第一节 离子晶体分子晶体和原子晶体.docx

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第一节离子晶体分子晶体和原子晶体

第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体

（一）

一、学习目标

1.使学生了解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。

2.使学生理解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系

3.使学生了解分子间作用力对物质物理性质的影响

4.常识性介绍氢键及其物质物理性质的影响。

二、重点难点

重点：

离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；晶体类型与性质的关系

难点：

离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；氢键

三、学习过程

（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。

[课题板书]第一节离子晶体、分子晶体和分子晶体（有课件）

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。

[学生练习]

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]63:

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

离子晶体针对性训练

一、选择题

1.下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键

的是（）

A.可溶于水B.有较高的熔点

C.水溶液能导电D.熔融状态能导电

2.下列物质中，含有极性键的离子化合是。

A.CaCl2B.Na202C.NaOHD.K2S

3.Cs是IA族元素，F是VIIA族元素，估计Cs和F形成

的化合物可能是

A.离子化合物B.化学式为CsF2

C.室温为固体D.室温为气体

4.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式

如图所示（其中前后两面心上的B原子未能画

出），晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为

A.1:

3:

1B.2:

3:

1

C.2:

2:

1D.1:

3:

3

5.NaF，Nal，MgO均为离子化合物，根据下列数据，这

三种化合物的熔点高低顺序是（）

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

3

m

2.31

3.18

2.10

A.①>②>③B.③>①>②

C.③>②>①D.②>①>③

6.在NaCl晶体中与每个Na+距离等同且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为（）

A.正四面体B.正六面体

C.正八面体D.正十二面体

7.如图是氯化铯晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元），已知晶体中2个最近的Cs+离子核间距为acm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为

B.

C.

D.

二、填空题

8.参考下列熔点数据回答：

物质

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔点℃

995

801

755

651

物质

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点℃

801

776

715

646

钠的卤化物从NaF到NaI及碱金属的氯化物从NaCl到CsCl的熔点逐渐____________这与__________有关。

随__________增大__________减小，故熔点__________逐渐。

9.某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的

顶点，Y位于立方体中心。

试分析：

（1）晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每

个x同时吸引着__________个Y，该晶体的化学式

为__________。

（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等

的X共有__________个。

（3）晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角

∠XYX的度数为__________。

（4）设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1，晶体密度为ρ·cm-3，阿伏加德罗常数为NA则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为__________。

10.晶体具有规则的几何外型、晶体中最基本的重复单

位称为晶胞。

NaCl晶体结构如图所示。

已知FexO

晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1

测知FexO晶体密度为ρ=5.71g·cm-3，晶胞边长为

4.28×10-10m。

（1）FexO中x值（精确至O.01）为

（2）晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+，在Fe2+和

Fe3+的总数中，Fe2+所占分数（用小数表示，精确至0.001）为______________。

（3）此晶体的化学式为_____________。

（4）与某个Fe2+（或Fe3+）距离最近且等距离的O2-围成的空间几何形状是_____________。

（5）在晶体中，铁元素间最短距离为_____________cm

11.有一种蓝色晶体，它的结构特征是Fe2+和Fe3+分别占据立方体互不相邻的顶点，而CN-离子位于立方体的棱上。

（1）根据晶体结构特点，推出其化学式（用最简单整数表示）__________________________。

（2）此化学式带何种电荷?

用什么样的离子（用Mn+表示）与其结合成中性的化学式?

写出此电中性的化学式。

答：

（3）指出

（2）中添加离子在晶体结构中的什么位置。

答：

12.1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。

其晶胞结构如图。

（1）根据图示晶胞结构，推算晶体中Y，Cu，Ba和O原子个数比，确定其化学式

（2）根据

（1）所推出的化合物的组成，计算其中Cu原子的平均化合价（该化合物中各元素的化合价为Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3）试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比

离子晶体针对性练习答案

一、选择题

1.D2.C3.AC4.A5.B6.C7.C

二、填空题

8.降低阴离子半径由F-到I-逐渐增大离半径阴、阳离子相互吸引降低

9.

（1）48XY2（或Y2X）

（2）12（3）109°28'

（4）

10.

（1）0.92

（2）0.826

（3）

（4）正八面体（5）3.03×10-10

11.

（1）FeFe（CN）6-

（2）带一个单位负电荷，可用Na+，K+，Rb+（用M+表示）与之结合MFeFe（CN）6

（3）M+在每隔一个立方体的体心上。

12.

（1）YBa2Cu3O7

（2）Cu2+:

Cu3+=2:

1

第一节离子晶体、分子晶体

和原子晶体

（二）

一、学习目标

1．掌握分子间作用力和氢键对物质的物理性质的影响。

2．掌握构成分子晶体的微粒，分子晶体的物理特性。

3．了解物质的“相似相溶”原理。

二、学习过程

（一）引入新课

[复习提问]

1．常温下氟是淡黄绿色的；氯是黄绿色的；溴是深棕红色的；碘是紫黑色的。

卤素单质常温下状态不同的原因是。

[新授内容]分子晶体、相似相溶原理

一、知识要点（学生自学完成）

1.分子间作用力

（1）分子间作用力_________________；又称范德华力。

分子间作用力存在于______________________之间。

（2）影响因素：

①分子的极性

②组成和结构相似的：

2.分子晶体

（1）定义：

________________________________

（2）构成微粒________________________________

（3）粒子间的作用力：

________________________________

（4）分子晶体一般物质类别________________________________

（5）分子晶体的物理性质________________________________________________

二、要点点拨

1.结构对性质的影响：

构成分子晶体的粒子是分子，分子间以分子间作用力而结合，而分子之间作用力是一种比较弱的作用。

比化学键弱的多。

因此造成分子晶体的硬度小，熔、沸点低（与离子晶体相比较）。

分子晶体无论是液态时，还是固态时，存在的都是分子，不存在可以导电的粒子（阴、阳离子或电子），故分子晶体熔融或固态时都不导电，由此性质，可判断晶体为分子晶体。

2.氢键：

对于HF、H20、NH3熔、沸点反常，原因在于三者都是极性分子（极性很强）分子间作用力很大，超出了一般的分子间作用力的范围（实属氢键）。

是介于分子间作用力和化学键之间的一种特殊的分子间作用力，因此，它们的熔、沸点反常。

3.空间结构：

分子晶体中的分子构成晶体时，一般也有自己的规律，并不象我们所想象的那样任意排列。

不同的物质，分子之间的排列方式可能不相同，在中学，我们只了解干冰中C02分子的排列方式就可以了。

由干冰晶体求一个晶胞中C02分子数目的方法同离子晶体。

4.影响分子间作用力的因素：

①分子的极性

②相对分子质量的大小。

这里所说的分子的极性，一般指极性特别强的，即第二周期的几种活泼非金属的氢化物：

HF、H20、NH3。

其他组成和结构相似物质分子间作用力的大小，则要看其相对分子质量的大小。

相对分子质量大的分子，其中一般存在原子序数比较大的元素，这些元素的原子体积一般比较大。

由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对偏移，从而使原子产生瞬时的极性，并且原子的体积越大，这种相对偏移也越大。

因此使分子间产生作用。

由于这种现象产生的分子间作用力一般比由于分子本身存在极性产生的作用要弱

三、习题讲练（学生先练，教师再点拨）

[例1]共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是（）

A.干冰B.氯化钠

C.氢氧化钠D.碘

[解析]干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。

NaCl是离子晶体只存在离子键。

NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。

碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。

故只有B符合题意。

[例2]在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是（）

A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱

B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低

C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高

D.H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点

[解析]HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱是它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关。

NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低是它们的离子键能随离子半径增大逐渐减小的原因。

F2、C12、Br2、I2为分子晶体。

熔、沸点逐渐降低由分子间作用力决定。

H2S与H2O的熔沸点高低由分子间作用力及分子的极性决定。

故选C、D。

[例3]

（1）PtCl2（NH3）2成平面立方形结构，它可以形成两种固体。

一种为淡黄色，在水中溶解度较小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。

请在空格内分别画出这两种固体分子的几何构型图。

（1）淡黄色固体,分子构型

（1）

（2）

黄绿色固体,分子构型

（2）试解释：

钠的卤化物比相应的硅的卤化物熔点高的多

[解析]分子对称、无极性、颜色为淡黄色、难溶于水，因为是非极性分子

分子不对称、有极性、颜色为黄绿色能溶于水、因为分子有极性

（2）钠的卤化物比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与晶体的类型有关。

前者是离子晶体而后者为分子晶体，前者靠阴、阳离子相互作用比后者的范德华力大的多。

[例4]在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有___________个在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个C02分子。

[解析]解答此题要求对干冰的晶体模型十分熟悉。

以右下角C02分子研究对象：

与其紧邻的为

面心上的3个C02分子，而CO2分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8=24。

又考虑到面心上的C02被2个这个的立方体共有，故24/2=12个。

由C02晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半，不难看出有4个C02分于。

[答案]12个4个

四、总结

1．分子间通过分子作用力相结合的晶体叫分子晶体。

构成分子晶体的微粒是分子。

分子晶体中，由于分子间作用力较弱，因此，分子晶体一般硬度较小，熔、沸点较低。

2．一般来说，对于组成和结构相似的物质，分子间作用力随着相对分子质量增加而增大，物质的熔点、沸点也升高。

例如：

F2

3．组成相似的分子，极性分子的熔、沸点大于非极性分子，如：

SO2>CO2

第二讲针对性练习

一、选择题

1.下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用力的是（）

A.食盐溶解B.铁的熔化

C.干冰升华D.氯化铵的“升华”

2.下列化学式能真实表示物质分子组成的是（）

A.NaOHB.S03

C.CsClD.NaCl

3.最近科学家发现了一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C60，下列说法正确的是（）

A.C60是一种新型的化合物

B.C60和石墨都是碳的同素异形体

C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体

D.C60相对分子质量为720

4.当S03晶体熔化或气化时，下述各项中发生变化的是（）

A.分子内化学键B.分子间距离

C.分子构型D.分子间作用力

5.IA族元素的原子与最外层有7个电子的原子结合，可以形成（）

A.离子晶体

B.分子晶体

C.离子晶体，分子晶体都不可能形成

D.无法确定

6，支持固态氨是分子晶体的事实是

A.氮原子不能形成阳离子

B.铵离子不能单独存在

C.常温下，氨是气态物质

D.氨极易溶于水

7.下列有关共价化合物的说法：

①具有较低的熔、沸点②不是电解质③固态时是分子晶体④都是由分子构成⑤液态时不导电，其中一定正确的是

A.①③④B.②⑤

C.①②③④⑤D.⑤

8.下列分子晶体：

①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H2熔沸点由高到低的顺序是（）

A.①②③④⑤⑥B.③②①⑤④⑥

C.③②①④⑤⑥D，⑥⑤④③②①

9.下列性质适合于分子晶体的是（）

A.熔点1070℃，易溶于水，水溶液导电

B.熔点10.31℃，液态不导电、水溶液能导电

C.能溶于CS2、熔点112.8℃，沸点444.6℃

D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97g／cm3

二、填空题

10.有两组关于物质熔点的数据分析以上数据，回答：

I组

物质

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点

II组

物质

SiCl4

GeCl4

SnCl4

PbCl4

熔点

（1）有什么规律可循______________________________________

（2）造成这些规律的主要原因是__________________________________________

11.已知白磷是由P4分子形成的分子

晶体，每个P4分子是正四面体结

构。

分子中的四个磷原子位于正

四面体的四个顶点。

则P4分子中

共有___________个P—P键。

12.磷在空气中充分燃烧后生成结构如图所示的分子。

图中圆圈表示原子、实线表示化学键。

试回答：

（1）请从图中找出磷原子，并在图上将其涂黑。

（2）形成化合物的化学式为________________。

（3）分子内的磷原子排列成______________形。

（4）每个磷原子处于______________中心。

（5）在用实线表示的化学键中，两原子间单线表示

的是_________极（填写非极性键或极性键）。

13.1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家.C60分子是形如球状的多面体（如图）,该结构的建立基于以下考虑:

①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;

②C60分子只含有五边形和六边形;

③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:

据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含的双键数为30.

请回答下列问题:

（1）固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应是____________,理由是:

_________________________________________________________.

（2）试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生反应生成C60F60（填“可能”或“不可能”）_________________________,并简述其理由：

________________________________________________________.

（3）通过计算,确定C60分子所含单键数.

C60分子所含单键数为_______________.

（4）C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目.

C70分子中所含五边形数为____________,六边形数为_________.

第2课时练习答案

一、选择题

1.A2.B3.BD4.BD5.AB6.C7.D8.C9.BC

二、填空题

10.

（1）I组：

随离子健的减弱，熔点降低

Ⅱ组：

随分子量的增大，熔点升高。

（2）原理：

工组为离子晶体Ⅱ组为分子晶体。

11.6个

12.

（1）

（2）P4010（3）正四面体

（4）由原予排列成的正四面体

（5）极性

13.解答

（1）金刚石

金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高.

（答出“金刚石属原子晶体”即给分）

（2）可能

因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60

（只要指出"C60含30个双键"即给分,但答“因C60含有双键”不给分）

（3）依题意C60分子形成的化学键：

也可由欧拉定理计算键数（即棱边数）:

60+（12+20）-2=90

C60分子中单键为:

90-30=60（1分）

（4）设C70分子中五边形数为x,六边形数为y.依题意可得方程组:

解得:

五边形数x=12,六边形数y=25

第一节离子晶体、分子晶体

和原子晶体（三）

一、学习目标

1．掌握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原子晶体。