3.3 离子晶体 过渡晶体与混合型晶体 课件 【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修2

(共28张PPT)
第三章 晶体结构与性质
第三节　金属晶体与离子晶体
第二课时 离子晶体 过渡晶体与混合型晶体
强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。
1、定义：
由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
2、成键粒子：
阴、阳离子
3、相互作用力：
离子键
4、常见的离子晶体：
二、离子晶体
5、离子晶体的物理性质
具有较高的熔、沸点，难挥发：离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。
离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。
离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。
大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。
6、晶胞类型：
NaCl的晶胞示意图
CsCl的晶胞示意图
CaF2的晶胞示意图
思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置？
顶点和面心是钠离子
棱上和体心是氯离子
晶体的微观结构
NaCl
(1) 氯化钠晶体
每个晶胞含钠离子和氯离子的个数：
钠离子和氯离子的个数比为
4、4
1:1
NaCl
Na+
Cl-
3
1
5
6
2
4
1
5
4
2
3
6
每个Cl- 周围与之最接近且距离相等的Na+共有6个，每个Cl-周围与它最近且等距的Cl-有12个。
这几个Na+在空间构成的几何构型为正八面体
NaCl晶体中离子的配位数
配位数
配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目
铯离子
氯离子
氯化铯晶胞中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什么位置？
氯离子位于顶点，铯离子位于体心。
(2)氯化铯晶体
CsCl晶体的结构
四类晶体的比较
比较项目 晶体类型
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体 的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子
和自由电子
粒子间 的作用 离子键 共价键 范德华力(有的含有氢键) 金属键
作用力大小 (一般而言) 较强 很强 弱 有的较强,有的较弱
比较项目 晶体类型
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
判断作用 力大小的 参考数据 离子电荷数、离子半径 键能、键长(与原子半径相关) 组成和结构相似时,比较相对分子质量 离子半径、离子所带电荷数
熔点 较高 高 低 差别较大(汞常温下为液态,钨熔点为3 410 ℃)
硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大
比较项目 晶体类型
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
导热和 导电性 不良导体 (熔融后或溶于水导电) 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水,少数与水反应
机械加工性能 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
(1)离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键
提示:离子晶体中除含有离子键外,可能含有共价键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、NH4Cl、Na2SO4中均含离子键和共价键。
(2)离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗
提示:不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体。如MgO是离子晶体,SiO2是共价晶体,但MgO的熔点高于SiO2的熔点。
(3)碳化硅、二氧化碳、碳酸钠均为含碳化合物,分别属于哪类晶体 三者的熔点由低到高的顺序如何
提示:碳化硅是共价晶体,二氧化碳是分子晶体,碳酸钠是离子晶体。熔点由低到高的顺序是二氧化碳<碳酸钠<碳化硅。
思考与讨论
三、过渡晶体与混合型晶体
1.过渡晶体
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。如:第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表：
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO2 Cl2O7
离子键的 百分数/% 62 50 41 33 都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小
从表中数据可见,前四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,而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体。
通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体,如Na2O等;偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体,如Al2O3、SiO2等。
2.混合型晶体
石墨中的碳原子是sp2杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构。层内的碳原子通过共价键相连,层间靠范德华力维系。有一个未参与杂化的2p电子,所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动,所以石墨有类似金属晶体的导电性。
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。
(1)石墨属于混合(过渡)晶体，既有共价键、又有金属键，还有范德华力，兼具有原子晶体、分子晶体、金属晶体的特征。(2)石墨分层，层间为范德华力，层内碳原子通过共价键结合。各层之间以范德华力结合，容易滑动，所以石墨质软。
(3)石墨晶体中最小环为六元环(如图所示)，键角为120°，在层内，每个碳原子与3个碳原子形成C—C键，构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；在晶体中，每个碳原子参与3个C—C键的形成，而每个碳原子对每个共价键的贡献只有一半，故每个正六边形平均占有的碳原子数为 碳原子个数与C—C键数之比为
石墨晶体的结构
四、物质熔点、沸点高低的比较
晶体的熔、沸点受组成晶体的粒子之间的作用力类型和强弱的影响。分子晶体中存在的是分子间作用力，比化学键弱得多，因此其熔、沸点比较低，原子晶体中原子之间以共价键结合，金属晶体中是金属阳离子和自由电子之间形成的金属键，离子晶体中是离子键，这些作用都是化学键，比分子间作用力强得多，因此它们的熔、沸点一般比分子晶体要高。但是由于各类化学键又存在强弱的差异，所以又有不同。另外，即使是同一类型的化学键，由于成键主体不同，也会存在差异。具体如下：
1．不同类型的晶体一般来说，晶体的熔、沸点是：原子晶体>离子晶体>分子晶体。2．同类晶体(1)原子晶体：熔、沸点取决于共价键的键能和键长，键能越大、键长越短，熔、沸点越高。如熔、沸点：晶体硅<金刚砂(SiC)<金刚石。(2)离子晶体：熔、沸点取决于离子键的强弱。一般来说，离子半径越小，离子电荷数越多，离子键越强，熔、沸点越高。如KF>KCl>KI，NaCl>MgO。
(3)分子晶体：熔、沸点的高低，可通过比较分子间作用力的大小和有无氢键的存在来判断。①分子间作用力：组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增大，其熔、沸点升高。如F21.金属在拉成丝或者压成薄片的过程中,金属键遭到了破坏。(　　)
2.金属导电与电解质溶液导电的本质不同。(　　)
3.金属晶体中自由电子专属于某个金属离子。(　　)
4.由金属元素与非金属元素形成的晶体,属于离子晶体。(　　)
5.含有离子的晶体一定是离子晶体。(　　)
6.离子晶体受热熔化时破坏化学键,吸收能量,属于化学变化。(　　)
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√ 　　
×
×
×
×
×
2.为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物,进行下列实验。其中合理、可靠的是(　　)
A.观察常温下的状态,SbCl5是苍黄色液体,SnCl4为无色液体。结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C.将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中,滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4水溶液的导电性,发现它们都可以导电。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
B
解析:离子晶体中含有离子键,离子键是阴、阳离子之间强烈的相互作用,故离子晶体往往有较高的熔点,A项错而B项正确;滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,只能说明这些物质溶于水时产生了Cl-,有的共价化合物溶于水时也能产生Cl-(如HCl),C错;有些共价化合物的水溶液也能导电,如HCl,D错。
3.下列说法错误的是(　　)
A.离子晶体在熔化状态下能导电
B.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
C.共价晶体中一定有非极性共价键
D.分子晶体中不一定含有共价键
解析:SiO2晶体中只有极性键;稀有气体形成的分子晶体中没有化学键。
C
4.下列关于晶体的说法一定正确的是(　　)
A.分子晶体中都存在共价键
B.CaTiO3晶体(如图所示)中每个Ti4+和12个O2-相紧邻
C.SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合
D.金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高
CaTiO3的晶体结构模型(图中Ca2+、O2-、Ti4+
分别位于立方体的体心、面心和顶点)
B
解析:稀有气体都是单原子分子,它们的晶体中不存在共价键,A项不正确;在题目所给晶体结构模型中,每个Ti4+周围有3个O2-与之相邻,晶体中每 Ti4+周围共有3×8× =12个O2-,B项正确;在SiO2的晶体中Si、O以单键相结合,故每个硅原子与4个氧原子相结合,C项不正确;金属汞的熔点比I2、蔗糖等分子晶体的熔点低,D项不正确。
5.铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝,被广泛应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题:
(1)基态铜原子的电子排布式为　 ;
(2)用X-射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。测定金属铜的晶体得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm-3,则铜晶胞的体积是　　　 cm3,晶胞的质量是　　　 g,阿伏加德罗常数为　　　[列式计算,已知Ar(Cu)=63.6];
1s22s22p63s23p63d104s1
4.70×10-23
4.23×10-22
(3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物,这两种化合物都可用于催化乙炔聚合,其阴离子均为无限长链结构(如下图),a位置上Cl原子的杂化轨道类型为　　　。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3,另一种化合物的化学式为　　　　　　　。
sp3
K2CuCl3