1、专题复习化学键和晶体结构课题九 化学键和晶体结构考点一：化学键化学键：相邻原子之间强烈的相互作用叫化学键。化学键的存在：稀有气体单质中不存在； 多原子单质分子中存在共价键； 非金属化合物分子中存在共价键(包括酸)； 离子化合物中一定存在离子键，可能有共价键的存在(Na2O2、NaOH、NH4Cl)，共价化合物中不存在离子键； 离子化合物可由非金属构成，如：NH4NO3、NH4Cl 。1.离子键1）定义： 使阴阳离子结合成化合物的静电作用，叫做离子键。 成键微粒：阴阳离子相互作用：静电作用（静电引力和斥力）成键过程：阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。2）形成离子键的
2、条件：活泼的金属元素（IA，IIA）和活泼的非金属元素（VIA，VIIA）之间的化合物。活泼的金属元素和酸根离子形成的盐酸根离子：SO42-、NO3-、Cl-等铵盐子和酸根离子（或活泼非金属元素）形成的盐。把NH4+看作是活泼的金属阳离子离子化合物：含有离子键的化合物。3)离子键的强弱比较影响因素：离子半径(反比)、电荷数(正比)比较离子键强弱：KCl与KBr、 Na2O与MgO决定:稳定性及某些物理性质，如熔点等。2.共价键1）定义：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。成键微粒：原子相互作用：共用电子对氢分子的形成： 共价键特点：共用电子对不偏移，成键原子不显电性氯化氢分子的
3、形成：共价键特点：共用电子对偏向氯原子，氯原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。2）形成共价键条件： 同种或不同种非金属元素原子结合； 部分金属元素原子与非金属元素原子，如AlCl3 ，FeCl3；3）存在：存在于非金属单质和共价化合物中，也存在于某些离子化合物和原子团中 H2 HCl NaOH NH4Cl Na2O2 SO42- NO3-4）共价化合物：以共用电子对 形成分子的化合物。 离子键和共价键的比较3.电子式：在元素符号周围用“ ”或“”来表示原子最外层电子的式子，叫电子式。(1)原子的电子式：常把其最外层电子数用小黑点“.”或小叉“”来表示。 H Na Mg Ca (2)阳离子的电
4、子式：不要求画出离子最外层电子数，只要在元素、符号右上角标出“n+”电荷字样。Ca2+ Mg2+ Na+ H+(3)阴离子的电子式:不但要画出最外层电子数，而且还应用于括号“ ”括起来，并在右上角标出“n-”电荷字样。(4)离子化合物电子式由阳离子的电子式和阴离子的电子式组合而成. 注意:相同的离子不能写在一起,不能合并，一般对称排列.用电子式表示离子化合物的形成过程用电子式表示氯化钠的形成过程 【注意】 离子须注明电荷数； 相同的原子可以合并写，相同的离子要单个写； 阴离子要用方括号括起； 不能把“”写成“ =” 用箭头表明电子转移方向（也可不标）（5）共价分子的电子式：由原子的电子式组合而
5、成。共用电子对放在相邻原子之间，共用电子对数目为原子达稳定结构所需的电子数目。如N原子需三个电子达稳定结构则有三对共用电子对。【小结】在写电子式时必须先判断是离子化合物还是共价分子，再根据各自的要求来写，共价分子不能出现中括号和离子符号。4.共价型分子中八电子稳定结构的判断1)共价键的种类： 配位键：共用电对由成键单方面提供的共价键。 非极性键：共用电对在成键原子中间； 极性键：共用电对偏向于成键原子其中一方。 2）分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足最外层8电子稳定结构。3）若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8，则该元素的原子满足8电子稳定结构；否则不满足。判断非极性分子和极性
6、分子的依据:ABn型分子极性判断：若中心原子A的绝对值等于该原子的最外层电子数，则分子为非极性分子。【例1】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SiO2 (B)CO2和H2 (C)NaCl和HCl (D)CCl4和KCl点拨首先根据化学键、晶体结构等判断出各自晶体类型。A都是极性共价键，但晶体类型不同，选项B均是含极性键的分子晶体，符合题意。C NaCl为离子晶体，HCl为分子晶体D中CCl4极性共价键，KCl离子键，晶体类型也不同。【规律总结】 1、含离子键的化合物可形成离子晶体 2、含共价键的单质、化合物多数形成分子晶体，少数形成原子晶体如金刚石、晶体硅
7、、二氧化硅等。 3、金属一般可形成金属晶体【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)离子化合物中只含离子键 (D)共价化合物中不含离子键点拨化合物只要含离子键就为离子化合物。共价化合物中一定不含离子键，而离子化合物中还可能含共价键。答案 A、D【巩固】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，所以是非极性分子答案：C5.分子间作用力和氢键1)分子间作用力:把分子聚集在一起的作
8、用力叫做分子间作用力（也叫范德华力）。 分子间作用力比化学键弱得多，是一种微弱的相互作用，它主要影响物质的熔、沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 分子间作用力主要存在于由分子构成的物质中，如：多数非金属单质、稀有气体、非金属氧化物、酸、氢化物、有机物等。 分子间作用力的范围很小,只有分子间的距离很小时才有。 一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。【归纳】分子间作用力与化学键的比较2)氢键 形成条件：原子半径较小，非金属性很强的原子X，（N、O、F）与H原子形成强极性共价键，与另一个分子中的半径较小，非金属性很强的原子Y （N、
9、O、F），在分子间H与Y产生较强的静电吸引，形成氢键 表示方法：XHYH（X.Y可相同或不同，一般为N、O、F）。 氢键能级：比化学键弱很多，但比分子间作用力稍强。氢键作用：使物质有较高的熔沸点(H2O、HF 、NH3) 使物质易溶于水(C2H5OH，CH3COOH) 解释一些反常现象【结果】氢键的形成会使含有氢键的物质的熔、沸点大大升高。如：水的沸点高、氨易液化等。这是因为固体熔化或液体汽化时，必须破坏分子间作用力和氢键 氢键的形成对物质的溶解性也有影响，如：NH3极易溶于水。考点二：晶体类型和性质的比较 晶体：是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。 非晶
10、体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。【思考】决定晶体物理性质的因素是什么？答：构成晶体微粒之间的结合力。结合力越强，晶体的熔沸点越高，晶体的硬度越大。1.几种晶体的比较 (1)离子晶体定义：离子间通过离子键结合而成的晶体。特点：无单个分子存在；NaCl不表示分子式。 熔沸点较高，硬度较大，难压缩,但质地较脆. 水溶液或者熔融状态下均导电。常见的离子晶体有：强碱、部分金属氧化物、大部分盐类。(2)分子晶体定义：分子间通过分子间作用力结合成的晶体。特点：有单个分子存在；化学式就是分子式。 熔沸点较低，硬度较小，易升华。哪些物质可以形成分子晶体？卤素、氧气、等多数非金属单质、稀有
11、气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、酸、多数有机物等。(3)原子晶体定义：原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体。特点：熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。常见的原子晶体有：金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等2.晶体类型的判断(1)从物质的分类上判断：离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物；分子晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外）及氧化物（ SiO2除 外），所有的酸及非金属氢化物，大多数有机物等。原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、SiO2、SiC、BN、Si3N4金属晶体：金属单质（液态Hg除外）及合金(2)从性质上判断：熔沸点和硬度 高：原子晶体；中：
12、离子晶体；低：分子晶体物质的导电性 固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体； 固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨； 固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体。3.物质熔沸点高低的比较1)晶体内微粒间作用力越大，熔沸点越高，只有分子晶体熔化时不破坏化学键2)不同晶体（一般）：原子晶体离子晶体分子晶体 熔点范围 ： 上千度几千度 近千度几XX 多数零下最多几XX3)【注意】若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体强，故熔、沸点特别高【例1】有关晶体的下列说法中正确的是()A晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B原子晶体中共价键越强，熔点越高C冰融化时水分子中共价键发生断裂
13、D氯化钠熔化时离子键未被破坏 【解析】晶体中分子间的作用力越大，说明晶体的熔沸点越高，而分子的稳定性取决于化学键的强弱和体系能量的高低，故A选项错误。冰融化时水分子中部分氢键断裂，共价键不断裂。氯化钠熔化时离子键被破坏。 答案：B【点拨】晶体中的作用力影响晶体的性质，若是分子晶体，影响熔沸点的是分子间作用力与氢键，但影响分子稳定性的是化学键的强度；若是原子晶体、离子晶体、金属晶体，熔沸点与化学键强度有关。【巩固练习】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( ) ASO2和SiO2 BCO2和H2O CNaCl和HCl DCCl4和KCl【解析】判断化学键类型是否相同，主要是看
14、成键两原子是直接通过共价键结合的，还是通过互相得失电子后形成阴、阳离子靠离子键结合的。主要是分析成键两原子通过何种形式才能使双方都达到稳定结构(一般的是最外层达到8个电子)。判断晶体类型是否相同，主要是看构成晶体的“基本微粒”属于分子、离子还是原子，或者是分析晶体中基本微粒间作用力是范德华力、离子键还是共价键，这两个角度实质是一致的。由上述可知化学键的类型和晶体类型两者既有联系也有区别，切勿混为一谈。如SO2和SiO2，从成键两原子之间结合力分析，都是只能通过共价键结合，化学键类型相同，但从构成晶体类型来看，SO2熔点低，溶于一些溶剂中，硬度小、沸点低等性质说明SO2在晶体中只能是以分子形式存
15、在，基本微粒间的作用力是分子间作用力，所以是分子晶体。SiO2上述性质与SO2截然相反，说明SiO2在晶体中不是以分子的形式存在，基本微粒是原子，微粒间作用力是共价键，所以为原子晶体。同理分析B、C、D选项。 答案：B【例2】右图是已合成的硫氮化合物的一种分子结构，下列说法正确的是()A该物质的分子式为SNB该物质具有很高的熔沸点C该物质的分子中只有共价键D该物质的固体是离子晶体 【解析】根据题意是一种分子结构，说明该物质是分子晶体，熔沸点低，分子内只有共价键，该物质的分子式为S4N4。 答案：C【点拨】首先要分析晶体类型，若题中明显有分子的描述，其熔沸点不会很高，晶体也一定是分子晶体。 【巩
16、固练习】HgCl2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知熔融的HgCl2不导电，而HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，下列关于HgCl2的叙述正确的是( )AHgCl2属于离子化合物BHgCl2属于共价化合物CHgCl2属于非电解质DHgCl2不能使蛋白质变性 【解析】根据题目所给有关的HgCl2性质资料，熔融的HgCl2不导电，而HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，可知HgCl2为共价化合物，属于分子晶体，属于电解质。HgCl2属于重金属盐，能使蛋白质变性。 答案：B【例3】(2009安徽)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如下)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正
17、确的是()A石墨烯与石墨互为同位素B0.12 g石墨烯中含6.021022个碳原子C石墨烯是一种有机物D石墨烯中碳原子间以共价键结合 【解析】同位素的研究对象是原子，A选项错误；0.12 g石墨烯的物质的量为0.01 mol，所含碳原子个数为0.01NA，B选项错误；有机物一般含有碳、氢元素，C选项错误；由图示可知，石墨烯中碳原子间均为共价键结合，D选项正确。【点拨】最易混淆的就是同素异形体与同位素的概念。同位素是指同种元素的不同核素的互称，是指原子，而同素异形体是指单质。 【巩固练习】(2010修远中学模拟)最近医学界通过用14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断
18、裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则有关14C的正确叙述是( )A与12C60碳原子化学性质不同B与14N含有的中子数相同C是12C60的同素异形体D与12C、13C互为同位素 【解析】A选项中14C与12C的质子数和核外电子排布相同，所以化学性质也相同； B选项中14C中的中子数为8,14N中的中子数为7； C选项中，同素异形体是相对于单质而言，所以错误； D选项中，根据同位素的概念，12C、13C与14C互为同位素。 答案：D4.晶体的空间构型及求解方法 晶体之所以具有规则的几何外形，是因其内部的质点作规则的排列，实际上是晶体中最基本的结构单元重复出现的结果。 我们把晶体中重复出现的最基本的结
19、构单元叫晶体的基本单位晶胞（1）、晶胞对组成晶胞的各质点的占有率（2）、有关晶体的计算 当题给信息为晶体中最小重复单元晶胞（或平面结构）中的微粒排列方式时，要运用空间想象力，将晶胞在三维空间内重复延伸，得到一个较完整的晶体结构，形成求解思路。【小结】立方体晶胞中各位置上原子总数的计算方法分别是：顶角上的原子总数=1/8顶角原子数棱上的原子总数=1/4棱边原子数面心上的原子总数=1/2面心原子数体心上的原子总数=1体心原子数当题给信息为晶体中微粒的排列方式时，可在晶体结构中确定一个具有代表性的最小重复单元晶胞为研究对象，运用点、线、面的量进行解答。【例4】某离子晶体部分结构如图(1)晶体中每个Y
20、同时吸引着最近的_个X，每个X同时吸引着最近的_个Y，该晶体的化学式为_(2)晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有_个(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角XYX的角度_(4)设该晶体的摩尔质量为Mgcm-3，晶体密度为gcm-3，阿佛加法罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距离为_cm-解析：(1)从图中可知，Y位于立方体中心，X位于立方体相向的四个项点，故一个Y同时吸引着最近的X有4个，每个X同时吸引着最近的8个Y，由此确定其化学式(2)由于顶点X是8个立方体共有，每个面是两个立方体共享，故晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X应有83=12(个)(3)可将图中4个X
21、分别与Y连线，形成的构型类同于CH4分子，XYX= (4)每个小方体中会XY2的物质的量为根据质量m=V 和 m=nM联立方程，求解。答案：（1）4；8；XY2(或Y2X)。（2）12。（3）10928。（4）。【例5】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a10-8cm，计算NiO晶体的密度(已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol)。 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
22、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：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；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；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；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： 如图4-5所示，以立方
23、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6.021023=12.041023(个)，又因一个此结 构的体积为(a10-8cm)3，所以1molNiO的体积应为12.041023(a10-8cm)3，NiO的摩尔质量为74.7g/mol，所以NiO晶体的密度为 解法一(列方程)：设1molNi0.97O中含Ni3+为xmol，Ni2+为ymol，则得 x+y=0.97 (Ni原子个数守恒) 3x+2y=2 (电荷守恒)解得x=0.06，y=0.91，故n(Ni3+):n(Ni2+)=6:91 解法二(十字交叉)：由化学式Ni0.
24、97O求出Ni的平均化合价为2/0.97，则有 Ni3+ 3 0.06/0.97 2/0.97 Ni2+ 2 0.91/0.97故n(Ni3+):n(Ni2+)=6:91。【例6】图中NaCl晶体结构向三维空间延伸得到完美晶体。最近的Na+与Cl-核间距离为a10-8cm，求晶体密度?解析：截取一个1/8大的小立方体如图，因各顶点上的Na+或Cl-为8个小立方体共用，故小立方体占1/2个Na+，1/2个Cl-，即占1/2Na+Cl-离子对。立方体体积为：V=（a10-8）3cm3故密度：=（1/2）个58.5gmol-16.021023个mol-1）/（a310-24cm3）=（48.6/a3
25、）gcm-3【课后练习】1.下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是（ ） A、光气（COCl2） B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、三氟化硼解析光气从结构式可看出各原子最外层都是8电子结构，硫最外层6个电子，氙最外层已有8个电子分别形成二氟化物、六氟化物最外层电子数必超过8，硼最外层3个电子，分别与氟形成3个共价单键后，最外层只有6个电子。2.第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类 1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳五个CH4分子或1个游离H2O分子。根据上述信息，完成第1、2题：（1）下列关于
26、天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是（ ）A 两种都是极性分子 B 两种都是非极性分子C CH4是极性分子，H2O是非极性分子 D H2O是极性分子，CH4是非极性分子（2）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为（ ） ACH414H2O B CH48H2O C CH4(23/3)H2O D CH46H2O点拨晶体中8个笼只有6个容纳CH4分子，另外2个笼被水分子填充，推出8个笼共有6个甲烷分子，46+2=48个水分子。答案（1）D（2）B 3.下列化合物中既存在离子键，又存在极性键的是（ ）AH2O BNH4Cl CNa
27、OH DNa2O2解析：水分子中只有H-O键，是极性键，无离子键，排除A项；NH4Cl中NH4+和Cl-间是离子键，NH4+内N和H原子以极性键结合，B项正确；NaOH中Na+和OH-以离子键结合，OH-内H和O之间以极性键结合，C项正确；Na2O2中Na+和O22-以离子键结合，O22-内有非极性键，排除D项。 答案：B C。 4.下列各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是（ ）A O2 、I2 Hg B、CO2 KCl SiO2 C、Na K Rb D、SiC NaCl SO2点拨物质的熔点一般与其晶体类型有关，原子晶体最高，离子晶体（金属晶体）次之，分子晶体最低，应注意汞常温液态选B 5
28、.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。在下列三种晶体金刚石、晶体硅、碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是 A. B. C. D. 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，所以晶体的熔点有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CCCSiSiSi，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。6.已知氯化铝的熔点为190OC(2.02105Pa)，但它在180OC即开始升华(1)氯化铝是_(填“离子化合物”
29、或“共价化合物”)(2)在500K和1.01105Pa时，它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92g/L，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为_，结构式为_(3)无水氯化铝在潮湿空气中强烈地“发烟”，其原因是_(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？解析：(1)从氯化铝的熔点低且易升华的性质可判定其晶体为分子晶体，也就不可能属于离子化合物。同学不能简单地从组成元素为较活泼金属元素和活泼非金属元素考虑，将其为离子化合物，其实不然，应尊重事实。可根据其熔融态能否导电进行判断。切勿用它的水溶液做导电性实验。因为象HCl等许多共价化合物在水分子作用下能电离，故所得水溶液
30、能导电。(2)应根据M=22.2 关系式求出蒸气的分子量，与常见的AlCl3分子量比较是否相同，从而确定氯化铝的化学式，要注意配位键的表示方式“”是从具有孤对电子的一方指向具有空道的原子，在此只可能C1A1，每一个C1还与A1原子形成一个共价键(3)抓住题中条件“在潮湿空气中发烟”应从AlCl3水铜生成HCl与水蒸气形成酸雾，不能误认AlCl3为升华成气体。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晶胞结构如图所示。已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x的值小于1。测知FexO晶体密度为5.719cm-3，晶胞边长为4.2810-10m（铁原子量为55.9，氧原子量为16）。求：（1）FexO中x的值（精确至 0.01）。（2）晶体中的 Fe分别为Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至0.001）。（3）写出此晶体的化学式。
