3.3.2 离子晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

选择性必修2 物质结构与性质 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 离子晶体、过渡晶体与混合型晶体 课程目标: 1.借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。 2.认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。 3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。 硫酸铜晶体 氯化钠晶体 从NaCl认识离子晶体 生活经验 NaCl的物理性质 用手揉捏食盐 硬度大 烧烤、爆炒等加入食盐，未见其熔融 熔点较高(801 oC) 4 ①Na+周围与它最近且等距离的Cl-有______个；这些Cl-构成 _______体。 Cl-周围与它最近且等距离的Na+有____个；这些Na+构成_______体。 ②每个Na+(Cl-)周围与它最近且距离相等的Na+ (Cl-)有__________个。 6 正八面 6 12 正八面 思考与交流1 思考氯化钠和氯化铯晶胞中各离子的位置分布？ 任务一 认识NaCl晶体 5 ③NaCl晶胞中含有的Na＋和Cl-的数目分别是___个。 ④氯化钠晶体的化学式是NaCl，表示Na＋和Cl-的最简整数比为____。 4 1:1 任务一 认识NaCl晶体 ✮NaCl表示什么含义? 6 ①CsCl晶胞中含有的Cs+和Cl-的数目分别是____个。 ②CsCl晶体中：Cs+ 的配位数=___；这些Cl- 的空间构型为_________； Cl- 的配位数 =___。 ③Cs+周围与它最近且等距离的Cs+有___个。 Cl-周围与它最近且等距离的Cl-有___个。 1 8 8 6 6 正方体 任务二 认识CsCl晶体 思考与交流2 构成NaCl、CsCl晶体的微粒是什么？ 粒子间是通过什么作用结合在一起的？ 任务三 离子键 离子键的实质：是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。 离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。 8 定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体 成键粒子：阴、阳离子 相互作用：阴、阳离子间以离子键结合，离子内可能含有共价键 常见的离子晶体：强碱、活泼金属氧化物和过氧化物、大部分盐 NaCl的晶胞 CsCl的晶胞 CaF2的晶胞 任务四 离子晶体 9 NaCl和CsCl晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)， 使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且，要使它们由固态变成 液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键。 一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越 强，离子晶体的熔、沸点越高。如：NaCl的熔点、沸点高于CsCl 的熔点、沸点。 思考与交流3 解释NaCl和CsCl的熔点、沸点较高，硬度较大的原因？ 任务四 离子晶体 10 思考与交流4 离子晶体的熔点是否都较高？ 分析下表中的数据，能得出什么结论？ 离子晶体的熔点不是都较高。离子晶体的熔点差异较大。 化合物 熔点/℃ 化合物 熔点/℃ CaO 2 613 Na2SO4 884 CuCl2 1 326 Ca2SiO4 2 130 NH4NO3 169.6 Na3PO4 340 BaSO4 1 580 CH3COOCs 194 LiPF6 200(分解温度) NaNO2 270 任务四 离子晶体 11 离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。 当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子(熔融状态)，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。 离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。 思考与交流5 NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电 与金属导电有什么不同? 12 施加外力 发生滑动 阳离子 阴离子 同种电荷相互排斥，使晶面裂开 思考与交流6 离子晶体是否具有较好的延展性？ 任务四 离子晶体 13 构成的微粒 微粒间相互作用 物质的聚集状态 物质的性质 阳离子 阴离子 离子键 离子晶体 性质差异较大 离子晶体的认知模型 离子键的强弱差异较大 离子晶体的熔、沸点差异很大，难挥发，部分离子晶体的硬度较大，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。 离子晶体的熔、沸点差异很大，难挥发 离子晶体中，离子键的强弱差异较大。阴、阳离子不一定是单原子离子，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。例如，CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4.5H2O、Cu(NH3)4SO4.H2O等，在这些晶体中还存在共价键、氢键等。 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℃，NH4NO3的熔点为170℃。 任务五 离子晶体的物理性质 15 硬度 部分离子晶体的硬度较大，难于压缩。 部分离子晶体的阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等)，遵循“相似相溶”规律。 当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。 任务五 离子晶体的物理性质 16 (1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？ 不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。 (2)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？ 不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。 学生活动 17 (3)离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？ 不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。 (4)离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？ 离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。 学生活动 18 小结 四类典型晶体 由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体，如NaCl、CsCl等 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 只含分子的晶体，如水、硫化氢等 原子间通过共价键形成三维骨架结构的晶体，如金刚石、二氧化硅等 金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，如Cu 19 离子晶体 X-半径增大，离子键减弱。 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 分子晶体 相对分子质量增大， 分子间作用力增加。 思考与交流7 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点如图所示。 ①判断晶体的类型。 ②解释熔点变化的原因。 任务四 离子晶体 20 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 ①TiF4是离子化合物，熔点较高 ②TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物 钛的电负性 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 2.22 1.62 1.42 1.12 查阅数据： 思考与交流8 TiF4熔点高于TiCl4、TiBr4、TiI4，自TiCl4至TiI4熔点 依次升高，请解释原因。 任务四 离子晶体 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 过渡晶体的概念：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。 模块三 过渡晶体和离子晶体晶体 任务一 过渡晶体 事实上，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 22 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高 思考与交流1 离子键的百分数和什么因素有关？ 任务一 过渡晶体 23 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子晶体 分子晶体 共价晶体 离子 晶体 离子 晶体 学生活动 分析第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数的变化趋势并解释其原因。进一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。 分子 晶体 分子 晶体 共价 晶体 共价 晶体 分子 晶体 Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的离子键的百分数呈逐渐减小的趋势，P2O5、 SO3、Cl2O都是分子晶体，原因是第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小。第三周期主族元素的氧化物的晶体的变化趋势为离子晶体→共价晶体→分子晶体。离子键成分的百分数更小了，而且共价键不再贯穿整个晶体，而是局限干晶体微观空间的一个个分子中了。 24 石墨的结构和性质 石墨晶体是层状结构的，同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142pm，层间距离为335pm。 层与层之间靠范德华力维系。 26 石墨的层状结构 分子间作用力较弱， 层与层之间易于断开而滑动， 所以石墨具有润滑性 思考与交流2 分析石墨晶体的构成微粒及微粒间相互作用，并解释石墨具有导电性和润滑性的原因。 晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体 性质：熔点很高、质软、易导电等 混合型晶体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。 任务二 混合型晶体 28 锂离子电池在便携式电子设备以及电动汽车、卫星等领域显示出广阔的应用前景。该电池负极材料为石墨，石墨为层状结构（如图3），其晶胞结构如图4所示，该晶胞中有____个碳原子。已知石墨的层间距为a pm，C—C键长为b pm，阿伏伽德罗常数的值为NA，则石墨晶体的密度为_______________g·cm－3（列出计算式）。 4 1. 钙钛矿太阳能电池 拓展延伸 晶体 大有可为 31 2.硅酸盐 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了，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了骨架结白。部分Si被Al取代则得到记硅酸盐。 拓展延伸 晶体 大有可为 32 3.纳米晶体 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。 仅以熔点为例,当晶体颗粒小至纳米量级，熔点会下降。例如，金属铅的晶粒大小与熔点的关系 晶体颗粒小于200 nm时，晶粒越小，金属铅的熔点越低。因此，我们通常说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。 纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢?主要原因是晶体的表面积增大。 拓展延伸 晶体 大有可为 33 晶体类型 共价晶体 分子晶体 金属晶体 离子晶体 概念 微粒间作用力 构成微粒 物 理 性 质 熔沸点 硬度 导电性 实例 原子间通过共价键形成三维骨架结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合而成的晶体 金属原子间通过金属键相互结合形成的晶体 共价键 金属键 原子 分子 金属阳离子和自由电子 很高 很低 差别较大 很大 很小 差别较大 无(硅为半导体) 无 导体 金刚石、二氧化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu 由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体 离子键 阴、阳离子 差别较大 差别较大 固体不导电，溶于水或者熔融状态下导电 NaCl、Na2O、KCl 分子间作用力 四种晶体类型与性质的比较 34 EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $