2019-2020年高三化學(xué)專題 第八講 化學(xué)鍵與晶體類型教案 新人教版.doc

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2019-2020年高三化學(xué)專題 第八講 化學(xué)鍵與晶體類型教案 新人教版 考試大綱要求 1．理解離子鍵、共價鍵的涵義，了解鍵的極性。 2．了解幾種晶體類型（離子晶體、原子晶體、分子晶體）及其性質(zhì)。 知識規(guī)律總結(jié) 一、化學(xué)鍵與分子間作用力 表4-1化學(xué)鍵與分子間作用力的比較 化學(xué)鍵 分子間作用力 概念 相鄰的原子間強烈的相互作用叫化學(xué)鍵 把分子聚集在一起的作用力，叫做分子間作用力，又稱范德華力 作用范圍 分子或晶體內(nèi) 分子之間 作用力強弱 較強 與化學(xué)鍵相比弱得多 影響的性質(zhì) 主要影響化學(xué)性質(zhì) 主要影響物理性質(zhì)（如熔沸點） 二、化學(xué)鍵的分類 表4-2離子鍵、共價鍵和金屬鍵的比較 化學(xué)鍵類型 離子鍵 共價鍵 金屬鍵 概念 陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵 原子間通過共用電子對所形成的化學(xué)鍵 金屬陽離子與自由電子通過相互作用而形成的化學(xué)鍵 成鍵微粒 陰陽離子 原子 金屬陽離子和自由電子 成鍵性質(zhì) 靜電作用 共用電子對 電性作用 形成條件 活潑金屬與活潑的非金屬元素 非金屬與非金屬元素 金屬內(nèi)部 實例 NaCl、MgO HCl、H2SO4 Fe、Mg 三、共價鍵的類型 表4-3非極性鍵和極性鍵的比較 非極性鍵 極性鍵 概念 同種元素原子形成的共價鍵 不同種元素原子形成的共價鍵，共用電子對發(fā)生偏移 原子吸引電子能力 相同 不同 共用電子對 不偏向任何一方 偏向吸引電子能力強的原子 成鍵原子電性 電中性 顯電性 形成條件 由同種非金屬元素組成 由不同種非金屬元素組成 四、分子的極性 1．非極性分子和極性分子 表4-4 非極性分子和極性分子的比較 非極性分子 極性分子 形成原因 整個分子的電荷分布均勻，對稱 整個分子的電荷分布不均勻、不對稱 存在的共價鍵 非極性鍵或極性鍵 極性鍵 分子內(nèi)原子排列 對稱 不對稱 2．常見分子的類型與形狀 表4-5常見分子的類型與形狀比較 分子類型 分子形狀 鍵角 鍵的極性 分子極性 代表物 A 球形 非極性 He、Ne A2 直線形 非極性 非極性 H2、O2 AB 直線形 極性 極性 HCl、NO ABA 直線形 180 極性 非極性 CO2、CS2 ABA 角形 ≠180 極性 極性 H2O、SO2 A4 正四面體形 60 非極性 非極性 P4 AB3 平面三角形 120 極性 非極性 BF3、SO3 AB3 三角錐形 ≠120 極性 極性 NH3、NCl3 AB4 正四面體形 10928′ 極性 非極性 CH4、CCl4 AB3C 四面體形 ≠10928′ 極性 極性 CH3Cl、CHCl3 AB2C2 四面體形 ≠10928′ 極性 極性 CH2Cl2 3．分子極性的判斷 （1）只含有非極性鍵的單質(zhì)分子是非極性分子。 （2）含有極性鍵的雙原子化合物分子都是極性分子。 （3）含有極性鍵的多原子分子，空間結(jié)構(gòu)對稱的是非極性分子；空間結(jié)構(gòu)不對稱的為極性分子。 注意：判斷ABn型分子可參考使用以下經(jīng)驗規(guī)律：①若中心原子A的化合價的絕對值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為極性分子；②若中心原子有孤對電子（未參與成鍵的電子對）則為極性分子，若無孤對電子則為非極性分子。 五、晶體類型 1．分類 表4-6各種晶體類型的比較 離子晶體 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 存在微粒 陰陽離子 原子 分子 金屬離子、自由電子 微粒間作用 離子鍵 共價鍵 范德華力 金屬鍵 主要性質(zhì) 硬而脆，易溶于極性溶劑，熔化時能夠?qū)щ?，溶沸點高 質(zhì)地硬，不溶于大多數(shù)溶劑，導(dǎo)電性差，熔沸點很高 硬度小，水溶液能夠?qū)щ?，溶沸點低 金屬光澤，是電和熱的良導(dǎo)體，熔沸點高或低 實例 食鹽晶體 金剛石 氨、氯化氫 鎂、鋁 2．物質(zhì)溶沸點的比較 （1）不同類晶體：一般情況下，原子晶體>離子晶體>分子晶體 （2）同種類型晶體：構(gòu)成晶體質(zhì)點間的作用大，則熔沸點高，反之則小。 ①離子晶體：離子所帶的電荷數(shù)越高，離子半徑越小，則其熔沸點就越高。 ②分子晶體：對于同類分子晶體，式量越大，則熔沸點越高。 ③原子晶體：鍵長越小、鍵能越大，則熔沸點越高。 （3）常溫常壓下狀態(tài) ①熔點：固態(tài)物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì) ②沸點：液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì) 3．“相似相溶”規(guī)律 極性分子組成的溶質(zhì)易溶于由極性分子組成的溶劑；非極性分子組成的溶質(zhì)易溶于由非極性分子組成的溶劑。 思維技巧點撥 一、化學(xué)鍵及分子極性的判斷 【例1】 下列敘述正確的是 A.P4和NO2都是共價化合物 B.CCl4和NH3都是以極性鍵結(jié)合的極性分子 C.在CaO和SiO2 晶體中，都不存在單個小分子 D.甲烷的結(jié)構(gòu)式：是對稱的平面結(jié)構(gòu)，所以是非極性分子 【解析】 P4和NO2分子中都含有共價鍵，但P4是單質(zhì)，故選項A錯誤。CCl4是含有極性鍵的非極性分子，故選項B錯誤。原子晶體、離子晶體和金屬晶體中不存在小分子，只有分子晶體中才存在小分子，故選項C正確。甲烷分子為正四面體形的非極性分子，故選項D錯誤。本題正確答案為C。 【例2】 關(guān)于化學(xué)鍵的下列敘述中，正確的是 A.離子化合物可能含共價鍵 B.共價化合物可能含離子鍵 C.離子化合物中含離子鍵 D.共價化合物中不含離子鍵 【解析】 凡含有離子鍵的化合物不管是否含有共價鍵，一定屬于離子化合物，所以共價化合物中不可能含有離子鍵。本題正確答案為ACD。 二、熔沸點判斷 【例3】 碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石、②晶體硅、③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是 A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③ 【解析】 由于題給的三種物質(zhì)都屬于原子晶體，而且結(jié)構(gòu)相似都是正四面體形的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以晶體的熔點由微粒間的共價鍵強弱決定，這里共價鍵強弱主要由鍵長決定，可近似地看作是成鍵原子的半徑之和，由于硅的原子半徑大于碳原子，所以鍵的強弱順序為C—C>C—Si>Si—Si，熔點由高到低的順序為金剛石>碳化硅>晶體硅。本題正確答案為A。 三、晶體結(jié)構(gòu)知識的應(yīng)用 【例4】 圖4-1是石英晶體平面示意圖，它實際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅、氧原子數(shù)之比為_______。原硅酸根離子SiO44-的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，二聚硅酸根離子Si2O76-中，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)可表示為_______。 　 【解析】 由圖4-1可以看出：每個硅原子周圍結(jié)合4個氧原子，同時每個氧原子跟2個硅原子結(jié)合，因此二氧化硅晶體（石英）是由氧、硅原子按原子個數(shù)1∶2組成的立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。Si2O76-只有硅氧鍵，根據(jù)SiO44-的結(jié)構(gòu)圖可得Si2O76-的結(jié)構(gòu)圖見圖4-3。 【例5】 （1）中學(xué)化學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a10-8cm，計算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol）。 （2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖4-4所示的缺陷：一個Ni2+空缺，另有兩個Ni2+被兩個Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni0.97O，試計算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。 【解析】 晶胞中陰、陽離子個數(shù)的確定通常采用“原子分割法”，具體如下：①處于頂點的離子，同時為8個晶胞共有，每個離子有1/8屬于晶胞；②處于棱上的離子，同時為4個晶胞共有，每個離子有1/4屬于晶胞；③處于面上的離子，同時為2個晶胞共有，每個離子有1/2屬于晶胞；④處于內(nèi)部的1個離子，則完全屬于該晶胞，該離子數(shù)目為1。要確定NiO的密度，就應(yīng)確定單位體積中NiO分子的個數(shù)，再結(jié)合NiO的摩爾質(zhì)量求算出該晶體中NiO的質(zhì)量，最后求出密度。本題解答如下： （1）如圖4-5所示，以立方體作為計算單元，此結(jié)構(gòu)中含有Ni2+—O2-離子數(shù)為：4=（個），所以1 mol NiO晶體中應(yīng)含有此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.021023=12.041023（個），又因一個此結(jié)構(gòu)的體積為（a10-8cm）3，所以1 mol NiO的體積應(yīng)為12.041023（a10-8）cm3，NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol，所以NiO晶體的密度為=（g/cm3） （2）解法一（列方程）：設(shè)1 mol Ni0.97O中含Ni3+為 x mol，Ni2+為y mol，則得 解得x=0.06,y=0.91，故n(Ni3+)∶n(Ni2+)=6∶91 解法二（十字交叉）：由化學(xué)式Ni0.97O求出Ni的平均化合價為2/0.97，則有 故n(Ni3+)∶n(Ni2+)=6∶91。 基礎(chǔ)知識 1．化學(xué)鍵 化 定義 學(xué) 鍵 類型 相鄰的原子之間強烈的相互作用 離子鍵 共價鍵 概念 間通過 形成的化學(xué)鍵 間通過 （電子云重疊）所形成的化學(xué)鍵 成鍵微粒 作用方式 實例 CaCl2、Na2O2、NaOH、NaH Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3 用電子式表示形成過程 MgCl2: N2: CO2: 2.共價鍵的極性與分子的極性 分子組成 空 間 構(gòu) 型 常 見 分 子 鍵的極性 分子極性 雙 原 子 N2 O2 Cl2 HCl CO NO 三 原 子 CO2 CS2 H2O H2S 四 原 子 BF3 NH3 五 原 子 CH4 CCl4 CH3Cl CH2Cl2 3．思考：非極性鍵是否只存在于單質(zhì)分子中？ 4．晶體類型與性質(zhì) 類 型 離子晶體 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 構(gòu)成晶體微粒 微粒間作用力 性 質(zhì) 熔沸點 硬 度 導(dǎo)電性 導(dǎo)熱性 延展性 溶解性 典 型 實 例 NaCl KBr等 金剛石、二氧化硅等 H2 O2、冰、干冰等 Fe、Cu、Hg、合金等 一、選擇題 1．下列物質(zhì)的化學(xué)式中，具有非極性鍵的離子化合物是（ ） A.Na2O B.MgF2 C.NaOH D.Na2O2 2．實現(xiàn)下列變化時，需克服相同類型作用力的是（ ） A.二氧化硅和干冰的熔化 B.液溴和液汞的氣化 C.食鹽和冰的熔化 D.純堿和燒堿的熔化 3．溴化碘（IBr）的化學(xué)性質(zhì)似鹵素單質(zhì)，能跟大多數(shù)金屬反應(yīng)生成金屬鹵化物，能跟某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)生成相應(yīng)鹵化物，能跟水反應(yīng)，其化學(xué)方程為IBr+H2OHBr+HIO，下列有關(guān)IBr的敘述中，正確的是（ ） A.固體IBr是分子晶體 B.在很多反應(yīng)中IBr是強氧化劑 C.IBr跟水反應(yīng)時，它既是氧化劑又是還原劑 D.跟NaOH溶液反應(yīng)生成NaBr和NaIO 4．下列分子的結(jié)構(gòu)中，原子的最外層不能都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的是（ ） A.CO2 B.PCl3 C.CCl4 D.NO2 5．已知磷酸分子中的三個氫原子都可以跟重水分子（D2O）中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸（H3PO2）也可跟D2O進行氫交換，但次磷酸鈉（NaH2PO2）卻不再能跟D2O發(fā)生氫交換。由此可推斷出H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是（ ） 6．下列電子式中，正確的是（ ） 7．下列敘述正確的是（ ） A.兩種元素構(gòu)成的共價化合物分子中的化學(xué)鍵都是極性鍵 B.含有非極性鍵的化合物不一定是共價化合物 C.只要是離子化合物，其熔點就一定比共價化合物的熔點高 D.只要含有金屬陽離子，則此物質(zhì)中必定存在陰離子 8．N—H鍵能的含義是（ ） A.由N和H形成1 mol NH3所放出的熱量 B.把1 mol NH3的鍵全部拆開所吸收的熱量 C.拆開6.021023個N—H鍵所吸收的能量 D.形成1個N—H鍵所放出的熱量 9．在短周期中的X和Y兩元素可組成化合物XY3，下列說法正確的是（ ） A.若X的原子序數(shù)為m，則Y的必為m-4 B.XY3的晶體一定是離子晶體 C.X與Y可能屬同一周期，也可能分屬不同周期 D.X原子半徑大于Y原子的半徑 10．帶靜電的有機玻璃棒靠近下列液體的細流，細流會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是（ ） A.苯 B.二硫化碳 C.溴水 D.四氯化碳 11．下列化學(xué)式可表示一個分子的是（ ） A.SiO2 B.NH4Cl C.CCl4 D.C 12．下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)鍵類型相同、晶體類型也相同的是（ ） A.SO2和SiO2 B.NaCl和HCl C.CCl4和KCl D.CO2和H2O 13．NH3、H2S是極性分子，CO2、BF3、CCl4等是極性鍵構(gòu)成的非極性分子。根據(jù)上述實例可推出ABn型分子是非極性分子的經(jīng)驗規(guī)律是（ ） A.分子中不能含有氫原子 B.在ABn分子中A原子沒有孤對電子 C.在ABn分子中A的相對原子質(zhì)量小于B的相對原子質(zhì)量 D.分子中每個共價鍵的鍵長應(yīng)相等 二、非選擇題 14．下表所列數(shù)據(jù)是在不同物質(zhì)中氧—氧之間的鍵長和鍵能的實測數(shù)據(jù)，其中a和b尚未測出，但根據(jù)一個較為可靠的原則可估計a、b、c、d的大小順序為_______，該原則可簡述為________________________________。 鍵長（pm） 鍵能（kJ/mol） O22- 149 a O2- 128 b O2 121 c=494 O2+ 112 d=628 15．在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有由共價鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有______（填數(shù)字）個碳原子，每個碳原子上的任意兩個C—C鍵的夾角都是______（填角度）。 16．如圖4-6，直線交點處的圓圈為NaCl晶體中Na+離子或Cl-離子所處的位置。 這兩種離子在空間三個互相垂直的方向上都是等距離排列的。 （1）請將其中代表Na+離子的圓圈涂黑（不必考慮體積大小），以完成NaCl晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。 （2）晶體中，在每個Na+離子的周圍與它最接近的且距離相等的Na+離子共有_____個。 （3）晶體中每一個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面體的頂點上、面上、棱上的Na+或Cl-離子為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有。一個晶胞中，Cl-離子的個數(shù)等于______，即______（填計算式），Na+離子的個數(shù)等于_______，即__________（填計算式）。 （4）設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為M g/mol，食鹽晶體的密度為g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA。食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的距離為______cm。 17．（1）圖4-7為CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分。觀察圖形，試說明每個CO2分子周圍有______個與之緊鄰等距的CO2分子； （2）試判斷：①CO2、②CS2、③SiO2晶體的沸點由高到低排列的順序是______>______>______（填寫相應(yīng)物質(zhì)的編號）。 18．晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱為晶胞。NaCl晶體結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。已知FexO晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1。測知FexO晶體密度為g/cm3，晶胞邊長為4.2810-10m。 （1）FexO中x值（精確至0.01）為________。 （2）晶體中的Fe分別為Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)中，F(xiàn)e2+所占分數(shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為________。 （3）此晶體化學(xué)式為________。 （4）與某個Fe2+（或Fe3+）距離最近且等距離的O2-圍成的空間幾何構(gòu)型形狀是______。 （5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為________m。 19．現(xiàn)有A、B、C三種物質(zhì)，A為氣態(tài)氫化物，分子式為RH3，含R為82.4%，B是另一氣態(tài)氫化物，A+B→C，C與堿液共熱放出A。C的水溶液加入稀HNO3酸化后，滴入AgNO3溶液，產(chǎn)生不溶性的白色沉淀，回答下列問題： （1）寫出A的名稱和電子式，并指出它是否是極性分子？其穩(wěn)定性比PH3、H2O如何？ （2）寫出B的名稱和電子式，并指出它是否是極性分子？其穩(wěn)定性比HF、H2S、HBr如何？其水溶液的酸性比HF、HBr、H2S如何？ （3）寫出C的名稱和電子式，具體指明C物質(zhì)中各部分的化學(xué)鍵，指出C形成的晶體類型。 （4）寫出上述有關(guān)的化學(xué)方程式或離子方程式。 20．A、B、C、D、E、F為原子序數(shù)依次增大的主族元素。已知A、C、F三原子的最外層共有11個電子，且這三種元素的最高價氧化物的水化物之間兩兩皆能反應(yīng)，均能生成鹽和水，D元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4，E元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3。回答：（1）寫出下列元素的符號：A________、D________、E________； （2）用電子式寫出B、F形成的化合物的電子式___________________；（3）A、C兩種元素最高價氧化物的水化物反應(yīng)的離子方程式為__________________________；（4）D的固態(tài)氧化物是_______晶體，含n molD的氧化物的晶體中含D—O共價鍵為_______mol。 參考答案 化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識 1．化學(xué)鍵 化 定義 學(xué) 鍵 類型 相鄰的原子之間強烈的相互作用 離子鍵 共價鍵 概念 離子間通過 靜電作用形成的化學(xué)鍵 原子間通過 共用電子對 （電子云重疊）所形成的化學(xué)鍵 成鍵微粒 陰、陽離子 原子 作用方式 陰陽離子間的靜電作用 原子間通過共用電子對作用 實例 CaCl2、Na2O2、NaOH、NaH Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3 用電子式表示形成過程 MgCl2: N2: CO2: 2.共價鍵的極性與分子的極性 分子組成 空 間 構(gòu) 型 常 見 分 子 鍵的極性 分子極性 雙 原 子 直線型 N2 O2 Cl2 非極性鍵 非極性分子 HCl CO NO 極性鍵 極性分子 三 原 子 直線型 CO2 CS2 極性鍵 非極性分子 折線型 H2O H2S 極性鍵 極性分子 四 原 子 平面正三角形 BF3 極性鍵 極性分子 三角錐 NH3 極性鍵 極性分子 五 原 子 正四面體 CH4 CCl4 極性鍵 非極性分子 四面體 CH3Cl CH2Cl2 極性鍵 非極性分子 3．思考：非極性鍵是否只存在于單質(zhì)分子中？ 4．晶體類型與性質(zhì) 類 型 離子晶體 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 構(gòu)成晶體微粒 陰、陽離子 原子 分子 金屬陽離子和自由電子 微粒間作用力 離子鍵 共價鍵 分子見作用力 金屬鍵 性 質(zhì) 熔沸點 較高 很高 低 一般較高、少部分低 硬 度 硬而脆 大 小 一般較大、少部分小 導(dǎo)電性 不良（熔融或水溶液導(dǎo)電） 絕緣體 半導(dǎo)體 不良 晶體、熔融均導(dǎo)電 導(dǎo)熱性 不良 不良 不良 良 延展性 不良 不良 不良 良 溶解性 易溶于極性溶劑難溶于有機溶劑 不溶 相似相溶 難溶（Na等與水反應(yīng)） 1.D 2.B 3.C 4.D 5.B 6.C 7.D 8.C 9.D 10.C 11.C 12.D 13.B 14.d>c>b>a 鍵長越短，鍵能越大 15.6 10928′ (2)12 (3)4;Cl-個數(shù)=8+6=4；4；Na+個數(shù)=12+1=4 （4）d= 17.(1)12 (2)③ ② ① 18.(1)0.92 (2)0.826 (3) O (4)正八面體 （5）3.0310-10 19.(1)氨 電子式略 極性分子 穩(wěn)定性：H2O>NH3>PH3;(2)氯化氫 電子式略 極性分子 穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>H2S 酸性:HBr>HCl>H2S>HF；（3）氯化銨 電子式略 N—H極性鍵 NH4+、Cl-離子鍵 離子化合物 （4）NH3+HClNH4Cl NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O NH4++OH-NH3↑+H2O NaCl+AgNO3AgCl↓+NaNO3 Cl-+Ag+AgCl↓ 20.(1)Na、Si、P;(2)氯化鎂電子式略；（3）Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O;(4)原子，4n