3.3.3 金属晶体与离子晶体 过渡晶体与混合晶体 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·第三节 金属晶体与离子晶体 第3课时 过渡晶体与混合型晶体 同学们，大家好，欢迎来到高中化学《晶体结构与性质》部分的学习，今天我们来一起学习《分子晶体》。 1 氯化钠晶体结构 铜晶体结构 金刚石晶体结构 碘晶体晶胞 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 微粒之间的作用力决定晶体的类型。比如分子晶体的分子间作用力、离子晶体微粒间的离子键、共价晶体微粒间的共价键、金属晶体微粒间的金属键。这些作用力是否纯净？ 问题导学：我们学过的常见晶体类型有那些？ 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 电负性差值 2.6 2.3 2.0 1.7 →形成化合物的元素之间的电负性相差越大，离子键百分数越高。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。 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键的百分数 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 电负性差值 2.6 2.3 2.0 1.7 由表可知，表中的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，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。 一般，当电负性的差值>1.7时，且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。 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键的百分数 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 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。 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。 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。 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。 1.概念：介于某两种晶体类型之间的晶体。 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。 一、过渡晶体 3.四类晶体都有过渡型，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。 2.离子晶体与共价晶体之间的过渡本质：是离子键和共价键的过渡。 事实上，纯粹的晶体类型是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 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 任务二 过渡型晶体 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 原因：TiF4是离子化合物，熔点较高，而TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物。 离子化合物 离子晶体 共价化合物 分子晶体 思考：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？ 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 二、混合型晶体 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质有什么异同点？为什么会存在这些差异？ 熔点很高 质地坚硬 不能导电 熔点很高 质地较软 导电性好 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 石墨和金刚石的物理性质存在差异，这由他们的结构决定的，金刚石是共价晶体，而石墨属于混合型晶体。 1.石墨和金刚石性质差异 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。 像石墨这样，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，称为混合型晶体。 碳原子均采取sp2杂化， 形成平面六元并环结构。 层内C原子以共价键结合， 层间靠范德华力维系。 石墨的层状结构 （1）混合型晶体定义： 范德华力 共价键 ①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 石墨晶体层状结构 ②若石墨晶体中含1molC，则含有C—C 键的数目 。 1.5NA ①石墨晶体中，每个C原子参与_____个C—C和______个六元环的形成，而每个键被_____个C原子共用，故每一个六元环平均占有____个C原子，C原子数与C—C数之比为________。 3 3 2 2 2∶3 石墨的结构分析 石墨晶胞中含有的碳原子数目： ①石墨中所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构。金刚石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 石墨晶体是层状结构，金刚石是三维骨架空间网状结构。石墨层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的，容易滑动，所以石墨质软。金刚石碳原子核间距为155pm，键长比石墨长，键能小，所以比石墨的熔点低。 金刚石结构示意图 【思考】为什么石墨比金刚石质软，但熔点比金刚石高？ 【思考】石墨为什么可以导电？从结构上做出解释。 C原子的配位数为3，未参与杂化的2p电子相互平行重叠，形成离域π键，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，类似金属晶体的导电性。 石墨结构中未参与杂化的p轨道 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方向。 4.混合晶体的物理性质 混合晶体一般具有熔点高、易导电、能导热、质软易滑动的物理性质。 导电性 导热性 润滑性 层内碳原子之间 石墨晶体结构小结 范德华力 混合型晶体 未参与杂化的p轨道上电子可在层内运动 层与层碳原子之间 共价键 有金属键 的性质 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，称为混合型晶体。 形成大π键的p轨道 构成σ键的sp2杂化轨道 思考 Na2SiO3 与 Na2CO3 组成看似相似，结构是否相似？ 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。 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。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。 SiO44- Si2O76- 纳米晶体 纳米晶体 ①纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米（10-9 m） 量级的晶体。 ②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。 ③当晶体颗粒小至纳米量级，熔点会下降。 思考 纳米晶体为什么会有不同于大晶体的特性呢？ 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。 主要原因是晶体的表面积增大 1. 2.分层作业：复习第二章 课后作业 下节计划 $