2020版高中化学 专题1第三单元 第2课时 不同类型的晶体学案 苏教版必修2 13页

1 第 2 课时 不同类型的晶体 一、不同类型的晶体结构 1．晶体 (1)晶体具有规则的几何外形，构成晶体的微粒有离子、分子、原子。 (2)常见的晶体类型有离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体。 (3)晶体有固定的熔、沸点。 2．离子晶体 下图为氯化钠晶体结构示意图，回答下列问题： (1)构成氯化钠晶体的微粒是 Na＋和 Cl－，微粒间的相互作用力是离子键，晶体类型是离子晶 体。 (2)氯化钠晶体中不存在氯化钠分子，所以 NaCl 不表示氯化钠的分子式，仅表示在 NaCl 晶体 中钠离子与氯离子的个数比是 1∶1。 3．分子晶体 下图为干冰晶体结构示意图。回答下列问题： 2 (1)构成干冰晶体的微粒是 CO2 分子，微粒间的相互作用力是分子间作用力，晶体类型是分子 晶体。 (2)干冰汽化时只需克服分子间作用力，对其分子内的共价键无影响。 4．原子晶体 下图为石英晶体结构示意图。回答下列问题： (1)构成石英晶体的微粒是 Si 原子和 O 原子。微粒间的相互作用力是共价键，晶体类型是原 子晶体。 (2)在石英晶体中，每个硅原子与 4 个氧原子结合，每个氧原子形成 2 个 Si—O 键。 (3)石英晶体的空间结构是正四面体型的空间网状结构。 (4)在石英晶体中，不存在 SiO2 分子，SiO2 表示的意义是晶体中硅原子与氧原子的个数比为 1∶2。 四种晶体的判断方法 (1)根据晶体的概念判断 (2)根据物质类别判断 ①离子化合物(强碱和大多数盐)都是离子晶体； ②共价分子(单质或化合物)是分子晶体； ③常见的原子晶体，如二氧化硅、碳化硅、金刚石、晶体硅等。 (3)根据微粒间作用力判断 ①离子晶体一定有离子键，可能有共价键，如 Na2O2、NaOH 等。 ②分子晶体一定有分子间作用力(包括氢键)，一定无离子键，有些可能在分子内存在共价键， 如干冰。 ③原子晶体一定有共价键，一定没有离子键。 ④金属晶体一定有金属键，一定没有离子键。 3 例 1 (2018·温州下学期期末)下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同 的是( ) A．CO2 和 SiO2 B．MgCl2 和 NaOH C．金刚石和 SiO2 D．氩和 H2O 答案 C 解析 CO2 和 SiO2 中均含有极性键，前者是分子晶体，后者是原子晶体，A 错误；MgCl2 和 NaOH 均是离子晶体，前者含有离子键，后者含有离子键和极性键，B 错误；金刚石和 SiO2 均是原 子晶体，且都含有共价键，C 正确；氩分子中不存在化学键，形成的是分子晶体，H2O 分子中 含有共价键，形成的是分子晶体，D 错误。 例 2 (2018·浙江诸暨段考)下列化学式能真实表示物质分子组成的是( ) A．NaOH B．CO2 C．C D．SiO2 答案 B 解析 A 项，NaOH 是离子化合物，因此该化学式不是表示分子式，错误；B 项，CO2 是由分子 构成的物质，该化学式表示的就是物质的分子，正确；C 项，C 是由原子构成的物质，该符号 只表示物质的元素组成，错误；D 项，SiO2 是原子晶体，该化学式仅表示在物质中这两种元 素的原子个数比是 1∶2，不表示分子，错误。 二、不同类型晶体的特征 1．几种常见晶体的物理性质 请分析下表中所列的几种晶体的熔点、硬度，指出它们各属于哪一类晶体，并归纳出各类晶 体性质的特点。 晶体 氯化钠 氯化钡 金刚石 二氧化硅 硫 白磷 熔点/℃ 801 1 560 >3 550 1 723 112.8 44.1 硬度 较硬 较硬 很硬 硬而脆 脆 软 晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 晶体特性 熔点较高 硬度较大 熔点很高 硬度很大 熔点较低 硬度较小 4 2.金属晶体的物理性质 金属晶体有共同的物理性质，如有金属光泽、能导电和传热、具有延展性等。不同金属的熔 点、硬度差异大。 晶体熔、沸点的比较 (1)若晶体类型不同时，一般为原子晶体>离子晶体>分子晶体。 (2)若晶体类型相同时： ①离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越多，熔、沸点越高。 ②原子晶体中，原子的半径越小，共价键的键长越短，熔、沸点越高。 ③分子晶体中若分子结构相似，相对分子质量越大，熔、沸点越高(若形成氢键，其熔、沸点 反常高)。 例 3 (2018·浙江余姚 4 月质检)下列说法不正确的是( ) A．有些物质不含化学键，存在分子间作用力 B．石英是由硅原子和氧原子构成的原子晶体，加热熔化时需破坏共价键 C．氢氧化钠在熔融状态下离子键被削弱，形成自由移动的离子，具有导电性 D．任何晶体中，若含有阳离子就一定有阴离子 答案 D 解析 稀有气体不含化学键，存在分子间作用力，故 A 正确；二氧化硅是原子晶体，原子晶 体加热熔化时需破坏共价键，故 B 正确；氢氧化钠加热熔融破坏离子键，形成自由移动的钠 离子和氢氧根离子，具有导电性，故 C 正确；金属晶体中含有金属阳离子，没有阴离子，故 D 错误。 例 4 下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是( ) A．SiO2 CsCl I2 Br2 B．SiO2 CsCl Br2 I2 C．CsCl SiO2 I2 Br2 D．Br2 I2 CsCl SiO2 答案 A 解析 先区分各选项中各物质的晶体类型，原子晶体的熔点>离子晶体的熔点>分子晶体的熔 点。其中 I2 的熔点高于 Br2 的熔点。 5 1．我们熟悉的食盐、金属、刨冰、钻石、水晶等都是晶体；而同样透明的玻璃却是非晶体。 下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是( ) A．是否是具有规则几何外形的固体 B．是否是具有固定组成的物质 C．是否是具有美观对称的外形 D．内部构成微粒是否在空间呈有规则的重复排列 答案 D 解析 有规则几何外形或美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃；具有固定组成的物质也 不一定是晶体，如某些无定形体也具有固定的组成。晶体和非晶体的本质区别在于微观结构 不同。 2．下列关于几种常见晶体的说法中错误的是( ) A．分子晶体中一定含有分子间作用力，但不一定含有共价键 B．离子晶体中一定含有离子键，但不一定含有共价键 C．原子晶体中一定含有共价键，硬度大，熔、沸点高 D．原子晶体都不导电 答案 D 解析 晶体硅属于原子晶体，是一种常用的半导体材料，故 D 项错误。 3．下表中是几种物质的熔点。 物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2 I2 熔点 /℃ 920 801 1 291 190 －107 2 073 －57 1 723 113. 5 据此做出的下列判断中错误的是( ) 6 A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体 B．表中只有 BCl3、干冰和 I2 是分子晶体 C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 答案 B 解析 AlF3 是离子晶体，A 项正确；AlCl3 的熔点与分子晶体 I2 的熔点比较接近，而远低于离 子晶体 Na2O、NaCl、AlF3 的熔点可推知，AlCl3 是分子晶体，B 项错误；C、Si 是同主族元素， 但 CO2 是分子晶体，而 SiO2 是原子晶体，C 项正确；Na 和 Al 是不同主族元素，但它们的氧化 物 Na2O、Al2O3 均为离子晶体，D 项正确。 4．(2018·曲靖市 3 月月考)单质硅的晶体结构如图所示。 下列关于单质硅晶体的说法不正确的是( ) A．是一种空间网状结构的晶体 B．晶体中每个硅原子与 4 个硅原子相连 C．晶体中最小环上的原子数目为 8 D．晶体中最小环上的原子数目为 6 答案 C 解析 单质硅是一种空间网状结构的原子晶体，A 正确；晶体中每个硅原子与 4 个硅原子相 连，B 正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为 6，C 错误，D 正确。 5．下列各晶体中，含有的化学键类型相同且晶体类型也相同的一组是( ) A．SiO2 和 SO2 B．SiO2 和 NaCl C．NaCl 和 HCl D．CCl4 和 CH4 答案 D 解析 SiO2、SO2、HCl、CCl4、CH4 均含有共价键，除 SiO2 外形成的晶体均为分子晶体；SiO2 形成的晶体为原子晶体，NaCl 形成的晶体为离子晶体。 6．(2017·杭州二中模拟考试)已知氯化铝的熔点为 190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在 180 ℃ 7 和常压下开始升华。 (1)氯化铝的晶体类型是________。 (2)在 500 ℃，1.01×105 Pa 时，氯化铝的蒸气密度为 11.92 g·L－1(已折算成标准状况)， 则该条件下氯化铝的摩尔质量为________，化学式为________。 (3)请设计一个实验验证氯化铝是离子晶体还是分子晶体： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)分子晶体 (2)267 g·mol－1 Al2Cl6 (3)在加压条件下将氯化铝加热至熔融，测其导电性，若导电，则是离子晶体，若不导电，则 为分子晶体 解析 (2)在 500 ℃，1.01×105 Pa 时氯化铝蒸气的摩尔质量为 11.92 g·L－1×22.4 L·mol －1≈267 g·mol－1，因为 AlCl3 的摩尔质量为 133.5 g·mol－1，所以氯化铝蒸气的化学式为 Al2Cl6。根据熔融态的物质能否导电即可验证某晶体是离子晶体还是分子晶体。 [对点训练] 题组一 晶体的结构微粒及其相互作用 1．(2017·金华十校期末)下列说法正确的是( ) A．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体 B．CO2 和 SiO2 的熔、沸点和硬度差异很大，是由于它们所含的化学键类型不同 C．共价化合物溶于水，分子内共价键被破坏，单质溶于水，分子内共价键不被破坏 D．NaHSO4 在熔融状态下离子键被削弱，电离出 Na＋、HSO－ 4 答案 D 解析 冰醋酸(CH3COOH)溶于水后，电离出氢离子和醋酸根离子，该晶体是分子晶体，A 错误； CO2 和 SiO2 所含的化学键均为共价键，熔、沸点和硬度差异很大的原因是前者为分子晶体，后 者为原子晶体，B 错误；共价化合物溶于水，分子内共价键可能被破坏，如 HCl 溶于水电离 出离子，共价键被破坏，也可能不被破坏，如 CH3CH2OH 溶于水还是分子形式；单质溶于水， 分子内共价键可能被破坏，如 Cl2 溶于水和水反应生成 HCl 和 HClO，Cl 原子间共价键被破坏， C 错误。 8 2．下列说法错误的是( ) A．含有离子键的晶体一定是离子晶体 B．离子晶体中一定不含共价键 C．Na2O 和 SiO2 的晶体中都不存在单个分子 D．干冰与氖晶体熔化时克服的微粒间的作用力的类型相同 答案 B 解析 不是能写出化学式的物质中就存在分子，例如离子晶体、原子晶体中都不存在分子。 干冰与氖晶体都是分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力。 3．下表列出的对晶体的说明中，错误的是( ) 选项 A B C D 晶体名称 碘化钾 干冰 石墨 碘 晶体中的粒子 阴、阳离子 分子 原子 分子 粒子间的作用 离子键 分子间作用力 共价键 分子间作用力 答案 C 解析 干冰和碘都是分子晶体，熔化时克服分子间作用力；石墨是混合型晶体，呈层状结构， 层与层之间为分子间作用力，碳原子与碳原子之间形成共价键，熔化时两种作用力都需克服， 故 C 错。 4．(2018·杭州七校联考)共价键、离子键、分子间作用力都是粒子间的作用力，含有以上两 种作用力的晶体是( ) A．SiO2 B．CO2 C．NaCl D．Ar 答案 B 解析 SiO2 是原子晶体，存在共价键，A 错误；CO2 是分子晶体，存在共价键和分子间的作用 力，B 正确；NaCl 是离子晶体，存在离子键，C 错误；Ar 是分子晶体，只存在分子间作用力， D 错误。 题组二 晶体类型的判断 5．(2018·浙江桐乡段考)氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途， 它属于( ) A．原子晶体 B．分子晶体 9 C．金属晶体 D．离子晶体 答案 A 解析 相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫做原子晶体，其构 成微粒是原子；原子晶体具有熔点高和硬度大的特点，氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐 磨材料，说明氮化硅属于原子晶体，故选 A。 6．(2018·浙江余姚期中)元素 A 和 B 的原子序数都小于 18。已知 A 元素原子的最外层电子 数为 a，次外层电子数为 b；B 元素原子的 M 层电子数为 a－b，L 层电子数为 a＋b，则 A、B 两元素所形成的化合物的晶体类型为( ) A．原子晶体 B．分子晶体 C．离子晶体 D．金属晶体 答案 A 解析 元素 A 和 B 的原子序数都小于 18。B 元素原子的 M 层电子数为 a－b，L 层电子数为 a ＋b，则 a＋b＝8，A 元素原子的最外层电子数为 a，次外层电子数为 b，则 A 元素的次外层为 K 层，即 b＝2，有 2 个电子层，所以 a＝8－2＝6，故 A 为氧元素，B 的 M 层电子数为 6－2＝ 4，故 B 为硅元素，A、B 两元素所形成的化合物为 SiO2，属于原子晶体，故选 A。 7．下列说法一定正确的是( ) A．其水溶液能导电的一定是离子晶体 B．固态导电的一定是金属晶体 C．共价化合物形成的晶体一定是分子晶体 D．固态不导电、熔融态导电的一定是离子晶体 答案 D 解析 部分分子晶体和离子晶体的水溶液能导电；石墨固体不是金属晶体，但能导电；固态 不导电、熔融态导电是离子晶体区别于其他晶体的性质；共价化合物形成的晶体可能是分子 晶体，如干冰，也可能是原子晶体，如石英。 8．下列各组中，既含有离子晶体、分子晶体，又含有原子晶体的是( ) A．KCl、H2SO4、P4 B．CO2、Na3PO4、Mg C．NH4F、C60、金刚石 D．Si、SiO2、K2CO3 答案 C 解析 A 项中的 H2SO4 和 P4 都是分子晶体；B 项中的 Mg 是金属晶体；D 项中的 Si 和 SiO2 都是 10 原子晶体。 题组三 晶体性质的比较 9．下列各组物质中前者的熔点高于后者的是( ) A．干冰与固态二硫化碳 B．NaCl 晶体与 KCl 晶体 C．晶体硅与金刚石 D．干冰与碘晶体 答案 B 解析 离子半径 Na＋KCl；原子半径 C晶体硅。 10．下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是( ) A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅 B．CI4>CBr4>CCl4>CF4 C．MgO>O2>N2>H2O D．金刚石>生铁>纯铁>钠 答案 B 解析 A 中同属原子晶体，熔、沸点高低主要看共价键强弱，显然晶体硅<碳化硅，错误；B 中都是组成结构相似的分子晶体，熔、沸点高低取决于相对分子质量的大小，正确；C 中水 在常温下是液体，很明显 H2O>O2>N2，错误；D 中生铁为铁合金，熔点低于纯铁，错误。 11．(2018·福建连江五校联考)下表给出几种物质的熔、沸点： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质 B 熔点/℃ 801 710 180 68 2 300 沸点/℃ 1 465 1 418 160 57 2 500 判断下列有关说法中错误的是( ) ①MgCl2 属于离子晶体 ②SiCl4 是分子晶体 ③单质 B 可能是原子晶体 ④AlCl3 加热能升华 ⑤MgCl2 水溶液不能导电 ⑥1 500 ℃时，NaCl 可形成气态分子 A．仅⑤ B．④⑥ C．①④ D．②③⑤ 答案 A 11 解析 ①MgCl2 是由活泼的金属和活泼的非金属形成，所以是离子化合物，形成离子晶体，根 据其熔点也能判断其为离子晶体，故正确；②由表中数据可知，SiCl4 的熔、沸点较低，属于 分子晶体，故正确；③单质 B 的熔、沸点很高，所以单质 B 可能是原子晶体，故正确；④由 表中数据可知 AlCl3 的沸点比熔点低，所以 AlCl3 加热能升华，故正确；⑤MgCl2 属于离子晶 体，在熔化状态下或水溶液中均能电离出自由移动的离子，所以在熔融状态下或水溶液中均 能导电，故错误；⑥1 500 ℃时，高于 NaCl 的沸点，故可形成气态分子，故正确。 12．下列物质性质的变化规律，与化学键的强弱无关的是( ) A．F2、Cl2、Br2、I2 的熔点、沸点逐渐升高 B．HF、HCl、HBr、HI 的热稳定性依次减弱 C．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅 D．NaF、NaCl、NaBr、NaI 的熔点依次降低 答案 A 解析 F2、Cl2、Br2、I2 形成的晶体为分子晶体，熔化时仅破坏分子间作用力，与共价键无关， A 正确；热稳定性是指物质受热分解的难易程度，而 HX 分解时要破坏 H—X 键，从 HF 到 HI， 其共价键强弱依次减小，故其稳定性减弱，B 错误；由于金刚石中碳碳键的强度大于晶体硅 中硅硅键的强度，因此金刚石的硬度、熔点、沸点较晶体硅高，C 错误；NaX 为离子晶体，熔 化时破坏离子键，D 错误。 [综合强化] 13．Ⅰ.①BaCl2 ②金刚石 ③NH4Cl ④Na2SO4 ⑤干冰 ⑥碘片 按下列要求回答： (1)熔化时不需要破坏化学键的是________(填序号，下同)，熔化时需要破坏共价键的是 ________，熔点最高的是________，熔点最低的是________。 (2)晶体以分子间作用力结合的是________。 Ⅱ.A.水晶(SiO2) B．冰醋酸 C．氧化镁 D．白磷 E．晶体氩 F．氯化铵 G．铝 H．金刚石 用字母回答下列问题： (1)属于原子晶体的化合物是________，直接由原子构成的晶体是________，直接由原子构成 的分子晶体是________。 (2)含有共价键的离子晶体是________，属于分子晶体的单质是________。 (3)在常温条件下能导电而不发生化学变化的是________，受热熔化后化学键不发生变化的是 12 ________，受热熔化需克服共价键的是________。 答案 Ⅰ.(1)⑤⑥ ② ② ⑤ (2)⑤⑥ Ⅱ.(1)A AEH E (2)F DE (3)G BDE AH 解析 Ⅰ.分子晶体在熔化时需要破坏分子间作用力，原子晶体熔化时需要破坏共价键，离子 晶体熔化时需要破坏离子键；不同晶体类型的物质其熔点的一般规律为原子晶体>离子晶体> 分子晶体。 Ⅱ.金属晶体是以金属键为作用力的晶体，离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成 的晶体，原子晶体是原子以共价键相互结合，形成空间网状结构的晶体，分子晶体是分子间 通过范德华力作用形成的晶体。离子晶体只有在熔融或水溶液中才能导电，金属晶体能导电。 14．(2017·无锡一中高二下学期期末考试)如图是几种晶体的结构示意图，它们是 NaCl、干 冰、金刚石、石墨结构中的一部分。 (1)其中代表金刚石的是________(填字母)，金刚石属于________晶体。 (2)其中代表石墨的是________(填字母)，其晶体中碳原子呈平面层状结构排列。 (3)其中代表 NaCl 的是________(填字母)，晶体中 Na＋与 Cl－之间通过________结合。 (4)其中代表干冰的是________(填字母)，它属于______晶体，CO2 分子间通过________结合。 (5)A、B、C 所代表物质的熔点由高到低的排列顺序为________(填字母)。 答案 (1)B 原子 (2)D (3)A 离子键 (4)C 分子 分子间作用力 (5)B>A>C 解析 金刚石是原子晶体，碳原子间以共价键结合，B 是金刚石的结构模型。石墨是层状结 构，D 是石墨的结构模型。氯化钠是 Na＋和 Cl－按个数比 1∶1 堆积而成的离子晶体，A 是氯化 钠的结构模型。干冰晶体中，CO2 分子间依靠分子间作用力结合，C 是干冰的结构模型。一般 来说，晶体的熔点：原子晶体>离子晶体>分子晶体。 15．A、B、C、D 都是短周期元素，原子半径 D>C>A>B，其中 A、B 处在同一周期，A、C 处在 同一主族。C 原子核内质子数等于 A、B 原子核内质子数之和，C 原子最外层上的电子数是 D 原子最外层电子数的 4 倍。试回答： 13 (1)这四种元素分别是：A__________，B_________，C_________，D_________(填元素符号)。 (2)A、B、C 三种元素中，在常温常压下的液态或气态氢化物的稳定性由大而小的顺序是 ________________________________________________________________________。 (3)A 与 B 形成的三原子分子的电子式是________，其晶体属于 ________。B 与 D 形成的原子 个数比为 1∶1 的化合物的电子式是________，其晶体属于 ________。 (4)A 元素某氧化物与 D 元素某氧化物反应生成单质的化学方程式是__________________。 答案 (1)C O Si Na (2)H2O>CH4>SiH4 (3) 分子晶体 离子晶体 (4)2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2 解析 已知 A、B 同一周期，A、C 同主族，原子半径 D>C>A>B，所以 A、B、C、D 在周期表中 相对位置如图所示： A B D C 又因为 C 原子最外层上的电子数是 D 原子最外层电子数的 4 倍，所以 C 位于第 3 周期ⅣA 族， D 位于第 3 周期ⅠA 族，从而可知 C 为硅，D 为钠，进而可推知 A 为碳。由于 C 原子核内质子 数等于 A、B 原子核内质子数之和，因此 B 原子核内质子数为 8，即为氧。