3.3 第2课时 离子晶体 过渡晶体与混合型晶体(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（人教版2019 单选）

第2课时　离子晶体　过渡晶体与混合型晶体 课程标准 核心素养目标 1．能结合实例说明离子晶体中的粒子及其粒子间的相互作用。 2．知道介于典型晶体之间的过渡晶体以及混合型晶体是普遍存在的。 1．宏观辨识与微观探析：知道离子键的特点，能以NaCl和CsCl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．证据推理与模型认知：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，构建四种晶体结构的认知模型，并应用于分析晶体结构问题。 [对应学生用书P97] 一、离子晶体 1．离子晶体的概念及性质 (1)概念 离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。通常情况下，离子化合物大都是固体，属于离子晶体。 (2)物理性质 离子晶体的硬度较大，难于压缩，具有较高的熔点和沸点，在熔融或溶解时可以导电。 2．典型离子晶体的结构 (1)NaCl晶体的结构 ①每个Na＋周围等距离且最近的Cl－有6个，每个Cl－周围等距离且最近的Na＋有6个，故Na＋、Cl－的配位数均为6。 ②每个NaCl晶胞中含有Na＋个数为1＋12×＝4个，含有Cl－个数为8×＋6×＝4个。 (2)CsCl晶体的结构 ①每个Cs＋周围等距离且最近的Cl－有8个，每个Cl－周围等距离且最近的Cs＋有8个，故Cs＋、Cl－的配位数均为8。 ②每个CsCl晶胞中含有Cs＋和Cl－个数均为1个。 (3)常见离子晶体的结构 晶胞 物质 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BaF2、PbF2、 CeO2等 二、过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)四类典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体，事实上，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。 (2)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 表中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。 2．混合型晶体 (1)石墨晶体的层状结构 ①石墨不同于金刚石，石墨中碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。因此，石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子之间存在共价键，层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的。 ②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。 ③由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此，石墨有类似金属晶体的导电性。 (2)混合型晶体 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的方向。像石墨这样的晶体，是一种混合型晶体。 ◆名师点拨 对于离子晶体的理解 (1)离子晶体的构成粒子是阴离子和阳离子，以离子键相结合，离子内可能含有共价键。 (2)由于离子键无饱和性和方向性，因此离子晶体可看作不等径圆球(阴、阳离子半径不同)采取密堆积方式形成。 (3)大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)，如CaCO3、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O等，在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。 (4)全部由非金属元素形成的晶体也可能是离子晶体，如铵盐等。 (5)在离子晶体中，每个阴(或阳)离子周围等距离且最近的带相反电荷的离子数目是固定的，即配位数。 ◆名师点拨 离子键与离子晶体的性质 (1)离子键的强弱与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。 (2)离子晶体的熔点和硬度均与离子键有关，离子键越强，离子晶体的熔点越高，硬度越大。 (3)对于组成相似的离子晶体，离子键越强，其稳定性越强。例如，稳定性：MgO＞CaO＞SrO。 ◆名师点拨 过渡晶体及分析 (1)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相近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。 (2)偏向共价晶体的过渡晶体通常当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。 (3)当离子键成分的百分数足够小，共价键不再贯穿整个晶体，而是局限于晶体微观空间的一个个分子中，就形成分子晶体，如P2O5、SO3、Cl2O7等。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)所有晶体类型中，有阳离子必定有阴离子 (　　×　　) (2)离子晶体的结构中一定存在离子，可能存在电中性分子 (　　√　　) (3)CaO的熔点高于NaCl，说明CaO中离子键更强 (　　√　　) (4)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向，与未参与杂化的2p轨道电子有关 (　　√　　) [对应学生用书P99] 探究一__离子晶体的结构特点与性质之间的关系 常温下，许多离子化合物都是以晶体形态存在，如碳酸钙等。离子晶体是离子化合物中的一种存在形式，强碱(NaOH、KOH等)、活泼金属氧化物(Na2O、K2O等)和大多数的盐类(如NaCl、CaCO3等)均为离子晶体。 [问题设计] (1)判断碳酸钙晶体中的构成粒子，及粒子间的相互作用。 提示：碳酸钙晶体由Ca2+、CO构成；阴、阳离子之间存在离子键，CO存在共价键(极性键)。 (2)结合离子键的强弱，比较Na2O和K2O的熔点高低，并描述判断的理由。 提示：熔点：Na2O＞K2O；Na＋半径小于K＋，则Na2O中离子键强于K2O中离子键，故Na2O的熔点高于K2O。 (3)已知难溶性碳酸盐(MCO3)受热分解生成的氧化物(MO)中离子键越强，MO越稳定，该碳酸盐受热越易分解。据此推测CaCO3、MgCO3受热分解的温度高低。 提示：Ca2+半径大于Mg2+，MgO中离子键比CaO强，MgO比CaO更稳定，故MgCO3比CaCO3更易分解，MgCO3的分解温度低于CaCO3。 1．离子晶体的结构特点与性质之间的关系 2．比较同种类型离子晶体熔点及硬度的方法 【例1】 三种离子晶体的晶胞如图所示，下列说法正确的是 (　　　　　) A．两种晶体的熔点：NaCl＜CsCl B．在NaCl晶胞中，Cl－做面心立方最密堆积，Na＋填充正四面体空隙 C．若ZnS的晶胞参数为a pm，则Zn2+与S2-之间的最近距离为a pm D．上述三种晶胞中，阳离子的配位数：ZnS<NaCl<CsCl D　解析：NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子所带电荷数量相同，Cs＋半径大于Na＋，NaCl中离子键更强，则熔点：NaCl>CsCl，A错误；NaCl晶胞中，Cl－做面心立方最密堆积，Na＋填充在6个Cl－形成的正八面体的空隙中，B错误；Zn2+与S2-之间最近距离为体对角线的，晶胞边长为a pm，则体对角线长度为a pm，则Zn2+与S2-之间的最近距离为a pm，C错误；ZnS晶胞中Zn2+的配位数为4，NaCl晶胞中Na＋的配位数为6，CsCl晶胞中Cs＋的配位数为8，则阳离子的配位数：ZnS<NaCl<CsCl，D正确。 解答本题的思路如下： (1)比较Na＋、Cs＋半径离子键的强弱NaCl和CsCl的熔点高低。 (2)分析NaCl晶胞Na＋、Cl－在晶胞中的位置Na＋填充的位置。 (3)分析ZnS晶胞结构Zn2+与S2-最近距离，结合晶胞参数Zn2+与S2-最近距离与晶胞参数的定量关系。 1．氧化锌晶体常用于液晶显示器中，该晶体可用醋酸锌[(CH3COO)2Zn]为原料在高温下分解制得。下列说法正确的是 (　　　　　) A．ZnO中Zn2+的配位数为6 B．ZnO、ZnS均为离子晶体，ZnO的熔点低于ZnS C．(CH3COO)2Zn中非金属元素电负性：O>C>H D．若氧化锌晶胞参数为a，则两个O2-的最近距离为a C　解析：晶体中O2-的配位数为4，O2-位于晶胞内，个数为4，Zn2+位于晶胞顶角和面心，根据均摊法，1个晶胞内有Zn2+个数为×8＋×6＝4，两者数目之比为1∶1，Zn2+的配位数也为4，A错误；ZnO和ZnS结构相似，均为离子晶体，O2-的半径比S2-小，ZnO晶体的离子键键能大，故ZnO熔点高于ZnS，B错误；(CH3COO)2Zn中非金属元素有O、C、H，电负性强弱为O>C>H，C正确；晶胞参数为a，则两个O2-最近距离为晶胞面对角线长度的一半，为a，D错误。 探究二__混合型晶体的结构特点与性质之间的关系 我国科学家利用黑磷实现了高速场效应晶体管的应用尝试，为研究黑磷的广泛应用拉开了序幕。与石墨相似，黑磷具有层状结构(称为磷烯)，如图所示。 [问题设计] (1)类比石墨晶体，推测黑磷晶体中存在的粒子间作用力，并判断磷烯结构中磷原子杂化方式。 提示：黑磷晶体中层间存在范德华力，层内存在共价键(非极性键)；层状黑磷结构中磷原子采取sp3杂化。 (2)单层磷烯并非平面形结构，但其导电性却优于石墨烯，试从结构角度分析其原因。 提示：石墨烯中1个碳原子与周围3个碳原子结合还剩1个价电子，单层磷烯同层磷原子中1个磷原子和周围3个磷原子结合还剩2个价电子。 石墨晶体的结构与性质之间的关系 【例2】 磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家研发了黑磷­石墨复合材料，其单层结构俯视图如图2所示。 下列说法不正确的是 (　　　　　) A．黑磷中P—P的键能并非完全相同 B．黑磷与石墨都属于混合型晶体 C．由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，发生了化学反应 D．复合材料单层中，磷原子与碳原子之间的作用力属于范德华力 D　解析：据图可知，黑磷中P—P的键长不完全相等，则黑磷中P—P的键能不完全相同，A正确；黑磷与石墨的层内原子之间由共价键形成六元环结构、层与层之间有范德华力，故黑磷与石墨都属于混合型晶体，B正确；由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，有P—P和C—C的断裂、P—C的形成，发生了化学反应，C正确；复合材料单层中，磷原子与碳原子之间的作用力属于共价键，D错误。 2．石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组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正确的是 (　　　　　) A．从石墨中剥离出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s轨道与p轨道 C．石墨属于混合型晶体，层与层间存在范德华力，层内碳原子间存在共价键，石墨能导电 D．石墨烯中平均每个六元环含有3个碳原子 C　解析：石墨晶体中，层与层之间的作用力为范德华力，从石墨中剥离出石墨烯需要破坏范德华力，A错误；石墨中的碳原子采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道，B错误；每个碳原子为3个六元环所共有，则石墨烯中平均每个六元环含有的碳原子数为6×＝2，D错误。 [对应学生用书P101] 1．碱金属与卤素形成的化合物在常温下均为晶体，通常具有的性质是 (　　　　　) ①能溶于水　②水溶液能导电　③熔点较高，大多高于500 ℃　④熔融状态不导电 A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③ D　解析：碱金属与卤素形成的化合物属于盐，可形成离子晶体，易溶于水且水溶液能导电，离子晶体的熔点相对较高。 2．下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是 (　　　　　) A．C(金刚石)和CO2 B．NaBr和HBr C．CH4和H2O D．Cl2和KCl C　解析：C(金刚石)为共价晶体，所含化学键为共价键，CO2为分子晶体，所含化学键为共价键，晶体类型不同，A不符合题意；NaBr为离子晶体，含有离子键，HBr为分子晶体，含有共价键，晶体类型和化学键均不同，B不符合题意；CH4和H2O都是分子晶体，含有共价键，C符合题意；Cl2为分子晶体，含有共价键，KCl为离子晶体，含有离子键，晶体类型和化学键均不同，D不符合题意。 3．NaCl的晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是 (　　　　　) A．NaCl属于离子晶体 B．每个晶胞中平均含有4个Na＋和4个Cl－ C．每个Na＋周围有6个紧邻的Cl－和6个紧邻的Na＋ D．Na＋和Cl－间存在较强的离子键，因此NaCl具有较高的熔点 C　解析：NaCl 由钠离子和氯离子构成，以离子键结合，属于离子晶体，A正确；每个晶胞中平均含有12×＋1＝4个 Na＋和8×＋6×＝4个 Cl－，B正确；每个 Na＋周围有6个紧邻的Cl－和12个紧邻的 Na＋，C错误；Na＋和 Cl－ 以离子键结合，属于离子晶体，故NaCl 具有较高的熔点，D正确。 4．下列说法不正确的是 (　　　　　) A．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 B．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 C．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 D．分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型 A　解析：Al2O3和SiO2都是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理，A错误；Na2O 中离子键的百分数为62%，说明Na2O中存在共价键，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正确；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正确；根据粒子间的作用力分析，分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型，D正确。 5．下列提供了有关物质的熔点，根据表中的数据，下列判断错误的是 (　　　　　) 物质 NaCl AlF3 AlCl3 MgCl2 CO2 SiO2 熔点/℃ 801 1 291 190 714 －56．5 1 723 A．AlF3晶体是离子晶体，AlCl3晶体是分子晶体 B．AlF3晶体的离子键比NaCl晶体的离子键弱 C．同族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氯化物可以形成相同类型的晶体 B　解析：AlF3晶体的熔点较高，属于离子晶体；AlCl3晶体的熔点为190 ℃，其熔点较低，属于分子晶体，A正确；F－半径小于Cl－，Al3+半径小于Na＋，且所带电荷比Na＋多，则AlF3晶体的离子键强于NaCl晶体的离子键，故AlF3的熔点高于NaCl，B错误；C和Si同处于第ⅣA族，CO2形成分子晶体，SiO2形成共价晶体，C正确；NaCl、MgCl2分别是第ⅠA、第ⅡA族元素形成的氯化物，二者都是离子晶体，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$