化學(xué)鍵 晶體結(jié)構(gòu)

考點(diǎn)聚焦

1、理解離子鍵、共價(jià)鍵的含義。理解極性鍵和非極性鍵。了解極性分子和非極性分子。了解分子間作用力。初步了解氫鍵。

2、了解幾種晶體類型(離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體)及其性質(zhì)。

知識(shí)梳理

物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論是高考的熱點(diǎn)之一。要求理解高考資源網(wǎng)原子的組成和結(jié)構(gòu)，同位素，化學(xué)鍵，鍵的極性，晶體的類型和性質(zhì)等�？疾橹饕�集中在8電子結(jié)構(gòu)判斷，電子式的書寫，微粒半徑的比較，晶體熔沸點(diǎn)高低判斷，化學(xué)式的推導(dǎo)及有關(guān)晶體模型的計(jì)算等，在體現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)再現(xiàn)的同時(shí)，側(cè)重觀察、分析、推理能力的考查。近年來，往往從學(xué)科前沿或社會(huì)熱點(diǎn)立意命題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技發(fā)展，關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)。

1.化學(xué)鍵、離子鍵的概念

化

學(xué)

鍵

定義

晶體或分子內(nèi)直接相鄰的兩個(gè)或多個(gè)原子之間的強(qiáng)烈相互作用，通常叫做化學(xué)鍵。

強(qiáng)烈的體現(xiàn)形式

使原子間形成一個(gè)整體，彼此不能發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，只能在一定平衡位置 振動(dòng)。破壞這種作用需消耗較大能量。

離

子

鍵

定義

陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵叫做離子鍵。

本質(zhì)

陰陽離子間的靜電作用

形成條件和原因

穩(wěn)定的陽離子

活潑金屬    MMⁿ⁺

活潑非金屬 X^m-       離子鍵

穩(wěn)定的陰離子

形成過程表示方法

mM+nX→

影響強(qiáng)度的因素及對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響

1.離子半徑：離子半徑越小，作用越強(qiáng)。含有該鍵的離子化合物的熔沸點(diǎn)就越高。

2.離子電荷：離子電荷越多，作用越強(qiáng)。含有該鍵的離子化合物的熔沸點(diǎn)就越高。

2.共價(jià)鍵

定義

原子間通過共用電子對(duì)所形成的化學(xué)鍵,叫共價(jià)鍵

形成條件

一般是非金屬元素之間形成共價(jià)鍵,成鍵原子具有未成對(duì)電子

本質(zhì)

成鍵的兩原子核與共用電子對(duì)的靜電作用.

表示方法

1.電子式:H     HH

2.結(jié)構(gòu)式  H―Cl          H

                      H―N―H 

形成過程

H×+.H

分

類

分類依據(jù)：共用電子對(duì)是否發(fā)生偏移

非極性鍵

定義：共用電子對(duì)不偏于任何一方

特定：存在于同種原子之間   A―A單質(zhì)、共價(jià)化合物、離子化合物、離子化合物中都可能含有此鍵。

例：Cl₂、H₂O₂、Na₂O₂

極性鍵

定義：共用電子對(duì)偏向成鍵原子的一方

特點(diǎn)：存在于不同種原子之間   B―A

共價(jià)化合物、離子化合物中都可能含有此鍵

鍵

參

數(shù)

鍵能

折開1mol共價(jià)鍵所吸收的能量或形成1mol共價(jià)鍵所放出的能量，這個(gè)鍵能就 叫鍵能。

鍵能越大，鍵越牢固，分子越穩(wěn)定。

鍵長

兩成鍵原子核之間的平均距離叫鍵長。

鍵越短、鍵能較大，鍵越牢固，分子越穩(wěn)定。

鍵角

分子中相鄰的鍵和鍵之間的夾高考資源網(wǎng)角叫鍵角。它決定分子的空間構(gòu)型和分子的極性

3.極性分子和非極性分子

類別

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電荷分布特點(diǎn)

分子中的鍵

判斷要點(diǎn)

實(shí)例

非極性分子

空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

正負(fù)電荷重心重疊，電子分布均勻

非極性鍵極性鍵

空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

H₂、CO₂、BF₃、CCl₄、C₂H₂、C₂H₄

極性分子

空間結(jié)構(gòu)不對(duì)稱

正負(fù)電荷重心不重疊，由于分布不均勻。

極性鍵（可能還含有非極性鍵）

空間結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。

HCl、H₂O、NH₃、CH₃Cl

4.晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

類型

離子晶體

原子晶體

分子晶體

結(jié)構(gòu)

構(gòu)成微粒

陰離子、陽離子

原子

分子

作用力

離子鍵

共價(jià)鍵

分子間作用力

性

質(zhì)

硬度

較大

很大

很小

熔沸點(diǎn)

較高

很高

很低

傳導(dǎo)

固體不導(dǎo)電，溶化或熔于水后導(dǎo)電

一般不導(dǎo)電，有些是半導(dǎo)體。

固體不導(dǎo)電，有些溶于水后導(dǎo)電

溶解性

易溶于極性溶劑

難溶

相似相溶

實(shí)例

鹽、強(qiáng)堿等

Si、SiO₂、SiC

干冰、純凈磷酸

5.化學(xué)鍵與分子間力的比較

概念

存在范圍

強(qiáng)弱比較

性質(zhì)影響

化學(xué)鍵

相鄰的兩個(gè)或多個(gè)原子間強(qiáng)烈的相互作用

分子內(nèi)或晶體內(nèi)

鍵能一般120-800KL/mol

主要影響分子的化學(xué)性質(zhì)。

分子間力

物質(zhì)的分子間存在的微弱的相互作用

分子間

約幾個(gè)或數(shù)十KJ/mol

主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)

六、如何比較物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)

1.由晶體結(jié)構(gòu)來確定.首先分析物質(zhì)所屬的晶體類型,其次抓住決定同一類晶體熔、沸點(diǎn)高

  低的決定因素.

① 一般規(guī)律:原子晶體＞離子晶體＞分子晶體

   如:SiO₂＞NaCl＞CO₂(干冰)

② 同屬原子晶體，一般鍵長越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，晶體的熔、沸點(diǎn)越高.

   如:金剛石＞金剛砂＞晶體硅

③ 同類型的離子晶體,離子電荷數(shù)越大,陰、陽離子核間距越小,則離子鍵越牢固,晶體的

   熔、沸點(diǎn)一般越高.

   如:MgO＞NaCl

④ 分子組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,一般分子量越大,分子間作用力越強(qiáng),晶體熔、沸點(diǎn)越

   高.

   如:F₂＜Cl₂＜Br₂＜I₂ www .ks5 u.c om

⑤ 金屬晶體:金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多,原子半徑越小,金屬鍵越強(qiáng),熔、沸點(diǎn)越高.

   如:Na＜Mg＜Al

2.根據(jù)物質(zhì)在同條件下的狀態(tài)不同.

     一般熔、沸點(diǎn):固＞液＞氣.

如果常溫下即為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì),其晶體應(yīng)屬分子晶體(Hg除外).如惰性氣體,雖然構(gòu)成物質(zhì)的微粒為原子,但應(yīng)看作為單原子分子.因?yàn)橄嗷ラg的作用為范德華力,而并非共價(jià)鍵.

試題枚舉

1．（2008全國Ⅰ卷）下列化合物，按其品體的熔點(diǎn)由高到低排列正確的是（    ）

A．SiO₂  CaCl   CBr₄    CF₂           B．SiO₂   CsCl   CF₄   CBr₄

C．CsCl   SiO₂   CBr₄   CF₄                  D．CF₄    CBr₄   CsCl  SiO₂

解析：物質(zhì)的熔點(diǎn)的高低與晶體的類型有關(guān)，一般來說：原子晶體＞離子晶體＞分子晶體；即：SiO₂＞CsCl＞CBr₄、CF₄。當(dāng)晶體的類型相同時(shí)，原子晶體與原子半徑有關(guān)；離子晶體與離子的半徑和離子所帶的電荷有關(guān)；分子晶體當(dāng)組成高考資源網(wǎng)和結(jié)構(gòu)相似時(shí)，與相對(duì)分子質(zhì)量的大小有關(guān)，一般來說，相對(duì)分子質(zhì)量大的，熔點(diǎn)高，即CBr₄＞CF₄。

答案：A。

點(diǎn)評(píng)：① 一般規(guī)律:原子晶體＞離子晶體＞分子晶體

② 同屬原子晶體，一般鍵長越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，晶體的熔、沸點(diǎn)越高.

③ 同類型的離子晶體,離子電荷數(shù)越大,陰、陽離子核間距越小,則離子鍵越牢固,晶體的

   熔、沸點(diǎn)一般越高.

④ 分子組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,一般分子量越大,分子間作用力越強(qiáng),晶體熔、沸點(diǎn)越

   高.

例2．（2008全國Ⅰ卷）下列敘述中正確的是（    ）

A．NH₃、CO、CO₂都是極性分子

B．CH₄、CCl₄都是含有極性鍵的非極性分子

C．HF、HCl、HBr、Hl的穩(wěn)定性依次增強(qiáng)

D．CS₂、H₂O、C₂H₂都是直線型分子

解析：分子的極性一般與物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，空間結(jié)構(gòu)對(duì)稱，這屬于非極性分子，反之屬于極性分子，對(duì)于AB_n分子，其經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是中心原子A的化合價(jià)的絕對(duì)值若等于最外層電子數(shù)，則屬于非極性分子，反之屬于極性分子。當(dāng)然根據(jù)分子的極性也可以判斷它的空間結(jié)構(gòu)。鍵的極性只與是否屬于同種非金屬有關(guān)，而物質(zhì)的穩(wěn)定性當(dāng)結(jié)構(gòu)相似的條件下，與原子半徑有關(guān)。所以選項(xiàng)A中CO₂屬于非極性分子；選項(xiàng)C中HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性減弱；選項(xiàng)D中的H₂O屬于V型結(jié)構(gòu)。

答案：B。

點(diǎn)評(píng)：極性分子和非極性分子的判斷和分子的穩(wěn)定性始終是高考的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。解答此類問題一定要根據(jù)規(guī)律逐步判斷，各個(gè)擊破。

例3(2008 海南)在硼酸[B(OH)₃]分子中，B原子與3個(gè)羥基相連，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)。則分子中B原子雜化軌道的類型及同層分子間的主要作用力分別是:

A．SP，范德華力  B．sp²，范德華力  C．sp²，氫鍵    D．sp³，氫鍵

解析：本題主要考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)作用力的本質(zhì)及其應(yīng)用，中等難度。在硼酸的晶體中，每個(gè)硼原子用3個(gè)sp²雜化軌道與3個(gè)氫氧根中的氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，每個(gè)氧原子除以共價(jià)被與一個(gè)硼原于和一個(gè)氫原子相結(jié)合外，還通過每個(gè)氧原子除以共價(jià)被與一個(gè)硼原于和一個(gè)氫原子相結(jié)合外，還通過氫鍵同另一個(gè)硼酸分子中的氫原于結(jié)合成片層結(jié)構(gòu)。綜上所述，本題正確答案為C。

答案：C

例4(2008 海南)在基態(tài)多電子原子中，關(guān)于核外電子能量的敘述錯(cuò)誤的是:

 A．最易失去的電子能量最高

 B．電離能最小的電子能量最高

 C．p軌道電子能量一定高于s軌道電子能量

 D．在離核最近區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最低

解析：本題主要考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)中原子核外電子能量大小比較及其應(yīng)用，較易。最易失去的電子能量最高，電離能最小的電子能量最高，在離核最近區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量最低，選項(xiàng)ABD均正確。p軌道電子能量不一定高于s軌道電子能量，所以C錯(cuò)誤。綜上所述，本題正確答案為C。

答案：C

例5(2008 海南)已知X、Y、Z三種元素組成的化合物是離子晶體，其晶胞如圖所示，則下面表示該化合物的化學(xué)式正確的:

A、ZXY₃     B、ZX₂Y₆     C、ZX₄Y₈     D、ZX₈Y₁₂

解析：本題主要考查了晶體結(jié)構(gòu)的計(jì)算及其應(yīng)用，較易。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法可知，一個(gè)Z原子，X原子為8*1/8（被8個(gè)晶胞共有）=1，Y原子為12*1/4（被4個(gè)晶胞共有）=3。所以化學(xué)式為ZXY₃  ，綜上所述，本題正確答案為A。

答案：A

例6、（2008山東）

氮是地球上極為豐富的元素。

( 1 ) Li₃N 晶體中氮以 N^-3存在，基態(tài)N^-3的電子排布式為＿。

( 2 ) 的鍵能為 942 kJ?mol^-1 , N－N 單鍵的鍵能為 247kJ?mol^-1，計(jì)算說明N₂ 中

的   鍵比＿鍵穩(wěn)定（填“σ ”或“π ”）。

( 3 ) ( CH₃ )₃ NH⁺ 和AlCl₄^-可形成離子液體。離子液體由陰、陽離子組成，熔點(diǎn)低于 100 ℃ ，其揮發(fā)性一般比有機(jī)溶劑＿（填“大”或“小” ) ，可用作＿（填代號(hào)）。

a ．助燃劑

b . “綠色”溶劑  

c ．復(fù)合材料

d ．絕熱材料

( 4 ) x⁺中所有電子正好充滿 K 、 L 、 M 三個(gè)電子層，它

與 N^3-形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。 X的元素符號(hào)是＿，與同一個(gè)N^3-相連的 x⁺今有＿個(gè)。

解析：本題主要考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原理及其應(yīng)用，較難。

⑴基態(tài)N^3―核外電子數(shù)目是10，根據(jù)核外電子排布規(guī)律推斷，電子排布式為：1s²2s²2p⁶。

⑵根據(jù)題給數(shù)據(jù)可知，N―N單鍵即σ鍵的鍵能為247kJ/mol，N≡N的鍵能為942kJ/mol，其中包含一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵，則π鍵的鍵能是（942-247）/2=347.5kJ/mol，鍵能越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定，由數(shù)據(jù)可以判斷π鍵比σ鍵穩(wěn)定。

⑶有機(jī)溶劑多是共價(jià)化合物，二離子液體由陰、陽離子組成，則其性質(zhì)應(yīng)與離子晶體相似，揮發(fā)性小于共價(jià)化合物，有導(dǎo)熱性。題給離子液體中不含氧，則其不助燃，其屬于無機(jī)物，一般不用做復(fù)合材料，選b。

⑷已知X⁺所有電子正好充滿K（2個(gè)）、L（8個(gè)）、M層（18個(gè)），則其電子總數(shù)為：28，則X原子的核外電子數(shù)目是29，故核電荷數(shù)是29，是銅元素的原子；根據(jù)題給圖示晶體結(jié)構(gòu)可知，N^3―位于小立方體的頂點(diǎn)上，Cu⁺位于正方體每條棱的中點(diǎn)上，則與同一個(gè)N^3―相連的Cu⁺有6個(gè)。

答案：32  ( l ) 1s²2s²2p⁶     ( 2 )π  σ  ( 3 ）小    b ( 4 ) Cu     6