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人教版選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》
第3課時(shí) 過渡晶體與混合型晶體
第三章·第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體
任務(wù)一 四種類型晶體總結(jié)
晶體類型 分子晶體 共價(jià)晶體 離子晶體 金屬晶體
微粒種類
微粒間 相互作用
典型晶體
作用力大小規(guī)律
金屬陽離子和自由電子
金屬鍵
原子
離子鍵
共價(jià)鍵
分子
分子間
作用力
陰、陽離子
金屬Cu
NaCl
CO2
金剛石
組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量大的范德華力大
共價(jià)鍵鍵長短(電子云重疊多)、原子半徑小的共價(jià)鍵穩(wěn)定
離子所帶電荷數(shù)多、半徑小的離子鍵強(qiáng)(晶格能)
金屬原子的價(jià)電子數(shù)多、半徑小的金屬離子與自由電子間的作用力強(qiáng)
（金屬鍵）
任務(wù)一 四種類型晶體總結(jié)
晶體類型 分子晶體 共價(jià)晶體 離子晶體 金屬晶體
微粒種類
微粒間 相互作用
典型晶體
典型物理 性質(zhì)
金屬陽離子和自由電子
金屬鍵
原子
離子鍵
共價(jià)鍵
分子
分子間
作用力
陰、陽離子
金屬Cu
NaCl
CO2
金剛石
熔沸點(diǎn)低
硬度小
相似相溶
熔沸點(diǎn)高
硬度大
難導(dǎo)電
難溶一般溶劑
熔沸點(diǎn)差異較大
(晶格能)
熔融態(tài)可導(dǎo)電
多數(shù)易溶于水
熔沸點(diǎn)差異較大
（金屬鍵）
金屬光澤
導(dǎo)電導(dǎo)熱性好
延展性好
任務(wù)一 四種類型晶體總結(jié)
①首先看物質(zhì)的狀態(tài)，一般情況下是固體 > 液體 > 氣體；
②再看物質(zhì)所屬類型，一般是共價(jià)晶體 > 離子晶體 > 分子晶體；
(注意：不是絕對的，如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅)；
③結(jié)構(gòu)類型相同時(shí)再根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行判斷，同類晶體熔、沸點(diǎn)比較思路：
a.共價(jià)晶體→共價(jià)鍵鍵能→鍵長→原子半徑；
b.分子晶體→分子間作用力→相對分子質(zhì)量；
c.離子晶體→離子鍵強(qiáng)弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑；
d.金屬晶體→金屬鍵強(qiáng)弱→金屬陽離子所帶電荷數(shù)、金屬陽離子半徑。
晶體熔沸點(diǎn)比較
任務(wù)一 四種類型晶體總結(jié)
鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)的熔點(diǎn)
觀察下圖所示的熔點(diǎn)變化并根據(jù)所學(xué)內(nèi)容解釋：熔點(diǎn)變化的原因。
問題：根據(jù)硅的鹵化物(SiX4)的組成能判斷其的晶體類型嗎？分子晶體？離子晶體？
分子晶體熔化時(shí)需克服分子間作用力或氫鍵，熔點(diǎn)較低；離子晶體需克服離子鍵，熔點(diǎn)較高；由圖可知：SiX4為分子晶體。相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強(qiáng)，所以熔點(diǎn)逐漸升高。
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
任務(wù)一 四種類型晶體總結(jié)
Ti的鹵化物(TiX)的熔點(diǎn)
問題：觀察下圖所示的熔點(diǎn)變化并根據(jù)所學(xué)內(nèi)容解釋：熔點(diǎn)變化的原因。
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
問題：TiF4熔點(diǎn)高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔點(diǎn)依次升高，解釋原因？
推測：TiF4是離子化合物(離子晶體)，熔點(diǎn)較高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共價(jià)化合物(分子晶體)。
推測是否正確？為什么由金屬元素和非金屬元素組成的化合物可能是離子化合物，可能是共價(jià)化合物呢？
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33 離子鍵的百分?jǐn)?shù)更小
任務(wù)二 過渡型晶體
離子
晶體
共價(jià)
晶體
分子
晶體
第三周期元素幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)
離子鍵的百分?jǐn)?shù)大,當(dāng)作離子晶體處理。
離子鍵的百分?jǐn)?shù)小，偏向共價(jià)晶體,當(dāng)作共價(jià)晶體處理。
離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小，共價(jià)鍵不再貫穿整個(gè)晶體，當(dāng)作分子晶體處理。
純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)離子晶體中的化學(xué)鍵具有一定的共價(jià)鍵成分。
任務(wù)二 過渡型晶體
介于某兩種晶體類型之間的晶體。
1.定義
Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子晶體 共價(jià)晶體
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶體
①四種典型晶體類型都存在過渡晶體。
②晶體性質(zhì)偏向某一晶體類型的過渡晶體通常當(dāng)作該晶體類型處理。
2.要點(diǎn)
③離子晶體和共價(jià)晶體的過渡標(biāo)準(zhǔn)是化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)。離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)大，當(dāng)作為離子晶體處理，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)小，作為共價(jià)晶體處理。離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小，共價(jià)鍵不再貫穿整個(gè)晶體，當(dāng)作分子晶體處理。
注：離子鍵的百分?jǐn)?shù)是依據(jù)電負(fù)性的差值計(jì)算出來的，電負(fù)性差值越大，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越大。電負(fù)性差值大于1.7通常形成離子鍵；電負(fù)性差值小于1.7通常形成共價(jià)鍵。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 鈦的 電負(fù)性 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti
1.54
鹵素的 電負(fù)性 F 3.98 Cl 3.16 Br 2.96 I
2.66
電負(fù)性 差值 2.44 1.62 1.42 1.12
任務(wù)二 過渡型晶體
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
推測：TiF4是離子化合物，熔點(diǎn)較高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共價(jià)化合物。
離子化合物
離子晶體
共價(jià)化合物
分子晶體
任務(wù)二 過渡型晶體
資料1 氯化鋁晶體的導(dǎo)電性隨溫度變化圖
資料2 氯化鋁處于熔融態(tài)時(shí)，以二聚體的Al2Cl6的形式存在
問題：冶煉鋁通常采用電解熔融Al2O3(熔點(diǎn):2 054℃)的方法，為什么不電解熔融態(tài)AlCl3(熔點(diǎn):192.6℃)？
從資料1可知，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，AlCl3為液體，電導(dǎo)率幾乎變到零，這說明體系中不存在自由移動(dòng)的離子。結(jié)合資料2，AlCl3分子的結(jié)構(gòu)，可知不能用電解熔融態(tài)氯化鋁來冶煉鋁
任務(wù)三 混合型晶體
金剛石和石墨是碳的兩種同素異形體，他們的物理性質(zhì)有什么異同點(diǎn)？為什么會存在這些差異？
熔點(diǎn)很高
質(zhì)地堅(jiān)硬
不能導(dǎo)電
熔點(diǎn)很高
質(zhì)地較軟
導(dǎo)電性好
金剛石部分物理性質(zhì) 熔點(diǎn) 莫氏硬度 電導(dǎo)率/（s·m-1)
3550℃ 10 2.11*10-13
石墨部分物理性質(zhì) 熔點(diǎn) 莫氏硬度 電導(dǎo)率/（s·m-1)
3850℃ 1 2.5*103
金剛石是共價(jià)晶體，而石墨屬于 晶體
金剛石與石墨熔點(diǎn)都很高。金剛石：硬度大，幾乎不導(dǎo)電而石墨是非金屬導(dǎo)體，但硬度小。這由結(jié)構(gòu)決定。
1.石墨和金剛石性質(zhì)差異
任務(wù)三 混合型晶體
石墨晶體中的二維平面結(jié)構(gòu)
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
石墨結(jié)構(gòu)中未參與雜化的p軌道
層平面每個(gè)C原子周圍連接3個(gè)C,共價(jià)鍵的鍵長很短，鍵能很大，石墨的熔點(diǎn)很高。
層與層之間靠范德華力維系，作用力弱，容易滑動(dòng)，所以石墨質(zhì)軟，可作潤滑劑。
層中每個(gè)碳原子均剩余一個(gè)未參與雜化的2p電子，所有的p軌道平行重疊，形成離域大π鍵，這些p軌道中的電子可在整個(gè)層平面中運(yùn)動(dòng)。
類似共價(jià)晶體
類似分子晶體
石墨能導(dǎo)電，類似金屬晶體
2.石墨的結(jié)構(gòu)
混合型晶體：晶體同時(shí)存在若干種不同的作用力，具有若干種晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
任務(wù)三 混合型晶體
①石墨中所有碳原子均采取_______，形成____________ 結(jié)構(gòu)。石墨中所有碳原子均采取_______，形成___________ 結(jié)構(gòu)。
②石墨中C與C-C個(gè)數(shù)比為________。金剛石中C與C-C個(gè)數(shù)比為________。
sp2雜化
平面六元并環(huán)
sp3雜化
三維骨架
2︰3
1︰2
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
石墨晶體中的二維平面結(jié)構(gòu)
③質(zhì)量相同的金剛石與石墨，兩者碳原子的個(gè)數(shù)比為_______兩者碳碳鍵的個(gè)數(shù)________。
1︰1
4︰3
3.石墨和金剛石結(jié)構(gòu)差異
任務(wù)三 混合型晶體
4.幾種碳單質(zhì)
C70
C540
C240
碳納米管
C60
單層石墨片
知識補(bǔ)充
SiO44-
Si2O76-
單鏈
雙鏈
六元環(huán)(SiO3)612-
硅酸鹽是地殼巖石的主要成分。硅酸鹽的陰離子結(jié)構(gòu)豐富多樣，既有有限數(shù)目的硅氧四面體構(gòu)建的簡單陰離子，如SiO44－、Si2O76－、(SiO3)612－（六元環(huán)）等，也有以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成一維、二維、三維無限伸展的共價(jià)鍵骨架。金屬離子則以離子鍵與陰離子或陰離子骨架結(jié)合。部分Si被Al取代則得到鋁硅酸鹽。
知識補(bǔ)充
納米晶體是晶體顆粒尺寸在納米（10-9m)量級的晶體。納米晶體相對于通常的晶體,在聲、光、電、磁、熱等性能上常會呈現(xiàn)新的特性，有廣闊的應(yīng)用前景。
金屬鉛晶體的熔點(diǎn)3280C。但納米鉛晶體大小與熔點(diǎn)的關(guān)系如圖
由此可見，晶體顆粒小于200 nm 時(shí)，晶粒越小，金屬鉛的熔點(diǎn)越低。
問題：納米晶體為什么會有不同于大塊晶體的特性呢
純物質(zhì)有固定的熔點(diǎn)，但當(dāng)純物質(zhì)晶體的顆粒小于200 nm （或者250 nm ）時(shí)，其熔點(diǎn)會發(fā)生變化。
晶體的表面積增大
課堂練習(xí)
氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，下列關(guān)于這兩種晶體的說法正確的是
A．六方相氮化硼與石墨一樣可以導(dǎo)電
B．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
C．兩種晶體均為分子晶體
D．六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰
氮原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形
D
課堂練習(xí)
硅是一種重要的非金屬單質(zhì)，硅及其化合物的用途非常廣泛。下表列有三種物質(zhì)的熔點(diǎn)，根據(jù)所學(xué)知識回答相關(guān)問題。
物質(zhì) SiO2 SiCl4 SiF4
熔點(diǎn)/℃ 1 710 －70.5 －90.2
簡要解釋熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的原因：
①SiO2和SiCl4：
______________________________________________________________ ________________________________________________________ ；②SiCl4和SiF4：_______________________________________________________________________________________________________________________________。
SiO2是共價(jià)晶體，微粒間的作用力為共價(jià)鍵。SiCl4是分子晶體，微粒間的作用力為范德華力，共價(jià)鍵的強(qiáng)度大于范德華力，故SiO2的熔點(diǎn)高于SiCl4　
SiCl4和SiF4均為分子晶體，微粒間的作用力均為范德華力。組成和結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔點(diǎn)越高，故SiCl4的熔點(diǎn)高于SiF4

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