3.3.3 过渡晶体与混合晶体-【核心素养新教学】2025-2026学年高二化学同步优质教学课件（人教版选择性必修2）

第一章 化学反应的热效应 第三章 晶体结与性质 第三节金属晶体与离子晶体 本节重点 石墨混合晶体的性质与结构特点 第3课时 过渡晶体与混合晶体 1 我们已经讨论了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型晶体 【思考与讨论】晶体类型之间存在绝对的界限吗？ 共价晶体 金属晶体 离子晶体 分子晶体 CO2 NaCl SiO2 Cu 共价晶体 离子晶体 共价键 离子键 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。 化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键 离子晶体与共价晶体之间存在过渡晶体 既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体 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。 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 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。 1.从NaX的构成来看，其构成为活泼金属与较活泼的非金属构成，属于典型的离子晶体 2.而离子键的强弱，与离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，从F-离子到I-，离子半径增大，离子键强度减弱，故晶体熔点逐渐降低 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点 主题1:过渡晶体 钠的卤化物(NaX) 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 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。 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点 分子晶体熔化时需克服分子间作用力或氢键，熔点较低； 共价晶体需克服共价键，熔点较高；由图可知：SiX4为分子晶体 根据硅的卤化物(SiX4)的组成能判断其晶体类型吗？分子晶体？共价晶体？ 主题1:过渡晶体 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 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。 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点 硅的卤化物(SiX4) 硅的卤化物属于分子晶体，熔化时，克服分子间作用力，而硅的卤化物组成与结构相似，故相对分子质量越大，分子间作用力越强，所以熔点逐渐升高。 主题1:过渡晶体 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 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。 根据所学和实验图像推测： TiF4是离子化合物，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物 钛的卤化物(TiX4) NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔点依次升高，解释原因 主题1:过渡晶体 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 事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。 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 离子键的百分数和什么因素有关？ 主题1:过渡晶体 电负性差值越大，离子键成分的百分数越高 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 根据表中数据，归纳影响离子键的因素 主题1:过渡晶体 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 根据所学和实验图像推测： TiF4是离子化合物，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物 钛的卤化物(TiX4) 离子 化合物 分子 化合物 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 主题1:过渡晶体 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 从表格中可知：上述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 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 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小 主题1:过渡晶体 离子 晶体 共价 晶体 分子 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。 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 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小 主题1:过渡晶体 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 过渡晶体 主题1:过渡晶体 (1)定义： 介于某两种晶体类型之间的晶体。 (2)过渡晶体要点： ①四种典型晶体类型都存在过渡晶体。 ②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，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。 提示：离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，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。 ③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。 1.正误判断 (1)纯粹的典型晶体是没有的(　　) (2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小(　　) (3)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(　　) (4)四类晶体都有过渡型(　　) (5)Al2O3晶体中存在离子键，属于离子晶体(　　) √ × × √ × 课堂检测 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，以二聚体的Al2Cl6的形式存在 从资料1可知，当温度达到熔点时，AlCl3为液体，电导率几乎变到零，这说明体系中不存在自由移动的离子。结合资料2，AlCl3分子的结构，可知不能用电解熔融态氯化铝来冶炼铝 课堂检测 2.冶炼铝通常采用电解熔融Al2O3(熔点:2 054℃)的方法，为什么不电解熔融态AlCl3(熔点:192.6℃)？ 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，以二聚体的Al2Cl6的形式存在 结合资料2，AlCl3分子的结构，熔融态氯化铝为共价化合物，所以其为分子晶体； 综合以上两点：AlCl3中的化学键既有一定的离子性，又有一定的共价性，即AlCl3是介于离子晶体和分子晶体之间的过渡晶体。 结合资料1：AlCl3晶体的导电性随温度变化图，在接近熔点时导电性提高，说明体系中存在一定数量的离子，这些离子可以在一定范围内运动，推测固态氯化铝晶体是离子晶体； 课堂检测 3.判断AlCl3的晶体类型 思考：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？ 共价晶体 熔点很高 质地坚硬 不能导电 ？晶体 熔点很高 质地较软 能导电 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 思考：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 主题2:混合晶体 石墨晶 体中的 二维平 面结构 石墨 的层 状结构 实验测得：石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm。 石墨晶体中的二维平面结构 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。 类似共价晶体 石墨的层状结构 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。 类似分子晶体 石墨结构中未参与杂化的p轨道 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π键，这些p轨道中的电子可在整个层平面中运动。 石墨能导电，类似金属晶体 主题2:混合晶体 离域大π键:多个平行的p轨道肩并肩重叠而成的键，简称大π键 在石墨晶体中既有共价键又带有金属键性质，而层间结合则依靠分子间作用力。所以这是一种十分典型的混合键型单质晶体。 结构特点——层状结构 ①同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，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。 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。 主题2:混合晶体 物理性质 导电性 导热性 润滑性 混合晶体 晶体内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。 主题2:混合晶体 所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 注意：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。 石墨在同一平面(同层中)每个碳原子均剩余一个未参与杂化的2p轨道，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碳原子平面中运动。所以石墨中的大π键具有类似“电子气”的性质，因此石墨能导电(类似金属晶体的导电性)。 思考：石墨为什么能导电？ 主题2:混合晶体 解析： 在石墨的层状结构中。层与层之间靠分子间作用力（范德华力）结合，作用力非常小，因此层与层之间可以相对滑动。当石墨与其他物体接触时，这种层状结构可以起到润滑作用，从而减少摩擦，所以石墨具有润滑性。 思考：石墨为什么具有润滑性？ 主题2:混合晶体 一种结晶形碳,灰黑色，成叶片状、鳞片状和致密块状。质软,具滑腻感，能导电。化学性质不活泼，耐腐蚀，在空气或氧气中强热可以燃烧生成CO2。石墨可用作润滑剂，可用于制造坩埚、电极、铅笔芯等。 石墨用途 石墨电极 石墨坩埚 主题2:混合晶体 1.判断正误 (1)石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3(　　) (2)石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行(　　) (3)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高(　　) × √ √ 课堂检测 (1)石墨所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构 (2)石墨中碳原子与碳碳键个数比为________。 sp2杂化 平面六元并环 金刚石中碳原子均采取_______，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 2．石墨与金刚石的比较 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 石墨中C原子以sp2杂化； 石墨晶体中最小环为六元环， ６个原子共平面， 平均含有个6×1/3=2个C原子， 6×1/2=3个C-C键 ； 石墨比金刚石质软，熔点高，更稳定 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——硅酸盐 纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米（10－9 m）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。 金属铅的晶粒大小与熔点的关系如下表所示： r/nm 5 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 T/K 34.7 144 294 420 473 502 520 533 542 549 554 559 [科学•技术•社会]——纳米晶体 【思考1】从金属铅的晶粒大小与熔点的关系图和表中，能得出什么结论？ 金属铅的晶粒大小与熔点的关系 50 100 150 200 200 400 600 0 T/K r/nm 晶体颗粒小于200nm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200nm(或者250nm)时，其熔点会发生变化 主要原因是晶体的表面积增大。 【思考2】纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢? [科学•技术•社会]——纳米晶体 课堂小结 过渡晶体与混合型晶体 混合型晶体 晶体类型 过渡晶体 概念 结构特点——层状结构 物理性质 四种晶体的比较 晶体类型的判断方法 Thank you for watching $