M的个数为4×＝，阴离子N的个数为4×＝；B中阴离子N个数为4×＋2＝4，阳离子M个数为8×＋1＝2；C中M有4×＝个，N有1个；D中M为8×＝1个，N有1个。
(2)FeS2晶胞结构如A，若相邻的阴、阳离子间的距离为a cm，则体积V＝a3 cm3。每个晶胞的质量m＝＝ g，密度ρ＝，则FeS2晶体的密度是 g·cm－3。
状元随笔　晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。
【关键能力】
晶胞的结构与计算
1．计算类型
(1)根据晶胞的结构，计算其组成微粒间的距离。
(2)根据晶胞的质量和晶体有关的摩尔质量间的关系计算微粒个数、微粒间距、ρ等。
(3)计算晶体(晶胞)的空间利用率。
2．计算原理
(1)根据晶胞的组成列出其质量与晶体有关摩尔质量间的关系式。
①晶胞组成的确定：均摊法。用均摊法计算一个晶胞所含组成微粒的个数。
②计算表达式：
m＝ρV＝·M式中，m为一个晶胞的质量，ρ为晶胞(晶体)的密度，V为一个晶胞的体积，M为晶体的摩尔质量。
如图为NaCl晶体的晶胞，图中2个钠离子间距离
为a，ρ＝＝。
(2)晶胞的空间利用率＝×100%。
素养形成
1.下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是(　　)
A．铁易生锈　　　　　　 B．用金属铝制成导线
C．用金箔做外包装 D．用铁制品做炊具
答案：A
解析：铁易生锈，是因为铁中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关，A项错误；用金属铝制成导线，是利用金属的导电性，金属中存在金属阳离子和“自由电子”，当给金属通电时，“自由电子”定向移动而导电，能用金属键理论知识解释，故B项正确；用金箔做外包装，是因为有金属光泽，金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论知识解释，故C项正确；用铁制品做炊具，是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，能用金属键理论知识解释，故D项正确。
2．下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是(　　)
A．1 mol氯化钠晶体中有NA个NaCl分子
B．氯化钠晶体中， 每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个
C．醋酸钠属于离子晶体，含非极性键
D．平均每个NaCl晶胞有4个Na＋、4个Cl－
答案：A
解析：NaCl为面心立方结构，每个晶胞中Na＋个数为12×＋1＝4，Cl－的个数为8×＋6×＝4，则1 mol氯化钠晶体中有4NA个Na＋、4NA个Cl－，不存在分子，A项错误、D项正确；由NaCl晶胞结构可知，Na＋在棱心和体心时，顶点和面心为Cl－，则每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个，B项正确；醋酸钠中存在碳碳非极性键，C项正确。
3．泽维尔研究发现，当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距1.0～1.5 nm，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晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
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．共价键和离子键没有明显的界线
答案：D
解析：由题中信息可知，离子的核间距较大时，呈离子键，而核间距较小时，呈共价键，当核间距改变时，键的性质会发生改变，这说明离子键和共价键并没有明显的界线。但NaI晶体是典型的离子晶体，说明其晶体中核间距在1.0～1.5 nm之间。
4．下列有关过渡晶体的说法中，正确的是(　　)
A．Na2O中化学键是纯粹的离子键，SiO2中化学键是纯粹的共价键
B．Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体
C.P2O5、SO3、Cl2O7中离子键的百分数较小，形成的晶体都是分子晶体
D．离子晶体和共价晶体存在过渡晶体，其余两种晶体不存在过渡晶体
答案：C
解析：Na2O、SiO2中既有共价键成分又有离子键成分，前者离子键的百分数大于50%，偏向于离子键，对应晶体偏向于离子晶体，后者离子键的百分数小于50%，偏向于共价键，对应晶体偏向于共价晶体，A、B均错误；P2O5、SO3、Cl2O7中离子键的百分数均小于50%，化学键成分以共价键为主，故形成的晶体都是分子晶体，C正确；四类晶体都有过渡型，D错误。
5.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(　　)
A．2∶3 B．2∶1
C．1∶3 D．3∶2
答案：A
解析：在石墨晶体的层状结构中，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，形成3个C—C键，每个C—C键被2个碳原子共用，则每个碳原子拥有该C—C键的，每个碳原子形成共价键的数目为3×＝1.5，故石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为1∶1.5＝2∶3。
6．现有几组物质的熔点(℃)数据：
据此回答下列问题：
(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：
①A组属于______晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是______。
②硅的熔点低于二氧化硅，是由于________________________。
③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：_______________。
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 Li：181 HF：－83 NaCl
硅晶体：1 410 Na：98 HCl：－115 KCl
硼晶体：2 300 K：64 HBr：－89 RbCl
二氧化硅：1 732 Rb：39 HI：－51 MgO：2 800
共价
共价键
Si—Si键键能小于Si—O键键能
硼晶体大于硅晶体
解析：A组由非金属元素组成，熔点最高，属于共价晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高，硬度大。
(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用________理论解释。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于__________________________________ ____________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为______________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为
___________________________________________________________。
金属键
①②③④
电子气
HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
②④
NaCl>KCl>RbCl
MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强，熔点越高
解析： (2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用“电子气理论”解释相关物理性质。
(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。
(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。
(5)离子键与离子电荷数和离子半径有关，电荷越多，半径越小，离子键越大，晶体熔点越高。(共38张PPT)
第四节　配合物与超分子
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解配位键的特点及配合物理论，能说明简单配合物的成键情况。
2．了解几种常见的配离子的性质。
3．了解超分子特点和应用。
图说考点
必备基础
一、配合物理论简介
1．实验探究配合物
蓝色沉淀
溶解
深蓝色晶体
红色
2.配位键
(1)概念：____________由一个原子单方面提供跟另一个原子共用的共价键，即“________________”键，是一类特殊的共价键。
(2)形成条件：电子对给予体具有_________，而接受体有________。
(3)表示
配位键可以用A→B表示，其中A是________孤电子对的原子，B是________孤电子对的原子。例如［Cu(NH3)4］2+可表示为
____________________。
3．配位化合物
通常把_________(或原子)与某些分子或离子(称为_____________)以________ 结合形成的化合物称为__________________。
共用电子对
电子对给予－接受
孤电子对
空轨道
给予
接受
金属离子
配体或配位体
配位键
配位化合物(配合物)
二、超分子
1．超分子
超分子是由________或________以上的分子通过________相互作用形成的分子聚集体。
2．超分子的应用
(1)分离C60和C70
将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶剂，甲苯将________溶解，经过滤后分离出________；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“________”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。从而将C60和C70分离开来。
(2)冠醚识别碱金属离子
冠醚分子中有大小不同的________适配不同大小的碱金属离子，而形成冠醚—碱金属离子超分子。
3．超分子的重要特征：_________和________。
两种
两种
分子间
C70
C70
杯酚
空穴
分子识别
自组装
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。(　　)
(2)配位键是一种特殊的共价键。(　　)
(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。(　　)
(4)Cu(OH)2既能溶于盐酸又能溶于氨水，是因为显两性。(　　)
(5)Ca2＋与NH3形成的配合物比Cu2＋与NH3形成的配合物更稳定。(　　)
(6)含有多种分子的混合物就是超分子。(　　)
(7)超分子不仅能与分子结合也可结合某些离子。(　　)
√
√
√
×
×
×
√
2．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，其微观结构如图所示，下列叙述中正确的是(　　)
A．SiO2是两性氧化物，既可与NaOH反应又可与HF反应
B．SiO2超分子纳米管可能选择性结合某些分子或离子
C．SiO2是光导纤维的成分，具有导电性
D．水晶和玛瑙主要成分均为SiO2，均属于共价晶体
答案：B
3．回答下列问题：
(1)配合物[Ag(NH3)2]OH的中心离子是______，配位原子是____，配位数是_____，它的电离方程式是_______________________________。
(2)向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，观察到的现象是___________________________。
(3)[Ag(NH3)2]OH含有的化学键种类有________.
A．离子键　　　　B．σ键　　　　C．π键
D．氢键　　　　　E．配位键
(4)1 mol[Ag(NH3)2]OH含有的σ键数目为：________个。
Ag＋
N
2
［Ag(NH3)2］OH===［Ag(NH3)2］+＋OH－
先有白色沉淀，后来白色沉淀溶解
ABE
9NA
核心素养
提升点一　配位化合物的结构与性质
例1 大环配位体可用于金属蛋白质化学模拟，合成离子
载体等；如图为冠醚(大环配位体)和某金属离子(M)形成
的一种大环配合物。回答下列问题：
(1)该大环配合物中含有的化学键为________(填字母)。
a．极性键　　　　 b．非极性键
c．配位键 d．金属键
(2)该物质中非金属元素的电负性由小到大的顺序为_________。
(3)在冠醚中，C原子的杂化类型为________，O原子的杂化类型为________。
(4)冠醚中的O原子能和M离子形成配位键的原因：____________________________________________________________。
abc
Hsp3
sp3
O原子成键后，含2对孤对电子，金属离子M有空轨道，所以两者能形成配位键
解析：(1)该化合物的C—C键为非极性建；C—H、C—O键为极性键；O→M键为配位键；(2)非金属元素有C、H、O，根据电负性规律，电负性由小到大的顺序为H状元随笔　配位键的形成条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。
[提升1]　(1)配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液， 立即产生氯化银，沉淀的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。
①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。
CoCl3·6NH3：____________，CoCl3·5NH3：_____________，
CoCl3·4NH3(绿色和紫色)：______________。
②后两种物质组成相同而颜色不同的原因是_________________。
③上述配合物中，中心离子的配位数都是______。
[Co(NH3)6]Cl3
[Co(NH3)5Cl]Cl2
[Co(NH3)4Cl2] Cl
它们互为同分异构体
6
解析：由题意知，四种配合物中每1个配合物所含自由氯离子的数目分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl，最后两种应互为同分异构体。
(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还能以其他个数比配合。请按要求填空：
①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供________，SCN－提供________，二者通过配位键结合。
②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显血红色，含该离子的配合物的化学式是____________；
③若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为：_________________________________。
空轨道
孤电子对
[Fe(SCN)]Cl2
FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl
解析：Fe3＋和SCN－形成配合物时，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成络离子时，写化学式要用Cl－和K＋分别平衡络离子的电荷，使络合物呈电中性。
【关键能力】
配位化合物的结构与性质
1．配位化合物的结构
(1)定义：通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。其中：金属离子(原子)叫做中心离子(原子)，中性分子或者阴离子叫做配体。
例如把CuSO4固体溶于足量水中就会生成(硫酸四水合铜)称为配位化合物(四水合铜离子)称为络(配)离子。在[Cu(H2O)4]2＋中，Cu2＋是中心离子，H2O是配体，即H2O是电子给予体。
(2)组成
①中心离子：一般是金属离子，常见的有Fe2＋、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋等，特别是过渡金属离子很容易形成配合物，这是因为多数过渡金属的离子含有空轨道。
②配体：含有孤电子对的分子或离子，如NH3、CO、H2O、Cl－、Br－、I－、SCN－、CN－等。
③配位数：直接同中心离子(或原子)配位的配体的数目为该中心离子(或原子)的配位数。一般中心离子(或原子)的配位数是2、4、6、8。
(3)结构组成：在配合物[Co(NH3)6]Cl3中，Co3＋为中心离子，6个NH3分子为配体。中心离子与配体构成配合物的内界，通常把它们放在括号内，Cl－称为配合物的外界。内、外界之间以离子键结合，在水中全部电离。
2．配合物的形成对物质性质的影响
(1)配合物对物质溶解性的影响
一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)离子颜色的改变
当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异，颜色发生变化就是一种常见的现象，我们根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。例如，Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的。
反应的离子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n
(3)稳定性增强——配合物在生命科学中的应用
配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。
状元随笔　配位键与共价键的区别：
(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键实质是相同的。它们都被成键原子双方共用，如在中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。
(3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子之中(如)。
提升点二　超分子及其应用
例2 冠醚能与阳离子，尤其是与碱金属离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用；18-冠-6与钾离子作用(如图)，还可与重氮盐作用，但不与锂离子或钠离子作用。
下列说法错误的是(　　)
A．18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同
B．18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，这反映了超分子的“分子识别”的特征
C．18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征
D．冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关
答案：C
解析：18-冠-6中C和O都是sp3杂化，A项正确；18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的特征，故B项正确，C项错误；由于冠醚是皇冠状分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，把无机物带入有机物中，它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D项正确。
状元随笔　冠-5和冠-4的结构
15-冠-5的键线式结构 12-冠-4的键线式结构
[提升2]　下列有关超分子的说法正确的是(　　)
A．超分子是如蛋白质一样的大分子
B．超分子是由小分子通过聚合得到的高分子
C．超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体
D．超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
答案：D
状元随笔　超分子化学研究范围大致可分为三类
(1)环状配体组成的主客体体系；
(2)有序的分子聚集体；
(3)由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。
【关键能力】
超分子“自组装原则”的应用
人们可以根据超分子自组装原则，以分子间的相互作用力为工具，把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。
这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质，还能大大增加化合物的种类和数目。
如果人们能够很好地控制超分子自组装过程，就可以按照预期目标更简单、更可靠地得到具有特定结构和功能的化合物。
素养形成
1.向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水，先生成难溶物，继续滴加浓氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象说法正确的是(　　)
A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变
B．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子
C．配位化合物中只有配位键
D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道
答案：B
解析：发生的反应为Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2N，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子，浓度减小，A错误；是深蓝色的，B正确；配位化合物中一定含有配位键，但也含有其他化学键，C错误；Cu2＋具有空轨道，而NH3具有孤电子对，所以Cu2＋提供空轨道，NH3提供孤电子对，D错误。
2．下列不属于配位化合物的是(　　)
A．[Cu(H2O)4]SO4·H2O
B．[Ag(NH3)2]OH
C．KAl(SO4)2·12H2O
D．Na[Al(OH)4]
答案：C
解析：C中KAl(SO4)2·12H2O属于复盐，不是配合物。
3．配位化合物的数量巨大，组成和结构形形色色，丰富多彩。请指出配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数(　　)
A．Cu2＋、NH3、＋2、4 B．Cu＋、NH3、＋1、4
C．Cu2＋、OH、＋2、2 D．Cu2＋、NH3、＋2、2
答案：A
解析：配合物[Cu(NH3)4](OH)2中，Cu2＋为中心离子，NH3为配体，电荷数为＋2，配位数为4。
4．下列有关超分子的说法错误的是(　　)
A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体
B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力
C．超分子具有分子识别的特性
D．分子以共价键聚合形成超分子
答案：D
5．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。
解析：本题考查配位键的形成条件。配位键的箭头指向提供空轨道的一方。Cl原子最外层有7个电子，通过1对共用电子对就可以形成1个单键，另有3对孤电子对，所以气态氯化铝(Al2Cl6)中，与2个铝形成共价键的氯原子中，有1个键是配位键，并由氯原子提供电子，铝原子提供空轨道。Cl原子最外层有7个电子，Al原子最外层有3个电子，图中每个键代表1对共用电子对，据此可从左(或右)上(或下)角的1个Cl原子开始，尝试写出Al2Cl6的电子式，如下(“·”为Cl原子提供的电子，“×”为Al原子提供的电子)：
6．回答下列问题：
(1)向CuSO4溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，再滴加氨水到沉淀刚好全部溶解可得到深蓝色溶液，继续向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列说法不正确的是__________(填字母)。
a．[Cu(NH3)4]SO4组成元素中电负性最大的是N元素
b．CuSO4晶体及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S原子的杂化方式均为sp3
c．[Cu(NH3)4]SO4·H2O所含有的化学键有离子键、共价键和配位键
d．NH3分子内的H—N—H键角大于H2O分子内的H—O—H键角
的立体构型为正四面体形
f．[Cu(NH3)4]2＋中，N原子是配位原子
g．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化
(2)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心离子是________，配体是__________，配位数为________，其含有微粒间的作用力类型有__________________。
ag
Cu2＋
NH3、H2O
4
配位键、极性共价键
解析：(1)电负性：O>N，a不正确；S原子与4个O原子形成共价键，所以S原子采取sp3杂化，b正确；[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体中与以离子键结合，NH3、、H2O中含有共价键，[Cu(NH3)4]2＋含有配位键，c正确；NH3分子内N原子有1对孤电子对，H2O分子中O原子有2对孤电子对，H2O分子中孤电子对对共用电子排斥作用大，所以H2O分子中H—O—H键角小于NH3分子中H—N—H键角，d正确；中S原子以4个σ键与4个O原子结合，S采取sp3杂化，故为正四面体形，e正确。N原子是配位原子，f正确；NH3分子中氮原子轨道杂化方式为sp3杂化，g不正确。
(2)由书写形式可以看出其中心离子是Cu2＋，配体是H2O、NH3两种，配位数为4，[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋含有微粒间作用力有配位键以及极性共价键。(共30张PPT)
第1课时　物质的聚集状态　晶体与非晶体
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解晶体和非晶体的本质差异。
2．了解获得晶体的途径。
3．了解晶体的结构特点和性质。
图说考点
必备基础
一、物质的聚集状态
1．组成物质的微粒
20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种________等。
2．物质的聚集状态：
物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有________、________以及介乎________和________之间的________、________等。
3．物质三态间的相互转化
金属
晶态
非晶态
晶态
非晶态
塑晶态
液晶态
二、晶体与非晶体
1．晶体概念
具有规则的________的固体，叫晶体。如：NaCl晶体，I2晶体……；不具有规则的________的固体，叫非晶体(又称玻璃体)。
2．获得晶体的三条途径
(1)________物质凝固。
(2)________物质冷却不经液态直接_________。
(3)________从溶液中析出。
几何外形
几何外形
熔融态
气态
凝固(凝华)
溶质
3．晶体的特征
(1)自范性
①定义：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现规则的___________，这称为晶体的________。非晶态物质没有这个特性。
②形成条件(之一)：晶体___________适当。
③本质原因：晶体中粒子在_________里呈现_______的______排列。
(2)晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质即________。
(3)晶体的________固定。
(4)外形和内部质点排列的________。
(5)晶体的外形和内部结构都具有特有的________。
多面体外形
自范性
生长的速率
微观空间
周期性
有序
各向异性
熔点
有序性
对称性
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶体有自范性但其微粒排列无序。(　　)
(2)晶体具有各向同性，非晶体也具有各向异性。(　　)
(3)晶体有固定的熔点。(　　)
(4)熔融态物质快速冷却即可得到晶体。(　　)
(5)粉末状的固体也有可能是晶体。(　　)
×
×
√
×
√
2．我们熟悉的食盐、金属、刨冰、钻石、水晶等都是晶体；而同样透明的玻璃却是非晶体。下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是 (　　)
A．是否是具有规则几何外形的固体
B．是否是具有固定组成的物质
C．是否是具有固定熔点
D．内部构成微粒是否在空间呈有规则的重复排列
答案：D
解析：有规则几何外形或美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃；具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也具有固定的组成。晶体和非晶体的本质区别在于微观结构不同。
3．下列途径不能得到晶体的是(　　)
A．熔融态物质快速冷却 B．熔融态物质凝固
C．气态物质凝华 D．溶质从溶液中析出
答案：A
解析：得到晶体的三个途径是：(1)溶质从溶液中析出；(2)气态物质凝华；(3)熔融态物质凝固。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体。
4．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是(　　)
A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则的几何外形的晶体
B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点
D．二者的X射线图谱是相同的
答案：B
解析：观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。
核心素养
提升点一　晶体与非晶体
例1 (1)在下列物质中，_________ (填序号，下同)是晶体，________是非晶体。
①塑料　②明矾　③松香　④玻璃　⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蜡　⑧单晶硅　⑨铝块　⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体一般都具有_____________，而非晶体_________________；另外非晶体具有物理性质________，而晶体具有物理性质________。
(3)判断物质是晶体还是非晶体，合理的方法是______(填序号)。
①从外形上来判断
②从各向异性或各向同性上来判断
③从导电性能来判断
④从有无固定熔点来判断
②⑤⑥⑧⑨
①③④⑦⑩
规则的几何外形
没有规则的几何外形
各向同性
各向异性
②④
解析：明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。
状元随笔　混合物一般为非晶体；晶体与非晶体判断有多种方法。
[提升1]　下列叙述中正确的是(　　)
A．具有规则几何外形的固体一定是晶体
B．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
C．具有各向异性的固体一定是晶体
D．晶体、非晶体均具有固定的熔点
解析：晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列，B项错误；晶体所具有的规则几何外形、各向异性是其内部微粒规律性排列的外部反映。有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，但具有各向异性的固体一定是晶体，A项错误，C项正确；晶体具有固定的熔点而非晶体不具有固定的熔点，D项错误。
答案：C
状元随笔　依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定，应从本质特征上进行把握。
【关键能力】
晶体与非晶体的比较
晶体 非晶体
微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序
性质特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
各向异性 有 无
鉴别方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X 射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等
状元随笔　(1)有规则几何外形或美观、对称外形的固体不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。
(2)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成，如无定形SiO2。
提升点二　晶体的结构与性质
例2 关于晶体的自范性，下列叙述正确的是(　　)
A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B.缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完整的立方体块
C.圆形容器中结出的冰是圆形的体现了晶体的自范性
D.由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性
解析：晶体在固态时不具有自范性，不能形成新的规则的多面体，A项错误；溶质从溶液中析出，可形成晶体，B项正确；圆形容器中结出圆形的冰的过程，不是自发进行的，C项错误；玻璃属于非晶体，不具有自范性，由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的，D项错误。
答案：B
[提升2]　下列叙述错误的是(　　)
A．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验
B．外观呈现规则多面体的物质，内部微观粒子在三维空间一定呈周期性有序排列
C．晶体具有各向异性，所以用红热的铁针刺中涂有石蜡的水晶柱面，熔化的石蜡呈椭圆形
D．乙醇和水都是极性分子，符合“相似相溶”规律，且它们易形成分子间氢键，故乙醇易溶于水
答案：B
【关键能力】
晶体的自范性和各向异性
1．晶体的自范性
(1)晶体的自范性是指晶体能自发地呈现规则的多面体外形的性质，是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表现。
(2)晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固，缓慢冷却形成晶体；快速冷却，常得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。
2．晶体的各向异性
(1)晶体的许多物理性质，如强度、导热性、光学性质等，常表现出各向异性。
(2)晶体的某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性。
素养形成
1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是(　　)
A．晶体一定比非晶体的熔点高
B．晶体有自范性但内部质点排列无序
C．非晶体无自范性而且内部质点排列无序
D．固体SiO2一定是晶体
解析：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故A项错误；晶体有自范性且内部质点排列有序，故B项错误；非晶体无自范性而且内部质点排列无序，故C项正确；SiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类，即SiO2也有非晶体，故D项错误。
答案：C
2．从晶体与非晶体的角度分析，普通玻璃和水晶的根本区别是 (　　)
A．外形不一样
B．普通玻璃的基本构成粒子相对无序排列，水晶的基本构成粒子呈周期性有序排列
C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点
D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换
答案：B
3．下列性质中，属于晶体和非晶体共有的是(　　)
A．自范性 B．各向同性
C．固定的熔点 D．外观上的几何形状
答案：B
4．下列途径不能得到晶体的是(　　)
A．熔融态SiO2快速冷却
B．熔融态SiO2热液缓慢冷却
C．FeCl3蒸气冷凝
D．CuSO4溶液蒸发浓缩后冷却
解析：晶体呈现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当。熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，如熔融态SiO2快速冷却得到看不到晶体外形的玛瑙，热液缓慢冷却则形成水晶。FeCl3、AlCl3等固体均易升华，其蒸气凝华则得到晶体。CuSO4溶液蒸发浓缩后冷却析出胆矾晶体(CuSO4·5H2O)。
答案：A
5．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的。晶体的各向异性主要表现在(　　)
①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质
A．①③ B．②④
C．①②③ D．①②③④
解析：晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。
答案：D(共35张PPT)
第2课时　晶胞　晶体结构的测定
必备基础
核心素养
素养形成
课程目标
1．了解晶胞的概念，认识晶胞的结构特点。
2．理解晶胞与晶体的关系。
3．能够运用均摊法计算晶胞中的微粒数。
4．了解晶体结构的常用测定方法。
图说考点
必备基础
一、晶胞
1．概念
描述晶体结构的_________。
2．结构
常规的晶胞都是__________，晶体是由无数晶胞“_________”而成。
(1)无隙：相邻晶胞之间无任何________。
(2)并置：所有晶胞都是________排列的，取向________。
(3)所有晶胞的________及内部的原子________、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。
基本单元
平行六面体
无隙并置
间隙
平行
相同
形状
种类
3．一个晶胞平均占有的原子数：
8
4
2
二、晶体结构的测定
1．测定方法
测定晶体结构最常用的仪器是____________。
2．测定结果
通过对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，每个晶胞中含有________个乙酸分子，并可通过计算分析，确定________和________，从而得出分子的空间结构。
X射线衍射仪
4
键长
键角
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元。(　　)
(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。(　　)
(3)晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞。(　　)
(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。(　　)
(5)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。(　　)
√
×
×
√
×
2．确定一种固态物质是否为晶体，最可靠的科学方法是(　　)
A．测定它的熔点
B．直接观察它的颗粒的形状
C．测定它的溶解热
D．对它进行X射线衍射实验
答案：D
3．根据晶体中晶胞的结构，判断下列晶体的化学式不正确的是(　　)
A．AB2　 　　B．C2D C．EF　　 D．XY3Z
答案：A
解析：在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的微粒有属于该晶胞，处于棱上的微粒有属于该晶胞，处于各顶点上的微粒只有属于该晶胞。据此可以算出各晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A项错误。
4.某晶体的一部分如图所示。这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　)
A．3∶9∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
答案：B
解析：这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际情况来计算，原子的分摊数顶点为，水平棱上为，竖棱上为，内部为1。A、B、C三种粒子数之比为∶∶1＝1∶4∶2。
5.元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p
轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
(1)在1个晶胞中，X离子的数目为________。
(2)该化合物的化学式为________。
4
ZnS
解析：X为Zn元素、Y为S元素，从晶胞图分析，一个晶胞中含有X离子的数目为8×＋6×＝4，Y离子的数目也是4，所以化合物中X与Y之比为1∶1，则化学式为ZnS。
核心素养
提升点一　晶胞结构的理解与晶体结构的测定
例1 下列说法中不正确的是(　　)
A．晶体的X射线衍射实验中，单一波长的X射线通过晶体，记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰
B．分析X射线衍射图可获得晶胞形状和大小、原子在晶胞里的数目和位置等信息
C．根据原子坐标可以计算原子间的距离
D．通过晶体X射线衍射图不能获得键长、键角等有关化学键的信息
答案：D
解析：A对，单一波长的X射线通过晶体，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。B对，分析X射线衍射图可获得晶胞形状和大小、分子或原子在三维空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等信息。C对，通过X射线衍射实验，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间的距离。D错，根据X射线衍射图可以判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，从而得出分子的空间结构。
状元随笔　晶体结构测定方法
X射线衍射仪单一波长的X射线晶体记录仪分立的斑点或明锐的衍射峰
注意：X射线衍射实验是研究晶体结构最可靠的科学方法。
[提升1]　下列有关晶胞的叙述正确的是(　　)
A．晶胞是晶体结构中的基本重复单元
B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同
C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞
D．已知晶胞的组成就可推知晶体的分子式
答案：A
解析：A对，晶胞是能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布的、具有化学结构特征的基本单元。B错，不同晶体的构成微粒不同，微粒的半径不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形状可能相同。C错，处于晶胞内部的粒子完全属于该晶胞，处于顶角、面心和棱上的微粒为多个晶胞共用。D错，因为晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间的分布，也是晶体结构中的基本单元，所以已知晶胞的组成就可推知晶体的组成，而不是能推知晶体的分子式。
状元随笔　图解无隙并置的结构特点
当把晶胞还原到晶体中去时，该晶胞周边的原子实际是与相邻晶胞共享的。
【关键能力】
晶体结构测定方法
1．直接法
直接通过实验得到X射线衍射强度，利用一系列数学处理，推引出结构因子的相角，实现了直接和自动化测定晶体结构，成为当前测定中小分子结构的主流方法。
2．试差法(模型法)
试差法是利用晶体的对称性和其他性质以及结构规则，对所研究的结构提出合理的模型，然后从理论上计算晶体的衍射强度，再把计算值与实验值进行比较，并经过多次修正模型，使计算值与实验值尽可能符合实际。
提升点二　晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
例2 元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为______。
(2)该晶体中Xn＋离子中n＝_______。
(3)X元素的原子序数是_______。
(4)晶体中每个N3－被______个等距离的Xn＋离子包围。
3∶1
1
29
6
解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1，故其个数比为3∶1。
(2)由晶体的化学式X3N知X所带的电荷数为1。
(3)因为K、L、M三个电子层充满，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。
(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个X＋在上、下、左、右、前、后包围。
状元随笔
晶胞形状计算阴、阳离子的个数→确定晶体化学式→确定n值→由位置确定与N3- 等距离紧邻的Xn+ 数
[提升2]　如图所示的甲、乙、丙三种晶体：
试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)：________；
乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________；
丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
X2Y
1∶3∶1
8
解析：X位于立方体体心，该晶胞中含有1个X，Y位于顶角，该晶胞中Y的个数＝4×＝，则该晶胞中X、Y的个数之比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶体的化学式为X2Y；乙晶胞中A的个数＝8×＝1，B的个数＝6×＝3，C的个数为1，所以乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比为1∶3∶1；丙晶体中每个D周围结合E的个数是8。
【关键能力】
晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
1．晶体化学式含义
一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。
2．均摊法确定晶胞中粒子的个数
如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。
(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。
(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。
(3)晶胞中粒子数目的计算要先根据具体情况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有，然后运用均摊法具体计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点碳原子被三个六边形共有，每个六边形占有该原子的，则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如下图所示：
状元随笔　晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比，由晶胞构成的晶体，其化学式并不是表示一个分子中含有多少个原子。
素养形成
1.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是(　　)
A．该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B．该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有
一个原子
C．平均每个晶胞中有14个原子
D．平均每个晶胞中有4个原子
答案：C
解析：晶胞是最小的重复单元，为六方面心结构，A正确；该晶胞是六方面心结构，在晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子，B正确；由于顶点为8个晶胞所共有，面为2个晶胞所共有，所以平均每个晶胞中含有的原子个数为8×＋6×＝4个，即平均每个晶胞中有4个原子，C错误，D正确。
2．铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为(　　)
A．BaPbO3 B．BaPb2O3
C．BaPbO D．BaPbO4
答案：A
解析：1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为6×＝3，故化学式为BaPbO3。
3.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为(　　)
A．1∶1 B．2∶1
C．3∶1 D．4∶1
答案：A
解析：根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×＝6，C60的个数为1＋8×＝2，所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2＝3∶1。
4.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个
答案：D
5.钇钡铜氧是一种新型节能高温超导体，其晶胞结构如图所示。研究发现，此高温超导体中的Cu元素有两种价态，分别为＋2和＋3，Y元素的化合价为＋3，Ba元素的化合价为＋2。
(1)该物质的化学式为___________。
(2)该物质中Cu2＋与Cu3＋的个数比为________。
解析：本题的疑难之处一是不会计算晶胞中氧原子的个数；二是在求Cu2＋与Cu3＋的个数比时不能灵活运用化合物中各元素的正负化合价的代数和为零这一规律。(1)由图可知，该晶胞中N(Cu)＝8×＋8×＝3，N(Ba)＝2，N(Y)＝1，N(O)＝12×＋8×＝7。即该物质的化学式为YBa2Cu3O7。(2)根据题中各元素的化合价，再结合化合物中各元素的正负化合价的代数和为零可知，＋2价铜与＋3价铜的化合价之和为7，即N(Cu2＋)∶N(Cu3＋)＝2∶1。
YBa2Cu3O7
2∶1(共37张PPT)
第三章 章末共享专题
微专题一
微专题二
微专题一
微专题一　常见晶体中的化学键与性质比较
判断晶体中存在的作用力类型
(1)分子晶体
(2)共价晶体
(3)金属晶体—金属键—阳离子和自由电子之间
(4)离子

晶体


特别提醒
①稀有气体中不存在化学键。
②石墨为混合晶体，存在非极性键(层内)、金属键、范德华力(层间)。
③化学反应中，同时发生化学键的断裂和形成。
[微训练一]
1．“类推”是常用的学习方法，但有时会产生错误结论。下列类推的结论正确的是(　　)
A．第ⅣA族元素氢化物沸点顺序是GeH4>SiH4>CH4，则第ⅤA族元素氢化物沸点顺序也是AsH3>PH3>NH3
B．常见的氢化物是分子晶体，则所有氢化物都是分子晶体
C．晶体中有阴离子，必有阳离子；则晶体中有阳离子，也必有阴离子
D．第二周期元素氢化物稳定性顺序是HF>H2O>NH3，则第三周期元素氢化物稳定性顺序也是HCl>H2S>PH3
答案：D
解析：NH3分子间存在氢键，使其沸点反常的高，A错误；某些金属元素的氢化物是离子晶体，如氢化钠，B错误；金属晶体中有金属阳离子，但没有阴离子，C错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物的稳定性越强，同周期元素从左到右，元素的非金属性逐渐增强，则对应的简单氢化物的稳定性逐渐增强，D正确。
2．下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是(　　)
A．CaO与CO2 B．NaCl与HCl
C．SiC与SiO2 D．Cl2与I2
答案：C
解析：CaO为离子晶体，熔化断裂离子键，而CO2在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故A错误；NaCl为离子晶体，熔化断裂离子键，而HCl在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故B错误；SiC与SiO2都是共价晶体，熔化断裂的是共价键，与化学键有关，故C正确；Cl2与I2在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故D错误。
3．共价键、离子键和范德华力是粒子之间的三种作用力。下列晶体①Na2O2　②SiO2　③石墨　④金刚石　⑤NaCl　⑥白磷，中含有以上其中两种作用力的是(　　)
A．①②③ B．①③⑥
C．②④⑥ D．①②③⑥
答案：B
解析：①Na2O2含有共价键、离子键；②SiO2含有共价键；③石墨含有共价键和范德华力；④金刚石含有共价键；⑤NaCl含有离子键；⑥白磷中含有共价键和范德华力；含有以上其中两种作用力的是①③⑥，故选B。
4．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是(　　)
A．金属键是金属离子与“电子气”之间的强烈作用，金属键无方向性和饱和性
B．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性
C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大
D．氢键不是化学键而是一种较弱的作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间
答案：D
解析：金属键是化学键的一种，主要在金属中存在，由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成，由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，故A正确；共价键是原子之间强烈的相互作用，共价键有方向性和饱和性，故B正确；范德华力是分子间作用力，相对分子质量越大，分子间作用力越大，极性越大，分子间作用力越强，故C正确；氢键是一种分子间作用力，比范德华力强，但是比化学键要弱，氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇、
液氨等)，又可以存在于分子内(如 )，故D错误。
5．(1)单质铜和镍是________键形成的晶体。
(2)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2
NF3＋3NH4F，则上述化学方程式中的前4种物质所属的晶体类型有________(填序号)。
a．混合晶体 b．分子晶体
c．共价晶体 d．金属晶体
(3)Si、Mg、Cl2晶体的熔点由高到低的顺序是___________。
金属
b、d
Si、Mg、Cl2
解析：(1)金属晶体中只有金属键。(2)NH3、F2、NF3所属的晶体均为分子晶体，Cu单质属于金属晶体。(3)Si为共价晶体，Mg为金属晶体，Cl2为分子晶体。
(4)石墨晶体的结构如下图所示。
①石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式为________，石墨属于________晶体。
②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。
sp2
混合
σ
σ
π(或p-p π)
解析：①石墨烯为单层石墨，每个碳原子形成3个六元环，均为sp2杂化。②石墨层内的碳碳间存在σ共价键，还存在p-p π键。
(5)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是______________________________。
(6)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是______________________________________。
GaF3为离子晶体而GaCl3为分子晶体
K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱
解析：(5)由于二者均为盐，所以可能为离子晶体或者分子晶体，根据二者熔点可知GaF3熔点很高，应该为离子晶体；而GaCl3的熔点很低，为分子晶体。(6)K的原子半径比Cr的原子半径大，K、Cr原子的价层电子排布式分别为4s1、3d54s1，K的价电子数比Cr的价电子数少，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，熔、沸点越低。
微专题二
微专题二　常见的晶胞模型及晶体计算
1．常见的晶体结构模型
晶体 晶体结构示意图 晶体中微粒分布详解
氯化钠晶体 ①Na＋和Cl－交替占据立方体的顶点而向空间延伸；②在每个Na＋周围最近的等距离的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－周围最近的等距离的Na＋亦有6个，这6个离子构成1个正八面体；③在每个Na＋周围最近的等距离的Na＋有12个(同层4个、上层4个、下层4个)，在每个Cl－周围最近的等距离的Cl－亦有12个
氯化铯晶体 ①每8个Cs＋、8个Cl－各自构成立方体，在每个立方体的中心有1个异种离子(Cs＋或Cl－)；②在每个Cs＋(Cl－)周围最近的等距离的Cl－(Cs＋)有8个；③在每个Cs＋周围最近的等距离的Cs＋有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－周围最近的等距离的Cl－亦有6个
二氧化碳晶体
金刚石晶体 ①每个C与另4个C以共价键结合，前者位于正四面体中心，后四者位于正四面体顶点；②晶体中所有C—C键键长相等、键角相等(均为109°28′)；③晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；④晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子数与C—C键数之比为1∶2
石墨晶体
2.晶胞结构的相关计算
晶胞结构的分析与计算一般涉及晶体的化学式、晶胞中所包含的原子或离子的数目、晶胞的边长、两个粒子之间的距离、晶胞的体积、晶体的密度、阿伏加德罗常数、配位数等量之间的计算。晶胞结构的分析与计算类题目的解题思路一般如下：
(1)截取一个晶胞或晶胞中的一部分(如NaCl晶胞中的一个小立方体)。
(2)用均摊法确定晶胞(或截取的部分)中所含的原子或离子数目(设为N)，进而可确定晶体的化学式。
(3)计算晶胞中所含微粒或微粒组合(如CaF2)的物质的量：n＝。
(4)计算晶胞的质量：m＝nM＝M。
(5)计算晶胞的体积：对于立方体晶胞，若晶胞边长为a cm，则V(晶胞)＝a3 cm3[对于长方体 ，若底面边长分别为a cm、b cm，高为c cm，则V(晶胞)＝abc cm3]。
(6)计算晶胞的密度：ρ＝＝·cm-3，该式中涉及5个物理量，已知其中4个物理量则可计算第5个物理量。
(7)根据晶胞中微粒的空间位置关系、微粒的半径以及晶胞的边长，利用几何知识则可计算两个微粒之间的距离。
(8)根据晶胞中所含有的原子的总体积和晶胞的体积计算晶胞中原子的空间利用率(一般用于金属晶体)，原子的总体积V(原子)＝(其中N为晶胞中含有的原子数目，r为原子半径)，则空间利用率＝×100%。
[微训练二]
1．[2022·全国甲卷](1)2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2===CH2)与四氟乙烯(CF2===CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：
(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为____________。
(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是________(填标号)，判断的根据是________________ __________________________________________________________________________________________；
第三电离能的变化图是________(填标号)。
a
同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充满稳定结构，第一电离能比O原子大
b
解析：(1)基态F原子的价电子排布式为2s22p5，故其价电子排布图
(轨道表示式)为 (2)C、N、O、F均位于第二周期，原子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引能力增强，第一电离能逐渐增大，但N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充满稳定结构，第一电离能比O原子大，故选a；C原子失去2个电子后达到2s2全满稳定结构，再失去1个电子较难，故第三电离能比N原子大，故选b。
(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构___________。
(4)CF2===CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因______________________________________。
(5)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。
H—F…H—F…H—F
sp2
sp3
F的电负性比H大，C—F键的键能比C—H键的大
Ca2＋
a
解析：(3)固态氟化氢分子间存在氢键，故(HF)3的链状结构为H—F…H—F…H—F。(4) CF2===CF2分子中C原子形成碳碳双键，故C原子为sp2杂化；ETFE是乙烯与四氟乙烯的共聚物，可表示为
故在ETFE分子中碳原子为sp3杂化；由于F的电负性比H大，C—F键的键能比C—H键的大，故聚四氟乙烯比聚乙烯稳定。(5)X离子位于顶点和面心，根据均摊法知，X离子数目为8×＋6×＝4，Y离子位于体内，故Y离子数目为8，结合CaF2的化学式知，X代表的离子是Ca2＋；根据晶胞结构图知，Ca2＋与F－的最小核间距为正方体体对角线长度的，即正负离子的核间距最小为a pm。
2．[2022·全国乙卷]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________，其中能量较高的是________。(填标号)
a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个______杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键(。
②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的顺序是____________________，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强；(ⅱ)____________________________________。
ad
d
sp2
σ
C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl
Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键越短
解析：(1)基态氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，有9个电子，排除b、c项；a项，相当于F原子的一个电子从2p能级跃迁到3s能级，属于激发态氟原子，正确；d项，相当于F原子的两个电子从2p能级跃迁到3p能级，属于激发态氟原子，正确；在两个激发态氟原子中，由于3p能级的能量高于3s能级，且d中发生跃迁的电子数目多于a，故d的能量较高。(2)①C2H3Cl分子中存在碳碳双键，C原子为sp2杂化，杂化轨道只能形成σ键，故在C2H3Cl分子中，C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl σ键。②C2H5Cl分子中只存在σ键，C原子为sp3杂化；C2H3Cl分子中存在一个的大π键，C原子为sp2杂化；C2HCl分子中存在两个的大π键[1个是Cl(3pz)－C(2pz)，1个是Cl(3py)－C(2py)]，C原子为sp杂化。杂化轨道中s成分越多(sp3、sp2、sp杂化轨道中s成分依次增多)，形成的C—Cl键越强；Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键越短，故C—Cl键长顺序为C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl。
(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为______。解释X的熔点比Y高的原因__________________________ _______________________________________________________________。
(4)α-AgI晶体中I－离子作体心立方堆积(如图所示)，Ag＋主要分布在由I－构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α-AgI晶体在电池中可作为_____________。
已知阿伏加德罗常数为NA，则α-AgI晶体的摩尔体
积Vm＝________________ m3·mol－1(列出算式)。
CsCl
CsCl是离子晶体，熔化时需要克服Cs＋和Cl－之间的离子键，而ICl是分子晶体，熔化时只需要克服范德华力
固体离子导体
(5.04×10－10)3NA
解析：(3)由CsICl2受热发生非氧化还原反应知，CsICl2受热分解生成CsCl和ICl，故无色晶体X为CsCl，红棕色液体Y为ICl；由于CsCl是离子晶体，熔化时需要克服Cs＋和Cl－之间的离子键，而ICl是分子晶体，熔化时只需要克服范德华力，离子键比范德华力强得多，故CsCl的熔点高于ICl。(4)在α-AgI晶体中，Ag＋可以发生迁移，故α-AgI晶体在电池中可以作为固体离子导体。由于α-AgI晶体中I－作体心立方堆积，由“均摊法”知，1个晶胞中含有I－数目为8×＋1＝2，即1个晶胞中含有2个α-AgI，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm＝(504×10－12 m)3·NA mol－1＝(5.04×10－10)3NA m3·mol－1。
3．[2022·湖南卷]铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题：
(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药，其结构式如下：
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]_________；
②该新药分子中有________种不同化学环境的C原子；
③比较键角大小：气态SeO3分子________离子(填“>”“<”或“＝”)，原因是________________________________。
3d104s24p4
8
＞
前者中Se为sp2杂化、后者中Se为sp3杂化
解析：(1)①Se为34号元素，根据构造原理可写出基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②该物质结构对称，具有如图所示8种
不同化学环境的C原子： 。③SeO3中Se的价
层电子对数为3，孤电子对数为中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为＝1，故SeO3和中Se原子分别为sp2和sp3杂化，则SeO3分子中键角大于中键角。
(2)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：
①富马酸分子中σ键与π键的数目比为________；
②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为____________。
解析：①由富马酸分子的结构模型可确定其结构简式为
由单键均为σ键，双键有1个σ键和1个π键，知该分子中σ键和π键的数目比为11∶3。②富马酸亚铁中含C、H、O、Fe四种元素，由电负性递变规律可知，电负性由大到小的顺序为O>C>H >Fe。
11∶3
O＞C＞H＞Fe
(3)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3－转化，反应过程如图所示：
①产物中N原子的杂化轨道类型为________；
②与互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
sp3
H2O
解析：①产物中N原子形成4个共价键，则其采取sp3杂化。
(4)钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
①该超导材料的最简化学式为________；
②Fe原子的配位数为________；
③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，
则该晶体的密度为___________________g·cm－3(列出计算式)。
KFe2Se2
4
×1021
解析：①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影图可知，占据顶点和体心位置的为K原子，故K原子个数为8×＋1＝2，每个竖直棱上有2个Se原子，体内有2个Se原子，故Se原子个数为8×＋2＝4，每个竖直面上有2个Fe原子，故Fe原子个数为8×＝4，该物质的晶胞结构如图所示：
其最简化学式为KFe2Se2。②以1号Fe原子为研究对象，2号和3号铁原子及其对称位置的2个Fe原子距离1号Fe原子最近，故Fe的配位数为4。③该晶胞的质量为g，体积为0.4×0.4×1.4×10－21 cm3，故该晶体的密度为×1021 g·cm－3。

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