复习题教学实录与评析

第三章晶体结构与性质

章末复习

教学目标

1.巩固有关晶体粒子、粒子间作用力、晶体结构和晶体性质的基本知识。

2.掌握有关晶体的简单计算。

教学重点

1.四种晶体类型的基本知识及应用；

2.有关晶体的简单计算。

教学难点

提高归纳和应用知识的能力，训练学生思维的敏捷性和严密性。

教学过程

一、化学键类型及其与物质类别的关系

1．化学键类型及其比较

类型

离子键

阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键

共价键

原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键

原子

共用电子对(电子云重叠)对两原子核产生的电性作用

非金属元素形成单质或化合物时形成共价键

原子半径越小，共用电子对数越多，键能越大

金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，金属键越强

金属单质的熔沸点等

能形成自由电子

金属键

金属阳离子和自由电子之间的静电作用

概念

成键

微粒

作用

本质

阴、阳离子

金属阳离子、自由电子

阴、阳离子间的静电作用

金属阳离子和自由电子之间的静电作用

形成

条件

活泼金属和活泼非金属化合时形成离子键

键的强

弱判断

影响

性质

存在

(举例) 离子电荷数越大，离子半径越小，键能越大

离子化合物的熔沸点、分子的稳定性，原子晶硬度等

体的熔沸点、硬度等

非金属单质，如H2；离子化合物，如NaCl 共价化合物，如HCl；离子化合物，如NaOH

金属单质，如Na

【典例1】

对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是(

) A．SiO2和CO2中，Si和O、C和O之间都是共价键

B．C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8 C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应

D．该族元素的主要化合价是＋4价和＋2价

2．化学键与物质类别的关系

(1)只含非极性共价键的物质：同种非金属元素构成的单质，如金刚石、晶体硅、氮气等。

(2)只含极性共价键的物质：一般是不同非金属元素构成的化合物，如HCl、NH3等。

(3)既有极性键又有非极性键的物质，如H2O2、C2H2、C2H6等。

(4)离子化合物中一定有离子键，可能还有共价键。如MgO、NaCl中只含有离子键，NaOH、Na2O2、NH4Cl中既含有离子键，又含有共价键。

(5)共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。

(6)构成稀有气体的单质分子，由于原子已达到稳定结构，在这些原子的分子中不存在化学键。

(7)非金属元素的原子之间也可以形成离子键，如NH4Cl等。

(8)金属键只存在于金属单质或合金中。

3．离子键、共价键与离子化合物、共价化合物的关系

非金属单质

化学键的种类

无化学键

非极性共价键

实例

稀有气体分子(单原子分子)He、Ne O===O、Cl—Cl、H—H(均为非极性分子) 极性分子：只有共价键

共价化合物

特例：AlCl3

非极性分子：O===C===O

、、离子化合物

只有离子键

离子键、极性共价键

【典例2】

下列叙述正确的是(

) ①两种原子构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键

②两种不同非金属元素原子间形成的化学键都是极性键

③含有非极性键的化合物一定是共价化合物

④只要是离子化合物，其熔点就比共价化合物的熔点高⑤难失去电子的原子，易形成阴离子

⑥单质分子中不存在化学键，化合物的分子中才存在化学键

⑦离子化合物中一定含有离子键

A．只有②⑦

C．只有⑦

B．只有①⑦

D．只有①⑤⑦

二、晶体类型与结构、性质的关系

晶体的类型直接决定着晶体的物理性质，如熔点、沸点、硬度、导电性、延展性、水溶性等。而晶体的类型本质上又是由构成晶体的微粒及微粒间作用力决定的，通常可以由晶体的特征性质来判定晶体所属类型。

1．四类晶体的结构和性质比较

类型

比较

构成晶体的粒子

离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体

金属阳离子、自由电子

粒子间的静电作用

一般较高，少部分低

一般较大，少部分小

晶体、熔融均导电

良

良

阴、阳离子

原子

分子

分子间

作用力

低

小

不良

不良

不良

“相似

相溶”

粒子间的作用力

熔、沸点

硬度

导电性

物质的性质

传热性

延展性

离子键(强) 较高

硬而脆

不良(熔融或水溶液能导电) 不良

不良

易溶于极性溶共价键

很高

大

绝缘体

(半导体) 不良

不良

不溶于任何溶剂

单质：

溶解性

剂，难溶于有机溶剂

难溶(Na等与水反应) 典型实例

NaCl、KBr 金刚石

化合物：

SiO2

单质：O2

化合物：

干冰

Na、Mg

【典例3】

下列叙述正确的是(

) A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键

B．原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键

C．离子晶体中可能含有共价键

D．金属晶体的熔点和沸点都很高

2．晶体类型与化学键的关系

(1)离子晶体与化学键的关系

①离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键。

注意

可以再细化：离子晶体中一定含有离子键，可能含有极性共价键、非极性共价键、配位键。

②含有离子键的化合物一定是离子化合物。

③离子晶体一定是由阴、阳离子构成的，但晶体中可以含有分子。如，结晶水合物。

④离子晶体中一定含有阳离子，但含有阳离子的晶体不一定是离子晶体。

⑤非金属元素也可以形成离子化合物。如NH4Cl、NH4NO3等都是离子化合物。

(2)分子晶体与化学键(力)的关系

①分子晶体中一定含有分子间作用力。

②稀有气体形成的晶体是分子晶体，而稀有气体是单原子分子，其晶体中只含有分子间作用力。

③除稀有气体外的其他分子晶体均含有分子间作用力和分子内共价键。

④分子晶体中的分子间作用力决定物质的物理性质(如熔点、沸点、硬度、溶解性等)，而共价键决定分子的化学性质。

(3)原子晶体与化学键的关系

①原子晶体中一定有共价键，且只有共价键，无分子间作用力。

②原子晶体一定是由原子构成的，可以是同种元素的原子，也可以是不同种元素的原子。

③共价化合物形成的晶体可能是原子晶体，也可能是分子晶体。

④含有共价键的化合物不一定是共价化合物。

⑤原子晶体可以由极性键构成，也可以由非极性键构成。

(4)金属晶体与化学键的关系

①金属晶体中一定有金属键，但有时也有不同程度的其他键。如，合金中可含有共价键。

②金属键不一定就比分子间作用力强。如，汞常温下为液态，就说明汞中的金属键很弱。

③具有金属光泽且能导电的单质不一定就是金属，如石墨能导电，有金属光泽，却属于非金属。

【典例4】

已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法正确的是(

) A．C3N4晶体是分子晶体

B．C3N4晶体中C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要长

C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子

D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合

三、典型晶体结构

1.NaCl、金刚石、干冰、二氧化硅、CsCl、石墨晶体结构

I．氯化钠晶体

(1)Na、Cl在晶体中按确定的比例和一定的规则排列，使整个离子晶体不显电性且能量最低。离子晶体中无单个分子存在。

(2)离子的配位数为6。

(3)在每个结构单元(晶胞)中，处于不同位置的微粒在该单元中的份额也有所不同，一般规律是顶点上的微粒1属于该单元的份额是；棱上的微粒在该单元中所占的份

811额为；面上的微粒在该单元中所占的份额为；中心位置上的微粒完全属于该单元，即份额为1。

4211例如：氯离子数：×8＋×6＝4 821钠离子数：×12＋1＝4 4因此，钠离子数与氯离子数之比为1∶1，氯化钠的化学式为NaCl。

＋－II．金刚石晶体

(1)碳原子间通过共价键相结合而形成空间网状结构的原子晶体，整个晶体中无单个分子。

(2)微观构型：正四面体，每个碳原子与4个碳原子成键，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是109°28′。

(3)最小的环：六元环。

(4)每个C原子参与形成六元环的总数：12个。

III．干冰晶体

(1)干冰晶体中分子之间通过范德华力相结合，当熔化时，分子内的化学键并不断裂。

(2)每个二氧化碳分子周围与之相邻且等距的二氧化碳分子数为12。

11(3)每个结构单元中含二氧化碳分子数为×8＋×6＝4。

82IV.

SiO2

(1)二氧化硅晶体中最小的环为 ———— 元环。

(2)每个硅原子为 ______个最小环共有。

(3)每个最小环平均拥有 _______ 个氧原子。

V.（１）每个Ｃs+周围等距且

紧邻的Ｃl-有____个，每个

Ｃs+(Cl-)周围等距且紧邻的

Ｃs+(Cl-)有__个。

（２）如图三，为___个晶

胞

胞，每个晶胞中含__个

Ｃs+,__个Ｃl- VI.

石墨晶体是_______晶体，_______结构，周层内碳原子以_______形成_________结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是___,C原子采取的杂化方式是 ____, 层与层之间以________ 结合。

2．晶体结构的相关计算

M(1)晶胞质量＝晶胞占有的微粒的质量＝晶胞占有的微粒数×

NA(2)p=N*M/NA.V 晶胞占有的微粒体积(2)空间利用率＝

晶胞体积 【典例5】

下图表示1个晶胞，该晶胞为正方体结构，原子(或分子、离子)位于正方体的顶角和面心。请回答下列问题(只需回答一种代表物即可)：

(1)若这是1个分子晶体的晶胞，其代表物质是______________________________。

(2)若这是1个金属晶体的晶胞，其代表物质是_______________________________。

(3)若这是1个不完整的金刚石的晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置是_____________________。

(4)若这是1个不完整的NaCl晶胞，且顶角和面心的实心球表示Na，则晶胞中Cl的位置是________。

(5)若这是1个不完整的CaF2晶胞，且已知CaF2和Ca2的配位数为8，则图中实心球表示Ca2还是F？。

＋＋－＋－

四、物质熔、沸点高低的比较规律

比较判断晶体熔、沸点的高低时，首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的因素。

1．不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体(除少数外)>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。

2．同种类型晶体：构成晶体质点间的作用力大，则熔、沸点高，反之则低。

(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。例如：NaCl>CsCl；MgO>MgCl2。

(2)分子晶体：

①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，则熔、沸点越高。如I2>Br2>Cl2>F2。

②组成和结构不相似的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。如CO>N2。

③同分异构体之间一般支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。

④若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如沸点：HF>HI>HBr>HCl。

(3)原子晶体：一般半径越小，键长越短，键能越大，则熔、沸点越高。例如：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅。

(4)金属晶体：金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则金属键越强，熔、沸点越高。例如：Al>Mg>Na。

【典例6】

下列说法中，正确的是(

) A．冰熔化时，分子中H—O键发生断裂

B．原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点越高

C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔、沸点就越高

D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定

五、判断晶体类型的方法

【师】主要根据各类晶体物理性质的差异：熔沸点、导电性、机械性能、硬度等。

【板书】1.熔沸点高、硬度大的晶体为原子晶体；

2.熔沸点较高、硬而脆的晶体为离子晶体；

3.熔沸点较低，硬度较小的晶体为分子晶体；

4.熔沸点较高，延展性、导电性好的晶体为金属晶体。

【典型7】判断下列晶体的类型

⑴熔点120.5℃，沸点271.5℃，易溶于CS2；

分子晶体

⑵熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大；

原子晶体

⑶熔点190℃，沸点170℃，易升华；

分子晶体

⑷熔点300℃，沸点1320℃，晶体不导电，水溶液导电。

金属晶体

【总结】本结课我们复习资料了晶体的概念，认识了晶体的宏观外形与微观结构的关系，同时对晶体的性质与晶体类型的关系也进行了归纳。

学习晶体，应学会将立体几何图形与化学物质模型联系起来，将化学概念抽象成数学问题，然后运用数学工具去解决化学问题。

【板书】

单元复习

一、化学键类型及其与物质类别的关系

1．化学键类型及其比较

2．化学键与物质类别的关系

二、晶体类型与结构、性质的关系

1．四类晶体的结构和性质比较

2．晶体类型与化学键的关系

三、典型晶体结构

1. 干冰、金刚石、二氧化硅、NaCl、CsCl、石墨

2. 有关晶胞的计算

四、物质熔、沸点高低的比较规律

1．相同条件下不同状态

固态

> 液态

> 气态

2．不同晶型

多数情况：原子晶体

> 离子晶体

> 分子晶体

3．相同晶型

⑴分子晶体：相对分子质量、氢键、分子的极性

⑵原子晶体：共价键强弱——原子半径大小

⑶金属晶体：金属键强弱——金属离子半径和离子所带电荷数

⑷离子晶体：离子键强弱——离子半径和离子所带电荷数

五、判断晶体类型的方法