3.3.3 过渡晶体和混合型晶体 课件2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三节 金属晶体和离子晶体 第三章 晶体结构和性质 第二课时 过渡晶体与混合晶体 四种晶体类型的比较 氯化钠晶体结构 铜晶体结构 金刚石晶体结构 碘晶体晶胞 分子晶体 共价晶体 金属晶体 微粒之间的作用力决定晶体的类型。比如分子晶体的分子间作用力、离子晶体微粒间的离子键、共价晶体微粒间的共价键、金属晶体微粒间的金属键。这些作用力是否纯净？ 四大典型的晶体类型： 离子晶体 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 【思考与交流】 离子键的百分数和什么因素有关？ 电负性差值 2.6 2.3 2.0 1.7 →形成化合物的元素之间的电负性相差越大，离子键百分数越高 课本P89 一般,当电负性的差值△χ >1.7，离子键的百分数大于50%时，可认为是离子晶体。 离子键成分的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体. 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数大于50%, 当作离子晶体处理 离子键的百分数小于50%， 偏向共价晶体,当作共价晶体处理 →第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键的百分数 化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键 既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体 离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体 是分子晶体 课本P89 离子晶体与共价晶体之间的过渡本质是离子键和共价键的过渡。 化合物 键型 离子键的百分数 电负性差值 CsCl 75% HCl 20% Cl2 0 结论：电负性差值越大，离子键成分的百分数越高 离子键的百分数和电负性差值有关 离子键 极性共价键 非极性共价键 3.16 ― 0.79 ＝ 2.37 3.16 ― 2.22 ＝ 0.94 3.16 ― 3.16 ＝ 0 化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键 晶体类型既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体 6 →典型的晶体有分子晶体、离子晶体、共价晶体和金属晶体。 事实上，纯粹的晶体类型是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 Na2O离子键成分较多，当成离子晶体； Al2O3、SiO2共价键成分较多，当成共价晶体。 1.过渡晶体 一、过渡晶体与混合型晶体 离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 一、过渡晶体与混合型晶体 1.过渡晶体 过渡晶体的概念： 8 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子晶体 分子晶体 共价晶体 一、过渡晶体与混合型晶体 1.过渡晶体 离子 晶体 离子 晶体 分子 晶体 分子 晶体 共价 晶体 共价 晶体 分子 晶体 1.四种典型晶体类型都存在过渡晶体 2.晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理 高中化学 9 回顾思考： 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质有什么异同点？ 金刚石 石墨 熔点很高 质地坚硬 不能导电 熔点很高 质地较软 导电性好 钻石恒久远，一颗永流传 →钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨。 每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为__个 ①石墨所有碳原子均采取sp2杂化， 形成平面六元并环结构 ②C原子与C—C键个数比: →金刚石碳原子均采取sp3杂化， 形成三维骨架结构 →C原子与C—C键个数比: . 石墨和金刚石结构对比 石墨晶体中的二维平面结构 金刚石的晶体结构 . 石墨的层状结构 1︰2 2︰3 2 即1mol石墨(C)有 molC－C键。 1.5 质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为1︰1,两者碳碳键的个数比为4︰3 11 石墨晶体是层状结构，金刚石是空间网状结构。 石墨层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的，容易滑动所以石墨质软。金刚石碳原子核间距为155pm，键长比石墨长，键能小，所以比石墨的熔点低。 金刚石结构示意图 问题1：为什么石墨比金刚石质软但熔点高？ 石墨结构未参与杂化的p轨道 石墨层中每个碳原子均剩余一个未参与杂化的含1个电子的p轨道，所有的p轨道平行重叠，形成离域π键，这些p轨道中的电子可在整个层平面中运动。因此石墨有类似金属晶体的导电性。由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面。所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 问题2：为什么石墨能导电？ 层内碳原子之间 石墨晶体结构小结 范德华力 混合型晶体 未参与杂化的p轨道上电子可在层内运动 层与层碳原子之间 共价键 有金属键 的性质 →既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力， 兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。 形成大π键的p轨道 构成σ键的sp2杂化轨道 1.石墨晶体是层状结构(如图)，以下有关石墨晶体的说法正确的一组是 ①石墨中存在两种作用力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C为sp2杂化 ④石墨熔点、沸点都比金刚石低 ⑤石墨中碳原子数和C—C数之比为1∶2 ⑥石墨和金刚石的硬度相同 ⑦石墨层内导电性和层间导电性不同 ⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2 A.全对　　B.除⑤外　　C.除①④⑤⑥外　　D.除⑥⑦⑧外 C 同步练习 共价键、范德华力、类似金属键的作用力 石墨熔点比金刚石高 1∶1.5 石墨质软，金刚石硬度大 √ √ √ √ 6×1/3 =2 课堂练习2、已知六方氮化硼类似于石墨的结构，如图所示。 ①六方氮化硼的化学式： BN ②六方氮化硼中N和B的杂化类型： sp2 ③硼与氮之间的化学键为 ，层与层之间作用力为 。 属于的晶体类型： 。 极性共价键 分子间作用力 ④六方氮化硼虽然类似于石墨结构，但是不导电，其原因是 ________________________________________________________ 六方氮化硼晶体结构其层结构中没有自由电子 混合型晶体 ⑤六方氮化硼熔点 ，硬度 。 较高 较小 课堂练习3、已知立方氮化硼类似于金刚石的结构，如图所示。 ①立方氮化硼中N和B的杂化类型： sp3 磷化硼和氮化硼都属于原子晶体，而氮原子的半径比磷原子小，B-N共价键键长比B-P键短，键能大，所以氮化硼晶体的熔点较高。 ②晶胞中N、B的原子数分别是 ： 4、4 ③立方氮化硼熔点 ，硬度 。 较高 较大 ④氮化硼和磷化硼都是高温结构陶瓷，但氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是： 三、总结提升 (一)晶体类型的判断 1.依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断 (1)分子—分子间作用力—分子晶体 (2)原子—共价键—共价晶体 (3)阴、阳离子—离子键—离子晶体 (4)金属阳离子、自由电子—金属键—金属晶体 2.依据物质的分类判断 (1)活泼金属的氧化物、强碱和绝大多数的盐类是离子晶体 (2)大多数非金属单质(金刚石、石墨、硼、硅除外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体 (3)常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅、晶体锗等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2、氮化硅、氮化硼等 (4)金属单质与合金属于金属晶体 3.依据晶体的熔点判断 (1)共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度； (2)离子晶体的熔点较高，常在数百至一千余摄氏度； (3)分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下至很低温度； (4)金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。 4.依据导电性判断 (1)离子晶体在水溶液中及熔融状态下导电 (2)共价晶体一般为非导体，但晶体硅、锗等能导电 (3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电 (4)电金属晶体是电的良导体 5.依据硬度和机械性能判断 (1)离子晶体硬而脆 (2)共价晶体硬度大 (3)分子晶体硬度小且较脆 (4)金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性 课堂练习4：分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。 (1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电________。 (2)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电：________。 (3)五氟化矾，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等______。 (4)溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：________。 (5)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解：________。 (6)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：________。 (7)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：________。 (8)锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电：________。 共价晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较 1.首先看物质状态 一般情况下，固体>液体>气体 2.其次看物质所属晶体类型 一般情况下，共价晶体>离子晶体>分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等金属的熔、沸点很高，汞、铯等金属的熔、沸点很低。 3.同种类型晶体的熔、沸点的比较 分子晶体: ①看是否含有氢键 有分子间氢键的熔沸点高 有相同的分子间氢键，看氢键的个数， 个数越多，熔沸点越高 ②比较范德华力 组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高 ③比较分子极性 相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高。 ④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较 3.同种类型晶体的熔、沸点的比较 共价晶体： ①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。 键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 ②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较 一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 3.同种类型晶体的熔、沸点的比较 金属晶体： ①金属离子半径越小，离子所带电荷数越多， 其金属键越强，金属的熔、沸点越高 ②合金的熔点比组成合金的纯金属低 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较 3.同种类型晶体的熔、沸点的比较 离子晶体： ①一般地，离子所带的电荷数越多，离子半径越小， 则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高 ②离子所带的电荷数的影响大于离子半径的影响 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较 1. 用“>”或“<”填空: (1)晶体熔点:CF4　　 CCl4      CBr4　    CI4 (2)硬度:金刚石　   碳化硅　   晶体硅 (3)熔点:Na　　    Mg　　    Al (4)熔点:NaF　    NaCl　　  NaBr　   NaI (5)熔点:SiO2　    NaCl　　    CO2 < < 　 < >　 > <　 <　 >　 >　 >　 >　 > 29 2、参照下表中物质的熔点，回答有关问题： 物质 NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl 熔点℃ 995 801 755 651 801 776 715 646 物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 SiCl4 GeCl4 SnCl4 PbCl4 熔点℃ －90.2 －70.4 5.2 12.05 －70.4 －49.5 －36.2 －15.0 ① 钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点高低取决于其______，在这种情况下，_____越大，_______越弱，故熔点依次降低。 ② 硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点高低取决于其___________ ___________越大， 越大，故熔点依次升高。 ③ 钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高得多，这是由____________________________________________。 半径 半径 离子键 相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力 钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体 板书 过渡晶体与混合晶体 四种典型晶体 过渡晶体 定义：介于典型晶体之间的晶体 混合晶体 （石墨） 结构特点 层状结构 同层碳原子sp2杂化、平面六元并环结构 层间范德华力 作用力：既有共价键又有金属键和范德华力 性质：熔点很高、质软、易导电（只能沿石墨平面方向） 偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理，如ɑ-Al2O3偏向共价晶体，看做共价晶体 1.下列关于过渡晶体的说法正确的是 A.石墨属于过渡晶体 B.SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理 C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体 D.Na2O晶体中离子键的百分数为100% B 2.碳的两种同素异形体金刚石和石墨 晶体结构如图下列说法正确的是(　　) A．根据：C(石墨，s)+O2 (g) =CO2 (g) △H= -393.5kJ/mol C(金刚石，s)+O2 (g) =CO2 (g) △H= -395.41kJ/mol 两个反应说明金刚石比石墨稳定，石墨转变为金刚石为放热反应 B．相同质量的金刚石与石墨晶体中，所含共价键数相同 C．估计金刚石与石墨的熔、沸点均较高，硬度均较大 D．现代科技已经实现了石墨制取金刚石，该过程属于化学变化 D 3. 下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是(　　) A．NH3、CH4、NaCl、Na B．H2O、H2S、MgSO4、SO2 C．CH4、H2O、NaCl、SiO2 D．Li、Na、K、Rb、Cs 4. 下列氧化物中所含离子键成分的百分数最小的是(　　) A．N2O3 B．P2O3 C．As2O3 D．Bi2O3 C A 5.四种物质的一些性质如下表： 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质 单质硫 120.5 271.5 — 单质硼 2 300 2 550 硬度大 氯化铝 190 182.7 177.8 ℃升华 苛性钾 300 1 320 晶体不导电，熔融态导电 晶体类型：单质硫是______晶体；单质硼是_______晶体； 氯化铝是______晶体；苛性钾是______晶体。 分子 共价 分子 离子 6.石墨晶体中，层内C—C的键长为142 pm，而金刚石中C—C的键长为154 pm，回答下列问题。 (1)熔点：石墨____(填“＞”“＜”或“＝”)金刚石。 (2)石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C键长的原因：_______________ ___________________________________________________________________________________________________。 ＞ 金刚石中只存在 C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键，电子层重叠程度大，所以C—C间的键长短 (3)石墨晶体中，每个C原子参与__个C—C和___个六元环的形成，而每个键被__个C原子共用，故每一个六元环平均占有__个C原子，C原子数与C—C数之比为______。 3 3 2 2 2∶3 7. 如图所示是某些晶体的结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一部分。 ⑴ 其中代表金刚石的是（填编号字母，下同）_____，其中每个碳原子与____个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于______晶体。 ⑵ 其中代表石墨的是_____，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为______个。 ⑶ 其中代表NaCl的是______，Na+配位数是_____。 ⑷ 代表CsCl的是___，它属于______晶体，每个Cs+与_____个Cl—紧邻。 ⑸ 代表干冰的是_____，它属于________晶体，每个CO2分子与______个CO2分子紧邻。 ⑹ 上述A、B、C、D四种物质熔点由高到低的顺序______________________________。 D 4 共价 E 2 A 6 C 离子 8 B 分子 12 金刚石>NaCl>CsCl>干冰 $$