高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識第三章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.認(rèn)識物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì),通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料,培養(yǎng)變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。2.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性,認(rèn)識簡單的晶胞,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。3.知道晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)是測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實(shí)驗(yàn)手段,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.通常物質(zhì)有三種存在狀態(tài),固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。2.一般來說,純凈物具有固定的熔點(diǎn),玻璃沒有固定的熔點(diǎn),在某一溫度范圍內(nèi)軟化。【自主梳理】一、物質(zhì)的凝聚狀態(tài)1.構(gòu)成物質(zhì)的粒子(1)CO2、SO2、CO是由分子構(gòu)成的;氯化鈉、氟化鈣是由陽離子和陰離子構(gòu)成的;金剛石和二氧化硅是由原子構(gòu)成的。(2)等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),等離子體具有良好的導(dǎo)電性和流動性。(3)離子液體是熔點(diǎn)不高的僅由離子組成的液態(tài)物質(zhì)。2.物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的三態(tài)通常是指固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)的聚集狀態(tài),還有晶態(tài)、非晶態(tài),以及介乎晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二、晶體與非晶體1.晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體

有

(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體沒有(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子排列相對無序2.獲得晶體的途徑

3.晶體的特點(diǎn)(1)自范性晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。(2)各向異性晶體在不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。(3)有固定的熔點(diǎn)晶體有較固定的熔點(diǎn)。常利用固體是否有固定的熔點(diǎn)間接地確定某一固體是否屬于晶體。非晶體沒有固定的熔點(diǎn)?！疚⑺伎?】具有規(guī)則幾何外形的固體,一定是晶體嗎?提示

不一定。晶體規(guī)則的幾何外形是自發(fā)形成的。在人力作用下形成的有規(guī)則幾何外形的固體不是晶體,如玻璃、塑料等相關(guān)制品。三、晶胞1.定義描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞。2.晶體和晶胞的關(guān)系常規(guī)的晶胞都是平行六面體。整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”是相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)同種晶體中所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列(包括取向)是完全相同的。3.晶胞中粒子個數(shù)的計(jì)算(1)平行六面體晶胞①晶胞的構(gòu)成:晶胞是

8個頂角相同、

三

套各

4根平行棱分別相同、三套各

兩

個平行面分別相同的最小平行六面體。②粒子數(shù)計(jì)算:頂角原子是

8個晶胞共用;棱上的原子是

4個晶胞共用;面上的原子是

2個晶胞共用。(2)幾種晶胞中微粒數(shù)目的確定①金屬銅晶胞中原子個數(shù)的計(jì)算。銅晶胞

金屬銅的一個晶胞中,位于晶胞頂點(diǎn)的銅原子有

8個,位于面心的銅原子有

6個,金屬銅晶胞中所含的銅原子數(shù)為②氯化鈉晶胞中所含的Na+、Cl-數(shù)。氯化鈉晶胞如圖所示,其中體積較小的為

Na(填“Na”或“Cl”,下同),體積較大的為

Cl,則該晶胞中含

4個Na(提示:晶胞中心還有一個Na)和

4個Cl。③試確定下列物質(zhì)的晶胞中所含的原子數(shù)或分子數(shù)。

【微思考2】由晶胞構(gòu)成的晶體,其化學(xué)式一定表示一個分子中的原子數(shù)目嗎?提示

不一定。常常表示晶體中不同粒子的最簡整數(shù)比,例如SiO2、NaCl等。四、晶體結(jié)構(gòu)的測定1.X射線衍射原理單一波長的X射線通過晶體時,X射線和晶體中的電子相互作用,會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或明銳的衍射峰。2.X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得晶胞信息根據(jù)晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)圖經(jīng)過計(jì)算,可以獲得包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等,以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系。3.X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得分子信息通過晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn),可以測定晶胞中各個原子的位置(坐標(biāo)),根據(jù)原子坐標(biāo),可以計(jì)算原子間的距離,判斷出晶體中哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長和鍵角,從而得出分子的空間結(jié)構(gòu)?！咀晕覚z測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)晶體具有各向同性,非晶體具有各向異性(

)(2)熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻即可得到晶體(

)(3)粉末狀的固體也有可能是晶體(

)(4)不同晶體中晶胞的大小和形狀都相同(

)(5)X射線通過晶體,導(dǎo)致晶體發(fā)生化學(xué)變化,形成特征的衍射圖(

)××√××2.整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。對這句話的理解錯誤的是(

)A.相鄰晶胞之間沒有任何間隙B.晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成C.晶胞排列時,取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的答案

B解析

晶體并不是晶胞簡單、隨意堆積而成,而是晶胞平行排列而成的,取向相同,且相鄰晶胞之間沒有任何間隙。3.非晶硅光電薄膜產(chǎn)業(yè)的研發(fā)成長,在轉(zhuǎn)換效率上,已逐漸接近于多晶硅太陽能電池,發(fā)電成本僅為多晶硅的三分之一。請完成下列空白:(1)下圖中a、b是兩種硅單質(zhì)的部分結(jié)構(gòu),請指出哪種是晶體硅,哪種是非晶硅?a:

;b:

。

(2)下列有關(guān)晶體常識的說法正確的是

(填字母)。

A.玻璃是非晶體B.固體粉末都是非晶體C.晶體內(nèi)部粒子具有有序排列的特征,晶體有固定的熔、沸點(diǎn)和各向異性D.區(qū)別晶體和非晶體最有效的方法是通過X射線衍射實(shí)驗(yàn)答案

(1)非晶硅晶體硅(2)ACD解析

(1)根據(jù)粒子在空間里排列是否有序進(jìn)行分析,a對應(yīng)的是非晶硅,b對應(yīng)的是晶體硅。(2)玻璃是一種無固定熔、沸點(diǎn)的非晶體,A正確;許多固體粉末不能用肉眼觀察到晶體外形,但可通過光學(xué)儀器看到規(guī)則的幾何外形,所以固體粉末也可能是晶體,B錯誤。C、D正確。課堂篇素養(yǎng)提升探究1晶體與非晶體的區(qū)別【問題探究】下圖是兩種固體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。問題思考:(1)試根據(jù)示意圖判斷固體Ⅰ、Ⅱ的類型。提示

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知,Ⅰ中微粒呈周期性有序排列,為晶體;Ⅱ中微粒排列不規(guī)則,為非晶體。(2)將固體Ⅰ、Ⅱ分別加熱至熔化,各有什么現(xiàn)象發(fā)生?該現(xiàn)象能說明晶體、非晶體的哪種性質(zhì)?提示

加熱晶體Ⅰ,溫度達(dá)到熔點(diǎn)時晶體Ⅰ開始熔化,在全部熔化以前,繼續(xù)加熱,溫度基本保持不變,完全熔化后,溫度才開始升高,即晶體有固定的熔點(diǎn)。加熱非晶體Ⅱ時,溫度升高到某一程度后非晶體Ⅱ開始軟化,流動性增強(qiáng),最后變?yōu)橐后w,從軟化到完全熔化,中間經(jīng)過較大的溫度范圍,即非晶體無固定的熔點(diǎn)。(3)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中能否慢慢變?yōu)橐?guī)則的多面體外形?提示

能。因?yàn)榫w具有自范性?！旧罨卣埂烤w與非晶體的比較固體晶體非晶體微觀結(jié)構(gòu)特征原子在三維空間里呈周期性有序排列原子排列相對無序性質(zhì)特征自范性有無熔點(diǎn)固定不固定各向異性有無鑒別方法間接方法看是否具有固定的熔點(diǎn)或根據(jù)某些物理性質(zhì)的各向異性科學(xué)方法對固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)舉例NaCl、I2、SiO2、Na晶體等玻璃、橡膠等【素能應(yīng)用】典例1下列敘述正確的是(

)A.具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體B.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于是否具有規(guī)則的幾何外形C.具有各向異性的固體一定是晶體D.一種物質(zhì)不是晶體就是非晶體答案

C解析

晶體具有規(guī)則的幾何外形,但具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體,例如人為加工而成的具有規(guī)則幾何外形的玻璃制品;晶體與非晶體的根本區(qū)別在于內(nèi)部粒子是否有序排列,晶體所具有的規(guī)則幾何外形、各向異性和特定的對稱性是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部反映;具有各向異性的固體一定是晶體,非晶體具有各向同性;晶體和非晶體都是對于固態(tài)物質(zhì)而言,氣態(tài)或液態(tài)物質(zhì)則不屬于這兩類,同時還有塑晶態(tài)、液晶態(tài)等類型的物質(zhì)。變式設(shè)問

(1)有固定組成的固體一定是晶體嗎?提示

具有固定組成的物質(zhì)不一定是晶體,如非晶體SiO2也具有固定的組成。(2)等離子體就是液態(tài)電解質(zhì)嗎?提示

不是。等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),而液態(tài)電解質(zhì)由陰離子和陽離子或分子組成。變式訓(xùn)練1下圖是天然水晶球里的瑪瑙和水晶,兩者的根本區(qū)別在于(

)A.外形不一樣,構(gòu)成兩者的原子不同B.構(gòu)成瑪瑙的粒子無規(guī)律性排列,構(gòu)成水晶的粒子按一定的規(guī)律做周期性重復(fù)排列C.水晶有固定的熔點(diǎn),而瑪瑙無固定熔點(diǎn)D.水晶是無色透明的,瑪瑙是有鮮艷的顏色答案

B解析

晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于內(nèi)部粒子在三維空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列。探究2晶胞結(jié)構(gòu)及晶體化學(xué)式的確定【問題探究】現(xiàn)有甲、乙、丙(如圖所示)三種晶體的晶胞(甲中X和乙中A均處于晶胞的體心)。(1)甲晶胞中X與Y的個數(shù)比是多少?(2)乙晶胞中A與B的個數(shù)比是多少?提示

乙晶胞中,A的數(shù)目為1,B的數(shù)目為8×=1,所以N(A)∶N(B)=1∶1。(3)丙晶胞中包含的C、D的數(shù)目分別為多少?【深化拓展】“均攤法”計(jì)算晶胞中的粒子數(shù)(1)長方體(含正方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算(如下圖)。(2)非長方體晶胞中的粒子視具體情況而定。

【素能應(yīng)用】典例2如圖為甲、乙兩種晶體的晶胞示意圖:請完成下列空白:(1)甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為

。

(2)乙晶體中A、B、C三種粒子的個數(shù)比是

。

答案

(1)X3Y

(2)1∶3∶1【微點(diǎn)撥】晶體化學(xué)式的確定流程:觀察確認(rèn)粒子種類→確定各粒子在晶胞中的位置→用均攤法求晶胞均攤各粒子的數(shù)目→求各粒子數(shù)目的最簡比→確定化學(xué)式。變式設(shè)問

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種氣態(tài)團(tuán)簇分子,其分子結(jié)構(gòu)也如典例2中圖乙所示,則該分子的化學(xué)式為

。

提示

團(tuán)簇分子所含微粒都屬于該分子,不與其他分子共用,故其化學(xué)式為A8B6C。易錯提醒(1)計(jì)算晶胞中原子的個數(shù)時,要正確分析晶胞中任意位置上的一個原子被幾個晶胞所共用。(2)根據(jù)均攤法計(jì)算出1個晶胞中各種原子個數(shù)的最簡整數(shù)比,可確定該物質(zhì)的化學(xué)式。(3)對于獨(dú)立原子構(gòu)成的分子,其分子式的確定則不能用均攤法。如由金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子,如圖所示,其分子式可由示意圖中所含的原子個數(shù)來確定,M原子共14個,N原子13個,即分子式為M14N13(或N13M14)。變式訓(xùn)練2話筒是聲電轉(zhuǎn)換的換能器,在話筒中有一種材料的主要成分是鈦酸鋇,鈦酸鋇的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖,可知它的化學(xué)式是(

)A.BaTi8O12

B.BaTi4O6C.BaTi2O4

D.BaTiO3答案

D解析

仔細(xì)觀察鈦酸鋇晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖可知,Ba在立方體的體心,完全屬于該晶胞,Ti處于立方體的8個頂點(diǎn),O處于立方體的12條棱的中點(diǎn),故晶胞中Ba、Ti、O三種原子的個數(shù)比為1∶(8×)∶(12×)=1∶1∶3,D項(xiàng)正確。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列關(guān)于水晶和普通玻璃的說法正確的是(

)A.普通玻璃是晶體B.水晶是晶體C.普通玻璃具有自范性D.普通玻璃和水晶都具有固定的熔點(diǎn)答案

B2.下列物質(zhì)都是固體,其中不屬于晶體的是(

)①橡膠②水晶③冰④干冰⑤冰醋酸⑥石蠟⑦玻璃A.①⑥⑦ B.①②⑦C.②④⑤⑦ D.①③⑥⑦答案

A3.下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述錯誤的是(

)A.物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B.氣態(tài)是高度無序的體系存在狀態(tài)C.固態(tài)中的粒子結(jié)合得較緊密,相對運(yùn)動較弱D.液態(tài)物質(zhì)的粒子間距離和作用力的強(qiáng)弱介于固態(tài)和氣態(tài)之間,表現(xiàn)出明顯的流動性答案

A解析

物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了氣、液、固三態(tài)外,還有液晶態(tài)、塑晶態(tài)等;物質(zhì)處于氣態(tài)時,粒子間距離大,粒子運(yùn)動速度大,體系處于高度無序狀態(tài);對于固態(tài)物質(zhì),粒子相距很近,只能在一定的位置上做不同程度的振動;對液態(tài)物質(zhì)而言,粒子間距離比固態(tài)中的大一些,粒子間作用力也比固態(tài)中的小一些,粒子的運(yùn)動比固體明顯活躍,使之表現(xiàn)出流動性。4.晶體是一類非常重要的材料,在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。下列對晶體硅的敘述正確的是(

)A.形成晶體硅的速率越快越好B.晶體硅有固定的熔點(diǎn)C.不能用X射線衍射實(shí)驗(yàn)來鑒別晶體硅和玻璃D.粉末狀的固體硅一定不是晶體答案

B解析

晶體的形成都有一定的條件,如溫度、壓強(qiáng)、結(jié)晶速率等,結(jié)晶時并不是速率越快越好,速率太快可能導(dǎo)致晶體質(zhì)量下降,A項(xiàng)說法錯誤;晶體有固定的熔點(diǎn),B項(xiàng)說法正確;X射線衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驕y出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),根據(jù)粒子是否有規(guī)則的排列就能區(qū)分晶體與非晶體,C項(xiàng)說法錯誤;粉末狀的固體硅也可能是晶體,在光學(xué)顯微鏡下可以觀察到晶體的規(guī)則外形,D項(xiàng)說法錯誤。5.如圖所示為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域里的一種化合物——鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單元。(1)在該物質(zhì)的晶體中,每個鈦原子周圍與它最接近的且等距離的鈦原子共有

個。

(2)該晶體中,元素氧、鈦、鈣的原子個數(shù)比是

。

答案

(1)6

(2)3∶1∶1解析

回答第(1)小題要注意發(fā)揮空間想象力,在晶胞的上、下、左、右、前、后都有完全等同的晶胞,依據(jù)一個晶胞我們能觀察到3個與鈦原子最接近且等距離的鈦原子,在與這3個鈦原子對稱的位置還有3個鈦原子,所以共有6個鈦原子。對于第(2)小題我們可以使用均攤法求得N(O)∶N(Ti)∶N(Ca)=(12×)∶(8×)∶1=3∶1∶1。高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第二節(jié)分子晶體與共價晶體第三章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.結(jié)合常見的共價分子的實(shí)例,認(rèn)識物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.借助分子晶體、共價晶體等模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.干冰是一種常見的滅火劑,其成分為

CO2,干冰用于滅火的原因是其易

升華

,該過程中吸收大量的熱,且CO2不支持燃燒。2.水晶的主要成分是

SiO2,水晶是具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。3.H2S的沸點(diǎn)比H2O低,其主要原因是水分子間存在氫鍵?！咀灾魇崂怼恳?、分子晶體1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)構(gòu)成微粒及微粒間的作用力(2)特征性質(zhì)分子晶體熔點(diǎn)低,硬度很小。(3)堆積方式

類型分子密堆積分子非密堆積分子間作用力只有范德華力,無氫鍵有分子間氫鍵和范德華力,氫鍵具有方向性空間特點(diǎn)每個分子周圍最多有12個緊鄰的分子空間利用率不高,留有相當(dāng)大的空隙舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.常見分子晶體與物質(zhì)的類別

物質(zhì)種類實(shí)例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4等絕大多數(shù)有機(jī)化合物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3.兩種典型分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)

(1)干冰①每個晶胞中均攤

4個CO2分子,含有

12個原子。②每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子為

12個。(2)冰①水分子之間的作用力有范德華力、氫鍵,但主要是氫鍵。②由于氫鍵具有方向性,使四面體中心的每個水分子與四面體頂點(diǎn)的

4個相鄰的水分子相互吸引?！疚⑺伎?】水結(jié)冰時,為什么冰浮在水面上?提示

水分子間存在氫鍵,當(dāng)水結(jié)冰時每個水分子只與周圍4個相鄰水分子相互吸引,形成空隙較大的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致冰的密度比水小,所以水結(jié)冰后會浮在水面上。二、共價晶體1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)構(gòu)成微粒及作用力(2)空間結(jié)構(gòu):共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),不存在單個的小分子,是一個“巨分子”。(3)物理性質(zhì)①共價晶體中,由于各原子均以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合,因此一般熔點(diǎn)

高

,硬度

大

。②結(jié)構(gòu)相似的共價晶體,原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高。2.常見的共價晶體(1)某些單質(zhì),如金剛石(C)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)和灰錫(Sn)等;(2)某些非金屬化合物,如碳化硅(SiC,俗稱金剛砂)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)等。3.典型共價晶體的結(jié)構(gòu)(1)金剛石晶體金剛石的晶體結(jié)構(gòu)

金剛石的晶胞

①在晶體中每個碳原子以

4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu)。②晶體中碳碳鍵之間的夾角為109°28',碳原子采取了sp3雜化。③最小環(huán)上有

6個碳原子。④一個金剛石晶胞中碳原子個數(shù)為

8。(2)二氧化硅晶體①把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,在每兩個硅原子之間增加一個氧原子,即形成SiO2的晶體結(jié)構(gòu)。②低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈,而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性?！疚⑺伎?】碳和硅在同一主族,為什么它們的氧化物CO2和SiO2的物理性質(zhì)差異很大?提示

CO2的晶體是分子晶體,晶體中CO2分子之間通過范德華力相結(jié)合,每個CO2分子是由一個碳原子和兩個氧原子構(gòu)成的。SiO2是原子晶體,硅原子和氧原子形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),晶體中不存在小分子?！咀晕覚z測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)分子晶體中一定存在共價鍵(

)(2)干冰升華的過程中破壞了共價鍵(

)(3)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素形成的氧化物,但屬于不同的晶體類型(

)(4)分子晶體的熔、沸點(diǎn)比較低,共價晶體的熔、沸點(diǎn)比較高(

)(5)含有共價鍵的晶體都是共價晶體(

)(6)SiO2是二氧化硅的分子式(

)××√√××2.AB型物質(zhì)形成的晶體多種多樣,下列圖示的幾種結(jié)構(gòu)中最有可能是分子晶體的是(

)A.①②③④

B.②③⑤⑥C.②③

D.①④⑤⑥答案

C解析

①④⑤⑥構(gòu)成的晶體為在一維、二維或三維空間中的結(jié)構(gòu),且在空間中微粒通過化學(xué)鍵相互連接,故它們不可能是分子晶體;而②③所示結(jié)構(gòu)都是獨(dú)立的,沒有通過化學(xué)鍵與其他結(jié)構(gòu)結(jié)合,故可能為分子晶體。3.有下列幾種晶體:A.水晶B.冰醋酸C.白磷D.金剛石E.晶體氬F.干冰(1)屬于分子晶體的是

。

(2)屬于共價晶體的化合物是

。

(3)直接由原子構(gòu)成的晶體是

。

(4)受熱熔化時,需克服共價鍵的是

。

答案

(1)BCEF

(2)A

(3)ADE

(4)AD解析

不同晶體的構(gòu)成微粒不同,分子晶體由分子構(gòu)成,共價晶體中無分子。分子晶體有B、C、E、F,注意晶體氬是由單原子分子構(gòu)成的分子晶體;共價晶體和稀有氣體形成的晶體都是由原子直接構(gòu)成的;共價晶體有A、D,但屬于化合物的只有A;分子晶體熔化時不破壞化學(xué)鍵;共價晶體熔化時破壞共價鍵。課堂篇素養(yǎng)提升探究1分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)【問題探究】觀察下圖冰和干冰的晶體結(jié)構(gòu),回答下列問題:圖甲:冰

圖乙:干冰(1)為什么干冰的熔點(diǎn)比冰低而密度卻比冰大?提示

冰中水分子間除了范德華力外還有氫鍵作用,而干冰中CO2分子間只有范德華力,所以冰的熔點(diǎn)比干冰高。由于水分子間形成的氫鍵具有方向性,導(dǎo)致冰晶體不具有分子密堆積特征,晶體中有較大的空隙,所以相同狀況下冰的密度較小。由于干冰中CO2分子采取密堆積方式形成晶體,所以干冰的密度較大。(2)干冰升華過程中破壞共價鍵嗎?提示

干冰升華過程中只破壞范德華力,不破壞共價鍵。【深化拓展】分子晶體的判斷及性質(zhì)比較1.分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)物質(zhì)的類別判斷部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)化合物的晶體都是分子晶體。(2)依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用力判斷組成分子晶體的微粒是分子,粒子間作用力是分子間作用力。(3)依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷分子晶體的硬度小,熔、沸點(diǎn)低。2.分子晶體熔、沸點(diǎn)的比較(1)結(jié)構(gòu)相似,分子之間不含氫鍵而利用范德華力形成的分子晶體,隨著相對分子質(zhì)量的增大,物質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸升高。例如,常溫下Cl2為氣態(tài),Br2為液態(tài),而I2為固態(tài);CO2為氣態(tài),CS2為液態(tài)。(2)相對分子質(zhì)量相等或相近的分子構(gòu)成的分子晶體,極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔點(diǎn)一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔點(diǎn)高,如CO的熔點(diǎn)比N2的熔點(diǎn)高。(3)組成和結(jié)構(gòu)相似且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體所形成的分子晶體,相對分子質(zhì)量相同,一般支鏈越多,分子間相互作用越弱,熔、沸點(diǎn)越低,如熔、沸點(diǎn):正戊烷>異戊烷>新戊烷。(4)組成和結(jié)構(gòu)相似時,含氫鍵的分子晶體熔、沸點(diǎn)會反常的高。如H2O的熔、沸點(diǎn)高于H2S。【素能應(yīng)用】典例1下列有關(guān)冰和干冰的敘述不正確的是(

)A.干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B.冰晶體中,每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子C.干冰比冰的熔點(diǎn)低得多,常壓下易升華D.干冰中CO2分子間只存在范德華力,不存在氫鍵,一個分子周圍有12個緊鄰的分子答案

A解析

干冰晶體中,CO2分子間作用力只是范德華力,分子采取密堆積,一個分子周圍有12個緊鄰的分子;冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵,由于氫鍵具有方向性,每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子,采取非密堆積的方式,空間利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德華力,冰融化需要克服范德華力和氫鍵,由于氫鍵作用力比范德華力大,所以干冰比冰的熔點(diǎn)低得多,而且常壓下易升華。變式設(shè)問

干冰熔化和冰融化破壞的分子間作用力是否相同?提示

不相同。干冰熔化破壞的是范德華力,冰融化破壞的是范德華力和氫鍵。特別提醒

晶體冰中有關(guān)氫鍵的易錯點(diǎn)(1)晶體冰中每個水分子可以與緊鄰的4個水分子形成氫鍵(不是2個);1

mol水分子平均形成2

mol氫鍵(不是4

mol)。(2)冰、氫氟酸中均有氫鍵,且O—H…O比F—H…F弱,但水的沸點(diǎn)更高,其原因是平均每個水分子形成的氫鍵數(shù)比HF多。(3)晶體冰的密度比液態(tài)水的小。變式訓(xùn)練1在學(xué)習(xí)分子晶體后,某化學(xué)興趣小組的同學(xué)查閱了幾種氯化物的熔、沸點(diǎn),記錄如下:氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點(diǎn)/℃801708194-69772沸點(diǎn)/℃14131412178571600根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析,你認(rèn)為屬于分子晶體的是(

)A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4C.NaCl、CaCl2

D.全部答案

B解析

由分子構(gòu)成的晶體,分子與分子之間以分子間作用力相互作用,而分子間作用力較小,克服分子間作用力所需能量較低,故分子晶體的熔、沸點(diǎn)較低。由表中數(shù)據(jù)可知,MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸點(diǎn)較高,故不屬于分子晶體;AlCl3、SiCl4熔、沸點(diǎn)較低,應(yīng)為分子晶體。B項(xiàng)符合題目要求。探究2共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)【問題探究】

(1)分析金剛石、二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),判斷共價晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式。提示

不能。因?yàn)楣矁r晶體中形成的是共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),晶體中無分子存在。(2)以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分子晶體有哪些不同。提示

①構(gòu)成微粒不同,共價晶體中只存在原子,沒有分子。②微粒間的相互作用不同,共價晶體中原子之間通過共價鍵結(jié)合,分子晶體中分子之間的作用是分子間作用力。(3)含1mol碳原子的金剛石或1molSiO2中分別含有C—C和Si—O共價鍵的物質(zhì)的量是多少?提示

含1

mol碳原子的金剛石和1

mol

SiO2中分別含有C—C和Si—O共價鍵的物質(zhì)的量分別為2

mol和4

mol?！旧罨卣埂糠肿泳w與共價晶體的比較

晶體類型分子晶體共價晶體定

義只含分子的晶體相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)成微粒分子或原子(稀有氣體)原子微粒間的作用力分子間作用力(氫鍵、范德華力)共價鍵(極性鍵、非極性鍵)熔點(diǎn)較低很高硬度較小很大溶解性相似相溶難溶于一般溶劑影響熔點(diǎn)高低的因素分子間作用力的強(qiáng)弱共價鍵的強(qiáng)弱不存在分子

【素能應(yīng)用】典例2硅是一種重要的非金屬單質(zhì),硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學(xué)知識回答硅及其化合物的相關(guān)問題。(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為

。

(2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似,晶體硅中Si—Si共價鍵之間的夾角大小為

。

(3)請?jiān)诳驁D中補(bǔ)充完成SiO2晶體的結(jié)構(gòu)示意圖(部分原子已畫出),并進(jìn)行必要的標(biāo)注。(4)根據(jù)下表中三種物質(zhì)(晶體)的熔點(diǎn)回答以下問題。簡要解釋熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的原因:①SiO2和SiCl4:

。

②SiCl4和SiF4:

。

物質(zhì)SiO2SiCl4SiF4熔點(diǎn)/℃1713-69-90.2答案

(1)1s22s22p63s23p2

(2)109°28'(3)如圖所示(4)①SiO2是共價晶體,微粒間作用力為共價鍵;SiCl4是分子晶體,分子間作用力為范德華力,故SiO2熔點(diǎn)高于SiCl4

②SiCl4和SiF4均為分子晶體,分子間作用力均為范德華力,根據(jù)分子結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,可知SiCl4的熔點(diǎn)高于SiF4解析

(2)晶體硅以一個硅原子為中心,與另外4個硅原子形成正四面體結(jié)構(gòu),所以Si—Si共價鍵之間的鍵角為109°28'。(3)由圖分析可知,圖中給出的是硅晶體的結(jié)構(gòu),SiO2晶體相當(dāng)于在硅晶體結(jié)構(gòu)中的每個Si—Si共價鍵中“插入”一個氧原子,所以只要在上述每兩個硅原子之間畫一個半徑比硅原子小的原子,再用實(shí)線連起來即可。(4)不同類型的晶體,其熔點(diǎn)具有較大的差別,一般共價晶體的熔點(diǎn)高,而分子晶體的熔點(diǎn)低。易錯提醒對分子晶體和共價晶體的認(rèn)識誤區(qū)(1)共價晶體中形成的是共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),是一個“巨分子”,沒有分子存在;而分子晶體中存在真實(shí)的分子。(2)共價晶體的化學(xué)式只表示晶體中的原子的個數(shù)比,如SiO2只是表示晶體中Si與O的原子個數(shù)比為1∶2。而分子晶體的化學(xué)式表示分子的構(gòu)成。(3)由原子構(gòu)成的晶體不一定是共價晶體,如稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。變式訓(xùn)練2碳化硅(SiC)是一種晶體,具有類似于金剛石的結(jié)構(gòu),其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三種晶體:①金剛石②晶體硅③碳化硅,它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是(

)A.①③② B.②③①

C.③①② D.②①③答案

A解析

C與Si同為第ⅣA族元素,三種晶體的相似性表現(xiàn)在金剛石是共價晶體,晶體硅、碳化硅也是共價晶體。根據(jù)硅的原子半徑比碳原子大可知,Si—Si的鍵能比C—C小,而C—Si的鍵能應(yīng)在二者之間,三種共價晶體空間結(jié)構(gòu)相似,熔點(diǎn)取決于它們的鍵長與鍵能大小,故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅,正確答案為A。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列各組物質(zhì)各自形成的晶體中,均屬于分子晶體的化合物是(

)A.NH3、HD、C8H10

B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SO3、C60

D.CCl4、Na2S、H2O2答案

B解析

A項(xiàng)中HD是單質(zhì),不是化合物;C項(xiàng)中C60是單質(zhì),不是化合物;D項(xiàng)Na2S中不存在分子,不是分子晶體。2.下列說法正確的是(

)A.共價晶體中只存在非極性共價鍵B.因?yàn)镠Cl的相對分子質(zhì)量大于HF,所以HCl晶體的熔點(diǎn)高于HFC.干冰升華時,分子內(nèi)共價鍵不會發(fā)生斷裂D.金屬元素和非金屬元素形成的化合物一定是離子化合物答案

C解析

共價晶體中可能存在極性共價鍵,如SiO2、SiC等,A項(xiàng)不正確;HF晶體中存在氫鍵,熔點(diǎn)高于HCl晶體,B項(xiàng)不正確;干冰升華是物理變化,分子間作用力被破壞,但分子內(nèi)共價鍵不斷裂,C項(xiàng)正確;金屬元素和非金屬元素形成的化合物不一定是離子化合物,也可能是共價化合物,如AlCl3等,D項(xiàng)不正確。3.水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的,玻璃態(tài)的水無固定形狀,不存在晶體結(jié)構(gòu),且密度與普通液態(tài)水的密度相同,有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述正確的是(

)A.水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),體積縮小B.玻璃態(tài)水具有固定的熔點(diǎn)C.玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D.玻璃態(tài)水是分子晶體答案

C解析

由玻璃態(tài)水的密度與普通液態(tài)水的密度相同可知,質(zhì)量相同時體積相同,A錯誤;玻璃態(tài)的水不是晶體,則無固定的熔點(diǎn),B錯誤;水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài),由此可知玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài),C正確;玻璃態(tài)的水無固定形狀,不是分子晶體,D錯誤。4.下列各組晶體狀態(tài)的物質(zhì)中,化學(xué)鍵類型相同,晶體類型也相同的是(

)A.SiO2和SO3

B.晶體硼和HClC.晶體硅和C60 D.硫黃和碘答案

D解析

屬于分子晶體的有SO3、HCl、C60、硫黃和碘;屬于共價晶體的有SiO2、晶體硼和晶體硅。D項(xiàng)符合題目要求。5.現(xiàn)有兩組物質(zhì)的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表所示:A組熔點(diǎn)/℃B組熔點(diǎn)/℃金剛石>3550HF-83晶體硅1410HCl-115晶體硼2300HBr-89二氧化硅1713HI-51根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題:(1)A組物質(zhì)屬于

晶體,其熔化時克服的微粒間的作用力是

。

(2)B組物質(zhì)中HF熔點(diǎn)比HCl、HBr高是由于

。

(3)B組晶體不可能具有的性質(zhì)是

(填序號)。

①硬度?、谒芤耗軐?dǎo)電③固體能導(dǎo)電④液體狀態(tài)能導(dǎo)電答案

(1)共價共價鍵(2)HF分子間能形成氫鍵,熔化時需要消耗的能量更多(3)③④解析

A組物質(zhì)熔點(diǎn)很高,應(yīng)是共價晶體,共價晶體熔化時破壞的是共價鍵;B組物質(zhì)形成的晶體是分子晶體,且結(jié)構(gòu)相似,一般情況下相對分子質(zhì)量越大,熔點(diǎn)越高,HF的相對分子質(zhì)量最小,但熔點(diǎn)比HCl、HBr高的原因是HF分子間可形成氫鍵,HF熔化時除了破壞范德華力外,還要破壞氫鍵,所需能量更高,因而熔點(diǎn)更高;分子晶體在固態(tài)時和熔化狀態(tài)時都不導(dǎo)電。6.(2021湖南卷,18節(jié)選)硅和鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以得到SiX4。SiX4的熔沸點(diǎn)

SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔點(diǎn)/K183.0203.2278.6393.7沸點(diǎn)/K187.2330.8427.2560.70℃時,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液態(tài)的是

(填化學(xué)式),沸點(diǎn)依次升高的原因是

。

答案

SiCl4相對分子質(zhì)量逐漸增大解析

由題給數(shù)據(jù)可知,0

℃時SiCl4為液態(tài)。鹵化硅(SiX4)都是分子晶體,分子間作用力隨著相對分子質(zhì)量的增大而增大,導(dǎo)致熔、沸點(diǎn)升高。高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第三節(jié)金屬晶體與離子晶體第三章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.結(jié)合常見的離子化合物和金屬單質(zhì)的實(shí)例,認(rèn)識這些物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。3.借助離子晶體、金屬晶體等模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì),形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.體溫計(jì)中的水銀是

汞

單質(zhì),為金屬單質(zhì),常溫下是

液

態(tài)。2.氯化銨是由

和

Cl-構(gòu)成的

離子

化合物(填“離子”或“共價”)?！咀灾魇崂怼恳?、金屬鍵與金屬晶體1.金屬鍵2.金屬晶體(1)定義:原子間以金屬鍵結(jié)合形成的晶體。(2)用“電子氣”理論解釋金屬的性質(zhì)延展性—當(dāng)金屬受到外力作用時,晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動,但原來的排列方式不變,金屬原子與自由電子形成的“電子氣”沒有被破壞,所以金屬有良好的延展性↓導(dǎo)電性—在外加電場的作用下,金屬晶體中的“電子氣”在電場中定向移動而形成電流,呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性↓導(dǎo)熱性—“電子氣”中的自由電子在運(yùn)動時與金屬原子發(fā)生碰撞,從而引起兩者能量的交換

除金屬晶體能導(dǎo)電外,非金屬中的石墨也能導(dǎo)電

【微思考1】含有陽離子的晶體一定含有陰離子嗎?提示

不一定。金屬晶體中含有陽離子,但是沒有陰離子。二、離子晶體1.定義離子晶體是由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體。2.性質(zhì)離子晶體硬度較大,難于壓縮;由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)時需要破壞較強(qiáng)的離子鍵,熔、沸點(diǎn)較高,難揮發(fā)。3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)類型

晶體中無小分子

離子晶體晶胞陰離子周圍距離最近的陽離子數(shù)陽離子周圍距離最近的陰離子數(shù)晶胞均攤離子數(shù)目NaCl66Na+數(shù)目4Cl-數(shù)目4離子晶體晶胞陰離子周圍距離最近的陽離子數(shù)陽離子周圍距離最近的陰離子數(shù)晶胞均攤離子數(shù)目CsCl88Cs+數(shù)目1Cl-數(shù)目1【微思考2】含有陰離子的晶體一定含有金屬離子嗎?提示

含有陰離子的晶體,一定含有陽離子,但不一定是金屬陽離子,如銨鹽。三、過渡晶體與混合型晶體1.過渡晶體四類典型晶體分別是分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體等,但純粹的典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。如:第三周期元素的氧化物。氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO2Cl2O7離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%62504133都是分子晶體,表明離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小從表中數(shù)據(jù)可見,前四種氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵,也不是純粹的共價鍵,這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體,而是離子晶體和共價晶體之間的過渡晶體。通常把偏向離子晶體的過渡晶體當(dāng)作離子晶體,如Na2O等;偏向共價晶體的過渡晶體當(dāng)作共價晶體,如Al2O3、SiO2等。2.混合型晶體——石墨(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——層狀結(jié)構(gòu)①同層內(nèi),碳原子采用

sp2雜化,以共價鍵相結(jié)合形成正六邊形結(jié)構(gòu)。所有碳原子的p軌道相互平行且相互重疊,p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運(yùn)動。②層與層之間以范德華力相結(jié)合。(2)晶體類型石墨晶體屬于混合型晶體。(3)物理性質(zhì):①導(dǎo)電性,②導(dǎo)熱性,③潤滑性。【微思考3】石墨晶體中,層內(nèi)C—C的鍵長為142

pm,而金剛石中C—C的鍵長為154

pm,回答下列問題。(1)熔點(diǎn):石墨

金剛石(填“>”“<”或“=”)。

(2)石墨中C—C的鍵長小于金剛石中C—C鍵長的原因:

。

提示

(1)>(2)金剛石中只存在C—C間的σ鍵,而石墨中層內(nèi)的C—C間不僅存在σ鍵,還存在π鍵,電子云重疊程度大,所以C—C間的鍵長短【自我檢測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)金屬在拉成絲或者壓成薄片的過程中,金屬鍵遭到了破壞(

)(2)含有離子的晶體一定是離子晶體(

)(3)離子晶體受熱熔化時破壞化學(xué)鍵,吸收能量,屬于化學(xué)變化(

)(4)純粹的典型晶體是沒有的(

)(5)金屬晶體可導(dǎo)電,離子晶體不導(dǎo)電(

)××××√2.下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是(

)A.金屬鍵沒有方向性B.金屬鍵中的電子屬于整塊金屬,具有流動性C.金屬鍵是金屬陽離子和脫落下來的價電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用D.金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性都與金屬鍵有關(guān)答案

C解析

金屬鍵是金屬陽離子和脫落下來的價電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電作用,包括靜電引力和靜電斥力。金屬鍵影響物質(zhì)的物理性質(zhì),如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性等。課堂篇素養(yǎng)提升探究1金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)特點(diǎn)【問題探究】1.試用“電子氣”理論解釋為什么金屬具有良好的①延展性、②導(dǎo)電性、③導(dǎo)熱性。提示

①當(dāng)金屬受到外力作用時,晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動,但原來的排列方式不變,而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用,并且“電子氣”沒有破壞,所以金屬有良好的延展性。②金屬晶體中的自由電子在電場中定向移動而形成電流,呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性。③“電子氣”中的自由電子在運(yùn)動時頻繁與金屬原子碰撞,從而引起能量傳遞,呈現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性。2.試用金屬鍵解釋Na、Mg、Al的熔點(diǎn)逐漸升高的原因。提示

Na、Mg、Al的原子半徑逐漸減小,價電子數(shù)逐漸增多,金屬鍵逐漸增強(qiáng),所以熔點(diǎn)逐漸升高。3.純鋁硬度不大,形成硬鋁合金后,硬度很大,金屬形成合金后為什么有些物理性質(zhì)會發(fā)生很大的變化?提示

金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時,影響了金屬的延展性和硬度。【深化拓展】1.對金屬晶體的組成、性質(zhì)的正確理解(1)金屬單質(zhì)和合金在固態(tài)時都屬于金屬晶體。(2)金屬晶體中含有金屬陽離子,但沒有陰離子。(3)金屬導(dǎo)電的微粒是自由電子,電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的微粒是自由移動的陽離子和陰離子;前者導(dǎo)電過程中不生成新物質(zhì),為物理變化,后者導(dǎo)電過程中有新物質(zhì)生成,為化學(xué)變化。因而,兩者導(dǎo)電的本質(zhì)不同。2.金屬晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較金屬陽離子半徑越小,所帶電荷越多,則金屬鍵越強(qiáng),金屬的熔、沸點(diǎn)就越高,一般存在以下規(guī)律:(1)同周期金屬單質(zhì)(如Na、Mg、Al),從左到右熔、沸點(diǎn)逐漸升高。(2)同主族金屬單質(zhì)(如堿金屬),從上到下熔、沸點(diǎn)逐漸降低。(3)合金的熔、沸點(diǎn)比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。(4)金屬晶體熔點(diǎn)差別很大,如汞在常溫下為液體,熔點(diǎn)很低(-38.9℃),而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1535℃)?！舅啬軕?yīng)用】典例1下列關(guān)于金屬鍵的敘述不正確的是(

)A.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的強(qiáng)烈相互作用,也是一種電性作用B.金屬鍵可以看作許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈的相互作用,所以與共價鍵類似,也有方向性和飽和性C.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的相互作用,故金屬鍵無方向性和飽和性D.構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運(yùn)動答案

B解析

從構(gòu)成基本粒子的性質(zhì)來看,金屬鍵也是一種電性作用,其特征是無方向性和飽和性。自由電子是由金屬原子提供的,并且在整個金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運(yùn)動,為整個金屬的所有原子所共用,從這個角度看,金屬鍵與共價鍵有類似之處,但二者又有明顯的區(qū)別,如金屬鍵無方向性和飽和性等。易錯提醒金屬晶體性質(zhì)的認(rèn)識誤區(qū)(1)金屬晶體在受外力作用下,各層之間發(fā)生相對滑動,但金屬鍵并沒有被破壞。(2)共價晶體的熔點(diǎn)不一定都比金屬晶體的高,如金屬鎢的熔點(diǎn)就高于一般的共價晶體。(3)分子晶體的熔點(diǎn)不一定都比金屬晶體的低,如汞在常溫下是液體,熔點(diǎn)很低。變式訓(xùn)練1要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔點(diǎn)高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強(qiáng)弱,而金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此判斷下列說法正確的是(

)A.金屬鎂的熔點(diǎn)高于金屬鋁B.堿金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)從Li到Cs是逐漸升高的C.金屬鋁的硬度大于金屬鈉D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣答案

C解析

鎂離子比鋁離子的半徑大且所帶的電荷少,所以金屬鎂比金屬鋁中的金屬鍵弱,與鋁相比較,鎂的熔點(diǎn)低、硬度小;從Li到Cs,離子的半徑逐漸增大,離子所帶電荷相同,故金屬鍵逐漸減弱,熔點(diǎn)逐漸降低,硬度逐漸減小;因鋁離子的半徑比鈉離子小且所帶電荷多,故金屬鋁比金屬鈉中的金屬鍵強(qiáng),所以金屬鋁比金屬鈉的熔點(diǎn)高、硬度大;因鎂離子的半徑比鈣離子小,所帶電荷與鈣離子相同,故金屬鎂比金屬鈣中的金屬鍵強(qiáng),所以金屬鎂比金屬鈣的熔點(diǎn)高、硬度大。探究2離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)特點(diǎn)【問題探究】1.如圖所示是從NaCl和CsCl晶體中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖。試分析哪些圖是從NaCl和CsCl晶體中分別提取出來的?提示

從NaCl晶體中分別提取出來的是(1)和(4);從CsCl晶體中分別提取出來的是(2)和(3)。2.已知:CaCO3、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等均為離子晶體。分析這些離子晶體中都含有哪些微觀粒子?晶體內(nèi)部存在哪些類型的作用力?提示

構(gòu)成離子晶體的微粒有陰離子和陽離子,還有電中性分子;晶體內(nèi)部的作用力除離子鍵外還存在共價鍵、氫鍵和范德華力等。3.下表所示NaCl、CsCl的熔、沸點(diǎn)比HCl的明顯高很多,結(jié)合晶體類型,你能推測其原因嗎?預(yù)測MgO和NaCl的熔、沸點(diǎn)的高低?物質(zhì)HClNaClCsCl熔點(diǎn)/℃-114.18801645沸點(diǎn)/℃-8514131290提示

HCl的晶體類型為分子晶體,熔、沸點(diǎn)較低。NaCl、CsCl、MgO均為離子晶體,一般構(gòu)成離子晶體的陰、陽離子半徑越小,含有的電荷越多,其離子鍵越強(qiáng),晶體的熔、沸點(diǎn)越高,故熔、沸點(diǎn)MgO>NaCl。【深化拓展】1.離子晶體的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)特點(diǎn)(1)離子晶體中一定含有陰、陽離子,可能含有小分子,晶體的化學(xué)式只表示物質(zhì)的構(gòu)成微粒個數(shù)比,不是分子式。(2)離子晶體中一定含有離子鍵,也可能含有共價鍵、氫鍵等其他作用。(3)離子晶體中離子鍵沒有方向性和飽和性,但每個陰(陽)離子周圍排列的帶相反電荷的離子數(shù)目都是固定的(配位數(shù)一定)。(4)常見的離子晶體包括強(qiáng)堿、活潑金屬的氧化物、大部分鹽。(5)一般同類型的離子晶體的熔、沸點(diǎn)高低、硬度大小比較,可以通過離子鍵強(qiáng)弱來比較,離子半徑越小,所帶電荷越多,對應(yīng)的離子鍵越強(qiáng),晶體熔、沸點(diǎn)越高。2.四類晶體的比較

晶體類型離子晶體共價晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成晶體的粒子陰、陽離子原子分子金屬陽離子和自由電子粒子間的作用離子鍵共價鍵范德華力(有的含有氫鍵)金屬鍵作用力大小(一般而言)較強(qiáng)很強(qiáng)弱有的較強(qiáng),有的較弱晶體類型離子晶體共價晶體分子晶體金屬晶體判斷作用力大小的參考數(shù)據(jù)離子電荷數(shù)、離子半徑鍵能、鍵長(與原子半徑相關(guān))組成和結(jié)構(gòu)相似時,比較相對分子質(zhì)量(必要時還要考慮是否存在氫鍵)離子半徑、離子所帶電荷數(shù)熔點(diǎn)較高高低差別較大(汞常溫下為液態(tài),鎢的熔點(diǎn)為3410℃)硬度略硬而脆大較小差別較大晶體類型離子晶體共價晶體分子晶體金屬晶體導(dǎo)熱和導(dǎo)電性不良導(dǎo)體(熔融后或溶于水導(dǎo)電)不良導(dǎo)體不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電)良導(dǎo)體溶解性多數(shù)易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水,少數(shù)與水反應(yīng)機(jī)械加工性能不良不良不良優(yōu)良延展性差差差優(yōu)良【素能應(yīng)用】典例2為了確定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否為離子化合物,進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。其中合理、可靠的是(

)A.觀察常溫下的狀態(tài),SbCl5是蒼黃色液體,SnCl4為無色液體。結(jié)論:SbCl5和SnCl4都是離子化合物B.測定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔點(diǎn)依次為73.5℃、2.8℃、-33℃。結(jié)論:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是離子化合物C.將SbCl3、SbCl5、SnCl4溶于水中,滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,產(chǎn)生白色沉淀。結(jié)論:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是離子化合物D.測定SbCl3、SbCl5、SnCl4水溶液的導(dǎo)電性,發(fā)現(xiàn)它們都可以導(dǎo)電。結(jié)論:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是離子化合物答案

B解析

離子晶體中含有離子鍵,離子鍵是陰、陽離子之間強(qiáng)烈的相互作用,故離子晶體往往有較高的熔點(diǎn),A項(xiàng)錯而B項(xiàng)正確;滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,產(chǎn)生白色沉淀,只能說明這些物質(zhì)溶于水時產(chǎn)生了Cl-,有的共價化合物溶于水時也能產(chǎn)生Cl-(如HCl),C錯;有些共價化合物的水溶液也能導(dǎo)電,如HCl,D錯。歸納總結(jié)

離子晶體的判斷(1)根據(jù)物質(zhì)的分類大多數(shù)鹽(包括銨鹽)、強(qiáng)堿,活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2),部分氫化物(如NaH)、部分硫化物等都是離子晶體。(2)根據(jù)元素的性質(zhì)和種類①根據(jù)電負(fù)性:如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì);②根據(jù)元素在周期表中的位置:金屬元素(如第ⅠA、ⅡA族元素等)與非金屬元素(如第ⅥA、ⅦA族元素等)組成的化合物。(3)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)離子晶體一般具有較高的熔、沸點(diǎn),難揮發(fā),硬而脆;固體不導(dǎo)電,但熔融狀態(tài)或溶于水時能導(dǎo)電,大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑。變式訓(xùn)練2下列關(guān)于晶體的說法一定正確的是(

)A.分子晶體中都存在共價鍵B.CaTiO3晶體(如圖所示)中每個Ti4+和12個O2-相緊鄰C.SiO2晶體中每個硅原子與兩個氧原子以共價鍵相結(jié)合D.金屬晶體的熔點(diǎn)都比分子晶體的熔點(diǎn)高CaTiO3的晶體結(jié)構(gòu)模型(圖中Ca2+、O2-、Ti4+分別位于立方體的體心、面心和頂點(diǎn))答案

B解析

稀有氣體都是單原子分子,它們的晶體中不存在共價鍵,A項(xiàng)不正確;在題目所給晶體結(jié)構(gòu)模型中,每個Ti4+周圍有3個O2-與之相鄰,則晶體中每Ti4+周圍共有3×8×=12個O2-,B項(xiàng)正確;在SiO2的晶體中Si、O以單鍵相結(jié)合,故每個硅原子與4個氧原子相結(jié)合,C項(xiàng)不正確;金屬汞的熔點(diǎn)比I2、蔗糖等分子晶體的熔點(diǎn)低,D項(xiàng)不正確。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.金屬晶體的下列性質(zhì)中,不能用金屬晶體結(jié)構(gòu)加以解釋的是(

)A.易導(dǎo)電B.易導(dǎo)熱C.有延展性D.易銹蝕答案

D2.下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說法正確的是(

)A.金屬鍵具有方向性和飽和性B.金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的相互作用C.金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶鲎饔孟庐a(chǎn)生自由電子D.金屬的熔點(diǎn)都很高答案

B3.下列有關(guān)離子晶體的敘述中,不正確的是(

)A.1mol氯化鈉晶胞中有4NA個Na+B.氯化鈉晶體中,每個Na+周圍距離最近且相等的Cl-共有4個C.醋酸鈉屬于離子晶體,含非極性鍵D.平均每個NaCl晶胞中含有4個Na+、4個Cl-答案

B解析

由NaCl晶胞結(jié)構(gòu)可知,1

mol氯化鈉晶胞中有4NA個Na+、4NA個Cl-,A、D兩項(xiàng)正確;由NaCl晶胞結(jié)構(gòu)可知,每個Na+周圍距離最近且相等的Cl-共有6個,B項(xiàng)錯誤;醋酸鈉中存在碳碳非極性鍵,C項(xiàng)正確。4.下列說法中正確的是(

)A.固態(tài)時能導(dǎo)電的物質(zhì)一定是金屬晶體B.熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體C.水溶液能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體D.固態(tài)不導(dǎo)電而熔融態(tài)導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體答案

D解析

石墨在固態(tài)時也能導(dǎo)電,但不是金屬晶體,A錯誤;金屬晶體在熔融態(tài)時也能導(dǎo)電,B錯誤;某些分子晶體溶于水也能導(dǎo)電,C錯誤;離子晶體在固態(tài)時不導(dǎo)電,在熔融態(tài)時可導(dǎo)電,D正確。5.下列7種物質(zhì):①白磷(P4)

②水晶③氯化銨④氫氧化鈣⑤氟化鈉⑥過氧化鈉⑦石墨,固態(tài)時都為晶體,回答下列問題(填寫序號):(1)不含金屬離子的離子晶體是

,只含離子鍵的離子晶體是

,既有離子鍵又有非極性鍵的離子晶體是

,既有離子鍵又有極性鍵的離子晶體是

。

(2)既含范德華力又有非極性鍵的晶體是

,熔化時既要克服范德華力又要破壞化學(xué)鍵的是

,熔化時只破壞共價鍵的是

。

答案

(1)③

⑤

⑥

③④(2)①⑦

⑦

②解析

(1)屬于離子晶體的有③④⑤⑥,其中③只含非金屬元素,NaF中只含有離子鍵,Na2O2中含有離子鍵和非極性共價鍵,NH4Cl和Ca(OH)2中含有離子鍵和極性共價鍵。(2)分子晶體中含范德華力,只有白磷、石墨晶體中既有范德華力又有共價鍵,水晶中只含共價鍵。高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第四節(jié)配合物與超分子第三章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.知道配位鍵的特點(diǎn),認(rèn)識簡單的配位化合物的成鍵特征,了解配位化合物的存在與應(yīng)用,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。2.了解從原子、分子、超分子等不同尺度認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義。通過不同聚集狀態(tài)物質(zhì)的重要應(yīng)用,認(rèn)識化學(xué)技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.無水CuSO4是白色的,CuSO4·5H2O晶體是藍(lán)色的,CuSO4溶液是藍(lán)色的。2.FeCl3溶液是棕黃色的,向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液變?yōu)榧t色?！咀灾魇崂怼?/p>

一、配合物1.配位鍵與配合物(1)部分固體物質(zhì)及其溶液的顏色化合物CuSO4CuCl2CuBr2NaClK2SO4KBr固體顏色白色綠色深褐色白色白色白色溶液顏色藍(lán)色藍(lán)色藍(lán)色無色無色無色結(jié)論呈藍(lán)色的物質(zhì)是水合銅離子,可表示為[Cu(H2O)4]2+,叫做四水合銅離子(2)配位鍵由一個原子單方面提供孤電子對而另一個原子接受孤電子對形成的共價鍵,即“電子對給予—接受”鍵被稱為配位鍵。[Cu(H2O)4]2+可表示為:

(3)配合物金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體或配位體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物,稱為配位化合物,簡稱配合物。

NH4Cl不屬于配位化合物

2.配合物的形成實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象滴加氨水后,試管中首先出現(xiàn)藍(lán)色沉淀,氨水過量后沉淀逐漸溶解,滴加乙醇后析出深藍(lán)色晶體

乙醇的極性較小,降低了鹽的溶解度溶液顏色變成紅色先產(chǎn)生白色沉淀,滴加氨水后白色沉淀溶解【微思考】(1)共價鍵有飽和性,但NH3為什么仍能與H+結(jié)合生成

呢?提示

NH3有孤電子對,H+有空軌道,NH3中的孤電子對進(jìn)入H+的空軌道,兩者共用形成配位鍵。(2)形成配位鍵時提供孤電子對的粒子通常有哪些?提示

提供孤電子對的粒子通常是含第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素形成的分子或離子,如NH3、CO、H2O、F-、Cl-、OH-、CN-、SCN-等。(3)配位鍵中提供空軌道的粒子通常有哪些?提示

配位鍵可提供空軌道的粒子有H+、B、Al;過渡金屬的離子或原子,如Cu2+、Fe2+、Ag+、Zn2+等。3.配合物的用途配合物廣泛存在于自然界中,跟人類生活有密切關(guān)系。例如,在人和動物體內(nèi)起輸送氧氣作用的血紅素,是

Fe2+的配合物。配合物在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)方面的應(yīng)用也很廣泛。二、超分子1.定義超分子是由兩種或兩種以上的分子

通過分子間相互作用形成的分子聚集體。2.重要特征

超分子是廣義的,包括離子分子識別和自組裝。3.超分子實(shí)例(1)“杯酚”分離C60和C70。(2)冠醚識別堿金屬離子(如K+)?！咀晕覚z測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)形成配位鍵的條件是一方有空軌道,另一方有孤電子對(

)(2)配位鍵是一種特殊的共價鍵(

)(3)配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子(

)(4)共價鍵的形成條件是成鍵原子必須有未成對電子(

)(5)超分子是相對分子質(zhì)量很大的有機(jī)化合物(

)√√√××2.下列敘述中錯誤的是(

)A.超分子內(nèi)部分子之間通過共價鍵相結(jié)合B.非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是無周期性重復(fù)排列C.液晶具有各向異性D.超分子具有分子識別和自組裝兩個重要特征答案

A解析

超分子內(nèi)部分子之間通過非共價鍵或分子間作用力等相結(jié)合;超分子具有分子識別和自組裝兩個重要特征。所以A不正確。3.(1)下列不屬于配合物的是

。

A.[Cu(NH3)4]SO4·H2O

B.[Ag(NH3)2]OHC.KAl(SO4)2·12H2O D.Na[Al(OH)4](2)在含配位鍵的[Fe(SCN)]2+中,提供空軌道接受孤電子對的微粒是

;畫出配合物離子[Cu(NH3)4]2+中的配位鍵

。

課堂篇素養(yǎng)提升探究配位鍵的特點(diǎn)及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響【問題探究】(1)已知CuSO4溶液中呈藍(lán)色的物質(zhì)是一種配離子,該配離子的化學(xué)式是什么?該配離子是怎樣形成的?該配離子的中心離子、配體是什么?該配離子的配位數(shù)是多少?提示

藍(lán)色的配離子是[Cu(H2O)4]2+。Cu2+提供空軌道,H2O中的O原子提供孤電子對,形成配位鍵:Cu2++4H2O→

。中心離子是Cu2+,配體是H2O,配位數(shù)為4。(2)已知CuSO4溶液中加入氨水后顯示深藍(lán)色是因?yàn)樾纬闪艘环N配離子,該配離子的化學(xué)式是什么?該配離子是怎樣形成的?該配離子中的中心離子、配體是什么?該配離子的配位數(shù)是多少?提示

深藍(lán)色的配離子是[Cu(NH3)4]2+。Cu2+提供空軌道,NH3中的N原子提供孤電子對,形成配位鍵:Cu2++4NH3→

。中心離子是Cu2+,配體是NH3,配位數(shù)為4。(3)已知向AgCl飽和溶液中加入氨水,沉淀溶解后可生成一種配合物,該配合物的化學(xué)式是什么?相應(yīng)的配離子中的中心離子、配體是什么?配離子中的配位數(shù)是多少?提示

形成的配合物是[Ag(NH3)2]Cl。配合物中中心離子是Ag+,配體是NH3,配位數(shù)為2。(4)[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+哪一個離子更穩(wěn)定?原因是什么?提示

[Cu(NH3)4]2+更穩(wěn)定。配位原子電負(fù)性越小,越易給出孤電子對,形成的配合物越穩(wěn)定?！旧罨卣埂?.配位鍵與非極性鍵、極性鍵的區(qū)別與聯(lián)系共價鍵類型非極性鍵極性鍵配位鍵本質(zhì)相鄰原子間