化学键与晶体结构

学科:化学年级：高三版本：冲刺版期数：2331专题四化学键与晶体结构考试大纲要求1．理解离子键、共价键的涵义，了解键的极性。2．了解几种晶体类型（离子晶体、原子晶体、分子晶体）及其性质。知识规律总结一、化学键与分子间作用力表4-1化学键与分子间作用力的比较化学键分子间作用力概念相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键把分子聚集在一起的作用力，叫做分子间作用力，又称范德华力作用范围分子或晶体内分子之间作用力强弱较强与化学键相比弱得多影响的性质主要影响化学性质主要影响物理性质（如熔沸点）二、化学键的分类表4-2离子键、共价键和金属键的比较化学键类型离子键共价键金属键概念阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键原子间通过共用电子对所形成的化学键金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键成键微粒阴阳离子原子金属阳离子和自由电子成键性质静电作用共用电子对电性作用形成条件活泼金属与活泼的非金属元素非金属与非金属元素金属内部实例NaCl、MgOHCl、H2SO4Fe、Mg三、共价键的类型表4-3非极性键和极性键的比较非极性键极性键概念同种元素原子形成的共价键不同种元素原子形成的共价键，共用电子对发生偏移原子吸引电子能力相同不同共用电子对不偏向任何一方偏向吸引电子能力强的原子成键原子电性电中性显电性形成条件由同种非金属元素组成由不同种非金属元素组成四、分子的极性1．非极性分子和极性分子表4-4非极性分子和极性分子的比较非极性分子极性分子形成原因整个分子的电荷分布均匀，对称整个分子的电荷分布不均匀、不对称存在的共价键非极性键或极性键极性键分子内原子排列对称不对称2．常见分子的类型与形状表4-5常见分子的类型与形状比较分子类型分子形状键角键的极性分子极性代表物A球形非极性He、NeA2直线形非极性非极性H2、O2AB直线形极性极性HCl、NOABA直线形180°极性非极性CO2、CS2ABA角形≠180°极性极性H2O、SO2A4正四面体形60°非极性非极性P4AB3平面三角形120°极性非极性BF3、SO3AB3三角锥形≠120°极性极性NH3、NCl3AB4正四面体形109°28′极性非极性CH4、CCl4AB3C四面体形≠109°28′极性极性CH3Cl、CHCl3AB2C2四面体形≠109°28′极性极性CH2Cl23．分子极性的判断（1）只含有非极性键的单质分子是非极性分子。（2）含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。（3）含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。注意：判断ABn型分子可参考使用以下经验规律：①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；②若中心原子有孤对电子（未参与成键的电子对）则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。五、晶体类型1．分类表4-6各种晶体类型的比较离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体存在微粒阴阳离子原子分子金属离子、自由电子微粒间作用离子键共价键范德华力金属键主要性质硬而脆，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电，溶沸点高质地硬，不溶于大多数溶剂，导电性差，熔沸点很高硬度小，水溶液能够导电，溶沸点低金属光泽，是电和热的良导体，熔沸点高或低实例食盐晶体金刚石氨、氯化氢镁、铝2．物质溶沸点的比较（1）不同类晶体：一般情况下，原子晶体离子晶体分子晶体（2）同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。①离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。②分子晶体：对于同类分子晶体，式量越大，则熔沸点越高。③原子晶体：键长越小、键能越大，则熔沸点越高。（3）常温常压下状态①熔点：固态物质液态物质②沸点：液态物质气态物质3．“相似相溶”规律极性分子组成的溶质易溶于由极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于由非极性分子组成的溶剂。思维技巧点拨一、化学键及分子极性的判断【例1】下列叙述正确的是A.P4和NO2都是共价化合物B.CCl4和NH3都是以极性键结合的极性分子C.在CaO和SiO2晶体中，都不存在单个小分子D.甲烷的结构式：是对称的平面结构，所以是非极性分子【解析】P4和NO2分子中都含有共价键，但P4是单质，故选项A错误。CCl4是含有极性键的非极性分子，故选项B错误。原子晶体、离子晶体和金属晶体中不存在小分子，只有分子晶体中才存在小分子，故选项C正确。甲烷分子为正四面体形的非极性分子，故选项D错误。本题正确答案为C。【例2】关于化学键的下列叙述中，正确的是A.离子化合物可能含共价键B.共价化合物可能含离子键C.离子化合物中含离子键D.共价化合物中不含离子键【解析】凡含有离子键的化合物不管是否含有共价键，一定属于离子化合物，所以共价化合物中不可能含有离子键。本题正确答案为ACD。二、熔沸点判断【例3】碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是A.①③②B.②③①C.③①②D.②①③【解析】由于题给的三种物质都属于原子晶体，而且结构相似都是正四面体形的空间网状结构，所以晶体的熔点由微粒间的共价键强弱决定，这里共价键强弱主要由键长决定，可近似地看作是成键原子的半径之和，由于硅的原子半径大于碳原子，所以键的强弱顺序为C—CC—SiSi—Si，熔点由高到低的顺序为金刚石碳化硅晶体硅。本题正确答案为A。三、晶体结构知识的应用【例4】图4-1是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为_______。原硅酸根离子SiO44-的结构如图4-2所示，二聚硅酸根离子Si2O76-中，只有硅氧键，它的结构可表示为_______。【解析】由图4-1可以看出：每个硅原子周围结合4个氧原子，同时每个氧原子跟2个硅原子结合，因此二氧化硅晶体（石英）是由氧、硅原子按原子个数1∶2组成的立体空间网状结构的原子晶体。Si2O76-只有硅氧键，根据SiO44-的结构图可得Si2O76-的结构图见图4-3。【例5】（1）中学化学教材中图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol）。（2）天然和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某氧化镍晶体中就存在如图4-4所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。【解析】晶胞中阴、阳离子个数的确定通常采用“原子分割法”，具体如下：①处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞；②处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞；③处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞；④处于内部的1个离子，则完全属于该晶胞，该离子数目为1。要确定NiO的密度，就应确定单位体积中NiO分子的个数，再结合NiO的摩尔质量求算出该晶体中NiO的质量，最后求出密度。本题解答如下：（1）如图4-5所示，以立方体作为计算单元，此结构中含有Ni2+—O2-离子数为：4×81=21（个），所以1molNiO晶体中应含有此结构的数目为6.02×1023÷21=12.04×1023（个），又因一个此结构的体积为（a×10-8cm）3，所以1molNiO的体积应为12.04×1023×（a×10-8）cm3，NiO的摩尔质量为74.7g/mol，所以NiO晶体的密度为3823)10(1004.127.74a=362a（g/cm3）（2）解法一（列方程）：设1molNi0.97O中含Ni3+为xmol，Ni2+为ymol，则得解得x=0.06,y=0.91，故n(Ni3+)∶n(Ni2+)=6∶91解法二（十字交叉）：由化学式Ni0.97O求出Ni的平均化合价为2/0.97，则有故n(Ni3+)∶n(Ni2+)=6∶91。本周强化练习：能力突破训练一、选择题1．下列物质的化学式中，具有非极性键的离子化合物是（）A.Na2OB.MgF2C.NaOHD.Na2O22．实现下列变化时，需克服相同类型作用力的是（）A.二氧化硅和干冰的熔化B.液溴和液汞的气化C.食盐和冰的熔化D.纯碱和烧碱的熔化3．溴化碘（IBr）的化学性质似卤素单质，能跟大多数金属反应生成金属卤化物，能跟某些非金属单质反应生成相应卤化物，能跟水反应，其化学方程为IBr+H2OHBr+HIO，下列有关IBr的叙述中，正确的是（）A.固体IBr是分子晶体B.在很多反应中IBr是强氧化剂C.IBr跟水反应时，它既是氧化剂又是还原剂D.跟NaOH溶液反应生成NaBr和NaIO4．下列分子的结构中，原子的最外层不能都满足8电子稳定结构的是（）A.CO2B.PCl3C.CCl4D.NO25．已知磷酸分子中的三个氢原子都可以跟重水分子（D2O）中的D原子发生氢交换。又知次磷酸（H3PO2）也可跟D2O进行氢交换，但次磷酸钠（NaH2PO2）却不再能跟D2O发生氢交换。由此可推断出H3PO2的分子结构是（）6．下列电子式中，正确的是（）7．下列叙述正确的是（）A.两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键B.含有非极性键的化合物不一定是共价化合物C.只要是离子化合物，其熔点就一定比共价化合物的熔点高D.只要含有金属阳离子，则此物质中必定存在阴离子8．N—H键能的含义是（）A.由N和H形成1molNH3所放出的热量B.把1molNH3的键全部拆开所吸收的热量C.拆开6.02×1023个N—H键所吸收的能量D.形成1个N—H键所放出的热量9．在短周期中的X和Y两元素可组成化合物XY3，下列说法正确的是（）A.若X的原子序数为m，则Y的必为m-4B.XY3的晶体一定是离子晶体C.X与Y可能属同一周期，也可能分属不同周期D.X原子半径大于Y原子的半径10．带静电的有机玻璃棒靠近下列液体的细流，细流会发生偏转的是（）A.苯B.二硫化碳C.溴水D.四氯化碳11．下列化学式可表示一个分子的是（）A.SiO2B.NH4ClC.CCl4D.C12．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.SO2和SiO2B.NaCl和HClC.CCl4和KClD.CO2和H2O13．NH3、H2S是极性分子，CO2、BF3、CCl4等是极性键构成的非极性分子。根据上述实例可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是（）A.分子中不能含有氢原子B.在ABn分子中A原子没有孤对电子C.在ABn分子中A的相对原子质量小于B的相对原子质量D.分子中每个共价键的键长应相等二、非选择题14．下表所列数据是在不同物质中氧—氧之间的键长和键能的实测数据，其中a和b尚未测出，但根据一个较为可靠的原则可估计a、b、c、d的大小顺序为_______，该原则可简述为________________________________。键长（pm）键能（kJ/mol）O22-149aO2-128bO2121c=494O2+112d=62815．在金刚石的网状结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有______（填数字）个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是______（填角度）。16．如图4-6，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+离子或Cl-离子所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。（1）请将其中代表Na+离子的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl晶体的结构示意图。（2）晶体中，在每个Na+离子的周围与它最接近的且距离相等的Na+离子共有_____个。（3）晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na+或Cl-离子为该晶胞与其相邻的晶胞所共有。一个晶胞中，Cl-