高中化学专题1微观结构与物质的多样性第3单元从微观结构看物质的多样性第2课时教学案苏教版必修2.docx
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高中化学专题1微观结构与物质的多样性第3单元从微观结构看物质的多样性第2课时教学案苏教版必修2
第2课时 不同类型的晶体
[学习目标定位] 1.熟知晶体的类型及其分类依据,学会判断晶体类型的方法。
2.知道晶体类型与物质性质的关系,会比较晶体的熔、沸点。
一、不同类型的晶体结构
1.晶体
(1)晶体具有规则的几何外形,构成晶体的微粒有离子、分子、原子。
(2)常见的晶体类型有离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体。
(3)晶体有固定的熔、沸点。
2.下图为氯化钠晶体结构示意图,回答下列问题:
(1)构成氯化钠晶体的微粒是Na+和Cl-,微粒间的相互作用力是离子键,晶体类型是离子晶体。
(2)氯化钠晶体中不存在氯化钠分子,所以NaCl不表示氯化钠的分子式,仅表示在NaCl晶体中钠离子与氯离子的个数比是1∶1。
3.下图为干冰晶体结构示意图。
回答下列问题:
(1)构成干冰晶体的微粒是CO2分子,微粒间的相互作用力是分子间作用力,晶体类型是分子晶体。
(2)干冰汽化时只需克服分子间作用力,对其分子内的共价键无影响。
4.下图为石英晶体结构示意图。
回答下列问题:
(1)构成石英晶体的微粒是Si原子和O原子。
微粒间的相互作用力是共价键,晶体类型是原子晶体。
(2)在石英晶体中,每个硅原子与4个氧原子结合,每个氧原子形成2个Si—O键。
(3)石英晶体的空间结构是正四面体型的空间网状结构。
(4)在石英晶体中,不存在SiO2分子,SiO2表示的意义是晶体中硅原子与氧原子的个数比为1∶2。
1.根据晶体结构判断晶体类型
(1)先看晶体结构微粒种类:
离子、分子、原子。
(2)再看微粒间的相互作用力:
离子键、分子间作用力、共价键。
2.物质类别与晶体类型
(1)离子化合物(强碱和大多数盐)都是离子晶体;
(2)共价分子(单质或化合物)是分子晶体;
(3)常见的原子晶体,如二氧化硅、碳化硅、金刚石、晶体硅等。
1.在下列有关晶体的叙述中,错误的是( )
A.离子晶体中一定含有离子键
B.原子晶体中,只存在共价键
C.构成分子晶体的物质中不存在共价键
D.稀有气体的原子易形成分子晶体
答案 C
解析 化学键与晶体类型往往是一起考查的,注意理解化学键与物质类别的关系。
如含有离子键的晶体一定是离子晶体等。
2.下列各晶体中,含有的化学键类型相同且晶体类型也相同的一组是( )
A.SiO2和SO2B.SiO2和NaCl
C.NaCl和HClD.CCl4和CH4
答案 D
解析 SiO2、SO2、HCl、CCl4、CH4均含有共价键,除SiO2外形成的晶体为分子晶体;SiO2形成的晶体为原子晶体,NaCl形成的晶体为离子晶体。
思维启迪 原子晶体和分子晶体中不可能有离子键,离子晶体中可能有共价键;原子晶体和离子晶体中不可能存在分子间作用力。
二、不同类型晶体的特征
1.请分析下表中所列的几种晶体的熔点、硬度,指出它们各属于哪一类晶体,并归纳出各类晶体性质的特点。
晶体
氯化钠
氯化钡
金刚石
二氧化硅
硫
白磷
熔点/℃
801
1560
>3550
1723
112.8
44.1
硬度
较硬
较硬
很硬
硬而脆
脆
软
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
晶体特性
熔点较高
硬度较大
熔点很高
硬度很大
熔点较低
硬度较小
2.不同类型晶体之间熔点、硬度大小关系如何?
答案 一般地,晶体熔点、硬度的大小顺序为原子晶体>离子晶体>分子晶体。
3.为什么不同类型的晶体熔点、硬度有较大差异?
答案 原子晶体、离子晶体、分子晶体中的结构微粒间的相互作用力分别为共价键、离子键、分子间作用力,且依次减弱,这就决定了要改变微粒的位置或状态所需能量的多少,也就造成了性质上的差异。
因此,一般来说晶体熔点、硬度是原子晶体>离子晶体>分子晶体。
晶体熔、沸点的比较
(1)若晶体类型不同时,一般为原子晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)若晶体类型相同时:
①离子晶体中,离子半径越小,离子所带电荷数越多,熔、沸点越高。
②原子晶体中,原子的半径越小,共价键的键长越短,熔、沸点越高。
③分子晶体中若分子结构相似,相对分子质量越大,熔、沸点越高(若形成氢键,其熔、沸点反常高)。
3.分子晶体的熔点通常都在200℃以下,下列数据是对应物质的熔点。
据此作出的下列判断中正确的是( )
物质
熔点/℃
Na2O
920
NaCl
801
AlF3
1291
AlCl3
190
BCl3
-107
Al2O3
2073
CO2
-57
SiO2
1723
A.NaCl晶体熔化时,吸收的热量用于破坏离子键
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.碳和硅是同一主族,故CO2和SiO2的晶体类型相同
D.两种含钠化合物是离子晶体,三种含铝化合物也是离子晶体
答案 A
解析 A项,NaCl晶体属于离子晶体,吸收的热量用于破坏离子键,故A正确;B项,表中AlCl3、BCl3和干冰的熔点都在200℃以下,都属于分子晶体,故B错误;C项,C和Si同主族,但氧化物的晶体类型不同,分别属于分子晶体和原子晶体,故C错误;D项,氧化钠、氯化钠属于离子晶体,但AlCl3属于分子晶体,故D错误。
4.下列有关晶体的说法中,正确的是( )
A.分子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,其熔点越高
C.冰融化时,水分子中的共价键发生断裂
D.氯化钠熔化时离子键没被破坏
答案 B
解析 分子间作用力主要影响物质的物理性质,而与分子的稳定性无关,分子的稳定性取决于构成分子的化学
键的强弱,故A不正确;原子晶体熔、沸点的高低,取决于晶体内共价键的强弱,所以B正确;冰融化时,克服的是分子间作用力,而不是共价键,C不正确;NaCl是离子晶体,熔化时Na+和Cl-之间的距离发生变化,晶体中的离子键被破坏,D错误。
1.离子晶体、分子晶体、原子晶体比较
晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
结构微粒
阴、阳离子
分子
原子
微粒间作用
离子键
分子间作用力
共价键
主要特性
熔、沸点较高略硬而脆
熔、沸点低硬度小
熔、沸点很高硬度很大
导电性
熔化或溶于水导电
部分溶于水导电
不导电
2.金属单质(如铜、铝等)为金属晶体,其结构微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的相互作用力是金属键,其晶体具有良好导电性的原因是晶体中含有自由电子。
1.下列不属于晶体的特点的是( )
A.具有规则的几何外形
B.具有固定的沸点
C.具有固定的熔点
D.一定是无色透明的固体
答案 D
2.下列化学式表示物质分子的是( )
A.Na2SO4B.SiO2C.H2SO4D.Al
答案 C
解析 在四种晶体中,只有分子晶体才存在真正的分子,四个选项中只有H2SO4是分子晶体。
3.氮氧化铝(AlON)属于原子晶体,是一种超强透明材料,下列描述错误的是( )
A.AlON和石英的化学键类型相同
B.AlON和石英晶体类型相同
C.AlON和Al2O3的化学键类型不同
D.AlON和Al2O3晶体类型相同
答案 D
解析 本题考查化学键、物质结构的相关知识,意在考查学生对晶体类型和化学键等概念的掌握。
AlON与石英(SiO2)均为原子晶体,所含化学键均为共价键,故A、B正确;Al2O3是离子晶体,晶体中含离子键,不含共价键,故C项正确、D项错误。
4.下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是( )
A.金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B.CI4>CBr4>CCl4>CF4
C.MgO>O2>N2>H2O
D.金刚石>生铁>纯铁>钠
答案 B
解析 A中同属原子晶体,熔、沸点高低主要看共价键强弱,显然晶体硅<碳化硅,A错误;B中都是组成结构相似的分子晶体,熔、沸点高低取决于相对分子质量的大小,B正确;C中水在常温下是液体,很明显H2O>O2>N2,C错误;D中生铁为铁合金,熔点低于纯铁,错误。
5.
(1)①NaCl、②干冰、③冰、④Na2O2、⑤白磷(P4)、⑥硫黄、⑦Na2CO3
以上物质中属于离子晶体的是________(填序号,下同);属于分子晶体的是________。
(2)氯化钡是无色晶体,溶于水,水溶液能导电,熔点963℃,沸点1560℃。
它可能属于________晶体。
答案
(1)①④⑦ ②③⑤⑥
(2)离子
解析
(1)NaCl、Na2O2、Na2CO3均为离子化合物,形成离子晶体;干冰、冰、白磷、硫黄均由分子构成,形成分子晶体。
(2)据BaCl2的性质可知BaCl2应为离子晶体。
[基础过关]
题组一 晶体的结构微粒及其相互作用
1.下列说法错误的是( )
A.含有离子键的晶体一定是离子晶体
B.离子晶体中一定不含共价键
C.Na2O和SiO2的晶体中都不存在单个分子
D.干冰与氖晶体熔化时克服的微粒间的作用力的类型相同
答案 B
解析 不是能写出化学式的物质中就存在分子,例如离子晶体、原子晶体中都不存在分子。
干冰与氖晶体都是分子晶体,熔化时克服的是分子间作用力。
2.下表列出的对晶体的说明中,错误的是( )
选项
A
B
C
D
晶体名称
碘化钾
干冰
石墨
碘
晶体中的粒子
阴、阳离子
分子
原子
分子
粒子间的作用
离子键
分子间作用力
共价键
分子间作用力
答案 C
解析 干冰和碘都是分子晶体,熔化时克服分子间作用力;石墨是混合型晶体,呈层状结构,层与层之间为分子间作用力,碳原子与碳原子之间形成共价键,熔化时两种作用力都需克服,故C错。
3.下列说法正确的是( )
A.Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶1
B.只有非金属元素之间才能形成共价化合物
C.分子晶体中一定含有共价键,离子晶体不可能存在共价键
D.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子答案 D
解析 A项中Na2O2的电子式为Na+[
2-Na+,晶体中阴、阳离子数目之比为1∶2,不是1∶1,A项错误;B项中如BeCl2和AlCl3均为共价化合物,B项错误;C项中稀有气体元素的原子本身已达到稳定结构,当其呈现晶体状态时,没有共价键,只存在分子间作用力,离子晶体中也可能存在共价键,如过氧化钠,故C项也错误;D项晶体中只要有阴离子存在,那么就一定存在阳离子,故D项正确。
题组二 晶体类型的判断
4.下列物质属于分子晶体的化合物的是( )
A.石英B.氯化钠
C.干冰D.钠
答案 C
5.下列各组物质熔化或升华时,所克服的粒子间作用力属于同种类型的是( )
A.Na2O和SiO2熔化B.冰和金刚石熔化
C.氯化钠和蔗糖熔化D.碘和干冰升华
答案 D
解析 A项,Na2O熔化克服离子键、SiO2熔化克服共价键,类型不同,故A错误;B项,冰是分子晶体、金刚石是原子晶体,晶体类型不同,克服的作用力不同,故B错误;C项,氯化钠熔化克服离子键,蔗糖熔化克服分子间作用力,类型不同,故C错误;D项,碘和干冰均属于分子晶体,升华时均克服分子间作用力,类型相同,故D项正确。
6.下列说法一定正确的是( )
A.其水溶液导电的一定是离子晶体
B.固态导电的一定是金属晶体
C.共价化合物形成的晶体一定是分子晶体
D.固态不导电、熔融态导电的一定是离子晶体
答案 D
解析 部分分子晶体和离子晶体的水溶液能导电;石墨固体不是金属晶体,但能导电;固态不导电、熔融态导电是离子晶体区别于其他晶体的性质;共价化合物形成的晶体可能是分子晶体,如干冰,也可能是原子晶体,如石英。
题组三 晶体的性质比较
7.下列各组物质中前者的熔点高于后者的是( )
A.干冰与固态二硫化碳
B.NaCl晶体与KCl晶体
C.晶体硅与金刚石
D.干冰与碘晶体
答案 B
解析 离子半径Na+
8.下表给出几种氯化物的熔、沸点:
NaCl
MgCl2
CaCl2
SiCl4
熔点(℃)
801
712
782
-68
沸点(℃)
1465
1412
1600
57.6
则下列各项中与表中数据一致的有( )
①CaCl2属于离子晶体 ②SiCl4是分子晶体 ③1500℃时,NaCl可汽化 ④MgCl2水溶液不能导电
A.仅①B.仅②
C.①②④D.①②③
答案 D
解析 熔、沸点的差异说明了晶体中微粒间作用力的不同,即晶体类型不同。
判断出晶体类型,然后根据各晶体的性质特点进行判断。
9.下列物质性质的变化规律,与化学键的强弱无关的是( )
A.F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C.金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅
D.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
答案 A
解析 F2、Cl2、Br2、I2形成的晶体为分子晶体,熔化时仅破坏分子间作用力,与共价键无关,A正确;热稳定性是指物质受热分解的难易程度,而HX分解时要破坏H—X键,从HF到HI,其共价键强弱依次减小,故其稳定性减弱,B错误;由于金刚石中碳碳键的强度大于晶体硅中硅硅键的强度,因此金刚石的硬度、熔点、沸点较晶体硅高,C错误;NaX为离子晶体,熔化时破坏离子键,故D错误。
10.在20世纪90年代末,科学家发现碳有新的单质形态C60存在。
后来人们相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。
21世纪初,科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子,大大丰富了碳元素单质的家族。
下列有关碳元素单质的说法错误的是( )
A.金刚石和石墨的熔点肯定比C60高
B.熔点:
C60 C.球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都是分子晶体,都是碳的同素异形体 D.金刚石、石墨晶体以非分子的粒子存在,属于原子晶体;C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在,属于分子晶体;这些碳单质不互为同素异形体 答案 D 解析 石墨是一种介于原子晶体和分子晶体之间的过渡类型的晶体;金刚石、石墨、C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子都是碳元素形成的不同单质,互为同素异形体。 [能力提升] 11.现有几组物质的熔点数据如表所示。 A组 B组 C组 D组 金刚石: 3550℃ Li: 181℃ HF: -83℃ NaCl: 801℃ 硅晶体: 1410℃ Na: 98℃ HCl: -115℃ KCl: 776℃ 硼晶体: 2300℃ K: 64℃ HBr: -89℃ RbCl: 718℃ 二氧化硅: 1723℃ Rb: 39℃ HI: -51℃ CsCl: 645℃ 请回答下列问题: (1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。 (2)B组晶体共同的物质性质是________(填字母)。 A.有金属光泽B.导电性 C.导热性D.延展性 (3)C组中酸性最弱的是________,最不稳定的是________。 (4)D组晶体可能具有的性质是________(填字母)。 A.硬度小B.水溶液能导电 C.固体能导电D.熔融状态下能导电 答案 (1)原子 共价键 (2)ABCD (3)HF HI (4)BD 解析 根据表中物质的熔点数据,结合晶体的熔、沸点规律可判断各晶体的类型,再根据各类晶体的组成和结构特点,即可解答有关问题。 (1)A组晶体熔点高,属于原子晶体,原子间通过共价键连接成空间网状结构。 (2)B组晶体都是金属单质(碱金属),有很多共同的性质,如有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性等。 (3)C组物质是卤化氢,从上往下,其稳定性减弱,氢卤酸的酸性增强。 (4)D组晶体是典型的离子晶体,属于电解质,在溶于水或熔融状态下能导电。 12.A、B、C、D都是短周期元素,原子半径D>C>A>B。 已知: A、B处于同一周期,A、C处于同一主族;C原子核内的质子数等于A、B原子核内的质子数之和;C原子最外层电子数是D原子最外层电子数的4倍。 试回答下列问题: (1)这四种元素分别是(填名称): A________,B________,C________,D________。 (2)C的单质是________晶体,B的单质和D的单质在常温下反应的生成物属于________晶体。 答案 (1)碳 氧 硅 钠 (2)原子 离子 解析 (1)C为主族元素且C原子最外层电子数是D原子最外层电子数的4倍,故C位于第ⅣA族,D位于第ⅠA族。 因为A、B处于同一周期,A、C处于同一主族,原子半径C>A>B,则C位于第3周期,A、B位于第2周期。 故C为硅,A为碳,B为氧。 由于原子半径D>C,且D为短周期元素,故D为钠。 (2)Si的单质是原子晶体,O2和Na反应生成物Na2O属于离子晶体。 13.X、Y、Z是三种短周期元素。 已知三种元素的原子序数按X、Y、Z的顺序依次增大,且原子序数之和为33,最外层电子数之和为11。 在周期表中,X、Z上下相邻,Y、Z左右相邻。 (1)X、Y、Z的元素符号分别为________、________、________。 (2)Y的氧化物是________性氧化物。 (3)X和Z分别能与氧形成XO2和ZO2,XO2在固态时属于________晶体,ZO2在固态时属于________晶体。 (4)分别写出X、Y、Z的最高价氧化物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式: ____________________________,____________________,______________________。 答案 (1)C Al Si (2)两 (3)分子 原子 (4)CO2+2OH-===CO +H2O Al2O3+2OH-===2AlO +H2O SiO2+2OH-===SiO +H2O 解析 设Z的原子序数为x,则X的原子序数为x-8,Y的原子序数为x-1,可得(x-8)+x+(x-1)=33,解得x=14,所以X、Y、Z分别为C、Al、Si。 Y的氧化物是Al2O3,是两性氧化物,CO2固态时是分子晶体,SiO2是原子晶体。 14.已知有关物质的熔、沸点数据如下表: MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2852 2072 714 190(2.5 ×105Pa) 沸点/℃ 3600 2980 1412 182.7 请参考上述数据填空和回答问题: (1)工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。 为什么不用电解MgO的方法生产镁,也不用电解AlCl3的方法生产铝? ________________________________________________________________________。 (2)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型,其实验方法是______________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)因为MgO的熔点太高,电解MgO消耗能量多,经济效益低;AlCl3晶体为分子晶体,在熔融状态不电离,不导电,无法进行电解 (2)将MgCl2晶体、AlCl3晶体分别加热熔化并做熔融体的导电性实验。 若熔融体导电,则物质的晶体为离子晶体;若熔融体不导电,则物质的晶体为分子晶体 解析 本题应运用各种晶体的性质差异解答。 因为MgO的熔点远高于MgCl2,所以电解熔融的MgO需提供更多的能量,更高的温度,从而不易于操作。 从表中数据可以发现,AlCl3晶体的熔点很低,且沸点比熔点低,易升华,属于分子晶体,不存在离子,熔融时不能导电,不能被电解。
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