届高三化学二轮复习讲与练晶体结构与性质微粒间的相互作用力.docx
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届高三化学二轮复习讲与练晶体结构与性质微粒间的相互作用力
2020届高三化学二轮复习讲与练
—— 晶体类型与微粒间作用力
:
基础知识讲练
1.不同晶体的特点比较
离子晶体
金属晶体
分子晶体
原子晶体
概念
阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体
通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体
分子间以分子间作用力相结合的晶体
相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体
晶体微粒
阴、阳离子
金属阳离子、自由电子
分子
原子
微粒之间作用力
离子键
金属键
分子间作用力
共价键
物理性质
熔、沸点
较高
有的高(如铁)、有的低(如汞)
低
很高
硬度
硬而脆
有的大、
有的小
小
很大
溶解性
一般情况下,易溶于极性溶剂(如水),难溶于有机溶剂
钠等可与水、醇类、酸类
反应
极性分子易溶于极性溶剂;非极性分子易溶于非极性溶剂
不溶于任何溶剂
2.晶体类别的判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断
由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体;由原子形成的共价键构成的晶体为原子晶体;由分子依靠分子
间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属氧化物和过氧化物(如K2O、Na2O2等),强碱(如NaOH、KOH等),绝大多数的盐是离子晶体。
②部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体是分子晶体。
③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合物类原子晶体有SiC、SiO2、AlN、BP、CaAs等。
④金属单质、合金是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
不同类型晶体熔点大小的一般规律:
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,铯等熔点很低。
(4)依据导电性判断
①离子晶体溶于水及熔融状态时均能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体,但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水时,分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
一般情况下,硬度:
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体多数硬度大,但也有较小的,且具有延展性。
3.晶体熔、沸点的比较
(1)原子晶体
→
→
→
如熔点:
金刚石>碳化硅>晶体硅。
(2)离子晶体
①衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。
晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。
②一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,晶格能越大,离子间的作用力就越强,离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:
MgO>NaCl>CsCl。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。
如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N2。
④在同分异构体中,一般支链越多,熔、沸点越低,如正戊烷>异戊烷。
(4)金属晶体
金属离子半径越小,所带电荷数越多,其金属键越强,熔、沸点就越高,如熔、沸点:
Na 角度一 晶体类型的判断 1.[2015·全国卷Ⅰ,37(4)]CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,其固体属于________晶体。 答案 分子 2.[2015·全国卷Ⅱ,37 (2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为____________和____________。 答案 分子晶体 离子晶体 角度二 晶体微粒间作用力 3.[2018·全国卷Ⅰ,35(3)改编]LiAlH4中,存在的微粒间作用力有________________________。 答案 离子键、σ键 4.[2018·全国卷Ⅲ,35(3)节选]ZnF2具有较高的熔点(872℃),其化学键类型是____________。 答案 离子键 5.[2016·全国卷Ⅰ,37(5)改编]Ge单晶具有金刚石型结构,其微粒之间存在的作用力是______________。 答案 共价键 6.[2016·全国卷Ⅱ,37(3)节选]单质铜及镍都是由________键形成的晶体。 答案 金属 角度三 晶体熔、沸点高低的比较 7.[2017·全国卷Ⅰ,35 (2)节选]K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱 8.[2017·全国卷Ⅲ,35(3)改编]在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2===CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为________________________,原因是_______________ ________________________________________________________________________。 答案 H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力大 9.[2016·全国卷Ⅲ,37(4)]GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是 ________________________________________________________________________。 答案 GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体 10.[2015·全国卷Ⅱ,37 (2)改编]单质氧有两种同素异形体,其中沸点高的是________(填分子式),原因是_________________________________________________________________。 答案 O3 O3相对分子质量较大且是极性分子,范德华力较大 1.FeF3具有较高的熔点(熔点高于1000℃),其化学键类型是________,FeBr3的式量大于FeF3,但其熔点只有200℃,原因是______________________________________。 答案 离子键 FeF3为离子晶体,FeBr3的化学键以共价键为主,属于分子晶体 2.配合物Fe(CO)x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于______________(填晶体类型)。 答案 分子晶体 3.已知: K2O的熔点为770℃,Na2O的熔点为1275℃,二者的晶体类型均为____________,K2O的熔点低于Na2O的原因是__________________________________。 答案 离子晶体 K+的半径大于Na+,K2O的晶格能小于Na2O的 4.钛比钢轻,比铝硬,是一种新兴的结构材料。 钛硬度比铝大的原因是________________。 答案 Ti原子的价电子数比Al多,金属键更强 5.已知MgO与NiO的晶体结构相同,其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66pm和69pm。 则熔点: MgO________NiO(填“>”“<”或“=”),理由是__________________________ ________________________________________________________________________。 答案 > Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大 6.金属铼的熔点高于锰,试从原子结构的角度加以解释: ____________________________ ________________________________________________________________________。 答案 从锰到铼原子序数增大,原子核对外层电子引力增大,电子层数增多,原子核对外层电子引力减小,但前者占主导,所以铼中的金属键更强,熔点更高 7.Cu2O与Cu2S比较,熔点较高的是__________,原因是 ________________________________________________________________________。 答案 Cu2O 两物质均为离子化合物,且离子带电荷数相同,O2-半径小于S2-,所以Cu2O的晶格能大,熔点更高 8.砷化镓以第三代半导体著称,熔点为1230℃,具有空间网状结构。 已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。 则两种晶体熔点较高的是________________(填化学式),其理由是________________________________________________________________________。 答案 BN 两种晶体均为原子晶体,N和B原子半径较小,键能较大,熔点更高 二: 原因解释题型讲练 [命题分析] 在物质结构模块中,“原因解释”型试题既能考查学生对化学知识和化学理论的掌握情况,又能考查学生的文字组织能力,成为高考必考点。 从近几年高考命题来看,考查点涉及原子结构、分子结构和晶体结构三大块内容,但主要考查的内容是分子结构理论知识,体现在分子间作用力对物质熔、沸点影响不同的解释。 1.[2019·全国卷Ⅰ,35 (2)(3)节选] (2)乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是_________________________________________________,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 (3)一些氧化物的熔点如表所示: 氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2 熔点/℃ 1570 2800 23.8 -75.5 解释表中氧化物之间熔点差异的原因_________________________________________。 答案 (2)乙二胺的两个N提供孤对电子与金属离子形成配位键 Cu2+ (3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。 晶格能: MgO>Li2O。 分子间作用力(分子量): P4O6>SO2 解析 (2)乙二胺中2个N原子提供孤电子对与金属镁离子或铜离子形成稳定的配位键,故能形成稳定环状离子。 由于铜属于过渡金属,Cu2+比Mg2+更易形成稳定的配合物。 (3)氧化锂、氧化镁是离子晶体,六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体,离子键比分子间作用力强。 2.[2019·全国卷Ⅱ,35 (1)节选]AsH3沸点比NH3的________(填“高”或“低”),其判断理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 低 NH3分子间存在氢键 解析 NH3中N的电负性比AsH3中As的大得多,故NH3易形成分子间氢键,从而使其沸点升高。 3.[2019·全国卷Ⅲ,35(3)]苯胺( )的晶体类型是________。 苯胺与甲苯( )的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0℃)、沸点(110.6℃),原因是______________________________________。 答案 分子晶体 苯胺分子之间存在氢键 解析 苯胺为有机物,结合题给信息中苯胺的熔、沸点可知苯胺为分子晶体。 苯胺中有—NH2,分子间可形成氢键,而甲苯分子间不能形成氢键,分子间氢键可明显地提升分子晶体的熔、沸点。 1.烟花燃放过程中,钾元素中的电子跃迁的方式是__________________。 答案 高能量状态跃迁到低能量状态 2.已知电离能: I2(Ti)=1310kJ·mol-1,I2(K)=3051kJ·mol-1。 I2(Ti) 答案 K+失去的是全充满的3p6上的电子,Ti+失去的是4s1上的电子,相对较易失去 3.铁的第三电离能(I3)、第四电离能(I4)分别为2957kJ·mol-1、5290kJ·mol-1,I4远大于I3的原因是______________________。 答案 Fe3+的3d能级半充满,结构稳定,难失去电子 4.黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。 第一电离能I1(Zn)_______I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。 原因是______。 答案 大于 Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子 5.基态钛原子的价层电子排布图为__________________,其原子核外共有________________种运动状态不同的电子,Ti形成的+4价化合物最稳定,原因是________________________。 答案 22 最外层达到8电子稳定结构 6.Co3+在水中易被还原成Co2+,而在氨水中可稳定存在,其原因为_____________________。 答案 Co3+可与NH3形成较稳定的配合物 7.HF能与BF3化合得到HBF4,从化学键形成角度分析HF与BF3能化合的原因__________________________________________________________________________。 答案 BF3中硼原子有空轨道,HF中氟原子有孤电子对,两者之间可形成配位键 8.Co2+在水溶液中以[Co(H2O)6]2+存在。 向含Co2+的溶液中加入过量氨水可生成更稳定的[Co(NH3)6]2+,其原因是_____________________________________________________。 答案 N元素电负性比O元素电负性小,N原子提供孤电子对的倾向更大,与Co2+形成的配位键更强 9.在高温下,Cu2O比CuO稳定,从离子的电子层结构角度分析,其主要原因是________________________________________________________________________。 答案 Cu2O中Cu+的外围电子排布式为3d10,CuO中Cu2+的外围电子排布式为3d9,前者达到全充满稳定结构 10.硅烷种类没有烷烃多,从键能角度解释,其主要原因是______________________________ ________________________________________________________________________。 答案 碳原子半径小于硅原子,烷烃中碳碳键键长较短,键能较大 11.钙和铁都是第四周期元素,且原子的最外层电子数相同,为什么铁的熔沸点远大于钙? 答案 Fe的核电荷数较大,原子核对电子的引力较大,故Fe的原子半径小于Ca,Fe的金属键强于Ca。 12.铁氧体也可使用沉淀法,制备时常加入氨(NH3)、联氨(N2H4)等弱碱,已知氨(NH3熔点: -77.8℃、沸点: -33.5℃),联氨(N2H4熔点: 2℃、沸点: 113.5℃),解释其熔沸点高低的主要原因________________________________________________。 答案 联氨分子间形成氢键的数目多于氨分子形成的氢键 13.草酸与正丁酸(CH3CH2CH2COOH)的相对分子质量相差2,二者的熔点分别为101℃、-7.9℃,导致这种差异的最主要原因可能是_________________________________________。 答案 草酸分子间能形成更多氢键 14.钛与卤素形成的化合物熔沸点如下表所示: TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/℃ -24.1 38.3 155 沸点/℃ 136.5 233.5 377 分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定变化规律的原因是________________________ _________________________________________________________。 答案 三者均为分子晶体,组成与结构相似,随着相对分子质量增大,分子间作用力增大,熔沸点升高 15.尿素[CO(NH2)2]易溶于水,其原因除尿素和水都是极性分子外,还有___________________ ________________________________________________________________________。 答案 尿素与水分子之间可以形成氢键 16.硼酸晶体是片层结构,其中一层的结构如图所示。 硼酸在冷水中溶解度很小,但在热水中较大,原因是_______________________________________。 答案 晶体中硼酸分子间以氢键缔合在一起,难以溶解;加热时,晶体中部分氢键被破坏,硼酸分子与水分子形成氢键,溶解度增大 17.Si3N4和C3N4中硬度较高的是__________________________________________________, 理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 C3N4 Si3N4和C3N4均为原子晶体,C的原子半径比Si的原子半径小,故C—N键比Si—N键的键长短,键能大,即C—N键比Si—N键牢固,故C3N4的硬度较高 18.碳化硅(SiC)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,但是碳化硅的熔点低于金刚石,原因是____________________________________。 答案 两种晶体都是原子晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔点越高。 原子半径: C<Si,键长: C—C键<Si—C键,所以碳化硅的熔点低于金刚石 19.已知CoCl2的熔点为86℃,易溶于水,则CoCl2是__________晶体。 又知CoO的熔点是1935℃,CoS的熔点是1135℃,试分析CoO的熔点较高的原因: ___________________ ________________________________________________________________________。 答案 分子 两者均为离子晶体,但S2-半径大于O2-半径,CoO的晶格能大于CoS,因此CoO的熔点较高 20.NH3分子在独立存在时H—N—H键角为107°。 如图是[Zn(NH3)6]2+离子的部分结构以及H—N—H键角的测量值。 解释NH3形成如图配合物后H—N—H键角变大的原因: _______ ________________________________________________________________________。 答案 NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2+的空轨道形成配位键后,原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥,排斥作用减弱
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