專題四：化學鍵和晶體結構

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專題目標：1、掌握三種化學鍵概念、實質，了解鍵的極性

          2、掌握各類晶體的物理性質，構成晶體的基本粒子及相互作用，能判斷常見物質的晶體類型。

[經典題型]

[題型一]化學鍵類型、分子極性和晶體類型的判斷

[ 例1 ]4.下列各組物質的晶體中,化學鍵類型相同、晶體類型也相同的是  [    ]

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

[點撥]首先根據化學鍵、晶體結構等判斷出各自晶體類型。A都是極性共價鍵，但晶體類型不同，選項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極性共價鍵，}KCl離子鍵，晶體類型也不同。

規律總結 1、含離子鍵的化合物可形成離子晶體

         2、含共價鍵的單質、化合物多數形成分子晶體，少數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]、.關于化學鍵的下列敘述中,正確的是(     ).

(A)離子化合物可能含共價鍵 (B)共價化合物可能含離子鍵

(C)離子化合物中只含離子鍵 (D)共價化合物中不含離子鍵

[點撥]化合物只要含離子鍵就為離子化合物。共價化合物中一定不含離子鍵，而離子化合物中還可能含共價鍵。答案 A、D

[鞏固]下列敘述正確的是

    A. P₄和NO₂都是共價化合物

    B. CCl₄和NH₃都是以極性鍵結合的極性分子

    C. 在CaO和SiO₂晶體中，都不存在單個小分子

D. 甲烷的結構式：           ，是對稱的平面結構，所以是非極性分子

答案：C

題型二：各類晶體物理性質（如溶沸點、硬度）比較

[例3]下列各組物質中，按熔點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}

_{[點撥]物質的熔點一般與其晶體類型有關，原子晶體最高，離子晶體（金屬晶體）次之，分子晶體最低，應注意汞常溫液態選B}

 [例4]碳化硅(SiC)的一種晶體具有類似金剛石的結構，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都屬于原子晶體，而且結構相似都是正四面體形的空間網狀結構，所以晶體的熔點有微粒間的共價鍵強弱決定，這里共價鍵強弱主要由鍵長決定，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，所以鍵的強弱順序為C―C>C―Si>Si―Si，熔點由高到低的順序為金剛石>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電子結構判斷，離子化合物、共價化合物電子式書寫判斷}

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

[解析]光氣從結構式可看出各原子最外層都是8電子結構，硫最外層6個電子，氙最外層已有8個電子分別形成二氟化物、六氟化物最外層電子數必超過8，硼最外層3個電子，分別與氟形成3個共價單鍵后，最外層只有6個電子。

[題型四]根據粒子、晶體的空間結構推斷化學式，將掌握晶體結構知識在新情境下進行應用。

[例6]第28屆國際地質大會提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類  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個水分子構建成8個籠，每個籠可容納五個CH₄分子或1個游離H₂O分子。根據上述信息，完成第1、2題：

（1）．下列關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個籠只有6個容納了CH₄分子，另外2個籠被游離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

[點撥]晶體中8個籠只有6個容納CH4分子，另外2個籠被水分子填充，推出8個籠共有6個甲烷分子，46+2=48個水分子。答案（1）D（2）B

[例7]⑴中學化學教材中圖示了NaCl晶體結構，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO(氧化鎳)晶體的結構與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的核間距離為a×10^-8cm，計算NiO晶體的密度(已知NiO的摩爾質量為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Ni²⁺空缺，另有兩個Ni²⁺被兩個Ni³⁺所取代。其結果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni_0.97O，試計算該晶體中Ni³⁺與Ni²⁺的離子數之比。

                                                              圖4-1

[解析]晶胞中陰、陽離子個數的確定通常采用“原子分割法”，具體如下：①處于頂點的離子，同時為8個晶胞共有，每個離子有1/8屬于晶胞；②處于棱上的離子，同時為4個晶胞共有，每個離子有1/4屬于晶胞；③處于面上的離子，同時為2個晶胞共有，每個離子有1/2屬于晶胞；④處于內部的1個離子，則完全屬于該晶胞，該離子數目為1。要確定NiO的密度，就應確定單位體積中NiO分子的個數，再結合NiO的摩爾質量求算出該晶體中NiO的質量，最后求出密度。本題解答如下：

    ⑴如圖4-5所示，以立方體作為計算單元，此結構中含有

Ni²⁺―O^2-離子數為：4×=(個)，所以1molNiO晶體中應含有

此結構的數目為6.02×10²³÷=12.04×10²³(個)，又因一個此結構的體積為(a×10^-8cm)³，所以1molNiO的體積應為12.04×10²³×(a×10^-8cm)³，NiO的摩爾質量為74.7g/mol，所以NiO晶體的密度為

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

         x+y=0.97  (Ni原子個數守恒)

         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)：由化學式Ni_0.97O求出Ni的平均化合價為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]

1、1．下列物質為固態時，必定是分子晶體的是

A.　酸性氧化物　　B.　非金屬單質　　　C.　堿性氧化物　　D.　含氧酸

3．下列化學式可表示一個分子的是                                           (    )

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

4．實現下列變化時，需克服相同類型作用力的是                            (    )

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的原子晶體是　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　�。�

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

6．下列各組物質各自形成的晶體，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 下列物質屬于分子晶體的化合物是　　　　　　屬于原子晶體的單質是　　　　　

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量分數是78/126，其陰離子只有過氧離子（O₂^2－）和超氧離子（O₂^－）兩種。在此晶體中，過氧離子和超氧離子的物質的量之比為     

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

9. 1999年美國《科學》雜志報道：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、沸點，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、共價鍵、金屬鍵、離子鍵和分子間作用力都是構成物質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是一種無色氣體，具有很強的穩定性，可用于滅火。SF₆的分子結構如上圖所示，呈正八面體型。如果F元素有兩種穩定的同位素，則SF₆的不同分子種數為                        

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

13.按要求回答下列問題

①石墨是層狀晶體，每一層內，碳原子排列成正六邊形，一個個六邊形排列成平面的網狀結構。如果將每對相鄰的碳原子的化學鍵看成一個化學鍵，則石墨晶體的每一層中碳原子數與C－C化學鍵數的比是　　　　　　　石墨晶體中C-C鍵的鍵角為         。其中平均每個六邊形所含的C原子數為        個。

④白磷分子中的鍵角為      ，分子的空間結構為           ，每個P原子與   個P原子結合成共價鍵。若將1分子白磷中的所有P-P鍵打開并各插入一個氧原子，共可結合   個氧原子,若每個P原子上的孤對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晶體硼的基本結構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個等邊三角形和一定數目的頂角，每個頂角各有一個原子，試觀察圖形回答。這個基本結構單元由_____個硼原子組成，共含有______B-B鍵。

⑦NH₃分子的空間結構為        ，它具有堿性是由于分子中存在         ，當結合H⁺后形成的NH₄⁺離子的的空間結構為           。分子中N-H鍵的鍵角為           。

⑧晶體硼的基本結構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個等邊三角形和一定數目的頂角，每個頂角各有一個原子，試觀察圖形回答。這個基本結構單元由_____個硼原子組成，鍵角是______，共含有________個B-B鍵。

14、（1）下圖為固態CO₂的晶體結構示意圖。通過觀察分析，可得出每個CO₂分子周圍與之緊鄰等距的CO₂有          個。（2）試判斷：①SiO₂，②CO₂，③CS₂晶體的熔點由高到低排列的順序是        .（填相應物質的編號）。  （3）在一定溫度下，用x射線衍射法測干冰晶胞（晶體中最小的重復單位）邊長: a＝5.72×10^－8cm該溫度下干冰的密度為多少？　　　

，

15．最近發現一種由鈦原子和碳原子構成的氣態團簇分子，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，它的化學式是______。

16．由A族元素A和A族元素B組成的陰離子結構如右圖，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．某離子晶體晶胞結構如圖所示，X位于立方體的頂點， Y位于立方體的中心，晶體中距離最近的兩個X與一個Y形成的夾角∠XYX的角度為             

晶體中每個Y同時吸引著    個X，該晶體化學式為        每個X周圍跟它等距離最近的X有    個。

18、圖4-3是石英晶體平面示意圖，它實際上是立體的網狀結構，其中硅、氧原子數之比為______。原硅酸根離子SiO₄^4－的結構如圖4-1所示，二聚硅酸根離子Si₂O₇^6－中，只有硅氧鍵，它的結構可表示為______________。