資源簡介

3.3.2過渡晶體與混合型晶體
學習目標
1. 理解過渡晶體的含義。
2. 理解石墨為什么是一種混合型晶體。
學習過程
1. 第三周期前幾種氧化物中，化學鍵中離子鍵成分的百分數如下表所示。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的百分數/% 62 50 41 33
提示：離子鍵的百分數是依據電負性的差值計算出來的，差值越大，離子鍵的百分數越大。
(1) 根據已有數據可知，第三周期前四種元素與氧形成的化學鍵中離子鍵成分的百分數有什么規律？為什么會呈現這樣的變化？
(2) 表中的四種晶體不是純粹的離子晶體或共價晶體，而是過渡晶體。通常將偏向離子晶體的過渡晶體當成離子晶體處理，而偏向共價晶體的當成共價晶體處理。通常將表中的四種晶體分別當成什么晶體？
2. 第三周期后幾種元素的氧化物的熔點數據如下表所示。
氧化物 P2O5 SO3 Cl2O7
熔點/℃ 340 16.8 －91.5
(1) P2O5、SO3、Cl2O7所含化學鍵中的離子鍵成分百分數如何變化？
(2) P2O5、SO3、Cl2O7的晶體類型是什么？與Al2O3和SiO2相比，除了所含離子鍵成分百分數變小外，還發生什么變化導致它們的熔點要遠低于Al2O3和SiO2
3. 工業上電解熔融的Al2O3冶煉鋁，此情景下可將Al2O3當作哪種類型的晶體？Al2O3的熔點為 2 054 ℃、摩氏硬度為9，SiO2的熔點為1 710 ℃、摩氏硬度為7，此情景下可將Al2O3當作哪種類型的晶體？
4. 常見的共價晶體有鍺和灰錫；金屬(除汞外)在常溫下都是金屬晶體。上述兩句話矛盾嗎？為什么？
石墨晶體是層狀結構(如右圖所示)，層內碳原子形成平面六元并環結構，層內碳原子的核間距為142 pm，層間距離為335 pm。石墨具有金屬晶體、共價晶體和分子晶體的多重特點，是一種混合型晶體。
1. 石墨的平面六元并環結構中，碳原子采用哪種軌道雜化類型？平均每個六元環占有幾個碳原子？未參與雜化的2p電子的原子軌道的空間位置是怎樣的？
2. 石墨具有導電性，這是哪種晶體類型的特點？請解釋石墨具有導電性的原因。
3. 石墨的熔點高達3 652 ℃，這是哪種晶體類型的特點？請解釋石墨熔點高的原因。
4. 石墨的摩氏硬度約為1，這是哪種晶體類型的特點？請解釋石墨硬度小的原因。
四類典型晶體的差異
分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
構成粒子
粒子間 作用力
導電性
熔點和硬度
結構相似時 熔點和硬度 的影響因素
課堂反饋
1. 在以離子鍵為主的化學鍵中常含有共價鍵的成分。下列各對原子形成化學鍵中共價鍵成分最少的是(　　)
A. Li，F B. Na，F C. Na，Cl D. Mg，O
2. 參考表中部分離子化合物的熔點，回答有關問題。
鈉的鹵化物 NaF NaCl NaBr NaI
熔點/℃ 995 801 755 651
堿金屬的氯化物 NaCl KCl RbCl CsCl
熔點/℃ 801 776 715 646
(1) 鈉的鹵化物中，隨著鹵素核電荷數增大，陰離子半徑逐漸________，化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸________，化合物的熔點逐漸________。
(2) 堿金屬的氯化物中，隨著堿金屬核電荷數增大，陽離子半徑逐漸________，化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸________，化合物的熔點逐漸________。
(3) 通過以上分析可知，影響離子化合物熔點的一個重要因素是___________
_________。
3. 碳有多種同素異形體，其中石墨烯(從石墨中剝離出的碳原子層)與金剛石的晶體結構如圖所示。
石墨烯晶體 金剛石晶體
(1) 石墨烯中，C原子的軌道雜化類型是________，每個C原子連接________個六元環，每個六元環占有________個C原子。石墨烯能夠導電的原因是________
___________________________________。
(2) 金剛石晶體中，C原子的軌道雜化類型是________。C原子所連接的最小環也為六元環，每個C原子連接________個六元環，六元環中最多有________個C原子在同一平面。
4. 如下圖所示，在硅酸鹽中，硅氧四面體(SiO)通過共用頂角氧離子可形成一種無限長單鏈結構的多硅酸根。
硅氧四面體立體圖和投影圖 鏈式多硅酸根
回答下列問題。
(1) 鏈式多硅酸根中，Si原子的軌道雜化類型為________，化學式為________。
(2) V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉(Na3VO4)，該鹽陰離子的空間結構為__________；也可以得到偏釩酸鈉，其陰離子有類似多硅酸根的無限長鏈結構，則V2O5與NaOH反應生成偏釩酸鈉的化學方程式為____________________
___________________________________。
(3) 氯和鉀與不同價態的銅可生成兩種化合物，這兩種化合物都可用于催化乙炔聚合，其陽離子均為K＋，陰離子均為類似多硅酸根的無限長鏈結構。請寫出其中任意一種化合物的化學式：__________________。
活動一：
1. (1) 隨著核電荷數增大，四種元素與氧形成的化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸減小。因為四種元素的電負性逐漸增強，與氧的電負性的差值變小。
(2) 通常將Na2O、MgO當成離子晶體，Al2O3、SiO2當成共價晶體。
2. (1) 逐漸變小。
(2) 都是分子晶體。所含共價鍵不再貫穿整個晶體，而是局限于晶體內所含分子中，因此熔化時無需破壞共價鍵，只需破壞范德華力。
3. 離子晶體。共價晶體。
4. 不矛盾。鍺和灰錫都是金屬晶體和共價晶體之間的過渡晶體。
活動二：
1. sp2雜化。6×＝2。垂直于碳原子平面，相互平行。
2. 金屬晶體。未雜化的、相互平行的p軌道相互重疊，使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。
3. 共價晶體。層內碳原子間除σ鍵外還有π鍵，碳碳鍵的鍵長短、鍵能大。
4. 分子晶體。層與層之間相隔較遠，且僅靠范德華力維系。
活動三：
分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
構成粒子 分子 原子 金屬陽離子和電子氣 陽離子、陰離子
粒子間作用力 范德華力(有的有氫鍵) 共價鍵 金屬鍵 離子鍵
導電性 晶體及熔融狀態下均難導電 晶體及熔融態均能導電 晶體不導電， 熔融時導電
熔點和硬度 熔點低、硬度小 熔點高、硬度大 熔點有高有低， 硬度有大有小 熔點有高有低， 硬度有大有小
結構相似時 熔點和硬度 的影響因素 ①氫鍵 ②相對分子質量 鍵能(成鍵原子的半徑大小) 金屬陽離子的 半徑和電荷數 ①離子所帶電荷數 ②離子半徑
【課堂反饋】
1. B　成鍵原子的電負性差值越大，化學鍵中離子鍵成分的百分數越大、共價鍵成分的百分數越小。Li、Na、Mg中，Na的電負性最小；O、F、Cl中，F的電負性最大。所以，Na和F形成的化學鍵中共價鍵成分最少。
2. (1) 增大　減小　降低　(2) 增大　增大　降低　(3) 離子半徑
解析：(1) 鈉的鹵化物中，隨著鹵素核電荷數增大，陰離子的電子層數逐漸增大，離子半徑逐漸增大；鹵素的電負性逐漸減小，與鈉的電負性差值也逐漸減小，化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸減小；由表格數據可知，化合物的熔點逐漸降低。(2) 堿金屬的氯化物中，隨著堿金屬核電荷數增大，陽離子的電子層數逐漸增大，離子半徑逐漸增大；堿金屬的電負性逐漸減小，與氯的電負性差值逐漸增大，化學鍵中離子鍵成分的百分數逐漸增大；由表格數據可知，化合物的熔點逐漸降低。(3) 通過以上分析可知，同種類型的離子化合物中，離子半徑越大，離子化合物的熔點越低，而化學鍵中離子鍵成分的百分數不是影響離子化合物熔點的重要因素。
3. (1) sp2　3　2　所有碳原子未參與雜化的p軌道相互平行且相互重疊，使p軌道的電子可在整個碳原子平面中運動　(2) sp3　12　4
4. (1) sp3　SiO　(2) 正四面體形　V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O　(3) K2CuCl3或KCuCl3
解析：(1) 鏈式多硅酸根中，Si原子均形成4個σ鍵，沒有孤電子對，軌道雜化類型為sp3。考查多硅酸根的結構示意圖，其中的最小重復單元為[SiO3]，根據Si和O的化合價可將化學式寫為SiO。(2) 釩酸根(VO)和偏釩酸根可分別與硅氧四面體(SiO)和鏈式多硅酸根(SiO)類比，區別在于化合價不同。(3) 根據題目敘述，陰離子是由Cu和Cl組成的、類似多硅酸根的無限長鏈結構，化學式為CuCl，Cu的化合價為＋1價或＋2價，化合物的化學式為K2CuCl3或KCuCl3。

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