3.3.2　过渡晶体与混合型晶体课件 (共40张PPT)2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共40张PPT)
第三章
第三节　第二课时　过渡晶体与混合型晶体
素 养 目 标
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,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,形成证据推理与模型认知的核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、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。
(1)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,作为　　　　　　　　处理,离子键成分的百分数小,作为共价晶体处理。
(2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物从左到右,离子键成分的百分数越来越　 ,其中作为离子晶体处理的是　　 　 　　;作为共价晶体处理的是　　　　　　　　;作为分子晶体处理的是
　　　　　　　 　　。
分子
共价
金属
离子
离子晶体
小
Na2O、MgO
Al2O3、SiO2
P2O5、SO3、Cl2O7
二、混合型晶体(以石墨晶体为例)
1.晶体模型
石墨晶体中的
二维平面结构
石墨的层状结构
石墨结构中未参
与杂化的p轨道
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碳原子平面中运动。
(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
微思考
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
提示 N的电负性小于O。
易错辨析1
(1)纯粹的典型晶体是没有的。(　　)
(2)Al2O3晶体中存在离子键,属于离子晶体。(　　)
(3)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的,差值越大,离子键成分的百分数越小。(　　)
(4)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体,而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中。(　　)
×
×
×
√
易错辨析2
(1)石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3。(　　)
(2)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向进行。(　　)
(3)石墨晶体层与层之间距离较大,所以石墨的熔点不高。(　　)
(4)石墨晶体能导电,因此石墨是金属晶体。(　　)
(5)石墨晶体中碳原子的杂化方式为sp3。(　　)
√
√
×
×
×
重难探究·能力素养全提升
探究一　过渡晶体和混合型晶体的特点
情境探究
材料1　阅读教材“表3-4　几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数”
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
离子键的 百分数/% 62 50 41 33
(1)根据上表推测P2O5(P4O10)、SO3、Cl2O7的化学键中离子键成分的百分数变化趋势。
提示 P2O5(P4O10)、SO3、Cl2O7的离子键的百分数应小于33%,且呈逐渐减小的趋势。
(2)离子键的百分数与元素的什么性质有关
(3)第三周期元素的氧化物晶体类型变化趋势是什么
提示 形成化合物的元素之间的电负性相差越大,离子键百分数越高。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,氧化物中化学键的离子键成分越来越小。
提示 离子晶体→共价晶体→分子晶体。四类晶体都有过渡型,没有严格的分界线。
材料2　石墨具有质软、熔点比金刚石高、能导电的性质,试结合石墨的结构回答下列问题。
(1)石墨晶体中所含有的作用力是什么 为什么石墨晶体能作润滑剂
(2)石墨晶体为什么能导电
提示 石墨晶体中含有共价键(同层内)、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。
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轨道中的电子可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。
方法突破
过渡晶体和混合型晶体的特点
应用体验
视角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
B
解析 第三周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐增大,与氧元素的电负性差值逐渐减小,则最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小,A项错误;纯粹的典型晶体不多,大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体,B项正确;过渡晶体是介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态,C项错误;Na2O、SiO2都不是纯粹的典型晶体,而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体,D项错误。
2.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1.0~1.5 nm时,呈离子键;当核间距约为0.28 nm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。
视角2混合型晶体的结构与性质
3.用高压釜施加高温高压并加入金属镍等催化剂,可实现如图所示的石墨转化为金刚石的过程,下列有关说法错误的是(　　)
A.石墨的层状结构比金刚石的结构更稳定
B.在该条件下,石墨转化为金刚石的变化是化学变化
C.金刚石的硬度比石墨的大,属于共价晶体
D.石墨和金刚石中的C均采取sp2杂化,键角均为120°
D
解析 由题给结构可知,经高温高压并有催化剂存在时,石墨转化为金刚石。键长:金刚石中C—C>石墨中C—C,则键能:金刚石中C—C<石墨中C—C,键能越大,键越牢固,物质越稳定,A项正确;石墨和金刚石互为同素异形体,石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成,是化学变化,B项正确;金刚石的结构是共价键三维骨架结构,属于共价晶体,其硬度比石墨的大,C项正确;石墨中的C采取sp2杂化,键角是120°,金刚石中的C采取sp3杂化,键角是109°28',D项错误。
4.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,且为过渡晶体
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平面三角形
D
解析 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,A项错误;立方相氮化硼中只含有σ键,是共价晶体,B、C项错误;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,D项正确。
【变式设问】
(1)六方相氮化硼中存在哪些作用力
(2)六方相氮化硼和立方相氮化硼中硼原子是什么杂化方式
提示 极性共价键,范德华力。
提示 六方相氮化硼中硼原子是sp2杂化,立方相氮化硼中硼原子是sp3杂化。
5.黑磷与石墨类似,也具有层状结构(如图1),根据图1和图2的信息,下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.黑磷区中P—P的键能不完全相同
B.黑磷与石墨都属于混合型晶体
C.由石墨与黑磷制备该复合材料的过程,发生了化学反应
D.石墨与黑磷的交界结合区域中,P原子与C原子共平面
E.复合材料单层中,P原子与C原子之间的作用力是范德华力
ABCD
解析 黑磷区中P—P的键长不完全相等,所以键能不完全相同,A项正确;黑磷与石墨,每一层原子之间均由共价键结合,层与层之间均由范德华力结合,所以二者均为混合型晶体,B项正确;石墨与黑磷制备该复合材料的过程中,P—P和C—C断裂,形成P—C,发生了化学反应,C项正确;因为石墨中C原子采取sp2杂化,所以与六元环中C原子相连的原子与六元环共面,即石墨与黑磷的交界结合区域中,P原子与C原子共平面,D项正确;复合材料单层中,P原子与C原子之间的作用力为共价键,E项错误。
探究二　四种晶体类型的比较
情境探究
下图是六种常见晶体或晶胞的示意图。
(1)这六种晶体中,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;氢键和范德华力。
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+)方法突破
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
硬度 较小 很大 有的很大,有的很小 较大
项目 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
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)不同类型晶体熔、沸点的比较
①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。
②金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,钠、铯等熔、沸点很低。
(2)同种类型晶体熔、沸点的比较
①共价晶体
原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高
如熔点:金刚石>碳化硅>硅。
②离子晶体
一般来说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,晶体的熔、沸点越高,如熔点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl。
③分子晶体
a.分子间范德华力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
b.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,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
c.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,如CH3Cl>CH3CH3。
d.同分异构体,支链越多,熔、沸点越低。
④金属晶体
金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其金属键越强,金属晶体的熔、沸点越高,如熔、沸点:Na应用体验
视角1晶体类型的判断
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2 100 ℃,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2 300 ℃,沸点2 550 ℃,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;硼的熔点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)NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅各属于什么晶体
(2)NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅中哪种晶体在熔融状态下能导电
提示 NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅分别属于离子晶体、分子晶体、分子晶体、共价晶体。
提示 NaCl。
2.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。
易错提醒　(1)共价晶体一定含有共价键,而分子晶体可能不含共价键。
(2)含阴离子的晶体中一定含有阳离子,但含阳离子的晶体中不一定含阴离子,如金属晶体。
(3)共价晶体的熔点不一定比离子晶体高,如石英的熔点为1 750 ℃,MgO的熔点为2 852 ℃。
(4)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃。
视角2熔、沸点的比较
3.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　CF4
B.SiO2　CsCl　CF4　CBr4
C.CsCl　SiO2　CBr4　CF4
D.CF4　CBr4　CsCl　SiO2
A
解析 物质的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。
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