化学键 晶体结构

考点聚焦

1、理解离子键、共价键的含义。理解极性键和非极性键。了解极性分子和非极性分子。了解分子间作用力。初步了解氢键。

2、了解几种晶体类型(离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体)及其性质。

知识梳理

物质结构的理论是高考的热点之一。要求理解高考资源网原子的组成和结构，同位素，化学键，键的极性，晶体的类型和性质等。考查主要集中在8电子结构判断，电子式的书写，微粒半径的比较，晶体熔沸点高低判断，化学式的推导及有关晶体模型的计算等，在体现基础知识再现的同时，侧重观察、分析、推理能力的考查。近年来，往往从学科前沿或社会热点立意命题，引导学生关注科技发展，关注社会热点。

1.化学键、离子键的概念

化

学

键

定义

晶体或分子内直接相邻的两个或多个原子之间的强烈相互作用，通常叫做化学键。

强烈的体现形式

使原子间形成一个整体，彼此不能发生相对移动，只能在一定平衡位置 振动。破坏这种作用需消耗较大能量。

离

子

键

定义

阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。

本质

阴阳离子间的静电作用

形成条件和原因

稳定的阳离子

活泼金属    MMⁿ⁺

活泼非金属 X^m-       离子键

稳定的阴离子

形成过程表示方法

mM+nX→

影响强度的因素及对物质性质的影响

1.离子半径：离子半径越小，作用越强。含有该键的离子化合物的熔沸点就越高。

2.离子电荷：离子电荷越多，作用越强。含有该键的离子化合物的熔沸点就越高。

2.共价键

定义

原子间通过共用电子对所形成的化学键,叫共价键

形成条件

一般是非金属元素之间形成共价键,成键原子具有未成对电子

本质

成键的两原子核与共用电子对的静电作用.

表示方法

1.电子式:H     HH

2.结构式  H―Cl          H

                      H―N―H 

形成过程

H×+.H

分

类

分类依据：共用电子对是否发生偏移

非极性键

定义：共用电子对不偏于任何一方

特定：存在于同种原子之间   A―A单质、共价化合物、离子化合物、离子化合物中都可能含有此键。

例：Cl₂、H₂O₂、Na₂O₂

极性键

定义：共用电子对偏向成键原子的一方

特点：存在于不同种原子之间   B―A

共价化合物、离子化合物中都可能含有此键

键

参

数

键能

折开1mol共价键所吸收的能量或形成1mol共价键所放出的能量，这个键能就 叫键能。

键能越大，键越牢固，分子越稳定。

键长

两成键原子核之间的平均距离叫键长。

键越短、键能较大，键越牢固，分子越稳定。

键角

分子中相邻的键和键之间的夹高考资源网角叫键角。它决定分子的空间构型和分子的极性

3.极性分子和非极性分子

类别

结构特点

电荷分布特点

分子中的键

判断要点

实例

非极性分子

空间结构特点

正负电荷重心重叠，电子分布均匀

非极性键极性键

空间结构特点

H₂、CO₂、BF₃、CCl₄、C₂H₂、C₂H₄

极性分子

空间结构不对称

正负电荷重心不重叠，由于分布不均匀。

极性键（可能还含有非极性键）

空间结构不对称。

HCl、H₂O、NH₃、CH₃Cl

4.晶体的结构与性质

类型

离子晶体

原子晶体

分子晶体

结构

构成微粒

阴离子、阳离子

原子

分子

作用力

离子键

共价键

分子间作用力

性

质

硬度

较大

很大

很小

熔沸点

较高

很高

很低

传导

固体不导电，溶化或熔于水后导电

一般不导电，有些是半导体。

固体不导电，有些溶于水后导电

溶解性

易溶于极性溶剂

难溶

相似相溶

实例

盐、强碱等

Si、SiO₂、SiC

干冰、纯净磷酸

5.化学键与分子间力的比较

概念

存在范围

强弱比较

性质影响

化学键

相邻的两个或多个原子间强烈的相互作用

分子内或晶体内

键能一般120-800KL/mol

主要影响分子的化学性质。

分子间力

物质的分子间存在的微弱的相互作用

分子间

约几个或数十KJ/mol

主要影响物质的物理性质

六、如何比较物质的熔、沸点

1.由晶体结构来确定.首先分析物质所属的晶体类型,其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高

  低的决定因素.

① 一般规律:原子晶体＞离子晶体＞分子晶体

   如:SiO₂＞NaCl＞CO₂(干冰)

② 同属原子晶体，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高.

   如:金刚石＞金刚砂＞晶体硅

③ 同类型的离子晶体,离子电荷数越大,阴、阳离子核间距越小,则离子键越牢固,晶体的

   熔、沸点一般越高.

   如:MgO＞NaCl

④ 分子组成和结构相似的分子晶体,一般分子量越大,分子间作用力越强,晶体熔、沸点越

   高.

   如:F₂＜Cl₂＜Br₂＜I₂ www .ks5 u.c om

⑤ 金属晶体:金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属键越强,熔、沸点越高.

   如:Na＜Mg＜Al

2.根据物质在同条件下的状态不同.

     一般熔、沸点:固＞液＞气.

如果常温下即为气态或液态的物质,其晶体应属分子晶体(Hg除外).如惰性气体,虽然构成物质的微粒为原子,但应看作为单原子分子.因为相互间的作用为范德华力,而并非共价键.

试题枚举

1．（2008全国Ⅰ卷）下列化合物，按其品体的熔点由高到低排列正确的是（    ）

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

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

解析：物质的熔点的高低与晶体的类型有关，一般来说：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体；即：SiO₂＞CsCl＞CBr₄、CF₄。当晶体的类型相同时，原子晶体与原子半径有关；离子晶体与离子的半径和离子所带的电荷有关；分子晶体当组成高考资源网和结构相似时，与相对分子质量的大小有关，一般来说，相对分子质量大的，熔点高，即CBr₄＞CF₄。

答案：A。

点评：① 一般规律:原子晶体＞离子晶体＞分子晶体

② 同属原子晶体，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高.

③ 同类型的离子晶体,离子电荷数越大,阴、阳离子核间距越小,则离子键越牢固,晶体的

   熔、沸点一般越高.

④ 分子组成和结构相似的分子晶体,一般分子量越大,分子间作用力越强,晶体熔、沸点越

   高.

例2．（2008全国Ⅰ卷）下列叙述中正确的是（    ）

A．NH₃、CO、CO₂都是极性分子

B．CH₄、CCl₄都是含有极性键的非极性分子

C．HF、HCl、HBr、Hl的稳定性依次增强

D．CS₂、H₂O、C₂H₂都是直线型分子

解析：分子的极性一般与物质的空间结构有关，空间结构对称，这属于非极性分子，反之属于极性分子，对于AB_n分子，其经验规则是中心原子A的化合价的绝对值若等于最外层电子数，则属于非极性分子，反之属于极性分子。当然根据分子的极性也可以判断它的空间结构。键的极性只与是否属于同种非金属有关，而物质的稳定性当结构相似的条件下，与原子半径有关。所以选项A中CO₂属于非极性分子；选项C中HF、HCl、HBr、HI的稳定性减弱；选项D中的H₂O属于V型结构。

答案：B。

点评：极性分子和非极性分子的判断和分子的稳定性始终是高考的热点和焦点。解答此类问题一定要根据规律逐步判断，各个击破。

例3(2008 海南)在硼酸[B(OH)₃]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是:

A．SP，范德华力  B．sp²，范德华力  C．sp²，氢键    D．sp³，氢键

解析：本题主要考查了物质结构作用力的本质及其应用，中等难度。在硼酸的晶体中，每个硼原子用3个sp²杂化轨道与3个氢氧根中的氧原子以共价键相结合，每个氧原子除以共价被与一个硼原于和一个氢原子相结合外，还通过每个氧原子除以共价被与一个硼原于和一个氢原子相结合外，还通过氢键同另一个硼酸分子中的氢原于结合成片层结构。综上所述，本题正确答案为C。

答案：C

例4(2008 海南)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是:

 A．最易失去的电子能量最高

 B．电离能最小的电子能量最高

 C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量

 D．在离核最近区域内运动的电子能量最低

解析：本题主要考查了物质结构中原子核外电子能量大小比较及其应用，较易。最易失去的电子能量最高，电离能最小的电子能量最高，在离核最近区域内运动的电子能量最低，选项ABD均正确。p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量，所以C错误。综上所述，本题正确答案为C。

答案：C

例5(2008 海南)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的:

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

解析：本题主要考查了晶体结构的计算及其应用，较易。根据晶体结构的计算方法可知，一个Z原子，X原子为8*1/8（被8个晶胞共有）=1，Y原子为12*1/4（被4个晶胞共有）=3。所以化学式为ZXY₃  ，综上所述，本题正确答案为A。

答案：A

例6、（2008山东）

氮是地球上极为丰富的元素。

( 1 ) Li₃N 晶体中氮以 N^-3存在，基态N^-3的电子排布式为＿。

( 2 ) 的键能为 942 kJ?mol^-1 , N－N 单键的键能为 247kJ?mol^-1，计算说明N₂ 中

的   键比＿键稳定（填“σ ”或“π ”）。

( 3 ) ( CH₃ )₃ NH⁺ 和AlCl₄^-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于 100 ℃ ，其挥发性一般比有机溶剂＿（填“大”或“小” ) ，可用作＿（填代号）。

a ．助燃剂

b . “绿色”溶剂  

c ．复合材料

d ．绝热材料

( 4 ) x⁺中所有电子正好充满 K 、 L 、 M 三个电子层，它

与 N^3-形成的晶体结构如图所示。 X的元素符号是＿，与同一个N^3-相连的 x⁺今有＿个。

解析：本题主要考查物质结构的原理及其应用，较难。

⑴基态N^3―核外电子数目是10，根据核外电子排布规律推断，电子排布式为：1s²2s²2p⁶。

⑵根据题给数据可知，N―N单键即σ键的键能为247kJ/mol，N≡N的键能为942kJ/mol，其中包含一个σ键和两个π键，则π键的键能是（942-247）/2=347.5kJ/mol，键能越大，化学键越稳定，由数据可以判断π键比σ键稳定。

⑶有机溶剂多是共价化合物，二离子液体由阴、阳离子组成，则其性质应与离子晶体相似，挥发性小于共价化合物，有导热性。题给离子液体中不含氧，则其不助燃，其属于无机物，一般不用做复合材料，选b。

⑷已知X⁺所有电子正好充满K（2个）、L（8个）、M层（18个），则其电子总数为：28，则X原子的核外电子数目是29，故核电荷数是29，是铜元素的原子；根据题给图示晶体结构可知，N^3―位于小立方体的顶点上，Cu⁺位于正方体每条棱的中点上，则与同一个N^3―相连的Cu⁺有6个。

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