2024-2025学年新教材高中化学第3章晶体结构与性质第3节金属晶体与离子晶体第2课时过渡晶体与混合型晶体课件新人教版选择性必修2

第三节金属晶体与离子晶体第二课时过渡晶体与混合型晶体素养目标学习要点1.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,能辨识常见的过渡晶体、混合型晶体(石墨),能从宏观角度解释石墨晶体性质,明确微粒间的相互作用,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过对石墨晶体模型等的认识,理解过渡晶体及混合型晶体的结构特点,并能预测其性质,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。两种晶体类型:过渡晶体与混合型晶体。一种典型模型:石墨晶体(兼有分子晶体、共价晶体和金属晶体的性质)。知识点一过渡晶体与混合型晶体基础落实•必备知识全过关知识点一过渡晶体与混合型晶体1.过渡晶体(1)四种典型的晶体是指

晶体、

晶体、

晶体和

晶体。

(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。①Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中的化学键既不是纯粹的

键,也不是纯粹的

键。

②偏向离子晶体的过渡晶体当作

晶体来处理,如Na2O;偏向共价晶体的过渡晶体当作

晶体来处理,如Al2O3、SiO2。

③四类晶体都有过渡型。分子共价金属离子离子共价离子共价2.混合型晶体(石墨晶体)(1)晶体模型(2)结构特点①同层内,碳原子采用

杂化,以

相结合形成

结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠,p轨道中的电子可在整个平面中运动。

②层与层之间以

相结合。

(3)晶体类型石墨晶体中既有

又有

,属于

。sp2共价键

平面六元并环

范德华力

共价键范德华力

混合型晶体

深度思考1.ZnO晶体中部分O原子被N原子替代后可以改善半导体的性能。Zn—N中离子键成分的百分数小于Zn—O,原因是什么?2.请根据石墨的结构特征,解释石墨导电和能作润滑剂的原因。

提示

N的电负性小于O。

提示

石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化,每个碳原子有一个未参与杂化的2p电子,该p轨道相互平行且相互重叠,使p轨道中的电子在整个碳原子平面上运动,相当于金属晶体中的自由电子,故石墨晶体能导电;石墨晶体中含有范德华力(层与层之间),由于范德华力较弱,层与层之间能发生相对滑动,故石墨具有润滑性,可作润滑剂。正误判断(1)混合型晶体就是混合物。(

)提示

混合型晶体石墨属于纯净物。(2)绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体。(

)提示

大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体。(3)Na2O晶体中离子键的百分数为100%。(

)提示

Na2O晶体中的化学键不是纯粹的离子键,离子键的百分数不是100%。(4)金刚石和石墨晶体属于同一种晶体。(

)提示

金刚石属于共价晶体,石墨晶体属于混合型晶体。(5)石墨晶体中碳原子的杂化方式为sp3。(

)提示

石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化。×××××重难突破•能力素养全提升探究角度1

过渡晶体的理解例1下列说法不正确的是(

)A.Na2O中离子键的百分数为62%,则Na2O不是纯粹的离子晶体,是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体B.Na2O通常当作离子晶体来处理,因为Na2O是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C.Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体,当作离子晶体来处理;SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理D.分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型C解析

Na2O中离子键的百分数为62%,说明还存在共价键,则Na2O不是纯粹的离子晶体,是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,故A正确;离子键与共价键的区别在于形成化学键的两元素电负性差值,差值大为离子键,差值小为共价键,Na2O通常当作离子晶体来处理,因为Na2O是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,故B正确;Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体,当作共价晶体来处理,故C错误;根据微粒间存在的作用力分析,分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型,故D正确。[对点训练1]泽维尔研究发现,当用激光脉冲照射NaI,使Na+和I-两核间距为1.0~1.5nm时,呈离子键;当核间距约为0.28nm时,呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(

)A.NaI晶体是过渡晶体B.离子晶体可能含有共价键C.NaI晶体中既有离子键,又有共价键D.共价键和离子键有明显的界限A解析

化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键,共价键和离子键没有明显的界限。探究角度2

混合型晶体的结构与性质例2石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组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正确的是(

)A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含

s轨道和

p轨道C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在分子间作用力,层内碳原子间存在共价键D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子C解析

石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,故A错误;石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个【变式设问】(1)比较石墨晶体和金刚石中C—C键的键长大小,分析其原因是什么。(2)石墨烯和石墨都是碳元素的单质形式,它们之间是什么关系?石墨烯和石墨晶体属于同一种晶体吗?

提示

石墨中C—C键键长小;金刚石中只存在C—C键间的σ共价键,而石墨层内的C—C键间不仅存在σ共价键,还有π键(或大π键或p-p

π键)。提示

石墨烯、石墨都是由同种元素形成的不同单质,故它们互为同素异形体。石墨烯属于分子晶体,石墨晶体属于混合型晶体。归纳总结石墨晶体的结构与性质

结构层状结构层内层与层之间p轨道电子作用力共价键范德华力—性质熔点高硬度小,具有润滑作用具有导电性对应晶体类型共价晶体分子晶体金属晶体[对点训练2]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.立方相氮化硼只含有σ键,且为共价晶体,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V形B解析

A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;立方相氮化硼中只含有σ键,是共价晶体,B项正确,C项错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形,错误。【变式设问】(1)如将C项改为“两种晶体均为共价晶体”。该项是否正确?(2)六方相氮化硼中存在哪些作用力?(3)六方相氮化硼和立方相氮化硼中氮原子是什么杂化方式?提示

不正确。六方相氮化硼晶体中既含共价键,又存在分子间作用力,属于混合型晶体。提示

极性共价键,范德华力。

提示

六方相氮化硼中氮原子是sp2杂化,立方相氮化硼中氮原子是sp3杂化。知识点二不同类型晶体的比较基础落实•必备知识全过关知识点二不同类型晶体的比较1.四种晶体类型的比较

项目分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体构成微粒分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间相互作用力范德华力(某些含氢键)共价键金属键离子键项目分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体硬度较小很大有的很大,有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高,有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电,溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电,水溶液或熔融状态下导电2.晶体熔、沸点高低的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)相同类型晶体①金属晶体:金属阳离子半径越小,所带电荷越多,则金属键越强,金属的熔、沸点就越高。②离子晶体:阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,熔、沸点就越高。③共价晶体:原子半径越小,键长越短,熔、沸点越高。④分子晶体:a.组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高。b.组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近),其分子的极性越大,熔、沸点越高。概念图解六种常见晶体或晶胞的示意图。深度思考(1)上述六种晶体或晶胞中,微粒之间以共价键结合而成的是哪些晶体?冰晶体中水分子之间以何种作用力结合?(2)冰、金刚石、CaCl2晶胞、干冰四种晶体的熔点由高到低的顺序是什么?(3)NaCl晶胞与MgO晶胞结构相同,试比较MgO和NaCl熔、沸点的高低,并指明原因。

提示

金刚石晶体;氢键。

提示

金刚石>CaCl2>冰>干冰。

提示

MgO的熔、沸点高于NaCl;MgO和NaCl均是离子晶体,其中MgO晶体中离子所带电荷数大于NaCl晶体中离子所带电荷数,且r(Mg2+)<r(Na+),r(O2-)<r(Cl-)。重难突破•能力素养全提升探究角度1

晶体类型的判断例1已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是(

)选项性质晶体类型A碳化铝,黄色晶体,熔点2100℃,熔融状态下不导电,晶体不导电离子晶体B溴化铝,无色晶体,易溶于水,熔融状态下不导电共价晶体C硼:熔点2300℃,沸点2550℃,硬度大,不溶于常见溶剂金属晶体D三氯化铁,沸点316℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂分子晶体D解析

碳化铝:黄色晶体,熔点2

100

℃,熔融状态下不导电,应为共价晶体,故A错误;溴化铝:无色晶体,易溶于水,熔融状态下不导电,具有分子晶体的性质,属于分子晶体,故B错误;硼:熔点2

300

℃,沸点2

550

℃,硬度大,不溶于常见溶剂,具有共价晶体的性质,属于共价晶体,故C错误;三氯化铁:沸点316

℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,具有分子晶体的性质,属于分子晶体,故D正确。【变式设问】(1)金属晶体的熔点都高于溴化铝。这种说法是否正确?(2)硼晶体在熔融状态下能否导电?提示

不正确。分子晶体的熔点不一定比金属晶体低,如铯的熔点小于溴化铝。提示

硼为共价晶体,熔融状态下不导电。

归纳总结判断晶体类型的方法(1)主要是根据各类晶体的特征性质判断如低熔、沸点的化合物为分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的物质为共价晶体;晶体能导电、传热、具有延展性的为金属晶体。(2)根据物质的类别判断金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体;大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。常见的共价晶体中单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等;常见的共价晶体中化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质(注:汞在常温下为液体)与合金是金属晶体。[对点训练1]下列关于晶体的说法正确的是(

)A.离子晶体中一定含金属阳离子B.只要含有金属阳离子的晶体就一定是离子晶体C.在共价化合物分子中,各原子都形成8电子结构D.分子晶体的熔点不一定比金属晶体的熔点低D解析

离子晶体中不一定含金属阳离子,如NH4Cl,A错误;含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体,B错误;在共价化合物分子中,各原子不一定都形成8电子结构,如H2O中H原子只形成2电子稳定结构,C错误;分子晶体的熔点不一定比金属晶体的熔点低,如白磷与铯,D正确。探究角度2

熔、沸点的比较例2下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是(

)A.金刚石>晶体硅>单质硫>氯化钠B.NaCl>KCl>K>NaC.MgO>H2O>O2>Br2D.金刚石>铁>铝>钠D解析

一般来说,熔、沸点:共价晶体>离子晶体>分子晶体,在共价晶体中,共价键的键长越短,键能越大,熔、沸点越高,则熔、沸点高低顺序为金刚石>晶体硅,氯化钠是离子化合物,单质硫是分子晶体,金刚石>晶体硅>氯化钠>单质硫,故A错误;离子晶体中离子半径越大,离子间作用力越小,熔、沸点越低,NaCl>KCl,金属晶体中,金属阳离子半径越小,与自由电子间作用力越大,熔、沸点越高,Na>K,熔、沸点高低:NaCl>KCl>Na>K,故B错误;对于分子晶体,相对分子质量越大的,其熔、沸点越高,水中含有氢键,熔、沸点高,所以熔、沸点高低顺序为MgO>H2O>Br2>O2,故C错误;金刚石是共价晶体,金属晶体的熔、沸点取决于金属阳离子半径及所带电荷数,金刚石>铁>铝>钠,故D正确。易错提醒晶体结构与性质易错点(1)离子晶体中一定存在离子键,可能存在共价键,一定不存在分子间作用力。(2)只有分子晶体中存在单个分子。(3)某些离子晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如MgO(2

852

℃)>SiO2(1

710

℃)。(4)某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。如碱金属熔点较低。(5)个别金属的熔点高于某些共价晶体的熔点。如钨(3

410

℃)>SiO2(1

710

℃)。[对点训练2]下列化合物,按其晶体的熔点由高到低排列正确的是(

)A.SiO2

CsCl

CBr4

CF4B.SiO2

CsCl

CF4

CBr4C.CsCl

SiO2

CBr4

CF4D.CF4

CBr4

CsCl

SiO2A解析

物质熔点的高低与晶体的类型有关,一般来说,共价晶体>离子晶体>分子晶体,即SiO2>CsCl>CBr4>CF4。当晶体的类型相同时,共价晶体的熔点与原子半径有关;离子晶体的熔点与离子的半径和离子所带的电荷数有关;分子晶体当组成和结构相似时,与相对分子质量的大小有关,一般来说,相对分子质量大的,熔点高,即CBr4>CF4。学以致用·随堂检测全达标12345题组1过渡晶体的理解1.下列说法正确的是(

)A.第三周期主族元素从左到右,最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大B.大多数晶体是过渡晶体C.过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件,转化为另一种晶体D.Na2O是纯粹的离子晶体,SiO2是纯粹的共价晶体B12345题组2混合型晶体的理解2.石墨晶体是层状结构(如图)。下列有关石墨晶体的说法正确的是(

)A.石墨的熔、沸点都比金刚石的低B.石墨中的C原子均为sp3杂化C.石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键和范德华力D.每个六元环完全占有的碳原子数是2D12345解析

石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短,作用力更大,破坏化学键需要更大能量,所以石墨的熔、沸点比金刚石高,A错误;石墨中的C原子形成3个共价键,C原子的价层电子对数为3,则C原子均为sp2杂化,B错误;石墨晶体中存在范德华力,范德华力属于分子间作用力,不属于化学键,C错误;石墨中每个C被三个六元环共用,每个六元环中含有6个C,则每个六元环完全占有的碳原子数=1××6=2,D正确。12345题组3不同晶体类型的比较与判断3.下表列出的有关晶体的说法错误的是(

)选项ABCD晶体名称碘化钾铜氖二氧化硅组成晶体的微粒名称阴、阳离子阴、阳离子原子原子晶体内存在的结合力离子键金属键范德华力共价键B解析

碘化钾是由离子键形成的离子晶体,其中含有阴、阳离子,故A正确;铜属于单质,由金属阳离子和自由电子组成,不存在阴离子,故B错误;Ne是由单原子形成的气体单质,只存在范德华力,故C正确;二氧化硅属于共价晶体,其中由Si和O形成的共价键构成网状结构,故D正确。123454.下列关于晶体结构或性质的描述正确的是(

)A.金属阳离子只能存在于离子晶体中B.金属晶体的熔点均比分子晶体的熔点高C.共价晶体中共价键越强,熔点越高D.分子晶体的熔、沸点低,常温下均呈液态或气态C解析

金属晶体由金属阳离子和自由电子组成,金属晶体中也含有金属阳离子,故A错误;金属晶体的熔、沸点差别很大,有的比共价晶体的熔点高,如W,有的比分子晶体的熔点低,如Na,故B错误;共价晶体熔化时破坏共价键,共价键键能越强,熔点越高,故C正确;分子晶体的熔、沸点低,常温下呈液态(如H2O)、气态(如CO2)或固态(如I2),故D错误。123455.现有几组物质的熔点(℃)数据:A组