物质的聚集状态　常见晶体类型导学案2027届高三化学一轮复习

物质的聚集状态　晶体与非晶体 1．物质的聚集状态 (1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。 (2)等离子体 ①定义：由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体。（注：无阴离子，是一种特殊的气体） ②性能：等离子体具有带电粒子且能自由移动，所以具有良好的导电性和流动性。 ③存在：日光灯、霓虹灯灯管、蜡烛火焰、极光雷电 ④应用：等离子体显示器 (3)液晶 ①定义：介于液态和晶态之间的物质状态。 ②性能：既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的导热性、光学性质等。表现出晶体的各向异性 ③应用：液晶显示器、合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。 (4)离子液体 (5)准晶 2．晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 性质特征 自范性 有 无 晶体与非晶体的本质区别就是自范性，晶体可能自发的呈现多面体外形的性质 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，体现的就是晶体的自范性 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 举例 水晶 玛瑙、玻璃、橡胶、炭黑、松香、石蜡、海波 注：在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的 实验：在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，你会发现石蜡在不同方向熔化的快慢不同。这是水晶导热性的各向异性造成的。 (2)得到晶体的途径 ①熔融态物质凝固；（缓慢冷却得到的晶体颗粒大，例水晶，急剧冷却得到的晶体颗粒小，例玛瑙，晶体生长需要一定时间） 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。 (3)晶体与非晶体的测定方法 ①测熔点：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。（晶体熔化时温度保持不变，熔化完成温度才会继续升高） ②最可靠方法：对固体进行X射线衍射实验。 实验：在晶体的X射线衍射实验中，当单一波长的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者明锐的衍射峰。而在同一条件下的非晶体图谱中却看不到分立的斑点或明锐的衍射峰。 常见晶体类型 1.四种常见晶体类型的比较 （1）分子晶体 ①构成微粒：分子，有分子式 ②微粒间相互作用：分子间作用力，分子内部共价键，稀有气体除外 ③硬度小，熔、沸点低 ④一般不导电，有的溶于水后导电 ⑤包括的物质类型 (1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等；(2)部分非金属单质，如X2、S8、O2 、N2、白磷(P4)、C60、稀有气体等；除金刚石，石墨(混合晶体)(3)部分非金属氧化物，如CO、P4O10、P4O6、SO2等；(4)几乎所有的酸；(5)绝大多数有机物。 （2）共价晶体 ①构成微粒：原子，无分子式 ②硬度很大，熔、沸点很高 ③微粒间相互作用：共价键 ④难溶于一般溶剂，一般不导电，个别为半导体 ⑤包括的物质类型：(1)某些单质：金刚石、B、Si、Ge和灰锡Sn等;(2)某些非金属化合物，如碳化硅（SiC，俗称金刚砂）BN、SiO2、Si3N4等(3)极少数金属氧化物(Al2O3刚玉)等 （3）金属晶体 ①构成微粒：金属阳离子和自由电子，金属键连接（晶体中有阳离子不一定有阴离子，但有阴离子一定有阳离子） ②包括的物质类型：金属单质和合金（除Ge和Sn），金属晶体常温下除汞外都是固体。 ③金属晶体熔点和硬度差别很大，有的很高，有的很低。金属键无方向性和饱和性，一般来说，金属元素原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 同周期金属单质，从左到右熔、沸点增大、硬度增大。 同主族，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低、硬度减小。 例Na、Mg、Al：价电子数：Al>Mg>Na，原子半径：Na>Mg>Al，故金属键由强到弱的顺序Al>Mg>Na，熔点：Na<Mg<Al(97.8 ℃<648.9 ℃<660.4 ℃)，硬度：Na<Mg<Al。 ④一般不溶于水，少数与水反应，具有良好的导电性、导热性和延展性 ⑤用“电子气理论”解释金属的性质 电子气理论把金属键描述为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。 延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以金属有良好的延展性 导热性 自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 注：温度升高，金属导电能力降低，电导率降低（因为温度升高，金属阳离子与自由电子碰撞次数增大，电阻增大） 导电性 在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。 ( 外加电场 ) 注：①金属晶体具有导电性，但能导电的物质不一定是金属。如石墨、硅具有导电性，属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。 ②金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变化。 金属光泽和颜色 由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收可见光，然后又把各种波长的光在反射出来，这就使绝大数金属不透明且且呈现银灰色或银白色光泽。而金属在粉末状态时，金属原子取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色 （4）离子晶体 ①构成微粒：阴、阳离子 ②微粒间相互作用：离子键 (有的还存在共价键、氢键)。离子键没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的离子晶体倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。 一般阴、阳离子电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大 ③硬度较大，脆性大，熔、沸点较高，难挥发难压缩。 ④大多易溶于水等极性溶剂，晶体不导电，水溶液或熔融态导电 ⑤包括的物质类型：金属氧/氢/硫/氮化物和过氧化物、强碱、绝大部分盐、铵盐 总结： 类型 比较 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成 微粒 分子 原子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子 粒子间的相互作用力 范德华力(某些含氢键) 共价键 金属键 离子键 硬度 较小 很大 有的很大，有的很小 较大 熔、沸点 较低 很高 有的很高，有的很低 较高 溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 难溶于常见溶剂 大多易溶于水等极性溶剂 导电、导热性 一般不导电，溶于水后有的导电 一般不具有导电性 电和热的良导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 物质类别及举例 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) 部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如SiC、SiO2) 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜) 金属氧化物(如K2O、 Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl) 2．常见晶体的结构模型 (1)典型的分子晶体——干冰和冰 ①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。 ②冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol氢键。 (2)典型的共价晶体——金刚石、二氧化硅 ①金刚石和二氧化硅晶体结构模型比较 结构模型 晶胞 金刚石 二氧化硅 ②金刚石和二氧化硅结构特点分析比较 金刚石 a.碳原子采取sp3杂化，键角为109°28′ b.每个碳原子与周围紧邻的4个碳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 c.最小碳环由6个碳原子组成，每个碳原子被12个六元环共用 d.金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，内部的C在晶胞的体对角线的处，每个金刚石晶胞中含有8个C原子 二氧 化硅 a.Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′ b.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，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2 c.最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子 d.1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为4NA e.每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子 (3)典型的离子晶体——NaCl、CsCl、CaF2 ①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。 ②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。 ③CaF2型：在晶体中，每个Ca2＋吸引8个F－，每个F－吸引4个Ca2＋，每个晶胞含4个Ca2＋，8个F－。 3.典型晶体模型 晶体 晶体结构 晶体详解 共价晶体 金刚 石 (1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均为109°28′ (3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内 (4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为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 分子 晶体` 干冰 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子 离子 晶体 NaCl型 (1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有6个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12个 (2)每个晶胞中含4个Na＋和4个Cl－ CsCl 型 (1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个 (2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ 混合型 晶体 石墨 (1)层内每一个碳原子分别与另外3个碳原子以共价键连接，形成六元环结构 (2)碳原子与共价键的个数比为2∶3；每个六元环平均占有2个碳原子 (3)层间的作用力是范德华力 (4)过渡晶体与混合型晶体 ①过渡晶体：纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理，把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。 ②混合型晶体 石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。 拓：气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子、4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4。 学科网（北京）股份有限公司 $