1、第第3章章 晶体结构与性质晶体结构与性质一一、金属键与金属晶体、金属键与金属晶体1.金属键。金属键。(1)成键粒子成键粒子:金属阳离子金属阳离子和和自由电子自由电子。 (2)成键条件成键条件:金属单质金属单质或或合金合金。 (3)成键本质成键本质电子气理论电子气理论:金属原子脱落下来的金属原子脱落下来的价电子价电子形成遍布整块晶体的形成遍布整块晶体的“电电子气子气”,被所有原子共用被所有原子共用,从而把从而把所有的金属原子所有的金属原子维系在一维系在一起起,形成像共价晶体一样的形成像共价晶体一样的“巨分子巨分子”。 (4)金属键的特征金属键的特征:金属键无方向性和饱和性。金属晶体里的自由电子不
2、专属金属键无方向性和饱和性。金属晶体里的自由电子不专属于某几个特定的金属原子于某几个特定的金属原子,而是几乎均匀地分布在整个晶体而是几乎均匀地分布在整个晶体里里,把所有金属原子维系在一起把所有金属原子维系在一起,所以金属键没有方向性和饱所以金属键没有方向性和饱和性。和性。2.金属晶体。金属晶体。(1)金属金属(除汞外除汞外)在常温下都是晶体在常温下都是晶体,称其为金属晶体。称其为金属晶体。(2)用电子气理论解释金属的物理性质用电子气理论解释金属的物理性质:二、离子晶体二、离子晶体1.结构特点。结构特点。(1)构成粒子构成粒子:阳离子阳离子和和阴离子阴离子。 (2)作用力作用力:离子键离子键。
3、2.常见的离子晶体常见的离子晶体。 3.物理性质。物理性质。(1)硬度硬度较大较大,难于压缩。难于压缩。 (2)通常通常,熔点和沸点熔点和沸点较高较高。 (3)固体不导电固体不导电,但在但在熔融状态或水溶液熔融状态或水溶液时能导电。时能导电。 4.离子液体。离子液体。(1)定义定义:在室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物。在室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物。(2)组成组成:大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子。大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子。(3)性质与用途性质与用途:离子液体离子液体难难挥发挥发,可用作可用作溶剂溶剂。 微微训练训练1 下列下列关于关于CaF2的表述正确的是的表
4、述正确的是()。A.Ca2+与与F-间仅存在静电吸引作用间仅存在静电吸引作用B.F-的半径小于的半径小于Cl-的半径的半径,则则CaF2的熔点低于的熔点低于CaCl2的熔点的熔点C.阴、阳离子个数比为阴、阳离子个数比为2 1的物质的物质,均与均与CaF2的晶体构型相的晶体构型相同同D.CaF2中的化学键为离子键中的化学键为离子键,因此因此CaF2在熔融状态下能导在熔融状态下能导电电D三三、过渡晶体过渡晶体1.四类典型的晶体是指四类典型的晶体是指分子分子晶体、晶体、共价共价晶体、晶体、金属金属晶体和晶体和离子离子晶体。晶体。 2.过渡晶体过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。介于典型晶体之间的晶体。
5、(1)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数:从上表可知从上表可知,表中表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键离子键也不是纯粹的共价键,所以这些晶体既不是纯粹的离所以这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之只是离子晶体与共价晶体之间的间的过渡晶体过渡晶体。 (2)偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近体接近,因而通常当作离子晶体来处理因而通常当作离子晶体来处理,如如Na2O等
6、。同样等。同样偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理,如如Al2O3、SiO2等。等。 微训微训练练2下下列关于第三周期主族元素的氧化物形成的晶体列关于第三周期主族元素的氧化物形成的晶体的说法正确的是的说法正确的是()。A.氧元素与钠元素电负性相差很大氧元素与钠元素电负性相差很大,所以所以Na2O是纯粹的离是纯粹的离子晶体子晶体B.MgO不具有共价晶体的性质不具有共价晶体的性质C.SiO2是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,但常看作共但常看作共价晶体价晶体D.P2O5、SO3是纯粹的分子晶体是纯粹的分子晶体,晶体中没有
7、离子键成分晶体中没有离子键成分C四四、混合型晶体混合型晶体1.结构特点结构特点层状结构。层状结构。(1)同层内碳原子采取同层内碳原子采取sp2杂化杂化,以共价键以共价键(键键)结合结合,形成形成平面六元并环结构平面六元并环结构。 (2)层与层之间靠层与层之间靠范德华力范德华力维系。维系。 (3)石墨的二维结构内石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为每个碳原子的配位数为3,有一个未参有一个未参与杂化的与杂化的2p电子电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面。它的原子轨道垂直于碳原子平面。2.晶体类型晶体类型:属于属于混合型晶体混合型晶体。 3.性质性质:熔点熔点很高很高、质软、质软、易易导电等。导电等
8、。 微训微训练练3下下列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是()。A.晶体能导电晶体能导电B.熔点很高熔点很高C.硬度小硬度小D.燃烧产物是燃烧产物是CO2C五五、纳米晶体纳米晶体1.含义。含义。晶体颗粒尺寸在晶体颗粒尺寸在纳米纳米(10-9 m)量级的晶体。量级的晶体。 2.特性。特性。(1)纳米晶体在声、纳米晶体在声、光光、电电、磁、热等性能上常会、磁、热等性能上常会呈现新的特性呈现新的特性,有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。 (2)当晶体颗粒小至纳米量级当晶体颗粒小至纳米量级,熔点会熔点会下降下降。 微训微训练练4 在在纳米级的空间中纳米级的空间中
9、,水的结冰温度是怎样的呢水的结冰温度是怎样的呢?为此为此,科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度,冰柱的冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是。 纳纳米管直径越小米管直径越小,结冰温度越结冰温度越高高典例剖析1.下下图是金属晶体内部电子气理论图图是金属晶体内部电子气理论图:电子气理论可以用来解释金属的性质电子气理论可以用来解释金属的性质,其中正确的是其中正确的是()。A.
10、金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动B.金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞,从而从而发生热的传导发生热的传导C.金属具有延展性是因为在外力的作用下金属具有延展性是因为在外力的作用下,金属阳离子各层金属阳离子各层间会出现相对滑动间会出现相对滑动,但自由电子可以起到润滑的作用但自由电子可以起到润滑的作用,使金属使金属不会断裂不会断裂D.合金与纯金属相比合金与纯金属相比,由于增加了不同的金属或非金属由于增加了不同的金属或非金属,使电使电子数目增多子数目增多,所以合金的延展性比纯金属强
11、所以合金的延展性比纯金属强,硬度比纯金属硬度比纯金属小小C2.根根据表中给出物质的熔点数据据表中给出物质的熔点数据(AlCl3沸点为沸点为260 ),判断判断下列说法错误的是下列说法错误的是()。A.MgO中的离子键比中的离子键比NaCl中的离子键强中的离子键强B.SiCl4晶体是分子晶体晶体是分子晶体C.AlCl3晶体是离子晶体晶体是离子晶体D.晶体硼是晶体硼是共价晶体共价晶体 C3.自然自然界中的晶体主要是过渡晶体界中的晶体主要是过渡晶体,下列晶体最接近离子晶下列晶体最接近离子晶体的是体的是()。A.LiClB.NaClC.NaBrD.KFD4.石石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成
12、的只有墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图一层原子厚度的二维晶体。其结构如图:下列有关说法正确的是下列有关说法正确的是()。A.石墨烯中碳原子的杂化方式为石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化杂化B.石墨烯中平均每个六元碳环含有石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子个碳原子C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键D.石墨烯具有导电石墨烯具有导电性性D学以致用1.根据下列对四种物质的有关性质的叙述根据下列对四种物质的有关性质的叙述,判断其中可能属判断其中可能属于金属晶体的是于金属晶体的是()。A.由分子间作用力结合而成由分子间
13、作用力结合而成,熔点低熔点低B.固体或熔融后易导电固体或熔融后易导电,熔点在熔点在1 000 左右左右C.具有共价键三维骨架结构具有共价键三维骨架结构,熔点高熔点高D.固体和熔融状态不导电固体和熔融状态不导电,但溶于水后可能导但溶于水后可能导电电B2.在金属晶体中在金属晶体中,如果金属原子的价电子数越多如果金属原子的价电子数越多,原子半径越原子半径越小小,自由电子与金属阳离子间的作用力越大自由电子与金属阳离子间的作用力越大,金属的熔、沸点金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属的熔、沸点高低顺序越高。由此判断下列各组金属的熔、沸点高低顺序,其中正其中正确的是确的是()。A.MgAlCaB.Al
14、NaLiC.AlMgCaD.MgBaAlC3.下列性质适合于离子晶体的是下列性质适合于离子晶体的是()。熔点熔点1 070 ,易溶于水易溶于水,水溶液能导电水溶液能导电熔点熔点10.31 ,液态不导电液态不导电,水溶液能导电水溶液能导电能溶于能溶于CS2,熔点熔点112.8 ,沸点沸点444.6 熔点熔点97.81 ,质软质软,导电导电,密度密度0.97 gcm-3熔点熔点-218 ,难溶于水难溶于水熔点熔点3 900 ,硬度很大硬度很大,不导电不导电难溶于水难溶于水,固态时导电固态时导电,升温时导电能力减弱升温时导电能力减弱难溶于水难溶于水,熔点高熔点高,固态时不导电固态时不导电,熔化时导电
15、熔化时导电A.B.C.D.A4.氧化钙在氧化钙在2 973 K时熔化时熔化,而氯化钠在而氯化钠在1 074 K时熔化时熔化,两者两者的离子间距离和晶体结构都类似的离子间距离和晶体结构都类似,有关它们熔点差别较大的有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是原因叙述不正确的是()。A.氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B.氧化钙中氧离子与钙离子之间的作用力更强氧化钙中氧离子与钙离子之间的作用力更强C.氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D.在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下在氧化钙与氯化钠的离子间距离
16、类似的情况下,熔点主要熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决由阴、阳离子所带电荷数的多少决定定C5.据据报道报道,厦门大学科研人员合成了厦门大学科研人员合成了C70Cl10富勒烯足球状分富勒烯足球状分子子,如下图所示。它是由如下图所示。它是由C70分子与分子与Cl2发生加成反应得到的。发生加成反应得到的。在在C70分子中每个碳原子均与周围相邻的其他分子中每个碳原子均与周围相邻的其他3个碳原子相个碳原子相连连,70个碳原子组成若干个正六边形和正五边形个碳原子组成若干个正六边形和正五边形,碳均为碳均为4价。价。下列有关说法中不正确的是下列有关说法中不正确的是()。C70Cl10分子结构分子结构示意
17、图示意图 CA.C70Cl10富勒烯属于过渡晶体富勒烯属于过渡晶体B.C70Cl10富勒烯的熔点比石墨的熔点低富勒烯的熔点比石墨的熔点低C.C70Cl10富勒烯性质更接近于共价晶体富勒烯性质更接近于共价晶体D.C70Cl10富勒烯性质更接近于分子晶富勒烯性质更接近于分子晶体体6.(1)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图所示。如图所示。1 mol石墨烯中含有的六元环个数为石墨烯中含有的六元环个数为(设设NA为阿伏加德罗常数的值为阿伏加德罗常数的值)。 石墨石墨烯烯 0.5NA (2)碳元素形成的单质所属晶体类型可能是碳元素形成的单质所属晶体类型可能是(填填序号序号)。 分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体混合型晶混合型晶体体
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