3.3.2 离子晶体过渡晶体混合晶体 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三节 金属晶体与离子晶体　 第2课时 离子晶体 过渡晶体 混合晶体 人教版选择性必修2 lijinhu (l) - 氯化钠晶体 硫酸铜晶体 【思考】食盐具有较高的熔点和沸点以及较大的硬度，NaCl晶体不能导电，但熔融的NaCl或者水溶液却能导电，如何解释呢? 情境引入 1.知道离子键的特点，能以NaCI和CsCI为例解释典型离子化合物的某些性质，并能举例说明不同离子晶体的熔点差异。 2.知道晶体中粒子间的各种相互作用力，比较四类典型晶体的构成粒子、粒子间的相互作用与物质性质的关系。 3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的 学习目标 重点：离子晶体的结构特点与性质之间的关系 难点：离子晶体、过渡晶体和混合晶体的结构特点和性质 重难点 思考： 阅读课本P87-92回答下列问题 1、离子晶体的概念、构成微粒及微粒间相互作用？ 2、利用教材中图3-30的图示，推测NaCl晶体、CsCl晶体的结构特点？ 3、比较四类典型晶体的构成粒子、粒子间的相互作用与物质性质的关系 4、什么是过渡晶体（以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例）？ 5、什么是混合型晶体？ 1. 概念：阴、阳离子间通过静电作用（引力和斥力）形成的化学键 成键微粒：阴、阳离子 本质：静电作用 成键条件：活泼金属元素（或NH4+）和活泼非金属元素 两种元素电负性差值＞1.7，常形成离子键 2.离子键特征：没有方向性，没有饱和性 一、离子键 3.影响因素： 结论：离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强，熔点越高。 （注意：电荷影响更大） 二、离子晶体 1.概念：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体。 氯化钠晶胞结构 2. 构成粒子 粒子间的作用力 阴、阳离子 (可能有电中性分子如H2O、NH3等) 例 CuSO4·5H2O 、Cu(NH3)4SO4·H2O 离子键为主 注：①有的离子晶体中还存在电中性分子(如H2O、NH3等)，所以这些离子晶体中还存在共价键、氢键、范德华力等。 ②离子晶体无分子式，只有化学式。 化学式表示离子最简整数比。 3. 常见的离子晶体 ①强碱：如NaOH 、KOH ②活泼金属氧化物: 如Na2O 、Na2O2 ③大多数盐：如NaCl 、NH4Cl（AlCl3、FeCl3、BeCl2是分子晶体）。 ④金属氢化物：NaH、KH等 4. 离子晶体的物理性质 （1）熔沸点：较高，难挥发。 注：①离子晶体熔化时破坏离子键 ②离子晶体的熔沸点相差很大，有的比共价(分子)晶体高，有的也比共价(分子)晶体低。 【思考】我们知道，金属的熔点差异很大，如钨的熔点为 3410 ℃。而常温下，汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？ （2）硬度：较高，难以压缩。 4. 离子晶体的物理性质 离子晶体硬而脆，延展性较差 思考：离子晶体是否像金属晶体一样具有较好的延展性? 施加外力 发生滑动 同种电荷相互排斥，使晶面裂开 4. 离子晶体的物理性质 （3）导电性：固态时不导电，溶于水或熔融状态下导电。 思考：离子晶体在水溶液或熔融状态下导电与金属导电有什么不同? NaCl溶液能够导电 熔融的NaCl能够导电 金属导电：与电源负极相连的电极 与电源正极相连的电极 离子晶体固态时不能导电，因为阴阳离子不能自由移动，在熔融或水溶液状态下发生电离，产生自由移动的阴阳离子，离子晶体才能够导电。 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。 4. 离子晶体的物理性质 （4）溶解性：绝大多数离子晶体能溶于水、难溶于有机溶剂 5. 离子晶体熔点高低判断：离子键越强，熔点越高。 6. 离子晶体判断方法： (1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断。 (2)依据物质类别判断：活泼金属氧化物、强碱和绝大多数盐类是离子晶体。 (3)依据导电性判断：离子晶体溶于水或熔融状态下导电。 (4)依据熔、沸点和溶解性判断：离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。 7. 离子晶体典型结构： （1）NaCl晶体 Na+ Cl- (1)钠离子和氯离子的位置： Na+：体心和棱中点； Cl-：面心和顶点 位置可以互换 (2)晶胞中微粒数： Na+：4个；Cl-：4个； 个数比：1:1，所以化学式：NaCl (3)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。 ①每个Cl－周围等距最近Na+有 ；其配位数为 ； 它们所围成的空间几何构型是 。 6个 6个； 正八面体 ②每个Na+周围等距最近Cl－有 ；其配位数为 ； 它们所围成的空间几何构型是 。 6个 6个； 正八面体 （4）每个Cl－周围等距最近Cl－有 每个Na+周围等距最近Na+有 12个 12个 7. 离子晶体典型结构： （2）CsCl晶体 (1)铯离子和氯离子的位置： Cs+：体心； Cl-：顶点 ; 位置可以互换 (2)晶胞中微粒数： Cs+：1个；Cl-：1个； 个数比：1:1，所以化学式：CsCl (3)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。 ①每个Cl－周围等距最近Cs+有 ；其配位数为 ； 它们所围成的空间几何构型是 。 8个 8个； 正六面体 ②每个Cs+周围等距最近Cl－有 ；其配位数为 ； 它们所围成的空间几何构型是 。 8个 8个； 正六面体 （4）每个Cl－周围等距最近Cl－有 每个Cs+周围等距最近Cs+有 6个 6个 Cs+ Cl- 3.CaF2型 Ca2+ F- ①位置： Ca2+位于顶点和面心，F-位于立方体内。 ②个数：CaF晶胞中包含有 个Ca2+ 个F-，个数比：1:2。 ③配位数： Ca2+的配位数 个；F- 的配位数 个， 4 8 8 4 ④Ca2+周围最近的Ca2+数 个， F- 周围最近的 F-数 个。 12 6 配位之比：2:1 离子晶体中：配位之比×微粒个数比=1 课堂检测 1.正误判断 (1)离子晶体一定是离子化合物，只含离子键 (2)含有阴离子的晶体一定含有阳离子，含有阳离子的晶体一定含有阴离子 (3)含有离子的晶体一定是离子晶体 (4)由金属与非金属形成的晶体，属于离子晶体 (5)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点 (6)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化 2.下列物质的熔点高低顺序正确的是_______ A. 金刚石>晶体硅>碳化硅 B. K>Na>Li C. NaF<NaCl<NaBr D. CI4>CBr4>CCl4>CH4 E. H2O > NH3 > CH4 × × × × × × DE 课堂检测 3.下列性质中适合离子晶体的是_______。 ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为−7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm−3 ⑤熔点为−218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 ①⑧ 4.维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间的作用力有___。 A.离子键、共价键 B.离子键、氢键、共价键 C.氢键、范德华力 D.离子键、氢键、范德华力 课堂检测 D 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 晶体 分子晶体 离子晶体 共价晶体 金属晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 原子 金属离子、自由电子 微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 离子键 共价键 金属键 性质 熔、沸点 较低 较高 很高 差别较大 硬度 较小 较大 很大 差别较大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶 不溶，有些与水反应 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 多数在固态、熔融时都不导电，少数为半导体 固态、熔融态时导电 三、四类晶体比较 2.比较晶体熔、沸点的基本思路 (1)不同晶体熔、沸点比较思路： 首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体； 再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。 (2)同类晶体熔、沸点比较思路： 共价晶体→共价键越强，熔沸点越高→键长越短(原子半径越小），键能越大， 共价键越强 分子晶体→分子间作用力越强，熔沸点越高 离子晶体→离子键越强，熔沸点越高→离子所带电荷数越多、离子半径越小离子键越强； 金属晶体→金属键越强，熔沸点越高→金属阳离子所带电荷越多、金属原子半径越小金 属越强。 课堂检测 1.下列各组按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是___________ (填字母)。  A.KCl、NaCl、MgO B.石墨、金刚石、SiC、晶体硅 C.CH4、C2H6、C3H8、C4H10 D.H2O、H2S、H2Se、H2Te E.CH4、NH3、HF、H2O F. Na、K、钠钾合金 G.Na、K、Rb、Al H.CO2、Na、KCl、SiO2 I.O2、I2、Hg、MgCl2 2.比较熔、沸点：CO___N2，CH3OH___CH3CH3，正丁烷___异丁烷 ACEH > > > 课堂检测 3.四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 190 180.0 177.8 ℃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 科学 · 技术 · 社会 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 离子液体 离子晶体的熔点，有的很高，如CaO的熔点为2613 ℃，有的较低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔点分别为170℃、109℃。早在1914年就有人发现，引入有机基团可降低离子化合物的熔点，如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃，比NH4NO3低了158℃! 到20世纪90年代，随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用，才意识到它们的巨大价值，并将它们定义为离子液体。大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子(如图3-31)。常见的阴离子如四氯铝酸根(AICI4-)、六氟磷酸根(PF6-)、四氟硼酸根(BF4-)等，常见的阳离子如季铵离子(R4N+，即NH4+的H被烃基R取代)、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮传统的有机溶剂大多易挥发，它们的蒸气大多有毒，而离子液体却有难挥发的优点，这是由于离子液体的粒子全都是带电荷的离子。结构的有机胺正离子等。离子液体可用作溶剂。例如，有一种叫天丝的织物纤维，是将树木的纤维素分子溶于一种离子液体，滤去不溶的木质素后，加水析出纤维素分子组装成的再生植物纤维。离子液体有良好的导电性，用作电化学研究的电解质，并被开发为原电池的电解质。许多离子液体被用作有机合成的溶剂和催化剂，如合成药物。离子液体在生物化学等科研领域也有广泛应用。2014年，曾报道了两种蚂蚁打架，一种喷射碱性有机胺毒液，另一种喷射甲酸，两种物质相遇反应，得到含有机胺正离子和甲酸根负离子的黏稠液体，是首例发现于自然界的离子液体。 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 那么，晶体类型之间存在绝对的界限吗？ 我们已经学习了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型晶体。 共价晶体 金属晶体 离子晶体 分子晶体 CO2 NaCl SiO2 Cu 纯粹的典型晶体是不多的！大多数晶体是它们之间的过渡晶体 四、过渡晶体 纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小 第三周期元素几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 离子晶体 共价晶体 分子晶体 离子键的百分数大，当作离子晶体处理。离子键的百分数小，共价键贯穿整个晶体，当作共价晶体处理。离子键的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，当作分子晶体处理。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 这些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。晶体既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体，是离子晶体与共价晶体的过渡晶体。 【思考】离子键的百分数和什么因素有关？ 化合物 键型 离子键的百分数 电负性差值 CsCl 离子键 75% 3.16 − 0.79 ＝ 2.37 HCl 极性共价键 20% 3.16 − 2.22 ＝ 0.94 Cl2 非极性共价键 0 3.16 − 3.16 ＝ 0 电负性差值越大，离子键成分的百分数越大！ 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 金刚石和石墨同是碳单质的晶体，它们的性质存在哪些异同？ 金刚石部分物理性质 熔点 莫氏硬度 导电性 3550℃ 10 无 石墨部分物理性质 熔点 莫氏硬度 导电性 3850℃ 1 有 为什么会存在这些差异？ 因为金刚石是共价晶体，而石墨属于混合型晶体。 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 五、混合型晶体 2.石墨晶体中的二维平面结构 石墨性质特征：熔点高、质软、能导电 共价晶体特征，分子晶体，金属晶体 石墨结构特征： 3.石墨结构中未参与杂化的p轨道 1.石墨层状结构 每个C原子未参与杂化的2p轨道垂直于碳原子平面。所有p轨道相互平行而且相互重叠，形成大π键，使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动。石墨能导电。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，石墨导电性只能沿平面方向。 平面六元并环；C采取sp2杂化； 每个C原子周围连接3个C，配位数：3； C原子与碳碳键的比值为2：3；共价键的键长很短，键能很大，∴石墨的熔点很高。 层间通过范德华力维系，范德华力较弱，层与层之间易于断开而滑动，所以石墨质软具有润滑性。 石墨的二维平面结构 【思考2】石墨和金刚石结构有何差异？ ①石墨中C原子均采取_______，形成_____________结构。 金刚石中C原子均采取_______，形成_____________结构。 ②石墨中环、C、C-C个数比为__________。 金刚石中环、C、C-C个数比为__________。 sp2杂化 平面六元并环 sp3杂化 三维骨架 1：2︰3 2：1︰2 金刚石的晶体结构 ③等质量的金刚石与石墨中C原子的个数比为_______； 两者碳碳键的个数________。 1︰1 4︰3 ④石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因： ____________________________________________ _____________________________________________ 金刚石中C—C间只有σ键，而石墨中层内的C—C间不仅有σ键，还有大π键，电子云重叠程度更大，键长更短 课堂检测 1.正误判断 (1) 电负性的差值越大，离子键成分的百分数越小 (2)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅局限于晶体微观空间的一个个分子中 (3)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向 (4)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高 (5)纯粹的典型晶体是没有的 (6)四类晶体都有过渡型 (7)SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理 × √ √ × √ × √ 触媒在高温高压下合成 石墨变金刚石的可能性？ 知识扩展 $$