专题复习,化学键与晶体类型
专题复习,化学键与晶体结构
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1. 离子键与共价键
(1)下列物质受热熔化时,不需要破坏化学键的是( )
A. 食盐 B. 纯碱 C. 干冰 D. 冰 (2)下列五种物质中,只存在共价键的是( ),只存在离子键的是( ),既存在离子键又存在共价键的是( );不存在化学键的是( )(填序号)。 ①Ar ②CO 2 ③SiO 2 ④NaOH ⑤K 2S (3)用电子式表示下列物质的形成过程:
①N 2
③MgF 2
⑤H 2O
; ②PCl 3
;④Na 2O
; ⑥NaH
。 。
。
2. 极性分子与非极性分子
(1)下列关于分子的极性的说法,不正确的是( )
A. 极性分子中可能含有非极性键 B. 非极性分子中可能含有极性键 C. 极性分子中只含有极性键 D. 非极性分子中只含有非极性键 (2)在HF 、H 2O 、NH 3、CS 2、CH 4、N 2分子中: ①以非极性键结合的非极性分子是()。
②以极性键相结合,具有直线形结构的非极性分子是()。 ③以极性键相结合,具有正四面体结构的非极性分子是()。 ④以极性键相结合,具有三角锥形结构的极性分子是()。 ⑤以极性键相结合,具有V 形结构的极性分子是()。 ⑥以极性键相结合,而且分子极性最大的是()。 链接·拓展
物质的结构常用电子式来表示。书写物质的电子式时应注意的问题有:
+
(1)阴离子和复杂阳离子(NH 4、CH 3)要加括号,并注明所带电荷数。如:
+
等
,不能写作
。
(2)要注意化学键中原子直接相邻的事实。如MgBr 2的电子式为
(3)要注意书写单质、化合物的电子式与单质、化合物形成过程电子式的差别。如CO 2的电子式为
∶
,CO 2形成过程的电子式为:
(4)要熟练掌握一些重要物质的电子式的书写。如HClO
为NaH
为
;Na 2O 2
为
;HCl 为:
理解·要点诠释
考点1 化学键和分子间作用力
;NH 4Cl 为。
(2)化学键与物质类别规律
①只含非极性共价键的物质:同种非金属元素构成的单质,如I 2、N 2、P 4、金刚石、晶体硅等。
②只含有极性共价键的物质:一般是不同非金属元素构成的共价化合物。如HCl 、
NH 3、SiO 2、CS 2等。 ③既有极性键又有非极性键的物质:如H 2O 2、C 2H 2、CH 3CH 3、C 6H 6(苯)等。
④只含有离子键的物质:活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物,如Na 2S 、CsCl 、K 2O 、NaH 等。 ⑤既有离子键又有非极性键的物质,如Na 2O 2、Na 2S x 、CaC 2等。
⑥只有共价键,没有范德瓦耳斯力的物质——金刚石、单晶硅、SiO 2、SiC 。 ⑦无化学键的物质——稀有气体。 考点2 极性分子与非极性分子
(1)分子极性的判断:分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两方面共同决定: ①以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分子,如HCl 。 ②以非极性键结合而形成的同核双原子分子都是非极性分子,如Cl 2。
③以极性键结合而形成的多原子分子,既有极性分子,又有非极性分子,分子的空间构型均匀对称的是非极性分子,如AB 2型的直线形分子CO 2,AB 3型的平面正三角锥形分子BF 3,AB 4型的正四面体结构分子CH 4等。分子的空间构型不对称的多原子分子为极性分子。如V 形的H 2O ,三角锥形的NH 3,不规则四面体分子CH 3Cl 等。 ④判断AB n 型分子极性有一经验规律:若中心原子A 的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子;若不相等,则为极性分子。如BF 3、CO 2等为非极性分子,NH 3、H 2O 、SO 2等为极性分子。 (2)相似相溶原理:极性分子易溶于极性分子溶剂中(如HCl 易溶于水中),非极性分子易溶于非极性分子溶剂中(如碘易溶于苯中,白磷易溶于CS 2中)。 考点3 晶体类型 (1)几类晶体的比较
(2)判断晶体类型的依据
①据各类晶体的概念判断,即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断。如由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过它们之间的较强作用形成的晶体属于金属晶体。
②据各类晶体的特征性质判断:如低熔沸点的化合物形成分子晶体;熔沸点较高,且在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物形成离子晶体;熔沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质形成原子晶体;晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。
③据物质的分类判断:金属氧化物(如K 2O 、Na 2O 2等)、强碱(如NaOH 、KOH 等)和绝大多数的盐类是离子晶体;大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO 2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注:汞在常温为液体)与合金是金属晶体。 (3)常见晶体结构分析
①氯化钠晶体 NaCl 晶体是一种简单立方结构,Na +和Cl -交替占据立方体的顶点而向空间延伸,每个离子都被6个带相反电荷的离子包围,而每个离子周围距离最近的同种离子则有12个。
②氯化铯晶体 CsCl 晶体是一种立方体心结构,每8个Cs +、8个Cl -各自构成立方体,在每个立方体的中心有一个异种离子,所以每个离子都被8个带相反电荷的离子包围。而每个离子周围距离最近的同种离子则有6个。
③二氧化碳晶体 干冰晶体是一种立方面心结构,立方体的8个顶点和6个面的中心各占据1个CO 2分子,每个CO 2分子周围距离相等且最近的CO 2有12个。
④金刚石晶体 它是一种正四面体的空间网状结构,每个C 原子以共价键同另4个C 原子结合。晶体中的最小碳环由6个C 原子组成且不在同一平面,晶体中C 原子数与C —C 键数之比为1∶(4×
1
)=1∶2。 2
1=23
⑤石墨晶体 它是一种混合型晶体,层内存在共价键,层间与范德瓦耳斯力结合,兼有原子晶体、分子晶体的某些特性和特征。在层内,每个C 原子通过共价键与另3个C 原子结合,构成正六边形,每个六边形平均占有C 原子6×个,C 原子个数与C —C 键数之比为1∶(3×
1
)=2∶3。 2
难点1 用均摊法确定晶体的化学式:均摊是指每个图形平均拥有的粒子数目。求晶体中粒子个数比的方法是: (1)处于顶点的粒子,同时为8个晶胞所共有,每个粒子有1/8属于该晶胞; (2)处于棱上的粒子同时为4个晶胞共有,每个粒子有1/4属于该晶胞; (3)处于面上的粒子,同时为2个晶胞共有,每个粒子有1/2属于该晶胞; (4)处于晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞。 难点2 8电子稳定结构
高考化学试题中曾频频出现判断分子中各原子的最外层电子是否满足8电子稳定结构的题目。其简捷准确的判断方法是:
(1)分子中若含有氢元素,则氢原子不能满足最外层8电子稳定结构,但它满足K 层为最外层2个电子的稳定结构。(Be 原子最外层只有2个电子,在其化合物中最外层电子数不可能是8)
(2)分子中若不含有氢元素,则按下述方法逐一进行判断。若某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8,则该元素的原子最外层满足8电子稳定结构;否则将不满足。如CO 2分子中,碳元素的化合价为+4,碳原子最外层电子数为4,二者之和为8,则碳原子满足最外层8电子稳定结构;氧元素化合价为-2(其绝对值为2),氧原子最外层电子数6,二者之和为8,则氧原子也满足最外层8电子稳定结构,故CO 2分子中所有原子都满足最外层8电子结构。再如NO 2分子中,氮元素化合价为+4,氮原子最外层电子数为5,二者之和为9,故氮原子不满足最外层8电子稳定结构。再如BF 3分子中,硼元素化合价为+3,硼原子最外层电子数为3,二者之和为6,故硼原子也不满足最外层8电子稳定结构。
(3)常见的X 2(卤素单质)、O 2、N 2等双原子单质分子中原子最外层为8电子稳定结构。 诱思·实例点拨
【例1】下列各组物质中,化学键类型完全相同的是( )
A.HI 和NaI B.H 2S 和CO 2 C.Cl 2和CCl 4 D.F 2和NaBr
讲评:本题主要考查常见物质中化学键种类,考查对离子键、共价键及其极性的理解与判断能力。解题的关键是熟练掌握各类型化学键的形成条件,如活泼金属和活泼非金属通过电子得失形成离子键,相同非金属元素原子的电子配对形成非极性共价键等。 【例2】(2005全国高考理综Ⅰ,6)下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是( ) A.BF 3 B.H 2O C.SiCl 4 D.PCl 5
讲评:本题主要考查分子中8个电子稳定结构的判断,是高考的热点。解题的关键是看元素的化合价绝对值与其原子最外层电子数之和是否等于8。在分析解答过程中,引导学生归纳总结判断方法技巧的同时,要注意H 、He 、Be 等形成的分子中,它们的原子不可能具有8个电子的稳定结构。 【例3】(2005上海高考,12)下列说法错误的是( )
A. 原子晶体中只存在非极性共价键;B. 分子晶体的状态变化,只需克服分子间作用力 C. 金属晶体通常具有导电、导热和良好的延展性;D. 离子晶体在熔化状态下能导电
讲评:本题主要考查学生对各类晶体结构的理解。通过本题的分析解答,一是让学生进一步理解影响各类晶体熔点高低的原因:构成晶体粒子间相互作用力的强弱;二是归纳总结各类晶体在熔化、升华时克服的作用力:离子晶体——离子键、分子晶体——分子间作用力、原子晶体——共价键、金属晶体——金属键。 【例4】下列各组物质中,按熔点由低到高顺序排列正确的是( )
A.O 2,I 2,Hg B.CO ,KCl ,SiO 2 C.Na ,K ,Rb D.SiC ,NaCl ,SO 2
链接·提示:比较物质熔沸点的高低,应首先分清物质的晶体类型,对于不同的晶体,其熔沸点高低顺序一般为:原子晶体>离子晶体>分子晶体。对于相同类型的晶体,要分清影响熔沸点的作用力及影响作用力大小的因素,即可顺利作答。
一、选择题
1、下列晶体中金属阳离子与自由电子作用最强的是 ( ) A. Na B. Mg C. Al D.Si
解法与规律:金属离子半径越小电荷越高、价电子越多,相互作用越强。硅不是金属晶体。 2、下列叙述正确的是 ( ) A. 离子化合物中可能含有共价键 B. 构成分子晶体的微粒一定含有共价键 C. 共价化合物中可能含有离子键 D. 非极性分子中一定含有非极性键
解法与规律:阴阳离子间有离子键复杂离子内有共价键,单原子分子不含共价键,键的极性可抵消。 3、下列性质中可证明某化合物一定存在离子键的是 ( ) A. 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
解法与规律:共价化合物可溶于水导电、可以是原子晶体,只有原来就有离子存在熔融电离而导电。 4、下列叙述正确的是 ( ) A.P 4和NO 2都是共价化合物 B.CCl 4和NH 3都是以极性键结合的极性分子 C. 在CaO 和SiO 2晶体中都不存在单个小分子 D. 甲烷是对称平面结构,是非极性分子 5、关于晶体的下列说法正确的是 ( )
A. 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B. 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C. 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D. 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
解法与规律:金属晶体含金属离子和自由电子,其熔点有的很高如过度金属钨有的较低如钾和汞等。 6、下列每组物质发生状态变化所克服的微粒间的相互作用属于同种类型的是 ( ) A. 食盐和蔗糖熔化 B. 冰和硫熔化 C. 碘和干冰升华 D. 二氧化硅和氧化钠熔化 解法与规律:晶体类型相同,状态变化时所克服的作用力有可能相同,还要注意氢键的存在。
(第7题) (第8题) (第9题) (第10题)
7、2001年报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图示意的是该化合物的晶胞结构:镁原
子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有一个镁原子,6个硼原子位于棱柱内。则该化合物化学式表示为 A .MgB B .MgB 2 C .Mg 2B D .Mg 3B 2
解法与规律:六边形角上的镁原子对晶胞分摊1/6,底面的分摊1/2共3个,硼原子在晶胞内共6个。 8、根据所示晶胞结构,推算晶体中Y 、Cu 、Ba 和O 的原子个数比1:3:2:7。
解法与规律:y 和Ba 原子在晶胞内Cu 原子8个在顶角8个在棱边上O 原子12个在棱边上8个在面上。
9、已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体如图,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个硼原子。通过观察图形及推算,此基本结构单元由12个硼原子构成,B —B 键的夹角为60°,有条B —B 键。
解法与规律:晶体结构是对称的,在纸平面后还有3个硼原子和12条棱边即B-B 键。
10、如图是“足球烯”分子,它仅由碳原子构成,每个“足球烯”分子中有12个五边形,20个六边形。回答:(1)平均每个五边形所含的碳原子为 5/3个,平均每个六边形所含的碳原子为 2 个。(2)“足球烯”分子的分子式为(3)“足球烯”分子含有的化学键单键数为,含有的化学键双键数为。
解法与规律:每个碳形成3个共价键,为3个多边形公用;分子中碳原子为5/3×12+2×20=60个;化学键数共为3×60÷2=90,每个
碳有4个价电子,3个共价键中有一个是双键,即双键数共为30,单键数共为60。
11、已知食盐摩尔质量为58.5 g ·mol 1,密度2.2 g ·cm 3,阿伏加德罗常数6.02×1023 mol 1。求食盐晶体中两个距
+
离最近的Na 中心间的距离。
-
-
-
解法与规律:一个晶胞的质量可以用其密度乘以体积和摩尔质量乘以物质的量两种方法求得,设晶胞的棱边长为a cm, 每个晶胞中含有4
+-3-8
个Na 和4个Cl ,d ×a ,数据代入解得a=5.6×10-81/2 【方法规律总结】
1、理解化学键的本质就是粒子之间的强烈作用,其种类与作用的方式及粒子的种类有关,其存在与晶体类型有关,尤其要注意晶体粒子之间与粒子内部的作用有时是不同的,而晶体的熔沸点取决于粒子之间的作用力大小。
2、由晶体结构确定化学式,关键选择一个晶胞,分清在角、棱、面和心不同位置上的粒子为几个晶胞共用,该粒子将分摊几分之一到该晶胞,一个多边形上的粒子或棱边(即化学键)为几个多边形共用,即可算出一个晶胞或一个多边形含几个粒子。一个结构单元的质量用密度乘以其体积和摩尔量乘以物质的量两种方法求得是相等的体积与晶体
结构几何参数有关,物质的量与结构单元含多少个粒子,列出有关方程式,任解一个未知参数。