离子晶体、分子晶体和原子晶体 [学法指导] 在学习中要加强对化学键中的非极性键、极性键、离子键、晶体类型及结构的认识与理解；在掌握粒子半径递变规律的基础上，分析离子晶体、原子晶体、分子晶体的熔点、沸点等物理性质的变化规律；并在认识晶体的空间结构的过程中，培养空间想象能力及思维的严密性和抽象性。 同时，关于晶体空间结构的问题，很容易与数学等学科知识结合起来，在综合题的命题中具有广阔的空间，因此，一定要把握基础、领会实质，建立同类题的解题策略和相应的思维模式。 [要点分析] 一、晶体 固体可以分为两种存在形式：晶体和非晶体。 晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。气体、液体和非晶体在一定条件下也可转变为晶体。 晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体。晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列，从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的，而且具有固定的熔点和规则的几何外形。 NaCl晶体结构食盐晶体31\n 金刚石晶体 金刚石晶体模型钻石C60分子31\n 二、晶体结构 1．几种晶体的结构、性质比较类 型离子晶体原子晶体分子晶体构成粒子阴、阳离子原 子分 子相互作用离子键共价键分子间作用力硬 度较 大很 大很 小熔沸点较 高很 高很 低导电性溶液或熔化导电一般不导电不导电溶解性一般易溶于水难溶水和其他溶剂相似相溶典型实例NaCl、KBr等金刚石、硅晶体、SiO2、SiC单质：H2、O2等化合物：干冰、H2SO4 2．几种典型的晶体结构： （1）NaCl晶体（如图1）：每个Na+周围有6个Cl-，每个Cl-周围有6个Na+，离子个数比为1：1。 （2）CsCl晶体（如图2）：每个Cl-周围有8个Cs+，每个Cs+周围有8个Cl-；距离Cs+最近的且距离相等的Cs+有6个，距离每个Cl-最近的且距离相等的Cl-也有6个，Cs+和Cl-的离子个数比为1：1。 （3）金刚石（如图3）：每个碳原子都被相邻的四个碳原子包围，以共价键结合成为正四面体结构并向空间发展，键角都是109°28'，最小的碳环上有六个碳原子。 31\n （4）石墨（如图4、5）：层状结构，每一层内，碳原子以正六边形排列成平面的网状结构，每个正六边形平均拥有两个碳原子。片层间存在范德华力，是混合型晶体。熔点比金刚石高。 （5）干冰（如图6）：分子晶体。 （6）SiO2：原子晶体，空间网状结构，Si原子构成正四面体，O原子位于Si－Si键中间。（SiO2晶体中不存在SiO2分子，只是由于Si原子和O原子个数比为1∶2，才得出二氧化硅的化学式为SiO2） 紫水晶 大水晶 31\n二氧化硅晶体模型 3．离子晶体化学式的确定 确定离子晶体的化学式实际上是确定晶体中粒子个数比。其方法如下： （1）处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有1/8属于该晶胞。 （2）处于棱上的粒子同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于该晶胞。 （3）处于面心上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子有1/2属于该晶胞。 （4）处于晶胞体心的粒子，则完全属于该晶胞。 4．根据物质的物理性质判断晶体的类型 （1）在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体（Hg除外），如H2O、H2等。对于稀有气体，虽然构成物质的粒子为原子，但应看作单原子分子，因为粒子间的相互作用力是范德华力，而非共价键。 （2）在熔融状态下能导电的晶体（化合物）是离子晶体。如：NaCl熔融后电离出Na＋和Cl－，能自由移动，所以能导电。 （3）有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。 （4）易升华的物质大多为分子晶体。 三、分子间作用力和氢键 1．分子间作用力 分子间作用力又叫范德华力，是分子与分子之间微弱的相互作用，它不属于化学键范畴。分子间作用力广泛存在于分子与分子之间，由于相互作用很弱，因此只有分子与分子充分接近时，分子间才有作用力。 2．氢键 氢键是在分子间形成的，该分子中必须含有氢原子，且另一种原子吸引电子的能力很强且原子半径较小（具体有F、O、N三种元素），只有这样才能形成氢键。常见的能形成氢键的分子主要有HF、H2O、NH331\n、乙醇等。 氢键的实质也是静电作用，氢键的强度比分子间作用力稍强，但比化学键弱的多，它仍不属于化学键范畴。 氢键对物质熔、沸点的影响结果是使物质的熔点和沸点均升高。例如H2O和H2S的组成与结构相似，相对分子质量H2S>H2O，若仅以分子间作用力论，H2S的熔、沸点应大于H2O，可实际上H2O在常温状态下是液态，而H2S在通常状态下是气态，说明H2O的熔、沸点比H2S高，原因就是H2O分子中存在H…O键。 四、物质的熔沸点比较及规律 （1）不同类型的晶体，一般来讲，熔沸点按原子晶体>离子晶体>分子晶体。 （2）由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小的，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。 （3）离子晶体：一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。 （4）分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高；如Cl2<Br2<I2。组成和结构不相似的物质，相对分子质量越大、分子极性越大，其熔沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。 [例题分析] 例1．下面的叙述正确的是（ ） A、离子化合物中可能含有共价键 B、分子晶体中不会有离子键 C、分子晶体中的分子内一定有共价键 D、原子晶体中一定有非极性共价键 [分析与解答] 若离子化合物中某种离子由两种或两种以上元素组成。如NH4+、OH-、SO42-等。则其离子内部有共价键。分子晶体的构成粒子是分子，分子间只有分子间作用力，分子内除稀有气体外，都只有共价键，故（A）、（B）正确。（C）未提到稀有气体分子是单原子分子，无任何化学键。由两种原子形成的原子晶体SiO2等，其原子间以极性键结合，无非极性键。 答案：（A）、（B） 例2．下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） A、SO2和SiO2 B、CO2和H2O C、NaCl和HCl D、CCl4和KCl [分析与解答] A、SO2和SiO2的化学键相同，都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2是分子晶体，SiO2是原子晶体； B、CO2和H2O的化学键都是共价键，且都属于分子晶体； C中的NaCl和HCl化学键类型不同，NaCl为离子键，HCl为极性共价键，且晶体类型也不同，NaCl为离子晶体，HCl为分子晶体； D中CCl4和KCl的化学键不同，CCl4是极性共价键，KCl中是离子键且晶体类型也不同，CCl431\n为分子晶体，KCl为离子晶体。 答案：B 例3． （1）中学教材上图示了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O2-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-1）。 （2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷。例如在某种NiO晶体中就存在如图7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。某氧化镍品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。 [分析与解答] （1）根据NaCl晶体结构，隔离出一个小立体（如图8），小立方体的每个顶点离子为8个小立方本共用，因此小立方体含O2-：4×=，含Ni2+：4×=，即每个小立方体含有个（Ni2+-O2-）离子对。则若含有1molNiO，需2NA个小立方体，所以密度r= （2）设1molNi0.97O中含Ni3+xmol，Ni2+(0.97-x)mol 根据晶体呈电中性3xmol+2(0.97-x)mol=2×1mol 解之x=0.06，Ni2+为(0.97-x)mol=0.91mol 离子数之比Ni3+∶Ni2+=0.06∶0.91=6∶91 另解： 也可由题设的演变过程，用数学方法处理。设1mol晶体中存在xmol空缺，同时有2xmolNi3+，取代了2xmolNi2+，所以Ni3+的个数2x与Ni2+的个数(1-x-2x)之和为0.97，即：2x+(1-x-2x)=0.97，x=0.03。 ∴Ni3+∶Ni2+个数比=2x：(1-3x)=2×0.03：(1-3×0.03)=6∶91。31\n金属晶体责 编：张 立 顾振海 [主要内容] 金属晶体的结构；运用金属晶体的结构解释金属晶体的一些物理性质。 [要点精析] 几种金属晶体结构 1、晶体结构： 金属原子结构的共同特征是：①最外层电子数较少，一般在4个以下；②原子半径较大。这种结构特点使其原子易失去价电子而变成金属离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运动，被称为“自由电子”。它不再属于哪个或哪几个指定的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个晶体内自由运动，所以有人描述金属内部的实际情况是“金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，这种描述正是自由电子的特征决定的。金属阳离子与自由电子之间存在着较强的作用，因而使金属离子相互结合在一起，形成金属晶体。这种使金属阳离子和自由电子吸引胶合在一起的作用力，称为金属键。 通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。 汞在常温下是液态，但汞仍然是金属，冷却到其熔点以下，它可形成金属晶体。 金属晶体结构中，金属原子一层一层紧密地堆积着排列。 离子晶体和分子晶体的结构是最小重复单元（又叫晶胞）在空间的无限延伸；原子晶体的结构是原子形成的空间网状结构；金属晶体的结构是金属原子一层一层紧密堆积的。31\n 金属体心立方结构晶胞 金属面心立方结构晶胞 六方最密堆积晶体的晶胞示意图六方最密堆积结构晶体原子模型 金属原子的价电子比较少，价电子跟原子核的联系又比较松弛，金属原子容易失去电子。因此，金属的结构实际上是金属原子释出电子后所形成的金属离子按一定规律堆积的（以一定的紧密形式堆积）。释出的价电子在整个晶体里自由地运动着，这些电子叫做自由电子。在金属晶体里自由电子并不专属于某几个特定的金属离子，它们几乎均匀地分布在整个晶体里，被许多金属离子所共有。 2、金属的物理性质 钠单质 钽 金属在常温下，大多都是晶体（除汞外），有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性。理解这些物理性质的时候要把握好共性与特殊性，如金属一般银白色光泽，但铜是红色的、铅是蓝白色的、金是黄色的等。同时要把握好物理性质与金属晶体结构的关系： ①导电性：31\n 自由电子在外加电场作用下定向移动。 金属晶体的导电性与金属晶体中自由电子有关。在外加电场条件下，自由电子定向运动而形成电流。 金属晶体在固态时能导电，是因为自由电子定向移动而形成电流。离子晶体在固态时则不能导电，因为此时阴、阳离子不能自由移动，在熔融或水溶液状态下，阴、阳离子可自由移动，离子晶体才能导电。 不同的金属有不同的导电能力，导电性最强的三种金属依次是Ag、Cu、Al。 ②导热性： 自由电子受热的运动速率加快，碰撞中能够传递热量。 金属的导热性其实也与自由电子有关，自由电子在运动时经常跟金属离子相碰撞，发生能量的交换。当某部分金属受热时，获得能量的自由电子会发生运动和碰撞将能量从温度高的部分传到温度低的部分，最后使整块金属的温度趋于一致。 金属的导热性可解释冬天时金属制品比木制品更“凉”的现象，原因是当人接触到金属时，金属很快就将热量从人体导到环境中；当人接触到木制品时，因木制品是热的不良导体，从而不易将人体热量导出。 ③有延展性： 外力作用下，金属原子会因层与层之间相对滑动而变形，但并不改变金属粒子间的相互作用，只发生形变而不致断裂变形。 延展性事实上是延性和展性的合称。延性是指拉成细丝，展性是指轧成薄片。 金属具有延展性是因为金属在外力的作用下，金属晶体内的原子层发生错动，但由于金属离子与自由电子的作用没有方向性，从而这种作用仍能保持，不致断裂。 不同的金属有不同的延展性，延展性较好的是金，例如，1g黄金能拉成长度为3.2km的细丝，也可压成厚度为1×10－4mm的薄片。 离子晶体为何无延展性？ 离子晶体内部阴、阳离子按一定规律交错排列，当离子晶体在外力作用下发生错动时，阳离子和阳离子互相接近，阴离子和阴离子互相接近，产生排斥力，晶体沿着力的作用面破裂，故离子晶体没有延展性。 以熔、沸点为例可以看出金属晶体的差别。金属晶体的熔、沸点可能较低，如Hg，常温时是液态，也可能很高，如W，可达三千多度。 金属原子的价电子越多，原子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔、沸点就越高；反之越低。例如，熔、沸点：Na<Mg<Al。 需要注意的是，合金的熔、沸点一般比它各组分纯金属的熔、沸点低。 例如，熔、沸点：Na>K>Na－K合金。 3、四种晶体的比较31\n晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体定 义阴阳离子间通过离子键形成的晶体分子间通过分子间作用力形成的晶体相邻原子间通过共价键结合而成的立体网状的晶体由金属阳离子和自由电子间相互作用形成的晶体构成粒子阴、阳离子分 子原 子金属离子、自由电子粒子间作用力离子键分子间力共价键金属键代表物NaCl，NaOH，MgSO4干冰，I2，P4，H2O金刚石，SiC，晶体硅，SiO2镁、铁、金、钠物理性质硬度较大，熔点、沸点较高，多数易溶于水等极性溶剂；熔化或溶于水时能导电。硬度小，熔点、沸点低；相似相溶；熔化时不导电，其水溶液可导电。硬度大，熔点、沸点高；难溶解；有的能导电，如晶体硅，但金刚石不导电。硬度差异较大，熔点、沸点差异较大，难溶于水（钠、钙等与水反应）；晶体导电，熔化时也导电决定熔点、沸点高主要因素离子键强弱分子间作用力大小共价键强弱金属键强弱 [解题能力培养] 1．金属晶体结构与物理性质关系 例1．金属钠能导电、导热、具有延展性，而氯化钠通常没有上述性质，为什么？ [分析] 物质的性质与其内部结构密切相关，解答本题时，应从金属钠和氯化钠所属晶体的结构不同去分析。 金属钠属于金属晶体，在钠晶体中存在钠离子与自由电子间的较强的相互作用。在外电场作用下金属钠中的自由电子作定向运动，形成电流，所以钠易导电。同样是自由电子的作用，可以引起自由电子与金属离子之间的能量交换或当金属受外力作用时，金属晶体中各原子层会发生相对滑动，产生形变。因此，钠有导电、导热、延展性。 氯化钠属于离子晶体，晶体中由于阴、阳离子间存在着静电作用，使阴、阳离子不能发生自由移动，因而氯化钠晶体就没有上述这些性质。 2．金属晶体中的粒子 例2．在单质的晶体中一定不存在的粒子是（ ） A、原子 B、分子 C、阴离子 D、阳离子 [分析] 单质晶体可能有：硅、金刚石——原子晶体，P、S、Cl231\n——分子晶体，Na、Mg——金属晶体，在这些晶体中，构成晶体的粒子分别是原子、分子、金属离子和自由电子。因此A、B、D不符合选项。 C中阴离子只存在于离子晶体中，构成离子晶体的粒子是阴、阳离子，所以离子晶体不可能形成单质晶体。 答案：C 3．各晶体熔、沸比较 例3．下列晶体中，熔点最高的化合物是（ ） A、金刚石 B、食盐 C、石英 D、铝 [分析] 上述四种物质中，属化合物的只有食盐（NaCl）和石英（SiO2），因此熔点的比较只限于此两种物质。 石英为原子晶体，食盐属离子晶体，所以石英的熔点要比食盐高。 答案：C 4．构成晶体的基本粒子及其相互间的作用 例4．下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是（ ） A、食盐和蔗糖熔化 B、钠和硫熔化 C、碘和干冰升华 D、二氧化硅和氧化钠熔化 [分析] 根据构成晶体的粒子种类以及它们之间的相互作用不同来判断。 A：食盐为离子晶体，熔化时破坏的是离子键；蔗糖为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力。 B：钠为金属晶体，熔化时破坏的是金属键；硫为分子晶体，熔化时克服分子间作用力。 C：碘和干冰同为分子晶体，熔化时克服分子间作用力。 D：二氧化硅为原子晶体，熔化时破坏的是共价键；氧化钠为离子晶体，熔化时破坏的是离子键。 A、B、D选项中各对物质均不属于同类晶体，其粒子间的相互作用也就不属于同一类型。选项C中碘和干冰均属于分子晶体，它们升华时，克服的是很弱的分子间作用力，属于同种类型。 答案：31\nC 5．晶体的物理性质 例5．在下列有关晶体的叙述中错误的是（ ） A、离子晶体中，一定存在离子键 B、原子晶体中，只存在共价键 C、金属晶体的熔、沸点均很高 D、稀有气体的原子能形成分子晶体 [分析] 金属晶体的熔、沸点可能比较高，如金属钨的熔点可达3410℃；而金属汞的熔点较低，常温下呈液态，故C的说法是错误的。 构成稀有气体的粒子是原子，或者说是单原子分子，一定温度和压强下可以以范德华力相结合成分子晶体，因此D选项的说法是正确的。 答案：C晶体类型与性质单元测试责 编：顾振海 可能用到的相对原子质量：C－12，Si－28第 I 卷(选择题，共60分) 一、选择题(本题包括5小题，每小题只有一个正确答案，5×4＝20分) 1．下列物质中，化学式能准确表示该物质分子组成的是( ) A．氯化铵(NH4Cl) B．二氧化硅(SiO2) C．白磷(P4) D．硫酸钠(Na2SO4) 2．下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是( ) A．SO3和SiO2 B．CO2和H2O C．NaCl和HCl D．CCl4和KCl 3．三氯化氮(NCl3)在常温下是一种淡黄色液体，其分子呈三角锥形，以下关于NCl3的叙述正确的是( ) A．NCl3晶体为原子晶体 B．分子中N—Cl键是非极性共价键 C．NCl3是一种含极性键的极性分子 D．N—Cl键能大，故NCl331\n沸点高 4．下列晶体中，其中任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价键形成正四面体，并向空间伸展成网状结构的是( ) A．四氯化碳 B．石墨 C．金刚石 D．水晶 5．下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是( ) A．食盐和蔗糖熔化 B．钠和硫熔化 C．碘和干冰升华 D．二氧化硅和氧化钠熔化 二、选择题(本题包括10小题，有1—2个正确答案，10×4＝40分) 6．分析下列各物质的物理性质，可判断其固态不属于分子晶体的是( ) A．碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电 B．溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电 C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中 D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电 7．下列晶体熔化时，化学键没有被破坏的是( ) A．氯化铵 B．金刚石 C．冰醋酸 D．硫酸钠 8．石墨晶体是层状结构，在每一层里，每一个碳原子都跟其它3个碳原子相结合。下图是石墨的晶体结构俯视图，图中每个黑点表示1个碳原子，而两黑点间的连线表示1个共价键，则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为( ) A．1：3 B．2：3 C．2：1 D．3：2 9．下列说法不正确的是( 31\n) A．全部由非金属元素组成的化合物一定不是离子化合物 B．金属原子与非金属原子之间的化学键可能是离子键，也可能是共价键 C．晶体中有阳离子，则必定有阴离子 D．晶体中有阴离子，则必定有阳离子 10．（05北京理综、8）下表为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( ) A．常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高 B．Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同 C．W的氢化物的沸点比X的氢化物的沸点高 D．Y元素的非金属性比W元素的非金属性强 11．合金有许多特点，如NaK合金为液体，而Na、K的单质均为固体。据此推测生铁、纯铁、石墨三种物质中，熔点最低的是( ) A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定 12．目前，科学界拟合成一种“二重构造”的球型分子，即把“足球型”的C60(富勒烯)溶进“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合。下列关于这种分子的说法中不正确的是( ) A．是一种新型化合物 B．晶体属于分子晶体 C．是两种单质组成的混合物 D．相对分子质量为2400 13．碘跟氧可以形成多种化合物，其中一种称为碘酸碘，在该化合物中，碘元素是＋3和＋5两种价态，这种化合物的化学式是( ) A．I2O3 B．I2O4 C．I4O7 D．I4O9 14．下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是( ) A．CH4＞GeH4＞SnH4 B．KCl＞NaCl＞MgCl2＞MgO C．Rb＞K＞Na＞Li D．石墨＞金刚石＞SiO2＞MgO 15．20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C8431\n、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子。(如图1-5)：下列说法错误的是( ) A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高 B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高 C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体 D．球碳分子是碳的同素异形体，而管状碳分子、洋葱状碳分子则不一定第 Ⅱ 卷(非选择题，共90分) 三、(本题包括2小题，共28分) 16．氮化硅Si3N4是一种非氧化物高温陶瓷结构材料。粉末状的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3气的混合物反应制取。粉末状Si3N4对空气和水都不稳定。但是，将粉末状Si3N4和适量MgO在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料。 (1)写出由SiCl4的蒸气和NH3气制备Si3N4的反应方程式； (2)分别写出粉末状Si3N4和H2O及O2反应的方程式； (3)为什么结构紧密的固体Si3N4不再受H2O和O2的侵蚀? 17．BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在BGO中，锗处于其最高价态；②在BGO中，铋的价态与铋和氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8个电子稳定结构；③BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空： (1)锗和铋的元素符号分别是_______和______。 (2)BGO晶体的化学式是______。 (3)BGO晶体中所含铋氧化物的化学式是______。 四、(本题包括3小题，共27分) 18．Pt(NH3)2Cl231\n成平面四边形结构，它可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中溶解度较小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。 (1)画出这两种固体分子的几何构型图：_________。 (2)黄绿色固体溶解度大的原因是：_________。 19．二氧化硅晶体中，每个硅原子周围有_________个氧原子，每个氧原子周围有_________个硅原子，硅氧原子个数比为_________。若去掉二氧化硅晶体中的氧原子，且把硅原子看做碳原子，则所得空间网状结构与金刚石空间网状结构相同，试推测每个硅原子与它周围的4个氧原子所形成的空间结构为_________型；并推算二氧化硅晶体中最小的硅氧原子环上共有_________个原子。 20． (1)BN是一种新型的无机材料，由于属等电子体物质，其结构和性质具有极大的相似性，则可推知，在BN的两种晶型中，一种是类似_________的空间网状结构晶体，可用作耐磨材料；另一种是类似于_________的层状结构的混合型晶体，可作用润滑材料，在其结构的每一层上最小的封闭环中有_________个B原子，B—N键键角为_________。 (2)单质硼有无定形体和晶体两种，参考下表数据。 金刚石晶体硅晶体硼熔点/K383216832573沸点/K510026282823硬度/Mob107.09.5 ①晶体硼的晶体类型属于 晶体，理由是_________。 ②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图1—6所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个硼原子。通过观察图形及推算，此基本结构单元由_________个硼原子构成。其中B—B键的键角为_________。 五、(本题包括2小题，共16分)31\n 21．根据实验测定硫酸铜晶体中结晶水含量的实验，填写以下空白。 (1)从以下仪器中选出所需仪器(用字母填写)。 (A)托盘天平； (B)研钵； (C)试管夹； (D)酒精灯； (E)蒸发皿； (F)玻璃棒； (G)坩埚； (H)干燥器； (I)泥三角； (J)石棉网； (K)三角架； (L)药匙； (M)坩埚钳。 (2)实验后得到以下数据： ①加热前质量：W1(容器)＝5.4g；W2(容器十晶体)＝7.9g； ②加热后质量：W3(容器十无水硫酸铜)＝6.8g。 请写出结晶水含量——质量分数的计算式(用Wl、W2、W3表示)：_______这一结果是偏高还是偏低?_______。 从下列分析中选出造成实验误差的原因可能是(填写字母)________。 A．加热前称量时容器未完全干燥 B．最后两次加热后质量相差较大(＞0.1g) C．加热后容器未放入干燥器中冷却 D．加热过程中晶体有少量溅失 22．现有八种物质：①干冰；②金刚石；③晶体硫；④晶体硅；⑤过氧化钠；⑥二氧化硅晶体；⑦溴化铵；⑧氖，请用编号填写下列空白。 (1)通过非极性键形成原子晶体的是_______。 (2)固态时属于分子晶体的是_______。 (3)属于分子晶体，且分子为直线型的是_______。 (4)由单原子分子构成的分子晶体的是_______。 (5)含有非极性键的离子化合物的是_______。 六、(本题包括2小题，共19分) 23．有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1：1或2：1形成化合物；CB可与EA2反应生成C2A和气态物质EB4；E的M层电子数是K层电子数的2倍。 (1)写出这五种元素的名称：A_______，B_______，C_______，D_______，E_______。 (2)画出E的原子结构示意图_______。写出电子式D2A2_______，EB4_______。 (3)比较EA2与EB4的熔点高低(填化学式)_______＞_______。 (4)写出D单质与CuSO4溶液反应的离子方程式。 24． (1)中学教材上图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸到完美晶体。NiO(氧化镍)晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近的O2—核间距离为a×10—831\ncm，计算NiO晶体的密度(已知NiO的摩尔质量为74.7g／mol)。 (2)天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在如图1-7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Ni0.97O，试计算晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。晶体类型与性质单元测试参考答案提示责 编：顾振海 1．答案：C 解析： 氯化铵、硫酸铵、硫酸钠是离子晶体，二氧化硅是原子晶体；其化学式只表示其组成原子或离子的个数比，这些物质中都不存在分子。 2．答案：B 解析： A中SO2为分子晶体、S—O健是极性共价键，SiO2为原子晶体，Si—O键是极性共价键；B中CO2、H2O都是分子晶体，C—O键、O—H键均为极性共价键；C中NaCl为离子晶体，阴阳离子靠离子键结合在一起；HCl为分子晶体，H—Cl键为极性共价键；D中CCl4为分子晶体中的非极性分子、C—Cl键极性共价键，KCl为离子晶体。 3．答案：C 分析： A.由于NCl3在常温下呈液态，且题中给出其分子呈三角锥形，所以，其形成的晶体为分子晶体； B.只有同种非金属元素间才能形成非极性键；不同种非金属元素间的共价键一定为极性共价键。所以N－Cl键必为极性键。 C.由于NCl3分子呈三角锥形，类似NH3分子，必为极性分子。C正确。 D.由于NCl3在常温下呈液态，因此其沸点不高。 4．答案：C 分析： 31\n由题干知应为原子晶体，选项中CD为原子晶体。金刚石符合。在水晶中，每个O原子只与两个Si原子相连，不符合“被4个原子包围”的要求。 5．答案：C 解析： 组成物质的粒子间的作用力有离子键、共价键、金属键、分子作用力共4种，分别存在于不同的晶体类型中，应根据不同晶体类型分别分析。 食盐为离子晶体、蔗糖为分子晶体，状态变化时分别克服离子键和分子间力；钠为金属晶体、硫为分子晶体，状态变化分别克服金属键和分子间力；碘为分子晶体、干冰为分子晶体，状态变化时都是克服分子间力；二氧化硅为原子晶体、氧化钠为离子晶体，状态变化时分别克服共价键和离子键。 6．答案：AD 解析： A．碳化铝符合原子晶体的特征。 B．溴化铝符合分子晶体的特征。 C．五氟化钒符合分子晶体的特征。 D．符合离子晶体的特征。 7．答案：C 解析： 冰醋酸在熔化时，只是克服分子间作用力，晶体结构没有被破坏。 8．答案：B 分析： 每1个C原子形成3个共价键，而每个共价键为两个C原子所共有，其中的每个C原子只拥有这个共价键的1/2，即：每个C原子真正拥有1.5个共价键。所以C原子数与共价键数之比为2∶3。 9．答案：A、C 解析： A．NH4Cl为全部由非金属元素组成的离子化合物，故A错。 B．金属原子与非金属原子之间的结合，并不一定靠完全得失电子形成阴、阳离子来以离子键结合；如在AlCl3分子中，Al与Cl原子间靠共用电子对结合。又如在KMnO4里的MnO4—，Mn与O之间，NaAlO2里的AlO2—，Al与O之间都是靠共价键结合的，只不过是共用电子对靠近非金属原子而使其呈负价、金属原子显正价。所以B项正确。 C．在金属晶体中，只有阳离子和自由电子，没有阴离子；但凡是有阴离子的晶体中，非要有阳离子不可，以确保电中性。所以C错而D正确。 10．答案：D 提示： 此题要熟练掌握前20号元素在周期表的位置及对应性质。C中X的氢化物为NH331\n，因分子间存在氢键而使其沸点在本族的非金属氢化物中最高。 11．答案：B 解析： “NaK合金为液体”这一重要信息说明合金的熔点比组成合金的金属或非金属还要低。生铁含铁、碳等，因此生铁的熔点较低。 12．答案：C 解析： 由题给信息中的“二重分子”知B对C错；由题中“硅、碳原子以共价键结合”，知形成的是一种新的化合物，A对；再由C60和Si60可确定新分子的相对分子质量为2400，D正确。 13．答案：D 解析： 元素的化合价越高越易成酸根，化合价越低越易成正价阳离子，因此在碘酸碘中＋5价碘形成酸根；结合碘酸的化学式为HIO3，所以碘酸碘化学式就是I(IO3)3，展开即为I4O9。 14．答案：D 解析： 晶体熔点的高低取决于构成该晶体结构的粒子间结合能力的大小。 A项物质均为结构相似的分子晶体，其熔点取决于分子间作用力的大小。一般来说，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力也越大，故A项各物质熔点应为逐渐升高的顺序。 B项物质均为离子晶体，离子晶体熔点高低取决于离子键键能的大小，离子的半径越小，电荷越多，离子键的键能就越大，故B项各物质熔点也应为升高顺序。 C项物质均为同主族的金属晶体，其熔点高低取决于金属键的强弱，而金属键能与金属原子半径成反比，与价电子数成正比；碱金属原子半径依Li一Cs的顺序增大，价电子数相同，故熔点应是Li最高，Cs最低。 D：一般原子晶体的熔点高于离子晶体。原子晶体的熔点取决于共价键的键能，而键能则与键长成反比，即：键长越短则键能越大；石墨中C—C键的键长比金刚石中C—C键的键长更短些，所以石墨熔点比金刚石略高，金刚石熔点又比二氧化硅高。 15．答案：B、D 解析： 金刚石是原子晶体结构，石墨的结构介于原子晶体和分子晶体之间，C60、C70、C76、C84、C90、C94为分子晶体，而分子晶体的熔点远低于原子晶体，A正确、B错误； 同素异形体是同一种元素的几种不同单质形态，同素异形体的本质是由于同一种元素的原子的结合方式不同造成的，其物理性质不相同，而化学性质基本相同。根据图示显然C60、C70、C76、C84、C90、C9431\n中的原子的结合方式不同，是不同的分子结构，但均是碳的同素形体。C对D错。 16．答案： (1)3SiCl4十4NH3=Si3N4十12HCl； (2)Si3N4十6H2O=3SiO2十4NH3↑；Si3N4十3O2＝3SiO2十3N2； (3)Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4固体表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的O2、H2O的侵蚀。 解析： SiCl4与NH3反应生成Si3N4的同时应该有HCl生成。由Si—N键的键能小于Si一O键的键能，Si3N4与H2O反应时，Si—N键向Si—O键转化，生成SiO2，同时应该有NH3生成。同样，Si3N4与和O2反应时，产物应有SiO2生成，同时生成稳定的N2；而与MgO在一定条件下反应，生成结构紧密的SiO2覆盖在Si3N4固体表面，阻止了Si3N4继续受空气中的H2O和O2的侵蚀。 17．答案： (1)Ge和Bi； (2)Bi4(GeO4)3和2Bi2O3·3GeO2； (3)Bi2O3。 解析： 锗是第四主族元素，符号为Ge，最高正价为十4价；铋是第五主族元素，符号为Bi，最外层有5个电子，若Bi原子通过形成共用电子对达到8个电子稳定结构，则Bi需与其它原子共用3个电子，形成Bi的十3价化合物，如BiCl3。由以上分析，结构复杂含氧酸盐以氧化物形式表示的方法，可将锗酸铋写成nBi2O3·mGeO2。 依题意，BGO晶体的化学式中，上述两种氧化物所含氧的总质量相同，则有：3n＝2m，得n：m＝2：3，因此BGO的化学式为2Bi2O3·3GeO2，或写成Bi4(GeO4)3。 注意： 由题“锗酸铋”知元素锗在酸根中，铋是金属阳离子，所以写成氧化物时要把Bi2O3写在前面，顺序不要颠倒。 18．答案： (1)淡黄色溶解度小的是 黄绿色固体溶解度大的是31\n (2)因为分子结构不对称，所以分子有极性，因而在水中溶解度大。 解析： PtCl2(NH3)2可能的平面正方形结构有： a中结构对称，因此分子无极性。由相似相溶原理可知，它在极性分子水中溶解度小，而b的分子有极性，所以水溶性大。 19．答案： 4；2；1：2；正四面体，12 参见下面的二氧化硅晶体结构模型可得出上述结论： 20．答案： (1)金刚石；石墨；3；120°。 提示： 在BN中，由N提供一对电子供N与B共用，所以有结构的相似，因此BN晶体的结构与金刚石或石墨相似。由题干“作耐磨材料”想到为“金刚石”，由题干“作润滑材料”想到与“石墨”相似；再结合石墨的结构每个环上有6个原子，其中含B、N原子各3个；B－N键角120℃。参见下面石墨的结构：31\n (2)①原子；晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为原子晶体，且从周期表中位置看，硼与碳相邻，与硅处于对角线处(相似)，也能推知晶体硼属于原子晶体。②12；60° 分析： 由硼晶体结构单元 可知：每3个硼原子组成一个正三角形，所以，B－B键夹角为60°；从图可看到，每个B原子为5个三角形所共有，即每个三角形拥有该顶点硼原子的1/5，所以，每个三角形实际拥有的B原子数为1/5×3＝3/5，又该结构单元共20个三角形，所以，该结构共含B原子数为20×3/5＝12个。 21．答案： (1)A、B、D、F、G、H、I、K、L、M； (2)；偏高；A、D； 解析： (1)硫酸铜晶体结晶水含量的测定的原理是：需“四称”、“两热”，故需要的仪器有：A、B、D、F、G、H、I、K、L、M。 (2)，实验值为：，理论值为：31\n，偏高。A：加热前称量时容量不干燥，加热后水蒸发掉，被算成是晶体中结晶水，故结果偏高。B：本实验要求加热三次以上，直到最后两次称量的质量差小于0.1g才行，否则由于灼烧不充分，晶体中结晶水没有完全除去，测定结果偏低。C：加热后没有放在干燥器中冷却，结果冷却过程中又吸收空气中水分，质量变大，相当于脱水不完全，故结果偏低。D：加热过程中晶体溅失，质量变小，误当成是结晶水脱去，故结果偏高。 22．答案： (1)②④； (2)①③⑧； (3)①； (4)⑧； (5)⑤ 提示： 此题要求对常见物质的晶体结构要了解。 23．答案： (1)A：氧；B：氟，C：氢，D：钠，E：硅。 (2) D2A2： EB4： (3)SiO2、SiF4 (4)2Na十Cu2+十2H2O＝2Na+十Cu(OH)2↓十H2↑ 分析： 由“E的M层电子数是K层电子数的2倍”可知E为元素硅Si；结合化学式“EB4”知元素B显－1价，又由于原子序数B＜E，即B的原子序数＜14，所以B为元素氟；由化学式“CB”知元素C显＋1价，又C在5种元素中序数最小，可设为氢元素，则由“CB可与EA2反应生成C2A和气态物质EB4”可推知“EA2”为SiO2，即A为氧元素，且符合反应： 4HF＋SiO2＝2H2O＋4HF4↑说明假设成立。 由于D元素与氧（A）形成原子数比为1∶1或2∶1的化合物，且D的原子序数在氟与硅间，所以D为钠元素。 24．答案： (1)31\n； (2)Ni3+：Ni2+＝6：9l 解析： ，质量=74.7g/mol×1mol=74.7g。 (1)观察所给氯化钠晶体结构来参考分析NiO晶体： 氯化钠 在NiO晶体中，每4个Ni离子与4个O2—离子组成一个正方体，其体积为（a×10—8cm）3，每个Ni离子又属于8个小正方体所有，1molNiO晶体有个这种小正方体，所以1molNiO的总体积为(a×10—8cm)3×12.04×1023cm3=1.204×a3cm3。 密度=。 注： 其他解法参见知识讲解的离子晶体处的例题。 (2)1molNi0.97O中含Ni3+xmol，Ni2+(0.97—x)mol，O2—1mol；根据电中性原则，3x+2×(0.97－x)=2。X=0.06，Ni2+：0.97－0.06=0.91。Ni3+：Ni2+=0.06：0.91=6：91。水晶常识紫水晶31\n 水晶是一种无色透明的石英结晶体矿物。它的主要化学成分是二氧化硅，跟普通砂子是同一娘胎的物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶体粒子小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。 结晶完美的水晶晶体属于六方晶系，常呈六棱柱状，柱体为一头尖或两头尖，多条长柱体连结在一块，通称晶族，美丽而壮观。二氧化硅结晶不完整，形状可谓是千姿百态。当你到海南水晶陈列馆去瞧一瞧，可以大开眼界：除了常见的长柱状外，还似宝剑形，有的若板状，有的如短柱形，有的像双锥。有的小如手指，有的大如巨石，有的不足半两，有的重达300多公斤。 水晶为什么能受得起一般性摔打？这是因为它有强健的“筋骨”，宝石学称之为硬度，硬度是指宝石抵抗外力刻划的强度。 水晶的硬度如何测得？ 很早以前，当铺的老板对他们认为可疑的水晶仿制品，利用一个硬的尖物或钢锉在不明显的翻面作硬度检测，他们在面上刻划，留下一点不显眼痕迹，以便提醒其它典当同行注意。很显然这是一种最原始、最笨拙的测试手段，它有可能导致水晶破损。 1824年，一位叫弗里希.摩斯的奥地利矿物学家，从许多矿物中抽出10个品种，经过科学实验测出它们的相对硬度，由此得出水晶硬度为摩氏7。尽管后来美国国家标准局使用、推广更科学的诺普硬度测试器，但世界上许多国家的珠宝商，仍习惯于摩氏硬度表。 水晶的硬度相当于钢锉一般坚硬，这使得脆且易碎的黄玉、钻石、欧泊石、祖母绿之类的宝石相形见拙。 水晶解理：无。 解理，俗称辟开。某些宝石（如黄玉、钻石）在外力敲打、挤压或碰撞后，会沿着一个平面裂开，宝石的这种性质称为解理。 水晶破口：贝壳状。 破口，矿物学称为断口。它是31\n指宝石在一定外力撞击下，不按一定的结晶方向破裂，而是形成一个断开的面。换一种解释，是说宝石的裂口可以沿着任何方向延伸，而不是沿着解理而发展。 结晶完好的水晶，常有好的人字形断口；在紫晶和热处理的黄晶中，多呈不平坦到薄片状破口。 水晶比重：2.56－2.66克/立方厘米。 这意味着一定体积水晶的重量，是相同体积水的重量的2.56－2.66倍。块状变种水晶密度可能稍高些。 水晶条痕：无色。 条痕，通常说的颜色，是人眼对一定波长的光线感觉的结果。 水晶透明度与透过它的光的质与量有关。 透明标准为：光线透明过厚度为1厘米以上的水晶碎片或薄片时，可以清晰地看到映出的图像。如是底像不够清楚，仅见轮廓，那便是半透明。 水晶光泽：玻璃光泽。无论在抛光面上还是在破口，都是如此。 光泽，指宝石表面对光线反射的一种光学性质。水晶既不像星光蓝宝石那样反射出绮丽的星光形条纹，又不像月光石那样发出淡蓝色波形光彩，更不像乘欧泊石那样闪烁着五颜六色。 观察水晶的光泽，可用手握着它，以灯光或窗户投进来的光线看表面反射，透明水晶亮度与光泽强弱有关。 水晶折射率：1.544－1.553，几乎不超出此范围。 折射率，是当光由空气中透入宝石晶体，并产生折射现象，其入射角正弦与折射角正弦之比值。 水晶重折射率：0.009（最大），此值非常稳定。 水晶光性特征：一轴晶正光性。 水晶色散：0.013。 色散是说宝石的折射率随照明光的不同而有一定的变化。例如钻石对红光折射为2.405；对绿光为2.427；紫光为2.449。 水晶熔点为1713摄氏度。其受热易碎的特性，是在实验时发现的。将水晶放在喷焰器的烈焰燃烤，除非有很好的保护，且慢慢冷却，否则晶体容易碎裂。这一脾性，古人已摸透。《博物要览》提醒道：“凡用水晶器物，不可用热汤滚水注之，即粉裂如击破者。” 水晶另一脾性就是怕碱不怕酸（氢氟酸除外），这是由于氧化硅特性所决定的。 像玛瑙一类宝石，当受热、摩擦、吹气或受打击时，往往散发一种特殊气味，使人联想到大蒜、马肉、萝卜、松香味儿，然而，水晶在上述情况下，绝无异味。如何挑得一件称心如意的水晶物品？ ◆看选料：选料精良的水晶制品，应看不到星点状、云雾状和絮状分布的气液包体。质地以纯净、光润、晶莹为好，如果发现有深浅不一的断裂纹、斑点，则属于次品。 ◆看做工：水晶制品加工过程分为两种，即磨工和雕工。如水晶项链、手链、耳环等属于研磨品；观音像、内画鼻烟壶等属于雕刻品。一件做工好的水晶制品应考究精细，不仅能充分展现出水晶制品的外在美（造型、款式、对称性等），而且能最大限度的挖掘其内在美（晶莹、巧色）。 ◆31\n看抛光：抛光的好坏直接影响到水晶制品的身价。水晶在加工过程中须经过金刚沙的琢磨，粗糙的制作会使水晶表面存在磨擦的痕迹。好的水晶制品自然透明度、光泽都比较好，按行话说法“火头足”。 ◆看孔眼：对于缀穿水晶制品（如项链、手链、佛珠），要看孔眼是否平直，孔的粗细是否匀称，有无细小裂纹。孔壁必须清澈透明，无“白痕”。 ◆看颜色：即使在同一种类的水晶中，它的不同部位的纹理、色泽也各式各有千秋。属于单色的，要色度均匀；在同一块水晶上有深浅的，则要求其色调纹路美观大方。 ◆看协调：购买水晶首饰时，应试戴一下，看其大小、松紧、长短。如是镶嵌饰物，看是否牢固、周正和协调统一。还应注意水晶首饰的款式、色彩是否与自己的身材、肤色、脸型和服装协调。 附： 水晶的化学成分及性质： 化学式为SiO2。纯净的无色透明的水晶是石英的变种。化学成分中含Si—46.7％，O—53.3％。由于含有不同的混入物而呈多种颜色。紫色和绿色等颜色是由金属离子所致。在水晶中含有砂状、碎片状针铁矿、赤铁矿、金红石、磁铁矿、石榴石、绿泥石等包裹体；发晶中则含有肉眼可见的似头发状的针状矿物的包裹体形成。含锰和铁者称紫水晶；含铁者(呈金黄色或柠檬色)称黄水晶；含锰和钛呈玫瑰色者称蔷薇石英；烟色者称烟水晶；褐色者称茶晶；黑色透明者称为墨晶；呈浅绿色者称为石髓。 水晶晶体结构及形态： 属三方晶系。晶体呈棱柱状并带六边形锥，柱面有横纹，紫水晶中常有角状色带。在自然界中，水晶常呈晶簇产出，造型美观。 水晶的物理性质: 水晶呈无色、紫色、黄色、绿色及烟色等。玻璃光泽。透明至半透明。硬度7。性脆。比重2.65。无解理。贝壳状断口，也有人字形断口。紫水晶具有清楚的二色性，黄水晶和茶水晶具有弱的二色性。发光水晶具有强烈的磷光性。带绿色的砂金水晶在长、短波紫外线照射下发灰绿色荧光。具有猫眼、虹彩和砂金效应。水晶具压电性。硫酸铜晶体里结晶水含量的测定责 编：顾振海 一、“相似相溶”原理 在水、四氯化碳中分别加入蔗糖、磷酸、碘和萘(C10H8)晶体，试观察这四种分子晶体在上述两种溶剂中的溶解性。 几种分子晶体在水和四氯化碳中的溶解情况：(见下表) 蔗 糖磷 酸碘萘水溶 解溶 解难 溶不 溶四氯化碳不 溶不 溶溶 解溶 解 可以看出，蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳；而萘和碘却易溶于四氯化碳，不易溶于水。这说明，有些分子晶体在溶解性上差异很大，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解性也有很大的差别。若分析这几种晶体和溶剂的结构就可以知道，蔗糖、磷酸、水是极性分子，而碘、萘和四氯化碳是非极性分子。通过对该实验和其他许多实验的观察和研究，人们得出了一个经验性的“相似相溶”结论：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。31\n 二、硫酸铜晶体里结晶水含量的测定 1．实验原理 硫酸铜晶体中结晶水的质量分数＝ (硫酸铜晶体和瓷坩埚的质量—无水硫酸铜和瓷坩埚的质量=结晶水的质量)。 2．实验步骤 ①研磨：在研钵中将硫酸铜晶体研碎。 ②称量；准确称量干燥的瓷坩埚的质量，并用此坩埚准确称取一定质量已研碎的硫酸铜晶体。 ③加热：加热晶体，并用玻璃棒轻轻搅拌晶体，使其失去全部结晶水(由蓝色完全变为白色)。加热装置如下图所示（加热时去掉坩埚上盖）。 ④称量：在干燥器内冷却后称量，并记下瓷坩埚和无水硫酸铜的质量。 ⑤再加热、再称量至恒重：把盛有无水硫酸铜的瓷坩埚再加热，再放入干燥器里冷却后再称量，记下质量。到两次称量的质量相差不超过0.1g为止。 ⑥计算：根据实验测得的结果求硫酸铜晶体中结晶水的质量分数。 3．注意事项 ①晶体加热后先放在石棉网上稍冷却，之后一定要放在干燥器内冷却，以保证无水硫酸铜不会从空气中吸收水分而引起测得值偏低(相当于水没有完全失去)。 ②晶体要在坩埚底上摊开加热，有利于失去全部结晶水，以免引起测得值偏低。 ③加热时间不充分、加热温度过低(未全变白)，都会使测得值偏低。 ④加热过程中，应慢慢加热(可改垫石棉网)，以防因局部过热而造成晶体溅失，引起测量值偏高。 ⑤加热温度过高或时间过长，会导致硫酸铜少量分解，使测得值偏高。 4．讨论题解答：分析实验中产生误差的原因31\n 设硫酸铜晶体组成CuSO4·xH2O，m1为坩埚和晶体的质量，m2为加热后冷却称量所得坩埚与粉末的质量。 原理： 产生误差的原因及误差分析： (1)称量的坩埚不干燥：加热后水分蒸发，这样实验过程减少的质量包括晶体中结晶水的质量和坩埚带有水的质量两部分，因计算时将实验过程减少的质量看作结晶水的质量，这样该过程计算时代入的m1—m2的值偏大，则计算出的w或x偏大。 (2)晶体表面有水：加热后水分蒸发，原理同(1)，使得m1—m2的值偏大，则w或x偏大。 (3)晶体不纯，含有不挥发杂质：加热后不挥发性杂质不分解，只有其中的硫酸铜晶体分解，使得m1—m2的值偏小，则w或x偏小。 (4)晶体未研成细粉末：加热时由于晶体颗粒太大，使得颗粒内部的结晶水不能失掉，导致m1—m2的值偏小，则w或x偏小。 (5)粉末未完全变白就停止加热：粉末未完全变白说明结晶水未完全失掉，导致m1—m2的值偏小，则w或x偏小。 (6)加热时间过长，部分变黑：晶体变黑说明CuSO4已发生分解：CuSO4CuO+SO3↑，使得m1—m2的值偏大，则w或x偏大。 (7)加热后在空气中冷却：加热后在空气中冷却，会使CuSO4又结合空气中的水蒸气，使得m1—m2的值偏小，则w或x偏小。 (8)加热过程中有少量晶体溅出：晶体溅出，使得m1—m2的值偏大，则w或x偏大。 (9)两次称量相差>0.1g：两次称量相差>0.1g，说明结晶水未完全失掉，使得m1—m2的值偏小，则w或x偏小。 以上分析可归结为下表：硫酸铜晶体结晶水含量测定实验误差分析能引起误差的一些操作因变量w或x值m(CuSO4)m(H2O)称量的坩埚不干燥—增 大偏 大晶体表面有水—增 大偏 大晶体不纯，含有不挥发杂质增 大—偏 小晶体未研成细粉末—减 小偏 小粉末未完全变白就停止加热—减 小偏 小加热时间过长，部分变黑减 小—偏 大加热后在空气中冷却称量—减 小偏 小加热过程中有少量晶体溅出减 小—偏 大两次称量相差>0.1g—减 小偏 小31
