第3章 不同聚集状态的物质与性质（知识清单）化学鲁科版选择性必修2

第3章 不同聚集状态的物质与性质 第1节 认识晶体 一、晶体的特性 1．晶体与非晶体的概念 状态 内部微粒 排列方式 晶体 固态 原子、离子或分子 内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列 非晶体 内部微粒无周期性重复排列的固体物质 2．晶体的特性 特性 具体表现 举例或应用 自范性 在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形 水晶，晶体完好时呈六棱柱状 对称性 由于晶体内部的微粒在空间按照一定规律做周期性重复排列，使晶体在生长过程中形成规则的多面体几何外形，从而具有特定的对称性 规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有对称轴也有对称面 各向异性 在不同的方向上表现出不同的物理性质(如导电性、导热性、膨胀系数、折光率等) 石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍 固定的熔沸点 加热晶体温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高 氯化钠、冰等都具有固定的熔、沸点 3．晶体结构的测定方法：X射线衍射。 4．晶体与非晶体的比较 项目 晶体 非晶体 外观 有规则的几何外形 无规则的几何外形 微观结构 微粒在三维空间周期性有序排列 微粒排列相对无序 自范性 有 没有 各向异性 有 没有 熔点 固定 不固定 能否发生 X射线衍射 能 不能 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序性排列 实验鉴别 间接方法：看是否有固定的熔点 科学方法：对固体进行X射线衍射实验 性能用途 ①把机械能变成电能； ②制作红外夜视仪； ③做电子元件 ①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高； ②非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大，可以有效吸收阳光 二、 晶体的分类 1．分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。 2．分类 晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例 离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl 金属晶体 金属阳离子、自由电子 金属键 铜 共价晶体(共价晶体) 原子 共价键 金刚石 分子晶体 分子 分子间作用力 冰 三、晶胞 1．定义：晶体中的微粒呈现可重复的周期性排列，晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。 2．形状：晶胞的形状为平行六面体。 3．金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞 金属 金属铜及其晶胞 金属镁及其晶胞 图示 结构特点 8个顶点各有1个粒子，6个面的面心各有1个粒子 8个顶点各有1个粒子，晶胞内部有1个粒子 4．晶体与晶胞的关系 (1)晶胞选取的“两个”原则：一是保证对称性；二是尽量简洁。 (2)将一个个晶胞及其中包含的微粒的上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体。 (3)根据晶胞了解晶体结构 ①晶胞的大小； ②晶胞的形状； ③晶胞中包含微粒的种类、数目和空间位置。 四、晶胞中微粒数的求法——“切割法” 1．理论依据(以铜的晶胞为例)：铜晶胞中14个微粒被上、下、前、后、左、右并置着的其他晶胞共有，顶点和面心上的微粒并不为一个晶胞所独占。 2．求算方法：某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的属于该晶胞。 3．平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算 4．非平行六面体形结构单元 晶胞 正六棱柱 正三棱柱 示意图 顶点上微粒 侧棱上微粒 上下棱微粒 面点上微粒 内部的微粒 1 1 5．切割法在计算其他结构中微粒数的应用 在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的。则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如图所示。 6．气态团簇分子不能用切割法 如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，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，则分子式可表示为M14N13或N13M14。 第2节 几种简单的晶体结构模型 一、金属晶体 1．概念。金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 2．特点。由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。 4．物理通性。金属晶体具有金属光泽，有良好的导电、导热和延展性。 5．金属晶体的结构与物理性质 (1)金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金属键的作用。 (2)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性好。 (3)金属晶体熔、沸点的规律 ①金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。 ③同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。 ④合金的熔点一般低于成分金属的熔点。 二、金属晶体的结构及堆积方式 1．结构：金属晶体可看作等径圆球的堆积 2．堆积方式：如图为球堆积层的两种模式 3．常见金属晶体的四种结构 结构示 意图 晶胞 配位数 6 8 12 12 原子相切关系 邻边上的两个原子相切 体对角线上的三个原子相切 面对角线上的三个原子相切 底边上的两个原子相切 晶胞棱长a与原子半径r的关系 a＝2r a＝4r a＝4r a＝2r，晶胞高h＝a 空间利用率 52% 68% 74% 74% (1)空间利用率＝×100% (2)原子的体积：V＝πr3(r为原子半径) (3)晶胞体积 ①根据晶胞参数计算 ②根据密度计算：V＝ 二、离子晶体 1．概念 概念 阳离子和阴离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体 成键微粒 阳离子、阴离子 微粒间作用力 离子键 2．常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl CaF2 晶胞 阳离子的配位数 6 8 8 阴离子的配位数 6 8 4 晶胞中微粒数 阳离子 4 1 4 阴离子 4 1 8 3．离子晶体的简单结构类型 晶体类型 晶胞示意图 结构特点 NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF，MgO等) ①Na＋、Cl－的配位数均为6 ②每个Na＋(Cl－)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl－(Na＋)构成正八面体 ③每个Na＋(Cl－)周围紧邻的Na＋(Cl－)有12个 ④每个晶胞中含4个Na＋、4个Cl－ CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等) ①Cs＋、Cl－的配位数均为8 ②每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cl－(Cs＋)构成正六面体 ③每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cs＋(Cl－)有6个 ④每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ ZnS型(BeO、BeS等) ①Zn2＋、S2－的配位数均为4 ②每个Zn2＋(S2－)周围紧邻的S2－(Zn2＋)构成正四面体 ③每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2＋ ④Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的 CaF2型 ①Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比 ②每个F－周围紧邻的4个Ca2＋构成正四面体，每个Ca2＋周围紧邻的8个F－构成立方体 ③每个晶胞中有4个Ca2＋、8个F－ ④Ca2＋与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的 三、晶格能 1．概念：将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。 2．意义：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。 3．影响因素： (1)晶格能∝，即与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。 (2)与离子晶体的结构型式有关。 4．特性 (1)熔点、沸点较高，而且随着离子电荷的增加，离子间距的缩短，晶格能增大，熔点升高。 (2)一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。 (3)在固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电。 四、共价晶体的结构特征 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。 3．典型共价晶体结构模型。通常情况下，晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。 五、几种共价晶体的结构 1．金刚石的结构 金刚石的晶体结构模型如下： (1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。 (2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5°，碳原子采取了sp3杂化。 (3)最小环上有6个碳原子。 (4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。 (5)晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。 (6)1 mol C原子组成的金刚石中含有2 mol C—C键。 2．SiO2晶体的结构 二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的共价晶体。其结构示意图如下： (1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。 (2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。 (3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是109.5°。 (4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。 (5)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol Si—O键。 3．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。 六、分子晶体 1．分子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，晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。 (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间是否存在具有方向性的氢键等，都会影响分子的堆积方式和结构型式。 七、典型分子晶体的结构模型 1．常见的分子晶体 (1)碘晶体 碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到4个碘分子。 氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。 (2)干冰晶体 冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。 (3)冰晶体 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，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，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。这样的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，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小 八、晶体结构的复杂性 1．石墨晶体 (1)晶体模型 (2)结构特点 ①晶体结构：石墨晶体是层状结构，层和层间的作用力是范德华力 ②层内结构：无限的平面六边形网状结构，层内的作用力是共价键 ③特殊作用力：每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道形成遍及整个平面的大π键。 ④C原子杂化：采取sp2杂化，C－C键之间的夹角为120°。 ⑤含共价键数：1mol石墨中含mol C－C键 (3)晶体类型：有分子晶体、共价晶体和金属晶体多重性质的混合型晶体 (4)物理性质：熔点高、质软、易导电 (5)用途：制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等 2．Na2SiO3晶体 (1)阴离子结构 ①不存在单个的简单SiO32－ ②基本结构：Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。 ③链状结构：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｛SiO32－｝∞单元 (2)晶体类型：链状硅酸盐｛SiO32－｝∞单元与Na+以离子键结合而成的离子晶体 3．过渡晶体 (1)键型过渡：原子间的化学键介于典型模型(金属键、离子键、共价键、配位键)之间的过渡状态。 (2)过渡晶体：晶体居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态晶体。 第3节 液晶、纳米材料与超分子 一、液晶 1．定义：在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性聚集状态的物质 2．结构：内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质 3．特征 (1)折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性 (2)液晶显示的驱动电压低、功率小 4．用途：制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等液晶显示器。 二、纳米材料 1．结构：由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成 (1)纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序 (2)界面为无序结构 2．性质：具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质 3．应用：由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料 4．实例： (1)家族：富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和碳纳米管。 (2)碳纳米管 ①结构：管状结构，由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”。 ②特性：纤维长、强度高、韧性高。 ③性能：具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。 (3)纳米机器 ①纳米尺度微型机器，可消灭传染性微生物，杀死癌细胞，清除血小板，修复受损细胞，吞噬有害物质 ②制造原子大小的超级计算机 三、等离子体 (1)定义 由大量带电微粒(离子、电子)和中性微粒(原子或分子)所组成的物质聚集体称为等离子体。 (2)特点 等离子体中正、负电荷数大致相等，总体来看等离子体呈准电中性。 (3)性质 等离子体具有很好的导电性，很高的温度和流动性。 四、超分子 1．概念：两个或多个分子“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体。 2．结构 (1)内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用 (2)一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 3．分子梭的变化 (1)在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。 (2)变化原理 ①在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强； ②在酸性情况下，由于位点2的亚氨基结合H+而带正电荷，与环状分子B的作用增强。 (3)变化过程：通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。 4．冠醚及其作用 (1)作用：随环的大小不同而与不同金属离子络合，将阳离子带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂 (2)图示 5．超分子的应用 (1)应用：进行分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。 (2)实例：“杯酚”能与C60形成超分子，从而识别C60和C70的原理 ▁▃▅▇易错点01：晶体与非晶体比较的易错点 (1)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 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 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 (2)晶体都有规则的几何外形，但具有规则几何外形的物质不一定是晶体。 (3)晶体和非晶体的本质区别在于内部微粒是否有序排列。 (4)依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定性，应从本质特征上进行把握。 (5)无固定熔、沸点的物质都不是晶体。 ▁▃▅▇易错点02：离子晶体易错点 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中除含有离子键外，还含有共价键和氢键。 3．离子晶体不一定都含有金属元素，如：NH4Cl、NH4NO3等铵盐。 4．由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如：AlCl3是分子晶体。 5．含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体；有阴离子的晶体中一定存在阳离子。 6．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。 7．溶于水能导电的不一定是离子晶体，如：HCl等；熔化后能导电的晶体不一定是离子晶体，如：金属等。 ▁▃▅▇易错点03：四种晶体类型比较的易错点 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子 和自由电子 粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(有的有氢键) 金属键 作用力强弱 (一般情况下) 较强 很强 弱 较强 确定作用力强弱的一般判断方法 离子所带电荷总数、离子半径 键长(原子半径) 分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量 离子半径、离子所带电荷数 熔、沸点 较高 高 低 差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃) 硬度 硬而脆 大 较小 差别较大 导热和 导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 机械加工性 不良 不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 ▁▃▅▇易错点04：判断物质的聚集状态易错点 1．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。 2．物质的聚集状态除了气态、液态和固态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。 ▁▃▅▇易错点05：物质的四种其他聚集状态比较易错点 状态 非晶体 液晶 纳米材料 等离子体 定义 基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序的聚集状态 在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体各向异性的聚集状态 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料 由大量带电微粒和中性微粒所组成的物质聚集体 特征 某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大 折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性 导电性好、高温、流动性 重要应用 制作各种容器、太阳能电池 液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表 化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机 切割金属、代替手术刀进行外科手术、显示器 ▉方法01判断晶体类型的方法 【解题通法】 1．依据构成晶体微粒的种类。离子晶体：阴、阳离子；分子晶体：分子；共价晶体：原子；金属晶体：金属阳离子和自由电子。 2．依据构成晶体微粒之间的作用。离子晶体：离子键；分子晶体：分子间作用力；共价晶体：共价键；金属晶体：金属键。 【典型例题】下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( ) A．金刚石和二氧化碳 B．NaBr和HBr C．氯气和KCl D．甲烷和 【答案】C 【解析】A项，金刚石是由共价键结合的原子晶体，干冰是含有共价键的分子晶体，故A不符合题意；B项，NaBr是离子晶体含有离子键，HBr是分子晶体含有共价键，故B不符合题意；C项，氯气是分子晶体，含有共价键，KCl是离子晶体含有离子键，故C不符合题意；D项，甲烷和H2O都是分子晶体，都只含共价键，故D符合题意；故选D。 易错点02确定晶体的化学式的方法 1．计算依据：每个晶胞中平均拥有的各类微粒的最简个数比即为晶体的化学式。 2．确定方法 观察微粒种类→确定微粒在晶胞中的位置→用切割法求各微粒的数目→求各微粒的最简个数比→确定化学式。 3．立方晶胞中各物理量的关系：m＝ρV＝a3×ρ＝ (1)m：表示一个晶胞质量(g)； (2)ρ：表示晶胞密度(g·cm－3)； (3)V：表示一个晶胞体积(cm3)； (4)a：表示晶胞参数(cm)； (5)N：表示一个晶胞实际含有的微粒数； (6)NA：表示阿伏加德罗常数； (7)M：表示微粒的摩尔质量。 【典型例题】现有四种晶体的晶胞，其微粒质点排列方式如图所示，其中化学式正确的是( )               A． B． C． D． 【答案】C 【解析】内部1个算一个，六面体棱上每个算个，六面体顶点一个算个，面上一个算个，六棱柱顶点1个算个，棱上1个算个。A项，原子个数，A=1，B=，故应为AB，A错误；B项，原子个数，E=，F=，故应为EF，B错误；C项，原子个数，X=1，Y=，Z=故应为XY3Z，C正确；D项，原子个数，A=，B=6，故应为AB2，D错误；故选C。 ▉方法03晶胞中原子空间占有率的计算方法 【解题通法】 晶胞中原子空间占有率的计算方法 ―→ 1．面心立方晶胞中原子的空间占有率 如图所示是金属晶体的面心立方晶胞的结构剖面图。设金属原子的半径为R，则晶胞的面对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，即a＝2R，则晶胞立方体的体积为(2R)3。每个面心立方晶胞中实际含有4个金属原子，4个金属原子的体积为4×πR3，因此晶胞中原子的空间占有率为×100%≈74%。 2．体心立方晶胞中原子的空间占有率 甲　　 　　乙 如图所示是金属晶体的体心立方晶胞的剖面图，设金属原子的半径为R，则晶胞的体对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，得a＝R，该晶胞中实际含有的原子数为2，则晶胞中原子的空间占有率为×100%＝×100%≈68%。 运用同样的方法可计算出简单立方晶胞的原子空间占有率为52%。 3．六方晶胞中原子的空间占有率 六方晶胞如图所示：晶胞的底面为菱形，下面的四个原子构成正四面体(虚线连接的四个原子)，且两两相切。设原子半径为r，菱形的边长为a，则a＝2r；整个六方晶胞含有2个原子，所以V球＝πr3。求六方晶胞的高h，因为六方晶胞体内的原子位于h/2处，所以正四面体的高为晶胞高的一半，根据立体几何的知识求得正四面体的高为a，那么晶胞的高h＝a＝r，则晶胞的体积为r×2r2；因此×100%≈74%。六方晶胞的原子空间占有率与面心立方晶胞的原子空间占有率相同，均是74%，这两种晶胞的空间占有率较高，称为紧密堆积。 【典型例题】关于下列四种金属堆积模型和金属晶体的说法正确的是( ) A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．金属的延展性不可以用电子气理论解释 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74% 【答案】D 【解析】A项，图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，A项错误；B项，金属发生形变时，自由电子仍然可以在金属阳离子之间流动，使金属不会断裂，所以能用电子气理论解释金属的延展性，B项错误；C项，利用均摊法计算每个晶胞中原子个数——图1： ，图2：，图3：，图4：，即图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、4、2，C项错误；D项，图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，D项正确。故选D。 ▉方法04离子晶体的判断方法 【解题通法】 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。 (2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。 (3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。 (4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。 【典型例题】下列说法中正确的是(　　 ) A．固态能导电的晶体一定是金属晶体 B．固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 C．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 D．固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体 【答案】D 【解析】固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，如硅和石墨等不是金属晶体，A不正确；固态不能导电，水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，如P2O5等不是离子晶体，B不正确；金属熔融状态也能导电，C不正确；离子晶体是阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。 ▉方法05离子晶体性质的判断 【解题通法】 1．离子晶体熔、沸点的规律 (1)一般来说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，晶体熔、沸点越高。 (2)离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。 2．对离子晶体特性的理解 (1)离子晶体熔、沸点的比较：一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。 (2)对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果。 (3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电，在熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。 (4)离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱。通常情况下，它们的水溶液不导电。 【典型例题】MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是( ) A．MgO>Rb2O>BaO>CaO B．MgO>CaO>BaO>Rb2O C．CaO>BaO>MgO>Rb2O D．CaO>BaO>Rb2O>MgO 【答案】B 【解析】四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷数少，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷一样多，半径Mg2＋<Ca2＋<Ba2＋，与O2－形成的离子键由强到弱的顺序是MgO>CaO>BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO>CaO>BaO。综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。 ▉方法06共价晶体的结构判断方法 【解题通法】 (1)构成共价晶体的基本微粒：原子。晶体中不存在单个分子，共价晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。 (2)形成共价晶体的作用力：共价键。在共价晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。 (3)共价晶体中的原子以共价键相结合，共价键有方向性和饱和性，因此在共价晶体中，每个原子周围的其他原子的数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。原子的堆积不遵循紧密堆积原则。 【典型例题】下列有关共价晶体的叙述错误的是( ) A．共价晶体中，只存在共价键 B．共价晶体具有空间网状结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 【答案】D 【解析】A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。 ▉方法07分子晶体的判断方法 【解题通法】 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。 【典型例题】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点，记录如下： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 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】分子晶体中，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，故分子晶体的熔点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔点均很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔点较低，应为分子晶体，所以B项正确。 ▉方法08晶体熔、沸点点的比较方法 【解题通法】 离子晶体 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大(即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 原子晶体 原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高，如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅 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 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 ④烷烃的同分异构体，支链越多，对称性强，熔、沸点越低 金属晶体 一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al 异类晶体 一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，如SiO2＞NaCl＞CO2 【典型例题】下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是( ) A．金刚石>晶体硅>金刚砂 B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4 C．MgO＞H2O＞O2＞Br2 D．金刚石>生铁>纯铁>钠 【答案】B 【解析】A项，金刚石、晶体硅、金刚砂都是共价晶体，原子半径越小，键能越大，熔沸点越高，熔沸点：金刚石>金刚砂>晶体硅，故A错误；B项，CI4、CBr4、CCl4、CH4都是分子晶体，相对分子质量越大熔沸点越高，熔沸点CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4，故B正确；C项，MgO是离子晶体，熔沸点最高，H2O、Br2、O2都是分子晶体，H2O 分子间能形成氢键，熔沸点较高，Br2的相对分子质量大于O2，所以熔沸点MgO＞H2O＞Br2＞O2，故C错误；D项，金刚石是共价晶体，熔沸点最高，生铁、纯铁、钠都是金属晶体，合金的熔沸点低于成分金属，所以熔沸点：金刚石>纯铁>生铁>钠，故D错误；选B。 11 / 20 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第1节 认识晶体 一、晶体的特性 1．晶体与非晶体的概念 状态 内部微粒 排列方式 晶体 固态 原子、离子或分子 内部微粒在空间按一定规律做______________ 非晶体 内部微粒无______________排列的固体物质 2．晶体的特性 特性 具体表现 举例或应用 自范性 在适宜的条件下，晶体能够_______地呈现封闭的、规则的多面体外形 水晶，晶体完好时呈六棱柱状 对称性 由于晶体内部的微粒在空间按照一定规律做_____________，使晶体在生长过程中形成规则的多面体几何外形，从而具有特定的_______性 规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有对称轴也有对称面 各向异性 在不同的方向上表现出_______的物理性质(如导电性、导热性、膨胀系数、折光率等) 石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍 固定的熔沸点 加热晶体温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高 氯化钠、冰等都具有固定的熔、沸点 3．晶体结构的测定方法：______________。 4．晶体与非晶体的比较 项目 晶体 非晶体 外观 ____规则的几何外形 ____规则的几何外形 微观结构 微粒在三维空间周期性_______排列 微粒排列相对_______ 自范性 _______ _______ 各向异性 _______ _______ 熔点 _______ _______ 能否发生 X射线衍射 _______ _______ 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现______________排列 实验鉴别 间接方法：看是否有______________ 科学方法：对固体进行______________实验 性能用途 ①把机械能变成电能； ②制作红外夜视仪； ③做电子元件 ①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高； ②非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大，可以有效吸收阳光 二、 晶体的分类 1．分类标准：根据晶体内部_______的种类和微粒间___________的不同。 2．分类 晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例 离子晶体 ______________ ______________ NaCl 金属晶体 ______________ ______________ 铜 共价晶体(共价晶体) ______________ ______________ 金刚石 分子晶体 ______________ ______________ 冰 三、晶胞 1．定义：晶体中的微粒呈现______________排列，晶体结构中基本的___________称为晶胞。 2．形状：晶胞的形状为______________。 3．金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞 金属 金属铜及其晶胞 金属镁及其晶胞 图示 结构特点 8个_______各有1个粒子，6个面的_______各有1个粒子 8个_______各有1个粒子，晶胞_______有1个粒子 4．晶体与晶胞的关系 (1)晶胞选取的“两个”原则：一是保证_______性；二是尽量_______。 (2)将一个个晶胞及其中包含的微粒的____、____、____、____、____、____并置，就构成了整个晶体。 (3)根据晶胞了解晶体结构 ①晶胞的_______； ②晶胞的_______； ③晶胞中包含微粒的_______、_______和____________。 四、晶胞中微粒数的求法——“切割法” 1．理论依据(以铜的晶胞为例)：铜晶胞中14个微粒被上、下、前、后、左、右并置着的其他晶胞共有，顶点和面心上的微粒并不为一个晶胞所_______。 2．求算方法：某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的____属于该晶胞。 3．平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算 4．非平行六面体形结构单元 晶胞 正六棱柱 正三棱柱 示意图 顶点上微粒 ____ ____ 侧棱上微粒 ____ ____ 上下棱微粒 ____ ____ 面点上微粒 ____ ____ 内部的微粒 ____ ____ 5．切割法在计算其他结构中微粒数的应用 在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的。则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如图所示。 6．气态团簇分子不能用切割法 如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，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，则分子式可表示为___________或___________。 第2节 几种简单的晶体结构模型 一、金属晶体 1．概念。金属原子通过_______形成的晶体称为金属晶体。 2．特点。由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有_______密度大、___________高、能充分利用_______等特点。 4．物理通性。金属晶体具有金属光泽，有良好的_______、_______和_______。 5．金属晶体的结构与物理性质 (1)金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着_______的作用。 (2)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性____。 (3)金属晶体熔、沸点的规律 ①金属的熔、沸点取决于_______的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越____，晶体熔、沸点越____。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、______________和___________的作用力不同造成的。 ③同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐_______；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐_______。 ④合金的熔点一般低于成分金属的熔点。 二、金属晶体的结构及堆积方式 1．结构：金属晶体可看作___________的堆积 2．堆积方式：如图为球堆积层的两种模式 3．常见金属晶体的四种结构 结构示 意图 晶胞 配位数 _______ _______ _______ _______ 原子相切关系 _______上的两个原子相切 ___________上的三个原子相切 ___________上的三个原子相切 _______上的两个原子相切 晶胞棱长a与原子半径r的关系 ___________ ___________ ___________ a＝_______，晶胞高h＝_______ 空间利用率 52% 68% 74% 74% (1)空间利用率＝×100% (2)原子的体积：V＝πr3(r为原子半径) (3)晶胞体积 ①根据晶胞参数计算 ②根据密度计算：V＝ 二、离子晶体 1．概念 概念 阳离子和阴离子通过_______结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体 成键微粒 ______________ 微粒间作用力 ______________ 2．常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl CaF2 晶胞 阳离子的配位数 _______ _______ _______ 阴离子的配位数 _______ _______ _______ 晶胞中微粒数 _______ _______ _______ _______ _______ _______ 3．离子晶体的简单结构类型 晶体类型 晶胞示意图 结构特点 NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF，MgO等) ①Na＋、Cl－的配位数均为____ ②每个Na＋(Cl－)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl－(Na＋)构成_______体 ③每个Na＋(Cl－)周围紧邻的Na＋(Cl－)有____个 ④每个晶胞中含4个Na＋、4个Cl－ CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等) ①Cs＋、Cl－的配位数均为____ ②每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cl－(Cs＋)构成_______体 ③每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cs＋(Cl－)有____个 ④每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ ZnS型(BeO、BeS等) ①Zn2＋、S2－的配位数均为____ ②每个Zn2＋(S2－)周围紧邻的S2－(Zn2＋)构成_______体 ③每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2＋ ④Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的 CaF2型 ①Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比 ②每个F－周围紧邻的4个Ca2＋构成正四面体，每个Ca2＋周围紧邻的8个F－构成立方体 ③每个晶胞中有4个Ca2＋、8个F－ ④Ca2＋与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的 三、晶格能 1．概念：将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全_______而远离所吸收的能量。 2．意义：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越____，离子晶体越_______。 3．影响因素： (1)晶格能∝，即与阴、阳离子所带电荷的乘积成_______，与阴、阳离子间的距离成_______。 (2)与离子晶体的___________有关。 4．特性 (1)熔点、沸点较高，而且随着离子电荷的增加，离子间距的缩短，_______增大，熔点升高。 (2)一般易溶于水，而难溶于_______溶剂。 (3)在固态时不导电，_______状态或在_______中能导电。 四、共价晶体的结构特征 1．概念。相邻原子间以_______结合而形成的具有______________结构的晶体称为共价晶体。 2．特点。共价晶体的熔点_______，硬度_______。对结构相似的共价晶体来说，原子半径越____，键长越____，键能越____，晶体的熔点就越____。 3．典型共价晶体结构模型。通常情况下，晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。 五、几种共价晶体的结构 1．金刚石的结构 金刚石的晶体结构模型如下： (1)在晶体中每个碳原子以______________对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成___________结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体_______结构。 (2)晶体中相邻碳碳键的夹角为______________，碳原子采取了_______杂化。 (3)最小环上有6个碳原子。 (4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为_______。 (5)晶体中C—C键键长很____，键能很____，故金刚石的硬度_______，熔点_______。 (6)1 mol C原子组成的金刚石中含有____ mol C—C键。 2．SiO2晶体的结构 二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的共价晶体。其结构示意图如下： (1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合____个O原子，同时每个O原子与____个Si原子结合。 (2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是_______，位于四面体四个顶点上的原子是_______。 (3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是_______。 (4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是____，包括____个O原子和____个Si原子。 (5)1 mol二氧化硅晶体中含有____ mol Si—O键。 3．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_______的，所以在整个晶体中硅原子与碳原子个数比为_______。 六、分子晶体 1．分子间通过______________结合形成的晶体称为分子晶体。______________、_______________等无机物以及多数_______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______________，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_______，有较强的_________。 (2)对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的物质来说，随着______________的增大，______________增强，熔、沸点升高。 (3)一般来说，分子间作用力___________，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_______、分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的_______等，都会影响分子的堆积方式和结构型式。 七、典型分子晶体的结构模型 1．常见的分子晶体 (1)碘晶体 碘晶体的晶胞是一个_______体，在它的每个顶点上有____个碘分子，每个面上有____个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到____个碘分子。 氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构___________，只是晶胞的________不同而已。 (2)干冰晶体 冰晶体是一种___________结构，在它的___________和_______上各有1个CO2分子，每个晶胞中有____个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有____个。 (3)冰晶体 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有_______性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与______________方向的____个相邻水分子相互吸引，每个水分子中的每个氧原子周围都有____个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过_______结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠_______结合在一起。这样的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，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小 八、晶体结构的复杂性 1．石墨晶体 (1)晶体模型 (2)结构特点 ①晶体结构：石墨晶体是_______结构，层和层间的作用力是___________ ②层内结构：无限的平面_______网状结构，层内的作用力是___________ ③特殊作用力：每个C原子还有1个未参与杂化的____轨道形成遍及整个平面的__________。 ④C原子杂化：采取_______杂化，C－C键之间的夹角为_______。 ⑤含共价键数：1mol石墨中含____mol C－C键 (3)晶体类型：有分子晶体、共价晶体和金属晶体多重性质的_______晶体 (4)物理性质：熔点____、质____、____导电 (5)用途：制造_______、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等 2．Na2SiO3晶体 (1)阴离子结构 ①不存在单个的简单SiO32－ ②基本结构：Si通过共价键与____个O原子相连，形成______________。 ③链状结构：___________体通过共用顶角O原子而连成较大的______________｛SiO32－｝∞单元 (2)晶体类型：链状硅酸盐｛SiO32－｝∞单元与Na+以_______结合而成的_______晶体 3．过渡晶体 (1)键型过渡：原子间的化学键介于典型模型(_______键、_______键、_______键、_______键)之间的过渡状态。 (2)过渡晶体：晶体居于_______晶体、_______晶体、_______晶体、_______晶体之间的过渡状态晶体。 第3节 液晶、纳米材料与超分子 一、液晶 1．定义：在一定温度范围内既具有液体的___________，又具有晶体的___________聚集状态的物质 2．结构：内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出_______的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出_______的性质 3．特征 (1)折射率、磁化率、电导率等均表现出___________ (2)液晶显示的驱动电压____、功率____ 4．用途：制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等______________。 二、纳米材料 1．结构：由直径为几或几十纳米的_______和颗粒间的_______两部分组成 (1)纳米颗粒内部具有_______结构，原子排列_______ (2)界面为_______结构 2．性质：具有既不同于_______粒子又不同于_______物体的独特性质 3．应用：由于纳米材料的颗粒很小和处于______________所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由__________或___________的结构颗粒构成的材料 4．实例： (1)家族：_______烯(C60等球碳)、_______ (单层石墨片)和___________。 (2)碳纳米管 ①结构：_______结构，由石墨片围绕_______按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”。 ②特性：纤维长、强度高、韧性高。 ③性能：具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。 (3)纳米机器 ①_______尺度微型机器，可消灭传染性微生物，杀死癌细胞，清除血小板，修复受损细胞，吞噬有害物质 ②制造_______大小的超级计算机 三、等离子体 (1)定义 由大量带电微粒(离子、电子)和中性微粒(原子或分子)所组成的物质_______称为等离子体。 (2)特点 等离子体中正、负电荷数大致相等，总体来看等离子体呈准电中性。 (3)性质 等离子体具有很好的_______，很高的温度和流动性。 四、超分子 1．概念：_______或_______分子“组合”在一起形成具有特定结构和功能的_______。 2．结构 (1)内部分子之间通过____________结合，包括氢键、静电作用、疏水作用 (2)一些分子与金属离子形成的___________等。 3．分子梭的变化 (1)在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。 (2)变化原理 ①在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强； ②在酸性情况下，由于位点2的亚氨基结合H+而带正电荷，与环状分子B的作用增强。 (3)变化过程：通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。 4．冠醚及其作用 (1)作用：随环的大小不同而与不同_______离子络合，将阳离子带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂 (2)图示 5．超分子的应用 (1)应用：进行分子_______、分子_______，促进超分子化学研究的发展。 (2)实例：“杯酚”能与C60形成超分子，从而识别C60和C70的原理 ▁▃▅▇易错点01：晶体与非晶体比较的易错点 (1)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 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 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 (2)晶体都有规则的几何外形，但具有规则几何外形的物质不一定是晶体。 (3)晶体和非晶体的本质区别在于内部微粒是否有序排列。 (4)依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定性，应从本质特征上进行把握。 (5)无固定熔、沸点的物质都不是晶体。 ▁▃▅▇易错点02：离子晶体易错点 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中除含有离子键外，还含有共价键和氢键。 3．离子晶体不一定都含有金属元素，如：NH4Cl、NH4NO3等铵盐。 4．由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如：AlCl3是分子晶体。 5．含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体；有阴离子的晶体中一定存在阳离子。 6．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。 7．溶于水能导电的不一定是离子晶体，如：HCl等；熔化后能导电的晶体不一定是离子晶体，如：金属等。 ▁▃▅▇易错点03：四种晶体类型比较的易错点 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子 和自由电子 粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(有的有氢键) 金属键 作用力强弱 (一般情况下) 较强 很强 弱 较强 确定作用力强弱的一般判断方法 离子所带电荷总数、离子半径 键长(原子半径) 分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量 离子半径、离子所带电荷数 熔、沸点 较高 高 低 差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃) 硬度 硬而脆 大 较小 差别较大 导热和 导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 机械加工性 不良 不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 ▁▃▅▇易错点04：判断物质的聚集状态易错点 1．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。 2．物质的聚集状态除了气态、液态和固态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。 ▁▃▅▇易错点05：物质的四种其他聚集状态比较易错点 状态 非晶体 液晶 纳米材料 等离子体 定义 基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序的聚集状态 在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体各向异性的聚集状态 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料 由大量带电微粒和中性微粒所组成的物质聚集体 特征 某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大 折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性 导电性好、高温、流动性 重要应用 制作各种容器、太阳能电池 液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表 化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机 切割金属、代替手术刀进行外科手术、显示器 ▉方法01判断晶体类型的方法 【解题通法】 1．依据构成晶体微粒的种类。离子晶体：阴、阳离子；分子晶体：分子；共价晶体：原子；金属晶体：金属阳离子和自由电子。 2．依据构成晶体微粒之间的作用。离子晶体：离子键；分子晶体：分子间作用力；共价晶体：共价键；金属晶体：金属键。 【典型例题】下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( ) A．金刚石和二氧化碳 B．NaBr和HBr C．氯气和KCl D．甲烷和 易错点02确定晶体的化学式的方法 1．计算依据：每个晶胞中平均拥有的各类微粒的最简个数比即为晶体的化学式。 2．确定方法 观察微粒种类→确定微粒在晶胞中的位置→用切割法求各微粒的数目→求各微粒的最简个数比→确定化学式。 3．立方晶胞中各物理量的关系：m＝ρV＝a3×ρ＝ (1)m：表示一个晶胞质量(g)； (2)ρ：表示晶胞密度(g·cm－3)； (3)V：表示一个晶胞体积(cm3)； (4)a：表示晶胞参数(cm)； (5)N：表示一个晶胞实际含有的微粒数； (6)NA：表示阿伏加德罗常数； (7)M：表示微粒的摩尔质量。 【典型例题】现有四种晶体的晶胞，其微粒质点排列方式如图所示，其中化学式正确的是( )               A． B． C． D． ▉方法03晶胞中原子空间占有率的计算方法 【解题通法】 晶胞中原子空间占有率的计算方法 ―→ 1．面心立方晶胞中原子的空间占有率 如图所示是金属晶体的面心立方晶胞的结构剖面图。设金属原子的半径为R，则晶胞的面对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，即a＝2R，则晶胞立方体的体积为(2R)3。每个面心立方晶胞中实际含有4个金属原子，4个金属原子的体积为4×πR3，因此晶胞中原子的空间占有率为×100%≈74%。 2．体心立方晶胞中原子的空间占有率 甲　　 　　乙 如图所示是金属晶体的体心立方晶胞的剖面图，设金属原子的半径为R，则晶胞的体对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，得a＝R，该晶胞中实际含有的原子数为2，则晶胞中原子的空间占有率为×100%＝×100%≈68%。 运用同样的方法可计算出简单立方晶胞的原子空间占有率为52%。 3．六方晶胞中原子的空间占有率 六方晶胞如图所示：晶胞的底面为菱形，下面的四个原子构成正四面体(虚线连接的四个原子)，且两两相切。设原子半径为r，菱形的边长为a，则a＝2r；整个六方晶胞含有2个原子，所以V球＝πr3。求六方晶胞的高h，因为六方晶胞体内的原子位于h/2处，所以正四面体的高为晶胞高的一半，根据立体几何的知识求得正四面体的高为a，那么晶胞的高h＝a＝r，则晶胞的体积为r×2r2；因此×100%≈74%。六方晶胞的原子空间占有率与面心立方晶胞的原子空间占有率相同，均是74%，这两种晶胞的空间占有率较高，称为紧密堆积。 【典型例题】关于下列四种金属堆积模型和金属晶体的说法正确的是( ) A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．金属的延展性不可以用电子气理论解释 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74% ▉方法04离子晶体的判断方法 【解题通法】 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。 (2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。 (3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。 (4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。 【典型例题】下列说法中正确的是(　　 ) A．固态能导电的晶体一定是金属晶体 B．固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 C．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 D．固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体 ▉方法05离子晶体性质的判断 【解题通法】 1．离子晶体熔、沸点的规律 (1)一般来说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，晶体熔、沸点越高。 (2)离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。 2．对离子晶体特性的理解 (1)离子晶体熔、沸点的比较：一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。 (2)对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果。 (3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电，在熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。 (4)离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱。通常情况下，它们的水溶液不导电。 【典型例题】MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是( ) A．MgO>Rb2O>BaO>CaO B．MgO>CaO>BaO>Rb2O C．CaO>BaO>MgO>Rb2O D．CaO>BaO>Rb2O>MgO ▉方法06共价晶体的结构判断方法 【解题通法】 (1)构成共价晶体的基本微粒：原子。晶体中不存在单个分子，共价晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。 (2)形成共价晶体的作用力：共价键。在共价晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。 (3)共价晶体中的原子以共价键相结合，共价键有方向性和饱和性，因此在共价晶体中，每个原子周围的其他原子的数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。原子的堆积不遵循紧密堆积原则。 【典型例题】下列有关共价晶体的叙述错误的是( ) A．共价晶体中，只存在共价键 B．共价晶体具有空间网状结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 ▉方法07分子晶体的判断方法 【解题通法】 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。 【典型例题】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点，记录如下： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 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 ▉方法08晶体熔、沸点点的比较方法 【解题通法】 离子晶体 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大(即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 原子晶体 原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高，如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅 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 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 ④烷烃的同分异构体，支链越多，对称性强，熔、沸点越低 金属晶体 一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al 异类晶体 一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，如SiO2＞NaCl＞CO2 【典型例题】下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是( ) A．金刚石>晶体硅>金刚砂 B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4 C．MgO＞H2O＞O2＞Br2 D．金刚石>生铁>纯铁>钠 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $