第3章 第3节 课时2 过渡晶体与混合型晶体 -【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 第三章 晶体结构与性质 第三节　金属晶体与离子晶体 第2课时　过渡晶体与混合型晶体　 四类典型晶体的比较 任务一 过渡晶体与混合型晶体 教材基础·预习 任务二 四类典型晶体的比较 课下巩固训练(二十)　 过渡晶体与混合型晶体　四类典型晶体的比较 学习目标 素养解读 1.从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。 2．从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。 3．了解晶体类型的比较与判断方法 从金属晶体、离子晶体、过渡晶体和混合型晶体的构成微粒及微粒间的作用力角度，准确判断不同的晶体类型，能从物质的微观结构说明同类物质的共性和不同类物质性质的差异及其原因，发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 【情境诱思】 阅读教材内容，思考石墨晶体中存在哪些作用力？为什么说石墨是混合型晶体？ 提示：石墨晶体中层内碳原子间以共价键形成平面六元并环结构，类似共价晶体；层间以分子间作用力结合，类似分子晶体，所以石墨属于混合型晶体。 共价 金属 离子 1．过渡晶体 (1)四种典型的晶体是指 晶体、 晶体、 晶体和 晶体。 (2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。 ①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 从上表可知，表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。 分子 ②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。 [提示]离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键的百分数越大。 范德华力 2．混合型晶体——石墨 (1)结构特点——层状结构 同层内 碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成 结构 层与层之间 靠 维系 石墨的二维结构内 每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面 (2)晶体特点 石墨晶体中，既有 ，又有 ，且有类似金属晶体的导电性。 平面六元并环 范德华力 共价键 【提醒】 石墨晶体中层内每个碳原子与3个碳原子形成C—C共价键，而每个碳原子对每个共价键的贡献只有 eq \f(1,2)，故每个正六边形平均占有的碳原子数为6× eq \f(1,3)＝2，碳原子个数与C—C键数之比为1∶ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3×\f(1,2)))＝2∶3，即12 g石墨晶体中含C—C σ键为1.5NA。 (3)物理性质 ①导电性：石墨有导电性，而且由于相邻碳原子平面相隔较远，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着石墨平面的方向。 ②润滑性：石墨晶体层与层之间存在范德华力，结合力弱，层与层之间可发生相对滑动，使之具有润滑性，可用作润滑剂、铅笔笔芯等。 ③高熔、沸点，质软。 【拓展】 硅酸盐中，链状硅酸根离子中的原子以共价键结合，属于共价晶体。链状的硅酸根离子与钠离子或钙离子等阳离子通过离子键结合，属于离子晶体。所以硅酸盐是离子晶体与共价晶体的混合型晶体。 √ × 【易错辨析】 1．四类晶体都有过渡型( ) 2．Al2O3晶体中存在离子键，属于离子晶体( ) 3．离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小( ) 4．石墨晶体能导电，因此石墨是金属晶体( ) 5．石墨的导电性只能沿石墨平面的方向进行( ) 6．石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点较低( ) √ × × × 【对点练】 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% 解析：选B。石墨属于混合型晶体，A项错误；SiO2属于过渡晶体，但一般按共价晶体来处理，B项正确；大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体，而是过渡晶体，C项错误；第三周期元素的氧化物为过渡晶体，离子键的百分数小于100%，Na2O晶体中离子键的百分数为62%，D项错误。 2．石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图： 下列有关说法正确的是(　　) A．石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化 B．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子 C．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键 D．石墨烯具有导电性 解析：选D。石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，故A错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，不破坏化学键，故C错误；石墨烯具有导电性，故D正确。 【情境诱思】 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 指出上表中各种物质所属的晶体类型是什么？做出判断的依据是什么？ 提示：单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，为共价晶体；氯化铝为化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，为离子晶体。 类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子 粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力、氢键) 金属键 确定作用力强弱的一般判断方法 离子电荷数、半径 键长(原子半径) 组成结构相似时，比较相对分子质量 离子半径、价电子数 类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃) 硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大 导电性 固体不导电，熔化后或溶于水导电 非导体(个别为半导体) 非导体(部分溶于水发生电离后导电) 电的良导体 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 机械加工性 不良 不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 物质类别 金属氧化物、强碱和绝大多数盐 金刚石、晶体硅、晶体硼、碳化硅等 气态氢化物、酸、大多数有机物、大多数非金属单质、非金属氧化物(SiO2除外) 金属单质(常温汞除外)、合金 【总结】 晶体类型的判断依据 由上表的具体内容，可由以下几方面进行判断： (1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用力。 (2)依据物质的类别。 (3)依据晶体的熔点高低。 (4)依据晶体的导电性。 (5)依据晶体的硬度和机械性能。 【对点练】 3．石墨与钾蒸气在300 ℃时生成一种石墨间隙化合物，一层石墨一层K，其俯视图如下图所示。石墨间隙化合物同一层内的石墨烯几乎与石墨中的相同，但层与层之间距离比石墨大的多，下列说法不正确的是(　　) A．该石墨间隙化合物的化学式为KC8 B．石墨、上述石墨间隙化合物都属于混合型晶体 C．上述石墨间隙化合物中存在离子键，因此属于离子晶体 D．上述石墨间隙化合物遇水剧烈反应 解析：选C。切出一个最小的重复单元：，该单元包含1个K原子，8个C原子，因此该石墨间隙化合物的化学式为KC8，A项正确。石墨属于混合型晶体；上述石墨间隙化合物既有金属键的特性，又有离子键和范德华力，因此也属于混合型晶体，B项正确、C项错误。上述石墨间隙化合物可认为是石墨间隙中有单质K，因此遇水剧烈反应，D项正确。 4．(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了共价键的作用力；碘的升华，粒子间克服了分子间作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是____________。 (2)下列六种晶体：①CO2 ②NaCl ③Na ④Si ⑤CS2 ⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为____________(填序号)。 (3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中，能形成分子晶体的物质是____________，含有氢键的晶体的化学式是________，属于离子晶体的是____________，属于共价晶体的是________，五种物质的熔点由高到低的顺序是___________________________________________________________。 (4)A、B、C、D为四种晶体，性质如下： A．固态时能导电，能溶于盐酸 B．能溶于CS2，不溶于水 C．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水 D．固态、液态时均不导电，熔点为3 500 ℃ 试推断它们的晶体类型： C________；D________。 解析：(2)先把六种晶体分类。共价晶体：④、⑥；离子晶体：②；金属晶体：③；分子晶体：①、⑤。由于C原子半径小于Si原子半径，所以金刚石的熔点高于晶体硅；CO2和CS2同属于分子晶体，熔点与相对分子质量成正比，故CS2熔点高于CO2；Na在通常状况下是固态，而CS2是液态，CO2是气态，所以Na的熔点高于CS2和CO2；Na在水中即熔化成小球，说明它的熔点较NaCl低。 答案：(1)离子键　SiO2＞KClO3＞I2　(2)①⑤③②④⑥　(3)H2、CO2、HF　HF　(NH4)2SO4　SiC　SiC＞(NH4)2SO4＞HF＞CO2＞H2　(4)离子晶体　共价晶体 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列物质所属晶体类型分类正确的是( ) 选项 A B C D 共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石 分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰 离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝 金属晶体 铜 汞 铝 铁 答案：D 2．下列晶体最能体现过渡晶体结构与性质的是(　　) A．金刚石 B．CsCl C．Al2O3 D．KF 解析：选C。金刚石是典型的共价晶体；CsCl、KF是典型的离子晶体；Al2O3晶体中离子键成分的百分数只有41%，最能体现过渡晶体的结构与性质。 3．根据表中给出物质的熔点数据(AlCl3的沸点为260 ℃)，判断下列说法错误的是(　　) 晶体 NaCl MgO SiCl4 AlCl3 晶体硼 熔点/℃ 801 2 852 －70 180 2 500 A．MgO中的离子键比NaCl中的离子键强 B．SiCl4晶体是分子晶体 C．AlCl3晶体是离子晶体 D．晶体硼是共价晶体 解析：选C。根据表中各物质的熔点，判断晶体类型。NaCl和MgO是离子化合物，形成离子晶体，故熔、沸点越高，说明离子键越强，A项正确；SiCl4是共价化合物，熔、沸点较低，为分子晶体，硼为非金属单质，熔、沸点很高，是共价晶体，B、D项正确；AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物，但其晶体熔、沸点较低，应属于分子晶体。 4．下列有关晶体的叙述正确且有因果关系的是(　　) 选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ A SiO2晶体熔点高、硬度大 SiO2晶体可用于制造光导纤维 B 碘晶体中的 I—I 键能较小 晶体碘沸点低、易升华 C NaCl晶体中Na＋与Cl－个数比为1∶1，CsCl晶体中Cs＋与Cl－个数比也为1∶1 NaCl和CsCl的晶胞结构相同 D 在金刚石和硅晶体中，原子间通过共价键形成空间网状结构 金刚石和硅的晶体类型相同 解析：选D。SiO2晶体熔点高、硬度大与SiO2晶体可用于制造光导纤维无因果关系， A错误；碘晶体中的 I—I 键能较小，导致碘的稳定性较弱，晶体碘之间的范德华力较小才导致I2沸点低、易升华，无因果关系，B错误； NaCl晶体和CsCl晶体的晶胞结构不同， C错误；碳和硅同主族，在金刚石和硅晶体中，原子间通过共价键形成空间网状结构，金刚石和硅的晶体类型相同，都是共价晶体，二者有因果关系，D正确。 5．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图： 回答下列问题： (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。 (3)C60属于_____晶体，石墨属于_____晶体。 (4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。原因是金刚石中只存在C—C间的______共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。 答案：(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合型　(4)σ　σ　π 【基础达标练】 1．下列叙述正确的是(　　) A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键 B．共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键 C．离子晶体中可能含有共价键 D．金属晶体的熔点和沸点都很高 解析：选C。稀有气体为单原子分子，晶体中分子内无共价键，A不正确；SiO2晶体为共价晶体，硅原子与氧原子间为极性键，B不正确；Na2O2、铵盐等离子晶体中含有共价键，C正确；不同金属晶体中金属键强弱不同，熔、沸点差别很大，D不正确。 2．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 解析：选A。电负性差值越大，离子键成分的百分数越大。 3．下列说法不正确的是(　　) A．Na2O中离子键的百分数为62%，则Na2O不是纯粹的离子晶体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体 B．Na2O通常当作离子晶体来处理，因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体，在许多性质上与纯粹的离子晶体接近 C．Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体，当作离子晶体来处理；SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理 D．分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型 解析：选C。Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理，C项不正确。 4．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(　　) A．10 B．18 C．24 D．14 解析：选D。每个六元环平均占有的碳原子数为6× eq \f(1,3)＝2，7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。 5．黑磷晶体是一种比石墨烯更优秀的新型导电材料，其晶体结构是与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是(　　) A．黑磷晶体中层与层之间的作用力是氢键 B．黑磷晶体中磷原子均采用sp2杂化 C．黑磷与红磷、白磷互为同素异形体 D．黑磷晶体是分子晶体 解析：选C。黑磷晶体中层与层之间的作用力是范德华力，A错误；黑磷晶体中磷原子杂化方式为sp3杂化，B错误；黑磷、白磷、红磷都是磷元素形成的结构不同的单质，互为同素异形体，C正确；黑磷晶体类似石墨，故是混合型晶体，D错误。 6．下列说法不正确的是( ) ①熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 ②水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 ③熔融状态不能导电的晶体一定是共价晶体 ④固态能导电的晶体一定是金属晶体 A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①②③④ 解析：选D。熔融状态能导电的晶体可能是离子晶体(如K2SO4)，也可能是金属晶体(如Al)，①错；水溶液能导电的晶体可能是离子晶体(如NaCl)，也可能是分子晶体(如HCl)，②错；熔融状态不能导电的晶体可能是共价晶体(如金刚石)，也可能是分子晶体(如SO3)，③错；固态能导电的晶体可能是金属晶体，也可能是混合型晶体(如石墨)，④错。 7．下列关于晶体的说法正确的组合是( ) ①组成金属晶体的微粒是原子 ②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ④离子晶体中只有离子键没有共价键，分子晶体中肯定没有离子键 ⑤CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4+和12个O2-紧邻 ⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合 ⑦晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 ⑧氯化钠熔化时离子键被破坏 A．①②③⑥ B．①②④ C．③⑤⑦ D．③⑤⑧ 解析：选D。组成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子，无阴离子；离子晶体内可能有共价键；SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合；分子的稳定性由共价键的键能决定，与分子间作用力无关。 8．石墨晶体是层状结构。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 答案：C 【能力提升练】 9．下列数据是对应物质的熔点(℃)： BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2 －170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723 据此做出的下列判断错误的是(　　) A．铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体 B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体 C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 解析：选B。由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正确；表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C正确；硅和铝不同主族，但对应的氧化物都为共价晶体，说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体，故D正确。 10．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是(　　) A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电 B．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大 C．两种晶体均为分子晶体 D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间结构为平面三角形 解析：选D。A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；B项，立方相氮化硼中只含有σ键，错误；C项，立方相氮化硼是共价晶体，错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻氮原子构成平面三角形，正确。 11．SiO2以[SiO4]为基本单元形成空间立体网状结构，其晶体类型为________，在硅酸盐中，SiO eq \o\al(4-,4)四面体(如图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根：Si与O的原子数之比为________，化学式为________________________。 解析：根据题意知，其晶体类型为共价晶体，①、②两个氧原子为两个结构单元共用，如图\* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(2n－),n) INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Temp\\ksohtml4776\\wps29.jpg" \* MERGEFORMATINET ，中间的结构单元均摊1，再加上其他2个氧原子，一个结构单元中含有一个硅原子，3个氧原子，依据化合价可知一个结构单元表现的化合价为－2，即化学式为[SiO3]或SiOEQ \* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(2-),3)。 答案：共价晶体　1∶3　[SiO3] eq \o\al(2n－,n)(或SiO eq \o\al(2-,3)) 12．石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。 (1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。 (2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“＞”“＜”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。 解析：(1)图甲中1号C与相邻C形成3个C—C，形成σ键的个数为3。(2)图乙中，1号C形成3个C—C及1个C—O，则1号C的杂化方式为sp3，为四面体结构，而石墨烯中C原子的杂化方式均为sp2，为平面结构，键角为120°，则图乙中1号C与相邻C形成的键角小于图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)H2O中O的电负性较强，易与氧化石墨烯中O—H上的H形成氢键，氧化石墨烯中的O易与H2O中的H形成氢键。 答案：(1)3　(2)sp3 　＜　(3)O、H 13．钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问题： (1)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是________；金属离子与氧离子间的作用力为________，Ca2+的配位数是________。 (2)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I－和有机碱离子CH3NH eq \o\al(＋,3)，其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中________的空间位置相同，有机碱CH3NH eq \o\al(＋,3)中，N原子的杂化轨道类型是________；若晶胞参数为a nm，则晶体密度为___________________g·cm-3(列出计算式)。 解析：(2)图(b) 中Pb2+周围围绕6个I－，图(a) 中Ti4+周围围绕6个O2-，故位置相同。有机碱CH3NH eq \o\al(＋,3)中，N原子的价层电子对数为4，所以氮原子的杂化形式为sp3；由晶体结构知晶胞中含有3个I－、1个Pb2+、1个CH3NH eq \o\al(＋,3)，晶胞的质量为( eq \f(3,NA) ×127＋ eq \f(1,NA) ×207＋ eq \f(1,NA) ×32) g＝ eq \f(620,NA) g，则晶体密度为 eq \f(\f(620,NA),a3) g·nm-3＝ eq \f(620,a3×NA)×1021 g·cm-3。 答案：(1)O>Ti>Ca　离子键　12　(2) Ti4+　sp3　 eq \f(620,a3×NA)×1021 $$