4．晶体类型与性质

3．思考：非极性键是否只存在于单质分子中？

2.共价键的极性与分子的极性

[例4]　 图4-1是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为_______。原硅酸根离子SiO₄^4-的结构如图4-2所示，二聚硅酸根离子Si₂O₇^6-中，只有硅氧键，它的结构可表示为_______。

[解析]　 由图4-1可以看出：每个硅原子周围结合4个氧原子，同时每个氧原子跟2个硅原子结合，因此二氧化硅晶体(石英)是由氧、硅原子按原子个数1∶2组成的立体空间网状结构的原子晶体。Si₂O₇^6-只有硅氧键，根据SiO₄^4-的结构图可得Si₂O₇^6-的结构图见图4-3。

　　 [例5]　 (1)中学化学教材中图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO(氧化镍)晶体的结构与NaCl相同，Ni²⁺与最邻近O^2-的核间距离为a×10^-8cm，计算NiO晶体的密度(已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol)。

　　 (2)天然和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某氧化镍晶体中就存在如图4-4所示的缺陷：一个Ni²⁺空缺，另有两个Ni²⁺被两个Ni³⁺所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni_0.97O，试计算该晶体中Ni³⁺与Ni²⁺的离子数之比。

　　 [解析]　 晶胞中阴、阳离子个数的确定通常采用“原子分割法”，具体如下：①处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞；②处于棱上的离子，同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞；③处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞；④处于内部的1个离子，则完全属于该晶胞，该离子数目为1。要确定NiO的密度，就应确定单位体积中NiO分子的个数，再结合NiO的摩尔质量求算出该晶体中NiO的质量，最后求出密度。本题解答如下：

(1)如图4-5所示，以立方体作为计算单元，此结构中含有Ni²⁺-O^2-离子数为：4×=(个)，所以1 mol NiO晶体中应含有此结构的数目为6.02×10²³÷=12.04×10²³(个)，又因一个此结构的体积为(a×10^-8cm)³，所以1 mol NiO的体积应为12.04×10²³×(a×10^-8)cm³，NiO的摩尔质量为74.7g/mol，所以NiO晶体的密度为=(g/cm³)

(2)解法一(列方程)：设1 mol Ni_0.97O中含Ni³⁺为 x mol，Ni²⁺为y mol，则得

解得x=0.06,y=0.91，故n(Ni³⁺)∶n(Ni²⁺)=6∶91

　　 解法二(十字交叉)：由化学式Ni_0.97O求出Ni的平均化合价为2/0.97，则有

故n(Ni³⁺)∶n(Ni²⁺)=6∶91。

基础知识

1．化学键

化　　　　　 定义 学 键　　 类型	相邻的原子之间强烈的相互作用 　 离子键　　　　　　　　　　　　　　　 共价键
概念	间通过　　　 形成的化学键	间通过　　　　 (电子云重叠)所形成的化学键
成键微粒
作用方式
实例	CaCl2、Na2O2、NaOH、NaH	Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3
用电子式表示形成过程	MgCl2:	N2: CO2:

　　 [例3]　 碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是

　　 A.①③②　　　 B.②③①　　　 C.③①②　　　 D.②①③

[解析]　 由于题给的三种物质都属于原子晶体，而且结构相似都是正四面体形的空间网状结构，所以晶体的熔点由微粒间的共价键强弱决定，这里共价键强弱主要由键长决定，可近似地看作是成键原子的半径之和，由于硅的原子半径大于碳原子，所以键的强弱顺序为C-C>C-Si>Si-Si，熔点由高到低的顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。本题正确答案为A。

　　 [例1]　 下列叙述正确的是

　　 A.P₄和NO₂都是共价化合物

　　 B.CCl₄和NH₃都是以极性键结合的极性分子

　　 C.在CaO和SiO₂ 晶体中，都不存在单个小分子

　　 D.甲烷的结构式：是对称的平面结构，所以是非极性分子

[解析]　 P₄和NO₂分子中都含有共价键，但P₄是单质，故选项A错误。CCl₄是含有极性键的非极性分子，故选项B错误。原子晶体、离子晶体和金属晶体中不存在小分子，只有分子晶体中才存在小分子，故选项C正确。甲烷分子为正四面体形的非极性分子，故选项D错误。本题正确答案为C。

　　 [例2]　 关于化学键的下列叙述中，正确的是

　　 A.离子化合物可能含共价键　　　　　　　 B.共价化合物可能含离子键

　　 C.离子化合物中含离子键　　　　　　　　 D.共价化合物中不含离子键

[解析]　 凡含有离子键的化合物不管是否含有共价键，一定属于离子化合物，所以共价化合物中不可能含有离子键。本题正确答案为ACD。

3．“相似相溶”规律

　　 极性分子组成的溶质易溶于由极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于由非极性分子组成的溶剂。

思维技巧点拨

2．物质溶沸点的比较

(1)不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体

(2)同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。

①离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。

②分子晶体：对于同类分子晶体，式量越大，则熔沸点越高。

③原子晶体：键长越小、键能越大，则熔沸点越高。

(3)常温常压下状态

①熔点：固态物质>液态物质

②沸点：液态物质>气态物质

1．分类

表4-6各种晶体类型的比较

3．分子极性的判断

(1)只含有非极性键的单质分子是非极性分子。

(2)含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。

(3)含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。

注意：判断AB_n型分子可参考使用以下经验规律：①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，若不等则为极性分子；②若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对)则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。