第六章 化学键和晶体结构.docx
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第六章化学键和晶体结构
第六章化学键和晶体结构
一、知识框架和要求
知识框架路易斯理论价键理论
共价键
现代共价理论杂化轨道理论
化学键离子键
互斥理论
金属键
化学键和晶体结构分子轨道理论
分子晶体
离子晶体
晶体结构
原子晶体
金属晶体
分子的极性
分子间力取向力、诱导力、色散力
对物质物理性质的影响
学习要求
1.掌握离子键的形成条件及其特征;
2.掌握共价键的形成条件和本质及现代价键理论的基本要点,理解共价键的类型,了解键能、键长及键角等参数;
3.掌握杂化轨道的概念、杂化轨道的基本类型及其空间构型的关系;
4.了解分子轨道理论的基本要点,并能用其解释第一、二周期同核双原子分子的结构和性质;
5.理解价层电子互斥理论的基本要点,并能用其解释多原子分子或离子的空间构型;
6.理解分子间作用力和氢键对物质某些性质的影响;
7.了解金属键的形成、特性和金属键理论的要点;
8.掌握晶体的基本类型、性质和特点;了解极化对晶体性质的影响。
二、重点及难点解析
1.离子键、共价键和金属键的比较
化学键类型
离子键
共价键
金属键
概念
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键
原子间通过共用电子对所形成的化学键
金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键
成键微粒
阴阳离子
原子
金属阳离子和自由电子
成键性质
静电作用
共用电子对
电性作用
形成条件
活泼金属与活泼的非金属元素
非金属与非金属元素
金属内部
实例
NaCl、MgO
HCl、H2SO4
Fe、Mg
小问答1:
下列关于化学键的说法,正确的是()
A.构成单质分子的粒子一定含共价键。
B.由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物。
C.非极性键只存在于双原子单质分子里。
D.不同元素组成的多原子分子里的化学键一定是极性键。
解析:
列举法。
A错,因稀有气体构成的单原子分子中不含共价键。
B对,例如
、
等铵盐是非金属元素组成的离子化合物。
C错,例如在
、
等物质中
键是非极性键。
D错,例如
中
键,
中
键是非极性键。
答案:
B
2.分子间作用力与化学键比较
分子间作用力
化学键
定义
使分子聚集在一起的作用力
分子里相邻的原子之间强烈的相互作用
存在范围
同种或异种分子(狭义的)之间
分子(广义的)内相邻的原子(广义的)之间
强弱程度
很微弱,克服它只需要较低的能量
很强烈,克服它需要较高的能量
应用
主要影响由分子组成的物质(含稀有气体)的物理性质。
对这些物质的化学性质无影响
决定物质的化学性质。
影响不是由分子组成的物质的物理性质
3.非极性分子和极性分子的比较
非极性分子
极性分子
形成原因
整个分子的电荷分布均匀,对称
整个分子的电荷分布不均匀、不对称
存在的共价键
非极性键或极性键
极性键
分子内原子排列
对称
不对称
溶解度
易溶于极性分子溶剂中
易溶于极性分子溶剂中
实例
CS2
HCl
小问答2:
判断下列分子哪些是极性分子,哪些是非极性分子:
Ne、Br2、HF、NO、CS2、CHCl3、NF3、C2H4(乙烯)、C2H5OH(乙醇)、C2H5OC2H5(乙醚)、C6H6(苯)
答:
极性分子:
HF、NO、CHCl3、NF3、C2H5OH、C2H5OC2H5
非极性分子:
Ne、Br2、CS2、C2H4、C6H6
4.晶体类型
(1)几类晶体的比较
晶体类型
性质比较
离子晶体
分子晶体
原子晶体
金属晶体
结构
组成粒子
阴、阳离子
分子
原子
金属阳离子和自由电子
粒子间作用
离子键
范德瓦耳斯力
共价键
金属键
物
理
性
质
熔沸点
较高
低
很高
有高有低
硬度
硬而脆
小
大
有大有小、有延展性
溶解性
易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂
极性分子易溶于极性溶剂
不溶于任何溶剂
难溶(钠等与水反应)
导电性
晶体不导电;能溶于水的其水溶液导电;熔化导电
晶体不导电,溶于水后能电离的,其水溶液可导电;熔化不导电
不良(半导体Si)
良导体(导电传热)
典型实例
NaCl、NaOH、Na2O、CaCO3
干冰、白磷、冰、硫磺
金刚石、SiO2、晶体硅、SiC
Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn
小问答3:
下列说法错误的是()
A.原子晶体中只存在非极性共价键
B.分子晶体的状态变化,只需克服分子间作用力
C.金属晶体通常具有导电、导热和良好的延展性
D.离子晶体在熔化状态下能导电
解析:
本题综合考查四种晶体的组成、结构及性质。
原子晶体是原子间以共用电子对所形成的空间网状结构,原子间的共价键可以是同种原子间的非极性键如金刚石、晶体硅等,也可以是不同原子间的极性键如SiO2、SiC等,故A不正确。
其他三项对分子晶体、金属晶体和离子晶体的描述皆正确。
答案:
A
小问答4:
下列各组物质中,按熔点由低到高顺序排列正确的是()
A.O2,I2,HgB.CO,KCl,SiO2C.Na,K,RbD.SiC,NaCl,SO2
解析:
此题考查的知识点是物质熔点高低的比较,这通常与晶体类型有关。
A中的O2是气体、I2是固体、Hg是液体,所以正确顺序应为I2>Hg>O2;B中的CO固态时为分子晶体,KCl是离子晶体,SiO2是原子晶体,所以CO<KCl<SiO2,B对;C中的Na、K、Rb都是金属晶体,半径不断增大,金属键不断减弱,所以熔点不断降低,C错;D中的SiC是原子晶体,NaCl是离子晶体,SO2形成分子晶体,熔点应不断降低而非升高。
答案:
B
5.氢键的概念及氢键对于化合物性质的影响
以HF为例,F的电负性相当大,电子对偏向F,而H几乎成了质子,这种H与其它分子中电负性相当大、r小的原子相互接近时,产生一种特殊的分子间力——氢键,表示为····:
F-H····F-H
两个条件:
1.与电负性大且r小的原子(F,O,N)相连的H;2.在附近有电负性大,r小的原子(F,O,N).
分子间存在氢键时,大大地影响了分子间的结合力,故物质的熔点、沸点将升高。
形成分子内氢键时,势必削弱分子间氢键的形成,故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高。
*小问答5:
邻硝基苯酚和对硝基苯酚的沸点比较
答首先硝基苯酚的晶体是分子晶体。
影响分子晶体的因素分子间的作用力,这些作用力与相对分子质量、分子的极性、分子间的氢键等有关。
对硝基苯酚与邻硝基苯酚比较,其分子间的作用力主要差别在于对硝基苯酚的分子间有氢键。
这样对硝基苯酚之间的作用力就大于邻硝基苯酚之间的作用力。
所以对硝基苯酚晶体的熔点和沸点都会高于邻硝基苯酚。
(注意邻硝基苯酚虽然也有氢键,但它是产生在分子内。
而影响熔点沸点的是分子间的力,分子内氢键是分子内的力)
6.离子极化离子在电场中产生诱导偶极的现象称为离子极化现象。
.
离子具有变形性,所以可以被电场极化。
离子作为带电微粒,自身又可以起电场作用,去使其它离子变形.离子这种能力称为极化能力,故离子有二重性:
变形性和极化能力。
r大则变形性大,电荷数越大,变形性越大,电子构型,也影响变形性越大.
*小问答6:
解释NaCl的熔点高于MgCl2
答氯化钠和氯化镁均属离子化合物,一般来说,在其他条件相同的情况下,离子半径越小,极化作用越强。
Mg2+带两个正电荷,而Na+只带一个正电荷,并且前者的半径小于后者的半径,故前者极化作用强,更趋向共价键,熔沸点低。
三、典型例题讲解
1.凡是中心采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型都在正四面体,此话对吗?
解析:
此话不对。
中心原子采取sp3杂化轨道成键时,只有当四个与之键合的原子为同种原子时,分子的几何构型才是正四面体的,如CH4,CCl4等。
如与之键合的四个原子为不同种原子,则分子的几何构型虽然是四面体,但不是正四面体。
当中心原子以三个sp3杂化轨道与三个其他原子键合时,另一个sp3杂化轨道为孤对电子所占有,则分子的几何构型为三角锥形;如中心原子只有两个sp3杂化轨道与两个其他原子键合时,另两个sp3杂化轨道为孤对电子所占有,则分子的几何构型为V形。
2.下列叙述正确的是()
A.离子化合物中可能含有共价键。
B.共价化合物中可能含有离子键。
C.金属离子都一定满足最外电子层2或8电子结构。
D.共价化合物中各原子都一定满足最外层8电子结构。
答案:
A。
解析:
离子化合物如NaOH中氢氧之间为共价键;具有离子键的化合物一定是离子化合物,不可能是共价化合物,A正确,B错。
Fe2+最外层有14个电子,故C不正确。
共价化合物HCl中H原子不满足8电子结构,D不正确。
3.下列物质中,既含有离子键,又含有非极性共价键的是()
A.NaOHB.Na2O2C.CaCl2D.H2O
答案:
B。
解析:
NaOH中含离子键,OH-中含极性共价键。
Na2O2含离子键,
中含非极性键,CaCl2中只含离子键,H2O中只含极性键。
4.根据下列实验事实,确认某晶体一定是离子晶体的是()
A.晶体熔点达2500℃B.晶体不导电,溶于水能导电
C.晶体不导电,熔融能导电D.温度越高,溶解度增大
答案:
C。
解析:
离子晶体、原子晶体、金属晶体的熔点一般都比较高,故A不正确。
离子晶体、原子晶体、分子晶体不导电,但离子晶体和某些分子晶体溶于水后能导电,B不正确。
一般情况下,温度升高,物质〔除气体、Ca(OH)2外〕的溶解度增大,D不正确。
5.在通常条件下,下列各组物质的性质排列正确的是()。
A.熔点:
CO2>KCl>SiO2B.水溶性:
NH3>CO2>H2S
C.沸点:
乙烷>戊烷>丁烷D.热稳定性:
HF>H2O>NH3
答案:
D。
解析:
选项A中SiO2是原子晶体,熔点最高,而分子晶体CO2的熔点最低;选项B中与NH3水形成氢键互溶,CO2是非极性键,难溶,所以NH3>H2S>CO2;烷烃的沸点一般是随碳原子数增多而增大,故选项C中沸点最高的应是戊烷,最低的是乙烷;一般情况下,非金属性元素的非金属性越强,其相应氢化物的稳定性越强。
6.下列各组物质的熔点变化规律与它们的化学键无关的是()。
A.F2、Cl2、Br2、I2的熔点依次升高
B.Li、Na、K、Rb的熔点依次降低
C.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
D.晶体硅、碳化硅、金刚石的熔点依次升高
答案:
A。
解析:
选项A,F2、Cl2、Br2、I2的熔点依次升高是由于分子间作用力逐渐增大引起的,与化学键无关。
选项B,Li、Na、K、Rb的熔点依次降低,是由于金属键依次减弱引起的。
选项C,NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低,是由于离子键逐渐减弱引起的。
选项D,Si、SiC、金刚石的熔点依次升高,是由于共价键依次增强引起的。
7.比较化合物熔沸点的高低并说明理由
CH3CH2OHCH3OCH3
HgCl2HgI2
解析:
熔沸点CH3CH2OH>CH3OCH3。
CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体,但CH3CH2OH可形成分子间氢键,而CH3OCH3不能,故CH3CH2OH沸点高。
熔沸点HgCl2>HgI2
Hg2+半径大,变形性大,具有较强的极化能力,阴离子半径Cl-
四、思考题
1.BF3分子是平面三角形的几何构型,但NF3分子却是三角锥形的几何构型,试用杂化轨道理论加以说明。
2.根据杂化理论回答下列问题:
(1)下表中各种物质中心原子是否以杂化轨道成键?
为什么?
以何种类型杂化轨道成键?
(2)NH3、H2O的键角为什么比CH4小?
分子
CH4
H2O
NH3
CO2
C2H4
键角
杂化方式
3.氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料,在工业上有广泛用途,它属于
A.原子晶体B.分子晶体C.金属晶体D.离子晶体
4.金刚石晶体中的碳原子为什么不是最密堆积?
答:
金刚石是原子晶体,共价键的方向性和饱和性是结构的主要制约因素。
金刚石中碳以sp3杂化成键,故只能取四面体的配位结构。
5.在40GPa的高压下,用激光加热到1800K,人们成功制得了原子晶体CO2,下列对该物质的推断一定不正确的是()。
A.该晶体中含有极性键B.该晶体易汽化,可用于人工降雨
C.该晶体有很高的熔、沸点D.该晶体硬度大,可用做耐磨材料
6.写出下列离子的电子排布式,并判断属于何种类型?
K+Pb2+Zn2+Co2+Cl-S2-
7.已知AB2型离子化合物主要是氟化物和氧化物,AB3型离子化合物中只有氟化物,当ABn型中n>3时,一般无离子型化合物,为什么?
8.解释碱土金属氯化物的熔点变化规律:
BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2
熔点/℃405714782876962
9.推测下列物质中,何者熔点最高,何者熔点最低,为什么?
①NaClKBrKClMgO
②NF3PCl3PCl5NCl3
11.试解释下列现象:
(1)为什么CO2和SiO2的物理性质差得很远?
(2)MgSe和MnSe的离子间距离均为0.273pm,但Mn2+、Mg2+的离子半径又不相同,为什么?
12.判断下列说法是否正确,有错的给予更正:
(1)化合物的沸点随着分子量的增加而增加。
(2)氯化氢分子溶于水后产生H+和Cl-离子,所以氯化氢是离子键构成的。
(3)四氯化碳的熔点、沸点低,所以分子不稳定。
(4)所有高熔点物质都是离子型的。
五、自我检查题
1、在单质的晶体中,一定不存在()
A、离子键
B、分子间作用力
C、共价键
D、金属离子与自由电子间的作用
2、下列各组中的两种固态物质熔化(或升华)时,克服的微粒间相互作用力属于同种类型的是()
A、碘和氯化钾
B、金刚石和重晶石
C、二氧化硅和干冰
D、软脂酸甘油酯和冰醋酸
3、氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料,在工业上有广泛用途,它属于()
A、原子晶体
B、分子晶体
C、金属晶体
D、离子晶体
4、下列分子中,所有原子都满足最外层8电子结构的是()
A、乙炔
B、三氟化硼
C、五氯化磷
D、二硫化碳
5、下列关于只含非金属元素的化合物的说法中,正确的是()
A、一定是共价化合物
B、其晶体有可能是离子晶体
C、其晶体不可能是离子晶体
D、其晶体不可能是原子晶体
6、金属具有延展性的原因()
A、金属原子半径都比较大,价电子较少
B、自由电子受外力作用时能迅速传递能量
C、金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈的作用
D、金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间强烈的作用被破坏
7、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
8、下列关于NaHSO4的说法中正确的是()
A、NaHSO4固体是离子晶体
B、NaHSO4晶体中阳离子和阴离子的个数是2:
1
C、NaHSO4晶体熔化时破坏的是离子键和共价键
D、NaHSO4固体溶于水时既破坏离子键又破坏共价键
9、下列关于晶体的说法一定正确的是()
A.金属晶体的熔点都比离子晶体的熔点低
B.氯化铯晶体中每个Cs+周围与其距离最近Cs+的Cs+有6个Cl-
C.石墨晶体中每个碳原子与4个碳原子以共价键相结合
D.晶体中一定存在化学键
10、下列物质的分子中,共用电子对最多的是()
A、氮气
B、二氧化碳
C、乙烯
D、甲醛
11、下列化合物中,偶极矩为零的是
A、H2S
B、CHCl3
C、CO2
D、PCl3
12、若不断地升高温度,实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。
在变化的各阶段被破坏的粒子间的相互作用依次是()。
A、氢键;分子间作用力;非极性键
B、氢键;氢键;极性键
C、氢键;极性键;分子间作用力
D、分子间作用力;氢键;非极性键
13、下列各组物质汽化或熔化时,所克服粒子间的作用力,不属于同种类型的是()
A、碘和干冰的升华
B、二氧化硅和生石灰的熔化
C、氯化钠和硝酸钾的熔化
D、苯和乙烷的蒸发
14、石墨晶体中层与层之间的结合力是
A、金属键
B、共价键
C、范德华力
D、离子键
15、下列分子中存在π键的是()。
A、H2O
B、CH4
C、O2
D、CO2
16、PH3分子的空间构型可预期为()
A、平面三角形
B、T形
C、三角锥形
D、四面体形
17、不能独立存在的价键是()
A、极性键
B、非极性键
C、π键
D、σ键
18、下列化合物中分子间氢键表现得最强的是()
A、NH3
B、H2O
C、HCl
D、HF
19、下列晶体中不是原子晶体的是()
A、SiO2
B、Ar
C、C(金刚石)
D、AlN
20、按照AgF、AgCl、AgBr、AgI的顺序,下列性质变化的叙述正确的是
A、颜色变深
B、离子键递变到共价键
C、溶解度变小
D、A、B、C都是
自我检查题答案:
1、A2、D3、A4、D5、B6、C7、B8、AD9、B10、C
11、C12、B13、B14、C15、D16、C17、C18、D19、B20、D
下列各组物质汽化或熔化时,所克服粒子间的作用力,不属于同种类型的是( )
A、碘和干冰的升华 B、二氧化硅和生石灰的熔化
C、氯化钠和硝酸钾的熔化 D、苯和乙烷的蒸发
解析:
A选项碘和干冰的升华属于物质的汽化,所克服的均为分子间的作用力,不符合题意,A错;B选项二氧化硅熔化克服的是共价键,生石灰的熔化克服的是离子键,符合题意,B对;C、氯化钠和硝酸钾的熔化克服的是离子键,不符合题意,C错;D选项苯和乙烷的蒸发所克服的均为分子间的作用力,不符合题意,D错。
答案:
B
例2、在40GPa的高压下,用激光加热到1800K,人们成功制得了原子晶体CO2,下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A、该晶体中含有极性键 B、该晶体易汽化,可用于人工降雨
C、该晶体有很高的熔、沸点 D、该晶体硬度大,可用做耐磨材料
解析:
原子晶体中的C—O键为极性共价键,A不符合题意;原子晶体CO2是在高压高温条件下制成的,因此具有较高的熔沸点,不易汽化,B符合题意,C不符合题意;原子晶体硬度很大,常用做耐磨材料,D不符合题意。
答案:
B
例3、下列关于晶体的说法一定正确的是()
A、金属晶体的熔点都比离子晶体的熔点低
B、氯化铯晶体中每个Cs+周围与其距离最近Cs+的Cs+有6个Cl-
C、石墨晶体中每个碳原子与4个碳原子以共价键相结合
D、晶体中一定存在化学键
解析:
A项,有些金属晶体熔点很高,如钨,A错;B项,由氯化铯晶胞结构可知每个Cs+周围与其距离最近的Cs+在汽上、下、左、右、前、后共6个,B对;C项石墨晶体中,每个碳原子与其他3个碳原子以共价键相结合,C错;D项稀有气体形成晶体时不能导电,D错。
答案:
B
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- 第六章 化学键和晶体结构 第六 化学键 晶体结构