2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第五章第5课时 晶体结构与性质
展开第5课时 晶体结构与性质
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知识点一 晶 体
1.晶体与非晶体
| 晶体 | 非晶体 | |
结构特征 | 结构微粒周期性有序排列 | 结构微粒无序排列 | |
性质 特征 | 自范性 | 有 | 无 |
熔点 | 固定 | 不固定 | |
异同表现 | 各向异性 | 各向同性 | |
两者 区别 方法 | 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 | ||
2.得到晶体的途径
(1)熔融态物质凝固。
(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。
1.晶体与非晶体的本质差别是( D )
A.有无各向异性
B.有无一定的几何外形
C.有无固定熔点
D.构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列
解析:晶体具有各向异性和固定的熔点,这是由于构成晶体的粒子在三维空间里呈周期性的有序排列的结果。本质上,晶体的自范性(能自发呈现多面体外形)是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。
2.不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是( A )
A.石墨和金刚石是同素异形体
B.石墨中的碳原子呈周期性有序排列
C.石墨的熔点为3 625 ℃
D.在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线
解析:原子在三维空间里呈有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C项)、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分明的斑点或明锐的谱线(D项)等特征,都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现。而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系,如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体,却属于非晶体。
3.将一块缺角的胆矾晶体置于饱和的硫酸铜溶液中,一段时间后(浓度不变),发现缺角晶体变完整了。若溶剂不挥发,则这段时间内晶体和溶液质量的变化分别是( C )
A.晶体的质量变小,溶液的质量变大
B.晶体的质量变大,溶液的质量变小
C.晶体和溶液的质量都不变
D.无法确定
解析:胆矾晶体具有自范性,有自发呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。由于原溶液为饱和溶液,因此胆矾晶体与饱和硫酸铜溶液间存在着溶解结晶平衡,整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。
知识点二 常见晶体类型、结构和性质
1.两种常见共价(原子)晶体结构分析
(1)金刚石晶体中,每个C与另外4个C形成共价键,C—C 键之间的夹角是109.5°,最小的环是六元环。含有 1 mol C的金刚石中,形成的共价键有2 mol。
(2)SiO2晶体中,每个Si原子与4个O原子成键,每个O原子与2个硅原子成键,最小的环是十二元环,在“硅氧”四面体中,处于中心的是Si原子,1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。
(3)共价(原子)晶体中相邻原子间以共价键结合形成空间立体网状结构,这是共价(原子)晶体熔沸点较高、硬度较大的原因。
2.四种晶体类型的比较
晶体类型 比较项目 | 分子晶体 | 共价(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 | 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 | 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 | 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Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl) |
[名师点拨] (1)判断晶体类型的方法
①主要是根据各类晶体的特征性质判断
如低熔、沸点的化合物晶体类型一般为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物晶体类型一般为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质晶体类型一般为原子晶体;晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。
②根据物质的分类判断
金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体;大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的原子晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;常见的原子晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注:汞在常温下为液体)与合金是金属晶体。
(2)比较物质的熔、沸点高低的方法
①首先看物质的状态,一般情况下:固体>液体>气体;二是看物质所属类型,一般是:原子晶体>离子晶体>分子晶体。
②同类晶体熔、沸点比较思路:原子晶体→共价键键能→键长→原子半径;分子晶体→分子间作用力→相对分子质量;离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径。
1.(1)(2015·全国Ⅰ卷节选)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。
(2)(2015·全国Ⅱ卷节选)O和Na的氢化物所属的晶体类型分别为 和 。
(3)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到:4NH3+3F2NF3+3NH4F。
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有 (填字母)。
a.离子晶体 b.分子晶体
c.原子晶体 d.金属晶体
答案:(1)分子 (2)分子晶体 离子晶体
(3)abd
2.(1)用“>”或“<”填空:
第一电 离能 | 离子半径 | 熔点 | 酸性 |
Si S | O2- Na+ | NaCl Si | H2SO4 HClO4 |
(2)MgCl2在工业上应用广泛,可由MgO制备。
①MgO的熔点比BaO的熔点 (填“高”或“低”)。
②SiO2的晶体类型为 。
(3)对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4),下列叙述正确的是 (填字母)。
A.SiX4难水解
B.SiX4是共价化合物
C.NaX易水解
D.NaX的熔点一般高于SiX4
解析:(1)同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势,但s、p、d等轨道处于全空、半满、全满的稳定状态时,则出现反常现象。Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4,其中3p轨道均处于不稳定状态,因此Si的第一电离能小于S。O2-与Na+的核外电子排布相同,其电子排布式均为1s22s22p6,离子核外电子排布相同时,原子序数越大,离子半径越小,因此O2-的离子半径大于Na+。NaCl为离子晶体,Si为原子晶体,因此Si的熔点高于NaCl。一般来说,元素的非金属性越强,该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强,Cl元素的非金属性强于S元素,则HClO4的酸性强于H2SO4。
(2)①Mg、Ba同主族,Mg2+的半径小于Ba2+,MgO的晶格能比BaO大,故MgO的熔点比BaO高。
②SiO2为空间立体网状结构,其熔、沸点很高,属于原子晶体。
(3)A项,硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈,如SiCl4+3H2OH2SiO3↓+4HCl、SiF4+3H2OH2SiO3↓+4HF,错误;B项,硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素构成,属于共价化合物,正确;C项,钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐,不发生水解,错误;D项,钠的卤化物(NaX)是由离子键构成的,属于离子晶体,SiX4属于分子晶体,所以NaX的熔点一般高于SiX4,正确。
答案:(1)< > < <
(2)①高 ②原子晶体
(3)BD
3.(1)冰的熔点远高于干冰,除因为H2O是极性分子、CO2是非极性分子外,还有一个重要的原因是 。
(2)NaF的熔点 (填“>”“=”或“<”)B的熔点,其原因是
。
(3)CO的熔点 (填“>”或“<”)N2的熔点,原因是 。
(4)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次 (填“增大”或“减小”),其原因是 。
(5)SiO2比CO2熔点高的原因是
。
答案:(1)H2O分子间形成氢键
(2)> 两者均为离子化合物,且阴、阳离子的电荷数均为1,但后者的离子半径较大,离子键较弱,因此其熔点较低
(3)> CO为极性分子而N2为非极性分子,CO分子间作用力较大
(4)增大 三种物质均为分子晶体,结构与组成相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高
(5)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体
