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

第三章 第3节 金属晶体和离子晶体 物质的结构 和性质 第3课时 过渡晶体与混合型晶体 1 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 CO2 共价晶体 金刚石 金属晶体 Cu 离子晶体 NaCl 构成微粒 分子 原子 金属离子、自由电子 阴、阳离子 微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 共价键 金属键 离子键 性质 熔、沸点 较低 很高 差别较大 较高 硬度 较小 很大 差别较大 较大 溶解性 相似相溶 不溶 不溶，有些与水反应 多数溶于水 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 多数都不导电，少数为半导体 导电 良好的导电性 固态不导电，熔融态，水溶液导电。 任务一 四种类型晶体总结 任务一 四种类型晶体总结 ①首先看物质的状态，一般情况下是固体 > 液体 > 气体； ②再看物质所属晶体类型，一般是共价晶体 > 离子晶体 > 分子晶体； (注意：不是绝对的，如MgO（熔点2852℃） > SiO2（熔点1723℃) ）； 1.晶体熔沸点比较 ③结构类型相同时，同类晶体熔、沸点比较思路： a.共价晶体→共价键键能→键长→原子半径； b.分子晶体→范德华力（或氢键强弱和数目或极性）→相对分子质量； c.金属晶体→金属键强弱→价电子数、金属原子半径。 d.离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径； 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点 观察下图所示的熔点变化并根据所学内容解释：熔点变化的原因。 问题：根据硅的卤化物(SiX4)的组成能判断其的晶体类型吗？分子晶体？离子晶体？ 离子晶体：熔化时需克服离子键，熔点较高； 离子半径越大，离子键越弱，熔点逐渐降低； 分子晶体：需克服范德华力或氢键，熔点较低；相对分子质量越大，范德华力越强，所以熔点逐渐升高。 由图可知：SiX4为分子晶体。 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 Ti的卤化物(TiX)的熔点 问题：观察下图所示的熔点变化并根据所学内容解释：熔点变化的原因。 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 问题：TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔点依次升高，解释原因？ 推测：TiF4是离子晶体，熔点较高。 TiCl4 、TiBr4、TiI4是分子晶体 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 2 3 4 5 377 -24.12 38.3 155 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的百分数/% 62 50 41 33 百分数更小 共价键不再贯穿整个晶体 任务二 过渡型晶体 几种氧化物化学键中离子键成分的百分数 当作离子晶体 当作共价晶体 当作分子晶体 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。 大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分 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。 任务二 过渡型晶体 介于某两种晶体类型之间的晶体。 1.定义 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子晶体 共价晶体 P2O5 SO3 Cl2O7 分子晶体 ①四种典型晶体都存在过渡晶体，某些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.要点 ②过渡晶体的类型取决于化学键中离子键成分的百分数。 离子键成分的百分数大，当作为离子晶体处理，如Na2O，MgO； 离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理，如Al2O3 ，SiO2； 离子键成分的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，当作分子晶体处理。 如P2O5，SO3，Cl2O7 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的百分数/% 62 50 41 33 百分数更小 共价键不再贯穿整个晶体 任务二 过渡型晶体 当作离子晶体 当作共价晶体 当作分子晶体 思考：离子键成分的百分数和什么因素有关？ 注：电负性差值越大，离子键成分的百分数越大。 电负性差值大于1.7，通常形成离子键； 电负性差值小于1.7，通常形成共价键。 实验数据 钛的 电负性 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti 1.54 卤素的 电负性 F 3.98 Cl 3.16 Br 2.96 I 2.66 电负性 差值 2.44 1.62 1.42 1.12 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 推测：TiF4是离子晶体，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是分子晶体。 离子晶体 分子晶体 注：电负性差值越大，离子键成分的百分数越大。 电负性差值大于1.7通常形成离子键；电负性差值小于1.7通常形成共价键。 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 2 3 4 5 377 -24.12 38.3 155 资料1 氯化铝晶体的导电性随温度变化图 资料2 氯化铝处于熔融态时， 以二聚体Al2Cl6分子形式存在 问题：冶炼铝通常采用电解熔融Al2O3 (熔点2054℃) 的方法， 为什么不电解熔融AlCl3(熔点192.6℃)？并判断AlCl3的晶体类型。 资料1：当温度达到熔点时，AlCl3为液体，电导率几乎变到零，说明体系中不存在自由移动的离子。 资料2：AlCl3处于熔融态时，以二聚体Al2Cl6的分子形式存在，不能用电解熔融态氯化铝来冶炼铝 分子晶体 任务三 混合型晶体 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，物理性质有什么异同点？为什么会存在这些差异？ 金刚石:熔点很高 质地坚硬 不能导电 石墨： 熔点很高 质地较软 导电性好 金刚石部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1) 3550℃ 10 2.11*10-13 石墨部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1) 3850℃ 1 2.5*103 原因：由结构决定，金刚石是共价晶体，而石墨属于混合型晶体 1.石墨和金刚石性质差异 ＜ ＞ ＜ 任务三 混合型晶体 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 ①层平面每个C原子周围连接3个C,共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。 ②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。 ③层中每个碳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，形成离域大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，类似金属晶体 2.石墨的结构 混合型晶体：晶体同时存在若干种不同的作用力， 具有若干种晶体的结构和性质。 注意：石墨的导电性只能沿石墨平面方向 任务三 混合型晶体 ①石墨中所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构。金刚石中所有碳原子均采取_______，形成___________ 结构。 ②石墨中C与C-C键个数比为________。 金刚石中C与C-C键个数比为________。 sp2杂化 平面六元并环 sp3杂化 三维骨架 2︰3 1︰2 金刚石的晶体结构 石墨晶体中的二维平面结构 ③质量相同的石墨与金刚石，两者碳原子的个数比为_______ 两者C-C键的个数________。 1︰1 3︰4 3.石墨和金刚石结构差异 1mol石墨(C)中含有____molC－C键 1.5 1mol金刚石中含有____molC－C键 2 每个C会被____个六元环共用，每个C－C键被____个六元环共用 2 每个C会被____个六元环共用，每个C－C键被____个六元环共用 3 12 6 ④石墨的配位数： 金刚石的配位数： 3 4 任务三 混合型晶体 4.几种碳单质 C70 C540 C240 碳纳米管 C60 单层石墨片 课堂练习 1.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 2.石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是(　 　) A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键 B.石墨中的碳原子采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含2/3s轨道与1/3p轨道 C.石墨属于混合晶体，层与层之间存在分子间作用力;层内碳原子间存在共价键 D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子 C 破坏分子间作用力 1/3s轨道与2/3p轨道 2个 课堂练习 资料卡片 SiO44- Si2O76- 单链 双链 六元环(SiO3)612- 硅酸盐是地壳岩石的主要成分。硅酸盐的阴离子结构丰富多样，既有有限数目的硅氧四面体构建的简单阴离子，如SiO44－、Si2O76－、(SiO3)612－（六元环）等，也有以硅氧四面体为结构单元构成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架。金属离子则以离子键与阴离子或阴离子骨架结合。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。 资料卡片 纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米（10-9m)量级的晶体。纳米晶体相对于通常的晶体,在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性，有广阔的应用前景。 金属铅晶体的熔点3280C。但纳米铅晶体大小与熔点的关系如图 问题：纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢? 纯物质有固定的熔点，但当纯物质晶体的颗粒小于200 nm （或者250 nm ）时，其熔点会发生变化。 晶体的表面积增大 晶体颗粒小于200 nm 时，晶粒越小，金属铅的熔点越低。 课堂练习 1.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 D 课堂练习 2.硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。下表列有三种物质的熔点，根据所学知识回答相关问题。 物质 SiO2 SiCl4 SiF4 熔点/℃ 1 710 －70.5 －90.2 简要解释熔点产生差异的原因： ①SiO2和SiCl4： ______________________________________________________________ ________________________________________________________ ；②SiCl4和SiF4：_______________________________________________________________________________________________________________________________。 SiO2是共价晶体，微粒间的作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间的作用力为范德华力，共价键的强度大于范德华力，故SiO2的熔点高于SiCl4　 SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间的作用力均为范德华力。组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，故SiCl4的熔点高于SiF4 3. 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 < < 　 < >　 > <　 <　 >　 >　 >　 >　 > 课堂练习 21 $$