3.3.3 过渡晶体与混合型晶体 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体与离子晶体 第3课时 过渡晶体和混合型晶体 学习目标 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。 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。 思考：晶体类型之间存在绝对的界限吗？还有其他类型的晶体吗？ 分子晶体 CO2 离子晶体 NaCl 共价晶体 SiO2 金属晶体 Cu 新课导入 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是离子化合物(离子晶体)，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物(分子晶体)。 推测是否正确？为什么由金属元素和非金属元素组成的化合物可能是离子化合物，可能是共价化合物呢？ 钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点 新课导入 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；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-到I-，离子半径增大，离子键强度减弱，故晶体熔点逐渐降低。 SiX4属于分子晶体(从熔沸点较低可判断不是共价晶体)，熔化时需要克服分子间作用力，根据SiX4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。 根据钛的卤化物元素组成，可推测TiX4是离子化合物，属于离子晶体，故随着X-半径的增大TiX4熔点应该降低。对比左图的实验数据，显然与实验事实不符合，故TiX4不全是离子化合物。图中TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点都较低且熔点依次升高，其可能是共价化合物，属于分子晶体。分子晶体的熔点与分子间作用力有关，而相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高。与图中TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点升高相符合。故可推测TiF4是离子化合物，熔点较高。 TiCl4、TiBr4、TiI4是共价化合物。 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 任务一 过渡晶体 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 离子 晶体 共价 晶体 分子 晶体 第三周期元素几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 离子键的百分数大,当作离子晶体处理。 离子键的百分数小，偏向共价晶体,当作共价晶体处理。 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。 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。 化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键 任务一 过渡晶体 1.过渡晶体 ⑴介于某两种晶体类型之间的晶体。 ⑵仅以离子晶体和共价晶体的过渡为例来说明。 ①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 氧化物 Na₂O MgO Al₂O₃ SiO₂ 离子键的百分数/% 62 50 41 33 Na、Mg、Al、Si四种元素氧化物的化学键中离子键成分逐渐减少 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子晶体 共价晶体 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。 任务一 过渡晶体 请你思考:离子键的百分数和什么因素有关？ 化合物 键型 离子键的百分数 电负性差值 CsF 离子键 92% 4.0 ― 0.7 = 3.3 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 离子键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。 任务一 过渡晶体 2.过渡晶体的判断 ②偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。 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。 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接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。 ③偏向分子晶体的过渡晶体则当作分子晶体来处理，如P2O5 SO3 Cl2O7等。 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 任务一 过渡晶体 问题：为什么由金属元素和非金属元素组成的化合物可能是共价化合物呢？ NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 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 根据所学和实验图像： TiF4是离子化合物，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物 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，以二聚体的Al2Cl6的形式存在 液态时，以二聚体Al2Cl6存在，不存在自由移动的离子 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℃)？ 分子晶体性质 离子晶体性质 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。 探究课堂 根据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；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，熔融态氯化铝为共价化合物，所以其为分子晶体；此时氯化铝处于熔融态，以二聚体的Al2Cl6的形式存在。所以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。四类晶体都有过渡型。 第三周期元素的氯化物及其晶体类型 MgCl2 SiCl4 SF6 离子晶体 NaCl Mg Al Si P S 分子晶体 Cl2 AlCl3 过渡晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 Na 任务一 过渡晶体 任务二 混合型晶体 思考：同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？ 你认为是什么造成了这种差异？ 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 熔点很高 质地坚硬 不能导电 熔点很高 质地较软 导电性好 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 任务二 混合型晶体 1.混合型晶体 石墨性质特征 熔点高、 质软、 能导电 共价晶体特征 金属晶体特征 分子晶体特征 共价键 范德华力 金属键 石墨晶体既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体。 即晶体内同时存在若干种的作用力，具有若干种晶体的结构与性质。 任务二 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 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。 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。 任务二 混合型晶体 ①石墨中所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构。石墨中所有碳原子均采取_______，形成___________ 结构。 ②石墨中C与C-C个数比为________。金刚石中C与C-C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质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为_______两者碳碳键的个数________。 1︰1 4︰3 3.石墨和金刚石结构差异 每个C会被3个六元环共用，每个C-C键被2个六元环共用；每个C会被12个六元环共用，每个C键被6个六元环共用。1 mol石墨中含有1.5 mol C-C键；1 mol金刚石中含有2 mol C-C键. 任务二 混合型晶体 4.几种碳单质 C70 C540 C240 碳纳米管 C60 单层石墨片 对事物的简单分类，尽管条理鲜明，但可能只是概括了最典型的事实。 许多晶体不能被简单的归类到四种晶体的某一类。但是，四类晶体仍然是考察晶体化学结构的基础。 【思考与讨论】通过对过渡型晶体、混合型晶体的讨论，你对晶体类型有何认识？ 探究课堂 资料卡片 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。 单链 双链 SiO44- Si2O76- 六元环(SiO3)612- 科学 技术 社会 纳米晶体时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 主要原因是晶体的表面积增大。 由此可见，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。 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．维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间的作用力有( ) A．离子键、共价键 B．离子键、氢键、共价键 C．氢键、范德华力 D．离子键、氢键、范德华力 D 学习评价 3、四种物质的一些性质如下表： 晶体类型： 单质硫是_____晶体；单质硼是_____晶体； 氯化铝是_____晶体；苛性钾是_____晶体。 分子 共价 分子 离子 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质 单质硫 120.5 271.5 — 单质硼 2 300 2 550 硬度大 氯化铝 190 182.7 177.8 ℃升华 苛性钾 300 1 320 晶体不导电，熔融态导电 学习评价 4.下列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 A.全对　　　　B.除④外　　　　C.除③④⑤外　　　　D.除⑤⑥外 √ 石墨熔点比金刚石高 2∶3 石墨质软，金刚石的硬度大 5.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 学习评价 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 四种晶体的比较 课堂小结 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 四种晶体的比较 课堂小结 $