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Word教案（鲁科版2019）

第2课时　共价晶体　分子晶体　晶体结构的复杂性 课标要点 核心素养 1.通过金刚石、晶体硅、SiO2晶体的结构模型认识共价晶体的结构特点，能解释共价晶体的性质 2.通过干冰、冰、碘晶体的结构模型，认识由范德华力和氢键形成分子晶体的结构特点的不同，能解释分子晶体的性质 3.通过认识石墨晶体的特殊结构，知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的 1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的分子晶体和共价晶体，并能从微观角度分析晶体中各构成微粒之间的作用和对晶体物理性质的影响 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SiO，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{SiO}∞单元(如图所示)，带负电的链状硅酸盐{SiO}∞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。 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。 (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。 　　　　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。 (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。 (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。 [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×＋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 g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝，故NA＝ mol－1。 (2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×＋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 g，体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。 答案：(1)sp3　4　 mol－1　(2)4　4　sp3　 　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×＝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]　对应学生讲义P73 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 学科网（北京）股份有限公司 $$