離子晶體、分子晶體和原子晶體 (2)
離子晶體、分子晶體和原子晶體 [學(xué)法指導(dǎo)] 在學(xué)習(xí)中要加強(qiáng)對(duì)化學(xué)鍵中的非極性鍵、極性鍵、離子鍵、晶體類型及結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與理解；在掌握微粒半徑遞變規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析離子晶體、原子晶體、分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)的變化規(guī)律；并在認(rèn)識(shí)晶體的空間結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，培養(yǎng)空間想象能力及思維的嚴(yán)密性和抽象性 同時(shí)，關(guān)于晶體空間結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，很容易與數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)結(jié)合起來(lái)，在綜合題的命題方法具有廣闊的空間，因此，一定要把握基礎(chǔ)、領(lǐng)會(huì)實(shí)質(zhì)，建立同類題的解題策略和相應(yīng)的思維模式 [要點(diǎn)分析] 一、晶體 固體可以分為兩種存在形式：晶體和非晶體 晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體氣體、液體和非晶體在一定條件下也可轉(zhuǎn)變?yōu)榫w 晶體是經(jīng)過(guò)結(jié)晶過(guò)程而形成的具有規(guī)則的幾何外形的固體晶體中原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)的排列，從而使晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的，而且具有固定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何外形 NaCl晶體結(jié)構(gòu) 食鹽晶體 金剛石晶體 金剛石晶體模型 鉆石 C60分子 二、晶體結(jié)構(gòu) 1．幾種晶體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)比較類型離子晶體原子晶體分子晶體構(gòu)成微粒陰、陽(yáng)離子原子分子相互作用離子鍵共價(jià)鍵分子間作用力硬度較大很大很小熔沸點(diǎn)較高很高很低導(dǎo)電性溶液或熔化導(dǎo)電一般不導(dǎo)電不導(dǎo)電溶解性一般易溶于水難溶水和其他溶劑相似相溶典型實(shí)例NaCl、KBr等金剛石、硅晶體、SiO2、SiC單質(zhì)：H2、O2等化合物：干冰、H2SO4 2．幾種典型的晶體結(jié)構(gòu)： ?。?）NaCl晶體（如圖1）：每個(gè)Na+周圍有6個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周圍有6個(gè)Na+，離子個(gè)數(shù)比為1：1。
（2）CsCl晶體（如圖2）：每個(gè)Cl-周圍有8個(gè)Cs+，每個(gè)Cs+周圍有8個(gè)Cl-；距離Cs+最近的且距離相等的Cs+有6個(gè)，距離每個(gè)Cl-最近的且距離相等的Cl-也有6個(gè)，Cs+和Cl-的離子個(gè)數(shù)比為1：1 ?。?）金剛石（如圖3）：每個(gè)碳原子都被相鄰的四個(gè)碳原子包圍，以共價(jià)鍵結(jié)合成為正四面體結(jié)構(gòu)并向空間發(fā)展，鍵角都是109o28'，最小的碳環(huán)上有六個(gè)碳原子 ?。?）石墨（如圖4、5）：層狀結(jié)構(gòu)，每一層內(nèi)，碳原子以正六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)正六邊形平均擁有兩個(gè)碳原子片層間存在范德華力，是混合型晶體熔點(diǎn)比金剛石高 ?。?）干冰（如圖6）：分子晶體，每個(gè)CO2分子周圍緊鄰其他12個(gè)CO2分子 （6）SiO2 ：原子晶體，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Si原子構(gòu)成正四面體，O原子位于Si－Si鍵中間SiO2晶體中不存在SiO2分子，只是由于Si原子和O原子個(gè)數(shù)比為1∶2，才得出二氧化硅的化學(xué)式為SiO2） 紫水晶 大水晶 二氧化晶體模型 3．離子晶體化學(xué)式的確定 確定離子晶體的化學(xué)式實(shí)際上是確定晶體中粒子個(gè)數(shù)比其方法如下： ?。?）處于頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為8個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/8屬于該晶胞。
?。?）處于棱上的粒子同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有1/4屬于該晶胞 （3）處于面心上的粒子，同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有1/2屬于該晶胞 ?。?）處于晶胞體心的粒子，則完全屬于該晶胞 4．根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)判斷晶體的類型 （1）在常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，其晶體應(yīng)屬于分子晶體（Hg除外），如H2O、H2等對(duì)于稀有氣體，雖然構(gòu)成物質(zhì)的微粒為原子，但應(yīng)看作單原子分子，因?yàn)槲⒘ｉg的相互作用力是范德華力，而非共價(jià)鍵 （2）在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體（化合物）是離子晶體如：NaCl熔融后電離出Na＋和Cl－，能自由移動(dòng)，所以能導(dǎo)電 ?。?）有較高的熔、沸點(diǎn)，硬度大，并且難溶于水的物質(zhì)大多為原子晶體，如晶體硅、二氧化硅、金剛石等 ?。?）易升華的物質(zhì)大多為分子晶體 三、分子間作用力和氫鍵 1．分子間作用力 分子間作用力又叫范德華力，是分子與分子之間微弱的相互作用，它不屬于化學(xué)鍵范疇分子間作用力廣泛存在于分子與分子之間，由于相互作用很弱，因此只有分子與分子充分接近時(shí)，分子間才有作用力 2．氫鍵 氫鍵是在分子間形成的，該分子中必須含有氫原子，且另一種原子吸引電子的能力很強(qiáng)（具體有F、O、N三種元素），只有這樣才能形成氫鍵。
常見(jiàn)的能形成氫鍵的分子主要有HF、H2O、NH3等 氫鍵的實(shí)質(zhì)也是靜電作用，氫鍵的強(qiáng)度比分子間作用力稍強(qiáng)，但比化學(xué)鍵弱的多，它仍不屬于化學(xué)鍵范疇 氫鍵對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響結(jié)果是使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)均升高例如H2O和H2S的組成與結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量H2S>H2O，若僅以分子間作用力論，H2S的熔、沸點(diǎn)應(yīng)大于H2O，可實(shí)際上H2O在常溫狀態(tài)下是液態(tài)，而H2S在通常狀態(tài)下是氣態(tài)，說(shuō)明H2O的熔、沸點(diǎn)比H2S高，原因就是H2O分子中存在H…O鍵 四、物質(zhì)的熔沸點(diǎn)比較及規(guī)律 ?。?）不同類型的晶體，一般來(lái)講，熔沸點(diǎn)按原子晶體>離子晶體>分子晶體 ?。?）由共價(jià)鍵形成的原子晶體中，原子半徑越小的，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點(diǎn)越高如熔點(diǎn)：金剛石>石英>碳化硅>晶體硅 ?。?）離子晶體比較離子鍵的強(qiáng)弱一般地說(shuō)，陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用就越強(qiáng)，其離子晶體的熔沸點(diǎn)就越高，如熔點(diǎn)：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl ?。?）分子晶體：組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高；如Cl2
[例題分析] 例1．下面的敘述正確的是 A、離子化合物中可能含有共價(jià)鍵 B、分子晶體中不會(huì)有離子鍵 C、分子晶體中的分子內(nèi)一定有共價(jià)鍵 D、原子晶體中一定有非極性共價(jià)鍵 [分析與解答] 若離子化合物中某種離子由兩種或兩種以上元素組成如NH4+、OH-、SO42-等則其離子內(nèi)部有共價(jià)鍵分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，分子間只有分子間作用力，分子內(nèi)除稀有氣體外，都只有共價(jià)鍵，故（A）、（B）正確C）未提到稀有氣體分子是單原子分子，無(wú)任何化學(xué)鍵由兩種原子形成的原子晶體SiO2等，其原子間以極性鍵結(jié)合，無(wú)非極性鍵故正確答案為（A）、（B） 例2．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、CO2和H2O C、NaCl和HCl D、CCl4和KCl [分析與解答] A、SO2和SiO2的化學(xué)鍵相同，都是極性共價(jià)鍵，但晶體類型不同，SO2是分子晶體，SiO2是原子晶體； B、CO2和H2O的化學(xué)鍵都是共價(jià)鍵，且都屬于分子晶體； C中的NaCl和HCl化學(xué)鍵類型不同， NaCl為離子鍵，HCl為極性共價(jià)鍵，且晶體類型也不同，NaCl為離子晶體，HCl為分子晶體； D中CCl4和KCl的化學(xué)鍵不同，CCl4是極性共價(jià)鍵，KCl中是離子鍵且晶體類型也不同，CCl4為分子晶體，KCl為離子晶體。
故正確答案為選項(xiàng)B 例3． ?。?）中學(xué)教材上圖示了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a×10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g·mol-1） ?。?）天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷例如在某種NiO晶體中就存在如圖7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)生了變化某氧化鎳品組成為Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比 [分析與解答] ?。?） 根據(jù)NaCl晶體結(jié)構(gòu)，隔離出一個(gè)小立體（如圖8），小立方體的每個(gè)頂點(diǎn)離子為8個(gè)小立方本共用，因此小立方體含O2-：4× = ，含Ni2+：4× = ，即每個(gè)小立方體含有 個(gè)（Ni2+-O2-）離子對(duì)則若含有1mol NiO，需2NA個(gè)小立方體， 所以密度r= ?。?） 設(shè)1mol Ni0.97O中含Ni3+ xmol，Ni2+ (0.97-x)mol 根據(jù)晶體呈電中性3x mol +2(0.97-x)mol=2×1mol 解之x=0.06，Ni2+為(0.97-x)mol=0.91mol 離子數(shù)之比Ni3+：Ni2+=0.06：0.91=6：91 另解： 也可由題設(shè)的演變過(guò)程，用數(shù)學(xué)方法處理。
設(shè)1mol晶體中存在xmol缺陷，同時(shí)有2xmol Ni3+，取代了2x mol Ni2+，所以Ni3+的個(gè)數(shù)2x與Ni2+的個(gè)數(shù)(1-x-2x)之和為0.97，即：2x+(1-x-2x)=0.97，x=0.03 ∴Ni3+：Ni2+個(gè)數(shù)比=2x：(1-3x)=2×0.03：(1-3×0.03)=6：91。
