第五章 第3讲 化学键 晶体结构.docx

第五章 第3讲 化学键 晶体结构.docx

《第五章 第3讲 化学键 晶体结构.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 第3讲 化学键 晶体结构.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第五章第3讲化学键晶体结构

第3讲　化学键　晶体结构

[考纲要求]　1.了解化学键的含义。

2.了解离子键、共价键的形成。

3.了解常见晶体的结构和性质。

考点一　化学键

1．概念

相邻原子间强烈的相互作用。

2．类型

根据成键原子间的电子得失或转移可将化学键分为离子键和共价键。

3．化学键与化学反应

旧化学键的断裂和新化学键的形成是化学反应的本质，是反应中能量变化的根本。

1．

（1）所有物质中都存在化学键吗？

（2）有化学键的断裂或生成就一定是化学反应吗？

答案　

（1）不是所有物质都存在化学键，稀有气体中无化学键。

（2）不一定是化学反应，如NaCl溶于水，属于物理变化，其中有离子键的断裂，而将NaCl蒸发结晶，Na＋和Cl－重新形成离子键而成为晶体，也是物理变化。

考点二　离子键

1．定义

带相反电荷的离子间的相互作用。

2．形成条件

活泼金属与活泼非金属之间化合时，易形成离子键，如第ⅠA族、第ⅡA族中的金属与第ⅥA族、第ⅦA族中的非金属化合时易形成离子键。

3．构成离子键的微粒为阴、阳离子。

4．离子键的实质是静电作用。

5．表示方法

（1）用电子式表示离子化合物的形成过程：

①Na2S：

；

②CaCl2：

。

（2）写出下列物质的电子式

①MgCl2：

②Na2O2：

③NaOH：

④NH4Cl：

。

2．

（1）形成离子键的静电作用指的是阴、阳离子间的静

电吸引吗？

（2）形成离子键的元素一定是金属元素和非金属元素吗？

仅由非金属元素组成的物质中一定不含离子键吗？

（3）金属元素和非金属元素形成的化学键一定是离子键吗？

（4）含有离子键的化合物中，一个阴离子可同时与几个阳离子形成静电作用吗？

答案　

（1）既有阴、阳离子间的静电吸引，也有原子核与原子核之间、电子与电子之间的相互排斥。

（2）都不一定，如铵盐全是由非金属元素形成的。

（3）不一定，如AlCl3中的化学键就是共价键。

（4）可以，如Na2S，离子键没有方向性。

考点三　共价键

1．共价键

（1）定义：

原子间通过共用电子对所形成的相互作用（或化学键）。

（2）形成条件

①一般非金属的原子间可形成共价键。

②某些金属与非金属（特别是不活泼金属与不活泼非金属）原子之间也能形成共价键。

2．共价键的种类

（1）非极性共价键：

同种元素的原子间形成的共价键，共用电子对不偏向任何一个原子，各原子都不显电性，简称非极性键。

（2）极性共价键：

不同元素的原子间形成共价键时，电子对偏向非金属性强的一方，两种原子，一方略显正电性，一方略显负电性，简称极性键。

3．成键微粒为原子。

4．表示方法

（1）用电子式表示

（2）用结构式表示

①N2：

N≡N；

②H2O：

H—O—H；

③CO2：

O===C===O。

（3）用电子式表示共价键形成过程：

3．

（1）共价键仅存在于共价化合物中吗？

答案　不是，有些离子化合物如NaOH、Na2O2及NH4Cl等物质中皆存在共价键。

（2）所有物质都能用电子式表示其组成吗？

答案　不是。

4．下列电子式书写正确的是

（　　）

答案　B

5．氯水中存在多种微粒，下列有关粒子的表示方法正确的是（　　）

A．氯气的电子式：

Cl

Cl

B．氢氧根离子的电子式：

H

C．次氯酸分子的结构式：

H—O—Cl

D．HClO的电子式：

H

C

O

答案　C

解析　A项应把氯原子的最外层电子都标出；B项缺少中括号，也没标明粒子所带电荷；D项氢原子应与氧原子形成共价键，氧的最外层电子未全标出。

考点四　四种晶体的比较

分子晶体

原子晶体

金属晶体

离子晶体

构成粒子

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

分子间

作用力

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

常见溶剂难溶

大多易溶于水等极性溶剂

导电、传热性

一般不导电，溶于水后有的导电

一般不具有导电性，个别为半导体

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）

特别提醒　

（1）原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如MgO的熔点为2852℃，石英的熔点为1710℃。

（2）金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97℃，尿素的熔点为132.7℃。

化学键与物质类别的关系以及对物质性质的影响

1．化学键与物质类别的关系

（1）只含共价键的物质

①同种非金属元素构成的单质，如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。

②不同种非金属元素构成的共价化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。

（2）只含有离子键的物质：

活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、K2O、NaH等。

（3）既含有离子键又含有共价键的物质，如Na2O2、CaC2、NH4Cl、NaOH、Na2SO4等。

（4）无化学键的物质：

稀有气体，如氩气、氦气等。

2．离子化合物和共价化合物的判断方法

（1）根据化学键的类型判断

凡含有离子键的化合物，一定是离子化合物；只含有共价键的化合物，是共价化合物。

（2）根据化合物的类型来判断

大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物；非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合物。

（3）根据化合物的性质来判断

熔点、沸点较低的化合物是共价化合物。

熔化状态下能导电的化合物是离子化合物，如NaCl，不导电的化合物是共价化合物，如HCl。

3．化学键对物质性质的影响

（1）对物理性质的影响

金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。

NaCl等部分离子

化合物，也有很强的离子键，故熔点也较高。

（2）对化学性质的影响

N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定，H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。

【例1】　化学键使得一百多种元素构成了世界的万事万物。

关于化学键的下列叙述中正确的是（　　）

A．离子化合物可能含共价键，共价化合物中可能含离子键

B．共价化合物可能含离子键，离子化合物中只含离子键

C．构成单质分子的微粒一定含有化学键

D．在氧化钠中，除氧离子和钠离子的静电吸引作用外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用

解析　依据概念分析选项。

含有离子键的化合物是离子化合物，只含共价键的化合物是共价化合物，A项、B项错误；稀有气体分子内不含化学键，C项错误；化学键是原子或离子之间的强烈的相互作用，既有静电吸引，又有静电排斥，D项正确。

答案　D

【例2】　下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应是（　　）

A．NH4Cl

NH3↑＋HCl↑

B．NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3

C．2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O

D．2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2

解析　本题以四个化学反应为载体综合考查了学生对离子键、极性共价键和非极性共价键的认识程度。

A、B中无非极性键的断裂和形成；C中有非极性键（Cl－Cl）的断裂但无非极性键的形成；D中Na2O2既有离子键又有非极性共价键，CO2中有极性共价键，Na2CO3有离子键和极性共价键，O2中有非极性共价键，故选D。

答案　D

8电子结构的判断

判断分子中各原子是否达到8电子的稳定结构，主要方法有两种：

1．经验规律法

凡符合最外层电子数＋|化合价|＝8的皆为8电子结构。

2．试写结构法

判断某化合物中的某元素最外层是否达到8电子稳定结构，应从其结构式或电子式结合原子最外层电子数进行判断，如：

①H2O，O原子最外层有6个电子，H2O中每个O原子又与两个H原子形成两个共价键，所以H2O中的O原子最外层有6＋2＝8个电子，但H2O中的H原子最外层有2个电子；②N2，N原子最外层有5个电子，N与N之间形成三个共价键，所以N2中的N原子最外层达到8电子稳定结构。

【例3】　含有极性键且分子中各原子都满足8电子稳定结构的化合物是（　　）

A．CH4B．CH2===CH2

C．CO2D．N2

解析　CH4、CH2===CH2中氢不满足8电子稳定结构，A、B项错；N2中只含有非极性键且为单质，D项错。

答案　C

【例4】　下列物质中所有原子均满足最外层8电子稳定结构的化合物是（　　）

A．PCl5B．P4

C．CCl4D．NH3

解析　判断原子满足最外层8电子结构的方法为最外层电子数＋所成价键数＝8，故A项、D项错；P4为单质，而非化合物，故B项错；C项中5原子最外层均为8电子稳定结构，C项正确。

答案　C

晶体类型的判断及晶体熔、沸点高低的比较

一、晶体类型的判断

1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断

（1）离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。

（2）原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。

（3）分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。

（4）金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。

2．依据物质的分类判断

（1）金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。

（2）大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅等）、非金属氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、几乎所有的酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。

（3）常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。

（4）金属单质是金属晶体。

3．依据晶体的熔点判断

（1）离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。

（2）原子晶体熔点高，常在一千摄氏度至几千摄氏度。

（3）分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。

（4）金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。

4．依据导电性判断

（1）离子晶体溶于水的溶液及熔融状态时能导电。

（2）原子晶体一般为非导体。

（3）分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（主要是酸和强极性非金属氢化物）溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。

（4）金属晶体是电的良导体。

5．依据硬度和机

械性能判断

离子晶体硬度较大或硬而脆。

原子晶体硬度大。

分子晶体硬度小且较脆。

金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

注意　

（1）常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体（Hg除外）。

（2）石墨属于混合键型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长（键长为1.54×10－10m）短，所以熔、沸点高于金刚石。

（3）AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低（熔点190℃）。

（4）合金的硬度比成分金属大，熔、沸点比成分金属低。

【例5】　现有几组物质的熔点（℃）数据：

A组

B组

C组

D组

金刚石：

3550℃

Li：

181℃

HF：

－83℃

NaCl：

801℃

硅晶体：

1410℃

Na：

98℃

HCl：

－115℃

KCl：

776℃

硼晶体：

2300℃

K：

64℃

HBr：

－89℃

RbCl：

718℃

二氧化硅：

1723℃

Rb：

39℃

HI：

－51℃

CsCl：

645℃

据此回答下列问题：

（1）A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。

（2）B组晶体共同的物理性质是________（填序号）。

①有金属光泽　②导电性　③导热性　④延展性

（3）C组中HF熔点反常是由于____________________________________________。

（4）D组晶体可能具有的性质是__________（填序号）。

①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电

（5）D组晶体的熔点由高到低的顺序为：

NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为

________________________________________________________________________。

解析　通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。

答案　

（1）原子　共价键　

（2）①②③④　（3）HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多（只要答出HF分子间能形成氢键即可）　（4）②④　（5）D组晶体都为离子晶体，r（Na＋）

【例6】　下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是（　　）

A．SO2、SiO2B．CO2、H2O

C．NaCl、HClD．CCl4、KCl

解析　SO2是分子晶体，SiO2是原子晶体；CO2、H2O都是分子晶体，CO2、H2O分子中原子都是以共价键相结合；NaCl为离子晶体，晶体中只有离子键，HCl为分子晶体，HCl分子之间以分子间作用力相结合，HCl分子中，氢原子和氯原子以共价键相结合；CCl4为分子晶体，CCl4分子之间以分子间作用力相结合，CCl4分子中，碳原子和氯原子以共价键相结合；KCl为离子晶体，晶体中只有离子键。

答案　B

二、晶体熔、沸点高低的比较

1．不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律

原子晶体>离子晶体>分子晶体。

金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，如汞、镓、铯等沸点很低，金属晶体一般不参与比较。

2．原子晶体

由共价键形成的原子晶体中，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、沸点反常得高。

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

（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，CH3OH>CH3CH3。

（4）同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

（5）同分异构体的芳香烃，其熔、沸点高低顺序是邻>间>对位化合物。

5．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：

NaNa>K>Rb>Cs。

注意　

（1）金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。

（2）金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体Na晶体的熔点（98℃）小于分子晶体AlCl3晶体的熔点（190℃）。

【例7】　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

B．CI4>CBr4>CCl4>CH4

C．MgO>H2O>O2>Br2

D．金刚石>生铁>纯铁>钠

解析　对于A选项，同属于原子晶体，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，错误；B选项，同为组成、结构相似的分子晶体，熔沸点高低要看相对分子质量大小，正确；C选项，对于不同晶体类型熔沸点高低一般为：

原子晶体>离子晶体>分子晶体，MgO>（H2O、O2、Br2），H2O>（Br2、O2），Br2>O2，错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。

答案　B

【例8】　NaF、NaI、MgO均为离子化合物，根据下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序是（　　）

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

2

键长（10－10m）

2.31

3.18

2.10

A.①>②>③B．③>①>②

C．③>②>①D．②>①>③

解析　对离子化合物而言，晶格能越大熔点就越高。

一般说来，离子半径越小、所带电荷数越多，晶格能就越大。

同时，化学键键长越长，化学键的键能就越低；反之，化学键键长越短，化学键的键能就越高。

根据题给信息，比较得③、①、②熔点逐渐降低。

答案　B

几种典型的晶体结构

晶体

晶体结构

晶体详解

原子晶体

金刚石

（1）每个碳与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

（2）每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个

离子z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－

【例9】　

（1）已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则该化合物的化学式__________。

（2）已知MgO的晶体结构属于NaCl型。

某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示，请改正图中错误：

__________________________________________________。

（3）X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶胞结构如图所示。

X的元素符号是________，与同一个N3－相连的X＋有______个。

解析　

（1）利用均摊法

计算，该晶胞中N（Z）∶N（X）∶N（Y）＝1×1∶8×

∶12×

＝1∶1∶3，该化合物的化学式为ZXY3。

（2）由于MgO晶体结构属于NaCl型，Mg2＋与O2－应交替排列，结合MgO晶胞图示，⑧应为黑色，并且黑球应为Mg2＋，白球为O2－。

（3）X＋所含电子：

2＋8＋18＝28，则X为29号铜元素。

从图上看○少●多，结合X3N可知，○为N3－，以顶角上的○为中心，距离最近的X＋有3个。

构成一个完整的三维空间需8个这样的立方体晶胞，则每个N3－周围有X＋：

8×3×

＝6（个）（棱上原子为4个晶胞所共用）。

答案　

（1）ZXY3　

（2）⑧应为黑色，且黑球应为Mg2＋，白球为O2－　（3）Cu　6

【例10】　下列有关晶体的叙述中，错误的是（　　）

A．金刚石网状结构中，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＋周围距离相等且最近的Na＋共有6个

C．金属晶体中，以“……ABCABCABC……”形式的堆积称为面心立方堆积

D．干冰晶体中，每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子共有12个

解析　NaCl晶体中，Na＋周围最近的Na＋在小立方体的面对角线上，故有12个Na＋最近且等距离。

答案　B

高考题组一　离子键与共价键

1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）分子间的作用力比化学键弱得多，但它对物质的熔点、沸点有较大的影响，而对溶解度无影响（×）

（2011·浙江理综，7C）

（2）分子晶体中一定存在分子间的作用力，不一定存在共价键（√）

（2011·四川理综，8A）

（3）含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体（×）

（2011·四川理综，8C）

（4）N（NO2）3的结构式为NO2NNO2NO2，分子中N、O间形成的共价键是非极性键（×

）

（2011·安徽理综，7A）

2．（2012·新课标全国卷，13）短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中W的阴离子的核外电子数与X、Y、Z原子的核外内层电子数相同。

X的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，工业上采用液态空气分馏方法来生产Y的单质，而Z不能形成双原子分子。

根据以上叙述，下列说法中正确的是（　　）

A．上述四种元素的原子半径大小为W

B．W、X、Y、Z原子的核外最外层电子数的总和为20

C．W与Y可形成既含极性共价键又含非极性共价键的化合物

D．由W与X组成的化合物的沸点总低于由W与Y组成的化合物的沸点

答案　C

解析　首先根据元素的特性确定元素类别，再根据在周期表中的位置和结构推断元素，最后进行辨别。

X的一种核素能用来鉴定文物的年代，确定为C元素，Y的单质可用分馏液态空气法得到，确定为O元素或N元素，Z不能形成双原子分子，且核外内层电子数为2，可确定为Ne元素，W的阴离子的核外电子数是2，确定为H元素。

原子半径r（O）

3．（2011·浙江理综，9）X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。

X、Y、Z是原子序数依次递增的同周期元素，且最外层电子数之和为15；X与Z可形成XZ2分子；Y与M形成的气态化合物在标准状况下的密度为0.76g·L－1；W的质子数是X、Y、Z、M四种元素质子数之和的

。

下列说法正确的是（　　）

A．原子半径：

W>Z>Y>X>M

B．XZ2、X2M2、W2Z2均为直线形的共价化合物

C．由X元素形成的单质不一定是原子晶体

D．由X、Y、Z、M四种元素形成的化合物一定既有离子键，又有共价键

审题指导　

（1）X、Y、Z的位置关系：

（2）X、Y、Z的最外层电子数之和为15，而不是核外电子总数之和。

（3）Y、M能形成气态化合物。

答案　C

解析　本题考查元素推断，意在考查学生综合运用元素周期律的能力。

Y与M形成的气态化合物的摩尔质量M＝0.76g·L