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文档介绍
2020版高考化学（苏教版）一轮复习微粒间作用力与物质性质学案
第二单元 微粒间作用力与物质性质 考纲定位 核心素养 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中微粒结构、微粒间作用力的区别。 3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。 4.了解分子晶体结构与性质的关系。 5.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。 7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 8.了解共价键的形成、分类及其三个参数。 1.微观探析——从微观角度认识不同类型晶体的组成粒子，空间分布特点，理解“结构决定性质”的观念。 2.模型认知——根据典型物质的晶体晶胞结构模型推测各类物质的晶体晶胞结构。 3.证据推理——根据晶胞参数进行晶体密度、粒子空间利用率的有关计算。 4.宏观辨识——根据晶体的不同类型分析判断晶体的有关性质(如熔沸点、硬度等)。 考点一| 晶胞及其微观计算 1．晶胞 能够反映晶体结构特征的基本重复单位称为晶胞。 2．晶胞为平行六面体中粒子数的计算——均摊法 [深度归纳] 其他结构单元的粒子数的计算分析 (1)三棱柱 (2)六棱柱 下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。 A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－) B．干冰(含________个CO2) C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－) D．金刚石(含________个C) E．体心立方(含________个原子) F．面心立方(含________个原子) 答案：A.4 4 B．4 C．4 8 D．8 E．2 F．4 考法1 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断 1．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞： 试写出： (1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。 (4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为________。 答案：(1)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12 2．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。 解析：能量越低越稳定，故更稳定的Cu替代型为Cu替代a位置，故晶胞中Cu为1个，Fe为3个，N为1个，故化学式为Fe3CuN。 答案：Fe3CuN 考法2 晶体密度、晶胞参数和空间利用率的计算 3．(2018·全国卷Ⅰ，T35(5))Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________ g·cm－3(列出计算式)。 解析：1个氧化锂晶胞含O的个数为8×＋6×＝4，含Li的个数为8,1 cm＝107 nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为 g·cm－3。 答案： 4．(2018·惠州二模，节选)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为________ g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。 解析：该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为6× g，又该晶胞的体积为a×10－7×a×10－7××6×c×10－7，所以该钛晶体的密度为 g·cm－3。 答案： 5．(2018·唐山统考)NiO的立方晶体结构如图所示，则O2－填入Ni2＋构成的________(填“正四面体”“正八面体”“立方体”或“压扁八面体”)空隙。NiO晶体的密度为ρ g·cm－3，Ni2＋和O2－的半径分别为r1 pm和r2 pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。 解析：1个O2－周围有6个距其最近且距离相等的Ni2＋，分别在 O2－的上、下、左、右、前、后，其构成了正八面体。运用均摊法，每个晶胞中含有4个Ni2＋、4个O2－，晶胞的体积为 g÷ρ g·cm－3＝ cm3，原子的体积为[ π(r1×10－10 cm)3＋ π(r2×10－10 cm)3]×4＝π(r＋r)×10－30 cm3，故该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为π(r＋r)×10－30 cm3÷ cm3×100%＝×100%。 答案：正八面体 ×100% (1)晶胞计算公式(立方晶胞) a3ρNA＝nM(a：棱长，ρ：密度，NA：阿伏加德罗常数的值，n：1 mol 晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量，M：组成的摩尔质量)。 (2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a) ①面对角线长＝ (2)a。 ②体对角线长＝ (3)a。 ③体心立方堆积4r＝ (3)a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝ (2)a(r为原子半径) (3)空间利用率＝。 考点二| 共价键及其键参数 1．共价键的实质与分类 (1)共价键的本质与特征 ①本质：在原子之间形成共用电子对。 ②特征：具有方向性和饱和性。如O与H形成2个O—H 共价键且共价键夹角为105°。 (2)共价键的常见分类 分类依据 类型及特点 形成共价键的原 子轨道重叠方式 σ键 原子轨道“头碰头”重叠 π键 原子轨道“肩并肩”重叠 形成共价键的电 子对是否偏移 极性键 共用电子对发生偏移 非极性键 共用电子对不发生偏移 [深度归纳] 大π键的简介 (1)简介：大π键一般是三个或更多个原子间形成的，是未杂化轨道中原子轨道“肩并肩”重叠形成的π键。 (2)表达式：Π m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数。 (3)一般判断：对于多电子的粒子，若中心原子的杂化不是sp3杂化，中心原子与配位原子可能形成大π键。 (4)示例：Π，CH2===CH—CH===CH2：Π，NO：Π，SO2：Π，O3：Π，CO：Π。 2．共价键的键参数 (1)定义 ①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。 ②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。 ③键角：两个共价键之间的夹角。 (2)键参数对分子性质的影响 键能越大，键长越短，分子越稳定。 (3)利用键能(E)计算ΔH的公式ΔH＝E(反应物)—E(生成物)。 [深度归纳] σ、π键的理解 (1)σ、π键的计算方法：单键只有一个σ键；双键是一个σ键一个π键；叁键是一个σ键两个π键。 (2)当成键原子半径越大，π键越难形成，如Si、O难形成双键。 (3)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定。 (4)并不是所有的共价键都有方向性，如ss σ键没有方向性。 (5)原子形成共价键时优先形成σ键。 有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥CH4，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(HCN)，只含有极性键的是________；只含有非极性键的是________；既有极性键，又有非极性键的是________；只有σ键的是________；既有σ键又有π键的是________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________。 答案：①③⑥⑨ ②④⑦ ⑤⑧ ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ 考法1 共价键的分类 1．已知N—N、N==N和NN键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而 C—C、C==C、CC键能之比为1.00∶1.77∶2.34。下列说法正确的是 ( ) A．σ键一定比π键稳定 B．N2较易发生加成 C．乙烯、乙炔较易发生加成 D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定 C [N≡N、N==N中π键比σ键稳定，难发生加成，C==C、C C中π键比σ键弱，较易发生加成。] 2．计算1 mol下列粒子中σ键和π键数目(用NA表示) (1)CO2________、 ________。 (2)NCl3________ 、________。 (3)COCl2()________、________。 (4)[Cu(NH3)4]2＋________、________。 (5)CN－________、________。 (6)C2H5OH________、________。 (7)CH3CHO________、 ________。 答案：(1)2NA 2NA (2)3NA 0NA (3)3NA 1NA (4)16NA 0NA (5)1NA 2NA (6)8NA 0NA (7)6NA 1NA 考法2 共价键的键参数及其应用 3．结合事实判断CO和N2相对更活泼的是________，试用下表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：_____________________________ ______________________________________________________________ ___________________________________________________________。 CO C—O C===O C≡O 键能/(kJ·mol－1) 357.7 798.9 1 071.9 N2 N—N N===N N≡N 键能/(kJ·mol－1) 154.8 418.4 941.7 解析：由断开CO的第一个化学键所需要的能量[1 071.9－798.9＝ 273.0 (kJ·mol－1)]比断开N2的第一个化学键所需要的能量[941.7－418.4＝523.3(kJ·mol－1)]小，可知CO相对更活泼。 答案：CO 断开CO的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJ·mol－1)比断开N2的第一个化学键所需要的能量(523.3 kJ·mol－1)小 4．已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH＝a kJ·mol－1，P4 (g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝b kJ·mol－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2c kJ·mol－1。则Cl—Cl键的键能为______ kJ·mol－1，P—P键的键能为______ kJ·mol－1。 解析：根据盖斯定律可得Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g) ΔH＝(b－a)/4 kJ·mol－1，故＝E(Cl—Cl)＋3×1.2c－5c，E(Cl—Cl)＝ kJ·mol－1。 由a＝6E(P—P)＋6×－12×1.2c 可求E(P—P)＝ kJ·mol－1。 答案： 考点三| 常见晶体模型的微观结构分析 1．原子晶体——金刚石与SiO2 (1)①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是6元环。每个C被12个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C有2 mol。 ②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。每个晶胞含有8个C。 (2)SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。 2．分子晶体——干冰和冰 (1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12 个，属于分子密堆积。晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。 (2)冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 2 mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有8个H2O。 3．金属晶体的常见堆积 结构型式 常见金属 配位数 晶胞 面心立方最密堆积(铜型) Cu、Ag、Au 12 体心立方堆积 Na、K、Fe 8 六方最密堆积(镁型) Mg、Zn、Ti 12 简单立方堆积 Po 6 4．离子晶体 (1)NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。 (2)CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个 Cl－，配位数为8。 (3)CaF2型：在晶体中，F－的配位数为4，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个Ca2＋，含8个F－。晶胞中Ca2＋在体对角线的处。 5．石墨晶体——混合型晶体 (1)石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力。 (2)平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。 (3)在每层内存在共价键和金属键。 (4)C—C的键长比金刚石的C—C键长短，熔点比金刚石的高。 (5)能导电。晶体中每个C形成3个共价键，C的另一价电子在电场作用下可移动，形成电流。 考法☆ 晶体的微观结构 1．(2015·全国卷Ⅰ，节选)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： (1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。 (2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。 解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。 (2)由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3 杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。 答案：(1)3 2 (2)12 4 2．D与E所形成化合物晶体的晶胞如图所示。 (1)在该晶胞中，E的配位数为________。 (2)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数a为(0,0,0)；b为；c为。则d的坐标参数为________。 答案：(1)4 (2) 3．过氧化钙晶体的晶胞结构如图所示，已知该晶胞的密度是ρ g·cm－3，则晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为________________nm(列算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的数值)，与Ca2＋紧邻O的个数为________。 解析：根据过氧化钙晶体的晶胞结构，晶胞中含有Ca2＋的数目为8×＋6×＝4，含有O的数目为12×＋1＝4，设晶胞的边长为x，则晶胞的密度是 ρ g·cm－3＝，解得x＝ cm＝×107 nm，因此晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为面对角线的一半＝××107 nm，与Ca2＋紧邻O的个数为6个。 答案：107×× 6 4．(2017·全国卷Ⅰ，节选)(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为________nm，与K紧邻的O个数为________。 (2)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。 解析：(1)K与O间的最短距离为a＝×0.446 nm≈0.315 nm；由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与K紧邻的O原子为12个。 (2)根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如下图，可看出K处于体心，O处于棱心。 答案：(1)0.315 12 (2)体心 棱心 考点四| 四种晶体及粒子间作用力 1．四种晶体类型比较 类型 比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 分子 原子 金属阳离子 和自由电子 阴、阳离子 粒子间的 相互作用力 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 硬度 较小 很大 有的很大， 有的很小 较大 熔、沸点 较低 很高 有的很高， 较高 有的很低 溶解性 相似相溶 难溶于任 何溶剂 常见溶 剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂 导电、 传热性 一般不导 电，溶于水 后有的导电 一般不具有 导电性 电和热的良 导体 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 2．金属键 (1)定义：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。 (2)特点：没有方向性。 (3)解释金属的物理性质 ①导电性：在外电场作用下，自由电子在金属内部发生定向运动，形成电流。 ②导热性：通过自由电子的运动把能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的温度。 ③延展性：在一定强度的外力作用下，金属原子之间发生相对滑动，但各层金属原子之间仍然保持金属键的作用。 (4)影响因素 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数越多，金属键就越强，晶体的熔、沸点就越高。如Na＜Mg，Na＜Li。 3．离子键与晶格能 (1)离子键 (2)晶格能 ①定义：拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量。如 NaCl(s)―→Na＋(g)＋Cl－(g) U＝786 kJ·mol－1 则NaCl的晶格能为786_kJ·mol－1。 ②大小及与其他量的关系 a．晶格能是最能反映离子晶体稳定性的数据。 b．在离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷数越多，则晶格能越大。 c．晶格能越大，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点越高，硬度越大。 4．分子间作用力——分子之间普遍存在的相互作用力 (1)分子间作用力包括范德华力和氢键两类。范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力。 (2)强弱：范德华力<氢键<化学键。 (3)范德华力 范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，对于组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强。 (4)氢键 ①形成与表示 已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力，称为氢键。可表示为A—H…B (A、B一般指O、N、F，A、B可以相同也可以不同)。 ②特征：具有一定的饱和性和方向性。如在冰中每个H2O分子周围四面体的4个方向形成4个氢键。 ③分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。其中分子间氢键主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。 在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。 (1)其中只含有离子键的离子晶体是_______________________； (2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是________； (3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是________； (4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是________； (5)其中含有极性共价键的原子晶体是______________________； (6)其中属于分子晶体的是_______________________________。 答案：(1)NaCl、Na2S (2)NaOH、(NH4)2S (3)(NH4)2S (4)Na2S2 (5)SiO2、SiC (6)H2O2、CO2、CCl4、C2H2 考法☆ 晶体类型的判断与性质比较 1．(1)氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。 (2)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F。所列化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有________(填字母)。 a．离子晶体 B．分子晶体 c．原子晶体 D．金属晶体 答案：(1)分子晶体 离子晶体 (2)a、b、d 2．(1)冰的熔点远高于干冰，除因为H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是_____________________________ __________________________________________________________。 (2)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“<”)[BF4]的熔点，其原因是_________________________________________________ _____________________________________________________________ __________________________________________________________。 (3)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸点依次________(填“增大”或“减小”)，其原因是______________________________________________ __________________________________________________________。 (4)SiO2比CO2熔点高的原因是______________________________ ___________________________________________________________。 答案：(1)H2O分子间形成氢键 (2)> 两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低 (3)增大 三种物质均为分子晶体，结构与组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高 (4)SiO2为原子晶体而CO2为分子晶体 3．(2015·浙江高考改编)下列有关性质的比较，正确的是________。 A．第一电离能：O＞N B．水溶性：CH3CH2OH＞CH3CH2OCH2CH3 C．沸点：HCl＞HF D．晶格能：NaCl＞MgO E．硬度：MgO>CaO>BaO F．熔点：NaF>MgF2>AlF3 G．沸点：H2O>HF>NH3 H．熔点：金刚石>晶体硅>碳化硅 I．熔点：二氧化硅>NaCl>I2>冰 答案：BEGI (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律为：原子晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体。 (2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。 ①离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子晶格能越大，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2，NaCl>CsCl。 ②原子晶体：原子半径越小、键长越短、键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。 ③分子晶体 a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常地高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。 b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。 c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。 d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低， 如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> ④金属晶体：一般来说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na查看更多