第三章 晶体结构与性质【知识清单】-2024-2025学年高二化学单元速记·巧练（人教版2019选择性必修2）

第三章 晶体结构与性质 01 思维导图 02 考点速记 第1节 物质的聚集状态与晶体常识 一、物质的聚集状态 1．物质三态间的相互转化 2．物质的聚集状态 物质的聚集状态除了气态、液态、固态外，还有更多的物质聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 ★易错提醒 构成物质三态的粒子不一定都是分子，还可以是原子或离子等，如水的三态都是由分子构成的，离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 二、晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的本质差异 自范性 微观结构 晶体 有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 没有 原子排列相对无序 2．晶体的特点 (1)自范性： ①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 ②形成条件：晶体生长的速率适当。 ③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。 (2)各向异性：许多物理性质常常会表现出各向异性。 (3)晶体有固定的熔点。 (4)外形和内部质点排列的高度有序性。 3．获得晶体的途径 (1)熔融态物质凝固。 (2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 (3)溶质从溶液中析出。 三、晶胞 1．概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 2．结构：常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 (1)“无隙”：相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 3．晶胞中粒子数目的计算 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 ①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用； ②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用； ③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为8×＋6×＝4。 (2)几种晶胞中原子数目的确定。 结合图示，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为2、2、8、8。 钠、锌、碘、金刚石晶胞图 四、晶体结构的测定 1．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。在X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。 2．由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。 五、晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别 方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 六、晶体的其他基本性质 1．均一性：晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 2．对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上存在有规律的重复，就是对称性。 3．稳定性：结晶状态是一个相对稳定的状态。 ★易错提醒 晶体与非晶体的认识误区 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 七、均摊法确定晶胞中粒子的个数 均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的属于这个晶胞。 1．长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算： 2．六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算： 3．均摊法在计算其他结构晶胞中微粒数的应用 其他结构晶胞中微粒数目的计算同样可以用均摊法，其关键是根据立体结构特点分析某处微粒被几个晶胞共用。如：某晶体的晶胞结构如图所示，该晶胞中，1个A微粒为12个晶胞共用，1个C微粒为1个晶胞所有，而B微粒分两种情况；位于上底面和下底面棱上的B微粒被4个晶胞共用，位于侧面棱上的B微粒被6个晶胞共用，则一个晶胞中包含的A、B、C三种微粒的数目分别是、2、1，则该晶体的化学式(按A、B、C顺序)为AB4C2。 八、晶体密度的计算 ρ＝(n0：晶胞包含的物质组成个数，M：该物质组成的摩尔质量，a：晶胞边长，NA：阿伏加德罗常数。 例如：如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝g·cm－3。 (1)根据均摊法计算出1个晶胞中，各种原子个数的最简整数比可确定该物质的化学式。 (2)对于独立原子构成的分子，其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，由于M、N原子并不存在共用关系，所以由气态团簇分子结构图可知，其分子式可由示意图查原子个数来确定，M原子共14个，N原子13个，即分子式为M14N13。 第二节 分子晶体与共价晶体 一、分子晶体及其结构特点 1．概念 只含分子的晶体。 2．粒子间的作用 分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。 3．常见分子晶体及物质类别 物质种类 实例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4．分子晶体的常见堆积方式 分子间作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用密堆积， 每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2 范德华 力、氢键 分子不采用密堆积， 每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰 二、两种典型的分子晶体的组成和结构 1．冰 (1)水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。 (2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。 2．干冰 (1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。 (2)①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。 ②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。 三、分子晶体的物理性质 1．物理特性 (1)分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。 (2)一般是绝缘体，熔融状态不导电。 (3)溶解性符合“相似相溶规律”。 2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律 (1)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。 (2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。 ◆归纳总结 1．分子晶体的物理性质 (1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。 (2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 (3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。 2．分子晶体熔、沸点比较规律 (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。 (2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。 (3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。 (4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 比较分子晶体熔、沸点高低时，首先要判断分子间是否存在氢键。若不存在氢键，再看分子的组成和结构是否相似，若分子的组成和结构相似，则相对分子质量越大，分子晶体的熔、沸点越高。 四、共价晶体的结构和性质 1．共价晶体的结构特点 (1)构成粒子及作用力 共价晶体 (2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。 2．共价晶体与物质的类别 物质种类 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等 3．共价晶体的熔、沸点 (1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。 (2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 五、典型的共价晶体 1．金刚石 (1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。 (2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。 (3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。 2．二氧化硅晶体 (1)二氧化硅的结构 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性(左、右型)。 　石英的左、右型晶体 ①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。 ②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。 ③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。 (2)二氧化硅的用途 二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 ◆归纳总结 1．分子晶体和共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体 组成微粒 分子 原子 物质类别 多数非金属单质和共价化合物 金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等 微粒间的作用力 分子间作用力 共价键 熔化时需 克服的作用力 较弱的分子间作用力 很强的共价键 物理性质 熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔融态时一般都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔融态时多数不导电，但晶体Si、晶体Ge为半导体，能导电 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 决定熔、沸点 高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱 典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅 2．共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较 (1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体 理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。 (2)晶体类型相同 ①共价晶体 一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 ②分子晶体 a．若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。 b．组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；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，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。 d．同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 ★易错提醒 (1)共价晶体中一定存在共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体，只有原子间形成共价键三维骨架结构时才形成共价晶体。 (2)共价晶体中不存在分子，晶体中所有原子全部参与形成共价键，故共价晶体熔化时破坏的作用力是共价键。 (3)可以根据晶体的熔、沸点来判断晶体的类型，如分子晶体和共价晶体的物理性质的差别主要表现在两者的硬度和熔、沸点大小上，前者远小于后者。 (4)结构相似的共价晶体，成键原子半径越小，键能越大，对应的共价晶体的熔、沸点越高。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅(键长Si—Si>C—Si>C—C，键能C—C>C—Si>Si—Si)。 第三节 金属晶体与离子晶体 一、金属键 定义 在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 成键粒子 金属阳离子和自由电子。 成键条件 金属单质或合金。 成键本质 电子气理论：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 二、金属晶体 1．金属晶体：通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。 2．用电子气理论解释金属的物理性质 ★易错提醒 （1）温度越高，金属的导电能力越弱。（2）合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 （3）金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。一般来说，金属阳离子所带电荷越多，阳离子半径越小，金属键就越强。 三、离子晶体 1．结构特点 构成粒子 阳离子和阴离子。 作用力 离子键。 配位数 一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。 ★易错提醒 大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子。离子晶体中不仅有离子键还存在共价键、氢键等。 2．常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl 晶胞 阳离子的配位数 6 8 阴离子的配位数 6 8 晶胞中所含离子个数 Cl－(4个) Na＋(4个) Cs＋(1个) Cl－(1个) 3．物理性质 (1)硬度较大，难于压缩。 (2)熔点和沸点较高。 (3)固体不导电，但在熔融状态或水溶液时能导电。 ★易错提醒 (1)离子晶体中无分子。如NaCl、CsCl只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式，不是分子式。 (2)离子晶体中一定有离子键，可能有共价键和氢键等，如KNO3等晶体中既有离子键又有共价键；CuSO4·5H2O中除离子键外，还含有共价键和氢键。 (3)离子晶体中，每一个阴(阳)离子周围排列的带相反电荷离子的数目是固定的，不是任意的。 4．离子晶体的性质 性质 原因 熔、 沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 5．离子晶体的判断 判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。 (1)利用物质的分类 金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。 (2)利用元素的性质和种类 如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。 (3)利用物质的性质 离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。 四、过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)四类典型的晶体是指分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。 (2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。 ①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 从上表可知，表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。 ②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。 ★易错提醒 四类典型晶体都有过渡晶体存在。 2．混合型晶体 (1)晶体模型 石墨结构中未参与杂化的p轨道 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。 ②层与层之间靠范德华力维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。 (4)性质：熔点很高、质软、易导电等。 第四节 配合物与超分子 一、配合物 1．配位键 (1)概念：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。 ★易错提醒 配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。 (2)配位键的形成条件 ①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 ②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。 (3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。 2．配位化合物 (1)配合物的概念：把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均为配合物。 (2)配合物的形成 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 [Cu(NH3)4]SO4· H2O Cu2＋＋2NH3·H2O ===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－ 溶液变血红色 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的无色溶液 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3) 2]Cl 上述实验现象产生的原因主要是配离子的形成。以配离子[Cu(NH3)4]2＋为例，NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2＋可表示为。 (3)配合物的组成 配合物[Cu(NH3)4]SO4其组成如下图所示： ①中心原子是提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。 ②配体是提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。 ③配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]4－中配位数为6。 二、超分子 1．概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 ★易错提醒 超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 2．超分子的实例 (1)分离C60和C70 (2)冠醚识别碱金属离子 冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。 (3)超分子两个的重要特征——分子识别、自组装 ◆归纳总结 1．配位键与共价键的关系 (1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方提供具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。 (2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。 (3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NH)。 2．配合物的形成对物质性质的影响 (1)溶解性的影响：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。 (2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下： Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)。 (3)稳定性增强：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。 3．配合物内界中共价键数目的判断 若配体为单核离子如Cl－等，可以不予计入，若为分子，需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数，此外，还要加上中心原子与配体形成的配位键，这也是σ键。例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18。 03 素养提升 ◆判断正误 考点一　物质的聚集状态与晶体常识 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)晶胞是晶体的最小重复单元。 ( ) (2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。 ( ) (3)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。 ( ) (4)雪花是水蒸气凝华得到的晶体。 ( ) (5)凡是有规则外形的固体一定是晶体(　 　) (6)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性(　 　) (7)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。(　 　) (8)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　 　) (9)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。(　 　) (10)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。(　 　) (11)粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。(　 　) (12)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。(　 　) (13)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。(　 　) 【答案】(1)(√)(2)(×)(3)(×)(4)(√)(5)(×)(6)(√)(7)(×)(8)(×)(9)(√)(10)(√)(11)(×)(12)(√)(13)(√) 考点二　分子晶体与共价晶体 2．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)分子晶体中只存在分子间作用力。 ( ) (2)分子晶体熔化时共价键断裂。 ( ) (3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定。 ( ) (4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。 ( ) (5)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。 ( ) (6)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同。 ( ) (7)由于共价键的键能远大于分子间作用力，故共价晶体的熔点比分子晶体高。 ( ) (8)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。(　 　) (9)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　 　) (10)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　 　) 【答案】(1) (×)(2) (×)(3) (×)(4) (√)(5) (×)(6) (×)(7) (√)(8) (√)(9) (√)(10) (×) 考点三　金属晶体与离子晶体 3．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在。 ( ) (2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失。 ( ) (3)金属晶体的构成粒子为金属原子。 ( ) (4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。 ( ) (5)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。(　 　) (6)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　 　) (7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　 　) (8)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个。(　 　) (9)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。(　 　) (10)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个，Na＋周围最近的Cl－构成一个正八面体。(　) (11)如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为21∶14∶9。(　) 【答案】(1) (×)(2) (√)(3) (×)(4) (√)(5) (√)(6) (√)(7) (×)(8) (√)(9) (×)(10) (√)(11) (×) 考点四　配合物与超分子 4．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。 ( ) (2)配位键是一种特殊的共价键。 ( ) (3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。 ( ) (4)普鲁士蓝{Fe4[Fe(CN)6]3}中含有离子键和配位键。 ( ) 【答案】(1) (√)(2) (√)(3) (√)(4) (√) ◆易错点辨析 1．具有规则几何外形的固体，一定是晶体吗？ 【解析】不一定。晶体规则的几何外形是自发形成的。在人力作用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体，如玻璃、塑料等相关制品。 2．晶胞是否全是平行六面体？由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？ 【解析】不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 3．雪花和冰都是由水分子凝聚成的，二者中，水分子间的作用力类型是否相同？ 【解析】雪花和冰中水分子间的作用力类型相同。 4．自然形成的固体盐为方形，如果我们将盐溶液快速加热，能否得到“方形”盐？ 【解析】不能。晶体呈现自范性需满足一定条件，条件之一是晶体生长的速率适当。将盐溶液快速加热常得到看不到多面体外形的粉末或无规则外形的块状物。 5．在一定温度下，将不规则的NaCl固体，放入饱和NaCl溶液中，经过一段时间，会发生什么变化？为什么？ 【解析】NaCl固体会变为规则的立方体。因为溶解和结晶是可逆过程，根据晶体的自范性可知，在溶解和结晶的过程中，离子会自发地规则排列，形成规则的立方体。 6．晶体的“空间点阵结构”中，构成晶体的相邻微粒间是否相切？ 【解析】是。构成晶体的微粒是“无隙并置”的，故这些相邻微粒间相切。 7．如何理解晶体结构中“周期性重复单位”？ 【解析】“周期性重复单位”是指晶体中最小的结构单元可以无限重复(答案合理即可)。 8．晶体的化学式表达的意义是什么？ 【解析】晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。 9．已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 【解析】由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。 10．为什么冰融化为水时，密度增大？ 【解析】在冰晶体中，每个分子周围只有4个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。 11．为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？ 【解析】由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，冰晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量＞H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。 12．干冰升华过程中破坏共价键吗？ 【解析】干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。 13．SiO2是二氧化硅的分子式吗？ 【解析】二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。 14．金刚石晶体和富勒烯晶体的构成微粒相同吗？ 【解析】不同。富勒烯晶体的构成微粒为分子，金刚石晶体的构成微粒为原子。 15．金刚石晶体和富勒烯晶体受热熔化时克服的微粒间作用力相同吗？ 【解析】不同。前者受热熔化时克服共价键，后者受热熔化时克服分子间作用力。 16．以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？ 【解析】①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有分子。②微粒间作用力不同，共价晶体中原子间只存在共价键，而分子晶体中分子之间存在分子间作用力。 17．合金是什么？合金中存在金属键吗？ 【解析】合金就是由两种或两种以上的金属或者金属与非金属组成的具有金属特性的物质。合金中含有金属阳离子和自由电子，所以，含有金属键。 18．记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？ 【解析】具有。因为记忆合金中也存在金属键，也存在金属阳离子和自由电子，所以二者相互碰撞可以传递热量。 19．记忆金属在医学上有何应用？ 【解析】镍钛合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。(此答案合理即可)。 20．离子晶体是否全由金属元素与非金属元素组成？ 【解析】不一定，如NH4Cl固体是离子晶体但它不含金属元素。 21．石墨为什么具有良好的导电性？ 【解析】由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有导电性。 22．判断超氧化钾的晶体类型是什么？ 【解析】离子晶体。 23．超氧化钾晶体中含有的化学键类型有哪些？ 【解析】超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O、K＋，晶体中K＋与O以离子键相结合，O中O—O为共价键。 24．水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的有哪些？ ①氧原子的杂化类型发生了改变 ②粒子的形状发生了改变 ③粒子的化学性质发生了改变 ④粒子中的键角发生了改变 【解析】水中氧原子以sp3杂化形成4个轨道，其中2个轨道是由孤电子对占据的，依据价层电子对互斥模型，孤电子对也参与互相排斥，水的空间构型为V形。在一定条件下水与氢离子结合形成配位键，这样氧原子与3个氢原子间的共用电子对和剩下的一对孤电子对相互排斥形成了三角锥形分子；同时其键角也发生改变，形成的粒子兼有水和氢离子的性质。故只有①不正确。 25．将白色的无水CuSO4溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配离子。请写出生成此配离子的离子方程式。 【解析】Cu2＋＋4H2O===[Cu(H2O)4]2＋ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！28 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 晶体结构与性质 01 思维导图 02 考点速记 第1节 物质的聚集状态与晶体常识 一、物质的聚集状态 1．物质三态间的相互转化 2．物质的聚集状态 物质的聚集状态除了 、 、 外，还有更多的物质聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 ★易错提醒 构成物质三态的粒子不一定都是分子，还可以是原子或离子等，如水的三态都是由分子构成的，离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 二、晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的本质差异 自范性 微观结构 晶体 原子在三维空间里呈 排列 非晶体 原子排列相对 2．晶体的特点 (1)自范性： ①定义：晶体能 呈现 外形的性质。 ②形成条件：晶体 适当。 ③本质原因：晶体中粒子在 里呈现 的宏观表象。 (2)各向异性：许多物理性质常常会表现出各向异性。 (3)晶体有固定的 。 (4)外形和内部质点排列的高度 。 3．获得晶体的途径 (1) 物质凝固。 (2) 物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 (3) 从溶液中析出。 三、晶胞 1．概念：晶胞是描述晶体结构的 。 2．结构：常规的晶胞都是 ，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“ ”而成。 (1)“无隙”：相邻晶胞之间没有任何 。 (2)“并置”：所有晶胞都是 排列的，取向 。 (3)所有晶胞的 及其内部的 、 及 是完全相同的。 3．晶胞中粒子数目的计算 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 ①晶胞的顶角原子是 个晶胞共用； ②晶胞棱上的原子是 个晶胞共用； ③晶胞面上的原子是 个晶胞共用。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为 。 (2)几种晶胞中原子数目的确定。 结合图示，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为 、 、 、 。 钠、锌、碘、金刚石晶胞图 四、晶体结构的测定 1．测定晶体结构最常用的仪器是 。在X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生 或 。 2．由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。 五、晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别 方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 六、晶体的其他基本性质 1．均一性：晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 2．对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上存在有规律的重复，就是对称性。 3．稳定性：结晶状态是一个相对稳定的状态。 ★易错提醒 晶体与非晶体的认识误区 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 七、均摊法确定晶胞中粒子的个数 均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的属于这个晶胞。 1．长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算： 2．六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算： 3．均摊法在计算其他结构晶胞中微粒数的应用 其他结构晶胞中微粒数目的计算同样可以用均摊法，其关键是根据立体结构特点分析某处微粒被几个晶胞共用。如：某晶体的晶胞结构如图所示，该晶胞中，1个A微粒为12个晶胞共用，1个C微粒为1个晶胞所有，而B微粒分两种情况；位于上底面和下底面棱上的B微粒被4个晶胞共用，位于侧面棱上的B微粒被6个晶胞共用，则一个晶胞中包含的A、B、C三种微粒的数目分别是、2、1，则该晶体的化学式(按A、B、C顺序)为AB4C2。 八、晶体密度的计算 ρ＝(n0：晶胞包含的物质组成个数，M：该物质组成的摩尔质量，a：晶胞边长，NA：阿伏加德罗常数。 例如：如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝g·cm－3。 (1)根据均摊法计算出1个晶胞中，各种原子个数的最简整数比可确定该物质的化学式。 (2)对于独立原子构成的分子，其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，由于M、N原子并不存在共用关系，所以由气态团簇分子结构图可知，其分子式可由示意图查原子个数来确定，M原子共14个，N原子13个，即分子式为M14N13。 第二节 分子晶体与共价晶体 一、分子晶体及其结构特点 1．概念 只含分子的晶体。 2．粒子间的作用 分子晶体中相邻的分子间以 相互吸引。 3．常见分子晶体及物质类别 物质种类 实例 所有 H2O、NH3、CH4等 部分 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4．分子晶体的常见堆积方式 分子间作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用 ， 每个分子周围有 个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2 范德华 力、氢键 分子不采用 ， 每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰 二、两种典型的分子晶体的组成和结构 1．冰 (1)水分子之间的主要作用力是 ，当然也存在 。 (2) 有方向性，它的存在迫使在 的每个水分子与 方向的 个相邻水分子互相吸引。 2．干冰 (1)干冰中的CO2分子间只存在 ，不存在 。 (2)①每个晶胞中有 个CO2分子， 个原子。 ②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。 三、分子晶体的物理性质 1．物理特性 (1)分子晶体的熔、沸点 ，密度 ，硬度较小，较易熔化和挥发。 (2)一般是绝缘体，熔融状态不导电。 (3)溶解性符合“相似相溶规律”。 2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律 (1)分子晶体中分子间作用力 ，物质熔、沸点 ，反之 。 (2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点 。 ◆归纳总结 1．分子晶体的物理性质 (1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。 (2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 (3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。 2．分子晶体熔、沸点比较规律 (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。 (2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。 (3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。 (4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 比较分子晶体熔、沸点高低时，首先要判断分子间是否存在氢键。若不存在氢键，再看分子的组成和结构是否相似，若分子的组成和结构相似，则相对分子质量越大，分子晶体的熔、沸点越高。 四、共价晶体的结构和性质 1．共价晶体的结构特点 (1)构成粒子及作用力 共价晶体 (2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键 结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。 2．共价晶体与物质的类别 物质种类 实例 某些 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些 二氧化硅(SiO2)等 3．共价晶体的熔、沸点 (1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有 的熔点。 (2)结构相似的共价晶体，原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，晶体的熔点越 。 五、典型的共价晶体 1．金刚石 (1)碳原子采取 杂化，C—C—C夹角为 。 (2)每个碳原子与周围紧邻的 个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。 (3)最小碳环由 个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。 2．二氧化硅晶体 (1)二氧化硅的结构 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的 成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性(左、右型)。 　石英的左、右型晶体 ①Si原子采取 杂化，正四面体内O—Si—O键角为 。 ②每个Si原子与 个O原子形成 个共价键， 原子位于正四面体的中心， 原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被 个硅氧正四面体共用；每个O原子和 个Si原子形成 个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为 。 ③最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子。 (2)二氧化硅的用途 二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 ◆归纳总结 1．分子晶体和共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体 组成微粒 分子 原子 物质类别 多数非金属单质和共价化合物 金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等 微粒间的作用力 分子间作用力 共价键 熔化时需 克服的作用力 较弱的分子间作用力 很强的共价键 物理性质 熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔融态时一般都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔融态时多数不导电，但晶体Si、晶体Ge为半导体，能导电 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 决定熔、沸点 高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱 典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅 2．共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较 (1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体 理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。 (2)晶体类型相同 ①共价晶体 一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 ②分子晶体 a．若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。 b．组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；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，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。 d．同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 ★易错提醒 (1)共价晶体中一定存在共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体，只有原子间形成共价键三维骨架结构时才形成共价晶体。 (2)共价晶体中不存在分子，晶体中所有原子全部参与形成共价键，故共价晶体熔化时破坏的作用力是共价键。 (3)可以根据晶体的熔、沸点来判断晶体的类型，如分子晶体和共价晶体的物理性质的差别主要表现在两者的硬度和熔、沸点大小上，前者远小于后者。 (4)结构相似的共价晶体，成键原子半径越小，键能越大，对应的共价晶体的熔、沸点越高。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅(键长Si—Si>C—Si>C—C，键能C—C>C—Si>Si—Si)。 第三节 金属晶体与离子晶体 一、金属键 定义 在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 成键粒子 和 。 成键条件 或 。 成键本质 电子气理论：金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把 维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 二、金属晶体 1．金属晶体：通过金属阳离子与 之间的较强作用形成的单质晶体。 2．用电子气理论解释金属的物理性质 ★易错提醒 （1）温度越高，金属的导电能力越弱。（2）合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 （3）金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。一般来说，金属阳离子所带电荷越多，阳离子半径越小，金属键就越强。 三、离子晶体 1．结构特点 构成粒子 和 。 作用力 。 配位数 一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。 ★易错提醒 大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子。离子晶体中不仅有离子键还存在共价键、氢键等。 2．常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl 晶胞 阳离子的配位数 6 8 阴离子的配位数 6 8 晶胞中所含离子个数 Cl－(4个) Na＋(4个) Cs＋(1个) Cl－(1个) 3．物理性质 (1)硬度 ，难于压缩。 (2)熔点和沸点 。 (3)固体不导电，但在 时能导电。 ★易错提醒 (1)离子晶体中无分子。如NaCl、CsCl只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式，不是分子式。 (2)离子晶体中一定有离子键，可能有共价键和氢键等，如KNO3等晶体中既有离子键又有共价键；CuSO4·5H2O中除离子键外，还含有共价键和氢键。 (3)离子晶体中，每一个阴(阳)离子周围排列的带相反电荷离子的数目是固定的，不是任意的。 4．离子晶体的性质 性质 原因 熔、 沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 5．离子晶体的判断 判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。 (1)利用物质的分类 金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。 (2)利用元素的性质和种类 如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。 (3)利用物质的性质 离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。 四、过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)四类典型的晶体是指 晶体、 晶体、 晶体和 晶体。 (2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。 ①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 从上表可知，表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。 ②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如 等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如 、 等。 ★易错提醒 四类典型晶体都有过渡晶体存在。 2．混合型晶体 (1)晶体模型 石墨结构中未参与杂化的p轨道 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成 。 ②层与层之间靠 维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于 。 (4)性质：熔点 、质软、 导电等。 第四节 配合物与超分子 一、配合物 1．配位键 (1)概念：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。 ★易错提醒 配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。 (2)配位键的形成条件 ①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 ②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。 (3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。 2．配位化合物 (1)配合物的概念：把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以 结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均为配合物。 (2)配合物的形成 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后，试管中首先出现 ，氨水过量后沉淀逐渐 ，滴加乙醇后析出 色晶体 [Cu(NH3)4]SO4· H2O 溶液 白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的无色溶液 上述实验现象产生的原因主要是配离子的形成。以配离子[Cu(NH3)4]2＋为例，NH3分子中氮原子的 进入Cu2＋的 ，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过 形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2＋可表示为。 (3)配合物的组成 配合物[Cu(NH3)4]SO4其组成如下图所示： ①中心原子是 的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。 ②配体是 的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中 的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。 ③配位数是直接与中心原子形成的 的数目。如[Fe(CN)6]4－中配位数为 。 二、超分子 1．概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 ★易错提醒 超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 2．超分子的实例 (1)分离C60和C70 (2)冠醚识别碱金属离子 冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。 (3)超分子两个的重要特征—— 、 ◆归纳总结 1．配位键与共价键的关系 (1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方提供具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。 (2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。 (3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NH)。 2．配合物的形成对物质性质的影响 (1)溶解性的影响：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。 (2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下： Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)。 (3)稳定性增强：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。 3．配合物内界中共价键数目的判断 若配体为单核离子如Cl－等，可以不予计入，若为分子，需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数，此外，还要加上中心原子与配体形成的配位键，这也是σ键。例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18。 03 素养提升 ◆判断正误 考点一　物质的聚集状态与晶体常识 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)晶胞是晶体的最小重复单元。 ( ) (2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。 ( ) (3)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。 ( ) (4)雪花是水蒸气凝华得到的晶体。 ( ) (5)凡是有规则外形的固体一定是晶体(　 　) (6)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性(　 　) (7)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。(　 　) (8)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。(　 　) (9)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。(　 　) (10)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。(　 　) (11)粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。(　 　) (12)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。(　 　) (13)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。(　 　) 考点二　分子晶体与共价晶体 2．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)分子晶体中只存在分子间作用力。 ( ) (2)分子晶体熔化时共价键断裂。 ( ) (3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定。 ( ) (4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。 ( ) (5)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。 ( ) (6)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同。 ( ) (7)由于共价键的键能远大于分子间作用力，故共价晶体的熔点比分子晶体高。 ( ) (8)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。(　 　) (9)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　 　) (10)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　 　) 考点三　金属晶体与离子晶体 3．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在。 ( ) (2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失。 ( ) (3)金属晶体的构成粒子为金属原子。 ( ) (4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。 ( ) (5)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。(　 　) (6)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。(　 　) (7)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高。(　 　) (8)金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个。(　 　) (9)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。(　 　) (10)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个，Na＋周围最近的Cl－构成一个正八面体。(　) (11)如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为21∶14∶9。(　) 考点四　配合物与超分子 4．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。 ( ) (2)配位键是一种特殊的共价键。 ( ) (3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。 ( ) (4)普鲁士蓝{Fe4[Fe(CN)6]3}中含有离子键和配位键。 ( ) ◆易错点辨析 1．具有规则几何外形的固体，一定是晶体吗？ 2．晶胞是否全是平行六面体？由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？ 3．雪花和冰都是由水分子凝聚成的，二者中，水分子间的作用力类型是否相同？ 4．自然形成的固体盐为方形，如果我们将盐溶液快速加热，能否得到“方形”盐？ 5．在一定温度下，将不规则的NaCl固体，放入饱和NaCl溶液中，经过一段时间，会发生什么变化？为什么？ 6．晶体的“空间点阵结构”中，构成晶体的相邻微粒间是否相切？ 7．如何理解晶体结构中“周期性重复单位”？ 8．晶体的化学式表达的意义是什么？ 9．已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 10．为什么冰融化为水时，密度增大？ 11．为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？ 12．干冰升华过程中破坏共价键吗？ 13．SiO2是二氧化硅的分子式吗？ 14．金刚石晶体和富勒烯晶体的构成微粒相同吗？ 15．金刚石晶体和富勒烯晶体受热熔化时克服的微粒间作用力相同吗？ 16．以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？ 17．合金是什么？合金中存在金属键吗？ 18．记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？ 19．记忆金属在医学上有何应用？ 20．离子晶体是否全由金属元素与非金属元素组成？ 21．石墨为什么具有良好的导电性？ 22．判断超氧化钾的晶体类型是什么？ 23．超氧化钾晶体中含有的化学键类型有哪些？ 24．水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的有哪些？ ①氧原子的杂化类型发生了改变 ②粒子的形状发生了改变 ③粒子的化学性质发生了改变 ④粒子中的键角发生了改变 25．将白色的无水CuSO4溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配离子。请写出生成此配离子的离子方程式。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！28 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$