資源簡介

(共34張PPT)
第1課時　分子晶體
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解分子晶體的概念。
2．理解分子晶體的結構特點。
3．學會分析典型分子晶體的性質。
4．了解氫鍵對物質性質的影響。
圖說考點
必備基礎
1.分子晶體的結構特點
(1)構成微粒及作用力
分子晶體
(2)堆積方式
分子間作用力 堆積方式 實例
范德華力 分子采用________ 如C60、干冰、I2、O2
范德華力、________ 分子不采用________ 如HF、NH3、冰
分子
分子間作用力
密堆積
氫鍵
密堆積
2.分子晶體與物質的類別
物質種類 實　例
所有____________ H2O、NH3、CH4等
部分____________ 鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分____________ CO2、P4O10、SO2、P4O6等
幾乎所有的______ HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
絕大多數________ 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
非金屬氫化物
非金屬單質
非金屬氧化物
酸
有機物
3.兩種典型的分子晶體的組成和結構
干冰的結構模型(晶胞) 冰的結構模型
(1)干冰
①每個晶胞中有______個CO2分子，______個原子。
②每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數為______個。
(2)冰
①水分子之間的作用力有______________，但主要是______。
②由于________的方向性，使四面體中心的每個水分子與四面體頂點的________個相鄰的水分子相互吸引。
4
12
12
范德華力和氫鍵
氫鍵
氫鍵
4
4．分子晶體的物理性質
(1)一般熔、沸點________，硬度________，易揮發，易升華。原因：________________。
(2)分子晶體固態和熔融態一般不導電。原因：__________________。但有的在水溶液中能導電，有的不能導電。
(3)溶解性：分子晶體的溶解性一般遵循“相似相溶”原理，即非極性溶質易溶于________溶劑，極性溶質易溶于________溶劑。
較低
較小
分子間作用力較弱
沒有自由移動的帶電粒子
非極性
極性
[即學即練]
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)分子晶體中，一定存在共價鍵和分子間作用力。(　　)
(2)酸性氧化物都屬于分子晶體。(　　)
(3)分子晶體熔化時一定會破壞范德華力，有些分子晶體還會破壞氫鍵。(　　)
(4)分子晶體的熔、沸點越高，分子晶體中共價鍵的鍵能越大。(　　)
(5)分子晶體都采用分子密堆積，每個分子周圍通常有12個緊鄰的分子。(　　)
(6)水在4 ℃時密度最大，是因為此時水分子間形成的氫鍵最多。(　　)
×
×
√
×
×
×
2．下列有關分子晶體的說法中一定正確的是(　　)
A．分子內均存在共價鍵
B．分子間一定存在范德華力
C.分子間一定存在氫鍵
D．其結構一定為分子密堆積
答案：B
解析：稀有氣體分子形成的晶體中，不存在由多個原子構成的分子，而是原子間通過范德華力結合成晶體，所以不存在任何化學鍵，故A項錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負性較強的氮、氧、氟原子結合的氫原子的分子間或者分子內，所以B項正確，C項錯誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以D項錯誤。
3．干冰和二氧化硅晶體同屬第ⅣA族元素的最高價氧化物，它們的熔、沸點差別很大的原因是(　　)
A．二氧化硅的相對分子質量大于二氧化碳的相對分子質量
B．C—O鍵鍵能比Si—O鍵鍵能小
C．干冰為分子晶體，二氧化硅為共價晶體
D．干冰易升華，二氧化硅不能
答案：C
解析：干冰和SiO2所屬晶體類型不同，干冰為分子晶體，熔化時破壞分子間作用力；SiO2為共價晶體，熔化時破壞化學鍵，所以熔點較高。
4．(1)比較下列化合物熔、沸點的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________CS2
②NH3________PH3
③O3________O2
④Ne________Ar
⑤CH3CH2OH________CH3OH
(2)已知AlCl3的熔點為190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即開始升華。請回答：
①AlCl3固體是________晶體。
②設計一個可靠的實驗，判斷氯化鋁是離子化合物還是共價化合物。你設計的實驗是______________________________________________ _________________。
<
>
>
<
>
分子
在熔融狀態下，試驗其是否導電，若不導電是共價化合物，若導電是離子化合物
解析：(1)各組物質均為分子晶體，根據分子晶體熔、沸點的判斷規律，分子間作用力越大，相對分子質量越大，分子極性越大，則晶體的熔、沸點越高，較容易比較六組物質熔、沸點的高低。
(2)由AlCl3的熔點低以及在180 ℃時開始升華判斷AlCl3晶體為分子晶體。若驗證一種化合物是共價化合物還是離子化合物，可測其熔融狀態下是否導電，若不導電是共價化合物，導電則是離子化合物。
核心素養
提升點　分子晶體的結構與性質
例 (1)如圖為干冰的晶體結構示意圖。
通過觀察分析，每個CO2分子周圍緊鄰等距離的CO2分子有________個，將CO2分子視作質點，設晶胞邊長為a pm，則緊鄰的兩個CO2分
子的距離為________pm。
12
a
解析：(1)觀察并分析干冰和冰的晶體結構，可知在干冰晶體中，CO2分子排列為面心立方堆積，離頂角的CO2分子最近的是面心的分子，兩者的距離為面對角線的一半，即a pm。每個CO2分子周圍緊鄰等距離的CO2共有12個。
(2)在冰晶體中，水分子之間的主要作用力是________，還有________，由于其主要作用力與共價鍵一樣具有________性，故1個水分子周圍只能有________個緊鄰的水分子，這些水分子位于________的頂角。這種排列方式使冰晶體中水分子的空間利用率________(填“較大”或“較小”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。
氫鍵
范德華力
方向
4
四面體
較小
小
解析：在冰晶體中，水分子間的主要作用力是氫鍵，氫鍵具有方向性，1個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子，使冰晶體中水分子的空間利用率小，密度較小。
狀元隨筆　氫鍵有方向性，空間利用率低，配位數小于12。
[提升]　(1)下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是(　　)
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：分子晶體的構成微粒為分子，分子內部以共價鍵結合。HD屬于分子晶體，但為單質，故A錯誤；PCl3、CO2、H2SO4均屬于分子晶體，且均屬于化合物，故B正確；C60屬于分子晶體，但為單質，故C錯誤；Na2S中含有離子鍵，不屬于分子晶體，故D錯誤。
(2)SiCl4的分子結構與CCl4類似，對其作出如下推測，其中不正確的是(　　)
A．SiCl4晶體是分子晶體
B．常溫常壓下SiCl4是氣體
C．SiCl4分子是由極性鍵形成的非極性分子
D．SiCl4的熔點高于CCl4
答案：B
解析：SiCl4與CCl4結構相似，則SiCl4是分子晶體，A正確；SiCl4與CCl4結構相似，二者均為分子晶體，分子晶體的熔、沸點與相對分子質量有關，對于組成相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，故SiCl4的熔、沸點高于CCl4，而常溫常壓下CCl4為液體，故常溫常壓下SiCl4不可能為氣體，B錯誤，D正確；CCl4分子是由極性鍵形成的非極性分子，則SiCl4分子也是由極性鍵形成的非極性分子，C正確。
狀元隨筆　(1)分子晶體熔、沸點主要取決于分子間作用力大小。
(2)常見的典型的分子晶體
①所有非金屬氫化物，如水、氨、甲烷等；
②部分非金屬單質，如鹵素(X2)、O2、S8、P4、C60等；
③部分非金屬氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；
④幾乎所有的酸；
⑤絕大多數有機物的晶體。
【關鍵能力】
分子晶體的結構與性質
1．分子晶體的結構特征
項目 分子非密堆積 分子密堆積
微粒間作用力 范德華力和氫鍵 范德華力
空間特點 每個分子周圍緊鄰的分子數小于12，空間利用率不高 通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子
舉例 HF、NH3、冰 C60、干冰、I2、O2
2．兩種典型的分子晶胞
(1)干冰型　堆積特征：分子密堆積。
(2)冰型　堆積特征：四面體型。
3．分子晶體物理性質特征
分子晶體具有熔、沸點較低、硬度較小、固態和熔融狀態均不導電等物理特性。
狀元隨筆　分子晶體熔、沸點規律
(1)少數主要以氫鍵作用形成的分子晶體，比一般的分子晶體的熔、沸點高，如含有H—F、H—O、H—N等共價鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物質的熔、沸點相對較高。
(2)組成與結構相似，分子之間不含氫鍵而只利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對分子質量的增大，物質的熔、沸點逐漸升高。例如，常溫下Cl2呈氣態，Br2呈液態，而I2呈固態；CO2呈氣態，CS2呈液態。
(3)相對分子質量相等或相近的極性分子構成的分子晶體，其熔、沸點一般比非極性分子構成的分子晶體的熔、沸點高，如CO的熔、沸點比N2的熔、沸點高。
(4)有機物中組成和結構相似且不存在氫鍵的同分異構體，相對分子質量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點越低，如熔、沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。
素養形成
1.常溫下硫單質主要以S8形式存在，加熱時S8會轉化為S6、S4、S2等，當蒸氣溫度達到750 ℃時主要以S2形式存在，下列說法正確的是(　　)
A．S8轉化為S6、S4、S2屬于物理變化
B．不論哪種硫分子，完全燃燒時都生成SO2
C．單質硫為共價晶體
D．把硫單質在空氣中加熱到750 ℃即得S2
答案：B
解析：S8、S6、S4、S2屬于不同的分子，它們之間的轉化為化學變化；常溫條件下單質硫為分子晶體；硫單質在空氣中加熱到750 ℃時被氧化，生成硫的氧化物，得不到S2。
2．下列晶體性質的比較中，正確的是(　　)
A．熔點：單質硫>磷>晶體硅
B．沸點：NH3>H2O>HF
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔點：SiI4>SiBr4>SiCl4
答案：D
解析：硫與磷是分子晶體，晶體硅是共價晶體，其中晶體硅的熔點遠高于硫與磷的熔點，A項錯誤；氟化氫、水、氨都是分子晶體，其沸點高低與分子間作用力大小有關，因為這三種物質之中都存在氫鍵，且水分子間氫鍵最強，氨分子間氫鍵最弱，故水的沸點最高，氨的最低，B項錯誤；二氧化硅是原子晶體，硬度大，白磷和冰都是分子晶體，硬度較小，C項錯誤；鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結構相似，分子間不存在氫鍵，故相對分子質量越大，熔點越高，D項正確。
3．如圖是某無機化合物的二聚分子，該分子中A、B兩種元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外層都達到8電子的穩定結構。下列說法不正確的是(　　)
A．該化合物的化學式是Al2Cl6
B．該化合物是離子化合物，在熔融狀態下能導電
C．該化合物在固態時所形成的晶體是分子晶體
D．該化合物中不存在離子鍵，也不含有非極性共價鍵
答案：B
解析：由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外層都達到8電子的穩定結構，可知A為Cl元素，B為Al元素，A項正確；因是二聚分子，故其固態時形成分子晶體，B項錯誤，C項正確；該化合物中不含離子鍵，只含極性共價鍵，D項正確。
4．下列說法中正確的是(　　)
A．C60汽化和I2升華克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它們的熔點相近
C．NaCl和HCl溶于水時，破壞的化學鍵都是離子鍵
D．常溫下TiCl4是無色透明液體，熔點－23.2 ℃，沸點136.2 ℃，所以TiCl4屬于分子晶體
答案：D
解析：C60、I2均為分子晶體，汽化或升華時均克服范德華力；B中乙酸分子可形成氫鍵，其熔、沸點比甲酸甲酯高；C中HCl為共價化合物，不存在離子鍵。
5．觀察下表中的信息進行判斷，下列說法錯誤的是(　　)
A.HCN的結構式為H—C≡N
B．固態S8屬于分子晶體
C．SF6是由極性鍵構成的非極性分子
D．冰晶體融化時，水分子之間的空隙增大
物質 HCN S8
結構模型示意圖 分子中存在共價三鍵
易溶于CS2
物質 SF6 冰晶體
結構模型示意圖
答案：D
解析：由HCN的分子結構模型為直線形和分子結構中存在共價三鍵可知，其結構式為H—C≡N，A正確；固態S8晶體中存在的微粒是S8分子，故為分子晶體，B正確；由SF6分子的結構模型可知，分子結構對稱，則正、負電荷的中心重合，為非極性分子，C正確；由于氫鍵具有方向性，使冰晶體中水分子之間的空隙較大，當冰晶體融化時，部分氫鍵被破壞，水分子之間的空隙減小，D錯誤。(共39張PPT)
第2課時　共價晶體
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解共價晶體的概念。
2．理解共價晶體的結構特點。
3．學會分析典型共價分子的性質。
圖說考點
必備基礎
1.共價晶體的結構特點
(1)構成微粒及作用力
共價晶體
(2)空間結構：整塊晶體是一個三維的共價鍵________結構，不存在________的小分子，是一個“巨分子”，又稱________晶體。
2．共價晶體與物質的類別
物質種類 實例
某些___________ 晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等
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
共價鍵
網狀
單個
共價
非金屬單質
非金屬化合物
氧化物
3.典型共價晶體
(1)金剛石
①碳原子采取________雜化，C—C—C夾角為________。
②每個碳原子與周圍緊鄰的________個碳原子以共價鍵結合成________結構，向空間伸展形成空間網狀結構。
③最小碳環由________個碳原子組成，且最小環上有4個碳原子在同一平面內；每個碳原子被12個六元環共用。
(2)SiO2
①低溫石英有頂角相連的__________形成螺旋上升的長鏈，決定了它具有________，被廣泛用作壓電材料。
②有許多重要用途，是制造水泥、玻璃、單晶硅、________、芯片和________的原料。
sp3
109°28′
4
正四面體
6
硅氧四面體
手性
硅光電池
光導纖維
4．共價晶體的熔、沸點
(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必須破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以共價晶體具有________的熔點。
(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越________，鍵長越________，鍵能越________，晶體的熔點越________。
很高
小
短
大
高
[即學即練]
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體。(　　)
(2)共價晶體中不存在分子，所以SiO2 只表示原子個數比。(　　)
(3)以二氧化硅為主要成分的水晶和瑪瑙均為共價晶體。(　　)
(4)共價晶體中每個原子周圍盡可能結合更多的原子，大多數為12個。(　　)
×
√
×
×
2．下列關于共價晶體的說法不正確的是(　　)
A．共價晶體中的成鍵微粒是原子
B．共價晶體中原子之間全部以共價鍵結合
C．共價晶體均是化合物
D．共價晶體的熔、沸點都比較高
答案：C
解析：共價晶體可能是單質，如金剛石、晶體硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。
3．氮化硼是一種新合成的結構材料，它是超硬、耐磨、耐高溫的物質，下列各組物質熔化時所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時所克服的粒子間作用力相同的是(　　)
A．C60和金剛石 B．晶體硅和水晶
C．冰和干冰 D．碘和金剛砂
答案：B
解析：氮化硼是由兩種非金屬元素形成的化合物，根據該化合物的性質可知其為共價晶體，微粒間作用力為共價鍵。C60和金剛石熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵，A項錯誤；冰和干冰熔化時均克服的是分子間作用力，C項錯誤；碘和金剛砂熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵，D項錯誤。
4．下列排列順序正確的是(　　)
A．硬度：金剛石>碳化硅>晶體硅
B．熔點：SiC>Si>SiO2
C．沸點：SbH3>AsH3>PH3>NH3
D．硬度：白磷>冰>二氧化硅
答案：A
解析：碳原子半徑小于Si原子半徑，鍵長C—CSi—C>Si—Si，則硬度金剛石>碳化硅>晶體硅，A項正確。由于原子半徑Si>C>O，鍵長Si—Si>Si—C>Si—O，鍵能Si—SiSiC>Si，B項錯誤。NH3形成分子間氫鍵，使其沸點高于PH3，C項錯誤。SiO2是共價晶體，其硬度最大；白磷和冰都是分子晶體，由于冰中存在分子間氫鍵，白磷中只有范德華力，故硬度二氧化硅>冰>白磷，D項錯誤。
5．氮化硅是化工行業已合成的一種硬度很大的晶體，若已知在此化合物中各元素均處于其最高或最低價態，據此推斷：
(1)氮化硅的化學式可能是________。晶體中N和Si的雜化方式為________。
(2)氮化硅的晶體類型為________，該晶體中存在的作用力是______。氮化硅硬度大于單質硅，原因為________________________________ _______________。
(3)氮化硅可能具有的性質或特點有________。
①硬度大　②熔點高　③可以導電　④不存在單個分子　⑤具有空間網狀結構
Si3N4
sp3雜化
共價晶體
共價鍵
N原子半徑小于Si，所以N—Si 鍵長比Si—Si鍵長短，鍵能大
①②④⑤
解析：(1)因為N和Si分別要形成3個與4個共價鍵，所以氮化硅的化學式為Si3N4；二者的價層電子對數均為4，所以均采取sp3雜化。
(2)因為氮化硅的硬度極大，所以它屬于共價晶體，晶體中存在的作用力是共價鍵，由于N原子半徑比Si小，所以鍵長短，鍵能大，硬度大；
(3)Si3N4為共價晶體，其性質為硬度大熔點高，又因它是由原子以共價鍵形成的晶體，所以不存在單個分子，且為空間網狀結構。選①②④⑤。
核心素養
提升點　分子晶體與共價晶體的比較
例 (1)如圖為CO2分子晶體結構的一部分，觀察圖形。試說明每個CO2分子周圍有________個與之緊鄰且等距的CO2分子；該結構單元平均占有________個CO2分子。
CO2分子晶體

12
4
解析：(1)題給CO2分子晶體的一部分，屬面心立方結構。取任一頂點的CO2分子，則與之距離最近且等距的共用該頂點的三個面面心上的CO2分子，共3個；而該頂點被8個同樣晶胞共用，而面心上的分子被2個晶胞共用，這樣符合題意的CO2分子有：3×＝12個；在此結構中，8個CO2分子處于頂點，為8個同樣結構共用，6個CO2分子處于面心，為2個同樣結構共用。所以，該結構單元平均占有的CO2分子為：8×＋6×＝4(個)；
(2)在40 GPa高壓下，用激光器加熱到1 800 K時，人們成功制得共價晶體干冰，其結構和性質與SiO2共價晶體相似，且比分子晶體干冰更穩定，下列說法正確的是________。
A．共價晶體干冰易升華，可用作制冷劑
B．共價晶體干冰有很高的熔點和沸點
C．共價晶體干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．共價晶體干冰在一定條件下可與氫氧化鈉反應
E.每摩爾共價晶體干冰中含有4 mol C—O鍵
(3)由分子晶體干冰轉化為共價晶體干冰是_______(填“物理”或“化學”)變化，反應的ΔH________ (填“大于”或“小于”)0。
解析：(2)該題應從SiO2的結構和性質來判斷；(3)二者屬于不同物質，所以轉化屬于化學變化。由于共價晶體干冰更穩定，故該轉化為放熱反應，ΔH<0。
BDE
化學
小于
狀元隨筆　能量越低越穩定；化學組成相同，結構不同，屬于不同物質。
[提升]　C和Si元素在化學中占有極其重要的地位。
(1)SiC的晶體結構與晶體硅相似，其中C原子的雜化方式為________，微粒間存在的作用力是_______。SiC和晶體Si的熔、沸點高低順序是_______。
(2)C、Si為同一主族的元素，CO2和SiO2的化學式相似，但結構和性質有很大的不同。SiO2屬于______晶體，干冰屬于______晶體，所以熔點：干冰________(填“＜”“＝”或“＞”)SiO2。
(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、干冰、冰五種晶體的構成微粒分別是__________________________(填“原子”“分子”或“離子”)，熔化時克服的微粒間的作用力分別是____________________________ ____________，熔點由高到低的順序為：________________________。
sp3
共價鍵
SiC>Si
共價
分子
＜
原子、原子、原子、分子、分子
共價鍵、共價鍵、共價鍵、分子間作用力、分子間作用力
金剛石、二氧化硅、硅、冰、干冰
解析：(1)晶體硅中1個硅原子與4個硅原子相連，呈正四面體結構，所以其雜化方式是sp3，SiC晶體結構與晶體硅相似，故C原子的雜化方式也是sp3；因為Si—C鍵的鍵長小于Si—Si鍵，所以熔、沸點：碳化硅＞晶體硅。(2)SiO2為共價晶體，干冰為分子晶體，所以熔點：SiO2＞干冰。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價晶體，構成微粒為原子，熔化時破壞共價鍵；干冰和冰為分子晶體，由分子構成，CO2分子以分子間作用力相結合。冰中水分子以范德華力和氫鍵相結合。
狀元隨筆　不同晶體熔點：共價晶體大于分子晶體；同類晶體熔點：共價晶體看半徑，分子晶體看分子間作用力。
【關鍵能力】
共價晶體與分子晶體的比較
晶體類型 共價晶體 分子晶體
概念 相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間網狀結構的晶體 分子間以分子間作用力相結合的晶體
組成微粒 原子 分子
微粒間作用力 共價鍵 分子間作用力
熔、沸點 很高 較低
硬度 很大 較小
溶解性 不溶于大部分溶劑 部分溶于水
導電性 不導電，個別為半導體 不導電，部分溶于水后導電
熔化時破壞的作用力 共價鍵 分子間作用力
實例 金剛石 干冰
狀元隨筆　1.比較共價晶體和分子晶體熔、沸點遵循如下規律：
2．判斷分子晶體和共價晶體的方法
(1)依據組成晶體的微粒和微粒間的相互作用判斷
組成共價晶體的微粒是原子，微粒間的相互作用是共價鍵；組成分子晶體的微粒是分子，微粒間的相互作用是分子間作用力。
(2)依據物質的分類判斷
常見的共價晶體單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；
大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)都是分子晶體。
(3)依據晶體的熔點判斷
共價晶體的熔點更高，常在1 000 ℃至幾千攝氏度；分子晶體的熔點低，常在數百攝氏度以下甚至更低溫度。
(4)依據導電性判斷
共價晶體一般為非導體；分子晶體為非導體，分子晶體中的電解質(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由移動的離子也能導電。
(5)依據硬度和機械性能判斷
共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆。
素養形成
1.下列說法中正確的是(　　)
A．組成共價晶體的原子比較小，范德華力大是共價晶體熔點高的主要原因
B．空間網狀結構和鍵能大都是共價晶體硬度大的重要原因
C．空間網狀結構和O—H鍵鍵能大都是冰硬度大的重要原因
D．冰中H2O分子的排布呈空間網狀結構，冰是一種典型的共價晶體，硬度大
答案：B
2．結合下列各物質的性質，判斷其固態屬于共價晶體的是(　　)
A．碳化鋁，黃色晶體，熔點2 200 ℃，熔融態不導電
B.溴化鋁，無色晶體，熔點98 ℃，熔融態不導電
C．五氟化釩，無色晶體，熔點19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．氯化鋁，無色晶體，溶于水中能導電
答案：A
解析：A對，碳化鋁的熔點高，熔融態不導電，說明碳化鋁屬于共價晶體。B錯，溴化鋁的熔點低，熔融態不導電，則溴化鋁屬于分子晶體。C錯，五氟化釩的熔點很低且易溶于乙醇、氯仿、丙酮等有機溶劑，則屬于分子晶體。D錯，氯化鋁是共價化合物，溶于水發生電離而導電，則屬于分子晶體。
3．20世紀80年代中期，科學家發現并證明碳能以新的單質形態C60存在，該分子的空間結構呈球狀。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90等另外一些球碳分子(如圖所示)。下列說法錯誤的是(　　)
A．金剛石的熔點比C60高
B．C60的熔點比C90低
C．C60的分子間作用力比管狀碳分子大
D．C80球狀分子能夠制造出來
答案：C
解析：C60和管狀碳分子的晶體都是分子晶體，C60的相對分子質量比管狀碳分子小，則C60的分子間作用力比管狀碳分子小。C76球狀分子和C84球狀分子都已經存在，則C80球狀分子能夠制造出來。
4．下表是某些共價晶體的熔點和硬度。
分析表中的數據，判斷下列敘述正確的是(　　)
A．構成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高
B．構成共價晶體的原子間的共價鍵鍵能越大，晶體的熔點越高
C．構成共價晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大
D．構成共價晶體的原子的相對原子質量越大，晶體的硬度越大
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/℃ 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：共價晶體的熔點和硬度與構成共價晶體的原子間的共價鍵鍵能有關，而原子間的共價鍵鍵能與原子半徑的大小有關。
5．硅及其化合物的用途非常廣泛，根據所學知識回答硅及其化合物的相關問題：
(1)基態硅原子的核外電子排布式為_____________。
(2)單質硅存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以________相結合，其晶胞中共有8個原子，其中在面心位置貢獻________個原子，晶體硅中Si—Si—Si之間的夾角大小約為________。
1s22s22p63s23p2
共價鍵
3
109°28′
解析：(1)硅為第三周期第ⅣA族元素，基態硅原子價電子排布式為3s23p2，故其核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。
(2)金剛石中碳原子采取sp3雜化，C—C—C之間的夾角為109°28′，金剛石晶胞內部有4個碳原子，每個頂點和面心各有1個碳原子，故金剛石晶胞中含碳原子個數為4＋8×＋6×＝8個，晶體硅與金剛石結構相似，故Si與Si原子之間以共價鍵相結合，Si—Si—Si之間夾角為109°28′，且晶胞中有8個硅原子，其中在面心位置貢獻硅原子的有6×＝3個。
(3)下表列有三種物質(晶體)的熔點：
簡要解釋熔點產生差異的原因：
①SiO2和SiCl4：_____________________________________________ _______________________________________。
②SiCl4和SiF4：_____________________________________________ ___________________________________________________。
物質 SiO2 SiCl4 SiF4
熔點/℃ 1 710 －70.4 －90.2
SiO2是共價晶體，微粒間作用力為共價鍵；SiCl4是分子晶體，微粒間作用力為范德華力，故SiO2熔點高于SiCl4
SiCl4和SiF4均為分子晶體，微粒間作用力為范德華力，結構相似時相對分子質量越大，范德華力越大，故SiCl4熔點高于SiF4
解析：①SiO2與SiCl4晶體類型不同，前者為共價晶體，原子之間以共價鍵結合，共價鍵作用力強，后者為分子晶體，分子之間以范德華力結合，范德華力較弱，所以SiO2熔點高于SiCl4。
②SiF4和SiCl4晶體均為分子晶體，組成和結構均相似，相對分子質量越大，范德華力越大，故SiCl4熔點高于SiF4。
(4)SiC晶體結構與金剛石相似(如圖所示)，其硬度僅次于金剛石，具有較強的耐磨性能。其中C原子的雜化方式為_______，微粒間存在的作用力是________，每個Si原子周圍距離最近的C原子為_______個，每個Si原子周圍最近的Si原子為_______個，設晶胞邊長為a cm，密度
為b g·cm－3，則阿伏加德羅常數可表示為________(用含a、b的式子表示)。
sp3
共價鍵
4
12
mol－1
解析：碳化硅晶體中，每個碳原子和硅原子都采取sp3雜化，與四個硅原子形成四個共價鍵，每個硅原子周圍最近的碳原子有四個。碳化硅晶胞中，若硅原子位于面心和頂點，則碳原子位于內部，故知每個硅原子周圍最近的硅原子有12個。
該晶胞中硅原子數為6×＋8×＝4；四個碳原子位于晶胞內，故1個該晶胞中含有4個碳原子、4個硅原子，則1 mol該晶胞的質量、體積分別為160 g、a3NA cm3，因此晶體密度：b＝ g·cm－3，故NA＝ mol－1設阿伏加德羅常數為NA。(共62張PPT)
第三節　金屬晶體與離子晶體
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解金屬鍵及金屬晶體的性質。
2．了解離子晶體的結構特點和性質。
3．了解過渡晶體與混合型晶體的結構特點與性質特點。
圖說考點
必備基礎
一、金屬鍵與金屬晶體
1．金屬鍵
(1)定義：在金屬單質晶體中原子之間__________與__________之間強烈的相互作用。
(2)成鍵微粒：__________和__________。
(3)存在：________或________。
(4)成鍵本質
電子氣理論：金屬原子脫落下來的________形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把______________維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”。
金屬陽離子
自由電子
金屬陽離子
自由電子
金屬單質
合金
價電子
所有的金屬原子
2．金屬晶體
(1)金屬晶體是原子間通過________形成的一類晶體。金屬晶體常溫下除________外都是固體。
(2)性質：優良的________、導熱性和延展性。
金屬鍵
汞
導電性
(3)用電子氣理論解釋金屬的性質
相對滑動
金屬鍵
定向移動
二、離子晶體
1．定義：陰、陽離子通過________結合，在空間呈現有________的排列所形成的晶體叫離子晶體。
2．結構特點：
離子鍵
規律
陰離子
陽離子
離子鍵
3．常見離子晶體的空間結構
晶體類型 NaCl CsCl
晶胞
陽離子的配位數 ____ ____
陰離子的配位數 ____ ____
晶胞中所含離子數 Cl－____ Na＋____ Cs＋____ Cl－____
6
8
6
8
4
4
1
1
三、過渡晶體與混合型晶體
1．過渡晶體
(1)純粹的典型晶體并不多，大多數晶體是它們之間的________晶體。
(2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2晶體中，化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸________，其中Na2O當作________晶體處理，SiO2、Al2O3晶體，當作________晶體處理。
過渡
減小
離子
共價
2．混合型晶體——石墨
(1)晶體模型
(2)結構特點——層狀結構
①同層內碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(σ鍵)結合，形成________________。由于所有的p軌道平行且相互重疊，使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。
②層與層之間靠________維系。
(3)晶體類型
石墨晶體中，既有________，又有________和________，屬于________晶體。
平面六元并環結構
范德華力
共價鍵
金屬鍵
范德華力
混合型
[即學即練]
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)不存在只有陽離子，而沒有陰離子的物質。(　　)
(2)金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用。(　　)
(3)金屬晶體在外力作用下，各層之間發生相對滑動，金屬鍵也被破壞。(　　)
(4)金屬鍵沒有飽和性和方向性。(　　)
×
×
×
√
(5)金屬原子半徑越小，價電子數越多，其金屬單質熔、沸點越高，硬度越大。(　　)
(6)所有金屬室溫下均為晶體。(　　)
(7)離子晶體中只存在離子鍵。(　　)
(8)Na2O是純粹的離子晶體，SiO2是純粹的共價晶體。(　　)
(9)每個NaCl晶胞和CsCl晶胞含有相同的離子數。(　　)
√
×
×
×
×
2．下列關于金屬鍵的敘述中不正確的是(　　)
A．金屬鍵是金屬陽離子和“自由電子”這兩種帶異性電荷的微粒間強烈的相互作用
B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，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，金屬鍵無飽和性和方向性
D．構成金屬鍵的“自由電子”在整個金屬內部的三維空間中做自由運動
答案：B
解析：從構成物質的基本微粒的性質看，金屬鍵屬于電性作用，特征是無方向性和飽和性；“自由電子”是由金屬原子提供的，并且在整個金屬內部的三維空間內運動，為整個金屬中的所有陽離子所共有，從這個角度看，金屬鍵與共價鍵有類似之處，但兩者又有明顯的不同，如金屬鍵無方向性和飽和性。
3．下列物質的晶體一定屬于離子晶體的是(　　)
A．在水中能電離出離子的物質
B．在水中能電離出的化合物
C．在水中能電離出Na＋的化合物
D．熔融時化學鍵無變化的化合物
答案：C
解析：在水中能電離出離子的物質是電解質，可能是酸、堿、鹽等，若為酸，其晶體屬于分子晶體，A項錯誤；在水中能電離出的化合物可能是硫酸或硫酸鹽，若為硫酸，其晶體屬于分子晶體，B項錯誤；在水中能電離出Na＋的化合物可能是鈉鹽或NaOH，其晶體都是離子晶體，C項正確；離子晶體熔融時破壞離子鍵，若熔融時化學鍵無變化，則其晶體可能是分子晶體，破壞了分子間作用力，D項錯誤。
4．已知金屬鍵是金屬離子與自由電子之間的靜電作用力，金屬鍵強弱與金屬離子半徑和離子所帶電荷有關，則金屬鈉、鎂、鋁的熔點高低順序正確的是(　　)
A．Na＞Mg＞Al B．Al＞Mg＞Na
C．Mg＞Al＞Na D．Na＞Al＞Mg
答案：B
解析：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷數越多，金屬陽離子與“電子氣”的作用力越大，金屬鍵越強。鈉、鎂、鋁離子的電荷數逐漸增多，半徑逐漸減小，故鈉、鎂、鋁的熔點逐漸升高。
5．CaF2晶體的晶胞示意圖如下，回答下列問題。
(1)Ca2＋的配位數是______，F－的配位數是______。
(2)該晶胞中含有的Ca2＋數目是______個，F－數目是______個。
(3)CaF2晶體的密度為a g·cm－3，則晶胞的體積是
________________________(只要求列出算式)。
解析：(1)每個Ca2＋周期吸引8個F－，每個F－周圍吸收4個Ca2＋，所以Ca2＋的配位數為8，F－的配位數為4。(2)F－位于晶胞內部，所以每個晶胞中含有F－8個。含有Ca2＋為×8＋×6＝4個。
(3)ρ＝＝＝a g·cm－3，
V＝。
8
4
8
4
核心素養
提升點一　金屬鍵強弱與金屬性的變化
例1 下列關于金屬晶體的敘述正確的是(　　)
A常溫下，金屬單質都以金屬晶體形式存在
B．金屬陽離子與自由電子之間的強烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失
C．鈣的熔沸點低于鉀
D．溫度越高，金屬的導電性越好
答案：B
解析：常溫下汞為液體，A錯誤；金屬鍵沒有方向性，不會因為形變而消失，B正確；Ca的原子半徑小，價電子數多，金屬鍵比K強，熔沸點比K高，C錯誤；溫度越高，金屬導電能力越弱，D錯誤。
狀元隨筆　金屬鍵沒有方向性，其強弱取決于金屬原子半徑大小和價電子數目多少。
[提升1]　在金屬晶體中，如果金屬原子的價電子數越多，原子半徑越小，自由電子與金屬陽離子間的作用力越大，金屬的熔沸點越高。由此判斷下列各組金屬熔沸點高低順序，其中正確的是(　　)
A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li
C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
答案：C
解析：電荷數Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金屬陽離子半徑：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，則C正確；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。
【關鍵能力】
金屬鍵的強弱與金屬性質的變化
1．金屬鍵的特征
金屬鍵無方向性和飽和性。
晶體中的電子不專屬于某一個或幾個特定的金屬陽離子，而幾乎是均勻地分布在整塊晶體中，因此晶體中存在所有金屬陽離子與所有自由電子之間“彌漫”的電性作用，這就是金屬鍵，因此金屬鍵沒有方向性和飽和性。
2．金屬鍵的強弱比較
一般來說，金屬鍵的強度主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數。原子半徑越大，價電子數越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強。
3．金屬鍵對物質性質的影響
①金屬鍵越強，晶體的熔、沸點越高。
②金屬鍵越強，晶體的硬度越大。
例如，對Na、Mg、Al而言，由于價電子數：Al>Mg>Na，原子半徑：Na>Mg>Al，故金屬鍵由強到弱的順序是Al>Mg>Na，故熔點：Na狀元隨筆　金屬晶體的性質及變化規律：
(1)金屬晶體具有良好的導電性、導熱性和延展性。
(2)熔、沸點：金屬鍵越強，熔、沸點越高。
①同周期金屬單質，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點升高。
②同主族金屬單質，從上到下(如堿金屬)熔、沸點降低。
③合金的熔、沸點一般比其各成分金屬的熔、沸點低。
④金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫下為液體，熔點很低；而鐵常溫下為固體，熔點很高。
提升點二　離子晶體的結構分析
例2 一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽離子A以“ ”表示，陰離子B以“○”表示。下列關于該離子晶體的說法正確的是(　　)
A．陽離子的配位數為8，化學式為AB
B．陰離子的配位數為4，化學式為A2B
C．每個晶胞中含4個A
D．每個A周圍有4個與它等距且最近的A
答案：C
解析：該晶胞中陰離子B的個數為8、陽離子A的個數＝8×＋6×＝4，則陰、陽離子個數比為8∶4＝2∶1，該物質化學式為AB2，根據題圖可知，陽離子A周圍距離最近且相等的陰離子數為8，即陽離子的配位數為8，A錯誤；根據A的分析，陰離子的配位數為4，化學式為AB2，B錯誤；根據A的分析，每個晶胞中含4個陽離子A，C正確；根據圖示，A位于晶胞的頂點和面心，每個A周圍有12個與它等距且最近的A，D錯誤。
狀元隨筆　NaCl晶胞和CsCl晶胞的解析方法
(1)NaCl晶胞
當一個Na＋位于立方體的體心時，另有12個Na＋位于棱上，同時有8個Cl－位于頂點、6個Cl－位于面心位置。
用均攤法可求出該晶胞中實際擁有的離子數目，Na＋個數為1＋12×＝4，Cl－個數為8×＋6×＝4。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞中，若8個Cl－位于頂點，則Cs＋位于體心。
用均攤法可求出該晶胞中實際擁有的離子數目，每個晶胞含1個Cl－、1個Cs＋。
[提升2]　高溫下，超氧化鉀晶體(KO2)呈立方體結構。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞。下列有關說法正確的是(　　)
A．KO2中只存在離子鍵
B．KO2晶體中與每個K＋距離相等且最近的有6個
C．KO2晶體中，所有原子之間都以離子鍵相結合
D．超氧化鉀的化學式為KO2，每個晶胞含有1個K＋和1個
答案：B
解析：KO2由K＋和構成，故存在離子鍵和非極性鍵，A錯；KO2的晶胞結構與NaCl的晶胞結構相似，其配位數均為6，則晶體中與每個K＋距離相等且最近的有6個，B對；KO2晶體中K＋和之間存在離子鍵內O原子之間存在共價鍵，C錯；由晶胞結構可知，每個晶胞中含有4個K＋和4個，D錯。
狀元隨筆　離子晶體中的配位數
(1)AB型離子晶體的陰、陽離子的配位數之比為1∶1，如NaCl型晶體的配位數為6，CsCl型晶體的配位數為8。
(2)ABn型離子晶體中A、B離子的配位數之比為n∶1，如CaF2型晶體中，Ca2＋的配位數為8，F－的配位數為4。
【關鍵能力】
構成離子晶體的離子的堆積方式
1．在離子晶體中，構成晶體的離子中的電子分布基本上是呈球形對稱的，但陰、陽離子的半徑不同，因此離子晶體可視為不等徑圓球的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球先按一定方式作等徑圓球的密堆積，小球再填充在大球所形成的空隙中。
2．通常一些離子晶體中，陰離子的半徑較大，故將陰離子看作等徑圓球進行密堆積，而陽離子有序地填充在陰離子所形成的空隙之中。
提升點三　四類晶體的比較
例3 有A、B、C三種晶體，分別由C、H、Na、Cl四種元素中的一種或幾種形成，對這三種晶體進行實驗，結果如表所示。
晶體 熔點/℃ 硬度 水溶性 導電性 水溶液與Ag＋反應
A 811 較大 易溶 水溶液(或熔 融態)能導電 白色沉淀
B 3 500 很大 不溶 不導電 —
C －114.2 很小 易溶 液態不導電 白色沉淀
(1)晶體的化學式分別為
A__________；B__________；C__________。
(2)晶體的類型分別為
A__________；B__________；C__________。
(3)晶體中粒子間的作用力分別為
A__________；B__________；C____________。
解析：由題表可知，A應為離子晶體，B應為共價晶體，C應為分子晶體；又已知A、B、C分別由C、H、Na、Cl四種元素中的一種或幾種形成，再結合其水溶液與Ag＋的反應，可得A為NaCl，B為C(金剛石)，C為HCl；粒子間的作用力分別為離子鍵、共價鍵和分子間作用力。
NaCl
C
HCl
離子晶體
共價晶體
分子晶體
離子鍵
共價鍵
分子間作用力
狀元隨筆　熔融態能導電的化合物一般為離子化合物；熔、沸點高低順序為：共價晶體>離子晶體>分子晶體。
[提升3]　下圖為幾種晶體或晶胞的結構示意圖。
請回答下列問題：
(1)金剛石屬于________晶體，其中每個碳原子與________個碳原子距離最近且相等；干冰屬于________晶體，每個CO2分子與________個CO2分子緊鄰。
(2)這些晶體中，微粒之間以共價鍵結合而形成的是__________。
(3)冰、金剛石、MgO、干冰四種晶體的熔點由高到低的順序為___________________。
(4)NaCl晶胞與MgO晶胞結構相同，NaCl晶體的熔點________(填“大于”或“小于”)MgO晶體的熔點，原因是__________________ ____________________________________________________________。
(5)每個銅晶胞中實際占有________個銅原子，CaCl2晶體中Ca2＋的配位數為________。CaCl2晶體和MgCl2晶體相比，更接近于純粹的離子晶體的是________。
共價
4
分子
12
金剛石晶體
金剛石>MgO>冰>干冰
小于
MgO晶體中離子所帶的電荷數大于NaCl晶體中離子所帶的電荷數，且r(Mg2＋)4
8
CaCl2
解析：(1)金剛石晶體中，每個碳原子與相鄰的4個碳原子結合，形成正四面體；干冰晶體中，每個CO2分子在三維空間里與12個CO2分子緊鄰。(2)只有共價晶體的微粒之間才是以共價鍵結合的。(3)在題給晶體中，金剛石是共價晶體，熔點最高；MgO為離子晶體，離子晶體的熔點一般低于共價晶體的熔點，高于分子晶體的熔點；冰、干冰均為分子晶體，但冰中水分子之間存在氫鍵，故冰的熔點高于干冰的熔點。(5)1個銅晶胞中實際占有的銅原子數可用“均攤法”分析，為8×＋6×＝4，氯化鈣的晶體結構類似于氟化鈣，Ca2＋的配位數為8，Cl－的配位數為4。
【關鍵能力】
四類晶體的比較
類型 項目 離子晶體 共價晶體 分子晶體 金屬晶體
構成晶體的粒子 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 分子間作用力(范德華力和氫鍵) 金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用
確定作用力強弱的一般判斷方法 離子所帶電荷數、離子半徑 鍵長(原子半徑) 組成和結構相似、無氫鍵時，比較相對分子質量 原子半徑、價電子數
熔、沸點 較高 高 低 差別較大(汞常溫下呈液態，鎢熔點為3 410 ℃)
硬度 較大 大 較小 差別較大
導電性 不導電(熔融狀態下或溶于水后導電) 不導電(個別為半導體) 不導電(部分溶于水發生電離后導電) 導電
溶解性 多數易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少數與水反應
機械加工性 不良 不良 不良 優良
延展性 差 差 差 優良
狀元隨筆　晶體類型的判斷方法
(1)依據組成晶體的粒子和粒子間的作用力來判斷
①組成離子晶體的粒子是陰、陽離子，粒子間的作用力是離子鍵。
②組成共價晶體的粒子是原子，粒子間的作用力是共價鍵。
③組成分子晶體的粒子是分子，粒子間的作用力是分子間作用力，包括范德華力和氫鍵。
④組成金屬晶體的粒子是金屬陽離子和自由電子，粒子間的作用力是金屬鍵。
(2)依據物質的分類判斷
①金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數的鹽是離子晶體。
②大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數的有機物是分子晶體。
③常見的共價晶體有金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等。
④金屬單質是金屬晶體。
(3)依據晶體的熔、沸點判斷
①離子晶體的熔、沸點較高，常在數百至數千攝氏度。
②共價晶體的熔、沸點很高，常在一千至幾千攝氏度。
③分子晶體的熔、沸點低，常在數百攝氏度以下。
④金屬晶體的熔、沸點差距較大。
(4)依據導電性判斷
①離子晶體的水溶液及熔融狀態一般都能導電。
②共價晶體一般不導電，個別為半導體。
③分子晶體不導電，而分子晶體中的電解質(主要是酸和一些非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由移動的離子而導電。
④金屬晶體是電的良導體。
(5)依據硬度和機械性能判斷
離子晶體硬度較大且脆；共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數硬度大，少數較小，且具有延展性。
提升點四　晶體的計算
例4 下圖所示為NaCl晶胞的結構示意圖。它向三維空間延伸得到完美晶體。試回答：
(1)一個NaCl晶胞中有________個Na＋，有________個Cl－。
(2)一定溫度下，用X射線衍射法測得晶胞的邊長為a cm，該溫度下
NaCl晶體的密度是___________。
(3)若NaCl晶體的密度為d g·cm－3，則NaCl晶體中Na＋與Na＋之間的
最短距離是__________。
4
4
g·cm－3
· cm
解析：(1)根據圖中NaCl一個晶胞：Cl－個數＝8×＋6×＝4，Na＋個數＝12×＋1＝4。
(2)1個晶胞中含有NaCl為4/NA mol，晶胞體積為a3 cm，晶體密度ρ＝m/V＝/a3 g·cm－3。
(3)Na＋與Na＋之間最短距離為晶胞邊長的。把(2)中結果變換為da3＝，所以a＝(cm)。Na＋與Na＋間最短距離＝a cm＝· cm。
[提升4]　有下列離子晶體空間結構示意圖：
　 　 　
A　　　　 　B　　　　 　C　　 　　　D　
(1)以M代表陽離子，以N代表陰離子，寫出各離子晶體的組成表達式：A________，B________，C________，D________。
(2)已知FeS2晶體(黃鐵礦的主要成分)具有A的空間結構。
①FeS2晶體中存在的化學鍵類型是______________。
②若晶體結構A中的相鄰的陰、陽離子的距離為a cm，且用NA 表示
阿伏加德羅常數，則FeS2晶體的密度是________g·cm－3。
MN
MN2
MN2
MN
離子鍵、共價鍵
解析：(1)A中陽離子M的個數為4×＝，陰離子N的個數為4×＝；B中陰離子N個數為4×＋2＝4，陽離子M個數為8×＋1＝2；C中M有4×＝個，N有1個；D中M為8×＝1個，N有1個。
(2)FeS2晶胞結構如A，若相鄰的陰、陽離子間的距離為a cm，則體積V＝a3 cm3。每個晶胞的質量m＝＝ g，密度ρ＝，則FeS2晶體的密度是 g·cm－3。
狀元隨筆　晶體結構的計算常常涉及如下數據：晶體密度、NA、M、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度的表達式往往是列等式的依據。解決這類題，一是要掌握晶體“均攤法”的原理，二是要有扎實的立體幾何知識，三是要熟悉常見晶體的結構特征，并能融會貫通，舉一反三。
【關鍵能力】
晶胞的結構與計算
1．計算類型
(1)根據晶胞的結構，計算其組成微粒間的距離。
(2)根據晶胞的質量和晶體有關的摩爾質量間的關系計算微粒個數、微粒間距、ρ等。
(3)計算晶體(晶胞)的空間利用率。
2．計算原理
(1)根據晶胞的組成列出其質量與晶體有關摩爾質量間的關系式。
①晶胞組成的確定：均攤法。用均攤法計算一個晶胞所含組成微粒的個數。
②計算表達式：
m＝ρV＝·M式中，m為一個晶胞的質量，ρ為晶胞(晶體)的密度，V為一個晶胞的體積，M為晶體的摩爾質量。
如圖為NaCl晶體的晶胞，圖中2個鈉離子間距離
為a，ρ＝＝。
(2)晶胞的空間利用率＝×100%。
素養形成
1.下列生活中的問題，不能用電子氣理論知識解釋的是(　　)
A．鐵易生銹　　　　　　 B．用金屬鋁制成導線
C．用金箔做外包裝 D．用鐵制品做炊具
答案：A
解析：鐵易生銹，是因為鐵中含有碳，易發生電化學腐蝕，與金屬鍵無關，A項錯誤；用金屬鋁制成導線，是利用金屬的導電性，金屬中存在金屬陽離子和“自由電子”，當給金屬通電時，“自由電子”定向移動而導電，能用金屬鍵理論知識解釋，故B項正確；用金箔做外包裝，是因為有金屬光澤，金屬具有光澤是因為自由電子能夠吸收可見光，能用金屬鍵理論知識解釋，故C項正確；用鐵制品做炊具，是利用了金屬的導熱性，金屬容易導熱是因為自由電子在運動時經常與金屬離子碰撞而引起能量的交換，能用金屬鍵理論知識解釋，故D項正確。
2．下列有關離子晶體的敘述中，不正確的是(　　)
A．1 mol氯化鈉晶體中有NA個NaCl分子
B．氯化鈉晶體中， 每個Na＋周圍距離相等的Cl－共有6個
C．醋酸鈉屬于離子晶體，含非極性鍵
D．平均每個NaCl晶胞有4個Na＋、4個Cl－
答案：A
解析：NaCl為面心立方結構，每個晶胞中Na＋個數為12×＋1＝4，Cl－的個數為8×＋6×＝4，則1 mol氯化鈉晶體中有4NA個Na＋、4NA個Cl－，不存在分子，A項錯誤、D項正確；由NaCl晶胞結構可知，Na＋在棱心和體心時，頂點和面心為Cl－，則每個Na＋周圍距離相等的Cl－共有6個，B項正確；醋酸鈉中存在碳碳非極性鍵，C項正確。
3．澤維爾研究發現，當激光脈沖照射NaI時，Na＋和I－兩核間距1.0～1.5 nm，呈離子鍵；當兩核靠近約距0.28 nm時，呈共價鍵。根據澤維爾的研究成果能得出的結論是(　　)
A．NaI晶體是離子晶體和分子晶體的混合物
B．離子晶體可能含有共價鍵
C．NaI晶體中既有離子鍵，又有共價鍵
D．共價鍵和離子鍵沒有明顯的界線
答案：D
解析：由題中信息可知，離子的核間距較大時，呈離子鍵，而核間距較小時，呈共價鍵，當核間距改變時，鍵的性質會發生改變，這說明離子鍵和共價鍵并沒有明顯的界線。但NaI晶體是典型的離子晶體，說明其晶體中核間距在1.0～1.5 nm之間。
4．下列有關過渡晶體的說法中，正確的是(　　)
A．Na2O中化學鍵是純粹的離子鍵，SiO2中化學鍵是純粹的共價鍵
B．Na2O是純粹的離子晶體，SiO2是純粹的共價晶體
C.P2O5、SO3、Cl2O7中離子鍵的百分數較小，形成的晶體都是分子晶體
D．離子晶體和共價晶體存在過渡晶體，其余兩種晶體不存在過渡晶體
答案：C
解析：Na2O、SiO2中既有共價鍵成分又有離子鍵成分，前者離子鍵的百分數大于50%，偏向于離子鍵，對應晶體偏向于離子晶體，后者離子鍵的百分數小于50%，偏向于共價鍵，對應晶體偏向于共價晶體，A、B均錯誤；P2O5、SO3、Cl2O7中離子鍵的百分數均小于50%，化學鍵成分以共價鍵為主，故形成的晶體都是分子晶體，C正確；四類晶體都有過渡型，D錯誤。
5.石墨晶體是層狀結構，在每一層內，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相結合。據圖分析，石墨晶體中碳原子數與共價鍵數之比為(　　)
A．2∶3 B．2∶1
C．1∶3 D．3∶2
答案：A
解析：在石墨晶體的層狀結構中，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相結合，形成3個C—C鍵，每個C—C鍵被2個碳原子共用，則每個碳原子擁有該C—C鍵的，每個碳原子形成共價鍵的數目為3×＝1.5，故石墨晶體中碳原子數與共價鍵數之比為1∶1.5＝2∶3。
6．現有幾組物質的熔點(℃)數據：
據此回答下列問題：
(1)由表格可知，A組熔點普遍偏高，據此回答：
①A組屬于______晶體，其熔化時克服的粒子間的作用力是______。
②硅的熔點低于二氧化硅，是由于________________________。
③硼晶體的硬度與硅晶體相對比：_______________。
A組 B組 C組 D組
金剛石：3 550 Li：181 HF：－83 NaCl
硅晶體：1 410 Na：98 HCl：－115 KCl
硼晶體：2 300 K：64 HBr：－89 RbCl
二氧化硅：1 732 Rb：39 HI：－51 MgO：2 800
共價
共價鍵
Si—Si鍵鍵能小于Si—O鍵鍵能
硼晶體大于硅晶體
解析：A組由非金屬元素組成，熔點最高，屬于共價晶體，熔化時需破壞共價鍵。由共價鍵形成的共價晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點高，硬度大。
(2)B組晶體中存在的作用力是________，其共同的物理性質是________(填序號)，可以用________理論解釋。
①有金屬光澤 ②導電性 ③導熱性 ④延展性
(3)C組中HF熔點反常是由于__________________________________ ____________________________________。
(4)D組晶體可能具有的性質是________(填序號)。
①硬度小 ②水溶液能導電 ③固體能導電 ④熔融狀態能導電
(5)D組晶體中NaCl、KCl、RbCl的熔點由高到低的順序為______________，MgO晶體的熔點高于三者，其原因解釋為
___________________________________________________________。
金屬鍵
①②③④
電子氣
HF分子間能形成氫鍵，其熔化時需要消耗的能量更多(只要答出HF分子間能形成氫鍵即可)
②④
NaCl>KCl>RbCl
MgO晶體為離子晶體，離子所帶電荷越多，半徑越小，離子鍵越強，熔點越高
解析： (2)B組都是金屬，存在金屬鍵，具有金屬晶體的性質，可以用“電子氣理論”解釋相關物理性質。
(3)C組鹵化氫晶體屬于分子晶體，HF熔點高是由于分子之間形成氫鍵。
(4)D組是離子化合物，熔點高，具有離子晶體的性質。
(5)離子鍵與離子電荷數和離子半徑有關，電荷越多，半徑越小，離子鍵越大，晶體熔點越高。(共38張PPT)
第四節　配合物與超分子
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解配位鍵的特點及配合物理論，能說明簡單配合物的成鍵情況。
2．了解幾種常見的配離子的性質。
3．了解超分子特點和應用。
圖說考點
必備基礎
一、配合物理論簡介
1．實驗探究配合物
藍色沉淀
溶解
深藍色晶體
紅色
2.配位鍵
(1)概念：____________由一個原子單方面提供跟另一個原子共用的共價鍵，即“________________”鍵，是一類特殊的共價鍵。
(2)形成條件：電子對給予體具有_________，而接受體有________。
(3)表示
配位鍵可以用A→B表示，其中A是________孤電子對的原子，B是________孤電子對的原子。例如［Cu(NH3)4］2+可表示為
____________________。
3．配位化合物
通常把_________(或原子)與某些分子或離子(稱為_____________)以________ 結合形成的化合物稱為__________________。
共用電子對
電子對給予－接受
孤電子對
空軌道
給予
接受
金屬離子
配體或配位體
配位鍵
配位化合物(配合物)
二、超分子
1．超分子
超分子是由________或________以上的分子通過________相互作用形成的分子聚集體。
2．超分子的應用
(1)分離C60和C70
將C60和C70的混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶劑，甲苯將________溶解，經過濾后分離出________；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“________”而將不溶解的C60釋放出來并沉淀。從而將C60和C70分離開來。
(2)冠醚識別堿金屬離子
冠醚分子中有大小不同的________適配不同大小的堿金屬離子，而形成冠醚—堿金屬離子超分子。
3．超分子的重要特征：_________和________。
兩種
兩種
分子間
C70
C70
杯酚
空穴
分子識別
自組裝
判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(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)Cu(OH)2既能溶于鹽酸又能溶于氨水，是因為顯兩性。(　　)
(5)Ca2＋與NH3形成的配合物比Cu2＋與NH3形成的配合物更穩定。(　　)
(6)含有多種分子的混合物就是超分子。(　　)
(7)超分子不僅能與分子結合也可結合某些離子。(　　)
√
√
√
×
×
×
√
2．我國科學家制得了SiO2超分子納米管，其微觀結構如圖所示，下列敘述中正確的是(　　)
A．SiO2是兩性氧化物，既可與NaOH反應又可與HF反應
B．SiO2超分子納米管可能選擇性結合某些分子或離子
C．SiO2是光導纖維的成分，具有導電性
D．水晶和瑪瑙主要成分均為SiO2，均屬于共價晶體
答案：B
3．回答下列問題：
(1)配合物[Ag(NH3)2]OH的中心離子是______，配位原子是____，配位數是_____，它的電離方程式是_______________________________。
(2)向盛有少量NaCl溶液的試管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，觀察到的現象是___________________________。
(3)[Ag(NH3)2]OH含有的化學鍵種類有________.
A．離子鍵　　　　B．σ鍵　　　　C．π鍵
D．氫鍵　　　　　E．配位鍵
(4)1 mol[Ag(NH3)2]OH含有的σ鍵數目為：________個。
Ag＋
N
2
［Ag(NH3)2］OH===［Ag(NH3)2］+＋OH－
先有白色沉淀，后來白色沉淀溶解
ABE
9NA
核心素養
提升點一　配位化合物的結構與性質
例1 大環配位體可用于金屬蛋白質化學模擬，合成離子
載體等；如圖為冠醚(大環配位體)和某金屬離子(M)形成
的一種大環配合物。回答下列問題：
(1)該大環配合物中含有的化學鍵為________(填字母)。
a．極性鍵　　　　 b．非極性鍵
c．配位鍵 d．金屬鍵
(2)該物質中非金屬元素的電負性由小到大的順序為_________。
(3)在冠醚中，C原子的雜化類型為________，O原子的雜化類型為________。
(4)冠醚中的O原子能和M離子形成配位鍵的原因：____________________________________________________________。
abc
Hsp3
sp3
O原子成鍵后，含2對孤對電子，金屬離子M有空軌道，所以兩者能形成配位鍵
解析：(1)該化合物的C—C鍵為非極性建；C—H、C—O鍵為極性鍵；O→M鍵為配位鍵；(2)非金屬元素有C、H、O，根據電負性規律，電負性由小到大的順序為H狀元隨筆　配位鍵的形成條件是一方有空軌道，另一方有孤電子對。
[提升1]　(1)配位化學創始人維爾納發現，取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1 mol，分別溶于水，加入足量硝酸銀溶液， 立即產生氯化銀，沉淀的物質的量分別為3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。
①請根據實驗事實用配合物的形式寫出它們的化學式。
CoCl3·6NH3：____________，CoCl3·5NH3：_____________，
CoCl3·4NH3(綠色和紫色)：______________。
②后兩種物質組成相同而顏色不同的原因是_________________。
③上述配合物中，中心離子的配位數都是______。
[Co(NH3)6]Cl3
[Co(NH3)5Cl]Cl2
[Co(NH3)4Cl2] Cl
它們互為同分異構體
6
解析：由題意知，四種配合物中每1個配合物所含自由氯離子的數目分別為3、2、1、1，則它們的化學式分別為[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl，最后兩種應互為同分異構體。
(2)向黃色的三氯化鐵溶液中加入無色的KSCN溶液，溶液變成血紅色。該反應在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl表示。經研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋與SCN－不僅能以1∶3的個數比配合，還能以其他個數比配合。請按要求填空：
①Fe3＋與SCN－反應時，Fe3＋提供________，SCN－提供________，二者通過配位鍵結合。
②所得Fe3＋與SCN－的配合物中，主要是Fe3＋與SCN－以個數比1∶1配合所得離子顯血紅色，含該離子的配合物的化學式是____________；
③若Fe3＋與SCN－以個數比1∶5配合，則FeCl3與KSCN在水溶液中發生反應的化學方程式可以表示為：_________________________________。
空軌道
孤電子對
[Fe(SCN)]Cl2
FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl
解析：Fe3＋和SCN－形成配合物時，Fe3＋提供空軌道，SCN－提供孤電子對，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成絡離子時，寫化學式要用Cl－和K＋分別平衡絡離子的電荷，使絡合物呈電中性。
【關鍵能力】
配位化合物的結構與性質
1．配位化合物的結構
(1)定義：通常把金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。其中：金屬離子(原子)叫做中心離子(原子)，中性分子或者陰離子叫做配體。
例如把CuSO4固體溶于足量水中就會生成(硫酸四水合銅)稱為配位化合物(四水合銅離子)稱為絡(配)離子。在[Cu(H2O)4]2＋中，Cu2＋是中心離子，H2O是配體，即H2O是電子給予體。
(2)組成
①中心離子：一般是金屬離子，常見的有Fe2＋、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋等，特別是過渡金屬離子很容易形成配合物，這是因為多數過渡金屬的離子含有空軌道。
②配體：含有孤電子對的分子或離子，如NH3、CO、H2O、Cl－、Br－、I－、SCN－、CN－等。
③配位數：直接同中心離子(或原子)配位的配體的數目為該中心離子(或原子)的配位數。一般中心離子(或原子)的配位數是2、4、6、8。
(3)結構組成：在配合物[Co(NH3)6]Cl3中，Co3＋為中心離子，6個NH3分子為配體。中心離子與配體構成配合物的內界，通常把它們放在括號內，Cl－稱為配合物的外界。內、外界之間以離子鍵結合，在水中全部電離。
2．配合物的形成對物質性質的影響
(1)配合物對物質溶解性的影響
一些難溶于水的金屬氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含過量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)離子顏色的改變
當簡單離子形成配離子時，其性質往往有很大差異，顏色發生變化就是一種常見的現象，我們根據顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。例如，Fe3＋與SCN－在溶液中可生成配位數為1～6的鐵的硫氰酸根配離子，這種配離子的顏色是血紅色的。
反應的離子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n
(3)穩定性增強——配合物在生命科學中的應用
配合物具有一定的穩定性，配合物中的配位鍵越強，配合物越穩定。當作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩定性與配體的性質有關。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結合后，就很難再與O2分子結合，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導致人體CO中毒。
狀元隨筆　配位鍵與共價鍵的區別：
(1)形成過程不同：配位鍵實質上是一種特殊的共價鍵，在配位鍵中一方提供孤電子對，另一方具有能夠接受孤電子對的空軌道。普通共價鍵的共用電子對是由成鍵原子雙方共同提供的。
(2)配位鍵與普通共價鍵實質是相同的。它們都被成鍵原子雙方共用，如在中有三個普通共價鍵、一個配位鍵，但四者是完全相同的。
(3)同普通共價鍵一樣，配位鍵可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于離子之中(如)。
提升點二　超分子及其應用
例2 冠醚能與陽離子，尤其是與堿金屬離子作用，并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子作用。12-冠-4與鋰離子作用而不與鈉離子、鉀離子作用；18-冠-6與鉀離子作用(如圖)，還可與重氮鹽作用，但不與鋰離子或鈉離子作用。
下列說法錯誤的是(　　)
A．18-冠-6中C和O的雜化軌道類型相同
B．18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，這反映了超分子的“分子識別”的特征
C．18-冠-6與鉀離子作用反映了超分子的自組裝的特征
D．冠醚與堿金屬離子作用的原理與其可作相轉移催化劑的原理有關
答案：C
解析：18-冠-6中C和O都是sp3雜化，A項正確；18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，反映了超分子的“分子識別”的特征，故B項正確，C項錯誤；由于冠醚是皇冠狀分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子，把無機物帶入有機物中，它可以作為相轉移催化劑也是基于這個原理，D項正確。
狀元隨筆　冠-5和冠-4的結構
15-冠-5的鍵線式結構 12-冠-4的鍵線式結構
[提升2]　下列有關超分子的說法正確的是(　　)
A．超分子是如蛋白質一樣的大分子
B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子
C．超分子是由高分子通過非化學鍵作用形成的分子聚集體
D．超分子是由兩個或兩個以上分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體
答案：D
狀元隨筆　超分子化學研究范圍大致可分為三類
(1)環狀配體組成的主客體體系；
(2)有序的分子聚集體；
(3)由兩個或兩個以上基團用柔性鏈或剛性鏈連接而成的超分子化合物。
【關鍵能力】
超分子“自組裝原則”的應用
人們可以根據超分子自組裝原則，以分子間的相互作用力為工具，把具有特定的結構和功能的組分或建筑模塊按照一定的方式組裝成新的超分子化合物。
這些新的化合物不僅僅能表現出單個分子所不具備的特有性質，還能大大增加化合物的種類和數目。
如果人們能夠很好地控制超分子自組裝過程，就可以按照預期目標更簡單、更可靠地得到具有特定結構和功能的化合物。
素養形成
1.向盛有硫酸銅溶液的試管中滴加濃氨水，先生成難溶物，繼續滴加濃氨水，難溶物溶解，得到深藍色透明溶液。下列對此現象說法正確的是(　　)
A．反應后溶液中不存在任何沉淀，所以反應前后Cu2＋的濃度不變
B．沉淀溶解后，生成深藍色的配離子
C．配位化合物中只有配位鍵
D．在配離子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤電子對，NH3提供空軌道
答案：B
解析：發生的反應為Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2N，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋轉化為配離子，濃度減小，A錯誤；是深藍色的，B正確；配位化合物中一定含有配位鍵，但也含有其他化學鍵，C錯誤；Cu2＋具有空軌道，而NH3具有孤電子對，所以Cu2＋提供空軌道，NH3提供孤電子對，D錯誤。
2．下列不屬于配位化合物的是(　　)
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屬于復鹽，不是配合物。
3．配位化合物的數量巨大，組成和結構形形色色，豐富多彩。請指出配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心離子、配體、中心離子的電荷數和配位數(　　)
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＋為中心離子，NH3為配體，電荷數為＋2，配位數為4。
4．下列有關超分子的說法錯誤的是(　　)
A．超分子是由兩種或多種分子形成的聚集體
B．分子形成超分子的作用可能是分子間作用力
C．超分子具有分子識別的特性
D．分子以共價鍵聚合形成超分子
答案：D
5．氣態氯化鋁(Al2Cl6)是具有配位鍵的化合物，分子中原子間成鍵關系如圖所示。請將圖中你認為是配位鍵的斜線加上箭頭。
解析：本題考查配位鍵的形成條件。配位鍵的箭頭指向提供空軌道的一方。Cl原子最外層有7個電子，通過1對共用電子對就可以形成1個單鍵，另有3對孤電子對，所以氣態氯化鋁(Al2Cl6)中，與2個鋁形成共價鍵的氯原子中，有1個鍵是配位鍵，并由氯原子提供電子，鋁原子提供空軌道。Cl原子最外層有7個電子，Al原子最外層有3個電子，圖中每個鍵代表1對共用電子對，據此可從左(或右)上(或下)角的1個Cl原子開始，嘗試寫出Al2Cl6的電子式，如下(“·”為Cl原子提供的電子，“×”為Al原子提供的電子)：
6．回答下列問題：
(1)向CuSO4溶液中滴加氨水會生成藍色沉淀，再滴加氨水到沉淀剛好全部溶解可得到深藍色溶液，繼續向其中加入極性較小的乙醇可以生成深藍色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列說法不正確的是__________(填字母)。
a．[Cu(NH3)4]SO4組成元素中電負性最大的是N元素
b．CuSO4晶體及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S原子的雜化方式均為sp3
c．[Cu(NH3)4]SO4·H2O所含有的化學鍵有離子鍵、共價鍵和配位鍵
d．NH3分子內的H—N—H鍵角大于H2O分子內的H—O—H鍵角
的立體構型為正四面體形
f．[Cu(NH3)4]2＋中，N原子是配位原子
g．NH3分子中氮原子的軌道雜化方式為sp2雜化
(2)配離子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心離子是________，配體是__________，配位數為________，其含有微粒間的作用力類型有__________________。
ag
Cu2＋
NH3、H2O
4
配位鍵、極性共價鍵
解析：(1)電負性：O>N，a不正確；S原子與4個O原子形成共價鍵，所以S原子采取sp3雜化，b正確；[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體中與以離子鍵結合，NH3、、H2O中含有共價鍵，[Cu(NH3)4]2＋含有配位鍵，c正確；NH3分子內N原子有1對孤電子對，H2O分子中O原子有2對孤電子對，H2O分子中孤電子對對共用電子排斥作用大，所以H2O分子中H—O—H鍵角小于NH3分子中H—N—H鍵角，d正確；中S原子以4個σ鍵與4個O原子結合，S采取sp3雜化，故為正四面體形，e正確。N原子是配位原子，f正確；NH3分子中氮原子軌道雜化方式為sp3雜化，g不正確。
(2)由書寫形式可以看出其中心離子是Cu2＋，配體是H2O、NH3兩種，配位數為4，[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋含有微粒間作用力有配位鍵以及極性共價鍵。(共30張PPT)
第1課時　物質的聚集狀態　晶體與非晶體
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解晶體和非晶體的本質差異。
2．了解獲得晶體的途徑。
3．了解晶體的結構特點和性質。
圖說考點
必備基礎
一、物質的聚集狀態
1．組成物質的微粒
20世紀初，通過X射線衍射等實驗手段，發現許多常見的晶體中并無分子，如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種________等。
2．物質的聚集狀態：
物質的聚集狀態除了固態、液態、氣態，還有________、________以及介乎________和________之間的________、________等。
3．物質三態間的相互轉化
金屬
晶態
非晶態
晶態
非晶態
塑晶態
液晶態
二、晶體與非晶體
1．晶體概念
具有規則的________的固體，叫晶體。如：NaCl晶體，I2晶體……；不具有規則的________的固體，叫非晶體(又稱玻璃體)。
2．獲得晶體的三條途徑
(1)________物質凝固。
(2)________物質冷卻不經液態直接_________。
(3)________從溶液中析出。
幾何外形
幾何外形
熔融態
氣態
凝固(凝華)
溶質
3．晶體的特征
(1)自范性
①定義：在適宜的條件下，晶體能夠自發地呈現規則的___________，這稱為晶體的________。非晶態物質沒有這個特性。
②形成條件(之一)：晶體___________適當。
③本質原因：晶體中粒子在_________里呈現_______的______排列。
(2)晶體在不同的方向上表現出不同的物理性質即________。
(3)晶體的________固定。
(4)外形和內部質點排列的________。
(5)晶體的外形和內部結構都具有特有的________。
多面體外形
自范性
生長的速率
微觀空間
周期性
有序
各向異性
熔點
有序性
對稱性
[即學即練]
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)晶體有自范性但其微粒排列無序。(　　)
(2)晶體具有各向同性，非晶體也具有各向異性。(　　)
(3)晶體有固定的熔點。(　　)
(4)熔融態物質快速冷卻即可得到晶體。(　　)
(5)粉末狀的固體也有可能是晶體。(　　)
×
×
√
×
√
2．我們熟悉的食鹽、金屬、刨冰、鉆石、水晶等都是晶體；而同樣透明的玻璃卻是非晶體。下列關于晶體和非晶體的本質區別的敘述中，正確的是 (　　)
A．是否是具有規則幾何外形的固體
B．是否是具有固定組成的物質
C．是否是具有固定熔點
D．內部構成微粒是否在空間呈有規則的重復排列
答案：D
解析：有規則幾何外形或美觀對稱的固體不一定都是晶體，如玻璃；具有固定組成的物質也不一定是晶體，如某些無定形體也具有固定的組成。晶體和非晶體的本質區別在于微觀結構不同。
3．下列途徑不能得到晶體的是(　　)
A．熔融態物質快速冷卻 B．熔融態物質凝固
C．氣態物質凝華 D．溶質從溶液中析出
答案：A
解析：得到晶體的三個途徑是：(1)溶質從溶液中析出；(2)氣態物質凝華；(3)熔融態物質凝固。晶體表現自范性是需要一定條件的，即晶體生長的速率要適當，因此熔融態物質快速冷卻時不能得到晶體。
4．如圖是某固體的微觀結構示意圖，請認真觀察兩圖，判斷下列說法正確的是(　　)
A．兩種物質在一定條件下都會自動形成有規則的幾何外形的晶體
B．Ⅰ形成的固體物理性質有各向異性
C．Ⅱ形成的固體一定有固定的熔、沸點
D．二者的X射線圖譜是相同的
答案：B
解析：觀察結構圖可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不規則，故Ⅰ為晶體，Ⅱ為非晶體。晶體有各向異性，具有固定的熔、沸點，非晶體沒有固定的熔、沸點，用X射線衍射實驗檢驗晶體和非晶體，圖譜明顯不同，故應選B。
核心素養
提升點一　晶體與非晶體
例1 (1)在下列物質中，_________ (填序號，下同)是晶體，________是非晶體。
①塑料　②明礬　③松香　④玻璃　⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蠟　⑧單晶硅　⑨鋁塊　⑩橡膠
(2)晶體和非晶體在外形上有差別，晶體一般都具有_____________，而非晶體_________________；另外非晶體具有物理性質________，而晶體具有物理性質________。
(3)判斷物質是晶體還是非晶體，合理的方法是______(填序號)。
①從外形上來判斷
②從各向異性或各向同性上來判斷
③從導電性能來判斷
④從有無固定熔點來判斷
②⑤⑥⑧⑨
①③④⑦⑩
規則的幾何外形
沒有規則的幾何外形
各向同性
各向異性
②④
解析：明礬是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、單晶硅、鋁塊都是晶體；塑料、松香、玻璃、石蠟、橡膠都是非晶體。晶體的重要特征就是各向異性和有固定的熔點等。
狀元隨筆　混合物一般為非晶體；晶體與非晶體判斷有多種方法。
[提升1]　下列敘述中正確的是(　　)
A．具有規則幾何外形的固體一定是晶體
B．晶體與非晶體的根本區別在于是否具有規則的幾何外形
C．具有各向異性的固體一定是晶體
D．晶體、非晶體均具有固定的熔點
解析：晶體與非晶體的根本區別在于其內部微粒在空間是否按一定規律做周期性重復排列，B項錯誤；晶體所具有的規則幾何外形、各向異性是其內部微粒規律性排列的外部反映。有些人工加工而成的固體也具有規則的幾何外形，但具有各向異性的固體一定是晶體，A項錯誤，C項正確；晶體具有固定的熔點而非晶體不具有固定的熔點，D項錯誤。
答案：C
狀元隨筆　依據晶體的特性判斷固體是不是晶體，存在一定的不確定，應從本質特征上進行把握。
【關鍵能力】
晶體與非晶體的比較
晶體 非晶體
微觀結構特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相對無序
性質特征 自范性 有 無
熔點 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或根據某些物理性質的各向異性 科學方法 對固體進行X 射線衍射實驗 舉例 NaCl、I2、SiO2、Na晶體等 玻璃、橡膠等
狀元隨筆　(1)有規則幾何外形或美觀、對稱外形的固體不一定是晶體。例如，玻璃制品可以塑造出規則的幾何外形，也可以具有美觀對稱的外觀。
(2)具有固定組成的物質也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成，如無定形SiO2。
提升點二　晶體的結構與性質
例2 關于晶體的自范性，下列敘述正確的是(　　)
A.破損的晶體能夠在固態時自動變成規則的多面體
B.缺角的氯化鈉晶體在飽和NaCl溶液中慢慢變為完整的立方體塊
C.圓形容器中結出的冰是圓形的體現了晶體的自范性
D.由玻璃制成規則的玻璃球體現了晶體的自范性
解析：晶體在固態時不具有自范性，不能形成新的規則的多面體，A項錯誤；溶質從溶液中析出，可形成晶體，B項正確；圓形容器中結出圓形的冰的過程，不是自發進行的，C項錯誤；玻璃屬于非晶體，不具有自范性，由玻璃制成規則的玻璃球不是自發進行的，D項錯誤。
答案：B
[提升2]　下列敘述錯誤的是(　　)
A．區別晶體與非晶體最科學的方法是對固體進行X射線衍射實驗
B．外觀呈現規則多面體的物質，內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”規律，且它們易形成分子間氫鍵，故乙醇易溶于水
答案：B
【關鍵能力】
晶體的自范性和各向異性
1．晶體的自范性
(1)晶體的自范性是指晶體能自發地呈現規則的多面體外形的性質，是晶體中粒子在微觀空間里呈現周期性有序排列的宏觀表現。
(2)晶體呈現自范性的條件之一是晶體生長的速率適當。熔融態物質冷卻凝固，緩慢冷卻形成晶體；快速冷卻，常得到看不到多面體外形的粉末或沒有規則外形的塊狀物。
2．晶體的各向異性
(1)晶體的許多物理性質，如強度、導熱性、光學性質等，常表現出各向異性。
(2)晶體的某些物理性質的各向異性反映了晶體內部質點排列的有序性。
素養形成
1.下列關于晶體與非晶體的說法正確的是(　　)
A．晶體一定比非晶體的熔點高
B．晶體有自范性但內部質點排列無序
C．非晶體無自范性而且內部質點排列無序
D．固體SiO2一定是晶體
解析：晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，故A項錯誤；晶體有自范性且內部質點排列有序，故B項錯誤；非晶體無自范性而且內部質點排列無序，故C項正確；SiO2的存在形態有結晶形和無定形兩大類，即SiO2也有非晶體，故D項錯誤。
答案：C
2．從晶體與非晶體的角度分析，普通玻璃和水晶的根本區別是 (　　)
A．外形不一樣
B．普通玻璃的基本構成粒子相對無序排列，水晶的基本構成粒子呈周期性有序排列
C．水晶有固定的熔點，普通玻璃無固定的熔點
D．水晶可用于能量轉換，普通玻璃不能用于能量轉換
答案：B
3．下列性質中，屬于晶體和非晶體共有的是(　　)
A．自范性 B．各向同性
C．固定的熔點 D．外觀上的幾何形狀
答案：B
4．下列途徑不能得到晶體的是(　　)
A．熔融態SiO2快速冷卻
B．熔融態SiO2熱液緩慢冷卻
C．FeCl3蒸氣冷凝
D．CuSO4溶液蒸發濃縮后冷卻
解析：晶體呈現自范性是需要一定條件的，即晶體生長的速率要適當。熔融態物質快速冷卻時不能得到晶體，如熔融態SiO2快速冷卻得到看不到晶體外形的瑪瑙，熱液緩慢冷卻則形成水晶。FeCl3、AlCl3等固體均易升華，其蒸氣凝華則得到晶體。CuSO4溶液蒸發濃縮后冷卻析出膽礬晶體(CuSO4·5H2O)。
答案：A
5．晶體具有各向異性。如藍晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨與層垂直的方向上的電導率是與層平行的方向上的電導率的。晶體的各向異性主要表現在(　　)
①硬度　②導熱性　③導電性　④光學性質
A．①③ B．②④
C．①②③ D．①②③④
解析：晶體的各向異性主要表現在物理性質方面。
答案：D(共35張PPT)
第2課時　晶胞　晶體結構的測定
必備基礎
核心素養
素養形成
課程目標
1．了解晶胞的概念，認識晶胞的結構特點。
2．理解晶胞與晶體的關系。
3．能夠運用均攤法計算晶胞中的微粒數。
4．了解晶體結構的常用測定方法。
圖說考點
必備基礎
一、晶胞
1．概念
描述晶體結構的_________。
2．結構
常規的晶胞都是__________，晶體是由無數晶胞“_________”而成。
(1)無隙：相鄰晶胞之間無任何________。
(2)并置：所有晶胞都是________排列的，取向________。
(3)所有晶胞的________及內部的原子________、個數及幾何排列(包括取向)是完全相同的。
基本單元
平行六面體
無隙并置
間隙
平行
相同
形狀
種類
3．一個晶胞平均占有的原子數：
8
4
2
二、晶體結構的測定
1．測定方法
測定晶體結構最常用的儀器是____________。
2．測定結果
通過對乙酸晶體進行測定，可以得出乙酸晶胞，每個晶胞中含有________個乙酸分子，并可通過計算分析，確定________和________，從而得出分子的空間結構。
X射線衍射儀
4
鍵長
鍵角
[即學即練]
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)晶胞是晶體的最小的結構重復單元。(　　)
(2)不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同。(　　)
(3)晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞。(　　)
(4)已知晶胞的組成就可推知晶體的組成。(　　)
(5)由晶胞構成的晶體，其化學式表示一個分子中原子的數目。(　　)
√
×
×
√
×
2．確定一種固態物質是否為晶體，最可靠的科學方法是(　　)
A．測定它的熔點
B．直接觀察它的顆粒的形狀
C．測定它的溶解熱
D．對它進行X射線衍射實驗
答案：D
3．根據晶體中晶胞的結構，判斷下列晶體的化學式不正確的是(　　)
A．AB2　 　　B．C2D C．EF　　 D．XY3Z
答案：A
解析：在立方晶胞中，只有處于晶胞內部的粒子才完全屬于該晶胞，處于面上的微粒有屬于該晶胞，處于棱上的微粒有屬于該晶胞，處于各頂點上的微粒只有屬于該晶胞。據此可以算出各晶體的化學式分別是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A項錯誤。
4.某晶體的一部分如圖所示。這種晶體中A、B、C三種粒子數之比是(　　)
A．3∶9∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
答案：B
解析：這不是一個立方晶胞結構，而是一個正三棱柱結構，那么依據實際情況來計算，原子的分攤數頂點為，水平棱上為，豎棱上為，內部為1。A、B、C三種粒子數之比為∶∶1＝1∶4∶2。
5.元素X位于第四周期，其基態原子的內層軌道全部排滿電子，且最外層電子數為2。元素Y基態原子的3p
軌道上有4個電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。
(1)在1個晶胞中，X離子的數目為________。
(2)該化合物的化學式為________。
4
ZnS
解析：X為Zn元素、Y為S元素，從晶胞圖分析，一個晶胞中含有X離子的數目為8×＋6×＝4，Y離子的數目也是4，所以化合物中X與Y之比為1∶1，則化學式為ZnS。
核心素養
提升點一　晶胞結構的理解與晶體結構的測定
例1 下列說法中不正確的是(　　)
A．晶體的X射線衍射實驗中，單一波長的X射線通過晶體，記錄儀上產生分立的斑點或明銳的衍射峰
B．分析X射線衍射圖可獲得晶胞形狀和大小、原子在晶胞里的數目和位置等信息
C．根據原子坐標可以計算原子間的距離
D．通過晶體X射線衍射圖不能獲得鍵長、鍵角等有關化學鍵的信息
答案：D
解析：A對，單一波長的X射線通過晶體，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產生分立的斑點或明銳的衍射峰。B對，分析X射線衍射圖可獲得晶胞形狀和大小、分子或原子在三維空間有序排列呈現的對稱類型、原子在晶胞里的數目和位置等信息。C對，通過X射線衍射實驗，測定晶胞中各個原子的位置(坐標)，根據原子坐標，可以計算原子間的距離。D錯，根據X射線衍射圖可以判斷出晶體中哪些原子之間存在化學鍵，確定鍵長和鍵角，從而得出分子的空間結構。
狀元隨筆　晶體結構測定方法
X射線衍射儀單一波長的X射線晶體記錄儀分立的斑點或明銳的衍射峰
注意：X射線衍射實驗是研究晶體結構最可靠的科學方法。
[提升1]　下列有關晶胞的敘述正確的是(　　)
A．晶胞是晶體結構中的基本重復單元
B．不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同
C．晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞
D．已知晶胞的組成就可推知晶體的分子式
答案：A
解析：A對，晶胞是能完整反映晶體內部原子或離子在三維空間分布的、具有化學結構特征的基本單元。B錯，不同晶體的構成微粒不同，微粒的半徑不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形狀可能相同。C錯，處于晶胞內部的粒子完全屬于該晶胞，處于頂角、面心和棱上的微粒為多個晶胞共用。D錯，因為晶胞能完整反映晶體內部原子或離子在三維空間的分布，也是晶體結構中的基本單元，所以已知晶胞的組成就可推知晶體的組成，而不是能推知晶體的分子式。
狀元隨筆　圖解無隙并置的結構特點
當把晶胞還原到晶體中去時，該晶胞周邊的原子實際是與相鄰晶胞共享的。
【關鍵能力】
晶體結構測定方法
1．直接法
直接通過實驗得到X射線衍射強度，利用一系列數學處理，推引出結構因子的相角，實現了直接和自動化測定晶體結構，成為當前測定中小分子結構的主流方法。
2．試差法(模型法)
試差法是利用晶體的對稱性和其他性質以及結構規則，對所研究的結構提出合理的模型，然后從理論上計算晶體的衍射強度，再把計算值與實驗值進行比較，并經過多次修正模型，使計算值與實驗值盡可能符合實際。
提升點二　晶胞中粒子數目及晶體化學式的確定
例2 元素X的某價態離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，它與N3－形成的晶體結構如圖所示。
(1)該晶體的陽離子與陰離子個數比為______。
(2)該晶體中Xn＋離子中n＝_______。
(3)X元素的原子序數是_______。
(4)晶體中每個N3－被______個等距離的Xn＋離子包圍。
3∶1
1
29
6
解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其數目為12×＝3個，N3－位于晶胞的頂角，其數目為8×＝1，故其個數比為3∶1。
(2)由晶體的化學式X3N知X所帶的電荷數為1。
(3)因為K、L、M三個電子層充滿，故為2、8、18，所以X的原子序數是29。
(4)N3－位于晶胞頂角，故其被6個X＋在上、下、左、右、前、后包圍。
狀元隨筆
晶胞形狀計算陰、陽離子的個數→確定晶體化學式→確定n值→由位置確定與N3- 等距離緊鄰的Xn+ 數
[提升2]　如圖所示的甲、乙、丙三種晶體：
試推斷甲晶體的化學式(X為陽離子)：________；
乙晶體中A、B、C三種微粒的個數比是________；
丙晶體中每個D周圍結合E的個數是________。
X2Y
1∶3∶1
8
解析：X位于立方體體心，該晶胞中含有1個X，Y位于頂角，該晶胞中Y的個數＝4×＝，則該晶胞中X、Y的個數之比是2∶1，又X為陽離子，所以甲晶體的化學式為X2Y；乙晶胞中A的個數＝8×＝1，B的個數＝6×＝3，C的個數為1，所以乙晶體中A、B、C三種微粒的個數比為1∶3∶1；丙晶體中每個D周圍結合E的個數是8。
【關鍵能力】
晶胞中粒子數目及晶體化學式的確定
1．晶體化學式含義
一般地，晶體的化學式表示的是晶體(也可以說是晶胞)中各類原子或離子的最簡整數比。
2．均攤法確定晶胞中粒子的個數
如晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有屬于這個晶胞。
(1)長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻。
(2)六方晶胞中不同位置粒子對晶胞的貢獻。
(3)晶胞中粒子數目的計算要先根據具體情況分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及為幾個晶胞所共有，然后運用均攤法具體計算。如石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點碳原子被三個六邊形共有，每個六邊形占有該原子的，則每個六元環占有的碳原子數為6×＝2，如下圖所示：
狀元隨筆　晶體的化學式表示的是晶體(或晶胞)中各類原子或離子的最簡整數比，由晶胞構成的晶體，其化學式并不是表示一個分子中含有多少個原子。
素養形成
1.對于某晶胞(如圖所示)的描述錯誤的是(　　)
A．該晶胞是所在晶體內最小的平行六面體
B．該晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有
一個原子
C．平均每個晶胞中有14個原子
D．平均每個晶胞中有4個原子
答案：C
解析：晶胞是最小的重復單元，為六方面心結構，A正確；該晶胞是六方面心結構，在晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有一個原子，B正確；由于頂點為8個晶胞所共有，面為2個晶胞所共有，所以平均每個晶胞中含有的原子個數為8×＋6×＝4個，即平均每個晶胞中有4個原子，C錯誤，D正確。
2．鉛、鋇、氧形成的某化合物的晶胞結構如圖所示。Pb4＋處于立方晶胞頂角，Ba2＋處于晶胞中心，O2－處于晶胞面心，則該化合物的化學式為(　　)
A．BaPbO3 B．BaPb2O3
C．BaPbO D．BaPbO4
答案：A
解析：1個晶胞中有1個Ba2＋，Pb4＋的個數為8×＝1，O2－的個數為6×＝3，故化學式為BaPbO3。
3.科學家把C60和K摻雜在一起制造出的物質具有超導性能，其晶胞結構如圖所示。該物質中K和C60的個數之比為(　　)
A．1∶1 B．2∶1
C．3∶1 D．4∶1
答案：A
解析：根據均攤法可知，該晶胞中K的個數為2×6×＝6，C60的個數為1＋8×＝2，所以該物質中K和C60的個數之比為6∶2＝3∶1。
4.晶胞是晶體結構中可重復出現的最小的結構單元，C60晶胞結構如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．C60摩爾質量是720
B．C60與苯互為同素異形體
C．在C60晶胞中有14個C60分子
D．每個C60分子周圍與它距離最近等距離的C60分子有12個
答案：D
5.釔鋇銅氧是一種新型節能高溫超導體，其晶胞結構如圖所示。研究發現，此高溫超導體中的Cu元素有兩種價態，分別為＋2和＋3，Y元素的化合價為＋3，Ba元素的化合價為＋2。
(1)該物質的化學式為___________。
(2)該物質中Cu2＋與Cu3＋的個數比為________。
解析：本題的疑難之處一是不會計算晶胞中氧原子的個數；二是在求Cu2＋與Cu3＋的個數比時不能靈活運用化合物中各元素的正負化合價的代數和為零這一規律。(1)由圖可知，該晶胞中N(Cu)＝8×＋8×＝3，N(Ba)＝2，N(Y)＝1，N(O)＝12×＋8×＝7。即該物質的化學式為YBa2Cu3O7。(2)根據題中各元素的化合價，再結合化合物中各元素的正負化合價的代數和為零可知，＋2價銅與＋3價銅的化合價之和為7，即N(Cu2＋)∶N(Cu3＋)＝2∶1。
YBa2Cu3O7
2∶1(共37張PPT)
第三章 章末共享專題
微專題一
微專題二
微專題一
微專題一　常見晶體中的化學鍵與性質比較
判斷晶體中存在的作用力類型
(1)分子晶體
(2)共價晶體
(3)金屬晶體—金屬鍵—陽離子和自由電子之間
(4)離子

晶體


特別提醒
①稀有氣體中不存在化學鍵。
②石墨為混合晶體，存在非極性鍵(層內)、金屬鍵、范德華力(層間)。
③化學反應中，同時發生化學鍵的斷裂和形成。
[微訓練一]
1．“類推”是常用的學習方法，但有時會產生錯誤結論。下列類推的結論正確的是(　　)
A．第ⅣA族元素氫化物沸點順序是GeH4>SiH4>CH4，則第ⅤA族元素氫化物沸點順序也是AsH3>PH3>NH3
B．常見的氫化物是分子晶體，則所有氫化物都是分子晶體
C．晶體中有陰離子，必有陽離子；則晶體中有陽離子，也必有陰離子
D．第二周期元素氫化物穩定性順序是HF>H2O>NH3，則第三周期元素氫化物穩定性順序也是HCl>H2S>PH3
答案：D
解析：NH3分子間存在氫鍵，使其沸點反常的高，A錯誤；某些金屬元素的氫化物是離子晶體，如氫化鈉，B錯誤；金屬晶體中有金屬陽離子，但沒有陰離子，C錯誤；元素的非金屬性越強，其簡單氫化物的穩定性越強，同周期元素從左到右，元素的非金屬性逐漸增強，則對應的簡單氫化物的穩定性逐漸增強，D正確。
2．下列各組物質的熔點均與所含化學鍵的鍵能有關的是(　　)
A．CaO與CO2 B．NaCl與HCl
C．SiC與SiO2 D．Cl2與I2
答案：C
解析：CaO為離子晶體，熔化斷裂離子鍵，而CO2在固體時是分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，與化學鍵無關，故A錯誤；NaCl為離子晶體，熔化斷裂離子鍵，而HCl在固體時是分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，與化學鍵無關，故B錯誤；SiC與SiO2都是共價晶體，熔化斷裂的是共價鍵，與化學鍵有關，故C正確；Cl2與I2在固體時是分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，與化學鍵無關，故D錯誤。
3．共價鍵、離子鍵和范德華力是粒子之間的三種作用力。下列晶體①Na2O2　②SiO2　③石墨　④金剛石　⑤NaCl　⑥白磷，中含有以上其中兩種作用力的是(　　)
A．①②③ B．①③⑥
C．②④⑥ D．①②③⑥
答案：B
解析：①Na2O2含有共價鍵、離子鍵；②SiO2含有共價鍵；③石墨含有共價鍵和范德華力；④金剛石含有共價鍵；⑤NaCl含有離子鍵；⑥白磷中含有共價鍵和范德華力；含有以上其中兩種作用力的是①③⑥，故選B。
4．下列有關化學鍵、氫鍵和范德華力的敘述中，不正確的是(　　)
A．金屬鍵是金屬離子與“電子氣”之間的強烈作用，金屬鍵無方向性和飽和性
B．共價鍵是原子之間通過共用電子對形成的化學鍵，共價鍵有方向性和飽和性
C．范德華力是分子間存在的一種作用力，分子的極性越大，范德華力越大
D．氫鍵不是化學鍵而是一種較弱的作用力，所以氫鍵只存在于分子與分子之間
答案：D
解析：金屬鍵是化學鍵的一種，主要在金屬中存在，由自由電子及排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電吸引力組合而成，由于電子的自由運動，金屬鍵沒有固定的方向，故A正確；共價鍵是原子之間強烈的相互作用，共價鍵有方向性和飽和性，故B正確；范德華力是分子間作用力，相對分子質量越大，分子間作用力越大，極性越大，分子間作用力越強，故C正確；氫鍵是一種分子間作用力，比范德華力強，但是比化學鍵要弱，氫鍵既可以存在于分子間(如水、乙醇、甲醇、
液氨等)，又可以存在于分子內(如 )，故D錯誤。
5．(1)單質銅和鎳是________鍵形成的晶體。
(2)NF3可由NH3和F2在Cu催化劑存在下反應直接得到：4NH3＋3F2
NF3＋3NH4F，則上述化學方程式中的前4種物質所屬的晶體類型有________(填序號)。
a．混合晶體 b．分子晶體
c．共價晶體 d．金屬晶體
(3)Si、Mg、Cl2晶體的熔點由高到低的順序是___________。
金屬
b、d
Si、Mg、Cl2
解析：(1)金屬晶體中只有金屬鍵。(2)NH3、F2、NF3所屬的晶體均為分子晶體，Cu單質屬于金屬晶體。(3)Si為共價晶體，Mg為金屬晶體，Cl2為分子晶體。
(4)石墨晶體的結構如下圖所示。
①石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化方式為________，石墨屬于________晶體。
②石墨晶體中，層內C—C鍵的鍵長為142 pm，而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的________共價鍵，而石墨層內的C—C間不僅存在________共價鍵，還有________鍵。
sp2
混合
σ
σ
π(或p-p π)
解析：①石墨烯為單層石墨，每個碳原子形成3個六元環，均為sp2雜化。②石墨層內的碳碳間存在σ共價鍵，還存在p-p π鍵。
(5)GaF3的熔點高于1 000 ℃，GaCl3的熔點為77.9 ℃，其原因是______________________________。
(6)K和Cr屬于同一周期，且核外最外層電子構型相同，但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低，原因是______________________________________。
GaF3為離子晶體而GaCl3為分子晶體
K的原子半徑較大且價電子數較少，金屬鍵較弱
解析：(5)由于二者均為鹽，所以可能為離子晶體或者分子晶體，根據二者熔點可知GaF3熔點很高，應該為離子晶體；而GaCl3的熔點很低，為分子晶體。(6)K的原子半徑比Cr的原子半徑大，K、Cr原子的價層電子排布式分別為4s1、3d54s1，K的價電子數比Cr的價電子數少，原子半徑越大，價電子數越少，金屬鍵越弱，熔、沸點越低。
微專題二
微專題二　常見的晶胞模型及晶體計算
1．常見的晶體結構模型
晶體 晶體結構示意圖 晶體中微粒分布詳解
氯化鈉晶體 ①Na＋和Cl－交替占據立方體的頂點而向空間延伸；②在每個Na＋周圍最近的等距離的Cl－有6個(上、下、左、右、前、后)，在每個Cl－周圍最近的等距離的Na＋亦有6個，這6個離子構成1個正八面體；③在每個Na＋周圍最近的等距離的Na＋有12個(同層4個、上層4個、下層4個)，在每個Cl－周圍最近的等距離的Cl－亦有12個
氯化銫晶體 ①每8個Cs＋、8個Cl－各自構成立方體，在每個立方體的中心有1個異種離子(Cs＋或Cl－)；②在每個Cs＋(Cl－)周圍最近的等距離的Cl－(Cs＋)有8個；③在每個Cs＋周圍最近的等距離的Cs＋有6個(上、下、左、右、前、后)，在每個Cl－周圍最近的等距離的Cl－亦有6個
二氧化碳晶體
金剛石晶體 ①每個C與另4個C以共價鍵結合，前者位于正四面體中心，后四者位于正四面體頂點；②晶體中所有C—C鍵鍵長相等、鍵角相等(均為109°28′)；③晶體中最小碳環由6個C組成且六者不在同一平面內；④晶體中每個C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故C原子數與C—C鍵數之比為1∶2
石墨晶體
2.晶胞結構的相關計算
晶胞結構的分析與計算一般涉及晶體的化學式、晶胞中所包含的原子或離子的數目、晶胞的邊長、兩個粒子之間的距離、晶胞的體積、晶體的密度、阿伏加德羅常數、配位數等量之間的計算。晶胞結構的分析與計算類題目的解題思路一般如下：
(1)截取一個晶胞或晶胞中的一部分(如NaCl晶胞中的一個小立方體)。
(2)用均攤法確定晶胞(或截取的部分)中所含的原子或離子數目(設為N)，進而可確定晶體的化學式。
(3)計算晶胞中所含微粒或微粒組合(如CaF2)的物質的量：n＝。
(4)計算晶胞的質量：m＝nM＝M。
(5)計算晶胞的體積：對于立方體晶胞，若晶胞邊長為a cm，則V(晶胞)＝a3 cm3[對于長方體 ，若底面邊長分別為a cm、b cm，高為c cm，則V(晶胞)＝abc cm3]。
(6)計算晶胞的密度：ρ＝＝·cm-3，該式中涉及5個物理量，已知其中4個物理量則可計算第5個物理量。
(7)根據晶胞中微粒的空間位置關系、微粒的半徑以及晶胞的邊長，利用幾何知識則可計算兩個微粒之間的距離。
(8)根據晶胞中所含有的原子的總體積和晶胞的體積計算晶胞中原子的空間利用率(一般用于金屬晶體)，原子的總體積V(原子)＝(其中N為晶胞中含有的原子數目，r為原子半徑)，則空間利用率＝×100%。
[微訓練二]
1．[2022·全國甲卷](1)2008年北京奧運會的“水立方”，在2022年冬奧會上華麗轉身為“冰立方”，實現了奧運場館的再利用，其美麗的透光氣囊材料由乙烯(CH2===CH2)與四氟乙烯(CF2===CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列問題：
(1)基態F原子的價電子排布圖(軌道表示式)為____________。
(2)圖a、b、c分別表示C、N、O和F的逐級電離能Ⅰ變化趨勢(縱坐標的標度不同)。第一電離能的變化圖是________(填標號)，判斷的根據是________________ __________________________________________________________________________________________；
第三電離能的變化圖是________(填標號)。
a
同周期元素從左到右，第一電離能呈增大趨勢，N原子的價電子排布式為2s22p3，2p軌道是半充滿穩定結構，第一電離能比O原子大
b
解析：(1)基態F原子的價電子排布式為2s22p5，故其價電子排布圖
(軌道表示式)為 (2)C、N、O、F均位于第二周期，原子半徑逐漸減小，原子核對最外層電子的吸引能力增強，第一電離能逐漸增大，但N原子的價電子排布式為2s22p3，2p軌道是半充滿穩定結構，第一電離能比O原子大，故選a；C原子失去2個電子后達到2s2全滿穩定結構，再失去1個電子較難，故第三電離能比N原子大，故選b。
(3)固態氟化氫中存在(HF)n形式，畫出(HF)3的鏈狀結構___________。
(4)CF2===CF2和ETFE分子中C的雜化軌道類型分別為________和________；聚四氟乙烯的化學穩定性高于聚乙烯，從化學鍵的角度解釋原因______________________________________。
(5)螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物，其晶胞結構如圖所示，X代表的離子是________；若該立方晶胞參數為a pm，正負離子的核
間距最小為________ pm。
H—F…H—F…H—F
sp2
sp3
F的電負性比H大，C—F鍵的鍵能比C—H鍵的大
Ca2＋
a
解析：(3)固態氟化氫分子間存在氫鍵，故(HF)3的鏈狀結構為H—F…H—F…H—F。(4) CF2===CF2分子中C原子形成碳碳雙鍵，故C原子為sp2雜化；ETFE是乙烯與四氟乙烯的共聚物，可表示為
故在ETFE分子中碳原子為sp3雜化；由于F的電負性比H大，C—F鍵的鍵能比C—H鍵的大，故聚四氟乙烯比聚乙烯穩定。(5)X離子位于頂點和面心，根據均攤法知，X離子數目為8×＋6×＝4，Y離子位于體內，故Y離子數目為8，結合CaF2的化學式知，X代表的離子是Ca2＋；根據晶胞結構圖知，Ca2＋與F－的最小核間距為正方體體對角線長度的，即正負離子的核間距最小為a pm。
2．[2022·全國乙卷]鹵素單質及其化合物在科研和工農業生產中有著廣泛的應用。回答下列問題：
(1)氟原子激發態的電子排布式有________，其中能量較高的是________。(填標號)
a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一個______雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Cl________鍵，并且Cl的3pz軌道與C的2pz軌道形成3中心4電子的大π鍵(。
②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl鍵長的順序是____________________，理由：(ⅰ)C的雜化軌道中s成分越多，形成的C—Cl鍵越強；(ⅱ)____________________________________。
ad
d
sp2
σ
C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl
Cl參與形成的大π鍵越多，形成的C—Cl鍵越短
解析：(1)基態氟原子的核外電子排布式為1s22s22p5，有9個電子，排除b、c項；a項，相當于F原子的一個電子從2p能級躍遷到3s能級，屬于激發態氟原子，正確；d項，相當于F原子的兩個電子從2p能級躍遷到3p能級，屬于激發態氟原子，正確；在兩個激發態氟原子中，由于3p能級的能量高于3s能級，且d中發生躍遷的電子數目多于a，故d的能量較高。(2)①C2H3Cl分子中存在碳碳雙鍵，C原子為sp2雜化，雜化軌道只能形成σ鍵，故在C2H3Cl分子中，C的一個sp2雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Cl σ鍵。②C2H5Cl分子中只存在σ鍵，C原子為sp3雜化；C2H3Cl分子中存在一個的大π鍵，C原子為sp2雜化；C2HCl分子中存在兩個的大π鍵[1個是Cl(3pz)－C(2pz)，1個是Cl(3py)－C(2py)]，C原子為sp雜化。雜化軌道中s成分越多(sp3、sp2、sp雜化軌道中s成分依次增多)，形成的C—Cl鍵越強；Cl參與形成的大π鍵越多，形成的C—Cl鍵越短，故C—Cl鍵長順序為C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl。
(3)鹵化物CsICl2受熱發生非氧化還原反應，生成無色晶體X和紅棕色液體Y。X為______。解釋X的熔點比Y高的原因__________________________ _______________________________________________________________。
(4)α-AgI晶體中I－離子作體心立方堆積(如圖所示)，Ag＋主要分布在由I－構成的四面體、八面體等空隙中。在電場作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可發生遷移。因此，α-AgI晶體在電池中可作為_____________。
已知阿伏加德羅常數為NA，則α-AgI晶體的摩爾體
積Vm＝________________ m3·mol－1(列出算式)。
CsCl
CsCl是離子晶體，熔化時需要克服Cs＋和Cl－之間的離子鍵，而ICl是分子晶體，熔化時只需要克服范德華力
固體離子導體
(5.04×10－10)3NA
解析：(3)由CsICl2受熱發生非氧化還原反應知，CsICl2受熱分解生成CsCl和ICl，故無色晶體X為CsCl，紅棕色液體Y為ICl；由于CsCl是離子晶體，熔化時需要克服Cs＋和Cl－之間的離子鍵，而ICl是分子晶體，熔化時只需要克服范德華力，離子鍵比范德華力強得多，故CsCl的熔點高于ICl。(4)在α-AgI晶體中，Ag＋可以發生遷移，故α-AgI晶體在電池中可以作為固體離子導體。由于α-AgI晶體中I－作體心立方堆積，由“均攤法”知，1個晶胞中含有I－數目為8×＋1＝2，即1個晶胞中含有2個α-AgI，則α-AgI晶體的摩爾體積Vm＝(504×10－12 m)3·NA mol－1＝(5.04×10－10)3NA m3·mol－1。
3．[2022·湖南卷]鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用。回答下列問題：
(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一種抗癌新藥，其結構式如下：
①基態Se原子的核外電子排布式為[Ar]_________；
②該新藥分子中有________種不同化學環境的C原子；
③比較鍵角大小：氣態SeO3分子________離子(填“>”“<”或“＝”)，原因是________________________________。
3d104s24p4
8
＞
前者中Se為sp2雜化、后者中Se為sp3雜化
解析：(1)①Se為34號元素，根據構造原理可寫出基態Se原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4。②該物質結構對稱，具有如圖所示8種
不同化學環境的C原子： 。③SeO3中Se的價
層電子對數為3，孤電子對數為中Se的價層電子對數為3，孤電子對數為＝1，故SeO3和中Se原子分別為sp2和sp3雜化，則SeO3分子中鍵角大于中鍵角。
(2)富馬酸亞鐵(FeC4H2O4)是一種補鐵劑。富馬酸分子的結構模型如圖所示：
①富馬酸分子中σ鍵與π鍵的數目比為________；
②富馬酸亞鐵中各元素的電負性由大到小的順序為____________。
解析：①由富馬酸分子的結構模型可確定其結構簡式為
由單鍵均為σ鍵，雙鍵有1個σ鍵和1個π鍵，知該分子中σ鍵和π鍵的數目比為11∶3。②富馬酸亞鐵中含C、H、O、Fe四種元素，由電負性遞變規律可知，電負性由大到小的順序為O>C>H >Fe。
11∶3
O＞C＞H＞Fe
(3)科學家近期合成了一種固氮酶模型配合物，該物質可以在溫和條件下直接活化H2，將N3－轉化，反應過程如圖所示：
①產物中N原子的雜化軌道類型為________；
②與互為等電子體的一種分子為________(填化學式)。
sp3
H2O
解析：①產物中N原子形成4個共價鍵，則其采取sp3雜化。
(4)鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示：
①該超導材料的最簡化學式為________；
②Fe原子的配位數為________；
③該晶胞參數a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm，阿伏加德羅常數的值為NA，
則該晶體的密度為___________________g·cm－3(列出計算式)。
KFe2Se2
4
×1021
解析：①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影圖可知，占據頂點和體心位置的為K原子，故K原子個數為8×＋1＝2，每個豎直棱上有2個Se原子，體內有2個Se原子，故Se原子個數為8×＋2＝4，每個豎直面上有2個Fe原子，故Fe原子個數為8×＝4，該物質的晶胞結構如圖所示：
其最簡化學式為KFe2Se2。②以1號Fe原子為研究對象，2號和3號鐵原子及其對稱位置的2個Fe原子距離1號Fe原子最近，故Fe的配位數為4。③該晶胞的質量為g，體積為0.4×0.4×1.4×10－21 cm3，故該晶體的密度為×1021 g·cm－3。

展開更多......

收起↑