专题02 微粒间作用力与物质性质(考题猜想）(9大题型)-2024-2025学年高二化学下学期期中考点大串讲（苏教版2019选择性必修2）

专题02 微粒间作用力与物质性质 题型一 金属键和金属晶体 题型二 均摊法分析晶胞的组成 题型三 离子晶体的结构和性质 题型四 共价键的形成和类型 题型五 共价晶体的结构和性质 题型六 分子间作用力 氢键对物质性质的影响 题型七 分子晶体的结构和性质 题型八 不同类型的晶体比较 题型九 有关晶体结构的计算 ◆题型一 金属键和金属晶体 【例1-1】金属钾、铜的部分结构和性质的数据如下表所示，则下列说法错误的是(　　) 金属 K Cu 原子外围电子排布 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/kJ·mol－1 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A．单位体积内自由电子数目：K<Cu B．金属键强弱顺序为K<Cu C．金属的硬度大小顺序为K<Cu D．两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小 【解题要点】金属熔、沸点高低的比较 金属中的金属键越强，金属的熔、沸点越高。 (1)同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点逐渐升高。 (2)同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点逐渐降低。 (3)一般来说，合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 (4)金属的熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低，而铁等金属熔点很高。 【变式1-1】某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线。当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警，“防盗玻璃”能报警是利用了金属的(　　) A．延展性 B．导电性 C．弹性 D．导热性 【变式1-2】下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排列正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Na B．Al＞Na＞Li C．Li>Na＞K D．Be＞Mg＞Al ◆题型二 均摊法分析晶胞的组成 【例2-1】已知X、Y、Z三种元素组成的化合物，其晶胞如图所示，则下列表示该化合物的化学式正确的是(　　) A．ZXY3 B．ZX2Y6 C．ZX4Y8 D．ZX8Y12 【例2-2】硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为(　　) A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2 【解题要点】 1．用均摊法计算晶胞中粒子个数 均摊法：指在一个晶胞中按比例均摊出该晶胞中的每个粒子，如某个粒子为n个图形(晶胞)所共有，则该粒子有属于某个图形(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)六棱柱结构中不同位置的粒子数的计算 如图所示，六方结构中所含微粒数目为12×＋3＋2×＝6。 (3)正三棱柱形晶体结构中不同位置的数子数的计算： 2．配位数的判断 (1)含义：通常把晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近的粒子数目称为该粒子的配位数。 (2)一些结构的配位数 堆积方式 图式 配位数 非密置层 4 密置层 6 简单立方堆积 6 体心立方堆积 8 面心立方堆积 12 【变式2-1】某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如图所示，则该晶体的化学式可表示为(　　) A．A2B B．AB C．AB2 D．A3B 【变式2-2】钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如右图所示。该晶体的化学式为(　　) A．VO3 B．VO2 C．V2O3 D．V2O4 【变式2-3】(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示，该氯化物的化学式是________。 　 (2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。 (3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图2为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。 (4)某晶体结构模型如图3所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。 (5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图4所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为________。 A．Ti14C13 B．TiC C．Ti14C4 D．Ti4C3 ◆题型三 离子晶体的结构和性质 【例3-1】高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构(与NaCl晶体结构相似)。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。则有关下列说法不正确的是(　　) A．KO2中既存在离子键也存在共价键 B．一个KO2晶胞中摊得的K＋和O粒子数均为4个 C．晶体中与每个K＋距离最近的O有8个 D．与K＋距离相等且最近的K＋有12个 【例3-2】①NaF、②NaI、③MgO均为离子化合物，根据表中数据，推知这三种化合物的熔点高低顺序是(　　) 物质 ① ② ③ 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10 m) 2.31 3.18 2.10 A．①>②>③ B．③>①>② C．③>②>① D．②>①>③ 【解题要点】 1．离子晶体的结构特点 (1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键，由于离子键没有方向性和饱和性，故离子晶体一般采取密堆积方式。 (2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。 (3)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。 2．典型离子晶体的结构 NaCl型 CsCl型 ZnS型 CaF2型 晶胞 物质 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BeO、BeS等 BaF2、PbF2、CeO2等 3．离子晶体的性质 性质 规律及原因解释 熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。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。且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。但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 固态不导电，但熔融或溶于水后能导电：离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。当升高温度或溶于水时，变成自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。 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。 延展性 离子晶体无延展性：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。 【变式3-1】下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是(　　) A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3 B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr C．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2 D．硬度：MgO＞CaO＞BaO 【变式3-2】如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是(　　) A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 【变式3-3】一种离子晶体的晶胞结构如图所示。其中阳离子A用表示，阴离子B用表示。 (1)每个晶胞中含A的数目为________个，含B的数目为________个。 (2)若A的核外电子排布与Ar的相同，B的核外电子排布与Ne的相同，则该离子化合物的化学式为________。 (3)该离子晶体中阳离子的配位数为________，阴离子的配位数为________。 ◆题型四 共价键的形成和类型 【例4-1】下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　) A．H2O2(过氧化氢)：H—O===O—H B．N2H4(肼)： C．C2H5SH(乙硫醇)： D．SiHCl3(三氯氢硅)： 【例4-2】下列分子中既含有σ键又含有π键的是(　　) A．CH4 B．NH3 C．CO2 D．F2 【解题要点】 (1)两原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定有σ键，可能有π键。 (2)以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转。 (3)通常情况下，σ键比π键牢固，π键容易断裂，如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼，但N2中的π键由于电子云重叠程度大，π键牢固，故N2中的π键不易断裂，不易发生反应。 (4)通常可通过元素电负性的差值来判断键的极性强弱，一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键极性就越强。 【变式4-1】丁烯二酸(HOOCCH===CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是(　　) A．4个σ键，1个π键 B．11个σ键，3个π键 C．4个σ键，3个π键 D．9个σ键，5个π键 【变式4-2】下列关于丙醇(CH3CH2CH2OH)分子的说法正确的是(　　) A．分子中共含有8个极性键 B．分子中含有配位键 C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键 【变式4-3】硝基胍的结构简式如图所示(“→”是配位键，属于σ键)。下列说法正确的是(　　) A．硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B．N原子间只能形成σ键 C．硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D．10.4 g硝基胍中含有0.3NA个π键 ◆题型五 共价晶体的结构和性质 【例5-1】美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(　　) A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该共价晶体有很高的熔、沸点 D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料 【例5-2】下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA C．金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 【解题要点】 (1)共价晶体的结构与性质 ①共价晶体中不存在单个的分子，构成晶体的微粒是原子，这些原子以共价键结合形成三维骨架结构，因此共价晶体的化学式代表的是各种原子的个数比。 ②共价晶体汽化或熔化时破坏的作用力是共价键。 ③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。 (2)金刚石和二氧化硅结构比较 金刚石 (1)每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均约为109°28′ (3)最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内 (4)每个C参与4个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，故C原子数与C—C键个数之比为1∶2 SiO2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2 (3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si (4)1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键 【变式5-1】二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法不正确的是(　　) A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元 B．1 mol Si形成2 mol Si—O键 C．图示结构单元中实际占有8个硅原子 D．方英石晶体中，Si原子和其紧邻的4个O构成正四面体 【变式5-2】下列说法正确的是(　　) A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA B．金刚石晶体中，碳原子数与C—C键键数之比为1∶2 C．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子 D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体 【变式5-3】磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法不正确的是(　　) A．磷化硼的化学式为BP B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C．磷化硼晶体属于共价晶体 D．磷化硼晶体在熔化时化学键被破坏 ◆题型六 分子间作用力 氢键对物质性质的影响 【例6-1】下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是(　　) A．NH3 B． 【例6-2】下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 B．CO2、CS2的熔、沸点依次升高 C． 、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱 D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高 【解题要点】 1．对范德华力和氢键的理解 (1)氢键和范德华力都属于分子间作用力，分子间作用力的作用远小于化学键的键能，氢键不是化学键。 (2)分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 (3)只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力。 (4)某些分子的分子间作用力包含范德华力和氢键，所以分子间作用力不等价于范德华力。 2．氢键对物质性质的影响 (1)氢键对物质熔、沸点的影响 分子间存在氢键时，物质在熔化或汽化时，除破坏范德华力外，还需破坏分子间的氢键，消耗更多的能量，所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。 ①ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种“反常”现象是由于它们各自的分子间形成了氢键。 ②互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的熔、沸点。 (2)氢键对物质溶解度的影响 如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。由于氨分子与水分子间能形成氢键，所以NH3极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水，都与它们的分子能与水分子形成氢键有关。 (3)氢键对水的密度的影响 液体分子间如果形成氢键，有可能发生缔合现象。例如，常温下液态水中除了含有简单H2O分子外，还含有通过氢键联系在一起的缔合分子(H2O)2、(H2O)3……(H2O)n等。一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子沿一定方向形成氢键，当所有水分子全部缔合——结冰后，所有的水分子按一定的方向全部形成了氢键，成为晶体，因此在冰的结构中形成许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。故冰的体积大于等质量的水的体积，冰的密度小于水的密度。 【变式6-1】有关氢键的下列说法正确的是(　　) A．氢键比范德华力强，是氢元素与其他元素形成的一种特殊的化学键 B．氢键是乙醇熔、沸点比乙烷高的原因之一 C．只有分子之间才可能形成氢键 D．HF是一种非常稳定的化合物，这是由于氟化氢分子间存在氢键所致 【变式6-2】下列现象与氢键有关的是(　　) ①HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高 ②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶 ③冰的密度比液态水的密度小 ④氨气极易溶于水 ⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低 ⑥水分子高温下也很稳定 A．①②③④⑤⑥ B．①②③④⑤ C．①②③④ D．①②③ 【变式6-3】回答下列问题。 (1)氨(NH3)的熔、沸点比联氨(N2H4)低的主要原因是_______________________________________。 (2)乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是_______________________________________。 (3)比较As的氢化物与同族第2、3周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由： _____________________________________________________________。 (4)H2SO4为粘稠状、难挥发性的强酸，而HNO3是易挥发性的强酸，其原因是 _____________________________________________________________。 ◆题型七 分子晶体的结构和性质 【例7-1】某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600 根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　) A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部 【例7-2】甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个甲烷晶胞中含有8个CH4分子 【解题要点】 (1)稀有气体单质是单原子分子，原子之间不存在共价键，固态时属于分子晶体。 (2)分子晶体熔融或汽化时，克服分子间作用力，不破坏化学键。 (3)冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只破坏范德华力，即冰融化除克服范德华力外还克服氢键。 (4)冰晶体中，每个水分子与其他4个水分子形成氢键，每个水分子平均形成2个氢键(每个氢键由2个水分子均摊，故4×＝2)。即1 mol冰晶体中含有2 mol氢键。 【变式7-1】下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　) ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥ C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②① 【变式7-2】水是生命之源，下图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是(　　) ①冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体 ②冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样 ③水分子间通过H—O形成冰晶体 ④冰晶体融化时，水分子之间的空隙减小 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ ◆题型八 不同类型的晶体比较 【例8-1】下列晶体的分类正确的一组是(　　) 选项 离子晶体 共价 晶体 分子晶体 金属 晶体 A CaC2 石墨 Ar Hg B 玻璃 金刚石 CH3CH2OH Ag C CH3COONa SiC Mg D Ba(OH)2 Si C60 NaH 【例8-2】下列比较不正确的是(　　) A．熔点由低到高：生铁<纯铁 B．硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅 C．熔点由高到低：Na＞Mg＞Al D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI 【解题要点】 1．四类晶体物理性质的比较 晶体类型 共价晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体 微粒间 作用力 共价键 离子键 分子间 作用力 金属键 硬度 大 较大 较小 不一定 熔、沸点 高 较高 较低 不一定 物质类别及举例 部分非金属单质(如金刚石、硅、硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2等) 金属氧化物(如Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl) 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) 金属单质 (如Na、Al、Fe)、合金 2．晶体熔、沸点高低的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律 共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。 (2)共价晶体 由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。 (3)离子晶体 一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，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。 (4)分子晶体 ①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。 ②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，F2＜Cl2＜Br2＜I2。 ③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。 【变式8-1】下列叙述正确的是(　　) A．熔、沸点由高到低的顺序：AsH3>PH3>NH3 B．熔、沸点由高到低的顺序：硅>金刚石>NaCl>I2 C．某物质熔点 1 067 ℃，易溶于水，其水溶液和熔融态均能导电，其晶体一定为离子晶体 D．硫磺与金刚石晶体熔化时，所克服的微粒间相互作用相同 【变式8-2】下列各组物质中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是(　　) A．CaCl2和NaOH B．碘、氖 C．CO2和H2O D．CCl4和KCl 【变式8-3】(1)苯胺()的晶体类型是________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是________________________________。 (2)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。 (3)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： ①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。 ②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。 ◆题型九 有关晶体结构的计算 【例9-1】磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是(　　) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．晶体中与Cu等距离且最近的Cu有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 【例9-2】由K、I、O构成的立方晶胞如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．该化合物的化学式为KIO3 B．微粒a的分数坐标为(0，，) C．该晶体密度的表达式为 g·cm－3 D．该晶胞的另一种表示中，I处于各顶点，则K处于体心位置 【解题要点】 1．晶体密度计算 (1)思维流程 (2)计算公式 ①晶体密度ρ＝ ＝ ②1个微粒的质量m＝(M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值) ③晶胞的体积V＝a3(立方体)＝abc(长方体) 2．晶体中原子间距离和晶胞参数计算 (1)思维流程 根据密度求晶胞中原子之间的距离时，可首先由密度计算出晶胞体积(晶胞质量由晶胞含有的微粒数计算)，再根据晶胞结构判断微粒间距与棱长的关系。 (2)立方晶胞参数a计算公式 a＝ 3．晶体中原子空间利用率计算 (1)思维流程 空间利用率是指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比，首先分析晶胞中原子个数和原子半径，计算出晶胞中所有原子的体积，其次根据立体几何知识计算出晶胞的棱长，再计算出晶胞的体积，即可顺利解答此类问题。 (2)计算公式 空间利用率＝×100% 【变式9-1】CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如图所示： 原子分数坐标可以表示晶胞内部各原子的相对位置，其中A原子分数坐标为(0,0,0)，B原子分数坐标为(0，，)，下列说法正确的是(　　) A．CaF2晶胞中，Ca2＋的配位数为4 B．C点的原子分数坐标为(，，) C．若晶胞中两个最近的F－之间距离为273.1 pm，则晶体密度可表示为 g·cm－3 D．F－和Ca2＋之间的最短距离是晶胞体对角线的 【变式9-2】铜镍合金的立方晶胞结构如图所示： (1)原子B的分数坐标为________。 (2)若该晶体密度为d g·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则铜镍原子间最短距离为________cm。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题02 微粒间作用力与物质性质 题型一 金属键和金属晶体 题型二 均摊法分析晶胞的组成 题型三 离子晶体的结构和性质 题型四 共价键的形成和类型 题型五 共价晶体的结构和性质 题型六 分子间作用力 氢键对物质性质的影响 题型七 分子晶体的结构和性质 题型八 不同类型的晶体比较 题型九 有关晶体结构的计算 ◆题型一 金属键和金属晶体 【例1-1】金属钾、铜的部分结构和性质的数据如下表所示，则下列说法错误的是(　　) 金属 K Cu 原子外围电子排布 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/kJ·mol－1 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A．单位体积内自由电子数目：K<Cu B．金属键强弱顺序为K<Cu C．金属的硬度大小顺序为K<Cu D．两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小 答案　D 解析　决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小，金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大；金属单位体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目，而不是金属的最外层电子数目。 【解题要点】金属熔、沸点高低的比较 金属中的金属键越强，金属的熔、沸点越高。 (1)同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点逐渐升高。 (2)同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点逐渐降低。 (3)一般来说，合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 (4)金属的熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低，而铁等金属熔点很高。 【变式1-1】某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线。当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警，“防盗玻璃”能报警是利用了金属的(　　) A．延展性 B．导电性 C．弹性 D．导热性 答案　B 解析　当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警，说明当玻璃被击碎时，形成闭合回路，利用了金属的导电性，故选B。 【变式1-2】下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排列正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Na B．Al＞Na＞Li C．Li>Na＞K D．Be＞Mg＞Al 答案　C 解析　一般而言，金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高。 ◆题型二 均摊法分析晶胞的组成 【例2-1】已知X、Y、Z三种元素组成的化合物，其晶胞如图所示，则下列表示该化合物的化学式正确的是(　　) A．ZXY3 B．ZX2Y6 C．ZX4Y8 D．ZX8Y12 答案　A 解析　该晶胞中，X原子均位于平行六面体的顶角，故含X的个数为8×＝1；Y原子均位于平行六面体的棱上，故含Y的个数为12×＝3；Z原子位于平行六面体内部，故含Z的个数为1，则该化合物的化学式为ZXY3，A项正确。 【例2-2】硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为(　　) A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2 答案　B 解析　棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。 【解题要点】 1．用均摊法计算晶胞中粒子个数 均摊法：指在一个晶胞中按比例均摊出该晶胞中的每个粒子，如某个粒子为n个图形(晶胞)所共有，则该粒子有属于某个图形(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)六棱柱结构中不同位置的粒子数的计算 如图所示，六方结构中所含微粒数目为12×＋3＋2×＝6。 (3)正三棱柱形晶体结构中不同位置的数子数的计算： 2．配位数的判断 (1)含义：通常把晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近的粒子数目称为该粒子的配位数。 (2)一些结构的配位数 堆积方式 图式 配位数 非密置层 4 密置层 6 简单立方堆积 6 体心立方堆积 8 面心立方堆积 12 【变式2-1】某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如图所示，则该晶体的化学式可表示为(　　) A．A2B B．AB C．AB2 D．A3B 答案　B 解析　由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A原子周围有4个B原子，每一个B原子周围有4个A原子。故该晶体的化学式可表示为AB。 【变式2-2】钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如右图所示。该晶体的化学式为(　　) A．VO3 B．VO2 C．V2O3 D．V2O4 答案　B 解析　由晶胞结构可知，V位于晶胞的顶角和体心，V的个数为1＋8×＝2；有4个O位于晶胞面上，2个O位于晶胞内部，则O的个数为4×＋2＝4，则该晶体的化学式为VO2，故选B。 【变式2-3】(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示，该氯化物的化学式是________。 　 (2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。 (3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图2为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。 (4)某晶体结构模型如图3所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。 (5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图4所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为________。 A．Ti14C13 B．TiC C．Ti14C4 D．Ti4C3 答案　(1)CuCl　(2)16　(3)2　BN (4)CoTiO3　6　12　(5)A 解析　(1)晶胞中灰球代表的微粒4个，白球代表的微粒6×＋8×＝4个，所以化学式为CuCl。(2)晶胞中含氧原子个数为×8＋×6＋4＝8，则该晶胞中铜原子数目是氧原子的2倍，即16个。(3)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×＋1＝2，灰球表示的原子个数为1＋4×＝2，所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个；N的电负性大于B，所以该陶瓷的化学式为BN。(4)晶胞中含有O：6×＝3个，含Co：8×＝1个，含Ti：1个，故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的体心，其周围距离最近的O原子位于6个面的中心，所以周围距离最近的O原子数目为6个；Co原子位于晶胞的顶点，O原子位于晶胞的面心，所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12个。(5)由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成。选项A正确。 ◆题型三 离子晶体的结构和性质 【例3-1】高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构(与NaCl晶体结构相似)。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。则有关下列说法不正确的是(　　) A．KO2中既存在离子键也存在共价键 B．一个KO2晶胞中摊得的K＋和O粒子数均为4个 C．晶体中与每个K＋距离最近的O有8个 D．与K＋距离相等且最近的K＋有12个 答案　C 解析　KO2是由K＋和O构成的，离子间存在离子键，O内存在共价键，A项正确；K＋在晶胞的顶点和面心(8×＋6×＝4)，O处于晶胞的棱上和体心(12×＋1＝4)，B项正确；K＋的上下、左右、前后，共6个O与K＋距离最近且相等，C项错误；与K＋距离相等且最近的K＋共12个，D项正确。 【例3-2】①NaF、②NaI、③MgO均为离子化合物，根据表中数据，推知这三种化合物的熔点高低顺序是(　　) 物质 ① ② ③ 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10 m) 2.31 3.18 2.10 A．①>②>③ B．③>①>② C．③>②>① D．②>①>③ 答案　B 解析　离子化合物的熔点高低主要取决于离子键的强弱(或晶格能的大小)，而离子键的强弱(或晶格能的大小)与离子所带的电荷数成正比，与离子间距离成反比。 【解题要点】 1．离子晶体的结构特点 (1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键，由于离子键没有方向性和饱和性，故离子晶体一般采取密堆积方式。 (2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。 (3)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。 2．典型离子晶体的结构 NaCl型 CsCl型 ZnS型 CaF2型 晶胞 物质 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BeO、BeS等 BaF2、PbF2、CeO2等 3．离子晶体的性质 性质 规律及原因解释 熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。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。且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。但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 固态不导电，但熔融或溶于水后能导电：离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。当升高温度或溶于水时，变成自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。 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。 延展性 离子晶体无延展性：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。 【变式3-1】下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是(　　) A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3 B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr C．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2 D．硬度：MgO＞CaO＞BaO 答案　A 解析　掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的关键。r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，熔点依次升高；r(F－)＜r(Cl－)＜r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小；在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4；r(Mg2＋)＜r(Ca2＋)＜r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。 【变式3-2】如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是(　　) A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 答案　D 解析　NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的，故D错误。 【变式3-3】一种离子晶体的晶胞结构如图所示。其中阳离子A用表示，阴离子B用表示。 (1)每个晶胞中含A的数目为________个，含B的数目为________个。 (2)若A的核外电子排布与Ar的相同，B的核外电子排布与Ne的相同，则该离子化合物的化学式为________。 (3)该离子晶体中阳离子的配位数为________，阴离子的配位数为________。 答案　(1)4　8　(2)CaF2　(3)8　4 解析　(1)A在顶点与面心，属于该晶胞的数目为8×＋6×＝4，B在内部，共有8个。(2)A、B个数比为1∶2，，根据题意可知A为Ca2＋、B为F－。(3)每个顶点上的A与8个晶胞中的8个B配位，1个B与1个顶点、3个面心的A配位。 ◆题型四 共价键的形成和类型 【例4-1】下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　) A．H2O2(过氧化氢)：H—O===O—H B．N2H4(肼)： C．C2H5SH(乙硫醇)： D．SiHCl3(三氯氢硅)： 答案　A 解析　由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键，即每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。 【例4-2】下列分子中既含有σ键又含有π键的是(　　) A．CH4 B．NH3 C．CO2 D．F2 答案　C 解析　CO2分子中含有碳氧双键，双键中既含有σ键又含有π键，而CH4、NH3、F2中只含有σ键。 【解题要点】 (1)两原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定有σ键，可能有π键。 (2)以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转。 (3)通常情况下，σ键比π键牢固，π键容易断裂，如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼，但N2中的π键由于电子云重叠程度大，π键牢固，故N2中的π键不易断裂，不易发生反应。 (4)通常可通过元素电负性的差值来判断键的极性强弱，一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键极性就越强。 【变式4-1】丁烯二酸(HOOCCH===CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是(　　) A．4个σ键，1个π键 B．11个σ键，3个π键 C．4个σ键，3个π键 D．9个σ键，5个π键 答案　B 解析　分子中含有1个C===C键，2个C===O键、2个C—H键、2个C—O键、2个C—C键、2个O—H键，其中C===C键、C===O键含有1个σ键、1个π键，其他都为σ键，则分子中含有11个σ键、3个π键。 【变式4-2】下列关于丙醇(CH3CH2CH2OH)分子的说法正确的是(　　) A．分子中共含有8个极性键 B．分子中含有配位键 C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键 答案　C 解析　1个丙醇(CH3CH2CH2OH)分子中共含有9个极性键，A项错误；分子中不含有配位键，B项错误；分子中只有单键，所以只有σ键，C项正确、D项错误。 【变式4-3】硝基胍的结构简式如图所示(“→”是配位键，属于σ键)。下列说法正确的是(　　) A．硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B．N原子间只能形成σ键 C．硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D．10.4 g硝基胍中含有0.3NA个π键 答案　C 解析　分子中N—N键为非极性键，A项错误；N原子间可以形成σ键和π键，B项错误；分子中含有4个N—H键、1个C===N键、1个N===O键、2个C—N键、1个N—N键和1个N→O键，σ键与π键的个数比是5∶1，C项正确；硝基胍的分子式为CN4H4O2，相对分子质量为104，10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol，含有0.2NA个π键，D项错误。 ◆题型五 共价晶体的结构和性质 【例5-1】美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(　　) A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该共价晶体有很高的熔、沸点 D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料 答案　B 解析　共价晶体具有高硬度，高熔、沸点等性性质，不易汽化，不可用作制冷材料，B项错误。 【例5-2】下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA C．金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 答案　B 解析　A正确，金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子，均为正四面体结构。B错误，金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，这个C原子对每个单键的贡献只有，所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×＝2 mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol。C正确。金刚石和二氧化硅熔化时，共价键会断裂。D正确，共价晶体中不存在分子。 【解题要点】 (1)共价晶体的结构与性质 ①共价晶体中不存在单个的分子，构成晶体的微粒是原子，这些原子以共价键结合形成三维骨架结构，因此共价晶体的化学式代表的是各种原子的个数比。 ②共价晶体汽化或熔化时破坏的作用力是共价键。 ③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。 (2)金刚石和二氧化硅结构比较 金刚石 (1)每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均约为109°28′ (3)最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内 (4)每个C参与4个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，故C原子数与C—C键个数之比为1∶2 SiO2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2 (3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si (4)1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键 【变式5-1】二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法不正确的是(　　) A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元 B．1 mol Si形成2 mol Si—O键 C．图示结构单元中实际占有8个硅原子 D．方英石晶体中，Si原子和其紧邻的4个O构成正四面体 答案　B 解析　由方英石结构示意图知，方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项正确；1 mol Si形成4 mol Si—O，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项正确；方英石晶体中存在着SiO4四面体的结构单元，D项正确。 【变式5-2】下列说法正确的是(　　) A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA B．金刚石晶体中，碳原子数与C—C键键数之比为1∶2 C．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子 D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体 答案　B 解析　在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成4个Si—O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个C—C键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C键，因此碳原子数与C—C键键数之比为1∶2，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，不属于共价晶体，D项错误。 【变式5-3】磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法不正确的是(　　) A．磷化硼的化学式为BP B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C．磷化硼晶体属于共价晶体 D．磷化硼晶体在熔化时化学键被破坏 答案　B 解析　由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，A项正确；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料可知磷化硼晶体属于共价晶体，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项正确。 ◆题型六 分子间作用力 氢键对物质性质的影响 【例6-1】下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是(　　) A．NH3 B． C．H2O D．C2H5OH 答案　B 解析　形成氢键的分子含有N—H键、H—O键或H—F键。NH3、H2O、CH3CH2OH都能形成氢键但只存在于分子间。B中的O—H键与O—H键可形成分子间氢键，O—H键与间可形成分子内氢键。 【例6-2】下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 B．CO2、CS2的熔、沸点依次升高 C． 、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱 D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高 答案　B 解析　HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小；CO2、CS2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大；、H—O—H、C2H5—OH中—OH 上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成了氢键。 【解题要点】 1．对范德华力和氢键的理解 (1)氢键和范德华力都属于分子间作用力，分子间作用力的作用远小于化学键的键能，氢键不是化学键。 (2)分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 (3)只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力。 (4)某些分子的分子间作用力包含范德华力和氢键，所以分子间作用力不等价于范德华力。 2．氢键对物质性质的影响 (1)氢键对物质熔、沸点的影响 分子间存在氢键时，物质在熔化或汽化时，除破坏范德华力外，还需破坏分子间的氢键，消耗更多的能量，所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。 ①ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种“反常”现象是由于它们各自的分子间形成了氢键。 ②互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的熔、沸点。 (2)氢键对物质溶解度的影响 如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大。由于氨分子与水分子间能形成氢键，所以NH3极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水，都与它们的分子能与水分子形成氢键有关。 (3)氢键对水的密度的影响 液体分子间如果形成氢键，有可能发生缔合现象。例如，常温下液态水中除了含有简单H2O分子外，还含有通过氢键联系在一起的缔合分子(H2O)2、(H2O)3……(H2O)n等。一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子沿一定方向形成氢键，当所有水分子全部缔合——结冰后，所有的水分子按一定的方向全部形成了氢键，成为晶体，因此在冰的结构中形成许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。故冰的体积大于等质量的水的体积，冰的密度小于水的密度。 【变式6-1】有关氢键的下列说法正确的是(　　) A．氢键比范德华力强，是氢元素与其他元素形成的一种特殊的化学键 B．氢键是乙醇熔、沸点比乙烷高的原因之一 C．只有分子之间才可能形成氢键 D．HF是一种非常稳定的化合物，这是由于氟化氢分子间存在氢键所致 答案　B 解析　相邻原子间强烈的相互作用是化学键，氢键是分子间作用力，所以氢键不是化学键，故A错误；乙醇的熔、沸点比乙烷的熔、沸点高的主要原因是乙醇分子之间易形成氢键，故B正确；氢键有分子内和分子间氢键，所以不一定只有分子之间才可能形成氢键，故C错误；氢键只影响物质的物理性质，HF是一种非常稳定的化合物，这是由于氢氟键的键能大所致，与分子间氢键无关，故D错误。 【变式6-2】下列现象与氢键有关的是(　　) ①HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高 ②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶 ③冰的密度比液态水的密度小 ④氨气极易溶于水 ⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低 ⑥水分子高温下也很稳定 A．①②③④⑤⑥ B．①②③④⑤ C．①②③④ D．①②③ 答案　B 解析　①因第ⅦA族中，F的非金属性最强，HF中分子之间存在氢键，则HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高，故①正确；②小分子的醇、羧酸与水分子之间能形成氢键，则可以和水以任意比互溶，故②正确；③冰中存在氢键，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，故③正确；④氨气与水分子都是极性分子，氨气与水分子间存在氢键，所以氨气极易溶于水，故④正确；⑤对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故⑤正确；⑥水分子高温下也很稳定，其稳定性与化学键有关，而与氢键无关，故⑥错误；故选B。 【变式6-3】回答下列问题。 (1)氨(NH3)的熔、沸点比联氨(N2H4)低的主要原因是_______________________________________。 (2)乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是_______________________________________。 (3)比较As的氢化物与同族第2、3周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由： _____________________________________________________________。 (4)H2SO4为粘稠状、难挥发性的强酸，而HNO3是易挥发性的强酸，其原因是 _____________________________________________________________。 答案　(1)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键 (2)乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键 (3)稳定性：NH3>PH3>AsH3，因为键长越短，键能越大，化合物越稳定；沸点：NH3>AsH3>PH3，NH3可以形成分子间氢键，沸点最高，AsH3相对分子质量比PH3大，分子间作用力大，因而AsH3的沸点比PH3高 (4)H2SO4分子之间容易形成氢键，而HNO3易形成分子内氢键，造成分子间作用力减弱，易挥发 ◆题型七 分子晶体的结构和性质 【例7-1】某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600 根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　) A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部 答案　B 解析　由分子构成的晶体，分子与分子之间靠分子间作用力聚集在一起，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B正确，A、C、D错误。 【例7-2】甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个甲烷晶胞中含有8个CH4分子 答案　B 解析　题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D错误。 【解题要点】 (1)稀有气体单质是单原子分子，原子之间不存在共价键，固态时属于分子晶体。 (2)分子晶体熔融或汽化时，克服分子间作用力，不破坏化学键。 (3)冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只破坏范德华力，即冰融化除克服范德华力外还克服氢键。 (4)冰晶体中，每个水分子与其他4个水分子形成氢键，每个水分子平均形成2个氢键(每个氢键由2个水分子均摊，故4×＝2)。即1 mol冰晶体中含有2 mol氢键。 【变式7-1】下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　) ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥ C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②① 答案　C 解析　相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高。 【变式7-2】水是生命之源，下图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是(　　) ①冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体 ②冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样 ③水分子间通过H—O形成冰晶体 ④冰晶体融化时，水分子之间的空隙减小 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　D 解析　由图可知，冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体，①正确；水分子间通过氢键和范德华力形成冰晶体，而干冰晶体是通过范德华力形成CO2晶体，②、③错误；冰融化后，氢键数目减少，水分子间的空隙减小，体积变小，④正确。 ◆题型八 不同类型的晶体比较 【例8-1】下列晶体的分类正确的一组是(　　) 选项 离子晶体 共价 晶体 分子晶体 金属 晶体 A CaC2 石墨 Ar Hg B 玻璃 金刚石 CH3CH2OH Ag C CH3COONa SiC Mg D Ba(OH)2 Si C60 NaH 答案　C 解析　石墨的层与层之间是分子间作用力，而碳原子间是共价键，石墨之中也会有自由电子在层内移动，石墨属于混合型晶体，故A不符合题意；玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物，不是纯净物，不属于离子晶体，故B不符合题意；CH3COONa是由醋酸根离子和钠离子组成的离子晶体，碳化硅是由碳原子和硅原子组成的共价晶体，属于有机物，属于分子晶体，镁是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体，故C符合题意；NaH是钠离子和氢负离子形成的离子晶体，不属于金属晶体，故D不符合题意。 【例8-2】下列比较不正确的是(　　) A．熔点由低到高：生铁<纯铁 B．硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅 C．熔点由高到低：Na＞Mg＞Al D．晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI 答案　C 解析　生铁为合金，熔点比纯铁低，故A正确；共价晶体中，共价键越短，共价键越强，硬度越大，碳原子半径小于硅原子，则硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故B正确；金属晶体中单位体积内自由电子数目越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al＞Mg＞Na，故C错误；离子晶体中离子半径越小，晶格能越大，则晶格能由大到小：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，故D正确。 【解题要点】 1．四类晶体物理性质的比较 晶体 类型 共价晶体 离子晶体 分子晶体 金属 晶体 微粒间 作用力 共价键 离子键 分子间 作用力 金属键 硬度 大 较大 较小 不一定 熔、沸点 高 较高 较低 不一定 物质类别及举例 部分非金属单质(如金刚石、硅、硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2等) 金属氧化物(如Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl) 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) 金属单质 (如Na、Al、Fe)、合金 2．晶体熔、沸点高低的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律 共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。 (2)共价晶体 由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。 (3)离子晶体 一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，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。 (4)分子晶体 ①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。 ②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，F2＜Cl2＜Br2＜I2。 ③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。 【变式8-1】下列叙述正确的是(　　) A．熔、沸点由高到低的顺序：AsH3>PH3>NH3 B．熔、沸点由高到低的顺序：硅>金刚石>NaCl>I2 C．某物质熔点 1 067 ℃，易溶于水，其水溶液和熔融态均能导电，其晶体一定为离子晶体 D．硫磺与金刚石晶体熔化时，所克服的微粒间相互作用相同 答案　C 解析　NH3分子间有氢键，AsH3、PH3的组成和结构相似，AsH3的相对分子质量高于PH3，熔、沸点由高到低的顺序：NH3>AsH3>PH3，A错误熔、沸点：共价晶体>离子晶体>分子晶体，共价晶体中共价键的键长越短，键能越大，熔、沸点越高，所以熔沸点由高到低的顺序是：金刚石>硅> NaCl>I2，B错误；熔融态能导电，则可能是离子晶体或金属晶体，该物质熔点 1 067 ℃，易溶于水，其水溶液能导电，则不可能为金属晶体，一定为离子晶体，C正确；硫磺属于分子晶体、金刚石属于共价晶体，故晶体熔化时，前者克服的是分子间作用力、后者克服的是共价键，D错误。 【变式8-2】下列各组物质中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是(　　) A．CaCl2和NaOH B．碘、氖 C．CO2和H2O D．CCl4和KCl 答案　C 解析　A项都是离子晶体，CaCl2只有离子键，NaOH既有离子键又有共价键；B项都是分子晶体，碘分子中有共价键，氖分子中无化学键；C项都是分子晶体，都只有共价键；D项CCl4是分子晶体，含有共价键，KCl是离子晶体，含有离子键。 【变式8-3】(1)苯胺()的晶体类型是________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是________________________________。 (2)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。 (3)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： ①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。 ②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。 答案　(1)分子晶体　苯胺分子之间存在氢键　(2)分子　(3)①3　2　②12　4 解析　(1)大多数有机物都是分子晶体，除了一部分有机酸盐和有机碱盐是离子晶体。苯胺比甲苯的熔、沸点都高，同一种晶体类型熔、沸点不同，首先要考虑的就是是否有氢键，苯胺中存在电负性较强的N，所以可以形成氢键，因此比甲苯的熔、沸点高。(2)①每个C原子参与形成3个六元环，每个碳原子对六元环的贡献为，则每个六元环占有6×＝2个C原子。②每个C原子周围形成4个共价键，最小的环为6元环，每个单键为3个环共有，则每个C原子连接4×3＝12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。 ◆题型九 有关晶体结构的计算 【例9-1】磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞结构如图所示。已知晶胞参数为a pm，下列说法不正确的是(　　) A．磷锡青铜的化学式为Cu3SnP B．晶体中与Cu等距离且最近的Cu有4个 C．三种元素Cu、Sn、P在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区 D．Sn和P原子间的最短距离为a pm 答案　B 解析　根据晶胞的结构分析得到晶胞中原子个数分别为P：1，Sn：8×＝1，Cu：6×＝3，则磷锡青铜的化学式为Cu3SnP，A正确；以面心的铜分析，该晶胞中与Cu等距离且最近的Cu有8个，B错误；三种元素Cu、Sn、P的外围电子排布分别为3d104s1、5s25p2、3s23p3，则三种元素在元素周期表中分别处于ds区、p区、p区，C正确；Sn和P原子间的最短距离为体对角线的一半即a pm，D正确。 【例9-2】由K、I、O构成的立方晶胞如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．该化合物的化学式为KIO3 B．微粒a的分数坐标为(0，，) C．该晶体密度的表达式为 g·cm－3 D．该晶胞的另一种表示中，I处于各顶点，则K处于体心位置 答案　C 解析　该晶胞中K原子的个数为8×＝1，O原子的个数为6×＝3，I原子的个数为1，则化学式为KIO3，故A正确；根据图示，a原子位于侧面面心，分数坐标为(0，，)，故B正确；1 mol晶胞的质量是214 g,1个晶胞的体积为(b×10－7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为NA(b×10－7)3 cm3，所以晶体的密度为 g·cm－3，故C错误；在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶点，个数为8×＝1，则K也为1个，应位于体心，故D正确。 【解题要点】 1．晶体密度计算 (1)思维流程 (2)计算公式 ①晶体密度ρ＝ ＝ ②1个微粒的质量m＝(M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值) ③晶胞的体积V＝a3(立方体)＝abc(长方体) 2．晶体中原子间距离和晶胞参数计算 (1)思维流程 根据密度求晶胞中原子之间的距离时，可首先由密度计算出晶胞体积(晶胞质量由晶胞含有的微粒数计算)，再根据晶胞结构判断微粒间距与棱长的关系。 (2)立方晶胞参数a计算公式 a＝ 3．晶体中原子空间利用率计算 (1)思维流程 空间利用率是指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比，首先分析晶胞中原子个数和原子半径，计算出晶胞中所有原子的体积，其次根据立体几何知识计算出晶胞的棱长，再计算出晶胞的体积，即可顺利解答此类问题。 (2)计算公式 空间利用率＝×100% 【变式9-1】CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如图所示： 原子分数坐标可以表示晶胞内部各原子的相对位置，其中A原子分数坐标为(0,0,0)，B原子分数坐标为(0，，)，下列说法正确的是(　　) A．CaF2晶胞中，Ca2＋的配位数为4 B．C点的原子分数坐标为(，，) C．若晶胞中两个最近的F－之间距离为273.1 pm，则晶体密度可表示为 g·cm－3 D．F－和Ca2＋之间的最短距离是晶胞体对角线的 答案　B 解析　以面心Ca2＋为研究对象，在一个晶胞中连接4个F－，通过该Ca2＋可形成2个晶胞，所以与该Ca2＋距离相等且最近的F－共有8个，因此Ca2＋的配位数是8，A错误；观察A、B、C的相对位置可知，C点的x轴坐标是，y轴坐标是，z轴坐标是，B正确；根据晶胞结构可知，在一个晶胞中含有Ca2＋的个数：×8＋×6＝4，含有F－的个数：8，即一个晶胞中含有4个CaF2，晶胞中两个最近的F－之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶胞参数L＝2×273.1 pm＝546.2 pm，则该晶体的密度为 g·cm－3，C错误；根据C点坐标，利用几何知识可知Ca2＋和F－之间的最短距离是晶胞体对角线的，D错误。 【变式9-2】铜镍合金的立方晶胞结构如图所示： (1)原子B的分数坐标为________。 (2)若该晶体密度为d g·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则铜镍原子间最短距离为________cm。 答案　(1) (，0，)　(2)× 解析　(1)由位于顶点的A原子的分数坐标为(1,1,1)可知，位于面心的B原子的分数坐标为(，0，)。(2)由晶胞结构可知，晶胞中镍原子个数为8×＝1，铜原子个数为6×＝3，则晶胞的化学式为Cu3Ni，设晶胞的边长为a cm，由晶胞的质量公式可得：＝a3d，解得a＝，晶胞中铜镍原子间最短距离为面对角线的，则最短距离为× cm。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$