3.2.4 晶体结构的复杂性（课件）(共37张PPT)-2023-2024学年高二化学（鲁科版2019选择性必修2）

(共37张PPT)
鲁科版选择性必修2
物质结构与性质
同学们好
欢迎来到化学课堂
为了认识复杂的晶体世界，人们常常从结构简单的晶体入手。如图 3-1-5 所示，氯
化钠、铜、金刚石、冰中存在着离子、原子或分子等微粒的周期性重复排列。根据这些晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，将它们分为离子晶体（如氯化钠）、金属晶体（如铜）、共价晶体（如金刚石）和分子晶体（如冰）。
复习回忆
常见金属晶体的结构
常见的离子晶体
三种常见的共价晶体
金刚石 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子 杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键物质的量
sp3
sp3
sp3
109°28'
109°28'
(O-Si-O)109028'
(Si-O-Si) ≠1800
8个C
2 mol C—C键
4 molC—Si键
C:4个 Si:4个
4 molSi—O键
Si:8个 O:16个
常见的 分子晶体
搭建模型认识结构
请你思考！
晶体类型之间存在绝对的界限吗？
共价晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体
第二章 不同聚集状态的物质与性质
第 2 节 几种简单的晶体结构模型
课时4 晶体结构的复杂性
教材分析
以石墨为例认识晶体的复杂性，借助过渡晶体及混合型晶体模型，解释其具有的独特性质。通过本节的学习，引导学生深入认识物质的结构与性质之间的关系，提升对物质结构与性质的基本认识，促进"宏观辨识与微观探析""证据推理与模型认知""科学探究与创新意识"化学学科核心素养的发展。
请你思考！
同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？
你认为是什么造成了这种差异？
联想·质疑
金刚石部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1)
3550℃ 10 2.11*10-13
石墨部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1)
3850℃ 1 2.5*103
01
混合型晶体
混合型晶体
实验测定，石墨的熔点高达 3850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竞属于哪种类型的晶体呢
混合型晶体
石墨性质特征
熔点高、 质软、 能导电
共价晶体特征
金属晶体特征
石墨结构特征
混合型晶体
层状结构
分子晶体特征
石墨晶体既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体
石墨晶体结构
从不同角度观察石墨的结构模型
实验测得：石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm。
石墨晶体结构
石墨晶体中的二维平面结构
109°28′
碳原子杂化方式：
347KJ·mol-1
键角：
键长：
键能：
0.154nm
SP2
石墨晶体结构
石墨的层状结构
石墨的层状结构
⑴石墨的晶体具有层状结构,同一层中的每个碳原子与邻近的3个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边形平面网状结构。每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,并含有1个未成对电子,能形成遍及整个平面的大π键
石墨晶体结构
⑵碳原子采取sp2杂化,C—C键之间的夹角为120°。
⑶层与层之间以范德华力结合。
⑷石墨晶体既含有共价键,又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用力,这类晶体称为混合型晶体。石墨熔点高、质软、能导电。
用途：
制造电极、润滑剂、铅笔芯等
拓 展 视 野
黑磷
黑磷有正交、简单立方和菱方等三种晶型。其中，正交晶型的黑磷具有半导体性质， 可用作电学和光学材料。
黑磷
在晶体中，与石墨相似，黑磷具有层状结构，层间依靠范德华力结合在一起。而在层内，每个磷原子与其他三个磷原子相连，形成二维皱褶蜂巢型结构。
二维的单层黑磷又称磷烯，它具有比石墨烯更大的带隙（0.3~2 eV），磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。
观察·思考
事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多
O2-
Ba2+
Ti4+
例如：BaTiO3含有一种阴离子O2-和多种阳离子Ti4+、Ba2+
02
过渡晶体
过渡晶体
如，Na2SiO3 与 Na2CO3 组成看似相似，但结构明显不同。
过渡晶体
在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiO32－，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO32－}∞单元(如图所示)，带负电的链状硅酸盐{SiO32－}∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。
从表格中可知：上述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
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 离子键的百分数更小 过渡晶体
过渡晶体
离子
晶体
共价
晶体
分子
晶体
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 离子键的百分数更小 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，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。
过渡晶体
共价晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体
另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡晶体。
03
四种晶体类型比较
四种晶体类型比较
类型项目 金属晶体 共价晶体 分子晶体 离子晶体
构成晶体的微粒 金属阳离子和“自由电子” 原子 分子 阴、阳
离子微粒间作用 金属键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 离子键
作用力强弱(一般地) 一般较强，有的较弱 很强 弱 较强
确定作用力强弱的一般判断方法 离子半径、价电子数 键长(原子半径) 组成结构相似时比较相对分子质量 离子所带
电荷、半径熔、沸点 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃) 高 低 较高
硬度 差别较大 大 较小 略硬而脆
导热和导电性 良导体 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 不良导体(熔化后或溶于水导电)
溶解性(水) 一般不溶于水，少数与水反应 一般不溶 相似相溶 多数易溶
组成微粒堆积方式 等径圆球紧密堆积 不服从紧密堆积原理 紧密堆积(与分子形状有关且分子间不存在氢键) 非等径圆球紧密堆积
各类晶体的熔点大小比较
1、根据物质状态判断
即物质沸点高低按常温下的状态：固体＞液体＞气体。
如：NaCl＞H2O＞CO2。
2、根据物质不同结构特点判断
练习
1.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都与其他三个碳原子相结合。如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( )
A.10 B.18 C.24 D.14
D
练习
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.立方相氮化硼含有σ键和π键，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平
面三角形
D
练习
3.石墨晶体中，层内C—C的键长为142 pm，而金刚石中C—C的键长为154 pm，回答下列问题。
(1)熔点：石墨_____(填“＞”“＜”或“＝”)金刚石。
(2)石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C键长的原因：
__________________________________________________________________________________________________________________。
＞
金刚石中只存在C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键，电子层重叠程度大，所以C—C间的键长短
练习
4、碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。
同素异形体
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_____、_______。
sp2
sp3
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
分子
混合型
gyang8602
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的_____共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在_____共价键，还有____键。
σ
σ
π
(5)C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为________g(用含NA的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值)。
练习
5、下列表述不正确的是(　　)
A、熔点：CF4B、硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅
C、晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI
D、熔点：Na>Mg>Al
D
练习
谢谢观看
THANKS