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离子晶体分子晶体原子晶体


离子晶体、分子晶体和原子晶体

晶体的概念
1、什么叫晶体?
通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体
晶体中的微粒按一定的规则排列。

2、晶体的基本类型
分类依据:构成晶体的粒子种类及粒子间
的相互作用。
离子晶体

结构—决定—性质
作用力越

强,晶体的熔 沸点越高,晶体的硬度 越大。

晶 体

分子晶体 原子晶体

金属晶体

三种典型立方晶体结构

简单立方

体心立方

面心立方

一、离子晶体
?

离子间通过离子键结合而成的晶体。
?无单个分子存在;NaCl不表示分子式。 ?熔沸点较高,硬度较大,难挥发难压缩。 ?水溶液或者熔融状态下均导电。 ?强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐类。

注 意

NaCl 晶体球棍模型
观察Na+和Cl-的位置

每个钠离子周围同时吸引着___个氯离子, 6
每个氯离子周围同时吸引着___个钠离子。 6
3 1 6 5 2 4 3 1 6 5 2 4

Cl

+ Na

NaCl的晶体结构:

6:6

氯化钠的晶格扩展

NaCl 晶体球棍模型
Cl

每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-共有几个?

旋 转 的 晶 体 模 型

每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-共有几个?

12 每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-共有__个

12 每个Na+周围与它最近且距离相等的Na+共有__个

(2) CsCl 晶体

Cs+

Cl-

CsCl的晶体结构:

8:8

在CsCl晶体中
每个Cs+周围同时吸引着8 个Cl-

每个Cl-周围同时吸引着8 个Cs+

CsCl 晶体中的最小立方体

ClCs+

6 每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cs+共有__ 个 每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl- 共有__ 个 6

Cs+
5 4 1 3 6 2

熔点℃
NaCl 801

沸点℃
1413

CsCl

645

1290

为什么NaCl的熔沸点比CsCl高?

重点规律:离子晶体熔沸点高低比较:
离子半径越小,所带电荷越多,离子键越强,
熔沸点越高,硬度越大。

判断NaF,NaCl,NaBr,NaI熔沸点的高低顺序?

参考下列熔点数据回答:

物质 ℃ 物质


NaF 熔点 995
NaCl 熔点 801

NaCl 801
KCl 776

NaBr 755
RbCl 715

NaI 651
CsCl 646

钠的卤化物从NaF到NaI及碱金属的氯化物从 降低 NaCl到CsCl的熔点逐渐_______这与 离子半径 离子半径 __________有关。随__________增大 离子键 降低 __________减弱,故熔点逐渐_______。

【反馈练习】
1.下列性质中,可以证明某化合物内一定存在 离子键的是( D ) A.晶体可溶于水 B.具有较高的熔点 C.水溶液能导电 D.熔融状态能导电

2. 在NaCl晶体中与每个Cl-距离相等且最近 的几个Na+所围成的空间几何构型为 ( ) A. 正四面体 C. 正八面体 B. 正六面体 D. 正十二面体

3. 晶胞是指晶体中不断重复的结构单元。 下图是氯化钠的一个晶胞。提问: 一 个氯化钠 晶胞占有多少个氯离子?占有多少个钠离子?

+ Na

Cl

-

氯化钠中晶胞中的氯骨架

一个氯化钠晶胞中占有 Cl-=(12/4+1)= 4个

氯化钠晶胞中的钠骨架

一个氯化钠晶胞中占有 Na+=(8/8+6/2)= 4个 即每个氯化钠晶胞中相当于有4个NaCl。

体心

1

面心

1 2



1 4

顶点

1 8

方法小结

晶胞中实际质点数

?位于顶点的微粒,晶胞完全拥有其1/8。 ?位于棱上的微粒,晶胞完全拥有其1/4。 ?位于面心的微粒,晶胞完全拥有其1/2。

?位于体心的微粒,微粒完全属于该晶胞。

C

B A

A:B:C=1:1:3

适合下面结构的化学式是

A2BC2

巩固练习:
某晶胞结 构如图所示, 晶胞中各微粒 个数分别为: 3 铜________个 钡________个 2 钇________个 1

2. 分子晶体
分子间以分子间作用力相结合的晶体 —— 分子晶体
**构成分子晶体的粒 子是分子, 粒子间的相互作用 是分子间作用力 .

分子间作用力(范德瓦尔斯力)
分子间作用力与化学键的区别:
?化学键存在于相邻原子之间(即分子之

内),而分子间作用力是在“分子之间” 。
?强度:化学键的键能为120~800kJ/mol,

而分子间作用力只有2到20 kJ/mol。
分子间力要比化学键弱得多,不属于化学键.

? 分子晶体宏观性质
①较低的熔沸点 ②较小的硬度

③固态或熔融状态下都不导电
④分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分 子的极性相关 —— 相似相溶

分子间作用力(范德瓦尔斯力)
思考:分子间作用力的大小与什么有关?
?应用:对于四氟化碳、四氯化碳、四溴化

碳、四碘化碳,其熔沸点如何变化?

物质 熔点(℃) 物质 熔点(℃)

F2 -219.6 CF4 -184

Cl2 -101 CCl4 -23

Br2 -7.2 CBr4 48.4

I2 113.5 CI4 171

物质 熔点(℃) 物质
熔点(℃)

SiF4 -90.2 SiCl4
-70.4

SiCl4 -70.4 GeCl4
-49.5

SiBr4 5.2 SnCl4
-36.2

SiI4 120.5 PbCl4
-15.0

?影响分子间作用力的因素:
组成和结构相似的物质,相对分子量越大,分子 间作用力越大,物质的熔、沸点越高。 解释:有机物中同系物之间熔沸点的变化规律 推测:下列物质的沸点变化 1. CH4 SiH4 GeH4 SnH4 2. NH3 PH3 AsH3 SbH3 3. H2O H2S H2Se H2Te 4. HF HCl HBr HI

H2 O

HF H2Te H2S HCl SbH3 HI SnH4

H2Se
AsH3 HBr

NH3

PH3
SiH4 CH4

GeH4

一 些 氢 化 物 的 沸 点

δ+ H

F δδ+ H

δδ+

F

H

F

δ-

在HF分子中,由于F原子吸引电子的能力很 强,H—F键的极性很强,共用电子对强烈地偏 向F原子,亦即H原子的电子云被F原子吸引,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,与另一个HF分子带部分负 电荷的F原子相互吸引。这种静电吸引作用就是 氢键。

水分子间形成的氢键

氢键的基本特征 ? 是一种存在于分子之间也存在于分子内部的作用力。

? 它比化学键弱而比范德瓦尔斯力强,其键能约在 10~40kJ· -1。 mol
氢键的形成条件

★分子中有氢原子和得电子能力强的原子, 如:N、O、F;
F H F H F H F H

表示方法:在形成氢键的两原子间用 · · · 表示

氢键的强度: ★比分子间作用力稍强,但比化学键弱的多 氢键的存在对物质熔沸点的影响: ★氢键的存在使物质的熔、沸点相对较高

★ 结冰时体积膨胀,密度减小,是水的另一反
常性质,也可以用氢键来解释.

干冰的晶体结构图

(与CO2分子距离最近的CO2分子共有多少个? )

干冰晶体结构示意图

由此可见,每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子。

讨论:
CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示,通 过比较试判断SIO2晶体是否属于分子晶体。
熔点/oC 状态(室温)

CO2 SiO2

-56.2 1723

气态 固态

结论:SiO2不是分子晶体。那它是什么晶体 呢?

三.原子晶体
1.概念:相邻原子间以共价键相结合而形成
空间立体网状结构的晶体. **构成原子晶体的粒子是原子,原子间以较 强的共价键相结合。

金 刚 石

2.原子晶体的物理特性
在原子晶体中,由于原子间以较强的 共价键相结合,而且形成空间立体网状结构, 所以原子晶体的
(1)熔点和沸点高 (2)硬度大

(3)一般不导电
(4)且难溶于一些常见的溶剂

3.常见的原子晶体:
金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。

109? 28?

共价键

Si O
109? 28?

180?

共价键

原子晶体中没有单个分子存在,化学式不 能表示分子式, 熔沸点很高,硬度很大。
金刚石与晶体SI的熔、沸点比较

金刚石

晶体Si

熔点/℃ 沸点/℃

3550 4827

1410 2355

原子晶体熔沸点高低与共价键强弱有关: 原子半径越短,共价键键长越短,键能 越大,键越强,熔沸点越高。

石墨的晶体结构
分子间作用力,层间距 3.35× 10-10 m C-C 共价键

石墨中C-C夹角 ☉ 为120 , C-C键 长为(0.142nm) 1.42×10-10 m

石墨
? 石墨为什么很软?

—混合型晶体

– 石墨为层状结构,各层之间是范德华力结合,容易 滑动,所以石墨很软,硬度小。 ? 石墨的熔沸点为什很高? – 石墨各层均为平面网状结构,碳原子之间存在很强 的共价键,故熔沸点很高。

所以,石墨称为混合型晶体。

石墨晶体的层内结构如图所示,每一层由无数个正 六边形构成,则平均每一个正六边形所占 2 3 的碳原子数为_____C-C键的个数_____

已知硼的熔点为2300℃,沸点为2550℃, ⑴晶体硼属于 原子 晶体。

⑵已知晶体中的结构单元是由硼原子组成的正二十 面体,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶 角,每个顶点有各有一个硼原子。
此基本单元是由 1/5×3×20 =12
个硼原子构成,其中B-B 键的键角为

60° ,共有
B-B单键。

1/2×3×20 = 30 个

知识归纳
晶体类型 微粒 作用力 离子晶体 阴、阳离子 离子键 较大 较高 分子晶体 分子 范德瓦尔斯力 较小 低 原子晶体 原子 共价键 很大 很高 不导电

硬度
熔沸点 导电性 典型实例

溶于水或熔融 熔融态不导电 态下均导电

NaOH、AgCl、 HCl、Cl2、CO2、 金刚石、碳化硅、 刚玉、晶体硅等 He、P4、S等 Na2O等

结束

练习 下列各组物质中,按熔点由低到高排列正确 的是 ( B ) (94年上海高考)

(A)O2、H2、Hg
(B)CO2、KCl、SiO2

熔点:-183℃ -252℃

-38.9℃

分子晶体、离子晶体、原子晶体

(C)Na、K、Rb
(D)SiC 、NaCl、SO2

降低
原子晶体、离子晶体、分子晶体

分析:熔沸点比较 原子晶体 >离子晶体 > 分子晶体

物质熔沸点高低的比较 不同晶型的物质的熔沸点高低顺序一般是: 原子晶体>离子晶体>分子晶体。同一晶 型的物质,则晶体内部结构微粒间的作用 越强,熔沸点越高。

重要

不同晶体类型熔沸点高低的判断:

离子晶体:离子半径越小,所带电荷越多,离子键越强, 熔沸点越高。

原子晶体: 原子半径越小,共价键键能越大,熔沸点越高。 SiO2>SiC > Si Si,SiO2,SiC

分子晶体: 结构相似的分子,分子量越大,分子间作用力
越大,熔沸点越高。

F2,Cl2,Br2,I2

F2 < Cl2 < Br2 < I2

练习

下列各组物质的晶体中,化学键类型相同,

晶体类型也相同的是 ( B
(A)SO2 和 SiO2

)

(B) CO2 和 H2O

(C)NaCl 和 HCl

(D)CCl4 和 KCl(93全国高考题)

SO2 SiO2 CO2 H 2O NaCl HCl

共价键 共价键 共价键 共价键

分子晶体 原子晶体 分子晶体 分子晶体

离子键 共价键 共价键 离子键

离子晶体 分子晶体
分子晶体 离子晶体

CCl4 KCl

晶体类型的判断
?

从组成上判断(仅限于中学范围):
?有无金属离子?(有:则多数为离子晶体) ?是否属于“四种原子晶体”? ?以上皆否定,则多数是分子晶体。

?

从性质上判断:
?熔沸点和硬度;(高:原子晶体;较高:离子晶体;

低:分子晶体)
?熔融状态的导电性。(导电:离子晶体)
结束

选择下列物质,填写下列空白。
A.干冰 B.金刚石 C.氯化铵 D.氟化钙 E.固体碘 F.烧碱 (1)熔化时不需要破坏化学键的是 ( AE ) B (2)熔化时需要断裂共价键的是( ) (3)熔点最高的是( B ),熔点最低的是( A ) (4)晶体中存在分子的是( AE ) CF (5)晶体中既有离子键又有共价键的是( )

分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型:

A、碳化铝,黄色晶体,熔点2200℃,熔融态 不导电;________________ B、溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,熔融态不 导电;________________ C、五氟化钒,无色晶体,熔点19.5℃,易溶 于乙醇、氯仿、丙酮中;_______________

D、物质A,无色晶体,熔融时或溶于水中都能 导电_____________

二氧化硅晶体中,每个硅原子周围有_________个氧 原子,每个氧原子周围有_________个硅原子,硅氧 原子个数比为_________。若去掉二氧化硅晶体中的 氧原子,且把硅原子看做碳原子,则所得空间网状结 构与金刚石空间网状结构相同,试推测每个硅原子与 它周围的4个氧原子所形成的空间结构为_________型; 并推算二氧化硅晶体中最小的硅氧原子环上共有 _________个原子。

物 质 熔点℃ 沸点℃

MgO 2852 3600

Al2O3 2072 2980

MgCl2 714 1412

AlCl3 190(2.5×105Pa) 182.7(升华)

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? MgO 熔点高,消耗能量大,操作不便,成本太高。 也不用电解AlCl3的方法生产铝?

AlCl3 属分子晶体,熔融时不电离,不能用电解法。

.

物 质 熔点℃

MgO
2852

Al2O3
2072

MgCl2
714

AlCl3
190(2.5×105Pa)

沸点℃

3600

2980

1412

182.7(升华)

设计可靠的实验证明MgCl2和AlCl3所属的晶体类型

将MgCl2 和 AlCl3两种晶体分别加热熔化,
MgCl2 能导电,是离子晶体; AlCl3不能导电,是分子晶体。

下列有关晶体的叙述中,错误的是
(B)在NaCl晶体中每个Na+(或C1-)周围都紧邻6个Cl- (或Na+)

(C)

(A)金刚石的网状结构中,由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子

(C)白磷晶体中,微粒之间通过共价键结合,键角为60°
(D)离子晶体在熔化时,离于键被破坏,而分子晶体熔化时,化学键不被 破坏

三氯化氮(NCl3)在常温下是一种淡黄色液体,其分子呈三角锥 形,以下关于NCl3的叙述正确的是 C A.NCl3晶体为原子晶体 B.分子中N—Cl键是非极性共价键 C.NCl3是一种含极性键的极性分子 D.N—Cl键能大,故NCl3沸点高


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