第20講物質(zhì)的聚集狀態(tài)常見晶體類型選考目標(biāo)要求1.了解晶體和非晶體的區(qū)別,了解晶體的類型,了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別,能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。2.了解分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體、金屬晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系;能分析四種晶體類型熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性等性質(zhì)的不同。命題分析命題點(diǎn)有兩個(gè):一是根據(jù)分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用;二是聯(lián)系新科技分析典型晶體與過渡晶體及混合型晶體等特殊的材料。知識(shí)點(diǎn)一物質(zhì)的聚集狀態(tài)晶體與非晶體落實(shí)主干基礎(chǔ)1.物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了固態(tài)、液態(tài)、氣態(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。類別定義主要性能等離子體由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集體具有良好的導(dǎo)電性和流動(dòng)性液晶介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)既具有液體的流動(dòng)性、黏度、形變性,又具有晶體的導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等(2)等離子體和液晶

2.晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的比較

固體分類晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)粒子周期性有序排列結(jié)構(gòu)粒子無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔點(diǎn)固定不固定異同表現(xiàn)各向異性各向同性二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔點(diǎn)科學(xué)方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)(2)得到晶體的途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。[練一練]1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。(

)(2)在物質(zhì)的三態(tài)相互轉(zhuǎn)化過程中只是分子間距離發(fā)生了變化。(

)(3)晶體的熔點(diǎn)一定比非晶體的熔點(diǎn)高。(

)(4)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會(huì)慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。(

)(5)晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列。(

)×××√√2.下列關(guān)于晶體和非晶體的說法正確的是(

)A.晶體在三維空間里呈周期性有序排列,因此在各個(gè)不同的方向上具有相同的物理性質(zhì)B.晶體在熔化過程中需要不斷地吸熱,溫度不斷地升高C.普通玻璃在各個(gè)不同的方向上力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)相同D.晶體和非晶體之間不可以相互轉(zhuǎn)化C解析

晶體在三維空間里呈周期性有序排列,其許多物理性質(zhì)常常會(huì)表現(xiàn)出各向異性,A不正確;晶體的熔點(diǎn)是固定的,所以在熔化過程中溫度不會(huì)變化,B不正確;在一定條件下晶體和非晶體是可以相互轉(zhuǎn)化的,D不正確。突破命題視角角度一

物質(zhì)的聚集狀態(tài)1.下列有關(guān)物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)與結(jié)構(gòu)的說法不正確的是(

)A.液晶中分子的長軸取向一致,表現(xiàn)出類似晶體的各向異性B.等離子體是一種特殊的氣體,由陽離子和電子兩部分構(gòu)成C.純物質(zhì)有固定的熔點(diǎn),但其晶體顆粒尺寸在納米量級(jí)時(shí)也可能發(fā)生變化D.超分子內(nèi)部的分子間一般通過非共價(jià)鍵或分子間作用力結(jié)合成聚集體B

解析

液晶分子沿分子長軸方向有序排列,從而表現(xiàn)出類似晶體的各向異性,故A正確;等離子體是由陽離子、電子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚集體,故B錯(cuò)誤;純物質(zhì)有固定的熔點(diǎn),但其晶體顆粒尺寸在納米量級(jí)時(shí)也可能發(fā)生變化,熔點(diǎn)可能下降,故C正確;超分子內(nèi)部的多個(gè)分子間一般通過非共價(jià)鍵或分子間作用力結(jié)合成聚集體,故D正確。2.(2023·廣東卷)化學(xué)處處呈現(xiàn)美。下列說法正確的是(

)A.舞臺(tái)上干冰升華時(shí),共價(jià)鍵斷裂B.飽和CuSO4溶液可析出無水藍(lán)色晶體C.苯分子的正六邊形結(jié)構(gòu),單雙鍵交替呈現(xiàn)完美對(duì)稱D.晨霧中的光束如夢(mèng)如幻,是丁達(dá)爾效應(yīng)帶來的美景D解析

舞臺(tái)上干冰升華是物理變化,共價(jià)鍵沒有斷裂,A錯(cuò)誤;飽和CuSO4溶液可析出的藍(lán)色晶體為五水硫酸銅,B錯(cuò)誤;苯分子的正六邊形結(jié)構(gòu),六個(gè)碳碳鍵完全相同呈現(xiàn)完美對(duì)稱,C錯(cuò)誤;晨霧中由于光照射膠體粒子散射形成的光束如夢(mèng)如幻,是丁達(dá)爾效應(yīng)帶來的美景,D正確。角度二

晶體的特征3.納米SiO2為無定形(非晶態(tài))白色粉末,具有顆粒尺寸小、微孔多、比表面積大、對(duì)紫外線反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。下列關(guān)于納米SiO2的說法正確的是(

)A.對(duì)光有各向異性B.熔點(diǎn)與晶體SiO2相同C.與晶體SiO2互為同分異構(gòu)體D.可用X-射線衍射實(shí)驗(yàn)區(qū)分納米SiO2與晶體SiO2D解析

納米SiO2為無定形,不是晶體,沒有對(duì)光的各向異性,故A錯(cuò)誤;納米SiO2不是晶體,SiO2是共價(jià)晶體,因此熔點(diǎn)不相同,故B錯(cuò)誤;具有相同分子式而結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體,SiO2只是化學(xué)式,晶體SiO2中沒有分子,故C錯(cuò)誤;納米SiO2不是晶體,SiO2是共價(jià)晶體,可用X-射線衍射實(shí)驗(yàn)區(qū)分納米SiO2與晶體SiO2,故D正確。4.(2023·浙江嘉興秀州中學(xué)月考)下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.區(qū)別晶體與非晶體最科學(xué)的方法是對(duì)固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)B.外觀呈現(xiàn)規(guī)則多面體的物質(zhì),內(nèi)部微觀粒子在三維空間一定呈周期性有序排列C.晶體具有各向異性,所以用紅熱的鐵針刺中涂有石蠟的水晶柱面,熔化的石蠟呈橢圓形D.乙醇和水都是極性分子,符合相似相溶原理,且它們易形成分子間氫鍵,故乙醇易溶于水B解析

晶體的結(jié)構(gòu)特征可以通過X-射線衍射圖譜反映出來,因此,區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學(xué)方法是對(duì)固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn),A正確;晶體與非晶體的根本區(qū)別在于其內(nèi)部粒子在空間上是否按一定規(guī)律呈周期性重復(fù)排列,B錯(cuò)誤;晶體的外形和內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列高度有序,物理性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性,水晶屬于晶體,具有各向異性,不同方向?qū)嵝阅懿煌?而石蠟屬于非晶體,不具有各向異性,所以用紅熱的鐵針刺中涂有石蠟的水晶柱面,熔化的石蠟呈橢圓形,C正確;氧的電負(fù)性比較大,乙醇與水分子之間能形成氫鍵,則乙醇和水能以任意比例互溶,D正確。知識(shí)點(diǎn)二常見晶體類型落實(shí)主干基礎(chǔ)1.晶胞(1)定義:描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。(2)晶體中晶胞的排列——“無隙并置”“無隙”:相鄰晶胞之間沒有任何間隙?！安⒅谩?所有晶胞平行排列、取向相同。2.四種常見晶體類型的比較

晶體類型分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體構(gòu)成粒子分子原子金屬陽離子、自由電子陰、陽離子粒子間的相互作用力范德華力(某些含氫鍵)共價(jià)鍵金屬鍵離子鍵硬度較小很大有的很大,有的很小較大熔、沸點(diǎn)較低很高有的很高,有的很低較高晶體類型分子晶體共價(jià)晶體金屬晶體離子晶體溶解性相似相溶難溶于任何溶劑難溶于常見溶劑大多易溶于水等極性溶劑導(dǎo)電、導(dǎo)熱性一般不導(dǎo)電,溶于水后有的導(dǎo)電一般不具有導(dǎo)電性電和熱的良導(dǎo)體晶體不導(dǎo)電,水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)類別及舉例大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、酸、非金屬氧化物(SiO2除外)、絕大多數(shù)有機(jī)物(有機(jī)鹽除外)部分非金屬單質(zhì)(如金剛石、硅、晶體硼)、部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)與合金(如Na、Al、Fe、青銅)金屬氧化物(如Na2O)、強(qiáng)堿(如NaOH)、絕大部分鹽(如NaCl)3.常見晶體的結(jié)構(gòu)模型(1)典型的分子晶體——干冰和冰①干冰晶體中,每個(gè)CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有12個(gè)。②冰晶體中,每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子以氫鍵相連接,含1molH2O的冰中,最多可形成2mol氫鍵。(2)典型的共價(jià)晶體——金剛石、二氧化硅①金剛石和二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)模型比較②金剛石和二氧化硅結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析比較

金剛石a.碳原子采取sp3雜化,鍵角為109°28'b.每個(gè)碳原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu),向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)c.金剛石晶胞的每個(gè)頂角和面心均有1個(gè)C原子,晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子,內(nèi)部的C在晶胞的體對(duì)角線的

處,每個(gè)金剛石晶胞中含有8個(gè)C原子二氧化硅a.Si原子采取sp3雜化,正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為109°28'b.每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,Si原子位于正四面體的中心,O原子位于正四面體的頂角,同時(shí)每個(gè)O原子被2個(gè)硅氧正四面體共用,晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為1∶2c.1molSiO2晶體中含Si—O數(shù)目為4NA(3)典型的離子晶體——NaCl、CsCl、CaF2①NaCl型:在晶體中,每個(gè)Na+同時(shí)吸引6個(gè)Cl-,每個(gè)Cl-同時(shí)吸引6個(gè)Na+,配位數(shù)為6。每個(gè)晶胞含4個(gè)Na+和4個(gè)Cl-。②CsCl型:在晶體中,每個(gè)Cl-吸引8個(gè)Cs+,每個(gè)Cs+吸引8個(gè)Cl-,配位數(shù)為8。③CaF2型:在晶體中,每個(gè)Ca2+吸引8個(gè)F-,每個(gè)F-吸引4個(gè)Ca2+,每個(gè)晶胞含4個(gè)Ca2+、8個(gè)F-。(4)典型的金屬晶體——銅和鎂

晶胞類型面心立方晶胞六方晶胞實(shí)例金、銀、銅鎂、鋅、鈦配位數(shù)1212金剛石晶胞、氯化鈉晶胞、氟化鈣晶胞等,都有與銅晶胞相似的部分,即都有原子或離子位于晶胞的頂角和面心。氯化鈉晶胞中,若Cl-位于頂角和面心,則Na+位于晶胞的棱上和體心,晶胞中,Cl-周圍與之距離最近且相等的Cl-有12個(gè)。金屬鈉、鉀等晶胞是體心立方晶胞(圖1),金屬釙是簡(jiǎn)單立方晶胞(圖2)。

(5)過渡晶體與混合型晶體①過渡晶體:純粹的分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的,大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過渡晶體當(dāng)作離子晶體來處理,把偏向共價(jià)晶體的過渡晶體當(dāng)作共價(jià)晶體來處理。②混合型晶體石墨層狀晶體中,層與層之間的作用是分子間作用力,平均每個(gè)正六邊形擁有的碳原子個(gè)數(shù)是2,C原子采取的雜化方式是sp2。[練一練]1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。(

)(2)共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高。(

)(3)分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低。(

)(4)共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比離子晶體的高。(

)(5)金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。(

)(6)金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下產(chǎn)生自由電子。(

)××××××2.(2023·北京卷)中國科學(xué)家首次成功制得大面積單晶石墨炔,是碳材料科學(xué)的一大進(jìn)步。下列關(guān)于金剛石、石墨、石墨炔的說法正確的是(

)A.三種物質(zhì)中均有碳碳原子間的σ鍵B.三種物質(zhì)中的碳原子都是sp3雜化C.三種物質(zhì)的晶體類型相同D.三種物質(zhì)均能導(dǎo)電A解析

原子間優(yōu)先形成σ鍵,三種物質(zhì)中均存在σ鍵,A正確;金剛石中所有碳原子均采用sp3雜化,石墨中所有碳原子均采用sp2雜化,石墨炔中苯環(huán)上的碳原子采用sp2雜化,碳碳三鍵上的碳原子采用sp雜化,B錯(cuò)誤;金剛石為共價(jià)晶體,石墨炔為分子晶體,石墨為混合晶體,C錯(cuò)誤;金剛石中沒有自由移動(dòng)電子,不能導(dǎo)電,D錯(cuò)誤。突破命題視角角度一

典型晶體的分析判斷1.(2023·浙江云和中學(xué)檢測(cè))二茂鐵[Fe(C5H5)2]是一種具有芳香族性質(zhì)的有機(jī)金屬化合物,熔點(diǎn)為172℃,沸點(diǎn)為249℃,100℃以上能升華。二茂鐵屬于(

)A.共價(jià)晶體

B.分子晶體C.金屬晶體

D.離子晶體B解析

分子晶體一般具有熔、沸點(diǎn)較低,易升華和熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電的特性。二茂鐵[Fe(C5H5)2]熔點(diǎn)為172

℃,沸點(diǎn)為249

℃,100

℃以上能升華,可以推斷二茂鐵屬于分子晶體。2.(2023·浙江椒江第一中學(xué)段考)