3.3.2 离子晶体 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 课时2 离子晶体 过渡晶体 混合晶体 2026/3/9 2 吗喽🐒 素养目标 宏观辨识与微观探析： 区分三类晶体，识别其物理性质差异，建立“晶体类型—宏观性质”关联。分析三类晶体的构成微粒与作用力，理解“微观结构—宏观性质”的关系。 变化观念与平衡思想：理解离子键本质及晶体形成的能量变化，建立相关变化观念。 认识过渡、混合晶体作用力的复杂性，形成辩证的平衡思想。 证据推理与模型认知：依据晶体性质和微粒特点，推理晶体类型及作用力。构建三类晶体结构模型，通过模型分析性质、归纳判断方法。 课堂引入 2026/3/9 3 吗喽🐒 根据生活经验，可知：食盐具有较高的熔点和沸点以及较大的硬度，如何解释呢? NaCl晶胞 Cl－ Na+ 离子间存在着较强的离子键，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。 2026/3/9 4 吗喽🐒 一、离子键 (2) 本质：静电作用。 (3) 特征：无方向性和饱和性。 (1) 概念：阴、阳离子之间强烈的相互作用。 (4) 影响因素：离子半径↓ 离子所带电荷数↑ 离子键越强。 离子键 离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大！ NaCl CsCl 熔点/℃ 801 645 沸点/℃ 1413 1290 2026/3/9 5 吗喽🐒 二、离子晶体 1. 基本概念 离子晶体 (1) 概念：由离子键形成的晶体。 (2) 构成微粒：阴、阳离子。 (3) 粒子间作用力：离子键。 离子晶体的判断方法是什么？ ① 构成微粒：离子 ② 粒子间作用：离子键 NaCl晶胞 Cl－ Na+ 2026/3/9 6 吗喽🐒 二、离子晶体 1. 基本概念 胆矾CuSO4·5H2O 萤石CaF2 重晶石BaSO4 烧碱NaOH 实际上，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）。 在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。（注：晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。）然而，贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。 2026/3/9 7 吗喽🐒 二、离子晶体 2. 物理特性 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 (1) 从表中数据可知，离子晶体的熔点差异也较大；离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大！ 2026/3/9 8 吗喽🐒 二、离子晶体 2. 物理特性 (2) 水溶液或熔融状态下能导电。 离子晶体固态时不能导电，因为阴阳离子不能自由移动，在熔融或水溶液状态下发生电离，产生自由移动的阴阳离子，离子晶体才能够导电。 NaCl溶液能够导电 熔融的NaCl能够导电 2026/3/9 9 吗喽🐒 二、离子晶体 2. 物理特性 (3) 质地较脆，延展性较差。 离子晶体较脆，延展性较差 施加外力 发生滑动 同种电荷相互排斥 使晶面裂开 2026/3/9 10 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 面心： _____个氯离子 体心：_____个钠离子 棱上： _____个钠离子 顶点： _____个氯离子 1 12 8 6 (1) NaCl晶胞——面心立方 一个晶胞中的氯离子和钠离子均为四个，二者的比值是1 : 1。故并不存在单独的氯化钠分子，只是在整个晶体中，氯离子与钠离子的个数比为1 : 1。因此，氯化钠的化学式表示的只是表示氯化钠的组成。 每个Cl－(Na＋)周围紧邻的Cl－(Na＋)有12个 2026/3/9 11 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 (1) NaCl晶胞——面心立方 每个Na+同时吸引着6个Cl－，分别在前后左右上下的位置，配位数为6 钠离子所处的环境 Na＋位于由Cl－形成的八面体空隙中，填隙率100% 1个晶胞由Cl－形成的八面体空隙平均有4个 2026/3/9 12 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 (1) NaCl晶胞——面心立方 每个Cl－同时吸引着6个Na+，分别在前后左右上下的位置，配位数为6 氯离子所处的环境 Cl－位于由Na＋形成的八面体空隙中，填隙率100% 1个晶胞由Na＋形成的八面体空隙平均有4个 2026/3/9 13 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 钠离子所 处的环境 氯离子所 处的环境 阴阳离子间的静电作用没有方向性，每个粒子周围会尽可能多的吸引带相反电荷的离子，以达到降低体系能量的目的，故离子键没有方向性和饱和性。所以离子在晶体中常常也趋向于采用尽可能紧密地堆积形式，可以视为圆球的密堆积，只不过阴离子、阳离子的半径是不同的，是不等径圆球的密堆积 2026/3/9 14 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 (2) CsCl晶胞——体心立方 每个Cs＋周围与之等距且距离最近有______个Cl－。 每个Cl－周围与之等距且距离最近有______个Cs＋ 。 Cs＋的配位数为______。 Cl－ 的配位数为______。 8 8 8 8 1个CsCl晶胞中含有____个Cs＋和________个Cl－。 8× 1 8 CsCl晶胞 Cl－ Cs＋ 1 CsCl晶胞 Cs＋ Cl－ 1个CsCl晶胞中含有______个Cs＋和____个Cl－。 8× 1 8 1 2026/3/9 15 吗喽🐒 二、离子晶体 3. 常见离子晶体的结构 (3) CaF2晶胞 ① 每个CaF2晶胞中含阴、阳离子：Ca2＋4个、F－8个 ③ Ca2＋配位数：8 F－配位数：4 ④ Ca2＋位于F－形成的四面体空隙中，填隙率为100% ② 每个Ca2＋紧邻的Ca2＋有12个 每个F－紧邻的F－有6个 例1 下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( ) A.具有较高的熔点 B.固态不导电，水溶液能导电 C.可溶于水 D.固态不导电，熔融状态能导电 √ 例2 下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是( ) A.氯化钠晶体中有个 分子 B.氯化钠晶体中，每个周围紧邻6个 C.氯化铯晶体中，每个周围紧邻8个 D.平均每个晶胞有4个、4个 √ 2026/3/9 16 吗喽🐒 课堂练习 16 2026/3/9 17 吗喽🐒 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：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 2026/3/9 18 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 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 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 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 2026/3/9 19 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 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。 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 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 2026/3/9 20 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔点依次升高，解释原因 根据所学和实验图像推测： TiF4是离子化合物，是离子晶体，熔点较高；TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物，是分子晶体，熔点较低 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 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 2026/3/9 21 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 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共价化合物、分子晶体呢？ 2026/3/9 22 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 1. 过渡晶体 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。 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 2026/3/9 23 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 1. 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 离子 晶体 共价 晶体 分子 晶体 过渡 过渡 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；离子键成分的百分数更小，作为分子晶体。 2026/3/9 24 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 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 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 2.44 1.62 1.42 1.12 TiF4是离子化合物， 离子晶体 TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物，分子晶体 2026/3/9 25 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 【思考讨论】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 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 2026/3/9 26 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 【思考讨论】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 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； 2026/3/9 27 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 1. 过渡晶体 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 2026/3/9 28 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 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 请你思考！同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？ 2026/3/9 29 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 实验测定，石墨的熔点高达 3850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竞属于哪种类型的晶体呢? 2026/3/9 30 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 1. 石墨的性质特征 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。 2026/3/9 31 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 2. 石墨晶体的结构特征 同层中的每个碳原子与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成sp2杂化C，所有C共平面，每个C未参与杂化的pz轨道垂直于平面，未成键电子可以在这些pz轨道自由移动，形成大π键。键能很大(比金刚石的键能大)，所以石墨化学性质稳定，且熔沸点高于金刚石! sp2 杂化 核间距142 pm 2026/3/9 32 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 2. 石墨晶体的结构特征 由于所有同层碳原子p轨道相互平行而且相互重叠（大π键），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（电子沿石墨平面的方向移动）。 1个C参与3个C－C键的形成，而1个C－C键需要两个C，故每个C平均形成1.5个C－C键；1个C参与3个最小环的形成，1个最小环需要6个碳，故1个环平均有2个C，1个C－C键被2个最小环共用，1个环平均有3个C－C键 2026/3/9 33 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 2. 石墨晶体的结构特征 层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，说明层间没有化学键相连，层与层之间靠 维系。 范德华力 石墨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。 范德华力较弱，层与层之间易于断开而滑动，所以石墨具有润滑性。 335pm 2026/3/9 34 吗喽🐒 三、过渡晶体与混合晶体 2. 石墨晶体的结构特征 2026/3/9 35 吗喽🐒 资料卡片 请你思考！Na2SiO3 与 Na2CO3 组成看似相似，结构是否相似？ 2026/3/9 36 吗喽🐒 在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiO32－，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。 硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO32－}单元(如图所示)，带负电的链状硅酸盐{SiO32－}单元与金属阳离子以离子键相互作用。 资料卡片 请你思考！Na2SiO3 与 Na2CO3 组成看似相似，结构是否相似？ 2026/3/9 37 吗喽🐒 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。 大多数晶体是四种晶体之间的过渡晶体。 资料卡片 例3 石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，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 ( ) 2026/3/9 38 吗喽🐒 课堂练习 38 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杂化，每个杂化轨道含 轨道与 轨道 C.石墨属于混合型晶体，层与层之间存在范德华力，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 √ 2026/3/9 39 吗喽🐒 课堂练习 39 例4 碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是 、石墨和金刚 石的结构图。 回答下列问题： (1)金刚石、石墨、 、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互 为____________。 同素异形体 2026/3/9 40 吗喽🐒 课堂练习 40 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____、 ____。 (3) 属于______晶体，石墨属于________晶体。 分子 混合型 (4)石墨晶体中，层内的键长为，而金刚石中 的键 长为。其原因是金刚石中只存在间的___(填“ ”或“ ”， 下同)共价键，而石墨层内的 间不仅存在___共价键，还有 ____________键。 (或大) 2026/3/9 41 吗喽🐒 课堂练习 41 $