第26講不同聚集狀態的物質與性質

（基礎課）

出復習目標

1.能認識晶體中粒子的空間排布存在周期性，認識簡單的晶胞，能根據晶胞

確定晶體的組成并進行相關的計算。知遒介于典型晶體之間的過渡晶體及混合

型晶體是普遍存在的。

2.能借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的微

粒及其微粒間的相互作用。

3.知道物質的聚集狀態會影響物質的性質，通過改變物質的聚集狀態可能獲

得特殊的材料。

知識點一晶體與常見晶體的空間結構模型

至皆知快梳理

1.晶體與非晶體

⑴晶體與非晶體比較

晶體非晶體

原子在三維空間里呈周原子無

結構特征

期性直序排列序排列

自范性有無

性質

熔點固定不固定

特征

異同表現各向異性無各向異性

二者區間接方法看是否有固定的熔點

別方法科學方法對固體進行X—射線衍射實驗

⑵獲得晶體的途徑

①熔融態物質凝固；

②氣態物質冷卻不經液態直接凝固（凝華）；

③溶質從溶液中析出。

2.晶胞

⑴概念：描述晶體結構中基本的重復單元。

(2)晶體中晶胞的排列—無隙并置。

①無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙;

②并置：所有晶胞平行排列，取向相同。

(3)一般形狀為平行六面體。

(4)晶胞中微粒數目的計算——均攤法

晶胞任意位置上的一個微粒如果是被〃個晶胞所共有，那么，每個晶胞對

這個微粒分得的份額就是%

長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的微粒數的計算

⑸其他晶胞結構中微粒數的計算

①三棱柱

②六棱柱

3.常見晶體模型的分析

(1)共價晶體—金剛石與SiO2

154pmklO9028'

金剛石及其晶胞二氧化硅

①a.金剛石晶體中,每個C與另外生個C形成共價鍵,碳原子采取他雜化,

C—C—C夾角是109°28z,最小的環是六元環。每個C被退_個六元環共用。

含有1molC的金剛石中形成的C—C有2moL

b.在金剛石的晶胞中，內部的C在晶胞的體對角線的［處。每個晶胞含有

也個C。

②SiO2晶體中，每個Si原子與生個O原子成鍵，每個O原子與之個Si原

子成鍵，最小的環是十二元環,在“硅氧”四面體中，處于中心的是迎原子。1

molSiO2晶體中含Si—O鍵數目為4NA,在SiO2晶體中Si、O原子均采取立

雜化。

(2)分子晶體—干冰和冰

①干冰晶體中，每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有2個，屬于

分子密堆積。晶胞中含有生個CO2分子。同類晶體還有晶體12、晶體02等。

干冰的結構模型(晶胞)冰的結構模型

②冰的結構模型中,每個水分子與相鄰的生個水分子以氫鍵相連接，含1mol

H2O的冰中，最多可形成2moi氫鍵。晶胞結構與金剛石相似，含有8個H2O。

(3)離子晶體

?Na*oCl-℃s*oCa2*O廣

①NaCl型：在晶體中，每個Na卡同時吸引魚個CF,每個C「同時吸引6

個Na+,配位數為殍每個晶胞含生個Na+和生個C1,

②CsCl型：在晶體中，每個C「吸引&個Cs+,每個Cs+吸引貴個C「，配

位數為8o

③CaF2型：在晶體中，t的配位數為4,Ca2+的配位數為&晶胞中含4

個Ca2+,含貴個F,晶胞中Ca2+在體對角線的;處。

(4)混合型晶體——石墨晶體與二＞

①石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是范德華力。

②平均每個正六邊形擁有的碳原子個數是擊c原子采取1.

的雜化方式是sp2。

③在每層內存在共價鍵和金屬鍵。

④C—C的鍵長比金剛石的C—C鍵長短，熔點比金剛石的高。

⑤能導電，晶體中每個C形成3個共價鍵，C的另一價電子在電場作用下

可移動，形成電流。

(5)過渡晶體

定義：介于典型晶體之間的晶體。

①幾種氧化物的化學鍵中離子鍵成分的百分數

氧化物

Na2OMgOA12O3SiO2

離子鍵的百分數/%62504133

從上表可知，表中4種氧化物晶體中的化學鍵既不是純粹的離子鍵也不是

純粹的共價鍵，所以這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，

只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。

②偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質上與純粹的離子晶體接近，因而通

常當作離子晶體來處理，如NazO等。同樣偏向共價晶體的過渡晶體當作共價晶

體來處理，如AI2O3、SiO2等。

訓練

【題點晶胞中微粒數、晶體化學式的確定

1.某FexNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者

b位置Fe,形成Cu替代型產物Fea-")Cu“Ny。Fe*N),轉化為兩種Cu替代型產物

的能量變化如圖2所示，其中更穩定的Cu替代型產物的化學式為.

能Cu替代b位置Fe型

?a位置Fe量

Ob位置Fe

Cu替代a位置

▲N

轉化過程

圖2

［解析］能量越低越穩定，故更穩定的Cu替代型為Cu替代a位置Fe型,

故晶胞中Cu為1個，Fe為3個，N為1個，故化學式為Fe3CuNo

［答案］Fe3CuN

2.如圖為甲、乙、丙、丁四種晶體的晶胞：

請回答：

⑴晶體甲、乙、丙、丁的化學式分別為

⑵乙晶體中每個A周圍最近等距離的B有個。

⑶丙晶體中每個D周圍最近等距離的E有個。

(4)甲晶體中X周圍的4個Y形成形。

［答案］(1)X2YAB3cDEAB4c2(2)12(3)8(4)正四面體

I思維模型I

立方體中微粒周圍最近等距離其他微粒的個數

「①A周圍有4個B,B周圍有12個A

②A周圍有2個C,C周圍有6個A

③B周圍有6個D,D周圍有2個B

④B周圍有8個C,C周圍有8個B

⑤C周圍有12個D,D周圍有4個C

、⑥A周圍有4個D,D周圍有4個A

注意：該晶胞中含有A、B、C、D的個數分別為3、1、1、3o

題點?常見的晶體結構

3.(2021?寧津模擬)有關晶體的結構如圖所示，下列說法中不正確的是()

A.在NaCl晶體中，距Na+最近的C「有6個

B.在CaF2晶體中，每個晶胞平均占有4個Ca2+

C.在金剛石晶體中，最小的環上有6個C原子

D.該氣態團簇分子的分子式為EF或FE

D[以頂點Na+研究，與之最近的C「處于晶胞棱心且關于Na+對稱，即距

Na+最近的C廠有6個，故A正確；在CaF2晶體中，Ca2+位于晶胞頂點和面心，

數目為8X：+6x[=4,即每個晶胞平均占有4個Ca2+,故B正確；金剛石晶

0L

體中，由共價鍵形成的最小碳環上有6個碳原子，每個碳原子形成四個共價鍵,

從而形成空間網狀結構，故C

正確；該氣態團簇分子中含有4個E、4個F原子，分子式應為E4F4或F4E4,

故D錯誤。]

4.（2021?泰安模擬）已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子

間以單鍵結合。下列有關C3N4晶體的說法中錯誤的是（）

A.C3N4晶體與金剛石都屬于共價晶體

B.C3N4晶體中C—N鍵的鍵長比金剛石中的C—C鍵的鍵長長

C.C3N4晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子

D.C3N4晶體中只含有C—N極性共價鍵，不含非極性共價鍵

B[C3N4晶體具有比金剛石更大的硬度，則C3N4晶體的硬度很大，是共價

晶體，故A正確；因N的原子半徑比C原子半徑小，則C3N4晶體中，C—N鍵

的鍵長比金剛石中C—C鍵的鍵長要短，故B錯誤；原子間均以單鍵結合，則

C3N4晶體中每個C原子連接4個N原子，而每個N原子連接3個C原子，故

C正確；C3N4晶體中只含有C—N極性共價鍵，不含非極性共價鍵，故D正確

知識點二晶體的性質及晶體類型

變陪婀諛

1.金屬晶體

(1)“電子氣理論”要點

該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的

“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。

(2)金屬鍵的實質是金屬陽離子與電子氣間的靜電作用。

2.四種晶體類型比較

類型

分子晶體共價晶體金屬晶體離子晶體

比

金屬陽離子

構成微粒分子或原子原子陰、陽離子

和自由電子

微粒間

分子間作用

的相互共價鍵金屬鍵離子鍵

力、氫鍵

作用力

有的很大，

硬度較小很大較大

有的很小

熔、有的很高，

較低很高較高

沸點有的很低

大多易溶

難溶于任常見溶

溶解性相似相溶于水等極

何溶劑劑難溶

性溶劑

一般不導晶體不導電,

導電、一般不具電和熱的

電，溶于水水溶液中或熔

傳熱性有導電性良導體

后有的導電融態昱電

(@@@)石墨晶體為混合型晶體，為層狀結構。硬度小、質軟，熔點比金

剛石高，能導電。

3.晶體類型的兩種判斷

(1)依據物質的分類判斷

①金屬氧化物（K2。、Na2O2等）、強堿（NaOH、KOH等）和絕大多數的鹽類

是離子晶體。

②大多數非金屬單質（除金剛石、石墨、晶體硅等）、非金屬氫化物、非金屬

氧化物（除SiO2外）、幾乎所有的酸、絕大多數有機物（除有機鹽外）是分子晶體。

③常見的單質類共價晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的化合物類

共價晶體有碳化硅、二氧化硅等。

④金屬單質是金屬晶體。

（2）根據各類晶體的特征性質判斷

一般來說，低熔、沸點的化合物屬于分子晶體；熔、沸點較高，且在水溶

液中或熔融狀態下能導電的化合物為離子晶體；熔、沸點很高，不導電，不溶

于一般溶劑的物質屬于共價晶體；能導電、傳熱、具有延展性的晶體為金屬晶

體。

4.晶體熔'沸點比較的一般思路

（1）不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規律為：共價晶體〉離子晶體〉金屬

晶體〉分子晶體。

（2）同種類型晶體，晶體內粒子間的作用力越大，熔、沸點越高。

①離子晶體：一般地說，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，離子

鍵越強，其離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgO>MgCh,NaCl>CsCL

②共價晶體：原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，晶體的熔、沸點越高,

如熔點：金剛石〉碳化硅>晶體硅。

③分子晶體

a.分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體，熔、

沸點反常地高，如H2O>H2Te>H2Se>H2So

b.組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越鹿，如

SnH4>GeH4>SiH4>CH4。

c.組成和結構不相似的物質（相對分子質量接近），分子的極性越大，其熔、

沸點越高，如CO>N2,CH3OH>CH3cH3。

d.同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低,

如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>

CH

CH.—CH—CH,—CH；>CH,—C—CH；。

I,I

CH：；CH:t

④金屬晶體：一般來說，金屬陽離子半徑越小，離子所帶電荷數越多，其

金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na<Mg<AL

訓練

1.根據表中給出物質的熔點數據(AlCb沸點為260°C),判斷下列說法錯誤

的是()

晶體NaClMgOSiC14AlCb晶體硼

熔點/℃8012852-701802500

A.MgO中的離子鍵比NaCl中的離子鍵強

B.SiCh晶體是分子晶體

C.AlCb晶體是離子晶體

D.晶體硼是共價晶體

C［根據表中各物質的熔點，判斷晶體類型。NaCl和MgO是離子化合物,

形成離子晶體，故熔、沸點越高，說明晶格能越大，離子鍵越強，A項正確；

SiC14是共價化合物，熔、沸點較低，為分子晶體，硼為非金屬單質，熔、沸點

很高，是共價晶體，B、D項正確；AlCb雖是由活潑金屬和活潑非金屬形成的

化合物，但其晶體熔、沸點較低，應屬于分子晶體，C項錯誤。］

2.(l)Mn與Re屬于同一族，研究發現，Mn的熔點明顯高于Re的熔點，

原因可能是。

(2)CUSO4的熔點為560℃,CU(NO3)2的熔點為115℃,CuSO4熔點更高的

原因是_____________________________________________________________

(3)NaF的熔點(填”或［BF6的熔點,

其原因是_________________________________________________________

(4)SiO2比C02熔點高的原因是___________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

［答案］(l)Mn的金屬鍵比Re的金屬鍵強

(2)CuSO4和Cu(NO3)2均為離子晶體，SO/所帶電荷比NOi■多，故C11SO4

離子鍵較強，熔點較高

(3)>兩者均為離子化合物，且陰、陽離子的電荷數均為1,但后者的離子

半徑較大，離子鍵較弱，因此其熔點較低

(4)Si(h為共價晶體，CO2為分子晶體

3.(1)(2019?全國I卷,節選)一些氧化物的熔點如下表所示：

氧化物Li2OMgOP4O6SO2

熔點/℃1570280023.8-75.5

解釋表中氧化物之間熔點差異的原因：

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

⑵(2020?山東等級考，節選)NH3、PH3、AsH3的沸點由高到低的順序為

(填化學式，下同)，還原性由強到弱的順序為

,鍵角由大到小的順序為。

［解析］(l)Li2。、MgO為離子晶體，P4O6、SO2為分子晶體。離子鍵強度:

MgO>Li2O,分子間作用力(相對分子質量)：P4O6>SO2,所以熔點大小順序是

Mg0>Li20>P406>S02o⑵NH3中存在分子間氫鍵，導致其沸點比與N元素同

主族的P、As元素的氫化物PH3、AsH3的沸點要高，而PH3、AsH3中均不存在

分子間氫鍵，故影響PH3、AsHb沸點的因素為范德華力，相對分子質量越大，

沸點越高，則沸點由高到低的順序為NH3、ASH3、PH3O通常同主族元素隨著

原子序數的遞增，氣態氫化物的還原性逐漸增強，則還原性由強到弱的順序是

ASH3、PH3、NH3,同主族元素，隨著原子序數的遞增，電負性逐漸減弱，則其

氣態氧化物中的成鍵電子對逐漸遠離中心原子，致使成鍵電子對的排斥力降低,

鍵角逐漸減小，故鍵角由大到小的順序是NH3、PH3、ASH3O

［答案］(l)Li2。、MgO為離子晶體，P4O6、SO2為分子晶體。離子鍵強度:

MgO>Li2O,分子間作用力(相對分子質量)：P4O6>SO2

(2)NH3、ASH3、PH3ASH3、PH3、NH3NH3、PH3、ASH3

［真題驗收,新題預測湍潞二］

真題。驗收

1.(2021?山東等級考，Ti6節選)非金屬氟化物在生產、生活和科研中應用

廣泛。回答下列問題：

(1)基態F原子核外電子的運動狀態有種。

(2)0、F、C1電負性由大到小的順序為;OF2分子的空間構型為

;OF2的熔、沸點(填“高于”或“低于”)CLO,原因是

［解析］(1)基態F原子共有9個核外電子，則每個電子都有對應的軌道和自

旋狀態，所以核外電子的運動狀態有9種。

(2)電負性一定程度上相當于得電子能力，半徑越小，得電子能力越強，電

負性越大，半徑由小到大的順序為F、O、C1,所以電負性大小順序為F>O>C1;

根據VSEPR理論有2+”手q=4,去掉2對瓠對電子，知OF2分子的空間構

型是角(V)形；OF2和C12O都是分子晶體，結構相似，OF2的相對分子質量小，

熔、沸點低。

［答案］(1)9⑵F>O>C1角(V)形低于OF2和C12O都是分子晶體，結

構相似，OF2的相對分子質量小

2.(2020?全國H卷，T35節選)Ti的四鹵化物熔點如表所示，TiF4熔點高于

其他三種鹵化物，自TiCL至Tih熔點依次升高，原因是

化合物

TiF4TiChTiBr4Til4

熔點/℃377-24.1238.3155

［解析］TiF4為離子化合物，故熔點高于其他三種鹵化物，TiCksTiBm、

Tih為共價化合物，且結構相似，隨相對分子質量的增大分子間作用力增大，故

自TiCk至Tih熔點逐漸升高。

［答案］TiF4為離子化合物，熔點高，其他三種均為共價化合物，隨相對分

子質量的增大分子間作用力增大，熔點逐漸升高

3.(2020?全國I卷，T35節選)LiFePCh的晶胞結構示意圖如(a)所示。其中O

圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈

結構。每個晶胞中含有LiFePCh的單元數有

(a)LiFePO4(b)Lii-xFePO4(c)FePO4

電池充電時，LiFePCh脫出部分Li+,形成Lii-xFeP04,結構示意圖如(b)

所示，則x=,zi(Fe2+)'?i(Fe3+)=。

［解析］由題圖可知，小白球表示鋰原子，由圖(a)知，每個晶胞中的鋰原子

數為8X1/84-4x1/4+4X1/2=4,故一個晶胞中有4個LiFePCh單元。由圖(b)

知，Li-xFePO4結構中，一個晶胞含有13/4個鋰原子，此時鋰原子、鐵原子的

個數比為13：16,進而推出x=3/16。設Lii3Fei6(PO4)i6中二價鐵離子的個數為

a,三價鐵離子的個數為九由2。+36+13=48,a+b=16,得到a"=13：3,

即

zi(Fe2+)：n(Fe3+)=13：3。