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第3讲微粒间作用力与物质性质【2020·备考】最新考纲：1.了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征，能用晶格能解释典型离子化合物的某些物理性质。2.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。3.能用金属键的自由电子理论解释金属的某些物理性质。知道金属晶体的基本堆积方式，了解简单晶体的晶胞结构特征(晶体内部空隙的识别、与晶胞的边长等晶体结构参数相关的计算不作要求)。4.知道分子晶体的含义，了解分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。5.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。新课标要求：能说出晶体与非晶体的区别；能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律；能借助分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。能从微粒的空间排布及其相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的安全进行分析，举例说明物质结构研究的应用价值，如配合物在生物、化学等领域的广泛应用，氢键对于生命的重大意义。最新考情：本讲内容在江苏高考选考题中为压轴考点，一般利用均摊法考查晶胞中的原子个数，或者考查晶体的化学式的书写、晶体类型的判断等，如2017年T21(A)(5)、2014年T21(A)(5)等。预测2020年高考延续这一命题特点，考试需要引起重视。考点一晶体的常识和常见四种晶体性质[知识梳理]1.晶体(1)晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行射线衍射实验(2)晶胞①概念：描述晶体结构的基本单元。②晶体中晶胞的排列——无隙并置a.无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。b.并置：所有晶胞平行排列、取向相同。(3)晶格能①定义：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。②影响因素a.离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。b.离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。③与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。名师助学：①具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。②晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。2.四种晶体类型的比较比较类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力范德华力(某些含氢键)共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的较高很低溶解性相似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电物质类别及举例大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)3.晶体熔沸点的比较(1)不同类型晶体熔、沸点的比较①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种晶体类型熔、沸点的比较①原子晶体：原子半径越小―→键长越短―→键能越大―→熔、沸点越高如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。②离子晶体：a.一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。b.衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。③分子晶体：a.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。d.同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞。④金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属阳离子与自由电子静电作用越强，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。名师助学：①常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。②原子晶体中一定含有共价键，而分子晶体中不一定有共价键，如稀有气体的晶体。③原子晶体熔化时，破坏共价键，分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子内的共价键不被破坏。[题组诊断]晶体类型的判断1.A、B、C、D分别代表四种不同的元素。A原子的最外层电子排布为ns1，B原子的价电子排布为ns2np2，C原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，D原子的L电子层的p轨道有3个电子。(1)C原子的电子排布式为________，若A原子的最外层电子排布为1s1，则按原子轨道的重叠方式判断，A与C形成的化合物中的共价键类型属于________键。(2)上述化合物A2C的熔沸点高于化合物DA3的熔沸点，其主要原因可能是_____________________________________________________________________；(3)当n＝2时，B与C形成的晶体属于________晶体，B与C形成的最高价化合物的结构式为______________________________________________________。(4)当n＝3时，B与C形成的晶体属于________晶体，其晶体结构如下图所示。该晶体中最小的环由________个微粒构成，一个晶胞中含有________个B微粒，________个C微粒。(5)若A原子的最外层电子排布为4s1，B原子的价电子排布为3s23p2，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。解析(1)C原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，C为O元素，C的原子序数为8，根据构造原理，其电子排布式为1s22s22p4。若A原子的最外层电子排布为1s1，A为H元素，按原子轨道的重叠方式判断，A与C形成的化合物中共价键类型为σ键。(2)D原子的L电子层的p轨道有3个电子，D原子的核外电子排布式为1s22s22p3，D为N元素。H2O、NH3都属于分子晶体，H2O分子间形成氢键，NH3分子间形成氢键，H2O的熔沸点高于NH3熔沸点的主要原因可能是：O元素的电负性大于N元素，O原子的半径小于N原子，H2O分子间形成氢键的能力大于NH3分子。[即氢键作用能：O—H…O＞N—H…N](或“H2O分子间形成氢键的数目比NH3分子间形成氢键的数目更多)。(3)当n＝2，B的价电子排布为2s22p2，B为C元素，B与C形成的化合物为CO2或CO，它们都属于分子晶体。B与C形成的最高价化合物为CO2，CO2的结构式为O===C===O。(4)当n＝3，B的价电子排布为3s23p2，B为Si元素，B与C形成的化合物为SiO2，SiO2属于原子晶体。SiO2晶体中最小环由12个原子构成。在SiO2晶体中每个Si原子形成4个Si—O键，每个O原子形成2个O—Si键，则晶胞中黑球为O，白球为Si，用“均摊法”，一个晶胞中含有Si(B)为8×18＋6×12＋4＝8，含有O(C)为16。(5)若A原子的最外层电子排布为4s1，则A为K元素；B原子的价电子排布为3s23p2，B为Si元素，C为O元素，D为N元素。根据同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，同主族从上到下第一电离能逐渐减小，第一电离能由大到小的顺序为：NOCSiNaK(N的价电子排布式为2s22p3，2p处于半充满状态，较稳定，N的第一电离能大于O)，则第一电离能由大到小的顺序为：NOSiK。答案(1)1s22s22p4σ(2)O元素的电负性大于N元素，O原子的半径小于N原子，H2O分子间形成氢键的能力大于NH3分子。[即氢键作用能：O—H…O＞N—H…N](或答“H2O分子间形成氢键的数目比NH3分子间形成氢键的数目更多”等其他合理答案)(3)分子O===C===O(4)原子12816(5)N＞O＞Si＞K2.右图为某种晶胞结构示意图。试回答下列问题：(1)若这是一个分子晶体的晶胞，其代表物质是________。(2)若这是一个金属晶体的晶胞，其代表物质是_____________________________________________________________________。(3)若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置是________________。(4)若这是一个不完整的NaCl晶胞，且顶点和面心的实心球表示Na＋，则晶胞中Cl－位置是______________________________。解析(1)该晶胞是面心立方，对应分子晶体有干冰、碘等。(2)该晶胞是面心立方，对应金属晶体有铜、钙、金、铝、铅、铂、银。(3)如果是金刚石晶胞，金刚石晶体中5个碳原子构成正四面体结构，即其他4个碳原子位于4个互不相邻小立方体的中心。(4)NaCl晶胞中每个Na＋被6个Cl－所包围，同样每个Cl－也被6个Na＋所包围，所以晶胞中Cl－位置是体心和12条棱边的中心。答案(1)干冰、碘等(2)铜等(3)4个，其他4个碳原子位于4个互不相邻小立方体的中心(4)体心和12条棱边的中心【方法归纳】晶体类型的5种判断方法1.依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断(1)离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。(2)原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。(3)分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。(4)金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。2.依据物质的分类判断(1)活泼金属氧化物(如K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质(注：汞在常温为液体)与合金是金属晶体。3.依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。(2)原子晶体熔点高，常在一千摄氏度至几千摄氏度。(3)分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。(4)金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。4.依据导电性判断(1)离子晶体溶于水形成的溶液或熔融状态时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。(4)金属晶体是电的良导体。5.依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大且脆。原子晶体硬度大。分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。注意：(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。(2)石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，其熔、沸点低(熔点190℃)。(4)合金的硬度比成分金属大，但熔、沸点比成分金属低。晶体熔、沸点高低的判断3.下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()①O2、I2、Hg②CO、KCl、SiO2③Na、