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高考化学：晶体专题复习
一． 原子晶体
[复习提问]
（一）基本知识点（学生自学完成）
1.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。
2.构成粒子：__原子____；。
3.粒子间的作用____共价键___，
4.原子晶体的物理性质
(1)熔、沸点___很高_______，硬度__很大____
(2) ___ 不溶于___________一般的溶剂。
(3)_______不_______导电。
原子晶体具备以上物理性质的原因__在原子晶体中，构成晶体的粒子是原子，所以不导电。原子间以较强的共价键结合，且形成空间网状结构，故熔点高，沸点高。不溶于一般的溶剂。
原子晶体的化学式是否可以代表其分子式__不能，只能代表元素原子个数比
原因：因为，在原子晶体中根本没有单个的分子。
5.常见的原子晶体有__SiO2,金刚石_等。
6.判断晶体类型的依据
(1)看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。
对分子晶体,构成晶体的微粒是__分子_，微粒间的相互作用是_分子间作用力；
对于离子晶体，构成晶体的是微粒是_阳离子，阴离子_，微粒间的相互作_离子键。
对于原子晶体，构成晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键。
(2)看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。
一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是 __原子晶体>离子晶体>_分子晶体。原子晶体、离子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多
（二）重点点拨
1.晶体
晶体是指具有规则几何外形的固体。其结构特征是其内的原子或分子在三维空间的排布具有特定的周期性，即隔一定距离重复出现。重复的单位可以是单个原子或分子，也可以是多个分子或原子团。
2.晶胞的概念
在晶体结构中具有代表性的基本的重复单位称为晶胞。晶胞在三维空间无限地重复就产生了宏观的晶体。可以说，晶体的性质是由晶胞的大小，形状和质点的种类(分子、原子或离子)以及它们之间的作用力所决定的。
（三）讲练（先练后讲）
[例1]下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是 ( B )
A.SO2与Si02 B.C02与H20
C.NaCl与HCl D.CCl4与KCl
[解析]抓住晶体粒子的化学键去判断晶体类型这一关键进行对比。如S02与Si02都是共价化合物，但是，晶体内的作用力是分子间作用力，S02为分子晶体，而Si02中硅与氧以共价键结合形成网状的原子晶体。
[答案]B
[例2]碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是 ( A )
A.①③② B.②③①
C.③①② D.②①③
[解析]C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，硅晶体，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石碳化硅、晶体硅。
[答案]A
（四）总结
1．相邻原子间通过共价键结合而成空间网状结构的晶体属于离子晶体。
2．构成原子晶体的微粒是原子。原子间以较强共价键相结合，而且形成空间网状结构。键能大。原子晶体的熔点和沸点高。硬度大。
3．同种晶体:若同为原子晶体，成键的原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高：如金刚石>SiC>Si。

二．离子晶体
(一)引入新课
[复习提问]
1.写出NaCl 、CO2 、H2O 的电子式
。
2．NaCl晶体是由Na+和Cl—通过 形成的晶体。

（一）离子晶体
1、概念：离子间通过离子键形成的晶体
2、空间结构
以NaCl 、CsCl为例来，以媒体为手段，攻克离子晶体空间结构这一难点
[针对性练习]
[例1]如图为NaCl晶体结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。

(1)请将其代表Na+的用笔涂黑圆点，以完成 NaCl晶体结构示意图。并确定晶体的晶胞，分析其构成。
(2)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的 Na+共有多少个?
[解析]下图中心圆甲涂黑为Na+，与之相隔均要涂黑

(1)分析图为8个小立方体构成，为晶体的晶胞。
(2)计算在该晶胞中含有Na+的数目。在晶胞中心有1个Na+外，在棱上共有4个Na+，一个晶胞有6个面，与这6个面相接的其他晶胞还有6个面，共12个面。又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有，所以该晶胞独占的是12×1/4=3个.该晶胞共有的Na+为4个。
晶胞中含有的Cl-数：Cl-位于顶点及面心处，每.个平面上有4个顶点与1个面心，而每个顶点上的氯离于又为8个晶胞(本层4个，上层4个)所共有。该晶胞独占8×1/8=1个。一个晶胞有6个面，每面有一个面心氯离子，又为两个晶胞共有，所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。
不难推出，n(Na+):n(Cl-)=4:4:1:1。化学式为NaCl.
(3)以中心Na+为依据，画上或找出三个平面(主个平面互相垂直)。在每个平面上的Na+都与中心 Na+最近且为等距离。
每个平面上又都有4个Na+，所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。
[答案]
(1)含8个小立方体的NaCl晶体示意图为一个晶胞
(2)在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:1.
(3)12个
3、离子晶体结构对其性质的影响
（1）离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键的强弱，而离子晶体的稳定性又取决于什么?在离子晶体中，构成晶体的粒子和构成离子键的粒子是相同的，即都是阴、阳离子。离子晶体发生三态变化，破坏的是离子键。也就是离子键强弱即决定了晶体熔、沸点的高低，又决定了晶体稳定性的强弱。
（2）离子晶体中为何不存在单个的小分子?
在离子晶体中，阴、阳离子既可以看作是带电的质点，又要以看作是带电的球体，其中，阳离子总是尽可能的多吸引阴离子、阴离子又总是尽可能多的吸引阴离子(只要空间条件允许的话)这种结构向空间延伸，即晶体多大，分子就有多大，晶体内根本不存在单个的小分子，整个晶体就是一个大分子。
4、离子晶体的判断及晶胞折算
（1）如何判断一种晶体是离子晶体
方法一：由组成晶体的晶格质点种类分：离子化合物一定为离子晶体。
方法二：由晶体的性质来分：①根据导电性：固态时不导电而熔化或溶解时能导电的一般为离子晶体。
②根据机械性能：具有较高硬度，且脆的为离子晶体。
（2）什么是晶胞?如何由晶胞来求算晶体的化学式?
构成晶体的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态群体。在晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法？
①处于顶点上的离子：同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。
②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。
③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。
④处于体心的离子：则完全属于该晶胞。
[练习]
题目：在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答：

(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个?
(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少?
[解析]由图看出，在每个钛离于的同层左、右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。
至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子是晶胞中的位置考虑。Ca2+位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8=1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4=3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为 3:1:1
[答案]6 3:1:1
5、总结
1．离子间通过离子键结合而成的晶体叫离子晶体。构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子。离子晶体中，阳离子和阴离子间存在着较强的离子键，因此，离子晶体一般硬度较高，密度较大，熔、沸点较高。
2．一般地讲，化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如：KCI<NaCI<NaF。

三．分子晶体
1.属于一个干冰晶胞中的二氧化碳分子有几个？（8×+6×=4个）
2.在干冰晶体中，设立方体晶胞的棱长为a，则每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子有几个？其距离为多少？
［解析］在熟悉干冰晶胞结构的基础上，想象晶体的结构，假若选定立方体顶点上的一个CO2分子，则与其等距离最近的CO2分子应在面心上，这样的分子共有12个（同层4个，上层4个，下层4个），且距离为a。
2.干冰晶体的结构：
［投影］
立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。
［过渡］以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？
3.性质特点：
［三维动画］CO2由气态变为固态
［讲述］气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。
从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低，也就是说克服分子间引力使物质熔化和汽化所需能量较低，说明分子间作用力较弱，与化学键相比其差别是：
①分子间作用力与化学键
［投影小结］
①化学键存在于分子或物质内部相邻原子之间，键能约为100～600 kJ·mol－1。
②分子间作用力存在于分子之间，其大小一般在2～20 kJ·mol－1之间。
③分子间作用力很弱，不属于化学键。
［引述］正是由于分子间作用力很弱，所以分子晶体具以下性质特点：
［板书］较低的熔、沸点，较小的硬度。如：
［投影］ 熔点 沸点
N2 －209.86℃ －195.8℃
CO －199℃ －191.5℃
［讨论］有同学说，在一般分子晶体中存在共价键，使其熔化或汽化时就需较多的能量，因此熔、沸点也应较高，此说法有无道理？
［分析］分子晶体是由分子构成的，除稀有气体的晶体外，分子内部存在较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力聚集在一起。前者影响分子晶体的化学性质，而熔、沸点高低则取决于分子间作用力，即分子间作用力与物质的物理性质有密切关系。所以，该同学的说法没有道理。
［思考］1.食盐和蔗糖熔化所克服的粒子间的相互作用是否相同？
2.碘和干冰的升华所克服的粒子间的相互作用是否相同？
［解析］食盐熔化克服的是离子键、蔗糖熔化克服的是分子间作用力，两者不同。碘和干冰都是分子晶体，升华时克服的都是分子间作用力。此类题目需要考虑晶体类型和粒子间的作用力。
［投影］卤素单质的熔沸点

请分析表中数据，推测使卤素单质从F2I2，熔、沸点发生规律性变化的原因。
［引导］从表中数据不难看出卤素单质的熔、沸点从F2I2逐渐升高。另外，联系卤素单质常温下的状态（F2、Cl2呈气态，Br2为液体，I2为固体，也可得出与实验数据相同的结论。那么，导致卤素单质熔、沸点从F2I2逐渐升高的原因是何呢？这得从晶体类型分析起。
［投影］
问题1：卤素单质属何晶体类型？
［答曰］分子晶体
问题2：卤素单质分子的组成和结构有何特点？
［答曰］卤素单质分子均是由卤原子通过共价单键结合成的双原子非极性分子。其结构式可用通式“X—X”表示。因此卤素单质分子具有组成和结构相似的特点。
问题3：影响卤素单质熔、沸点高低的作用力是何？
［答曰］分子间作用力。
问题4：卤素单质熔沸点从F2I2逐渐升高，可知从F2I2分子间作用力逐渐增强，那么在此影响分子间作用力的主要因素又是何呢？
［答曰］分子体积大小或分子质量大小或相对分子质量大小。
［说明］以上三种答案都对，但便于我们分析判断的当属相对分子质量。
②分子间作用力与物质的熔、沸点：
一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，其熔、沸点升高。
［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，四卤化碳的熔、沸点如何递变？
［分析］四卤化碳属组成和结构相似的物质，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

［投影］

卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系 四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关系
［过渡］从以上分析可知，对于由分子构成的物质，分子间作用力大小是直接影响其熔、沸点高低的因素，而分子间作用力的大小除取决于相对分子质量外，还与分子的极性、氢键等因素有关。

一些氢化物的沸点
［设疑］从上图可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氢化物的沸点与ⅣA相比出现了反常，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？
［转引］HF、H2O和NH3的沸点反常，是因为它们的分子间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，它叫氢键。
［板书］③氢键
［阅读］弄清以下几个问题：
1.氢键如何形成？
2.氢键形成的条件？
3.氢键的表示方法？
4.氢键对物质熔、沸点的影响？
［讲述］氢键如何形成呢？现以HF为例说明。在HF分子中，由于F原子半径小，吸引电子能力强，导致H—F键极性很强，其间共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带部分正电荷的H核，可使另一分子中带部分负电荷的F原子几乎无阻碍地充分接近它，产生静电吸引作用而形成氢键。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。为区别与化学键，氢键常用“…”来表示，如F—H…F，同学们观察课本P4图1—7，图1—8，可发现形成氢键的三原子处于一条直线上，这就是说形成氢键具有方向的选择性。而且H原子周围只连两个其他原子（一个为共价键，另一为氢键）。一个氢原子不可能同时形成两个氢键，即说，氢键具有饱和性。
那么分子形成氢键必须具备怎样的条件呢？
［投影小结］
1.氢键形成的条件
①分子中必须有H原子与它原子形成的强极性键。如H—F。
②分子中必须有吸引电子能力很强、原子半径很小的非金属原子。如F、O、N等。
2.氢键的表示方法：用“X—H…Y”表示，三原子要在一条直线上，其中X、Y可同可不同，如：F—H…F、O—H…O、N—H…O等。
3.氢键的特点：
①比化学键弱得多，比分子间作用力稍强。
②具有方向性和饱和性。
4.氢键的本质：一般认为是一种静电吸引作用。
［讲述］由于分子间氢键的形成，使分子间产生了较强的结合力，因而使化合物的熔、沸点显著升高。这是由于要使固体熔化或液体汽化，必须给予额外的能量去破坏分子间的氢键。
从投影图“一些氢化物的沸点”可看出，在分子间没有氢键形成的情况下（如IVA元素的氢化物），化合物的沸点随相对分子质量的增加而升高，这是由于随分子量的增大，分子间作用力依次增强。但在分子间有较强的氢键时（如HF、H2O、NH3），化合物的沸点与同族同类化合物相比则显著升高。
［投影小结］5.分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高。
［转引］从投影图可看出H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在－70℃以下，而分子间氢键的形成使它的沸点实际为100℃，试设想如果水分子之间没有氢键存在，地球上将会是什么面貌？
［讨论］P5同学们可畅所欲言。
［概述］从投影图氧族元素氢化物的沸点变化规律来看，如果水分子间没有氢键，水的沸点将在－70℃以下。
地球上生存着的各种动植物是依存于当地的自然环境和气候条件的，而水的变化能直接影响自然环境和气候。如果水的沸点降为－80℃左右，占据地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，几乎全要变成水蒸气。就是终年冰雪覆盖的极地，也只有极少量液态的水存在（极地个别地方温度可能在－70℃以下）。于是地表会干涸龟裂，动植物要灭绝，地球将会失去生机，成为不毛之地……
［转述］水分子间氢键的存在，使水表现出很多不同寻常的物理性质。如水的沸点比同族其他化合物显著高，水的比热特别大，水结冰时体积膨胀，密度减小等。单说水结冰，水结冰时，水分子大范围地以氢键结合，形成相当疏松有很多空隙的结构（水分子缔合），从而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氢键造成的这一重要自然现象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭冻死的灾难。
［过渡］以上我们从分子间作用力和氢键角度主要讨论了物质的熔、沸点。那么，分子晶体的导电性，溶解性如何？
［设疑］分子晶体在固态和熔融态时能否导电？
［回答］固态和熔融态时只有中性分子，故不导电。
［说明］有些分子晶体溶于水时可发生电离而导电，如冰醋酸、硫酸等。
［转引］至于分子晶体的溶解性，由于分子不同，情况各异。
［演示］实验1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶体分别在水、四氯化碳中的溶解现象。
［结论］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘却易溶于甲氯化碳，不易溶于水。
［学生活动］从分子极性角度进行分析。
［投影小结］
“相似相溶”规则：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。
［思考］常用的硫粉是一种硫的小晶体，熔点112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶剂，试推测它可能属于哪一类晶体？
［分析］硫的晶体熔点较低，且易溶于CS2、CCl4非极性分子形成的溶剂，可推断它是由非极性分子形成的分子晶体。
［思考］单质氯的熔点和沸点都很低，而氯化钠的熔、沸点都很高，为什么？
［分析］单质氯形成分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故熔、沸点都较低，而NaCl晶体属离子晶体，离子间有较强离子键，故熔沸点都较高。
［总结］本节主要学习了分子晶体的结构与其性质的关系，希望同学们课后将分子晶体和离子晶体进行对比。