選修化學(下) 第六章 晶體

選修化學(下) 第六章 晶體

6-1 晶體的結構 1. 分子晶體的結構

(1) 定義：分子與分子之間以氫鍵或凡得瓦力結合形成的晶體。

(2) 特性：

(a) 分子間作用力小、沸點低、熔解熱、汽化熱均小。

(b) 硬度小、不具延展性、易碎。

(c) 不易導電與導熱。

(d) 容易汽化。

2. 分子晶體的沸點與熔點

性質 效應 實例

分子間引力愈大，沸點愈高。

分子間引力大小：氫鍵>較大分子>極 性分子>非極性分子

Ar HCl Cl

O

H₂ > ₂ > >

鄰二甲苯>間二甲苯>對 二甲苯

沸點

分子的接觸面積愈大，分散力愈大，

沸點愈高。

正戊烷>異戊烷>新戊烷

分子形狀較對稱者，堆積愈緊密，熔 點愈高

新戊烷>正戊烷>異戊烷 對二甲苯>鄰二甲苯>間 二甲苯

熔點

分子間引力愈大者，熔點愈高。 ^{H2O>H2Te>H2Se>H2S}

3. 分子晶體的結構(以冰為例)

(1) 當溫度下降至零度以下時，水分子因分子間的引力，會固定於特定位置而 無法自由移動，液態的水凝固為固態的冰。

(2) 水分子中的氧除了與兩個氫原子間以共價鍵結合外，並與其他兩個 分 子的氫以氫鍵互相吸引，形成類似金剛石的結構。

O H₂

(3) 水分子中兩個氫亦藉氫鍵與其他水分子的氧結合。

(4) 冰的結構因氫鍵作用，使水分子具四面體結構，使得晶體中具較大的孔 洞，當冰熔化時，晶體結構破壞，氫鍵重組，水分子較能緊密結合在一起，

因而水的密度大於冰。

4. 共價鍵網狀晶體結構

(1) 共價鍵：兩原子之間以共用電子對的方式所形成的化學鍵。如

(2) 非金屬元素不易失去電子，因此非金屬之間通常以共價鍵結合成共價分 子。

(3) 非金屬元素之間的共價鍵結若為連續性，則稱為共價網狀固體，如石英 ( )、金剛石( )、碳化矽( )、氮化硼( )、矽( )等不以單獨分子存 在(以簡式表示分子式)，因結構為連續延伸的網狀，熔化時須使共價鍵斷 裂，故具有極高的熔點及沸點。

2

Cl2

SiO C SiC BN Si

5. 共價鍵的鍵型：依共用電子對提供的方式可分為一般共價鍵、配位共價鍵。

(1) 一般共價鍵：結合的兩原子各提供一個電子而形成共用電子對的化學鍵，

例如： 分子 。

(2) 結合的兩原子之間的共用電子對完全由單一方的原子所提供，而另一方原 子則必須提供一空軌域，此方式所形的共價鍵稱為配位共價鍵，例如：

H⁺ N

H₃ N

H H

H H

+

6. 共價鍵的鍵型：以鍵的極性分為非極性共價鍵及極性共價鍵。

(1) 非極性共價鍵：兩個相同原子結合時共用電子對被相同的原子核均等地共

用，稱為非極性共價鍵，例如^{H H} ，^{Cl Cl} 等。

(2) 兩種不同原子結合時，由於吸引共用電子對之相對能力不同(電負度)，造 成共價鍵的電子雲分布不均，使原子分別帶有 及 ，這種帶有 及 的 共價鍵稱為極性共價鍵。例如

δ+ δ⁻ δ⁺ δ⁻

7. 共價鍵的鍵型：以軌域重疊情況分為 鍵及 鍵。 ^{σ π}

σ

(1) 兩個結合原子的軌域沿著同一軸以頭碰頭的方式重疊所形成的鍵結，軸周 圍的電子雲密度呈圓筒形對稱分布，稱為 鍵。 鍵繞軸旋轉時不影響軌 域重疊程度，故 鍵可旋轉。例如

σ σ

(2) ^π鍵

π

π

σ σ

π

(a) 兩個結合原子的 軌域互相平行，以側邊對側邊的方式重疊形成的鍵 結，電子雲分布在兩原子核間軸的上方及下方，所以在核間軸上且垂直 軌域面上的電子密度為零。

p

(b) 鍵的軌域重疊程度較 鍵小，因此鍵結程度小於 鍵。

(c) 鍵無法繞軸旋轉，一旋轉則原來平行的兩個軌域就不再平行，原來重

疊的部分就被改變， 鍵就被破壞。 ^π

H

2H

H C

H

H H

(d) 鍵必伴隨有 鍵出現在多重鍵中，如雙鍵中含有 1 +1 ，叁鍵含有 1 +2 。

π

σ σ

σ

8. 同分異構物的分類

(1) 結構異構物：分子式相同，但原子之間連接方式不同的異構物，例如同為

的分子，可能是 O

H C_{2 6}

C O C

H H

H H H

(二甲醚)，或是

C C O H

H H

H H H

(乙醇)。

(2) 幾何異構物：分子式相同，但原子與原子在空間的排列方式不同的異構 物。例如：二氯乙烯^C 2^Cl2的幾何異構物有

l

C C

Cl 及 ^H

C C

Cl Cl

H 丁烯二酸C4H4O4的幾何異構物有

C C

HOOC COOH 及 ^HOOC

C C

H COOH

H 9. 碳的同分異形體

(1) 石墨

(a) 碳原子以^sp2混成與鄰近三個碳原子之間形成共價鍵。

(b) 每個碳原子之間利用未混成的 軌域形成 鍵。利用 電子的移動，具導 電性。

p π π

(c) 具共振現象。

(d) 平面層狀結構，平均碳-碳鍵級為 3

4鍵。

(2) 金剛石

(a) 碳原子以^sp3混成與鄰近四個碳原子形成共價鍵。

(b) 為無限延伸的四面體，三度空間的網狀立體結構。

(c) 具高硬度、高熔點(3700℃)。

(d) 不導電、難導熱。

(3) 碳 60(富勒烯 fullerene；Bucky-ball)

(a) AD 1985 Smalley 首度以鐳射激發石墨產生。

(b) 形狀似足球，共 20 個六角形，12 個五角形。

(c) 鍵結與石墨相同，為^sp2混成。

(d) 每二個碳原子之間具一個 鍵，60 個碳共 30 個 鍵，90 個 鍵。 ^{π π σ}

10. 離子晶體的結構

(1) 原子發生電子轉移，形成陰離子和陽離子，彼此以庫侖靜電力互相吸引產 生化學鍵結。稱為離子鍵。

(2) 兩元素之電負度差相差愈大者，結合的化學鍵愈接離子鍵，一般而言，電 負度差 1.8 以上時，則有 50%以上的離子鍵特性。

(3) 離子鍵的強弱(補充教材)

(a) 離子鍵的強度與陰陽離子電荷乘積成比，與陰陽離子的距離(半徑和)成反 比，即鍵能

r Q Q₁⋅ ₂

∝ 。

(b) 電荷因素：當陰陽離子的半徑和相近時，離子所帶電荷愈大時，離子鍵 愈強，熔點愈高，例如：^{Mg(2+)O(2−) > Na(+)Cl(−)}； 3^{( )}。

) ) (

2 ( 3 ) 2

( +CO − >K + NO −

Ca

(c) 離子半徑和因素：電荷數相等者，陰陽離子的半徑和愈小者，則離子鍵 愈強，熔點愈高(適用於

Ⅰ

Ⅱ

。

> NaCl LiF

3 2

4

2 3 5 2 3

2

2 2

) ( )

(g g

CaO MgO>

(d) 離子性因素：離子鍵中含有之離子性愈明顯，則離子鍵強度愈大，熔點

愈高。例如： ； ；

。

2 2

2 2

2 SrCl CaCl MgCl BeCl

BaCl > > > >

BF

6 2

2 Al Cl

MgCl NaCl> >>

BeF LiF > >>

(e) 極化因素(法楊原則)：

(i) 針對同種陰離子，高價陽離子吸引電子對，使鍵的共價性增大而離子 性變小，熔點較低。例如：^{SnCl >SnCl} ；^{SbCl >SbCl} ；^{FeCl >FeCl} 。 (ii) 針對同種陽離子，高價陰離子電子對易被吸引，使鍵的共價性增大而

離子性變小，熔點較低。例如：^{KCl > K S}。

(iii) 過渡金屬比非過渡金屬離子有較強的極化能力，共價性增大，離子鍵 較弱，熔點較低。例如：^{MgCl >CuCl} 。

11. 形成離子晶格的能量變化：

(1) 晶體格子能：當多個離子形成固體晶格時，能量降低，此降低的能量稱為 離子晶體的格子能(晶格能)，例如：^Na+(g) +^Cl−(g) →^NaCl₍s₎ ∆^H =−860^kJ/^mol

(2) 離子存在的狀態的能量大小順序：

]

[Na⁺(g)+Cl⁻(g) >[^{Na +Cl ]}離子對>離子正方>離子立方>晶體晶格

12. 波恩-哈柏循環：以 ( s)生成為例：

g

s) ( ) 1

(

NaCl

^{Na →Na ∆H =Na}的汽化熱(昇華熱) _{2( ) ( ) 2 ( )}

2 1

g g

g Cl H Cl

Cl → ∆ = 的生成熱 ^Na(g) →^Na+(^g)+^e− ∆^H₃ =^Na的游離能

Cl(g)+^e− →^Cl−(^g) ∆^H₄ =^Cl的親和力

+) Na⁺(g)+Cl⁻(g) →Na⁺Cl⁻(s) ∆H5 = NaCl(s)的晶格能 _{() 2( ) ( ) ()}

2 1

s s

g

s Cl NaCl H NaCl

Na + → ∆ = 的莫耳生成

5 4

3 2

1 H H H H

H +∆ +∆ +∆ +∆

∆

= 13. 離子晶體的堆積

(1) 配位數：晶體中離子被不同電荷之離子所緊鄰接觸，圍繞於陽離子的陰離 子數目稱為陽離子的配位數，而圍繞陰離子的陽離子數目，則稱為陰離子 的配位數。

(2) 配位數與幾何形狀：陽離子與陰離子半徑比(

− +

r

r )值愈大，則配位數愈大。

− +r

r 0.225~0.414 0.414~0.732 0.732~1.0

配位數 4 6 8

幾何形狀 四面體 八面體(面心) 立方體(體心立方)

陰陽離子 排方式

每個 被 4 個 以四面體方式緊密 包圍

+

Zn2 S²⁻ 每個 被 6 個 以八面體方式緊密 包圍

Na+ Cl⁻ 每個 被 8 個^Cl 以正立方體方式緊 密包圍

Cs+ ⁻

單位晶體 所含離子

對數

4 4 1

單位晶格

實例 ^ZnS、^{BeO NaCl}、^MgO、^{LiF CsCl}、^CsBr、^CsI 離子半徑

( )與 晶格邊長 ( )及相同 離子最近 距離( ) 的關係

− + r r ,

l

a

l r

r 4

= 3 + ₋

+

2 r l r₊ + ₋ =

2 r a r₊ + ₋ =

l r

r 2

= 3 + ₋

+

14. 金屬晶體的結構

(1) 金屬鍵：金屬陽離子淹沒於自由電子所形成的電子海內，金屬陽子與自由 電子之間庫侖力，使金屬原子結合在一起的作用力。

(2) 形成條件：

(a) 低游離能及低電負度的原子。

(b) 具空價軌域的原子。

(3) 強度：金屬陽離子的電荷密度愈大，則金屬鍵愈強。

性質 同列元素 同族元素

離子半徑大小 ^{Na+ >Mg2+ > Al3+ Li+ <Na+ <K+ <Rb+ <Cs+} 電荷密度大小 ^{Al3+ >Mg2+ > Na+ Li+ >Na+ >K+ >Rb+ >Cs+}

金屬鍵強弱 ^{Al >Mg> Na Li> Na>K >Rb>Cs} 熔點 ^{Al >Mg> Na Li> Na>K >Rb>Cs}

(4) 導電性

(a) 溫度升高時，因自由電子運動速率加快，運動更為凌亂，且晶格中的陽 離子振動大，形成更高的電阻，因而導電度下降。

(b) 含雜質時，晶格規則性被破壞，電阻變大，導電度下降。

15. 能量帶理論

(1) 價帶：價電子所佔有的軌域稱為價帶。

(2) 傳導帶：未被價電子所佔滿的較高能量的軌域稱為傳導帶，傳導帶的電子 才會受電場作用而移動導電。

(3) 價帶與傳導帶的能量差愈小的物質，其導電度愈高。

(4) Eg(能量差)：金屬<類金屬(半導體)<絕緣體

(5) 導電度：金屬>類金屬(半導體)>絕緣體

(6) 半導體因溫度升高時，價電子得到能量躍遷至傳導帶，導電度上升。

(7) 半導體加入雜質時，電子結構變得更不穩定，導電度上升。

16. 金屬晶體的堆積 (1) 金屬堆積形式

堆積

形式 單位晶格 配位數、原子數、 與 的關係 ^{l r} 體心

立方 堆積

(a) 層狀排列：4,1,4,1,4,…

(b) 配位數：8

(c) 單位晶格含有原子數： ^{8 1 2} 8

1× + =

(d) 單位晶格邊長 與原子半徑 之關 係：

l r

l r 4

= 3

(e) 原子量(M)= 0 3

2D N l × ×

面心 立方 堆積

(a) 層狀排列：5,4,5,4,5,…

(b) 配位數：12

(c) 單位晶格含有原子數： ^{6 4} 2

8 1 8

1× + × =

(d) 單位晶格邊長 與原子半徑 之關 係：

l r

l r 4

= 2

(e) 原子量(M)= 0 3

4D N l × ×

六方 最密 堆積

(a) 層狀排列：7,3,7,3,7,…

(b) 配位數：12

(c) 單位晶格含有原子數：

6 3 2 2

12 1 6

1× + × + =

(2) 常見金屬的堆積方式

17. 合金：金屬的結構中，常因含有其他種元素而增強硬度，含有其他元素的金 屬物質，稱為合金( alloy).

合金 取代型合金 間隙型合金

定義 某些金屬原子被其他大小相似的 原子取代，例如黃銅即是有

3 1的 銅原子被鋅原子取代。

金屬的最密堆積結構中，一些空 隙被其他小原子所佔據，例如鋼 鐵。

結構

18. 補充資料：

6-2 晶體成長及其應用

1. 晶種：晶體在結晶過程中常必需依賴晶種(seed)形成晶核，以利晶體的生成，

例如：

碘化銀(^AgI)因與冰晶的結構非常類似，用於製造人造雨時作為晶種使用。

(1) 地面造雨法：利用地面造雨器燃燒碘化銀溶液，使碘化銀煙粒隨熱氣飄升 達高空以充當冰晶核。當碘化銀煙粒上達雲內過冷水滴層，可使過冷水滴 凝固為冰晶，經由冰晶成長過程，終至掉落成雨。

(2) 空中造雨法：利用飛機在雲中撒播碘化銀或乾冰雲種，由於撒播之雲種可 精確被送達足夠低溫之雲中，故一般造雨效果比地面造雨法為佳。

(3) 冷雲由冰晶組成及過冷水滴組成。促使冰晶成長降水的方法，常用是撤播

乾冰(dry ice，CO2 s( )) 和碘化銀(silver iodine，AgI)。

(4) 暖雲是由大小不同的水滴組成的，環境溫度都在 0°C 以上。促使水滴加快 合併長大，常用的方法是撤播鹽水。鹽是很好的凝結核，吸濕性很強，故 能迅速變成大水滴；再經過碰撞過程，不斷吞併其他水滴，最後成為雨滴 掉下地面為降雨。

2. 寶石顏色：

(1) 晶體析出的形狀或顏色，主要與溫度、生成速率以及是否含有雜質有關。

(2) 例如：氧化鋁( )的純晶體為白色，但如果摻入微量的氧化鐵，則變成 深紅色的紅寶石(ruby)；如果含有微量的氧化鈦(^TiO )，則變成深藍色的藍 寶石( sapphire)。

3 2O Al

2

3. 熱包：過飽和溶液結晶的應用

(1) 過飽和溶液在一個缺乏晶種的潔靜環境中，無法形成晶體，一旦出現晶 種，它就會迅速結晶而釋出大量熱能。

(2) 例如：市售的一種熱包，袋中充填過飽和的醋酸鈉(^CH )溶液。使用 時須輕折袋內的圓盤，圓盤內有粗糙的凹痕，提供作為晶種的效果，因此 溶液迅速結晶硬化，同時放出熱量。

COONa

3

(3) 使用後，將熱包置於熱水中浸煮，可溶解析出的晶體，冷郤至室溫後，再 次成為過飽和溶液，即可重複使用。

4. 液晶：一般的液體分子是無秩序的混亂排列，但是，液晶(liquid crystals)卻有 類似固體的特性。當光線照射後，液晶顯示器( Liquid Crystal Display,LCD)即 呈現可讀的訊息或數字，常應用於液晶螢幕、計算機、相機、行動電話等的 顯示器面板。

課後練習：

6-1 晶體的結構 一. 單一選擇題

1、( C ) 下列何者為石英之主成分？ (Ａ)MgO (Ｂ)B2O3 (Ｃ)SiO2 (Ｄ)Al2O3

(Ｅ)CuO

2、( A ) 布拉格父子曾以下列何種射線測定了 NaCl、KCl、石墨和金剛石的結 構？ (Ａ)X 射線 (Ｂ)α射線 (Ｃ)β射線 (Ｄ)γ射線

3、( B ) CH4分子是以碳原子為中心的正四面體結構，而不是正方形的平面結

構，理由是 (Ａ)CH3Cl不存在同分異構體 (Ｂ)CH2Cl2不存在同分異構體

(Ｃ)CHCl3不存在同分異構體 (Ｄ)CH4分子中四個價鍵的鍵長鍵角都相 等

4、( A ) 以下哪種晶體裡沒有共價鍵？ (Ａ)鈉 (Ｂ)冰 (Ｃ)硫酸鈉 (Ｄ)石墨 5、( D ) 存在於 H2O 液體分子間的作用力有哪些？ (Ａ)氫鍵 (Ｂ)偶極─偶極

力 (Ｃ)凡得瓦力 (Ｄ)以上皆是

6、( D ) 人們常用金剛石來割玻璃，主要是利用金剛石的什麼特性？ (Ａ)解理

發達 (Ｂ)有稜有角 (Ｃ)晶形完美 (Ｄ)硬度最大 (Ｅ)具有條痕 【87 推 甄】

7、( E ) 下列何種元素無同素異形體存在？ (Ａ)碳 (Ｂ)硫 (Ｃ)氧 (Ｄ)磷 (Ｅ) 氯

8、( C ) 石墨及鑽石均由碳所組成，是屬於 (Ａ)合金 (Ｂ)同位素 (Ｃ)同素異性 體 (Ｄ)化合物

9、( A ) 下列有關石墨和鑽石的敘述，何者不正確？ (Ａ)二者組成成分不同

(Ｂ)二者立體結構不同 (Ｃ)二者硬度不同 (Ｄ)二者皆為共價鍵結 10、( A ) 網狀固體原子間的結合力為 (Ａ)共價鍵 (Ｂ)凡得瓦引力 (Ｃ)離子鍵

(Ｄ)氫鍵 (Ｅ)金屬鍵

11、( C ) 鉀明礬、鈉明礬、銨明礬、鐵明礬與鉻明礬等都是八面體晶體，稱為 (Ａ) 同分異構物 (Ｂ)同素異形體 (Ｃ)異質同形體 (Ｄ)以上皆非

12、( A ) 下列何者為二度空間網狀固體？ (Ａ)金剛石 (Ｂ)石綿 (Ｃ)石墨 (Ｄ) 玻璃

13、( A )下列物質中屬於同素異形體的是 (Ａ)活性碳、金剛石 (Ｂ)冰、乾冰 (Ｃ) 水、重水 (Ｄ)一氧化碳、二氧化碳 (Ｅ)碘、碘蒸氣

14、( D ) 固態二氧化碳（即乾冰）的晶體結構如圖所示：

每個 CO2分子周圍距離相等且最近的 CO2分子數目為 (Ａ)6 (Ｂ)8 (Ｃ)10

(Ｄ)12

15、( D ) 石墨是一種層狀晶體，每一層由無數個正六邊形構成，則平均每個正 六邊形所占有的碳原子數為 (Ａ)6 (Ｂ)4 (Ｃ)3 (Ｄ)2

16、( B ) 家用電冰箱由於長期盛放食物常有一股特殊氣味，下列可用於消除冰 箱中氣味的物質是 (Ａ)乾冰 (Ｂ)活性碳 (Ｃ)石英 (Ｄ)瑩石

17、( D ) 下列何者為三度空間網狀固體？ (Ａ)石墨 (Ｂ)石綿 (Ｃ)玻璃 (Ｄ)金 剛石

18、( B ) 下列何者不是離子化合物的特性？ (Ａ)沸點、熔點高 (Ｂ)固態及熔化

態均導電 (Ｃ)易溶於水 (Ｄ)不易溶於有機溶劑

19、( D ) 下列物質的性質中，何者可以證明某化合物分子內一定存在離子鍵？

(Ａ)可溶於水，不溶於苯 (Ｂ)具有較高的熔點 (Ｃ)水溶液能導電 (Ｄ) 熔融狀態能導電

20、( A ) 是氯化鈉的晶體結構如圖所示，它是從氯化鈉晶體中劃分出來的一個

平行六面體結構單元──晶胞。完美的氯化鈉晶體可看作是無限多個晶 胞在三維方向作無限週期性排列而成。據此判斷在氯化鈉晶體中平均每 個晶胞中含有 (Ａ)4 個 Cl⁻離子和 4 個 Na⁺離子 (Ｂ)6 個 Cl⁻離子和 6 個 Na⁺離子 (Ｃ)1 個 Cl⁻離子和 1 個 Na⁺離子 (Ｄ)8 個 Cl⁻離子和 8 個 Na⁺離 子

21、( B ) 金屬具有電和熱的良導體特性，因金屬有 (Ａ)共價鍵 (Ｂ)自由電子 (Ｃ)氫鍵 (Ｄ)離子鍵

22、( C ) 下列晶體中金屬鍵最強的是 (Ａ)鈉 (Ｂ)鎂 (Ｃ)鋁 (Ｄ)矽

23、( A ) 某物質熔融狀態可導電，固態可導電，將其投入水中後水溶液也可導 電，則可推斷該物質可能是 (Ａ)金屬 (Ｂ)非金屬 (Ｃ)可溶性鹽 (Ｄ)可 溶性鹼

24、( B ) 下列敘述何者正確？ (Ａ)乾冰晶體中，CO2分子間以共價鍵相連 (Ｂ) 氯化鈉晶體熔化時，化學鍵會被破壞 (Ｃ)離子化合物屬於強電解質，一 定都溶於水 (Ｄ)原子晶體中不可能存在極性共價鍵

25、( B ) 下列哪一組物質，按熔點由高到低的順序排列？ (Ａ)NaCl、SiO2、 CO2、Na (Ｂ)SiO2、NaCl、Na、CO2 (Ｃ)Na、NaCl、CO2、SiO2 (Ｄ)CO2、 Na、NaCl、SiO2

26、( B ) 下列說法，何者正確？ (Ａ)離子晶體一定無共價鍵 (Ｂ)分子晶體中一 定無離子鍵 (Ｃ)非極性分子中一定無極性鍵 (Ｄ)全部由極性鍵構成的 分子一定為極性分子

27、( A ) 關於晶體的下列說法，何者正確？ (Ａ)在晶體中只要有陰離子就一定 有陽離子 (Ｂ)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子 (Ｃ)原子晶體的 熔點一定比金屬晶體的高 (Ｄ)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低

28、( C ) 下列各組物質，晶體的類型相同，但其中化學鍵的類型不完全相同的

是 (Ａ)NaCl、H2O (Ｂ)H2、Br2 (Ｃ)NH4Cl、KCl (Ｄ)CO2、SiO2 29、( A ) 下表中給出幾種氯化物的熔點和沸點：

NaCl MgCl₂ AlCl₃ SiCl₄ 熔點(℃) 801 714 190 −70 沸點(℃) 1413 1412 180 57.57

有關表中所列四種氯化物的性質，有以下敘述：a.氯化鋁在加熱時能昇 華，b.四氯化矽在晶態時屬於分子晶體，c.氯化鈉晶體中微粒之間凡得瓦 力結合，d.氯化鋁晶體是典型的離子晶體，其中與表中數據一致的是 (Ａ) 只有 a、b (Ｂ)b (Ｃ)只有 a、b、c (Ｄ)只有 b、d

30、( B ) 下列各組物質中，按熔點由低到高順序排列正確的是 (Ａ)Na、K、Rb (Ｂ)CO2、KCl、SiO2 (Ｃ)O2、I2、Hg (Ｄ)SiC、NaCl、SO2

31、( C ) 某化合物具有極低的熔點，質軟且不導電，則其最可能是下列何者？

(Ａ)離子化合物 (Ｂ)極性共價化合物 (Ｃ)非極性共價化合物 (Ｄ)網狀 固體

32、( C ) 何者的晶格能(latice energy)最大？ (Ａ)NaF (Ｂ)KCl (Ｃ)MgO (Ｄ)CaS

33、( D ) 有關 NaCl(s)（其堆積方式為下列三種圖形中之某一種）之敘述，下列

何者不正確？ (Ａ) 每個 Na⁺之配位數為 6 (Ｂ) 每個 Cl⁻之配位數為 6 (Ｃ) 若 Na⁺、Cl⁻之半徑各為 aÅ、bÅ，則 0.414<

b

a<0.732 (Ｄ) NaCl 之水 溶液可導電而熔融狀態則否

(a) (b) (c) 34、( D ) 下圖為 Ca(s)的晶體堆積方式，則下列敘述，何者為真？ (Ａ) 該堆積方

式稱之「體心立方堆積」 (Ｂ) 此單位晶格中共有 14 個 Ca 原子 (Ｃ) 每 個 Ca 原子的配位數為 8 (Ｄ) 若 Ca 的原子半徑為 aÅ，則該單位晶格之 邊長 =

2 a 4

二. 多重選擇題

1、( BCE ) 經研究發現，有一種磷分子具有鏈狀結構，其組成 可以表示為，有關它的敘述，何者正確？ (Ａ)它易溶 於水 (Ｂ)它與白磷互為同素異形體 (Ｃ)它的分子量 是白磷的 8 倍 (Ｄ)其分子中具有不飽和鍵 (Ｅ)在其 分子中每個磷原子以非極性鍵與另外三個磷原子結合 2、( BCD ) 下列哪些是金屬的特性？ (Ａ)質硬且易脆 (Ｂ)延展

性 (Ｃ)有光澤 (Ｄ)可以導電 (Ｅ)溶於水會產生離子 3、( ABDE ) 有關金屬結構與性質間關係之下列敘述何者正確？

(Ａ)金屬晶體中具有可自由移動的價電子，故容易導電

(Ｂ)金屬原子之價帶與傳導體間之能量差極小，故容易導電 (Ｃ)溫度升 高時，導電度增大 (Ｄ)金屬結晶中之金屬原子層面可以滑動，故具有 延展性 (Ｅ)金屬晶體中，如果滲混其他元素或合金會使硬度加大 4、( ABCE ) 下面有關晶體的敘述中，哪些是正確的？ (Ａ)金剛石網狀結構中，

由共價鍵所形成的最小環上有 6 個碳原子 (Ｂ)氯化鈉晶體中，每個鈉 離子周圍緊連著 6 個氯離子 (Ｃ)碘化鉀晶體內存在的作用力是離子鍵

(Ｄ)乾冰晶體內存在的作用力為氫鍵 (Ｅ)碘晶體昇華時，必須吸熱以克 服凡得瓦力

三. 填充題

1、BGO 是一種閃爍晶體材料，曾用於諾貝爾獎獲得者丁肇中著名實驗，它是 鍺酸鉍的簡稱。若知：←BGO 中，鍺處於其最高價態，↑在 BGO 中，鉍的 價態與鉍跟氯形成某種共價氯化物時所呈的價態相同，在此氯化物中鉍具有 最外層 8 電子穩定結構，→BGO 可看成是由鍺和鉍兩種元素的氧化物所形 成的複雜氧化物，且在 BGO 晶體的化學式中，這兩種氧化物所含氧的總質 量相同。請填空：

(1)鍺和鉍的元素符號分別是______和______。

(2)BGO晶體的化學式是______。

(3)BGO晶體中所含鉍氧化物的化學式是______。

2、參考下表中的熔點，回答有關問題：

物質 NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl 熔點℃ 995 801 755 651 801 776 715 646

物質 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 SiCl4 GeCl4 SnCl4 PbCl4

熔點℃ −90.2 −70.4 5.2 120.5 −70.4 −49.5 −36.2 −15.0 (1)鈉的鹵化物及鹼金屬的氯化物的熔點與______有關，隨______增大

______減小，故熔點依次降低。

(2)矽的鹵化物及矽、鍺、錫、銅的氯化物的熔點與______有關，隨______

增大______增大，故熔點依次升高。

(3)鈉的鹵化物的熔點比相應的矽的鹵化物的熔點高得多，這與______有 關，因為______，故前者熔點遠遠高於後者。

3、下圖甲、乙二種晶體中○表 A 粒子，●表 B 粒子。

(1)甲之化學式是 ______

(2)乙之化學式是 ______

(3)甲的堆積方式稱之 ______

(4)若 A、B 之半徑各為 aÅ、bÅ，則乙晶格邊長A為 ______（用 a，b 表示 之）

四. 計算題

1、在氯化鈉晶體中，若鈉離子與氯離子接觸，以面心立方堆積(氯離子的半徑 為 1.81 Å，而鈉離子的半徑為 0.98 Å)，回答下列問題：

(1)氯化鈉晶體單位晶格含氯離子和鈉離子各為多少個？

(2)氯化鈉晶體中兩個鈉離子最近之距離為多少 Å？

(3)氯化鈉晶體的密度為多少 g/cm³？

五. 問答題

1、各種物質的物理性質主要取決於其粒子間的引力類型。

(a)鑽石、氯化鈉和四氯甲烷的熔點分別為 3750℃、800℃和 −23℃。試解釋 這些物質的熔點差異。

(b)解釋為什麼在固態時，鈉能導電，但氯化鈉不能。

(c)解釋為什麼氯化鈉只能在熔融狀態或溶液中時才可導電。

(d)解釋為什麼石英和鑽石均是非常堅硬，但氯化鈉和石蠟卻很易斷裂。

(e)解釋為什麼四氯甲烷在液態時不能導電。

6-2 晶體成長及其應用

一. 單一選擇題

1、( A ) 含結晶水醋酸鈉(CH3COONa．3H2O)熔融後，逐漸冷卻至室溫維持在 過泠的液態；結晶生成時該化合物所呈現的現象是 (Ａ)放熱 (Ｂ)吸熱 (Ｃ)顏色變深 (Ｄ)溫度不變

2、( A ) 結晶體置於空氣中會漸漸放出結晶水的現象稱為 (Ａ)風化 (Ｂ)水解 (Ｃ)還原 (Ｄ)以上皆非

3、( B )天然寶石中，剛玉、紅寶石的主要成分是 (Ａ)二氧化錳 (Ｂ)氧化鋁 (Ｃ) 二氧化矽 (Ｄ)矽酸鋁

4、( A ) 人造雨最常用的晶種是何種化學物質？ (Ａ)碘化銀 (Ｂ)氯化鈉 (Ｃ) 碘 (Ｄ)乾冰

5、( D ) 有些固體如碘、乾冰等物質，其晶格表面上的分子被束縛得較鬆，一 受熱就震斷了晶格的拘束而逸出晶格外，直接汽化成氣體，這種現象稱 為 (Ａ)熔化 (Ｂ)汽化 (Ｃ)蒸發 (Ｄ)昇華

6、( C ) 採用何種結晶法，方可獲得溶解度甚大的物質（如硝酸鈉、氯化鈣）

之晶體？ (Ａ)冷卻法 (Ｂ)恆溫蒸發法 (Ｃ)絕熱蒸發法 (Ｄ)增溫法 二. 多重選擇題

1、( AC ) 工業上生產 KClO3晶體的方法之一，是在一定溫度下，向 NaClO3

的濃溶液中投入 KCl 粉末並攪拌，可析出 KClO3晶體，有關敘述，何 者正確？ (Ａ)該溫度時，KClO3的溶解度小於 NaClO3 (Ｂ)該溫度時，

KClO3的電離度稍小於 NaClO3 (Ｃ)該溫度時，KCl 在溶液中所能達到 的莫耳濃度較 KClO3大 (Ｄ)該溫度時，KClO3難溶於水

2、( ABD ) 下列有關水的敘述何者正確？ (Ａ) 用碘化銀進行人造雨，是因為其 結構與冰的晶體相似 (Ｂ) 在 0℃時，固態的密度較液態的低，是因為 氫鍵的關係 (Ｃ) 離子交換樹脂可用於海水淡化 (Ｄ) 含有鉀離子及鈉 離子的水稱為暫時硬水 (Ｅ) 一般雨水的 pH 值為 7

三. 問答題

1、日常生活中有哪些和晶體有關的例子呢？

答案：

6-1 晶體的結構 一. 單一選擇題

1、( C ) 2、( A ) 3、( B ) 4、( A ) 5、( D ) 6、( D ) 7、( E ) 8、( C ) 9、( A ) 10、

( A ) 11、( C ) 12、( A ) 13、( A ) 14、( D ) 15、( D ) 16、( B ) 17、( D ) 18、( B ) 19、( D ) 20、

( A ) 21、( B ) 22、( C ) 23、( A ) 24、( B ) 25、( B ) 26、( B ) 27、( A ) 28、( C ) 29、( A ) 30、

( B ) 31、( C ) 32、( C ) 33、( D ) 34、( D )

二. 多重選擇題

1、( BCE ) 2、( BCD ) 3、( ABDE ) 4、( ABCE )

三. 填充題

1、 (1)Ge、Bi

(2)Bi₄Ge₃O₁₂或 2Bi2O₃．3GeO2或 Bi4(GeO₄)₃ (3)Bi₂O₃

2、 (1)離子半徑、離子半徑、靜電引力(離子鍵鍵能) (2)分子量、分子量、凡得瓦力

(3)晶體類型，離子鍵能一般比凡得瓦力大得多 3、(1) AB (2) AB3 (3)體心立方堆積 (4) 2 (a + b) 四. 計算題

1、(1)各為 4 個 (2)3.95×10⁻¹⁰ m (3)2.24 g/cm³ 五. 問答題

1、 (a)鑽石的熔點最高，這是因為每個碳原子均通過強共價鍵與其他 4 個碳原子相鍵合。

(b)鈉原子通過金屬鍵結合在一起，並擁有自由電子。但是在氯化鈉晶體中則沒有自由 電子或離子。

(c)當氯化鈉溶於水或處於熔融狀態時，離子可自由運動，因而導電。

(d)石英和鑽石均是巨型共價晶體，這種晶體非常堅硬。氯化鈉晶體很脆弱，這是由於 相同電荷的離子互相排斥。石蠟分子間存在著微弱的凡得瓦引力。

(e)因為液態的四氯甲烷仍缺乏自由電子或離子。

6-2 晶體成長及其應用 一. 單一選擇題

1、( A ) 2、( A ) 3、( B ) 4、( A ) 5、( D ) 6、( C )

二. 多重選擇題

1、( AC ) 2、( ABD )

三. 問答題

1、陶瓷的冶燒（與礦物晶體有關），計算機、相機及行動電話等使用液晶顯示的日常用品。

此外，還有利用過飽和溶液結晶原理所製成的熱包。