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基礎(chǔ)課時17　離子晶體　過渡晶體與混合晶體
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.知道離子晶體的概念。認(rèn)識離子晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。2.借助氯化鈉、氯化銫等晶體模型認(rèn)識離子晶體的結(jié)構(gòu)特點及物理性質(zhì)。3.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。
一、離子晶體
(一)知識梳理
1.離子晶體的概念及成鍵微粒
(1)概念：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。
(2)構(gòu)成微粒：陰離子和陽離子，有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒間的作用力：主要是離子鍵。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等離子晶體中還存在共價鍵、氫鍵等。
2.典型離子晶體的結(jié)構(gòu)特征
化學(xué)式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中離子數(shù)目 Na＋：4；Cl－：4 Cs＋：1；Cl－：1
陽離子的配位數(shù) 6 8
陰離子的配位數(shù) 6 8
3.離子晶體的性質(zhì)
熔點 硬度 導(dǎo)電性
較高 較大 不導(dǎo)電，但在熔融狀態(tài)或溶于水時導(dǎo)電
(二)互動探究
離子化合物在我們周圍比比皆是。常溫下，許多離子化合物都是以晶體形態(tài)存在的。
【問題討論】
問題1　含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？有陽離子的晶體中一定存在陰離子嗎？
提示　不一定。也可能是金屬晶體；晶體中含有陽離子，不一定存在陰離子，如金屬晶體由陽離子和自由電子構(gòu)成。
問題2　離子晶體中一定含有金屬元素嗎？由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎？
提示　不一定。離子晶體中不一定含金屬元素，如NH4Cl、NH4NO3等銨鹽。由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體。
問題3　離子晶體的熔點一定低于共價晶體嗎？
提示　不一定。離子晶體的熔點不一定低于共價晶體，如MgO是離子晶體，SiO2是共價晶體，MgO的熔點高于SiO2的熔點。
【探究歸納】
1.離子晶體的判斷
判斷一種物質(zhì)是不是離子晶體，我們可以根據(jù)物質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)等方面進(jìn)行判斷。
(1)利用物質(zhì)的分類
金屬離子和酸根離子、OH－形成的大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿，活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2)，活潑金屬的氫化物(如NaH)，活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。
(2)利用元素的性質(zhì)和種類
如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì)，金屬元素(特別是活潑的金屬元素，ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素，ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。
(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)
離子晶體一般具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬而脆；固體不導(dǎo)電，但熔融或溶于水時能導(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。
2.離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵，離子鍵沒有方向性和飽和性。根據(jù)靜電作用大小的影響因素可知，在離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強(qiáng)。
3.離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不是表示其分子組成。
1.有關(guān)離子晶體的下列說法中不正確的是(　　)
A.離子晶體在熔融狀態(tài)時都能導(dǎo)電
B.離子晶體具有較高的熔、沸點，較大的硬度
C.離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比為1∶1
D.氯化鈉溶于水時離子鍵被破壞
答案　C
解析　在熔融狀態(tài)下，離子晶體中存在自由移動的離子，故能導(dǎo)電，A項正確；離子晶體具有較高的熔、沸點和較大的硬度，B項正確；離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比各不相同，C項不正確；氯化鈉溶于水時，電離成自由移動的陰、陽離子，離子鍵被破壞，D項正確。
2.下列性質(zhì)適合于離子晶體的是(　　)
①熔點1 070 ℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
②熔點10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電
③能溶于CS2，熔點112.8 ℃，沸點444.6 ℃
④熔點97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 g/cm3
⑤熔點－218 ℃，難溶于水
⑥熔點3 900 ℃，硬度很大，不導(dǎo)電
⑦難溶于水，固體時導(dǎo)電，升溫時導(dǎo)電能力減弱
⑧難溶于水，熔點高，固體不導(dǎo)電，熔化時導(dǎo)電
A.①⑧ B.②③⑥
C.①④⑦ D.②⑤
答案　A
解析　離子晶體液態(tài)時能導(dǎo)電，難溶于非極性溶劑，熔點較高、質(zhì)硬而脆，固體不導(dǎo)電，故②③④⑤⑦均不符合離子晶體的特點；⑥中熔點達(dá)3 900 ℃，硬度很大，應(yīng)是共價晶體。故只有①⑧符合題意。
3.在離子晶體中，陰、陽離子按一定的規(guī)律進(jìn)行排列，如圖甲是NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)。在離子晶體中，陰、陽離子具有或近似具有球形對稱結(jié)構(gòu)，它們可以看作是不等徑的剛性圓球，并彼此相切，如圖乙。已知a為常數(shù)。
(1)在NaCl晶體中，每個Na＋周圍同時吸引____________個Cl－，每個Cl－周圍也同時吸引著____________個Na＋，在NaCl晶胞中含有____________個Na＋、____________個Cl－，晶體中每個Na＋周圍與它距離最近且相等的Na＋共有____________個。
(2)Na＋半徑與Cl－半徑之比為____________(已知＝1.414)。
(3)若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶體的密度為____________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩爾質(zhì)量為58.5 g·mol－1)。
答案　(1)6　6　4　4　12　(2)0.414∶1　(3)2.2 g·cm－3
解析　(1)在氯化鈉晶體中，一個Na＋位于晶胞的中心，12個Na＋分別位于晶胞的12條棱上，則屬于該晶胞的Na＋相當(dāng)于3個(×12＝3)，因此一個晶胞中共含有4個Na＋。8個Cl－分別位于晶胞的8個頂角上，則屬于該晶胞的Cl－相當(dāng)于1個(×8＝1)，6個Cl－分別位于晶胞的6個面心上，則屬于該晶胞的Cl－相當(dāng)于3個(×6＝3)，所以一個晶胞中共含有4個Cl－。可見NaCl晶體中Na＋、Cl－的個數(shù)比為1∶1。圖中位于晶胞中心的Na＋實際上共有3個平面通過它，通過中心Na＋的每個平面都有4個Na＋位于平面的四角，這4個Na＋與中心Na＋距離最近且距離相等。所以在NaCl晶體中，每個Na＋周圍與它距離最近且距離相等的Na＋共有12個，按相似的方法可推出每個Cl－周圍與它最近且距離相等的Cl－也共有12個。(2)由圖乙可知，因為r(Cl－)＞r(Na＋)，則r(Cl－)＝，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，＝∶＝(－1)∶1＝0.414∶1。(3)由NaCl晶體結(jié)構(gòu)分析，每個晶胞中含有4個NaCl，則ρV＝，ρ＝ g·cm－3≈2.2 g·cm－3。
4.根據(jù)CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)分析，CsCl晶體中兩距離最近的Cs＋間距離為a，則每個Cs＋周圍與其距離為a的Cs＋數(shù)目為____________；每個Cs＋周圍距離相等且次近的Cs＋數(shù)目為____________，距離為____________；每個Cs＋周圍距離相等且第三近的Cs＋數(shù)目為________________，距離為____________；每個Cs＋周圍緊鄰且等距的Cl－數(shù)目為____________。
答案　6　12　a　8　a　8
解析　以題圖的一個Cs＋為基準(zhǔn)，與其最近的Cs＋分別位于其上、下、前、后、左、右六個方位，有6個；與其次近的Cs＋的距離為a，在1個晶胞中有3個，而1個Cs＋為8個晶胞共有，故有8×3×＝12個；與其第三近的Cs＋的距離為a，每個晶胞中有1個，故有8個；與其緊鄰且等距的Cl－有8個。
二、過渡晶體與混合晶體
(一)知識梳理
1.過渡晶體
(1)四類典型的晶體是指：分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體。
(2)過渡晶體：介于典型晶體之間的晶體。
①幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33
從上表可知，表中4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，只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。
②偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，因而通常當(dāng)作離子晶體來處理，如Na2O等。同樣，偏向共價晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價晶體來處理，如Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶體
(1)晶體模型
(2)結(jié)構(gòu)特點——層狀結(jié)構(gòu)
①同層內(nèi)碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(σ鍵)結(jié)合，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
②層與層之間靠范德華力維系。
③石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。
(3)晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合型晶體。
(4)性質(zhì)：熔點很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等。
(二)問題探究
問題1　碳元素形成的單質(zhì)種類繁多，如金剛石、C60、C70、C76、石墨等，根據(jù)學(xué)過的知識，思考它們分別屬于哪種晶體類型？
提示　金剛石屬于共價晶體，C60、C70、C76屬于分子晶體，石墨屬于混合型晶體。
問題2　石墨具有質(zhì)軟的性質(zhì)，可以制作鉛筆芯，如何解釋？
提示　石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間相隔較遠(yuǎn)，只存在范德華力，作用相對較弱，所以表現(xiàn)為質(zhì)軟、易滑動。
問題3　同樣是由碳原子構(gòu)成的石墨的熔點為什么比金剛石的還高？
提示　石墨中，同一層內(nèi)碳原子之間以共價鍵結(jié)合，每一個碳原子與周圍三個碳原子形成3個共價鍵，并且在層內(nèi)形成大π鍵，使原子之間離得更近，鍵長變短，鍵能增大，所以熔點較高。
問題4　石墨表現(xiàn)出類似金屬的導(dǎo)電性質(zhì)，請結(jié)合其結(jié)構(gòu)作出解釋。
提示　石墨中，所有的p軌道相互平行而且相互重疊，使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動，所以表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。
【探究歸納】　石墨的性質(zhì)
(1)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性：石墨晶體中，形成大π鍵的電子可以在整個碳原子平面中運動，比較自由，相當(dāng)于金屬中的自由電子，所以石墨能導(dǎo)電、導(dǎo)熱，并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?qiáng)，這也是晶體各向異性的表現(xiàn)。
(2)潤滑性：石墨層間作用力為范德華力，結(jié)合力弱，層與層間可以相對滑動，使之具有潤滑性，因而可以作潤滑劑、鉛筆芯等。
1.下列關(guān)于過渡晶體的說法正確的是(　　)
A.石墨屬于過渡晶體
B.SiO2屬于過渡晶體，但當(dāng)作共價晶體來處理
C.絕大多數(shù)含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體
D.Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為100%
答案　B
解析　石墨屬于混合型晶體，A項錯誤；SiO2屬于過渡晶體，但一般按共價晶體來處理，B項正確；大多數(shù)含有離子鍵的晶體不是典型的離子晶體，而是過渡晶體，C項錯誤；Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為62%，D項錯誤。
2.已知下列晶體的部分性質(zhì)，其晶體類型判斷正確的是(　　)
選項 性質(zhì) 晶體類型
A 碳化鋁，黃色晶體，熔點2 100 ℃，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，晶體不導(dǎo)電 離子晶體
B 溴化鋁，無色晶體，易溶于水，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電 共價晶體
C 硼：熔點2 300 ℃，沸點2 550 ℃，硬度大，不溶于常見溶劑 金屬晶體
D 三氯化鐵，沸點316 ℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑 分子晶體
答案　D
解析　由碳化鋁的熔點為2 200 ℃，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電可知，應(yīng)為共價晶體，A錯誤；由溴化鋁易溶于水、熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電可知，其具有分子晶體的性質(zhì)，應(yīng)屬于分子晶體，B錯誤；由硼的熔沸點、硬度大，不溶于常見溶劑可知，應(yīng)屬于共價晶體，C錯誤；由三氯化鐵的沸點較低，易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑可知，其具有分子晶體的性質(zhì)，應(yīng)屬于分子晶體，D正確。
3.碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：
回答下列問題：
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為____________。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為____________、____________。
(3)C60屬于____________晶體，石墨屬于____________晶體。
(4)石墨晶體中，層內(nèi)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(nèi)的C—C間不僅存在____________共價鍵，還有____________鍵。
答案　(1)同素異形體　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合　 (4)σ　σ　π(或大π或p－p π)
解析　(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，故它們互為同素異形體。(2)在金剛石中，每個碳原子都形成四個共價單鍵，故碳原子的雜化方式為sp3；石墨烯中碳原子采用sp2雜化。(3)一個“C60”就是一個分子，故C60屬于分子晶體；石墨層與層之間是范德華力，而同一層中碳原子之間是共價鍵，故形成的晶體為混合晶體。(4)在金剛石晶體中，碳原子之間只形成共價單鍵，全部為σ鍵；在石墨層內(nèi)的碳原子之間既有σ鍵又有π鍵。
【題后歸納】　判斷晶體類型的方法
(1)主要是根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷
如低熔、沸點的化合物為分子晶體；熔、沸點較高，且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物為離子晶體；熔、沸點很高，不導(dǎo)電，不溶于一般溶劑的物質(zhì)為共價晶體；晶體能導(dǎo)電、傳熱、具有延展性的為金屬晶體。
(2)根據(jù)物質(zhì)的類別判斷
金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。常見的共價晶體中單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等；常見的共價晶體中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)(注：汞在常溫下為液體)與合金是金屬晶體。
A級　合格過關(guān)練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)離子晶體
1.下列有關(guān)離子晶體的說法正確的是(　　)
A.離子晶體中一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物一定是離子晶體
B.離子鍵只存在于離子晶體中，離子晶體中一定含有離子鍵
C.離子晶體中不可能含有共價鍵
D.離子晶體受熱熔化破壞化學(xué)鍵，吸收熱量，屬于化學(xué)變化
答案　B
解析　離子晶體中不一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物不一定是離子晶體，A錯誤；含有離子鍵的化合物一定是離子晶體，離子晶體中一定含有離子鍵，B正確；離子晶體中可能含有共價鍵，如過氧化鈉，C錯誤；離子晶體受熱熔化時，雖然離子鍵被破壞，但沒有生成新的物質(zhì)，不屬于化學(xué)變化，如氯化鈉晶體熔化，D錯誤。
2.離子晶體熔點的高低取決于晶體中陽離子與陰離子之間的靜電作用，靜電作用大則熔點高，靜電作用小則熔點低。試根據(jù)學(xué)過的知識，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序是(　　)
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
答案　C
解析　離子晶體中，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點越高，而離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個電荷，Na＋、Cl－、K＋都帶1個電荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl，C正確。
3.已知某離子晶體的晶胞示意圖如圖所示，其摩爾質(zhì)量為M g/mol，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為d g/cm3，下列說法中正確的是(　　)
A.晶體晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為1
B.晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都是4
C.該晶胞可能是CsCl的晶胞
D.該晶體中兩個距離最近的陽離子的核間距為×cm
答案　D
解析　據(jù)均攤法可知，在這個晶胞中陽離子位于棱上和體心，數(shù)目＝12×＋1＝4，陰離子位于頂角、面心，數(shù)目＝8×＋6×＝4，A項錯誤；晶體中，由體心的陽離子看出周圍有6個陰離子，每個陰離子周圍有6個陽離子，所以晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)都為6，B項錯誤；根據(jù)均攤法可知，在這個晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為4，陰、陽離子的配位數(shù)都為6，符合NaCl的晶胞特點，C項錯誤；因為晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為4，則晶胞的體積為 cm3，晶胞的邊長為 cm，因為兩個距離最近的同種離子的核間距為晶胞面對角線長度的一半，所以晶體中兩個距離最近的同種離子的核間距為×cm，D項正確。
4.下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點表，有關(guān)的判斷正確的是(　　)
Na2O Na AlF3 AlCl3 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
920 ℃ 97.8 ℃ 1 291 ℃ 190 ℃ 2 073 ℃ －107 ℃ －57 ℃ 1 723 ℃
A.只要含有金屬陽離子的晶體就一定是離子晶體
B.在共價化合物分子中各原子都形成8電子結(jié)構(gòu)
C.同族元素的氧化物不可能形成不同類型的晶體
D.金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高
答案　D
解析　金屬晶體由金屬陽離子和電子構(gòu)成，是金屬晶體，不是離子晶體，所以含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，選項A錯誤；共價化合物分子中各原子最外層電子不一定為8電子結(jié)構(gòu)，有H、B的共價化合物中H和B不能滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如HCl、BCl3等，選項B錯誤；C和Si同主族，但氧化物的晶體類型不同，CO2屬于分子晶體，SiO2屬于共價晶體，所以同族元素的氧化物可能形成不同類型的晶體，選項C錯誤；如表中數(shù)據(jù)可知，Na的熔點比AlCl3低，AlCl3屬于分子晶體，所以金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高，選項D正確。
5.如圖所示是從NaCl或CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶胞中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是(　　)
A.圖(1)和(3) B.圖(2)和(3)
C.圖(1)和(4) D.只有圖(4)
答案　C
解析　NaCl晶體中，每個Na＋周圍最鄰近的Cl－有6個，構(gòu)成正八面體，同理，每個Cl－周圍最鄰近的6個Na＋也構(gòu)成正八面體，由此可知圖(1)和(4)是從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖，C項正確。
(二)過渡晶體與混合晶體
6.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)(如圖)。以下有關(guān)石墨晶體的說法正確的一組是(　　)
①石墨中存在兩種作用力；②石墨是混合晶體；③石墨中的C為sp2雜化；④石墨熔點、沸點都比金剛石低；⑤石墨中碳原子數(shù)和C—C鍵數(shù)之比為1∶2；⑥石墨和金剛石的硬度相同；⑦石墨層內(nèi)導(dǎo)電性和層間導(dǎo)電性不同；⑧每個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是2
A.全對 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
答案　C
解析　①不正確，石墨中存在三種作用力，一種是范德華力，一種是共價鍵，還有一種是金屬鍵；②正確；③正確，石墨中的C為sp2雜化；④不正確，石墨熔點比金剛石高；⑤不正確，石墨中碳原子數(shù)和C—C鍵數(shù)之比為2∶3；⑥不正確，石墨質(zhì)軟，金剛石的硬度大；⑦正確；⑧正確，每個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是6×1/3＝2。
7.石墨能與熔融金屬鉀作用，形成石墨間隙化合物，鉀原子填充在石墨各層原子中。比較常見的石墨間隙化合物是青銅色的化合物，其化學(xué)式可寫為CxK，其平面圖形如圖所示。x的值為(　　)
A.8 B.12
C.24 D.60
答案　A
解析　可選取題圖中6個鉀原子圍成的正六邊形為結(jié)構(gòu)單元，每個鉀原子被3個正六邊形共用，則該結(jié)構(gòu)單元中實際含有的鉀原子數(shù)為6×＋1＝3，該六邊形內(nèi)的碳原子數(shù)為24，故鉀原子數(shù)與碳原子數(shù)之比為1∶8。
8.某化學(xué)興趣小組，在學(xué)習(xí)分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點，記錄如下：
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔點/℃ 801 712 190 －68 782
沸點/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，屬于分子晶體的是(　　)
A.NaCl、MgCl2、CaCl2
B.AlCl3、SiCl4
C.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、沸點較低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸點很高，很明顯不屬于分子晶體，AlCl3、SiCl4熔、沸點較低，應(yīng)為分子晶體，B項正確。
9.NaCl是重要的化工原料，回答下列問題。
(1)Na元素的焰色試驗呈____________色。Na原子的價電子被激發(fā)到相鄰高能級后形成激發(fā)態(tài)Na原子，其價層電子的軌道表示式為____________。
(2)KBr具有NaCl型的晶體結(jié)構(gòu)，但其熔點比NaCl的低，原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)NaCl晶體在50～300 GPa的高壓下和Cl2反應(yīng)，可以形成一種晶體，其立方晶胞如圖所示(大球為Cl，小球為Na，晶胞上每個面上均含有2個Cl原子)。
①若A的原子坐標(biāo)為(0，0，0)，B的原子坐標(biāo)為(，0，)，則C的原子坐標(biāo)為____________。
②該晶胞中與Cl緊鄰的Na的個數(shù)為____________________________________________________________________。
③已知晶胞參數(shù)為a pm，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶體的密度為____________________________________________________________________ g·cm－3
(列出計算式即可)。
答案　(1)黃　　(2)K＋的半徑大于Na＋，Br－半徑大于Cl－，KBr中離子鍵較弱　(3)①(1，，)　②4　③
解析　(1)Na元素的焰色試驗呈黃色；Na原子的價電子由3s能級激發(fā)到3p能級，其價層電子的軌道表示式為。(3)①根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)及A、B的原子坐標(biāo)可知，C的原子坐標(biāo)為(1，，)。②根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，與Cl緊鄰的Na的個數(shù)為4。③根據(jù)“均攤法”可知，該晶胞中含有2個Na和6個Cl，根據(jù)ρ＝＝＝ g·cm－3。
(三)幾種晶體類型的比較
10.碳元素和硅元素為同一主族元素但他們的氧化物性質(zhì)差異很大，冰晶胞中水分子的排列方式和金剛石的晶胞類似，下列關(guān)于這四種晶胞的說法正確的是(　　)
A.一個干冰晶胞中有4個CO2分子，一個SiO2晶胞中有8個SiO2分子
B.干冰中一個CO2分子周圍有6個CO2分子緊鄰
C.冰和金剛石熔、沸點都很高，熔化時均破壞共價鍵
D.冰中水分子之間由于氫鍵的存在，使其結(jié)構(gòu)與金剛石相似
答案　D
解析　CO2分子位于晶胞的面心和頂角，所以1個干冰晶胞中有8×＋6×＝4個CO2分子，SiO2是共價晶體，不存在分子，A錯誤；干冰屬于面心立方晶胞，所以1個CO2分子周圍有12個CO2分子緊鄰，B錯誤；冰是分子晶體，熔化時破壞分子間作用力和氫鍵，金剛石是共價晶體，熔化時破壞共價鍵，C錯誤。
11.下列各組物質(zhì)的沸點按由低到高的順序排列的是(　　)
A.NH3、CH4、NaCl、Na
B.H2O、H2S、MgSO4、SO2
C.CH4、H2O、NaCl、SiO2
D.Li、Na、K、Rb、Cs
答案　C
解析　C項中SiO2是共價晶體，NaCl是離子晶體，CH4、H2O都是分子晶體，且常溫下水為液態(tài)，CH4是氣態(tài)。
12.下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點(℃)：
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
據(jù)此做出的下列判斷錯誤的是(　　)
A.鋁的化合物的晶體中有的不是分子晶體
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶體
C.同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體
D.不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體
答案　B
解析　由表中數(shù)據(jù)分析，氧化鋁和氟化鋁的熔點很高，兩者不是分子晶體，故A正確；表中氯化鋁、氯化硼和干冰的熔點都較低，是分子晶體，故B錯誤；碳和硅同主族，但氧化物的晶體類型不同，分別屬于分子晶體和共價晶體，故C正確；硅和鋁不同主族，但對應(yīng)的氧化物都為共價晶體，說明不同族元素的氧化物可能形成相同類型的晶體，故D正確。
13.新型材料B4C可用于制作切削工具和高溫?zé)峤粨Q器。下列關(guān)于B4C的推斷正確的是(　　)
A.B4C是一種分子晶體
B.B4C是該物質(zhì)的分子式
C.B4C是一種共價晶體
D.B4C易溶于有機(jī)溶劑
答案　C
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
14.澤維爾研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用激光脈沖照射NaI，使Na＋和I－兩核間距為1.0～1.5 nm時，呈離子鍵；當(dāng)兩核靠近約距0.28 nm時，呈共價鍵。根據(jù)澤維爾的研究成果能得出的結(jié)論是(　　)
A.NaI晶體是過渡晶體
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.共價鍵和離子鍵有明顯的界線
答案　A
解析　化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵也不是純粹的共價鍵，共價鍵和離子鍵沒有明顯的界線，因此A正確。
15.CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體相似(如圖所示)，但CaC2晶體中由于啞鈴形C的存在，使晶胞沿一個方向拉長。下列關(guān)于CaC2晶體的描述正確的是(　　)
A.CaC2晶體的熔點較低，硬度也較小
B.與Ca2＋距離相同且最近的C構(gòu)成的多面體是正六面體
C.與Ca2＋距離相同且最近的C有8個
D.CaC2晶胞中共含有4個Ca2＋和4個C
答案　D
解析　CaC2晶體屬于離子晶體，故有較高的熔點和較大的硬度，A錯誤；因為晶胞沿一個方向拉長，故與Ca2＋距離相同且最近的C只有4個(與拉長方向垂直的同一面上)，4個C構(gòu)成的是正方形，B、C均不正確；CaC2晶胞中含有Ca2＋的個數(shù)為12×＋1＝4，含有C的個數(shù)為8×＋6×＝4，D正確。
16.幾種離子晶體的晶胞如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.熔、沸點：NaClB.NaCl晶胞中，Cl－位于頂角和面心，Na＋填充在Cl－構(gòu)成的正四面體空隙
C.若ZnS的晶胞邊長為a pm，則Zn2＋與S2－之間的最短距離為a pm
D.上述三種晶胞中，陽離子的配位數(shù)：ZnS答案　D
解析　NaCl和CsCl晶體中，陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，Cs＋半徑大于Na＋，則熔、沸點：NaCl>CsCl，A錯誤；NaCl晶胞中，Cl－位于頂角和面心，Na＋位于棱心位置，B錯誤；Zn2＋與S2－之間的最短距離為體對角線長度的，晶胞邊長為a pm，體對角線長為a pm，則Zn2＋與S2－之間的最短距離為a pm，C錯誤；ZnS中Zn2＋的配位數(shù)為4，NaCl中Na＋的配位數(shù)為6，CsCl中Cs＋的配位數(shù)為8，則陽離子的配位數(shù)：ZnS17.(2023·成都高二樹德中學(xué)校考)如圖表示一個晶胞，該晶胞為正方體結(jié)構(gòu)，圖中粒子(原子、分子或離子)位于正方體的頂角和面心。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)
A.該晶胞若為分子晶體或者金屬晶體的一個晶胞時，與每個粒子距離最近且距離相等的粒子數(shù)均為12
B.若這是一個不完整的金剛石晶胞，則晶胞中其他碳原子的數(shù)目為4個，假設(shè)C原子半徑為r，則晶胞邊長為8r/
C.若這是一個不完整的CaF2晶胞，則圖中所示實心球表示Ca2＋，而F－離子填充在頂角和最近的三個面心組成的8個正四面體空隙中，且F－離子配位數(shù)為8
D.若這是一個不完整的氯化鈉晶胞，則圖中粒子可均為鈉離子，也可均為氯離子
答案　C
解析　由晶胞結(jié)構(gòu)可知該粒子位于頂角和面心，以面心粒子為觀察對象，每個粒子距離最近且距離相等的粒子數(shù)均為12，故A正確；金剛石晶胞中體對角線長為8r，則晶胞邊長為8r/，故B正確；F－離子填充在頂角和最近的三個面心組成的8個正四面體空隙中，則F－離子配位數(shù)為4，故C錯誤；氯化鈉晶胞中，鈉離子周圍有6個氯離子，氯離子周圍有6個鈉離子，則圖中粒子可能為鈉離子，也可能為氯離子，故D正確。
18.(2023·唐山高二期末)來海化物立方晶胞如圖所示，以原子1為原點的坐標(biāo)系中Ca的坐標(biāo)參數(shù)為(，，)。下列說法正確的是(　　)
A.K＋的配位數(shù)為8
B.原子2的坐標(biāo)參數(shù)為(，1，)
C.若以Ca2＋為頂角建立晶胞，則F－位于棱心位置
D.若晶胞參數(shù)為a pm，晶胞密度為 g·cm－3
答案　C
解析　由坐標(biāo)參數(shù)可知Ca2＋在晶胞體心，則K＋在頂角，其周圍最近的F－均在面心有12個，故K＋的配位數(shù)為12，故A錯誤；來海化物為立方晶胞，原子2與Ca的y、z相同，Ca的坐標(biāo)參數(shù)為(，，)，則晶胞的棱長為1，原子2在面心上則x軸坐標(biāo)為1，原子2的坐標(biāo)參數(shù)為(1，，)，故B錯誤；晶胞中Ca2＋位于體心，離子個數(shù)為1個，F(xiàn)－位于面心，離子個數(shù)為6×＝3個，若以Ca2＋為頂角建立晶胞，晶胞中Ca2＋的離子個數(shù)為8÷8＝1個，則F－位于棱心位置，離子個數(shù)為12×＝3個，Ca2＋與F－的個數(shù)比沒有變，所以若以Ca2＋為頂點建立晶胞，則F－位于棱心位置正確，故C正確；晶胞中K＋的個數(shù)為8×＝1個，晶胞的化學(xué)式為KCaF3，晶胞的質(zhì)量m＝n×M＝×(40＋19×3＋39)g＝ g，若晶胞參數(shù)為a pm，體積V＝(a×10－10)3cm3，密度ρ＝＝g·cm－3＝ g·cm－3，故D錯誤。
19.下列說法不正確的是(　　)
A.石英是由硅原子和氧原子構(gòu)成的共價晶體，每個原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
B.Na2O是離子晶體，其溶于水生成NaOH的過程中既有離子鍵的斷裂又有共價鍵的形成
C.現(xiàn)代科技已經(jīng)能夠拍到氫鍵的“照片”，直觀地證實了水分子間的氫鍵是一個水分子中的氫原子與另一個水分子中的氧原子間形成的化學(xué)鍵
D.NH5所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，是既具有離子鍵又具有共價鍵的離子化合物
答案　C
解析　石英的主要成分是SiO2，SiO2晶體中一個硅原子與四個氧原子形成4個共價鍵，一個氧原子與兩個硅原子形成2個共價鍵，故每個原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A正確；Na2O是離子化合物，溶于水生成NaOH的過程中，Na2O中離子鍵斷裂，生成NaOH時有共價鍵的形成，B正確；氫鍵不屬于化學(xué)鍵，C錯誤；NH5可寫作NH4H，其所有原子的最外層都符合相應(yīng)稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，銨鹽中既有離子鍵又有共價鍵，屬于離子化合物，D正確。
20.磷及其化合物在電池、催化劑等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。黑磷與石墨類似，也具有層狀結(jié)構(gòu)(如圖1)。為大幅度提高鋰電池的充電速率，科學(xué)家最近研發(fā)了黑磷 石墨復(fù)合負(fù)極材料，其單層結(jié)構(gòu)俯視圖如圖2所示。
根據(jù)圖1和圖2的信息，下列說法不正確的是(　　)
A.黑磷區(qū)中P—P的鍵能不完全相同
B.黑磷與石墨都屬于混合型晶體
C.圖2黑磷區(qū)中P原子的雜化方式為sp3，石墨區(qū)中C原子的雜化方式為sp2
D.石墨與黑磷的結(jié)合區(qū)中，P原子與C原子不共平面
答案　D
解析　據(jù)圖可知黑磷區(qū)中P—P的鍵長不完全相等，所以鍵能不完全相同，故A正確；黑磷與石墨類似，每一層原子之間由共價鍵組成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，層與層之間由范德華力互相吸引，所以為混合型晶體，故B正確；黑磷晶體中六元環(huán)不是平面結(jié)構(gòu)，P原子形成3個P—P，有1個孤電子對，價層電子對數(shù)為4，P原子采取sp3雜化；石墨中C原子的雜化方式為sp2雜化，故C正確；石墨中C原子為sp2雜化，所以與六元環(huán)中C原子相連的原子與六元環(huán)共面，所以石墨與黑磷的結(jié)合區(qū)中，P原子與C原子共平面，故D錯誤。
21.物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，正確認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，能充分理解掌握其性質(zhì)。下列說法正確的是(　　)
A.鍵能：N—N>P—P、N—H>P—H，因此N2H4的沸點大于P2H4的沸點
B.熔點：SiCl4C.1 mol 氨硼烷(NH3BH3)中σ鍵數(shù)是6NA
D.PCl5和PBr5在熔融時的陰離子分別為[PCl6]－和Br－，存在差異的原因是Br－半徑大
答案　D
解析　N2H4與P2H4均為分子晶體，沸點與共價鍵強(qiáng)弱無關(guān)，N2H4的沸點大于P2H4的沸點是因為N2H4分子間存在氫鍵，故A錯誤；SiO2為共價晶體，沸點最高，SiCl4和SiF4均為分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，沸點越高，故沸點：SiCl4>SiF4，故B錯誤；1個氨硼烷(NH3BH3)中含有7個σ鍵，故C正確；Br－核外有4個電子層，半徑比Cl－大，故P原子周圍沒有足夠的空間容納6個Br－，則無法形成[PBr6]－，故D正確。
22.(1)氯酸鉀熔化，粒子間克服了______________；二氧化硅熔化，粒子間克服了__________；碘升華，粒子間克服了__________。三種晶體的熔點由高到低的順序是____________(用化學(xué)式表示)。
(2)下列六種晶體：①CO2②NaCl③Na④Si⑤CS2⑥金剛石，它們的熔點從低到高的順序為__________________(用序號表示)。
(3)A、B、C、D為四種不同類型的晶體，性質(zhì)如下：A固態(tài)時能導(dǎo)電，能溶于鹽酸；B能溶于CS2，不溶于水；C固態(tài)時不導(dǎo)電，液態(tài)時能導(dǎo)電，可溶于水；D固態(tài)、液態(tài)時均不導(dǎo)電，熔點為3 500 ℃。
試推斷它們的晶體類型：A._____________；B.____________；C.____________；D._____________ _。
答案　(1)離子鍵　共價鍵　分子間作用力　SiO2>KClO3>I2
(2)①⑤③②④⑥　(3)金屬晶體　分子晶體　離子晶體　共價晶體
解析　(1)氯酸鉀是離子晶體，熔化時需要克服離子鍵；二氧化硅是共價晶體，熔化時需要克服共價鍵；碘為分子晶體，碘升華時需克服的是分子間作用力。共價晶體的熔點最高，其次是離子晶體；由于分子間作用力與化學(xué)鍵相比要弱得多，所以碘的熔點最低。(2)先把六種晶體分類。共價晶體：④⑥；離子晶體：②；金屬晶體：③；分子晶體：①⑤。由于C原子半徑小于Si原子半徑，所以金剛石的熔點高于晶體硅；CO2和CS2同屬于分子晶體，二者組成與結(jié)構(gòu)相似，熔點高低取決于相對分子質(zhì)量大小，故CS2的熔點高于CO2；Na在通常狀況下是固態(tài)，而CS2是液態(tài)，CO2是氣態(tài)，所以Na的熔點高于CS2和CO2。綜上所述，熔點從低到高的順序為①⑤③②④⑥。(3)A固態(tài)時能導(dǎo)電，能溶于鹽酸，屬于金屬晶體；B能溶于CS2，不溶于水，屬于分子晶體；C固態(tài)時不導(dǎo)電，液態(tài)時能導(dǎo)電，可溶于水，屬于離子晶體；D固態(tài)、液態(tài)時均不導(dǎo)電，熔點為3 500 ℃，屬于共價晶體。
23.鹵素單質(zhì)及其化合物在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。回答下列問題：
(1)氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有________(填標(biāo)號)。
A.1s22s22p43s1
B.1s22s22p43d2
C.1s22s22p5
(2)O、F、Cl電負(fù)性由大到小的順序為________；OF2分子的空間構(gòu)型為________；OF2的熔、沸點低于Cl2O，原因是__________________________________________。
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中，氮原子的雜化類型為sp2，則N2F2的結(jié)構(gòu)式為________。
(4)螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X代表的離子是________；若該立方晶胞參數(shù)為a pm，正負(fù)離子的核間距最小為________pm。
(5)NiO晶體與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似。
①設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，距離最近的兩個Ni2＋間距為a pm，NiO的摩爾質(zhì)量為M g/mol，則NiO晶體的密度為____________g/cm3(列出計算式)。
②晶體普遍存在各種缺陷。某種NiO晶體中存在如圖所示的缺陷：當(dāng)一個Ni2＋空缺，會有兩個Ni2＋被兩個Ni3＋所取代，但晶體仍呈電中性。經(jīng)測定某氧化鎳樣品中Ni3＋與Ni2＋的離子數(shù)之比為6∶91。若該晶體的化學(xué)式為NixO，則x＝____________。
答案　(1)A
(2)F>O>Cl　V形　OF2和Cl2O是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，Cl2O的相對分子量大于OF2，分子間作用力大于OF2
(3)F—N===N—F
(4)Ca2＋　a
(5)①×1030　②0.97
解析　(1)F原子核外共有9個電子，基態(tài)F原子核外電子排布式1s22s22p5，A選項所示微粒為F原子核外2p能級的1個電子激發(fā)到3s能級，B選項所示微粒含10個電子，不是氟原子，C選項為基態(tài)F原子核外電子排布式，所以符合題意的是A；(2)O、F為同周期元素，隨原子序數(shù)遞增電負(fù)性增大，電負(fù)性F>O，F(xiàn)、Cl為同一主族，隨原子序數(shù)遞增，非金屬性減弱，電負(fù)性F>Cl，O、Cl組成的化合物Cl2O，O顯負(fù)價，即共用電子對偏向O，O的電負(fù)性大Cl，所以電負(fù)性：F>O>Cl。OF2中氧原子價層電子對數(shù)為4，有2個孤電子對，故分子的空間構(gòu)型為V形。OF2和Cl2O是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，OF2的相對分子量小于Cl2O，范德華力小于Cl2O，所以O(shè)F2的熔、沸點低于Cl2O。(3)氮原子的雜化類型為sp2，每個氮原子有1對孤電子對，N與F之間應(yīng)存在1條σ鍵，N與N之間應(yīng)為雙鍵，故N2F2的結(jié)構(gòu)式為：F—N===N—F。(4)根據(jù)均攤法計算，由晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知X位于晶胞的8頂角和6個面心，所以每個晶胞中含有的X的個數(shù)是8×＋6×＝4，有8個Y位于晶胞的內(nèi)部，所以每個晶胞中含有的Y的個數(shù)是8，X和Y的個數(shù)比為1∶2，根據(jù)CaF2的化學(xué)式可知X表示Ca2＋、Y表示F－。已知晶胞邊長a pm，由晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，正負(fù)離子的最小核間距為晶胞體對角線長的，即a pm。(5)①NiO晶體與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似，1個晶胞中含有4個Ni2＋，4個O2－，距離最近的兩個Ni2＋間距為a pm，因為距離最近的兩個Ni2＋位于頂角和面心，為面對角線的一半，則晶胞邊長為a pm，即a×10－10cm，則1個晶胞體積為(a×10－10cm)3，1個晶胞質(zhì)量為g＝g，密度ρ＝＝＝×1030g/cm3；②樣品中Ni3＋與Ni2＋的離子數(shù)之比為6∶91，則含Ni3＋為，含Ni2＋為，根據(jù)晶體呈電中性，×3＋×2＋(－2)＝0，解得x＝0.97。基礎(chǔ)課時17　離子晶體　過渡晶體與混合晶體
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.知道離子晶體的概念。認(rèn)識離子晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。2.借助氯化鈉、氯化銫等晶體模型認(rèn)識離子晶體的結(jié)構(gòu)特點及物理性質(zhì)。3.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。
一、離子晶體
(一)知識梳理
1.離子晶體的概念及成鍵微粒
(1)概念:由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。
(2)構(gòu)成微粒:　　　　和　　　　,有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒間的作用力:主要是　　　　。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等離子晶體中還存在　　　　、　　　　等。
2.典型離子晶體的結(jié)構(gòu)特征
化學(xué)式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中離子數(shù)目 Na+:　　　; Cl-:　　 Cs+:　　　; Cl-:　　
陽離子的配位數(shù) 6 8
陰離子的配位數(shù) 6 8
3.離子晶體的性質(zhì)
熔點 硬度 導(dǎo)電性
不導(dǎo)電,但在　　　或　　　時導(dǎo)電
(二)互動探究
離子化合物在我們周圍比比皆是。常溫下,許多離子化合物都是以晶體形態(tài)存在的。
【問題討論】
問題1　含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎 有陽離子的晶體中一定存在陰離子嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　離子晶體中一定含有金屬元素嗎 由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　離子晶體的熔點一定低于共價晶體嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.離子晶體的判斷
判斷一種物質(zhì)是不是離子晶體,我們可以根據(jù)物質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)等方面進(jìn)行判斷。
(1)利用物質(zhì)的分類
金屬離子和酸根離子、OH-形成的大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿,活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2),活潑金屬的氫化物(如NaH),活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。
(2)利用元素的性質(zhì)和種類
如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì),金屬元素(特別是活潑的金屬元素,ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素,ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。
(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)
離子晶體一般具有較高的熔、沸點,難揮發(fā),硬而脆;固體不導(dǎo)電,但熔融或溶于水時能導(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。
2.離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵,離子鍵沒有方向性和飽和性。根據(jù)靜電作用大小的影響因素可知,在離子晶體中陰、陽離子半徑越小,所帶電荷數(shù)越多,離子鍵越強(qiáng)。
3.離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比,而不是表示其分子組成。
1.有關(guān)離子晶體的下列說法中不正確的是 (　　)
A.離子晶體在熔融狀態(tài)時都能導(dǎo)電
B.離子晶體具有較高的熔、沸點,較大的硬度
C.離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比為1∶1
D.氯化鈉溶于水時離子鍵被破壞
2.下列性質(zhì)適合于離子晶體的是 (　　)
①熔點1 070 ℃,易溶于水,水溶液能導(dǎo)電
②熔點10.31 ℃,液態(tài)不導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電
③能溶于CS2,熔點112.8 ℃,沸點444.6 ℃
④熔點97.81 ℃,質(zhì)軟,導(dǎo)電,密度0.97 g/cm3
⑤熔點-218 ℃,難溶于水
⑥熔點3 900 ℃,硬度很大,不導(dǎo)電
⑦難溶于水,固體時導(dǎo)電,升溫時導(dǎo)電能力減弱
⑧難溶于水,熔點高,固體不導(dǎo)電,熔化時導(dǎo)電
A.①⑧ B.②③⑥
C.①④⑦ D.②⑤
3.在離子晶體中,陰、陽離子按一定的規(guī)律進(jìn)行排列,如圖甲是NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)。在離子晶體中,陰、陽離子具有或近似具有球形對稱結(jié)構(gòu),它們可以看作是不等徑的剛性圓球,并彼此相切,如圖乙。已知a為常數(shù)。
(1)在NaCl晶體中,每個Na+周圍同時吸引　　　　　　個Cl-,每個Cl-周圍也同時吸引著　　　　　　個Na+,在NaCl晶胞中含有　　　　　　個Na+、　　　　　　個Cl-,晶體中每個Na+周圍與它距離最近且相等的Na+共有　　　　　　個。
(2)Na+半徑與Cl-半徑之比為　　　　　　　　　 (已知=1.414)。
(3)若a=5.6×10-8 cm,NaCl晶體的密度為　　　　　　(已知5.63=175.6,NaCl的摩爾質(zhì)量為58.5 g·mol-1)。
4.根據(jù)CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)分析,CsCl晶體中兩距離最近的Cs+間距離為a,則每個Cs+周圍與其距離為a的Cs+數(shù)目為　　　　　　;每個Cs+周圍距離相等且次近的Cs+數(shù)目為　　　　　　,距離為　　　　　　;每個Cs+周圍距離相等且第三近的Cs+數(shù)目為　　　　　　　　,距離為　　　　　　;每個Cs+周圍緊鄰且等距的Cl-數(shù)目為　　　　　　。
二、過渡晶體與混合晶體
(一)知識梳理
1.過渡晶體
(1)四類典型的晶體是指:　　　　、　　　　、　　　　和　　　　。
(2)過渡晶體:介于典型晶體之間的晶體。
①幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33
從上表可知,表中4種氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的　　　　,也不是純粹的　　　　,這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體,只是離子晶體與共價晶體之間的　　　　　。
②　　　　　　離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近,因而通常當(dāng)作離子晶體來處理,如Na2O等。同樣,　　　　　　共價晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價晶體來處理,如Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶體
(1)晶體模型
(2)結(jié)構(gòu)特點——層狀結(jié)構(gòu)
①同層內(nèi)碳原子采取sp2雜化,以共價鍵(σ鍵)結(jié)合,形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
②層與層之間靠范德華力維系。
③石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi),每個碳原子的配位數(shù)為3,有一個未參與雜化的2p電子,它的原子軌道垂直于碳原子平面。
(3)晶體類型:石墨晶體中,既有共價鍵,又有金屬鍵和范德華力,屬于混合型晶體。
(4)性質(zhì):熔點很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等。
(二)問題探究
問題1　碳元素形成的單質(zhì)種類繁多,如金剛石、C60、C70、C76、石墨等,根據(jù)學(xué)過的知識,思考它們分別屬于哪種晶體類型
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　石墨具有質(zhì)軟的性質(zhì),可以制作鉛筆芯,如何解釋
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　同樣是由碳原子構(gòu)成的石墨的熔點為什么比金剛石的還高
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　石墨表現(xiàn)出類似金屬的導(dǎo)電性質(zhì),請結(jié)合其結(jié)構(gòu)作出解釋。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】　石墨的性質(zhì)
(1)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性:石墨晶體中,形成大π鍵的電子可以在整個碳原子平面中運動,比較自由,相當(dāng)于金屬中的自由電子,所以石墨能導(dǎo)電、導(dǎo)熱,并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?qiáng),這也是晶體各向異性的表現(xiàn)。
(2)潤滑性:石墨層間作用力為范德華力,結(jié)合力弱,層與層間可以相對滑動,使之具有潤滑性,因而可以作潤滑劑、鉛筆芯等。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列關(guān)于過渡晶體的說法正確的是 (　　)
A.石墨屬于過渡晶體
B.SiO2屬于過渡晶體,但當(dāng)作共價晶體來處理
C.絕大多數(shù)含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體
D.Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為100%
2.已知下列晶體的部分性質(zhì),其晶體類型判斷正確的是 (　　)
選項 性質(zhì) 晶體類型
A 碳化鋁,黃色晶體,熔點2 100 ℃,熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電,晶體不導(dǎo)電 離子晶體
B 溴化鋁,無色晶體,易溶于水,熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電 共價晶體
C 硼:熔點2 300 ℃,沸點2 550 ℃,硬度大,不溶于常見溶劑 金屬晶體
D 三氯化鐵,沸點316 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑 分子晶體
3.碳元素的單質(zhì)有多種形式,如圖所示,依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖:
回答下列問題:
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式,它們互為　　　　　　　　　　。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為　　　　　　、　　　　　　　。
(3)C60屬于　　　　　　　　晶體,石墨屬于　　　　　　　　晶體。
(4)石墨晶體中,層內(nèi)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(nèi)的C—C間不僅存在　　　　　　　　　　 共價鍵,還有　　　　　　鍵。
【題后歸納】　判斷晶體類型的方法
(1)主要是根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷
如低熔、沸點的化合物為分子晶體;熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物為離子晶體;熔、沸點很高,不導(dǎo)電,不溶于一般溶劑的物質(zhì)為共價晶體;晶體能導(dǎo)電、傳熱、具有延展性的為金屬晶體。
(2)根據(jù)物質(zhì)的類別判斷
金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體;大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。常見的共價晶體中單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等;常見的共價晶體中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)(注:汞在常溫下為液體)與合金是金屬晶體。
:課后完成　第三章　基礎(chǔ)課時17(共83張PPT)
基礎(chǔ)課時 　離子晶體　
過渡晶體與混合晶體
17
第三章
晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第三節(jié)　金屬晶體與離子晶體
1.知道離子晶體的概念。認(rèn)識離子晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
2.借助氯化鈉、氯化銫等晶體模型認(rèn)識離子晶體的結(jié)構(gòu)特點及物理性質(zhì)。
3.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。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、離子晶體
二、過渡晶體與混合晶體
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓(xùn)練
一、離子晶體
對點訓(xùn)練
(一)知識梳理
1.離子晶體的概念及成鍵微粒
(1)概念：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。
(2)構(gòu)成微粒：________和________，有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)。
(3)微粒間的作用力：主要是________。在CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等離子晶體中還存在________、______等。
陰離子
陽離子
離子鍵
共價鍵
氫鍵
2.典型離子晶體的結(jié)構(gòu)特征
化學(xué)式 NaCl CsCl
晶胞
晶胞中離子數(shù)目 Na＋：____；Cl－：____ Cs＋：____；Cl－：____
陽離子的配位數(shù) 6 8
陰離子的配位數(shù) 6 8
4
4
1
1
3.離子晶體的性質(zhì)
熔點 硬度 導(dǎo)電性
不導(dǎo)電，但在__________或________時導(dǎo)電
較大
熔融狀態(tài)
溶于水
較高
(二)互動探究
離子化合物在我們周圍比比皆是。常溫下，許多離子化合物都是以晶體形態(tài)存在的。
【問題討論】
問題1　含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？有陽離子的晶體中一定存在陰離子嗎？
提示　不一定。也可能是金屬晶體；晶體中含有陽離子，不一定存在陰離子，如金屬晶體由陽離子和自由電子構(gòu)成。
問題2　離子晶體中一定含有金屬元素嗎？由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎？
提示　不一定。離子晶體中不一定含金屬元素，如NH4Cl、NH4NO3等銨鹽。由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體。
問題3　離子晶體的熔點一定低于共價晶體嗎？
提示　不一定。離子晶體的熔點不一定低于共價晶體，如MgO是離子晶體，SiO2是共價晶體，MgO的熔點高于SiO2的熔點。
【探究歸納】
1.離子晶體的判斷
判斷一種物質(zhì)是不是離子晶體，我們可以根據(jù)物質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)等方面進(jìn)行判斷。
(1)利用物質(zhì)的分類
金屬離子和酸根離子、OH－形成的大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿，活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2)，活潑金屬的氫化物(如NaH)，活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。
(2)利用元素的性質(zhì)和種類
如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì)，金屬元素(特別是活潑的金屬元素，ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素，ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。
(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)
離子晶體一般具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬而脆；固體不導(dǎo)電，但熔融或溶于水時能導(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。
2.離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵，離子鍵沒有方向性和飽和性。根據(jù)靜電作用大小的影響因素可知，在離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強(qiáng)。
3.離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不是表示其分子組成。
1.有關(guān)離子晶體的下列說法中不正確的是(　　)
A.離子晶體在熔融狀態(tài)時都能導(dǎo)電
B.離子晶體具有較高的熔、沸點，較大的硬度
C.離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比為1∶1
D.氯化鈉溶于水時離子鍵被破壞
解析　在熔融狀態(tài)下，離子晶體中存在自由移動的離子，故能導(dǎo)電，A項正確；離子晶體具有較高的熔、沸點和較大的硬度，B項正確；離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比各不相同，C項不正確；氯化鈉溶于水時，電離成自由移動的陰、陽離子，離子鍵被破壞，D項正確。
C
2.下列性質(zhì)適合于離子晶體的是(　　)
①熔點1 070 ℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
②熔點10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電
③能溶于CS2，熔點112.8 ℃，沸點444.6 ℃
④熔點97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 g/cm3
⑤熔點－218 ℃，難溶于水
⑥熔點3 900 ℃，硬度很大，不導(dǎo)電
⑦難溶于水，固體時導(dǎo)電，升溫時導(dǎo)電能力減弱
⑧難溶于水，熔點高，固體不導(dǎo)電，熔化時導(dǎo)電
A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤
A
解析　離子晶體液態(tài)時能導(dǎo)電，難溶于非極性溶劑，熔點較高、質(zhì)硬而脆，固體不導(dǎo)電，故②③④⑤⑦均不符合離子晶體的特點；⑥中熔點達(dá)3 900 ℃，硬度很大，應(yīng)是共價晶體。故只有①⑧符合題意。
3.在離子晶體中，陰、陽離子按一定的規(guī)律進(jìn)行排列，如圖甲是NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)。在離子晶體中，陰、陽離子具有或近似具有球形對稱結(jié)構(gòu)，它們可以看作是不等徑的剛性圓球，并彼此相切，如圖乙。已知a為常數(shù)。
(1)在NaCl晶體中，每個Na＋周圍同時吸引________個Cl－，每個Cl－周圍也同時吸引著________個Na＋，在NaCl晶胞中含有________個Na＋、__________個Cl－，晶體中每個Na＋周圍與它距離最近且相等的Na＋共有________個。
6
6
4
4
12
0.414∶1
2.2 g·cm－3
4.根據(jù)CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)分析，CsCl晶體中兩距離最近的Cs＋間距離為a，則每個Cs＋周圍與其距離為a的Cs＋數(shù)目為____________；每個Cs＋周圍距離相等且次近的Cs＋數(shù)目為____________，距離為____________；每個Cs＋周圍距離相等且第三近的Cs＋數(shù)目為________________，距離為____________；每個Cs＋周圍緊鄰且等距的Cl－數(shù)目為____________。
6
12
8
8
二、過渡晶體與混合晶體
對點訓(xùn)練
(一)知識梳理
1.過渡晶體
(1)四類典型的晶體是指：__________、_________、_________和_________。
(2)過渡晶體：介于典型晶體之間的晶體。
①幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33
從上表可知，表中4種氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的________，也不是純粹的________，這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，只是離子晶體與共價晶體之間的__________。
分子晶體
共價晶體
金屬晶體
離子晶體
離子鍵
共價鍵
過渡晶體
②______離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，因而通常當(dāng)作離子晶體來處理，如Na2O等。同樣，______共價晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價晶體來處理，如Al2O3、SiO2等。
偏向
偏向
2.混合型晶體
(1)晶體模型
(2)結(jié)構(gòu)特點——層狀結(jié)構(gòu)
①同層內(nèi)碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(σ鍵)結(jié)合，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
②層與層之間靠范德華力維系。
③石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。
(3)晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合型晶體。
(4)性質(zhì)：熔點很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等。
(二)問題探究
問題1　碳元素形成的單質(zhì)種類繁多，如金剛石、C60、C70、C76、石墨等，根據(jù)學(xué)過的知識，思考它們分別屬于哪種晶體類型？
提示　金剛石屬于共價晶體，C60、C70、C76屬于分子晶體，石墨屬于混合型晶體。
問題2　石墨具有質(zhì)軟的性質(zhì)，可以制作鉛筆芯，如何解釋？
提示　石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間相隔較遠(yuǎn)，只存在范德華力，作用相對較弱，所以表現(xiàn)為質(zhì)軟、易滑動。
問題3　同樣是由碳原子構(gòu)成的石墨的熔點為什么比金剛石的還高？
提示　石墨中，同一層內(nèi)碳原子之間以共價鍵結(jié)合，每一個碳原子與周圍三個碳原子形成3個共價鍵，并且在層內(nèi)形成大π鍵，使原子之間離得更近，鍵長變短，鍵能增大，所以熔點較高。
問題4　石墨表現(xiàn)出類似金屬的導(dǎo)電性質(zhì)，請結(jié)合其結(jié)構(gòu)作出解釋。
提示　石墨中，所有的p軌道相互平行而且相互重疊，使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動，所以表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。
【探究歸納】　石墨的性質(zhì)
(1)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性：石墨晶體中，形成大π鍵的電子可以在整個碳原子平面中運動，比較自由，相當(dāng)于金屬中的自由電子，所以石墨能導(dǎo)電、導(dǎo)熱，并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?qiáng)，這也是晶體各向異性的表現(xiàn)。
(2)潤滑性：石墨層間作用力為范德華力，結(jié)合力弱，層與層間可以相對滑動，使之具有潤滑性，因而可以作潤滑劑、鉛筆芯等。
1.下列關(guān)于過渡晶體的說法正確的是(　　)
A.石墨屬于過渡晶體
B.SiO2屬于過渡晶體，但當(dāng)作共價晶體來處理
C.絕大多數(shù)含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體
D.Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為100%
解析　石墨屬于混合型晶體，A項錯誤；SiO2屬于過渡晶體，但一般按共價晶體來處理，B項正確；大多數(shù)含有離子鍵的晶體不是典型的離子晶體，而是過渡晶體，C項錯誤；Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為62%，D項錯誤。
B
2.已知下列晶體的部分性質(zhì)，其晶體類型判斷正確的是(　　)
D
選項 性質(zhì) 晶體類型
A 碳化鋁，黃色晶體，熔點2 100 ℃，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，晶體不導(dǎo)電 離子晶體
B 溴化鋁，無色晶體，易溶于水，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電 共價晶體
C 硼：熔點2 300 ℃，沸點2 550 ℃，硬度大，不溶于常見溶劑 金屬晶體
D 三氯化鐵，沸點316 ℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑 分子晶體
解析　由碳化鋁的熔點為2 200 ℃，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電可知，應(yīng)為共價晶體，A錯誤；由溴化鋁易溶于水、熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電可知，其具有分子晶體的性質(zhì)，應(yīng)屬于分子晶體，B錯誤；由硼的熔沸點、硬度大，不溶于常見溶劑可知，應(yīng)屬于共價晶體，C錯誤；由三氯化鐵的沸點較低，易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑可知，其具有分子晶體的性質(zhì)，應(yīng)屬于分子晶體，D正確。
3.碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：
回答下列問題：
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為____________。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為____________、____________。
同素異形體
sp3
sp2
解析　(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，故它們互為同素異形體。(2)在金剛石中，每個碳原子都形成四個共價單鍵，故碳原子的雜化方式為sp3；石墨烯中碳原子采用sp2雜化。
(3)C60屬于____________晶體，石墨屬于____________晶體。
(4)石墨晶體中，層內(nèi)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(nèi)的C—C間不僅存在_______共價鍵，還有______________________鍵。
分子
混合
σ
σ
π(或大π或p－p π)
解析　(3)一個“C60”就是一個分子，故C60屬于分子晶體；石墨層與層之間是范德華力，而同一層中碳原子之間是共價鍵，故形成的晶體為混合晶體。(4)在金剛石晶體中，碳原子之間只形成共價單鍵，全部為σ鍵；在石墨層內(nèi)的碳原子之間既有σ鍵又有π鍵。
【題后歸納】　判斷晶體類型的方法
(1)主要是根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷
如低熔、沸點的化合物為分子晶體；熔、沸點較高，且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物為離子晶體；熔、沸點很高，不導(dǎo)電，不溶于一般溶劑的物質(zhì)為共價晶體；晶體能導(dǎo)電、傳熱、具有延展性的為金屬晶體。
(2)根據(jù)物質(zhì)的類別判斷
金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。常見的共價晶體中單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等；常見的共價晶體中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)(注：汞在常溫下為液體)與合金是金屬晶體。
課后鞏固訓(xùn)練
A級　合格過關(guān)練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)離子晶體
1.下列有關(guān)離子晶體的說法正確的是(　　)
A.離子晶體中一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物一定是離子晶體
B.離子鍵只存在于離子晶體中，離子晶體中一定含有離子鍵
C.離子晶體中不可能含有共價鍵
D.離子晶體受熱熔化破壞化學(xué)鍵，吸收熱量，屬于化學(xué)變化
B
解析　離子晶體中不一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物不一定是離子晶體，A錯誤；含有離子鍵的化合物一定是離子晶體，離子晶體中一定含有離子鍵，B正確；離子晶體中可能含有共價鍵，如過氧化鈉，C錯誤；離子晶體受熱熔化時，雖然離子鍵被破壞，但沒有生成新的物質(zhì)，不屬于化學(xué)變化，如氯化鈉晶體熔化，D錯誤。
2.離子晶體熔點的高低取決于晶體中陽離子與陰離子之間的靜電作用，靜電作用大則熔點高，靜電作用小則熔點低。試根據(jù)學(xué)過的知識，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序是(　　)
A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl D.CaO>BaO>KCl>NaCl
解析　離子晶體中，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點越高，而離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個電荷，Na＋、Cl－、K＋都帶1個電荷，r(Ca2＋)BaO>NaCl>KCl，C正確。
C
3.已知某離子晶體的晶胞示意圖如圖所示，其摩爾質(zhì)量為M g/mol，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為d g/cm3，下列說法中正確的是(　　)
D
4.下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點表，有關(guān)的判斷正確的是(　　)
A.只要含有金屬陽離子的晶體就一定是離子晶體
B.在共價化合物分子中各原子都形成8電子結(jié)構(gòu)
C.同族元素的氧化物不可能形成不同類型的晶體
D.金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高
D
Na2O Na AlF3 AlCl3 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
920 ℃ 97.8 ℃ 1 291 ℃ 190 ℃ 2 073 ℃ －107 ℃ －57 ℃ 1 723 ℃
解析　金屬晶體由金屬陽離子和電子構(gòu)成，是金屬晶體，不是離子晶體，所以含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，選項A錯誤；共價化合物分子中各原子最外層電子不一定為8電子結(jié)構(gòu)，有H、B的共價化合物中H和B不能滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如HCl、BCl3等，選項B錯誤；C和Si同主族，但氧化物的晶體類型不同，CO2屬于分子晶體，SiO2屬于共價晶體，所以同族元素的氧化物可能形成不同類型的晶體，選項C錯誤；如表中數(shù)據(jù)可知，Na的熔點比AlCl3低，AlCl3屬于分子晶體，所以金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高，選項D正確。
5.如圖所示是從NaCl或CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶胞中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是(　　)
A.圖(1)和(3) B.圖(2)和(3) C.圖(1)和(4) D.只有圖(4)
解析　NaCl晶體中，每個Na＋周圍最鄰近的Cl－有6個，構(gòu)成正八面體，同理，每個Cl－周圍最鄰近的6個Na＋也構(gòu)成正八面體，由此可知圖(1)和(4)是從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖，C項正確。
C
(二)過渡晶體與混合晶體
6.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)(如圖)。以下有關(guān)石墨晶體的說法正確的一組是(　　)
①石墨中存在兩種作用力；②石墨是混合晶體；③石墨中的C為sp2雜化；
④石墨熔點、沸點都比金剛石低；⑤石墨中碳原子數(shù)和C—C鍵數(shù)之比為1∶2；⑥石墨和金剛石的硬度相同；⑦石墨層內(nèi)導(dǎo)電性和層間導(dǎo)電性不同；⑧每個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是2
A.全對 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
C
解析　①不正確，石墨中存在三種作用力，一種是范德華力，一種是共價鍵，還有一種是金屬鍵；②正確；③正確，石墨中的C為sp2雜化；④不正確，石墨熔點比金剛石高；⑤不正確，石墨中碳原子數(shù)和C—C鍵數(shù)之比為2∶3；⑥不正確，石墨質(zhì)軟，金剛石的硬度大；⑦正確；⑧正確，每個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是6×1/3＝2。
7.石墨能與熔融金屬鉀作用，形成石墨間隙化合物，鉀原子填充在石墨各層原子中。比較常見的石墨間隙化合物是青銅色的化合物，其化學(xué)式可寫為CxK，其平面圖形如圖所示。x的值為(　　)
A.8 B.12 C.24 D.60
A
8.某化學(xué)興趣小組，在學(xué)習(xí)分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點，記錄如下：
根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，屬于分子晶體的是(　　)
A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2 D.全部
B
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔點/℃ 801 712 190 －68 782
沸點/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
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、沸點較低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸點很高，很明顯不屬于分子晶體，AlCl3、SiCl4熔、沸點較低，應(yīng)為分子晶體，B項正確。
9.NaCl是重要的化工原料，回答下列問題。
(1)Na元素的焰色試驗呈____________色。Na原子的價電子被激發(fā)到相鄰高能級后形成激發(fā)態(tài)Na原子，其價層電子的軌道表示式為____________。
(2)KBr具有NaCl型的晶體結(jié)構(gòu)，但其熔點比NaCl的低，原因是______________________________________________________。
黃
K＋的半徑大于Na＋，Br－半徑大于Cl－，KBr中離子鍵較弱
(3)NaCl晶體在50～300 GPa的高壓下和Cl2反應(yīng)，可以形成一種晶體，其立方晶胞如圖所示(大球為Cl，小球為Na，晶胞上每個面上均含有2個Cl原子)。
4
(三)幾種晶體類型的比較
10.碳元素和硅元素為同一主族元素但他們的氧化物性質(zhì)差異很大,冰晶胞中水分子的排列方式和金剛石的晶胞類似,下列關(guān)于這四種晶胞的說法正確的是(　　)
D
A.一個干冰晶胞中有4個CO2分子，一個SiO2晶胞中有8個SiO2分子
B.干冰中一個CO2分子周圍有6個CO2分子緊鄰
C.冰和金剛石熔、沸點都很高,熔化時均破壞共價鍵
D.冰中水分子之間由于氫鍵的存在，使其結(jié)構(gòu)與金剛石相似
11.下列各組物質(zhì)的沸點按由低到高的順序排列的是(　　)
A.NH3、CH4、NaCl、Na
B.H2O、H2S、MgSO4、SO2
C.CH4、H2O、NaCl、SiO2
D.Li、Na、K、Rb、Cs
解析　C項中SiO2是共價晶體，NaCl是離子晶體，CH4、H2O都是分子晶體，且常溫下水為液態(tài)，CH4是氣態(tài)。
C
12.下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點(℃)：
據(jù)此做出的下列判斷錯誤的是(　　)
A.鋁的化合物的晶體中有的不是分子晶體
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶體
C.同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體
D.不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體
B
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
解析　由表中數(shù)據(jù)分析，氧化鋁和氟化鋁的熔點很高，兩者不是分子晶體，故A正確；表中氯化鋁、氯化硼和干冰的熔點都較低，是分子晶體，故B錯誤；碳和硅同主族，但氧化物的晶體類型不同，分別屬于分子晶體和共價晶體，故C正確；硅和鋁不同主族，但對應(yīng)的氧化物都為共價晶體，說明不同族元素的氧化物可能形成相同類型的晶體，故D正確。
13.新型材料B4C可用于制作切削工具和高溫?zé)峤粨Q器。下列關(guān)于B4C的推斷正確的是(　　)
A.B4C是一種分子晶體
B.B4C是該物質(zhì)的分子式
C.B4C是一種共價晶體
D.B4C易溶于有機(jī)溶劑
C
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
14.澤維爾研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用激光脈沖照射NaI，使Na＋和I－兩核間距為1.0～1.5 nm時，呈離子鍵；當(dāng)兩核靠近約距0.28 nm時，呈共價鍵。根據(jù)澤維爾的研究成果能得出的結(jié)論是(　　)
A.NaI晶體是過渡晶體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.共價鍵和離子鍵有明顯的界線
解析　化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵也不是純粹的共價鍵，共價鍵和離子鍵沒有明顯的界線，因此A正確。
A
D
16.幾種離子晶體的晶胞如圖所示，下列說法正確的是(　　)
D
17.(2023·成都高二樹德中學(xué)校考)如圖表示一個晶胞，該晶胞為正方體結(jié)構(gòu)，圖中粒子(原子、分子或離子)位于正方體的頂角和面心。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)
A.該晶胞若為分子晶體或者金屬晶體的一個晶胞時，
與每個粒子距離最近且距離相等的粒子數(shù)均為12
B.若這是一個不完整的金剛石晶胞，則晶胞中其他碳原子的數(shù)目為4個，假設(shè)C原子半徑為r，則晶胞邊長為
C.若這是一個不完整的CaF2晶胞，則圖中所示實心球表示Ca2＋，而F－離子填充在頂角和最近的三個面心組成的8個正四面體空隙中，且F－離子配位數(shù)為8
D.若這是一個不完整的氯化鈉晶胞,則圖中粒子可均為鈉離子,也可均為氯離子
C
C
19.下列說法不正確的是(　　)
A.石英是由硅原子和氧原子構(gòu)成的共價晶體，每個原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
B.Na2O是離子晶體，其溶于水生成NaOH的過程中既有離子鍵的斷裂又有共價鍵的形成
C.現(xiàn)代科技已經(jīng)能夠拍到氫鍵的“照片”，直觀地證實了水分子間的氫鍵是一個水分子中的氫原子與另一個水分子中的氧原子間形成的化學(xué)鍵
D.NH5所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，是既具有離子鍵又具有共價鍵的離子化合物
C
解析　石英的主要成分是SiO2，SiO2晶體中一個硅原子與四個氧原子形成4個共價鍵，一個氧原子與兩個硅原子形成2個共價鍵，故每個原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A正確；Na2O是離子化合物，溶于水生成NaOH的過程中，Na2O中離子鍵斷裂，生成NaOH時有共價鍵的形成，B正確；氫鍵不屬于化學(xué)鍵，C錯誤；NH5可寫作NH4H，其所有原子的最外層都符合相應(yīng)稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，銨鹽中既有離子鍵又有共價鍵，屬于離子化合物，D正確。
20.磷及其化合物在電池、催化劑等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。黑磷與石墨類似，也具有層狀結(jié)構(gòu)(如圖1)。為大幅度提高鋰電池的充電速率，科學(xué)家最近研發(fā)了黑磷 石墨復(fù)合負(fù)極材料，其單層結(jié)構(gòu)俯視圖如圖2所示。
根據(jù)圖1和圖2的信息，下列說法不正確的是(　　)
A.黑磷區(qū)中P—P的鍵能不完全相同
B.黑磷與石墨都屬于混合型晶體
C.圖2黑磷區(qū)中P原子的雜化方式為sp3，石墨區(qū)中C原子的雜化方式為sp2
D.石墨與黑磷的結(jié)合區(qū)中，P原子與C原子不共平面
D
解析　據(jù)圖可知黑磷區(qū)中P—P的鍵長不完全相等，所以鍵能不完全相同，故A正確；黑磷與石墨類似，每一層原子之間由共價鍵組成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，層與層之間由范德華力互相吸引，所以為混合型晶體，故B正確；黑磷晶體中六元環(huán)不是平面結(jié)構(gòu)，P原子形成3個P—P，有1個孤電子對，價層電子對數(shù)為4，P原子采取sp3雜化；石墨中C原子的雜化方式為sp2雜化，故C正確；石墨中C原子為sp2雜化，所以與六元環(huán)中C原子相連的原子與六元環(huán)共面，所以石墨與黑磷的結(jié)合區(qū)中，P原子與C原子共平面，故D錯誤。
21.物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，正確認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，能充分理解掌握其性質(zhì)。下列說法正確的是(　　)
A.鍵能：N—N>P—P、N—H>P—H，因此N2H4的沸點大于P2H4的沸點
B.熔點：SiCl4C.1 mol 氨硼烷(NH3BH3)中σ鍵數(shù)是6NA
D.PCl5和PBr5在熔融時的陰離子分別為[PCl6]－和Br－，存在差異的原因是Br－半徑大
D
解析　N2H4與P2H4均為分子晶體，沸點與共價鍵強(qiáng)弱無關(guān)，N2H4的沸點大于P2H4的沸點是因為N2H4分子間存在氫鍵，故A錯誤；SiO2為共價晶體，沸點最高，SiCl4和SiF4均為分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，沸點越高，故沸點：SiCl4>SiF4，故B錯誤；1個氨硼烷(NH3BH3)中含有7個σ鍵，故C正確；Br－核外有4個電子層，半徑比Cl－大，故P原子周圍沒有足夠的空間容納6個Br－，則無法形成[PBr6]－，故D正確。
22.(1)氯酸鉀熔化，粒子間克服了______________；二氧化硅熔化，粒子間克服了__________；碘升華，粒子間克服了_______________。三種晶體的熔點由高到低的順序是________________(用化學(xué)式表示)。
(2)下列六種晶體：①CO2②NaCl③Na④Si⑤CS2⑥金剛石，它們的熔點從低到高的順序為__________________(用序號表示)。
(3)A、B、C、D為四種不同類型的晶體，性質(zhì)如下：A固態(tài)時能導(dǎo)電，能溶于鹽酸；B能溶于CS2，不溶于水；C固態(tài)時不導(dǎo)電，液態(tài)時能導(dǎo)電，可溶于水；D固態(tài)、液態(tài)時均不導(dǎo)電，熔點為3 500 ℃。
試推斷它們的晶體類型：A._____________；B.____________；C.____________；D._____________ _。
離子鍵
共價鍵
分子間作用力
SiO2>KClO3>I2
①⑤③②④⑥
金屬晶體
分子晶體
離子晶體
共價晶體
解析　(1)氯酸鉀是離子晶體，熔化時需要克服離子鍵；二氧化硅是共價晶體，熔化時需要克服共價鍵；碘為分子晶體，碘升華時需克服的是分子間作用力。共價晶體的熔點最高，其次是離子晶體；由于分子間作用力與化學(xué)鍵相比要弱得多，所以碘的熔點最低。(2)先把六種晶體分類。共價晶體：④⑥；離子晶體：②；金屬晶體：③；分子晶體：①⑤。由于C原子半徑小于Si原子半徑，所以金剛石的熔點高于晶體硅；CO2和CS2同屬于分子晶體，二者組成與結(jié)構(gòu)相似，熔點高低取決于相對分子質(zhì)量大小，故CS2的熔點高于CO2；Na在通常狀況下是固態(tài)，而CS2是液態(tài)，CO2是氣態(tài)，所以Na的熔點高于CS2和CO2。綜上所述，熔點從低到高的順序為①⑤③②④⑥。(3)A固態(tài)時能導(dǎo)電，能溶于鹽酸，屬于金屬晶體；B能溶于CS2，不溶于水，屬于分子晶體；C固態(tài)時不導(dǎo)電，液態(tài)時能導(dǎo)電，可溶于水，屬于離子晶體；D固態(tài)、液態(tài)時均不導(dǎo)電，熔點為3 500 ℃，屬于共價晶體。
4
23.鹵素單質(zhì)及其化合物在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。回答下列問題：
(1)氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有________(填標(biāo)號)。
A.1s22s22p43s1 B.1s22s22p43d2 C.1s22s22p5
(2)O、F、Cl電負(fù)性由大到小的順序為________；OF2分子的空間構(gòu)型為________；OF2的熔、沸點低于Cl2O，原因是_____________________________
____________________________________________________________。
(3)N2F2(二氟氮烯)分子中，氮原子的雜化類型為sp2，則N2F2的結(jié)構(gòu)式為______________。
A
F>O>Cl
V形
OF2和Cl2O是結(jié)構(gòu)相似的分子晶
體，Cl2O的相對分子量大于OF2，分子間作用力大于OF2
F—N===N—F
解析　(1)F原子核外共有9個電子，基態(tài)F原子核外電子排布式1s22s22p5，A選項所示微粒為F原子核外2p能級的1個電子激發(fā)到3s能級，B選項所示微粒含10個電子，不是氟原子，C選項為基態(tài)F原子核外電子排布式，所以符合題意的是A；(2)O、F為同周期元素，隨原子序數(shù)遞增電負(fù)性增大，電負(fù)性F>O，F(xiàn)、Cl為同一主族，隨原子序數(shù)遞增，非金屬性減弱，電負(fù)性F>Cl，O、Cl組成的化合物Cl2O，O顯負(fù)價，即共用電子對偏向O，O的電負(fù)性大Cl，所以電負(fù)性：F>O>Cl。OF2中氧原子價層電子對數(shù)為4，有2個孤電子對，故分子的空間構(gòu)型為V形。OF2和Cl2O是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，OF2的相對分子量小于Cl2O，范德華力小于Cl2O，所以O(shè)F2的熔、沸點低于Cl2O。(3)氮原子的雜化類型為sp2，每個氮原子有1對孤電子對，N與F之間應(yīng)存在1條σ鍵，N與N之間應(yīng)為雙鍵，故N2F2的結(jié)構(gòu)式為：F—N===N—F。
(4)螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X代表的離子是________；若該立方晶胞參數(shù)為a pm，正負(fù)離子的核間距最小為________pm。
Ca2＋
(5)NiO晶體與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似。
①設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，距離最近的兩個Ni2＋間距為a pm，NiO的摩爾
質(zhì)量為M g/mol，則NiO晶體的密度為____________g/cm3(列出計算式)。
②晶體普遍存在各種缺陷。某種NiO晶體中存在如圖所示的缺陷：當(dāng)一個Ni2＋空缺，會有兩個Ni2＋被兩個Ni3＋所取代，但晶體仍呈電中性。經(jīng)測定某氧化鎳樣品中Ni3＋與Ni2＋的離子數(shù)之比為6∶91。若該晶體的化學(xué)式為NixO，則x＝____________。
0.97

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