第3章 第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（鲁科版2019）

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2.证据推理与模型认知：能利用分子晶体和共价晶体，晶体的通性推断常见的晶体，理解晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行分析 [知识梳理] [知识点一]　共价晶体　 1．共价晶体的概念及特点 (1)概念 相邻　原子　间以　共价键　结合而形成的具有　空间立体网状　结构的晶体称为共价晶体。 (2)特点 共价晶体的熔点　很高　，硬度　很大　。对结构相似的共价晶体来说，原子半径　越小　，键长　越短　，键能　越大　，晶体的熔点就　越高　。 2．几种共价晶体的结构 (1)金刚石的晶体结构 在晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与周围　4　个碳原子以共价键相结合，C－C键间的夹角为　109°28′　。因为中心原子周围排列的原子的数目是　有限　的，所以这种比较　松散　的排列与金属晶体和离子晶体中的　紧密堆积　排列有很大的不同。 (2)SiC晶体的结构 SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中碳原子和硅原子的位置是　交替　的，所以在整个晶体中硅原子与碳原子个数比为　1∶1　。 (3)SiO2晶体的结构 水晶是由Si和O构成的空间立体网状的　二氧化硅　晶体，一个硅原子与　四　个氧原子形成　四　个共价键，每个氧原子与　两　个硅原子形成　两　个共价键，从而形成以　硅氧四面体　为骨架的结构，且只存在　Si－O　键。二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为　1∶2　，不存在　单个分子　，可以把整个晶体看成　巨型分子　。 [知识点二]　分子晶体　 1．分子之间通过　分子间作用力　结合形成的晶体称为分子晶体。　非金属单质　、　非金属的氧化物和氢化物　等无机物以及多数　有机　化合物形成的晶体大都属于分子晶体。 2．性质 (1)分子晶体在熔化时，破坏的只是　分子间作用力　，所以只需要外界提供较少的能量。因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。 (2)对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，随着　相对分子质量　的增大，　分子间作用力　增强，熔点　升高　。 (3)一般来说，分子间作用力　无方向性　，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，但是，分子的　形状　、分子的　极性　以及分子之间是否存在　氢键　等，都会影响分子的堆积方式。 3．几种常见的分子晶体 (1)碘晶体 碘晶体的晶胞是一个　长方体　，碘分子除了占据长方体的每个　顶点　外，在每个面上还有一个碘分子。 (2)干冰 干冰晶胞呈　立方体　型，其中二氧化碳分子因分子之间的相互作用，在晶胞中呈现　有规律　的排列(如图所示)。 干冰的结构模型(晶胞) (3)冰晶体 冰晶体主要是水分子依靠　氢键　而形成的。由于　氢键　具有一定的方向性，中央的水分子与周围　四　个水分子结合，边缘的　四　个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合，每个氧原子周围都有　四　个氢原子。这种排列类似于蜂巢结构，比较松散。因此水由液态变成固态时，密度较小。 [知识点三]　晶体结构的复杂性　 1．石墨晶体 石墨晶体具有层状结构，同一层中的每个碳原子用　sp2　杂化轨道与邻近的三个碳原子以　共价键　相结合，形成无限的　六边　形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的　大π　键。　大π　键具有金属键的性质。石墨晶体中既有　共价键　，又有　范德华力　，同时还有　金属键　的特性，所以称为混合型晶体。 2．Na2SiO3晶体 在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiOeq \o\al(2－,3)，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{SiOeq \o\al(2－,3)}∞单元(如图所示)，带负电的链状硅酸盐{SiOeq \o\al(2－,3)}∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。 3．过渡晶体 原子之间形成的化学键往往是介于典型模型(　金属键　、　离子键　、　共价键　、　配位键　)之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在　键型过渡　，即使组成简单的晶体，也可能是居于　金属晶体　、　离子晶体　、　共价晶体　、　分子晶体　之间的过渡状态，形成过渡晶体。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)具有共价键的晶体都是共价晶体。(×) 提示：冰、干冰晶体中H2O、CO2的分子内都含有共价键，但属于分子晶体。 (2)共价晶体中，共价键越强，熔点越高。(√) 提示：共价晶体中原子间由共价键相结合，熔化时破坏共价键，共价键越强，熔化时所需能量越多，熔点越高。 (3)共价晶体的化学式表示其分子式。(×) 提示：共价晶体中不含分子。 (4)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。(×) (5)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同。(×) (6)1 mol SiO2晶体中含4 mol Si－O键。(√) (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)冰融化时，分子中H—O键发生断裂。(×) 提示：冰属于分子晶体，融化时要克服分子间作用力和氢键，分子内的共价键不断裂。 (3)稀有气体由单原子构成，它属于共价晶体吗？ 提示：不是，它属于分子晶体。 2．[想一想] (1)共价晶体中的原子服从紧密堆积排列吗？ 提示：不服从。由于共价键具有方向性和饱和性，共价晶体中每个原子周围排列的原子的数目是有限的，故原子的排列不服从紧密堆积方式。 (2)石墨晶体为什么具有导电性？ 提示：石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿层平行方向导电。 　　　　共价晶体与分子晶体的比较和判断 [情境素材] 氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，只有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。 [思考探究] (1)立方相氮化硼是什么晶体？ 提示：共价晶体。 (4)分子晶体和共价晶体的构成粒子相同吗？ 提示：不同。分子晶体为分子，共价晶体为原子。 (5)分子晶体和共价晶体受热熔化时克服粒子间作用力相同吗？ 提示：不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。 (2)立方相氮化硼中作用力是什么？ 提示：共价键。 (3)立方相氮化硼的晶胞中，含有B原子、N原子各多少个？ 提示：立方相氮化硼的晶体与金刚石相似，晶体中含有8个原子，B、N原子数目之比为1∶1，含有4个B原子，4个N原子。 [核心突破] 1．共价晶体与分子晶体的结构特征 (1)共价晶体的结构特征 在共价晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。 (2)分子晶体的结构特征 ①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。 ②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。 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>二氧化硅>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。 [典例示范] [典例1]　下列晶体性质的比较中不正确的是(　　) A．沸点：NH3>PH3 B．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4 C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 [思维建模] 解答有关晶体熔沸点比较问题的思维流程如下： [解析]　C　[A项中注意NH3分子间存在氢键，故沸点NH3>PH3，正确；B项中三种物质的组成和结构相似，且均为分子晶体，熔点随相对分子质量的增大而升高，正确；C项中白磷和冰都是分子晶体，硬度小，而二氧化硅是共价晶体，硬度大，错误；D项中的三种物质都是共价晶体，由于原子半径C<Si，所以键长C－C<C－Si<Si－Si，故键能C－C>C－Si>Si－Si，而键能越大，共价晶体的硬度越大，正确。] 晶体熔沸点比较方法 ①判断晶体类型―→分析作用力强弱―→得出熔沸点高低。 ②不同晶体熔沸点：共价晶体>分子晶体； ③分子晶体熔沸点影响的三要素：氢键、范德华力、极性。④共价晶体的作用力为共价键：键长短、键能大，熔沸点高。 [学以致用] 1．下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　) 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ 3 900 3 000 2 830 1 710 1 412 1 211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 ①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 ②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高 ③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大 ④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大 A．①②　B．③④　　C．①③　　D．②④ 解析：D　[共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。] 　　剖析典型共价晶体的结构 [情境素材] 科学研究表明，30亿年前，在地壳下200 km左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石在岩浆中上升到接近地表时急速冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(>3 500℃)，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。 下图是金刚石和SiO2的晶体结构模型。 [思考探究] (1)分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 提示：不能。因为共价晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。 (2)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？ 提示：①构成粒子不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子。②相互作用不同，共价晶体中存在的是共价键。 (3)分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环有多少个原子？1 mol SiO2中含有多少摩尔Si－O键？ 提示：SiO2晶体中最小环上有12个原子。1 mol SiO2中含有4 mol Si－O键。 (4)金刚石晶体中每个碳原子连接几个六元环？ 提示：12个。 [核心突破] 金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞 1．金刚石(晶体硅) 金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。 2．碳化硅晶胞 (1)碳、硅原子都采取sp3杂化，C－Si键的键角为109°28′。 (2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。 (3)最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。 (4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。 3．二氧化硅晶胞 SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。 [典例示范] [典例2]　将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　) A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是空间网状结构 C．Si3N4中一个Si周围有3个氮，1个氮周围有4个硅 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂 [解析]　B　[SiCl4是分子晶体，Si3N4是共价晶体，A项错误；Si3N4是共价晶体，是空间网状结构，B项正确；Si3N4中一个Si周围有4个氮，1个氮周围有3个硅，C项错误；SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂，D项错误。] (1)共价晶体都是空间网状结构。 (2)共价晶体中原子之间以共价键结合，键长越短、键能越大，共价键越强，共价晶体的熔沸点越高，硬度越大。 [学以致用] 2．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　) A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用 C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故能叫分子式 解析：D　[晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点，故SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。] 3．碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。 请回答下列问题： (1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为　________　，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有　________　个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数的值可表示为　________　(用含a、b的式子表示)。 (2)立方氮化硼晶胞中有　________　个硼原子，　________　个氮原子，硼原子的杂化类型为　________　，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为　________　g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 解析：(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距离最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为eq \f(160 g·mol－1,NA) g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝eq \f(160 g·mol－1,NA·a3cm3)，故NA＝eq \f(160,a3b) mol－1。 (2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×eq \f(1,2)＋8×eq \f(1,8)＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为eq \f(100,NA) g，体积为a3 cm3，故密度为eq \f(100,a3·NA) g·cm－3。 答案：(1)sp3　4　eq \f(160,a3b) mol－1　(2)4　4　sp3　eq \f(100,a3·NA) 　分子晶体的性质 [情境素材] 以下图甲是雪花冰晶体的各种形态的示意图，图乙和图丙是冰和干冰的结构。 [思考探究] (1)雪花冰晶体中存在的相互作用是什么？若将雪花冰融化，破坏的作用力是什么？ 提示：雪花冰晶体实际为冰，存在的相互作用有分子间作用力和氢键，故将雪花冰融化，将破坏分子间作用力和氢键。 (2)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？ 提示：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。 (3)为什么冰融化为水时，密度增大？ 提示：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。 (4)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？ 提示：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，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。 (5)干冰升华过程中破坏共价键吗？ 提示：干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。 [核心突破] 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”原理，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。 [典例示范] [典例3]　下列叙述正确的是(　　) A．由分子构成的物质其熔点一般较低 B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏 C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定 D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变 [思维建模]　解答有关分子晶体组成和性质问题的思维流程如下： [解析]　A　[分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错；分子晶体的稳定性与其共价键有关，C错，物质溶于水化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错。] (1)分子晶体的物理性质由分子间作用力(氢键、范德华力)强弱决定。 (2)分子晶体的化学性质由分子内共价键的强弱(键长、键能)决定。 [学以致用] 4．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 解析：B　[由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，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MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。] [方法技巧]　分子晶体的判断方法 (1)依据物质的类别判断 部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。 (2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。 (3)依据物质的性质判断 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。 5．(1)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。 (2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的　____　(填“高”或“低”)。 解析：(1)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。 答案：(1)分子　(2)低 1．下列各组物质的晶体中，化学键类型和晶体类型都相同的是(　　) A．SO2和SiO2　　　　 B．CO2和H2O C．BN和HCl D．CCl4和KCl 解析：B　[A项中SO2和SiO2的化学键相同，都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2晶体属于分子晶体，SiO2晶体属于共价晶体；B项，CO2和H2O中的化学键都是极性共价键，且都属于分子晶体；C项中BN和HCl的化学键相同，都为极性共价键，但晶体类型不同，BN晶体属于共价晶体，HCl晶体属于分子晶体；D项，CCl4和KCl中的化学键不同，CCl4中为极性共价键，KCl中为离子键。] 2．X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界最硬的共价晶体。下列叙述错误的是(　　) A．WX4是沼气的主要成分 B．固态X2Y是分子晶体 C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃” 解析：D　[由题给条件可知，X为氢元素，Y为氧元素，Z为硅元素，W为碳元素。则WX4为CH4；X2Y为H2O，其晶体为分子晶体；ZW为SiC，属于共价晶体；ZY2为SiO2，SiO2难溶于水，也不能与水反应。] 3．下列关于分子晶体的说法不正确的是(　　) A．分子晶体中含有分子 B．固态或熔融态时均能导电 C．分子间以分子间作用力相结合 D．熔、沸点一般比较低 解析：B　[A.分子晶体是由分子构成的，A正确；B.固态或熔融态时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电，B错误；C.分子间以分子间作用力相结合，C正确；D.分子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。] 4．石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　) ①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合型晶体； ③石墨中的C为sp2杂化；④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C－C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2 A．全对　　　　 B．除⑤外 C．除①④⑤⑥外 D．除⑥⑦⑧外 解析：C　[①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还有一种是金属键；②正确；③正确，石墨中的C为sp2杂化；④不正确，石墨熔点比金刚石高；⑤不正确，石墨中碳原子数和C－C键数之比为2∶3，⑥不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑦正确；⑧正确，每个六元环完全占有的碳原子数是6×eq \f(1,3)＝2。] 5．现有两组物质的熔点数据如表所示： A组 B组 金刚石：＞3 500℃ HF：－83℃ 晶体硅：1 410℃ HCl：－115℃ 晶体硼：2 300℃ HBr：－89℃ 二氧化硅：1 710℃ HI：－51℃ 根据表中数据回答下列问题： (1)A组属于　________　晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是　________　。 (2)B组中HF熔点反常是由于　________　。 (3)B组晶体不可能具有的性质是　________　(填序号)。 ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电 ④液体状态能导电 解析：A组熔点很高，应是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的是共价键；B组是分子晶体，且结构相似，一般是相对分子质量越大，熔点越高；HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高，出现反常的原因是HF分子间存在氢键，HF熔化时除了破坏范德华力，还要破坏氢键，所需能量更多，因而熔点更高。分子晶体在固态和熔化状态都不导电。 答案：(1)共价　共价键　(2)HF分子间能形成氢键　(3)③④ [课堂小结] 微专题五　四类典型晶体的比较 [专题精讲] 一、四类典型晶体的比较 类型 项目　　 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成晶体的粒子 分子 原子 金属阳离子和自由电子 阴、阳离子 粒子间的作用 分子间作用力(范德华力或氢键) 共价键 金属键 离子键 确定作用力强弱的一般判断方法 组成和结构相似时，比较相对分子质量 键长(原子半径) 离子半径、价电子数 离子电荷数、离子半径 熔、沸点 较低 很高 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃) 较高 硬度 较小 很大 差别较大 略硬而脆 导电性 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 不良导体(个别为半导体) 良导体 不良导体(熔化后或溶于水导电) 溶解性 相似相溶 一般不溶 一般不溶于水，少数与水反应 多数易溶 机械加工性 不良 不良 优良 不良 延展性 差 差 优良 差 [易错提醒]　(1)离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键，一定不存在分子间作用力。 (2)只有分子晶体中存在单个分子。 (3)某些离子晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如MgO(2 852℃)>SiO2(1 713℃)。 (4)某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。如碱金属熔点较低。 (5)个别金属的熔点高于某些共价晶体的熔点。如钨(3 410℃)>SiO2(1 713℃)。 (6)合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。 二、晶体熔、沸点高低的比较方法 (1)不同类型晶体熔、沸点的比较 ①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：共价晶体>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)同种类型晶体熔、沸点的比较 ①共价晶体 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>硅晶体。 ②离子晶体 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>NaCl>CsCl。 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、沸点反常得高。如沸点：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。如熔、沸点：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。如熔、沸点：CO>N2，CH3OH>CH3CH3。 ④金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。如熔、沸点：Na<Mg<Al。 三、晶体类型的判断方法 1．依据物质的分类判断 (1)金属氧化物(如K2O等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。 (2)金属单质与合金是金属晶体。 (3)常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。 (4)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。 2．根据物质的物理性质判断晶体的类型 (1)在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)，如H2O、H2等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。 (2)在熔融状态下能导电的晶体(化合物)是离子晶体。如：NaCl熔融后电离出Na＋和Cl－，能自由移动，所以能导电。 (3)有较高的熔点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为共价晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。 (4)易升华的物质大多为分子晶体。 3．根据物质所含化学键的类型判断晶体的类型 (1)离子晶体与化学键的关系 ①离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键。注意，可以再细化：离子晶体中一定含有离子键，可能含有极性共价键、非极性共价键、配位键。 ②含有离子键的化合物一定是离子化合物。 ③离子晶体一定是由阴、阳离子构成的，但晶体中可以含有分子，如结晶水合物。 ④离子晶体中一定含有阳离子，但含有阳离子的晶体不一定是离子晶体。 ⑤非金属元素也可以形成离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等都是离子化合物。 (2)分子晶体与分子间作用力及化学键的关系 ①分子晶体中一定含有分子间作用力。 ②稀有气体形成的晶体是分子晶体，而稀有气体是单原子分子，其晶体中只含有分子间作用力。 ③除稀有气体外的其他分子晶体均含有分子间作用力和分子内共价键。 ④分子晶体中的分子间作用力决定物质的物理性质(如熔沸点、硬度、溶解性等)，而共价键决定分子的化学性质。 (3)共价晶体与化学键的关系 ①共价晶体中一定有共价键，且只有共价键，无分子间作用力。 ②共价晶体一定是由原子构成的，可以是同种元素的原子，也可以是不同种元素的原子。 ③共价化合物形成的晶体可能是共价晶体，也可能是分子晶体。 [专题精练] 1．下列物质所属晶体类型分类正确的是(　　) A B C D 共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石 分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰 离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝 金属晶体 铜 汞 铝 铁 解析：D　[石墨为混合型晶体，生石灰、氯化铯均为离子晶体，氮化铝为共价晶体。] 2．下列说法中正确的是(　　) A．固态时能导电的物质一定是金属晶体 B．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 C．水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 D．固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体 解析：D　四种晶体在不同状态下的导电性区别如下： 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 固态 不导电 不导电(晶体硅导电) 导电 不导电 熔融状态 不导电 不导电 导电 可导电 水溶液 有的可导电 － － 可导电 3.下表给出几种化合物的熔点和沸点： 物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4 熔点/℃ 801 714 190 －22.9 沸点/℃ 1 465 1 412 178 76.8 关于表中4种化合物有下列说法，其中正确的是(　　) ①AlCl3在加热时可升华　②CCl4属于分子晶体 ③1 500℃时NaCl可形成气体分子　④AlCl3是典型的离子晶体 A．①②④　　　　　 B．③④ C．①②③ D．①②③④ 解析：C　[根据各物质的熔、沸点判断，AlCl3和CCl4都为分子晶体；AlCl3的沸点低于熔点，所以可升华；NaCl为离子晶体，但1 500℃高于其沸点，故1 500℃时以分子形式存在。] 4．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 解析：C　[A选项都是离子晶体，CaCl2只有离子键，NaOH既有离子键又有共价键；B选项都是分子晶体，碘分子中有共价键，氖分子中无化学键；C选项都是分子晶体，只有极性共价键；D选项CCl4是分子晶体，含有共价键，KCl是离子晶体，含有离子键。] 5．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　) A．金刚石为空间网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子 B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻且距离相等的Na＋共有6个 C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－ D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子 解析：B　[金刚石中由共价键构成的最小环状结构中有6个碳原子；NaCl晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－，每个Na＋周围紧邻12个Na＋；氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－，每个Cs＋周围紧邻6个Cs＋；干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子。] 6．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 C．MgO＞H2O＞O2＞Br2 D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠 解析：B　[A选项，同属于共价晶体，熔、沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅<碳化硅<二氧化硅，错误；B选项，形成分子间氢键的物质的熔、沸点要大于形成分子内氢键的物质的熔、沸点，正确；C选项，对于不同类型的晶体，其熔、沸点高低一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体，MgO>H2O>Br2>O2，错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。] 7．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型： (1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200℃，熔融状态下不导电　________　。 (2)溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融状态下不导电　________　。 (3)五氟化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等　________　。 (4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中能导电　________　。 解析：晶体的熔点高低、熔融态能否导电及溶解性等性质相结合，是判断晶体类型的重要依据。共价晶体和离子晶体的熔点都很高或较高，两者最大的差异是熔融态的导电性不同。一般共价晶体熔融态不导电，离子晶体熔融时或水溶液都能导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般共价晶体和分子晶体熔融状态时都不能导电。另外易溶于一些有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。 答案：(1)共价晶体　(2)分子晶体　(3)分子晶体　(4)离子晶体 8．参考下表中物质的熔点，回答下列问题。 物质 NaF NaCl NaBr NaI 熔点(℃) 995 801 755 651 物质 NaCl KCl RbCl CsCl 熔点(℃) 801 776 715 646 物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点(℃) －90.4 －70.2 5.2 120 物质 SiCl4 GeCl4 SbCl4 PbCl4 熔点(℃) －70.2 －49.5 －36.2 －15 (1)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与　________　有关，因为一般　________　比　________　熔点高。 (2)钠的卤化物及碱金属氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的　________　有关，随着　________　增大，熔点依次降低。 (3)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与　________　有关，随着　________　增大，　________　增强，熔点依次升高。 解析：(1)表中第一栏和第二栏的熔点明显高于第三、四栏其余物质的熔点，前者为ⅠA族元素与ⅦA族元素组成的离子晶体，而后者为分子晶体。 (2)分析比较离子晶体熔点高低的影响因素： 物质熔化实质是减弱晶体内微粒间的作用力，而离子晶体内是阴、阳离子，因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的作用力——离子键，故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。从钠的卤化物进行比较：卤素离子半径是r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，说明熔点随卤素阴离子半径的增大而减小。又从碱金属的氯化物进行比较：碱金属阳离子半径是r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)，说明熔点随碱金属阳离子半径的增大而减小。 (3)分析比较分子晶体熔点高低的影响因素： 分子晶体内的微粒是分子，因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。从硅的卤化物进行比较：硅的卤化物分子具有相似的结构，从SiF4到SiI4相对分子质量逐渐增大，说明熔点随相对分子质量的增加而增大。从硅、锗、锡、铅的氯化物进行比较：这些氯化物具有相似的结构，从SiCl4到PbCl4相对分子质量逐渐增大，说明熔点随相对分子质量的增加而增大。 答案：(1)晶体类型　离子晶体　分子晶体 (2)半径　半径 (3)相对分子质量　相对分子质量　分子间作用力 $$