人教版高中化学选择性必修二 3.3.2 离子晶体 过渡晶体与混合型晶体 教案
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选择性必修二 3.3.2 离子晶体 过渡晶体与混合型晶体 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 639.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-06-20 15:52:59 | ||
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文档简介
第三章 晶体结构与性质
第二节 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
【教材分析】
离子晶体结构与性质是高中选修化学重点内容，高考选考模块中必考内容，以氯化钠、氯化铯晶胞为例，探究离子晶体的结构与性质，在学习四种典型的晶体的基础上，通过石墨晶体分析，认识过渡晶体和混合型晶体，提升信息迁移能力，培养学生的化学核心素养。
【课程目标】
课程目标 学科素养
借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。 认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。 宏观辨识与微观探析：从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。 证据推理与模型认知：借助石墨晶体模型、氯化钠晶胞、氯化铯晶胞认识晶体的结构和性质。
【教材分析】
教学重点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质
教学难点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质
【教学过程】
【新课导入】
【展示】
展示硫酸铜晶体、NaCl晶体
【学生活动】
从NaCl认识离子晶体
【思考交流】
（1）思考氯化钠晶胞中各离子的位置分布
【知识建构】
一、离子键
1.离子键的本质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。
2.离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。
【思考交流】
（2）NaCl表示什么含义
【知识建构】
二、离子晶体
定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体。
构成粒子：阴、阳离子
相互作用：离子键
常见的离子晶体：强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐。
【思考交流】
（3）解释NaCl的熔点较高、硬度较大的原因。
【知识建构】
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。
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。
【思考交流】
（4）离子晶体的熔点是否都较高？
分析下表中的数据，能得出什么结论？
【思考交流】
（5）NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同
【讲解】
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。
当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子（熔融状态），在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。
离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
【思考交流】
（6）离子晶体是否具有较好的延展性？
【知识建构】
三、离子晶体的物理性质
1.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。
2.硬度
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。
3.导电性
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。当升高温度时，熔融状态下，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
4.溶解性
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。
【思考交流】
(7) 钠的卤化物（NaX）和硅的卤化物（SiX4）的熔点如图所示
（1）判断晶体的类型。
（2）解释熔点变化的原因。
离子晶体：X-半径增大，离子键减弱
分子晶体：相对分子质量增大，分子间作用力增加
【思考交流】
(8) TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，请解释原因。
【讲解】
（1）TiF4是离子化合物，熔点较高
（2） TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物
事实上，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。
【思考交流】
(9) 离子键的百分数和什么因素有关？
【讲解】
电负性差值越大，离子键成分的百分数越高
【学生活动】
分析第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数的变化趋势并解释其原因。进一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
【讲解】
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，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
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，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。
Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的离子键的百分数呈逐渐减小的趋势，P2O5、 SO3、Cl2O,都是分子晶体，原因是第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小。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。离子键成分的百分数更小了，而且共价键不再贯穿整个晶体，而是局限干晶体微观空间的-一个个分子中了。
【概念界定】
【讲解】
四、过渡晶体
定义：离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，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。
【晶体模型】
(1)石墨晶体模型
石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)结构特点——层状结构
①石墨晶体是层状结构的，同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
④由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此，石墨有类似金属晶体的导电性，而且，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的方向。像石墨这样的晶体，是一种混合型晶体。
(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。
(4)性质：熔点很高、质软、易导电等
【思考交流】
（10) 分析石墨晶体的构成微粒及微粒间相互作用，
并解释石墨具有导电性和润滑性的原因。
【讲解】
分子间作用力较弱，层与层之间易于断开而滑动，所以石墨具有润滑性
【概念界定】
五、混合型晶体
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
性质：熔点很高、质软、易导电等
混合型晶体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
【学生活动】
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
[提示]：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
(2)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
[提示]：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
(3)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，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
(4)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，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。
【拓展延伸】
晶体—大有可为
钙钛矿太阳能电池
硅酸盐
纳米晶体
【课堂小结】
通过学习，对晶体知识进行梳理和总结。
第二节 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
【教材分析】
离子晶体结构与性质是高中选修化学重点内容，高考选考模块中必考内容，以氯化钠、氯化铯晶胞为例，探究离子晶体的结构与性质，在学习四种典型的晶体的基础上，通过石墨晶体分析，认识过渡晶体和混合型晶体，提升信息迁移能力，培养学生的化学核心素养。
【课程目标】
课程目标 学科素养
借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。 认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。 宏观辨识与微观探析：从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。 证据推理与模型认知：借助石墨晶体模型、氯化钠晶胞、氯化铯晶胞认识晶体的结构和性质。
【教材分析】
教学重点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质
教学难点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质
【教学过程】
【新课导入】
【展示】
展示硫酸铜晶体、NaCl晶体
【学生活动】
从NaCl认识离子晶体
【思考交流】
（1）思考氯化钠晶胞中各离子的位置分布
【知识建构】
一、离子键
1.离子键的本质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。
2.离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。
【思考交流】
（2）NaCl表示什么含义
【知识建构】
二、离子晶体
定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体。
构成粒子：阴、阳离子
相互作用：离子键
常见的离子晶体：强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐。
【思考交流】
（3）解释NaCl的熔点较高、硬度较大的原因。
【知识建构】
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。
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。
【思考交流】
（4）离子晶体的熔点是否都较高？
分析下表中的数据，能得出什么结论？
【思考交流】
（5）NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同
【讲解】
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。
当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子（熔融状态），在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。
离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
【思考交流】
（6）离子晶体是否具有较好的延展性？
【知识建构】
三、离子晶体的物理性质
1.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。
2.硬度
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。
3.导电性
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。当升高温度时，熔融状态下，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
4.溶解性
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。
【思考交流】
(7) 钠的卤化物（NaX）和硅的卤化物（SiX4）的熔点如图所示
（1）判断晶体的类型。
（2）解释熔点变化的原因。
离子晶体：X-半径增大，离子键减弱
分子晶体：相对分子质量增大，分子间作用力增加
【思考交流】
(8) TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，请解释原因。
【讲解】
（1）TiF4是离子化合物，熔点较高
（2） TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物
事实上，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。
【思考交流】
(9) 离子键的百分数和什么因素有关？
【讲解】
电负性差值越大，离子键成分的百分数越高
【学生活动】
分析第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数的变化趋势并解释其原因。进一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
【讲解】
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，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
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，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。
Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的离子键的百分数呈逐渐减小的趋势，P2O5、 SO3、Cl2O,都是分子晶体，原因是第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小。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。离子键成分的百分数更小了，而且共价键不再贯穿整个晶体，而是局限干晶体微观空间的-一个个分子中了。
【概念界定】
【讲解】
四、过渡晶体
定义：离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，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。
【晶体模型】
(1)石墨晶体模型
石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)结构特点——层状结构
①石墨晶体是层状结构的，同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，
②层与层之间靠范德华力维系。
③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
④由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此，石墨有类似金属晶体的导电性，而且，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的方向。像石墨这样的晶体，是一种混合型晶体。
(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。
(4)性质：熔点很高、质软、易导电等
【思考交流】
（10) 分析石墨晶体的构成微粒及微粒间相互作用，
并解释石墨具有导电性和润滑性的原因。
【讲解】
分子间作用力较弱，层与层之间易于断开而滑动，所以石墨具有润滑性
【概念界定】
五、混合型晶体
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
性质：熔点很高、质软、易导电等
混合型晶体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
【学生活动】
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
[提示]：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
(2)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
[提示]：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
(3)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，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
(4)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，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。
【拓展延伸】
晶体—大有可为
钙钛矿太阳能电池
硅酸盐
纳米晶体
【课堂小结】
通过学习，对晶体知识进行梳理和总结。