高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体第2课时习题

第2课时　离子晶体　 过渡晶体与混合型晶体

一、离子晶体

1．结构特点

(1)构成粒子：阳离子和阴离子。

(2)作用力：离子键。

(3)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。

微点拨：大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子。离子晶体中不仅有离子键还存在共价键、氢键等。

2．常见的离子晶体

3.物理性质

(1)硬度较大，难于压缩。

(2)熔点和沸点较高。

(3)固体不导电，但在熔融状态或水溶液时能导电。

　离子晶体是否全由金属元素与非金属元素组成？

[提示]　不一定，如NH4Cl固体是离子晶体但它不含金属元素。

二、过渡晶体与混合型晶体

1．过渡晶体

(1)四类典型的晶体是指分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。

(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。

①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数

从上表可知，表中4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，这些晶体既不是纯粹的离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间的过渡晶体。

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体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。

微点拨：四类典型晶体都有过渡晶体存在。

2．混合型晶体

(1)晶体模型

石墨结构中未参与杂化的p轨道

(2)结构特点——层状结构

①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。

②层与层之间靠范德华力维系。

③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。

(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。

(4)性质：熔点很高、质软、易导电等。

微点拨：石墨为什么具有良好的导电性？

提示：由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有导电性。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)金属晶体和离子晶体的导电实质是一样的 (×)

(2)固态不导电、水溶液能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体

  (×)

(3) Al2O3含有金属元素，属于离子晶体 (×)

(4)石墨为混合晶体，因层间存在分子间作用力，故熔点低于金刚石。

  (×)

2．离子晶体一般不具有的特征是(　　)

A．熔点较高，硬度较大

B．易溶于水而难溶于有机溶剂

C．固体时不能导电

D．离子间距离较大，其密度较大

D　[离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述。]

3．下列7种物质：①白磷(P4)；②水晶；③氯化铵；④氢氧化钙；⑤氟化钠；⑥过氧化钠；⑦石墨。固态下都为晶体，回答下列问题(填写序号)：

(1)不含金属离子的离子晶体是________，只含离子键的离子晶体是________，既有离子键又有非极性键的离子晶体是________，既有离子键又有极性键的离子晶体是________。

(2)既含范德华力，又有非极性键的晶体是________，熔化时既要克服范德华力，又要破坏化学键的是________，熔化时只破坏共价键的是________。

[答案]　(1)③　⑤　⑥　③④　(2)①⑦　⑦　②

离子化合物在我们周围比比皆是。常温下，许多离子化合物都是以晶体形态存在的。

(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？

提示：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。

(2)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？

提示：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。

(3)离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？

提示：不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。

(4)离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？

提示：离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。

1．离子晶体的性质

2.离子晶体的判断

判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。

(1)利用物质的分类

金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。

(2)利用元素的性质和种类

如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。

(3)利用物质的性质

离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。

1．下列性质适合于离子晶体的是(　　)

①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电

②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电

③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃

④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3

⑤熔点－218 ℃，难溶于水

⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电

⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱

⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电

A．①⑧　　　　　 B．②③⑥

C．①④⑦ D．②⑤

A　[离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3 900 ℃，硬度很大，应是共价晶体。故只有①⑧符合题意。]

2．氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，二者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

B．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

D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定

C　[氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，故熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定。]

3．NaCl晶体模型如下图所示：

(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。

(2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。

A．相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和

B．与氯化铯晶体结构相同

C．每个Na＋与6个Cl－作为近邻

[解析]　(1)在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个，因此一个晶胞中共含有4个Na＋，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。

图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。

(2)氯化铯晶体结构呈体心立方堆积，B错误，氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，C正确，相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，A错误。

[答案]　(1)6　6　4　4　12　(2)C

判断物质结构图是否表示晶胞的方法

整块晶体是由完全相同的晶胞“无隙并置”地堆积而成的。“完全相同”包括“化学上等同”——晶胞里原子的数目和种类完全等同；还包括“几何上等同”——晶胞的形状、取向、大小等同，而且原子的排列完全等同。“无隙并置”即一个晶胞与它的相邻晶胞完全共顶角、共面、共棱。晶胞的这种本质属性可归纳为晶胞具有平移性。因此可根据结构图在晶体中是否具有平移性来判断是否表示晶胞。

1．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是(　　)

A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱

B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大

C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电

D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小

C　[离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。]

2．(双选)泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na＋和I－两核间距为1.0～1.5 nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(　　)

A．NaI晶体是过渡晶体

B．离子晶体可能含有共价键

C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键

D．共价键和离子键没有明显的界线

AD　[化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键，共价键和离子键没有明显的界线。]

3．石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　)

①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合晶体；③石墨中的C为sp2杂化；④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2

A．全对　　　　　 B．除⑤外

C．除①④⑤⑥外 D．除⑥⑦⑧外

C　[①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还有一种是金属键；②正确；③正确，石墨中的C为sp2杂化；④不正确，石墨熔点比金刚石高；⑤不正确，石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3；⑥不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑦正确；⑧正确，每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3＝2。]

4．如图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(　　)

(1)　　　(2)　　　(3)　　　(4)

A．图(1)和(3) B．图(2)和(3)

C．图(1)和(4) D．只有图(4)

C　[本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图，C项正确。]

5．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：

(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。

(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。

(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。

[解析]　(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。

[答案]　(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合　 (4)σ　σ　π(或大π或p­pπ)