3.3.3 过渡晶体和混合晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第2课时 过渡晶体与混合晶体 第三节 金属晶体和离子晶体 第三章 晶体结构与性质 学习目标 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。 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 离子晶体 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？ 回顾：我们学过的常见晶体类型有那些？ 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 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 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键的百分数 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 由表可知，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，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。 一般，当电负性的差值>1.7时，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 1.概念： 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 3.四类晶体都有过渡型，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。 2.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。 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。 离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，作为离子晶体，离子键成分的百分数小，作为共价晶体。 一.过渡晶体 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 P2O5 SO2 Cl2O7 离子键成分的百分数更小 共价键不再贯穿整个晶体 当作离子晶体处理 当作共价晶体处理 分子晶体 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子晶体 分子晶体 共价晶体 一、过渡晶体 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 四种典型晶体类型都存在过渡晶体 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 8 石墨晶体中的二维平面结构 石墨的层状结构 石墨结构中未参与杂化的p轨道 层平面内C原子的配位数为3，共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。 层与层之间靠范德华力维系，作用力弱，容易滑动，所以石墨质软，可作润滑剂 层中每个碳为sp2杂化，原子均剩余一个未参与杂化的2p电子，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。 类似共价晶体 类似分子晶体 石墨能导电（平面方向），类似金属晶体 二、混合型晶体 二．混合型晶体——以石墨为例 1.概念：像石墨这样，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。 2.结构特点：——层状结构 (1)层内:碳原子采取sp2杂化；以共价键相结合形成平面六元并环结构；所有p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 （2）层与层之间以范德华力相结合。 (3)晶体类型：既有共价键、又有金属键和范德华力，属于混合型晶体 3.物理性质： 熔点高、易导电、质软易滑动。 石墨晶体层状结构 ②若石墨晶体中含1molC，则含有C—C 键的数目 。 1.5NA ①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 石墨的结构分析 二、混合型晶体 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 (电导率=2.11×10-13s/m) 熔点很高 质地较软 导电性好 (电导率=2.11×103s/m) 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。 钻石恒久远，一颗永流传 二、混合型晶体 ①石墨所有碳原子均采取_______，形成_________________结构 ②碳原子与碳碳键个数比为________. sp2杂化 平面六元并环 金刚石碳原子均采取_______，形成____________结构 sp3杂化 三维骨架 2︰3 金刚石中碳原子与碳碳键个数比为________. 1︰2 质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为_______ 两者碳碳键的个数比为_______ 1︰1 4︰3 石墨与金刚石对比 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 【思考】为什么石墨比金刚石质软但熔点高？ 【思考】石墨为何可导电？从结构上做出解释。 C原子的配位数为3，未参与杂化的2p电子相互平行重叠，形成离域π键，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，类似金属晶体的导电性。 石墨结构中未参与杂化的p轨道 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。 二.混合型晶体 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 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶 机械加工性能 不良 不良 良好 不良 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 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电 三.常见晶体类型比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定 三.常见晶体类型比较 晶体类型总结 (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 三.常见晶体类型比较 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 三.常见晶体类型比较 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。 三.常见晶体类型比较 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)金属晶体是电的良导体 三.常见晶体类型比较 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 三.常见晶体类型比较 归纳总结：物质熔点、沸点高低的比较方法 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:熔、沸点差别很大，一般不参与比较。 如钨、铂等金属的熔、沸点很高，汞、铯等金属的熔、沸点很低。 (注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)； 总结：分子晶体的熔、沸点的比较方法 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。 总结：共价晶体的熔、沸点的比较方法： 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。 一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 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 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 总结：金属晶体的熔、沸点的比较方法： 总结：离子晶体的熔、沸点的比较方法： 1．下列叙述说法正确的是(    ) A.能导电的晶体一定是金属晶体 B.离子晶体在熔融状态下可以导电 C.所有分子晶体溶于水都可以导电 D.过渡晶体和混合晶体一定不导电 解析：A.石墨也能导电，石墨是混合型晶体，A错误； B.离子晶体在熔融状态下有自由移动的离子，可以导电，B正确； C.分子晶体溶于水不一定导电，例如氧气，C错误； D.过渡晶体和混合晶体可能导电，例如石墨，D错误； 故选B。 【课堂练习】 B 2．下列说法错误的是(    ) A.气态和液态物质都是由分子构成的 B.超分子的重要特征是分子识别和自组装 C.大多数晶体都是四种典型晶体之间的过渡晶体 D.石墨晶体中既有共价键和范德华力又有类似金属的导电性属于混合型晶体 答案：A 解析：A.常温下汞为液态，由汞原子构成，A错误； B.超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，超分子的重要特征是分子识别和自组装，B正确； C. 四类典型晶体分别是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体 等，但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，C正确； D.石墨为层状结构，层内 C 原子间以共价键结合成六边形，层与层之间为范德华力，是一种混合型的晶体，D正确； A 【课堂练习】 3.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石墨是混合型晶体 ②石墨中的C为sp2杂化 ③石墨熔、沸点都比金刚石低　 ④石墨中碳原子数和C—C数之比为1∶2　 ⑤石墨和金刚石的硬度相同　 ⑥石墨层内导电性和层间导电性不同 ⑦每个六元环完全占有的碳原子数是2 A.全对 B.除④外 C.除③④⑤外 D.除⑤⑥⑦外 C 熔点：石墨＞金刚石 2∶3 石墨质软，金刚石的硬度大 【课堂练习】 过渡晶体与混合晶体 四种典型晶体：分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体 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 $$