第八講 化學(xué)鍵與晶體類型

1、第八講 化學(xué)鍵與晶體類型 考試大綱要求1理解離子鍵、共價(jià)鍵的涵義，了解鍵的極性。2了解幾種晶體類型（離子晶體、原子晶體、分子晶體）及其性質(zhì)。知識規(guī)律總結(jié) 一、化學(xué)鍵與分子間作用力表4-1化學(xué)鍵與分子間作用力的比較化學(xué)鍵分子間作用力概念相鄰的原子間強(qiáng)烈的相互作用叫化學(xué)鍵把分子聚集在一起的作用力，叫做分子間作用力，又稱范德華力作用范圍分子或晶體內(nèi)分子之間作用力強(qiáng)弱較強(qiáng)與化學(xué)鍵相比弱得多影響的性質(zhì)主要影響化學(xué)性質(zhì)主要影響物理性質(zhì)（如熔沸點(diǎn)）二、化學(xué)鍵的分類表4-2離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵的比較化學(xué)鍵類型離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵概念陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵原子間通過共用電子對所形成的化學(xué)鍵金屬陽

2、離子與自由電子通過相互作用而形成的化學(xué)鍵成鍵微粒陰陽離子原子金屬陽離子和自由電子成鍵性質(zhì)靜電作用共用電子對電性作用形成條件活潑金屬與活潑的非金屬元素非金屬與非金屬元素金屬內(nèi)部實(shí)例NaCl、MgOHCl、H2SO4Fe、Mg三、共價(jià)鍵的類型表4-3非極性鍵和極性鍵的比較非極性鍵極性鍵概念同種元素原子形成的共價(jià)鍵不同種元素原子形成的共價(jià)鍵，共用電子對發(fā)生偏移原子吸引電子能力相同不同共用電子對不偏向任何一方偏向吸引電子能力強(qiáng)的原子成鍵原子電性電中性顯電性形成條件由同種非金屬元素組成由不同種非金屬元素組成四、分子的極性1非極性分子和極性分子表4-4 非極性分子和極性分子的比較非極性分子極性分子形成原因

3、整個(gè)分子的電荷分布均勻，對稱整個(gè)分子的電荷分布不均勻、不對稱存在的共價(jià)鍵非極性鍵或極性鍵極性鍵分子內(nèi)原子排列對稱不對稱2常見分子的類型與形狀表4-5常見分子的類型與形狀比較分子類型分子形狀鍵角鍵的極性分子極性代表物A球形非極性He、NeA2直線形非極性非極性H2、O2AB直線形極性極性HCl、NOABA直線形180極性非極性CO2、CS2ABA角形180極性極性H2O、SO2A4正四面體形60非極性非極性P4AB3平面三角形120極性非極性BF3、SO3AB3三角錐形120極性極性NH3、NCl3AB4正四面體形10928極性非極性CH4、CCl4AB3C四面體形10928極性極性CH3Cl、

4、CHCl3AB2C2四面體形10928極性極性CH2Cl23分子極性的判斷（1）只含有非極性鍵的單質(zhì)分子是非極性分子。（2）含有極性鍵的雙原子化合物分子都是極性分子。（3）含有極性鍵的多原子分子，空間結(jié)構(gòu)對稱的是非極性分子；空間結(jié)構(gòu)不對稱的為極性分子。注意：判斷ABn型分子可參考使用以下經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：若中心原子A的化合價(jià)的絕對值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為極性分子；若中心原子有孤對電子（未參與成鍵的電子對）則為極性分子，若無孤對電子則為非極性分子。五、晶體類型1分類表4-6各種晶體類型的比較離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體存在微粒陰陽離子原子分子金屬離子、自由電子微粒間作用

5、離子鍵共價(jià)鍵范德華力金屬鍵主要性質(zhì)硬而脆，易溶于極性溶劑，熔化時(shí)能夠?qū)щ?，溶沸點(diǎn)高質(zhì)地硬，不溶于大多數(shù)溶劑，導(dǎo)電性差，熔沸點(diǎn)很高硬度小，水溶液能夠?qū)щ?，溶沸點(diǎn)低金屬光澤，是電和熱的良導(dǎo)體，熔沸點(diǎn)高或低實(shí)例食鹽晶體金剛石氨、氯化氫鎂、鋁2物質(zhì)溶沸點(diǎn)的比較（1）不同類晶體：一般情況下，原子晶體離子晶體分子晶體（2）同種類型晶體：構(gòu)成晶體質(zhì)點(diǎn)間的作用大，則熔沸點(diǎn)高，反之則小。離子晶體：離子所帶的電荷數(shù)越高，離子半徑越小，則其熔沸點(diǎn)就越高。分子晶體：對于同類分子晶體，式量越大，則熔沸點(diǎn)越高。原子晶體：鍵長越小、鍵能越大，則熔沸點(diǎn)越高。（3）常溫常壓下狀態(tài)熔點(diǎn)：固態(tài)物質(zhì)液態(tài)物質(zhì)沸點(diǎn)：液態(tài)物質(zhì)氣態(tài)物質(zhì)3“

6、相似相溶”規(guī)律 極性分子組成的溶質(zhì)易溶于由極性分子組成的溶劑；非極性分子組成的溶質(zhì)易溶于由非極性分子組成的溶劑。思維技巧點(diǎn)撥 一、化學(xué)鍵及分子極性的判斷 【例1】 下列敘述正確的是 A.P4和NO2都是共價(jià)化合物 B.CCl4和NH3都是以極性鍵結(jié)合的極性分子 C.在CaO和SiO2 晶體中，都不存在單個(gè)小分子 D.甲烷的結(jié)構(gòu)式：是對稱的平面結(jié)構(gòu)，所以是非極性分子【解析】 P4和NO2分子中都含有共價(jià)鍵，但P4是單質(zhì)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。CCl4是含有極性鍵的非極性分子，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。原子晶體、離子晶體和金屬晶體中不存在小分子，只有分子晶體中才存在小分子，故選項(xiàng)C正確。甲烷分子為正四面體形的非極性分

7、子，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。本題正確答案為C。 【例2】 關(guān)于化學(xué)鍵的下列敘述中，正確的是 A.離子化合物可能含共價(jià)鍵 B.共價(jià)化合物可能含離子鍵 C.離子化合物中含離子鍵 D.共價(jià)化合物中不含離子鍵【解析】 凡含有離子鍵的化合物不管是否含有共價(jià)鍵，一定屬于離子化合物，所以共價(jià)化合物中不可能含有離子鍵。本題正確答案為ACD。 二、熔沸點(diǎn)判斷 【例3】 碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三種晶體金剛石、晶體硅、碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是 A. B. C. D.【解析】 由于題給的三種物質(zhì)都屬于原子晶體，而且結(jié)構(gòu)相似都是正四面體形的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

8、，所以晶體的熔點(diǎn)由微粒間的共價(jià)鍵強(qiáng)弱決定，這里共價(jià)鍵強(qiáng)弱主要由鍵長決定，可近似地看作是成鍵原子的半徑之和，由于硅的原子半徑大于碳原子，所以鍵的強(qiáng)弱順序?yàn)镃CCSiSiSi，熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)榻饎偸蓟杈w硅。本題正確答案為A。 三、晶體結(jié)構(gòu)知識的應(yīng)用【例4】 圖4-1是石英晶體平面示意圖，它實(shí)際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅、氧原子數(shù)之比為_。原硅酸根離子SiO44-的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，二聚硅酸根離子Si2O76-中，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)可表示為_。 【解析】 由圖4-1可以看出：每個(gè)硅原子周圍結(jié)合4個(gè)氧原子，同時(shí)每個(gè)氧原子跟2個(gè)硅原子結(jié)合，因此二氧化硅晶體（石英）是由氧、硅原子按原子個(gè)數(shù)1

9、2組成的立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。Si2O76-只有硅氧鍵，根據(jù)SiO44-的結(jié)構(gòu)圖可得Si2O76-的結(jié)構(gòu)圖見圖4-3。 【例5】 （1）中學(xué)化學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol）。 （2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖4-4所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成

10、為Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。 【解析】 晶胞中陰、陽離子個(gè)數(shù)的確定通常采用“原子分割法”，具體如下：處于頂點(diǎn)的離子，同時(shí)為8個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/8屬于晶胞；處于棱上的離子，同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/4屬于晶胞；處于面上的離子，同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/2屬于晶胞；處于內(nèi)部的1個(gè)離子，則完全屬于該晶胞，該離子數(shù)目為1。要確定NiO的密度，就應(yīng)確定單位體積中NiO分子的個(gè)數(shù)，再結(jié)合NiO的摩爾質(zhì)量求算出該晶體中NiO的質(zhì)量，最后求出密度。本題解答如下：（1）如圖4-5所示，以立方體作為計(jì)算單元，此結(jié)構(gòu)中含有Ni2+O2-離子數(shù)為：4=（個(gè)）

11、，所以1 mol NiO晶體中應(yīng)含有此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.021023=12.041023（個(gè)），又因一個(gè)此結(jié)構(gòu)的體積為（a10-8cm）3，所以1 mol NiO的體積應(yīng)為12.041023（a10-8）cm3，NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol，所以NiO晶體的密度為=（g/cm3）（2）解法一（列方程）：設(shè)1 mol Ni0.97O中含Ni3+為 x mol，Ni2+為y mol，則得解得x=0.06,y=0.91，故n(Ni3+)n(Ni2+)=691 解法二（十字交叉）：由化學(xué)式Ni0.97O求出Ni的平均化合價(jià)為2/0.97，則有故n(Ni3+)n(Ni2+)=691?；A(chǔ)知識1化學(xué)

12、鍵化定義學(xué)鍵 類型 相鄰的原子之間強(qiáng)烈的相互作用離子鍵 共價(jià)鍵概念 間通過 形成的化學(xué)鍵 間通過 （電子云重疊）所形成的化學(xué)鍵成鍵微粒作用方式 實(shí)例CaCl2、Na2O2、NaOH、NaH Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3用電子式表示形成過程MgCl2:N2:CO2:2.共價(jià)鍵的極性與分子的極性分子組成空 間 構(gòu) 型常 見 分 子鍵的極性分子極性雙 原 子N2 O2 Cl2HCl CO NO三 原 子CO2 CS2H2O H2S四 原 子BF3NH3五 原 子CH4 CCl4CH3Cl CH2Cl23思考：非極性鍵是否只存在于單質(zhì)分子中？4晶體類型與性質(zhì)類 型離子晶體原子晶體分子晶體金

13、屬晶體構(gòu)成晶體微粒微粒間作用力性質(zhì)熔沸點(diǎn)硬 度導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性溶解性典 型 實(shí) 例NaCl KBr等金剛石、二氧化硅等H2 O2、冰、干冰等Fe、Cu、Hg、合金等一、選擇題 1下列物質(zhì)的化學(xué)式中，具有非極性鍵的離子化合物是（ ）A.Na2O B.MgF2 C.NaOH D.Na2O2 2實(shí)現(xiàn)下列變化時(shí)，需克服相同類型作用力的是（ ） A.二氧化硅和干冰的熔化 B.液溴和液汞的氣化C.食鹽和冰的熔化 D.純堿和燒堿的熔化 3溴化碘（IBr）的化學(xué)性質(zhì)似鹵素單質(zhì)，能跟大多數(shù)金屬反應(yīng)生成金屬鹵化物，能跟某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)生成相應(yīng)鹵化物，能跟水反應(yīng)，其化學(xué)方程為IBr+H2OHBr+HIO，下列有

14、關(guān)IBr的敘述中，正確的是（ ） A.固體IBr是分子晶體 B.在很多反應(yīng)中IBr是強(qiáng)氧化劑 C.IBr跟水反應(yīng)時(shí)，它既是氧化劑又是還原劑D.跟NaOH溶液反應(yīng)生成NaBr和NaIO 4下列分子的結(jié)構(gòu)中，原子的最外層不能都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的是（ ）A.CO2 B.PCl3 C.CCl4 D.NO2 5已知磷酸分子中的三個(gè)氫原子都可以跟重水分子（D2O）中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸（H3PO2）也可跟D2O進(jìn)行氫交換，但次磷酸鈉（NaH2PO2）卻不再能跟D2O發(fā)生氫交換。由此可推斷出H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是（ ） 6下列電子式中，正確的是（ ） 7下列敘述正確的是（ ） A.兩種元素構(gòu)成的

15、共價(jià)化合物分子中的化學(xué)鍵都是極性鍵 B.含有非極性鍵的化合物不一定是共價(jià)化合物 C.只要是離子化合物，其熔點(diǎn)就一定比共價(jià)化合物的熔點(diǎn)高D.只要含有金屬陽離子，則此物質(zhì)中必定存在陰離子 8NH鍵能的含義是（ ） A.由N和H形成1 mol NH3所放出的熱量 B.把1 mol NH3的鍵全部拆開所吸收的熱量 C.拆開6.021023個(gè)NH鍵所吸收的能量D.形成1個(gè)NH鍵所放出的熱量 9在短周期中的X和Y兩元素可組成化合物XY3，下列說法正確的是（ ） A.若X的原子序數(shù)為m，則Y的必為m-4 B.XY3的晶體一定是離子晶體 C.X與Y可能屬同一周期，也可能分屬不同周期D.X原子半徑大于Y原子的半

16、徑 10帶靜電的有機(jī)玻璃棒靠近下列液體的細(xì)流，細(xì)流會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是（ ）A.苯 B.二硫化碳 C.溴水 D.四氯化碳 11下列化學(xué)式可表示一個(gè)分子的是（ ） A.SiO2 B.NH4Cl C.CCl4 D.C 12下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)鍵類型相同、晶體類型也相同的是（ ） A.SO2和SiO2 B.NaCl和HClC.CCl4和KCl D.CO2和H2O 13NH3、H2S是極性分子，CO2、BF3、CCl4等是極性鍵構(gòu)成的非極性分子。根據(jù)上述實(shí)例可推出ABn型分子是非極性分子的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是（ ） A.分子中不能含有氫原子 B.在ABn分子中A原子沒有孤對電子 C.在ABn分子中A的相對原子質(zhì)

17、量小于B的相對原子質(zhì)量D.分子中每個(gè)共價(jià)鍵的鍵長應(yīng)相等二、非選擇題14下表所列數(shù)據(jù)是在不同物質(zhì)中氧氧之間的鍵長和鍵能的實(shí)測數(shù)據(jù)，其中a和b尚未測出，但根據(jù)一個(gè)較為可靠的原則可估計(jì)a、b、c、d的大小順序?yàn)開，該原則可簡述為_。鍵長（pm）鍵能（kJ/mol）O22-149aO2-128bO2121c=494O2+112d=628 15在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有_（填數(shù)字）個(gè)碳原子，每個(gè)碳原子上的任意兩個(gè)CC鍵的夾角都是_（填角度）。 16如圖4-6，直線交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中Na+離子或Cl-離子所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是

18、等距離排列的。 （1）請將其中代表Na+離子的圓圈涂黑（不必考慮體積大小），以完成NaCl晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。（2）晶體中，在每個(gè)Na+離子的周圍與它最接近的且距離相等的Na+離子共有_個(gè)。（3）晶體中每一個(gè)重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na+或Cl-離子為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有。一個(gè)晶胞中，Cl-離子的個(gè)數(shù)等于_，即_（填計(jì)算式），Na+離子的個(gè)數(shù)等于_，即_（填計(jì)算式）。（4）設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為M g/mol，食鹽晶體的密度為g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA。食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離為_cm。 17（1）圖4-7為CO2分子晶體

19、結(jié)構(gòu)的一部分。觀察圖形，試說明每個(gè)CO2分子周圍有_個(gè)與之緊鄰等距的CO2分子；（2）試判斷：CO2、CS2、SiO2晶體的沸點(diǎn)由高到低排列的順序是_（填寫相應(yīng)物質(zhì)的編號）。 18晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱為晶胞。NaCl晶體結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。已知FexO晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1。測知FexO晶體密度為g/cm3，晶胞邊長為4.2810-10m。 （1）FexO中x值（精確至0.01）為_。（2）晶體中的Fe分別為Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)中，F(xiàn)e2+所占分?jǐn)?shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為_。（3）此晶體化學(xué)式為_。（4

20、）與某個(gè)Fe2+（或Fe3+）距離最近且等距離的O2-圍成的空間幾何構(gòu)型形狀是_。（5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為_m。19現(xiàn)有A、B、C三種物質(zhì)，A為氣態(tài)氫化物，分子式為RH3，含R為82.4%，B是另一氣態(tài)氫化物，A+BC，C與堿液共熱放出A。C的水溶液加入稀HNO3酸化后，滴入AgNO3溶液，產(chǎn)生不溶性的白色沉淀，回答下列問題： （1）寫出A的名稱和電子式，并指出它是否是極性分子？其穩(wěn)定性比PH3、H2O如何？（2）寫出B的名稱和電子式，并指出它是否是極性分子？其穩(wěn)定性比HF、H2S、HBr如何？其水溶液的酸性比HF、HBr、H2S如何？（3）寫出C的名稱和電子式，具體指明C物質(zhì)

21、中各部分的化學(xué)鍵，指出C形成的晶體類型。（4）寫出上述有關(guān)的化學(xué)方程式或離子方程式。 20A、B、C、D、E、F為原子序數(shù)依次增大的主族元素。已知A、C、F三原子的最外層共有11個(gè)電子，且這三種元素的最高價(jià)氧化物的水化物之間兩兩皆能反應(yīng)，均能生成鹽和水，D元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4，E元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3。回答：（1）寫出下列元素的符號：A_、D_、E_；（2）用電子式寫出B、F形成的化合物的電子式_；（3）A、C兩種元素最高價(jià)氧化物的水化物反應(yīng)的離子方程式為_；（4）D的固態(tài)氧化物是_晶體，含n molD的氧化物的晶體中含DO共價(jià)鍵為_mol。參考答案化學(xué)鍵與

22、晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識1化學(xué)鍵化定義學(xué)鍵 類型 相鄰的原子之間強(qiáng)烈的相互作用離子鍵 共價(jià)鍵概念離子間通過 靜電作用形成的化學(xué)鍵 原子間通過 共用電子對 （電子云重疊）所形成的化學(xué)鍵成鍵微粒陰、陽離子原子作用方式 陰陽離子間的靜電作用原子間通過共用電子對作用實(shí)例CaCl2、Na2O2、NaOH、NaH Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3用電子式表示形成過程MgCl2:N2:CO2:2.共價(jià)鍵的極性與分子的極性分子組成空 間 構(gòu) 型常 見 分 子鍵的極性分子極性雙 原 子直線型N2 O2 Cl2非極性鍵非極性分子HCl CO NO極性鍵極性分子三 原 子直線型CO2 CS2極性鍵非極性分子折線型H2O H2S極性鍵極性分子四 原 子平