專(zhuān)題四：化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)

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專(zhuān)題目標(biāo)：1、掌握三種化學(xué)鍵概念、實(shí)質(zhì)，了解鍵的極性

          2、掌握各類(lèi)晶體的物理性質(zhì)，構(gòu)成晶體的基本粒子及相互作用，能判斷常見(jiàn)物質(zhì)的晶體類(lèi)型。

[經(jīng)典題型]

[題型一]化學(xué)鍵類(lèi)型、分子極性和晶體類(lèi)型的判斷

[ 例1 ]4.下列各組物質(zhì)的晶體中,化學(xué)鍵類(lèi)型相同、晶體類(lèi)型也相同的是  [    ]

(A)SO₂和SiO₂    (B)CO₂和H₂  (C)NaCl和HCl    (D)CCl₄和KCl

[點(diǎn)撥]首先根據(jù)化學(xué)鍵、晶體結(jié)構(gòu)等判斷出各自晶體類(lèi)型。A都是極性共價(jià)鍵，但晶體類(lèi)型不同，選項(xiàng)B均是含極性鍵的分子晶體，符合題意。C NaCl為離子晶體，HCl為分子晶體

D中CCl_{4極性共價(jià)鍵，}KCl離子鍵，晶體類(lèi)型也不同。

規(guī)律總結(jié) 1、含離子鍵的化合物可形成離子晶體

         2、含共價(jià)鍵的單質(zhì)、化合物多數(shù)形成分子晶體，少數(shù)形成原子晶體如金剛石、晶體硅、二氧化硅等。

         3、金屬一般可形成金屬晶體

[例2]、.關(guān)于化學(xué)鍵的下列敘述中,正確的是(     ).

(A)離子化合物可能含共價(jià)鍵 (B)共價(jià)化合物可能含離子鍵

(C)離子化合物中只含離子鍵 (D)共價(jià)化合物中不含離子鍵

[點(diǎn)撥]化合物只要含離子鍵就為離子化合物。共價(jià)化合物中一定不含離子鍵，而離子化合物中還可能含共價(jià)鍵。答案 A、D

[鞏固]下列敘述正確的是

    A. P₄和NO₂都是共價(jià)化合物

    B. CCl₄和NH₃都是以極性鍵結(jié)合的極性分子

    C. 在CaO和SiO₂晶體中，都不存在單個(gè)小分子

D. 甲烷的結(jié)構(gòu)式：           ，是對(duì)稱(chēng)的平面結(jié)構(gòu)，所以是非極性分子

答案：C

題型二：各類(lèi)晶體物理性質(zhì)（如溶沸點(diǎn)、硬度）比較

[例3]下列各組物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由低到高排列正確的是（  ）

A  O2 、I2  Hg    B、CO₂ KCl SiO_{2  C、Na  K  Rb   D、SiC  NaCl SO2}

_{[點(diǎn)撥]物質(zhì)的熔點(diǎn)一般與其晶體類(lèi)型有關(guān)，原子晶體最高，離子晶體（金屬晶體）次之，分子晶體最低，應(yīng)注意汞常溫液態(tài)選B}

 [例4]碳化硅(SiC)的一種晶體具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石、②晶體硅、③碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是

    A. ①③②            B. ②③①           C. ③①②           D. ②①③

[解析]由于題給的三種物質(zhì)都屬于原子晶體，而且結(jié)構(gòu)相似都是正四面體形的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以晶體的熔點(diǎn)有微粒間的共價(jià)鍵強(qiáng)弱決定，這里共價(jià)鍵強(qiáng)弱主要由鍵長(zhǎng)決定，可近似地看作是成鍵原子的半徑之和，由于硅的原子半徑大于碳原子，所以鍵的強(qiáng)弱順序?yàn)镃―C>C―Si>Si―Si，熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)榻饎偸?gt;碳化硅>晶體硅。本題正確答案為A。

_{[題型三]成鍵原子最外層8電子結(jié)構(gòu)判斷，離子化合物、共價(jià)化合物電子式書(shū)寫(xiě)判斷}

_[例5] 下列分子中所有原子都滿(mǎn)足最外層8電子結(jié)構(gòu)的是
         A、光氣（COCl₂）                       B、六氟化硫
         C、二氟化氙                                        D、三氟化硼

[解析]光氣從結(jié)構(gòu)式可看出各原子最外層都是8電子結(jié)構(gòu)，硫最外層6個(gè)電子，氙最外層已有8個(gè)電子分別形成二氟化物、六氟化物最外層電子數(shù)必超過(guò)8，硼最外層3個(gè)電子，分別與氟形成3個(gè)共價(jià)單鍵后，最外層只有6個(gè)電子。

[題型四]根據(jù)粒子、晶體的空間結(jié)構(gòu)推斷化學(xué)式，將掌握晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)在新情境下進(jìn)行應(yīng)用。

[例6]第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿(mǎn)足人類(lèi)  1000年的能源需要。天然氣水合物是一種晶體，晶體中平均每46個(gè)水分子構(gòu)建成8個(gè)籠，每個(gè)籠可容納五個(gè)CH₄分子或1個(gè)游離H₂O分子。根據(jù)上述信息，完成第1、2題：

（1）．下列關(guān)于天然氣水合物中兩種分子極性的描述正確的是

A  兩種都是極性分子                    B  兩種都是非極性分子

C  CH₄是極性分子，H₂O是非極性分子    D  H₂O是極性分子，CH₄是非極性分子

（2）．若晶體中每8個(gè)籠只有6個(gè)容納了CH₄分子，另外2個(gè)籠被游離H₂O分子填充，則天然氣水合物的平均組成可表示為

ACH₄?14H₂O    B  CH₄?8H₂O   C  CH₄?(23/3)H₂O     D  CH₄?6H₂O

[點(diǎn)撥]晶體中8個(gè)籠只有6個(gè)容納CH4分子，另外2個(gè)籠被水分子填充，推出8個(gè)籠共有6個(gè)甲烷分子，46+2=48個(gè)水分子。答案（1）D（2）B

[例7]⑴中學(xué)化學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO(氧化鎳)晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的核間距離為a×10^-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度(已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol)。

    ⑵天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖4-4所示的缺陷：一個(gè)Ni²⁺空缺，另有兩個(gè)Ni²⁺被兩個(gè)Ni³⁺所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni_0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni³⁺與Ni²⁺的離子數(shù)之比。

                                                              圖4-1

[解析]晶胞中陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)的確定通常采用“原子分割法”，具體如下：①處于頂點(diǎn)的離子，同時(shí)為8個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/8屬于晶胞；②處于棱上的離子，同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/4屬于晶胞；③處于面上的離子，同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/2屬于晶胞；④處于內(nèi)部的1個(gè)離子，則完全屬于該晶胞，該離子數(shù)目為1。要確定NiO的密度，就應(yīng)確定單位體積中NiO分子的個(gè)數(shù)，再結(jié)合NiO的摩爾質(zhì)量求算出該晶體中NiO的質(zhì)量，最后求出密度。本題解答如下：

    ⑴如圖4-5所示，以立方體作為計(jì)算單元，此結(jié)構(gòu)中含有

Ni²⁺―O^2-離子數(shù)為：4×=(個(gè))，所以1molNiO晶體中應(yīng)含有

此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.02×10²³÷=12.04×10²³(個(gè))，又因一個(gè)此結(jié)構(gòu)的體積為(a×10^-8cm)³，所以1molNiO的體積應(yīng)為12.04×10²³×(a×10^-8cm)³，NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol，所以NiO晶體的密度為

    ⑵解法一(列方程)：設(shè)1molNi_0.97O中含Ni³⁺為xmol，Ni²⁺為ymol，則得

         x+y=0.97  (Ni原子個(gè)數(shù)守恒)

         3x+2y=2  (電荷守恒)

解得x=0.06，y=0.91，故n(Ni³⁺):n(Ni²⁺)=6:91

    解法二(十字交叉)：由化學(xué)式Ni_0.97O求出Ni的平均化合價(jià)為2/0.97，則有

         Ni³⁺   3              0.06/0.97

                    2/0.97

         Ni²⁺   2              0.91/0.97

故n(Ni³⁺):n(Ni²⁺)=6:91。

[隨堂作業(yè)]

1、1．下列物質(zhì)為固態(tài)時(shí)，必定是分子晶體的是

A.　酸性氧化物　　B.　非金屬單質(zhì)　　　C.　堿性氧化物　　D.　含氧酸

3．下列化學(xué)式可表示一個(gè)分子的是                                           (    )

 A. SiO₂             B. NH₄Cl             C. CCl₄              D. C

4．實(shí)現(xiàn)下列變化時(shí)，需克服相同類(lèi)型作用力的是                            (    )

A. 二氧化硅和干冰的熔化 B. 液溴和液汞的氣化 C. 食鹽和冰的熔化 D. 純堿和燒堿的熔化

5．能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的原子晶體是　　　　　　　　　　　　　　　　　�。ā　。�

A、鋁      B、金剛石       C、硅        D、二氧化硅

6．下列各組物質(zhì)各自形成的晶體，均屬于分子晶體的化合物是　　　　　　　�。ā　。�

A  NH₃，HD，C₁₀H₈  B  PCl₃，CO₂，H₂SO₄　C  SO₂，SiO₂，P₂O₅  D  CCl₄，Na₂S，H₂O₂

7 下列物質(zhì)屬于分子晶體的化合物是　　　　　　屬于原子晶體的單質(zhì)是　　　　　

A  石英 B硫磺 C  干冰　 D  食鹽   E 金剛石   F剛玉    G二氧化硅  H干冰

8．由鉀和氧組成的某種離子晶體含鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是78/126，其陰離子只有過(guò)氧離子（O₂^2－）和超氧離子（O₂^－）兩種。在此晶體中，過(guò)氧離子和超氧離子的物質(zhì)的量之比為     

A  2：1        B  1：1         C  1：2          D 1：3　　　　

9. 1999年美國(guó)《科學(xué)》雜志報(bào)道：在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800K，人們成功制得了原子晶體干冰，下列推斷正確的是                        

A、原子晶體干冰有很高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，有很大的硬度

B、原子晶體干冰易氣化，可用作制冷材料 

C、原子晶體干冰硬度大，可用作耐磨材料

D、每摩爾原子晶體干冰中含2mol C―O鍵

10.下列敘述中正確的是

A.含有陽(yáng)離子的晶體不一定是離子晶體     B.分子晶體中一定含有共價(jià)鍵

C.原子晶體中一定含有非極性鍵          D.雙原子化合物分子一定是極性分子

11、共價(jià)鍵、金屬鍵、離子鍵和分子間作用力都是構(gòu)成物質(zhì)微粒間的不同相互作用，含有上述中兩種相互作用的晶體是

A、SiO₂晶體       B、CCl₄晶體      C、NaCl晶體      D、NaOH晶體

12. SF₆是一種無(wú)色氣體，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，可用于滅火。SF₆的分子結(jié)構(gòu)如上圖所示，呈正八面體型。如果F元素有兩種穩(wěn)定的同位素，則SF₆的不同分子種數(shù)為                        

A、6種        B、7種        C、10種        D、12種

13.按要求回答下列問(wèn)題

①石墨是層狀晶體，每一層內(nèi)，碳原子排列成正六邊形，一個(gè)個(gè)六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如果將每對(duì)相鄰的碳原子的化學(xué)鍵看成一個(gè)化學(xué)鍵，則石墨晶體的每一層中碳原子數(shù)與C－C化學(xué)鍵數(shù)的比是　　　　　　　石墨晶體中C-C鍵的鍵角為         。其中平均每個(gè)六邊形所含的C原子數(shù)為        個(gè)。

④白磷分子中的鍵角為      ，分子的空間結(jié)構(gòu)為           ，每個(gè)P原子與   個(gè)P原子結(jié)合成共價(jià)鍵。若將1分子白磷中的所有P-P鍵打開(kāi)并各插入一個(gè)氧原子，共可結(jié)合   個(gè)氧原子,若每個(gè)P原子上的孤對(duì)電子再與氧原子配位，就可以得到磷的另一種氧化物    （填分子式）。

⑥晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體的原子晶體。其中含有20個(gè)等邊三角形和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)原子，試觀察圖形回答。這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元由_____個(gè)硼原子組成，共含有______B-B鍵。

⑦NH₃分子的空間結(jié)構(gòu)為        ，它具有堿性是由于分子中存在         ，當(dāng)結(jié)合H⁺后形成的NH₄⁺離子的的空間結(jié)構(gòu)為           。分子中N-H鍵的鍵角為           。

⑧晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體的原子晶體。其中含有20個(gè)等邊三角形和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)原子，試觀察圖形回答。這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元由_____個(gè)硼原子組成，鍵角是______，共含有________個(gè)B-B鍵。

14、（1）下圖為固態(tài)CO₂的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。通過(guò)觀察分析，可得出每個(gè)CO₂分子周?chē)�與之緊鄰等距的CO₂有          個(gè)。（2）試判斷：①SiO₂，②CO₂，③CS₂晶體的熔點(diǎn)由高到低排列的順序是        .（填相應(yīng)物質(zhì)的編號(hào)）。  （3）在一定溫度下，用x射線(xiàn)衍射法測(cè)干冰晶胞（晶體中最小的重復(fù)單位）邊長(zhǎng): a＝5.72×10^－8cm該溫度下干冰的密度為多少？　　　

，

15．最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如附圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式是______。

16．由A族元素A和A族元素B組成的陰離子結(jié)構(gòu)如右圖，所帶電荷x、y、z依次為

A  2，3，4    B  2，3，2   

C  5，6，4    D、4，3，2

17．某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)， Y位于立方體的中心，晶體中距離最近的兩個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角∠XYX的角度為             

晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著    個(gè)X，該晶體化學(xué)式為        每個(gè)X周?chē)�跟它等距離最近的X有    個(gè)。

18、圖4-3是石英晶體平面示意圖，它實(shí)際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅、氧原子數(shù)之比為_(kāi)_____。原硅酸根離子SiO₄^4－的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，二聚硅酸根離子Si₂O₇^6－中，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)可表示為_(kāi)_____________。