最新高中化学化学键与晶体结构 精品.docx
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最新高中化学化学键与晶体结构精品
学科:
化学年级：
高三
版本：
冲刺版期数：
2331
专题四化学键与晶体结构
考试大纲要求
1．理解离子键、共价键的涵义，了解键的极性。
2．了解几种晶体类型（离子晶体、原子晶体、分子晶体）及其性质。
知识规律总结
一、化学键与分子间作用力
表4-1化学键与分子间作用力的比较
化学键
分子间作用力
概念
相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键
把分子聚集在一起的作用力，叫做分子间作用力，又称范德华力
作用范围
分子或晶体内
分子之间
作用力强弱
较强
与化学键相比弱得多
影响的性质
主要影响化学性质
主要影响物理性质（如熔沸点）
二、化学键的分类
表4-2离子键、共价键和金属键的比较
化学键类型
离子键
共价键
金属键
概念
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键
原子间通过共用电子对所形成的化学键
金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键
成键微粒
阴阳离子
原子
金属阳离子和自由电子
成键性质
静电作用
共用电子对
电性作用
形成条件
活泼金属与活泼的非金属元素
非金属与非金属元素
金属内部
实例
NaCl、MgO
HCl、H2SO4
Fe、Mg
三、共价键的类型
表4-3非极性键和极性键的比较
非极性键
极性键
概念
同种元素原子形成的共价键
不同种元素原子形成的共价键，共用电子对发生偏移
原子吸引电子能力
相同
不同
共用电子对
不偏向任何一方
偏向吸引电子能力强的原子
成键原子电性
电中性
显电性
形成条件
由同种非金属元素组成
由不同种非金属元素组成
四、分子的极性
1．非极性分子和极性分子
表4-4非极性分子和极性分子的比较
非极性分子
极性分子
形成原因
整个分子的电荷分布均匀，对称
整个分子的电荷分布不均匀、不对称
存在的共价键
非极性键或极性键
极性键
分子内原子排列
对称
不对称
2．常见分子的类型与形状
表4-5常见分子的类型与形状比较
分子类型
分子形状
键角
键的极性
分子极性
代表物
A
球形
非极性
He、Ne
A2
直线形
非极性
非极性
H2、O2
AB
直线形
极性
极性
HCl、NO
ABA
直线形
180°
极性
非极性
CO2、CS2
ABA
角形
≠180°
极性
极性
H2O、SO2
A4
正四面体形
60°
非极性
非极性
P4
AB3
平面三角形
120°
极性
非极性
BF3、SO3
AB3
三角锥形
≠120°
极性
极性
NH3、NCl3
AB4
正四面体形
118°28′
极性
非极性
CH4、CCl4
AB3C
四面体形
≠118°28′
极性
极性
CH3Cl、CHCl3
AB2C2
四面体形
≠118°28′
极性
极性
CH2Cl2
3．分子极性的判断
（1）只含有非极性键的单质分子是非极性分子。
（2）含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。
（3）含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。
注意：
判断ABn型分子可参考使用以下经验规律：
①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；②若中心原子有孤对电子（未参与成键的电子对）则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。
五、晶体类型
1．分类
表4-6各种晶体类型的比较
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
存在微粒
阴阳离子
原子
分子
金属离子、自由电子
微粒间作用
离子键
共价键
范德华力
金属键
主要性质
硬而脆，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电，溶沸点高
质地硬，不溶于大多数溶剂，导电性差，熔沸点很高
硬度小，水溶液能够导电，溶沸点低
金属光泽，是电和热的良导体，熔沸点高或低
实例
食盐晶体
金刚石
氨、氯化氢
镁、铝
2．物质溶沸点的比较
（1）不同类晶体：
一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体
（2）同种类型晶体：
构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。
①离子晶体：
离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。
②分子晶体：
对于同类分子晶体，式量越大，则熔沸点越高。
③原子晶体：
键长越小、键能越大，则熔沸点越高。
（3）常温常压下状态
①熔点：
固态物质>液态物质
②沸点：
液态物质>气态物质
3．“相似相溶”规律
极性分子组成的溶质易溶于由极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于由非极性分子组成的溶剂。
思维技巧点拨
一、化学键及分子极性的判断
【例1】下列叙述正确的是
A.P4和NO2都是共价化合物
B.CCl4和NH3都是以极性键结合的极性分子
C.在CaO和SiO2晶体中，都不存在单个小分子
D.甲烷的结构式：
是对称的平面结构，所以是非极性分子
【解析】P4和NO2分子中都含有共价键，但P4是单质，故选项A错误。
CCl4是含有极性键的非极性分子，故选项B错误。
原子晶体、离子晶体和金属晶体中不存在小分子，只有分子晶体中才存在小分子，故选项C正确。
甲烷分子为正四面体形的非极性分子，故选项D错误。
本题正确答案为C。
【例2】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B.共价化合物可能含离子键
C.离子化合物中含离子键D.共价化合物中不含离子键
【解析】凡含有离子键的化合物不管是否含有共价键，一定属于离子化合物，所以共价化合物中不可能含有离子键。
本题正确答案为ACD。
二、熔沸点判断
【例3】碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。
在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是
A.①③②B.②③①C.③①②D.②①③
【解析】由于题给的三种物质都属于原子晶体，而且结构相似都是正四面体形的空间网状结构，所以晶体的熔点由微粒间的共价键强弱决定，这里共价键强弱主要由键长决定，可近似地看作是成键原子的半径之和，由于硅的原子半径大于碳原子，所以键的强弱顺序为C—C>C—Si>Si—Si，熔点由高到低的顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。
本题正确答案为A。
三、晶体结构知识的应用
【例4】图4-1是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为_______。
原硅酸根离子SiO44-的结构如图4-2所示，二聚硅酸根离子Si2O76-中，只有硅氧键，它的结构可表示为_______。
【解析】由图4-1可以看出：
每个硅原子周围结合4个氧原子，同时每个氧原子跟2个硅原子结合，因此二氧化硅晶体（石英）是由氧、硅原子按原子个数1∶2组成的立体空间网状结构的原子晶体。
Si2O76-只有硅氧键，根据SiO44-的结构图可得Si2O76-的结构图见图4-3。
【例5】
（1）中学化学教材中图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。
NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol）。
（2）天然和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某氧化镍晶体中就存在如图4-4所示的缺陷：
一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。
其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。
某氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。
【解析】晶胞中阴、阳离子个数的确定通常采用“原子分割法”，具体如下：
①处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞；②处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞；③处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞；④处于内部的1个离子，则完全属于该晶胞，该离子数目为1。
要确定NiO的密度，就应确定单位体积中NiO分子的个数，再结合NiO的摩尔质量求算出该晶体中NiO的质量，最后求出密度。
本题解答如下：
（1）如图4-5所示，以立方体作为计算单元，此结构中含有Ni2+—O2-离子数为：
4×
=
（个），所以1molNiO晶体中应含有此结构的数目为6.02×1023÷
=12.18×1023（个），又因一个此结构的体积为（a×10-8cm）3，所以1molNiO的体积应为12.18×1023×（a×10-8）cm3，NiO的摩尔质量为74.7g/mol，所以NiO晶体的密度为
=
（g/cm3）
（2）解法一（列方程）：
设1molNi0.97O中含Ni3+为xmol，Ni2+为ymol，则得
解得x=0.18,y=0.91，故n（Ni3+）∶n（Ni2+）=6∶91
解法二（十字交叉）：
由化学式Ni0.97O求出Ni的平均化合价为2/0.97，则有
故n（Ni3+）∶n（Ni2+）=6∶91。
本周强化练习：
能力突破训练
一、选择题
1．下列物质的化学式中，具有非极性键的离子化合物是（）
A.Na2OB.MgF2C.NaOHD.Na2O2
2．实现下列变化时，需克服相同类型作用力的是（）
A.二氧化硅和干冰的熔化B.液溴和液汞的气化
C.食盐和冰的熔化D.纯碱和烧碱的熔化
3．溴化碘（IBr）的化学性质似卤素单质，能跟大多数金属反应生成金属卤化物，能跟某些非金属单质反应生成相应卤化物，能跟水反应，其化学方程为IBr+H2O
HBr+HIO，下列有关IBr的叙述中，正确的是（）
A.固体IBr是分子晶体
B.在很多反应中IBr是强氧化剂
C.IBr跟水反应时，它既是氧化剂又是还原剂
D.跟NaOH溶液反应生成NaBr和NaIO
4．下列分子的结构中，原子的最外层不能都满足8电子稳定结构的是（）
A.CO2B.PCl3C.CCl4D.NO2
5．已知磷酸分子
中的三个氢原子都可以跟重水分子（D2O）中的D原子发生氢交换。
又知次磷酸（H3PO2）也可跟D2O进行氢交换，但次磷酸钠（NaH2PO2）却不再能跟D2O发生氢交换。
由此可推断出H3PO2的分子结构是（）
6．下列电子式中，正确的是（）
7．下列叙述正确的是（）
A.两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键
B.含有非极性键的化合物不一定是共价化合物
C.只要是离子化合物，其熔点就一定比共价化合物的熔点高
D.只要含有金属阳离子，则此物质中必定存在阴离子
8．N—H键能的含义是（）
A.由N和H形成1molNH3所放出的热量
B.把1molNH3的键全部拆开所吸收的热量
C.拆开6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的热量
9．在短周期中的X和Y两元素可组成化合物XY3，下列说法正确的是（）
A.若X的原子序数为m，则Y的必为m-4
B.XY3的晶体一定是离子晶体
C.X与Y可能属同一周期，也可能分属不同周期
D.X原子半径大于Y原子的半径
10．带静电的有机玻璃棒靠近下列液体的细流，细流会发生偏转的是（）
A.苯B.二硫化碳C.溴水D.四氯化碳
11．下列化学式可表示一个分子的是（）
A.SiO2B.NH4ClC.CCl4D.C
12．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和SiO2B.NaCl和HCl
C.CCl4和KClD.CO2和H2O
13．NH3、H2S是极性分子，CO2、BF3、CCl4等是极性键构成的非极性分子。
根据上述实例可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是（）
A.分子中不能含有氢原子
B.在ABn分子中A原子没有孤对电子
C.在ABn分子中A的相对原子质量小于B的相对原子质量
D.分子中每个共价键的键长应相等
二、非选择题
14．下表所列数据是在不同物质中氧—氧之间的键长和键能的实测数据，其中a和b尚未测出，但根据一个较为可靠的原则可估计a、b、c、d的大小顺序为_______，该原则可简述为________________________________。
键长（pm）
键能（kJ/mol）
O22-
149
a
O2-
128
b
O2
121
c=494
O2+
112
d=628
15．在金刚石的网状结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有______（填数字）个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是______（填角度）。
16．如图4-6，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+离子或Cl-离子所处的位置。
这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
（1）请将其中代表Na+离子的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl晶体的结构示意图。
（2）晶体中，在每个Na+离子的周围与它最接近的且距离相等的Na+离子共有_____个。
（3）晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。
在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na+或Cl-离子为该晶胞与其相邻的晶胞所共有。
一个晶胞中，Cl-离子的个数等于______，即______（填计算式），Na+离子的个数等于_______，即__________（填计算式）。
（4）设NaCl的摩尔质量为Mg/mol，食盐晶体的密度为
g/cm3，阿伏加德罗常数为NA。
食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为______cm。
17．
（1）图4-7为CO2分子晶体结构的一部分。
观察图形，试说明每个CO2分子周围有______个与之紧邻等距的CO2分子；
（2）试判断：
①CO2、②CS2、③SiO2晶体的沸点由高到低排列的顺序是______>______>______（填写相应物质的编号）。
18．晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。
NaCl晶体结构如图4-8所示。
已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。
测知FexO晶体密度为
g/cm3，晶胞边长为4.28×10-10m。
（1）FexO中x值（精确至0.01）为________。
（2）晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数（用小数表示，精确至0.001）为________。
（3）此晶体化学式为________。
（4）与某个Fe2+（或Fe3+）距离最近且等距离的O2-围成的空间几何构型形状是______。
（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为________m。
19．现有A、B、C三种物质，A为气态氢化物，分子式为RH3，含R为82.4%，B是另一气态氢化物，A+B→C，C与碱液共热放出A。
C的水溶液加入稀HNO3酸化后，滴入AgNO3溶液，产生不溶性的白色沉淀，回答下列问题：
（1）写出A的名称和电子式，并指出它是否是极性分子？
其稳定性比PH3、H2O如何？
（2）写出B的名称和电子式，并指出它是否是极性分子？
其稳定性比HF、H2S、HBr如何？
其水溶液的酸性比HF、HBr、H2S如何？
（3）写出C的名称和电子式，具体指明C物质中各部分的化学键，指出C形成的晶体类型。
（4）写出上述有关的化学方程式或离子方程式。
20．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的主族元素。
已知A、C、F三原子的最外层共有11个电子，且这三种元素的最高价氧化物的水化物之间两两皆能反应，均能生成盐和水，D元素原子的最外层电子数比次外层电子数少4，E元素原子次外层电子数比最外层电子数多3。
回答：
（1）写出下列元素的符号：
A________、D________、E________；
（2）用电子式写出B、F形成的化合物的电子式___________________；（3）A、C两种元素最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为__________________________；（4）D的固态氧化物是_______晶体，含nmolD的氧化物的晶体中含D—O共价键为_______mol。
参考答案
1.D2.B3.C4.D5.B6.C7.D8.C9.D10.C11.C12.D13.B
14.d>c>b>a键长越短，键能越大
15.6118°28′
（2）12（3）4;Cl-个数=8×
+6×
=4；4；Na+个数=12×
+1=4（4）d=
17.
（1）12
（2）③②①18.
（1）0.92
（2）0.826（3）
O（4）正八面体
（5）3.18×10-10
19.
（1）氨电子式略极性分子稳定性：
H2O>NH3>PH3;
（2）氯化氢电子式略
极性分子稳定性：
HF>HCl>HBr>H2S酸性:
HBr>HCl>H2S>HF；（3）氯化铵电子式略N—H极性键NH4+、Cl-离子键离子化合物（4）NH3+HCl
NH4ClNH4Cl+NaOH
NaCl+NH3↑+H2ONH4++OH-
NH3↑+H2O
NaCl+AgNO3
AgCl↓+NaNO3Cl-+Ag+
AgCl↓
20.
（1）Na、Si、P;
（2）氯化镁电子式略；（3）Al（OH）3+OH-
AlO2-+2H2O;（4）原子，4n
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