3.3.2过渡晶体与混合型晶体 导学案（含答案） 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.3.2过渡晶体与混合型晶体 导学案（含答案） 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 167.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-20 13:46:20 | ||
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文档简介
3.3.2过渡晶体与混合型晶体
学习目标
1. 理解过渡晶体的含义。
2. 理解石墨为什么是一种混合型晶体。
学习过程
1. 第三周期前几种氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表所示。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
提示：离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键的百分数越大。
(1) 根据已有数据可知，第三周期前四种元素与氧形成的化学键中离子键成分的百分数有什么规律？为什么会呈现这样的变化？
(2) 表中的四种晶体不是纯粹的离子晶体或共价晶体，而是过渡晶体。通常将偏向离子晶体的过渡晶体当成离子晶体处理，而偏向共价晶体的当成共价晶体处理。通常将表中的四种晶体分别当成什么晶体？
2. 第三周期后几种元素的氧化物的熔点数据如下表所示。
氧化物 P2O5 SO3 Cl2O7
熔点/℃ 340 16.8 －91.5
(1) P2O5、SO3、Cl2O7所含化学键中的离子键成分百分数如何变化？
(2) P2O5、SO3、Cl2O7的晶体类型是什么？与Al2O3和SiO2相比，除了所含离子键成分百分数变小外，还发生什么变化导致它们的熔点要远低于Al2O3和SiO2
3. 工业上电解熔融的Al2O3冶炼铝，此情景下可将Al2O3当作哪种类型的晶体？Al2O3的熔点为 2 054 ℃、摩氏硬度为9，SiO2的熔点为1 710 ℃、摩氏硬度为7，此情景下可将Al2O3当作哪种类型的晶体？
4. 常见的共价晶体有锗和灰锡；金属(除汞外)在常温下都是金属晶体。上述两句话矛盾吗？为什么？
石墨晶体是层状结构(如右图所示)，层内碳原子形成平面六元并环结构，层内碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm。石墨具有金属晶体、共价晶体和分子晶体的多重特点，是一种混合型晶体。
1. 石墨的平面六元并环结构中，碳原子采用哪种轨道杂化类型？平均每个六元环占有几个碳原子？未参与杂化的2p电子的原子轨道的空间位置是怎样的？
2. 石墨具有导电性，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨具有导电性的原因。
3. 石墨的熔点高达3 652 ℃，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨熔点高的原因。
4. 石墨的摩氏硬度约为1，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨硬度小的原因。
四类典型晶体的差异
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子
粒子间 作用力
导电性
熔点和硬度
结构相似时 熔点和硬度 的影响因素
课堂反馈
1. 在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分。下列各对原子形成化学键中共价键成分最少的是( )
A. Li，F B. Na，F C. Na，Cl D. Mg，O
2. 参考表中部分离子化合物的熔点，回答有关问题。
钠的卤化物 NaF NaCl NaBr NaI
熔点/℃ 995 801 755 651
碱金属的氯化物 NaCl KCl RbCl CsCl
熔点/℃ 801 776 715 646
(1) 钠的卤化物中，随着卤素核电荷数增大，阴离子半径逐渐________，化学键中离子键成分的百分数逐渐________，化合物的熔点逐渐________。
(2) 碱金属的氯化物中，随着碱金属核电荷数增大，阳离子半径逐渐________，化学键中离子键成分的百分数逐渐________，化合物的熔点逐渐________。
(3) 通过以上分析可知，影响离子化合物熔点的一个重要因素是___________
_________。
3. 碳有多种同素异形体，其中石墨烯(从石墨中剥离出的碳原子层)与金刚石的晶体结构如图所示。
石墨烯晶体 金刚石晶体
(1) 石墨烯中，C原子的轨道杂化类型是________，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。石墨烯能够导电的原因是________
___________________________________。
(2) 金刚石晶体中，C原子的轨道杂化类型是________。C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
4. 如下图所示，在硅酸盐中，硅氧四面体(SiO)通过共用顶角氧离子可形成一种无限长单链结构的多硅酸根。
硅氧四面体立体图和投影图 链式多硅酸根
回答下列问题。
(1) 链式多硅酸根中，Si原子的轨道杂化类型为________，化学式为________。
(2) V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的空间结构为__________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子有类似多硅酸根的无限长链结构，则V2O5与NaOH反应生成偏钒酸钠的化学方程式为____________________
___________________________________。
(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，其阳离子均为K＋，阴离子均为类似多硅酸根的无限长链结构。请写出其中任意一种化合物的化学式：__________________。
活动一：
1. (1) 随着核电荷数增大，四种元素与氧形成的化学键中离子键成分的百分数逐渐减小。因为四种元素的电负性逐渐增强，与氧的电负性的差值变小。
(2) 通常将Na2O、MgO当成离子晶体，Al2O3、SiO2当成共价晶体。
2. (1) 逐渐变小。
(2) 都是分子晶体。所含共价键不再贯穿整个晶体，而是局限于晶体内所含分子中，因此熔化时无需破坏共价键，只需破坏范德华力。
3. 离子晶体。共价晶体。
4. 不矛盾。锗和灰锡都是金属晶体和共价晶体之间的过渡晶体。
活动二：
1. sp2杂化。6×＝2。垂直于碳原子平面，相互平行。
2. 金属晶体。未杂化的、相互平行的p轨道相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
3. 共价晶体。层内碳原子间除σ键外还有π键，碳碳键的键长短、键能大。
4. 分子晶体。层与层之间相隔较远，且仅靠范德华力维系。
活动三：
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子 分子 原子 金属阳离子和电子气 阳离子、阴离子
粒子间作用力 范德华力(有的有氢键) 共价键 金属键 离子键
导电性 晶体及熔融状态下均难导电 晶体及熔融态均能导电 晶体不导电， 熔融时导电
熔点和硬度 熔点低、硬度小 熔点高、硬度大 熔点有高有低， 硬度有大有小 熔点有高有低， 硬度有大有小
结构相似时 熔点和硬度 的影响因素 ①氢键 ②相对分子质量 键能(成键原子的半径大小) 金属阳离子的 半径和电荷数 ①离子所带电荷数 ②离子半径
【课堂反馈】
1. B 成键原子的电负性差值越大，化学键中离子键成分的百分数越大、共价键成分的百分数越小。Li、Na、Mg中，Na的电负性最小；O、F、Cl中，F的电负性最大。所以，Na和F形成的化学键中共价键成分最少。
2. (1) 增大 减小 降低 (2) 增大 增大 降低 (3) 离子半径
解析：(1) 钠的卤化物中，随着卤素核电荷数增大，阴离子的电子层数逐渐增大，离子半径逐渐增大；卤素的电负性逐渐减小，与钠的电负性差值也逐渐减小，化学键中离子键成分的百分数逐渐减小；由表格数据可知，化合物的熔点逐渐降低。(2) 碱金属的氯化物中，随着碱金属核电荷数增大，阳离子的电子层数逐渐增大，离子半径逐渐增大；碱金属的电负性逐渐减小，与氯的电负性差值逐渐增大，化学键中离子键成分的百分数逐渐增大；由表格数据可知，化合物的熔点逐渐降低。(3) 通过以上分析可知，同种类型的离子化合物中，离子半径越大，离子化合物的熔点越低，而化学键中离子键成分的百分数不是影响离子化合物熔点的重要因素。
3. (1) sp2 3 2 所有碳原子未参与杂化的p轨道相互平行且相互重叠，使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动 (2) sp3 12 4
4. (1) sp3 SiO (2) 正四面体形 V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O (3) K2CuCl3或KCuCl3
解析：(1) 链式多硅酸根中，Si原子均形成4个σ键，没有孤电子对，轨道杂化类型为sp3。考查多硅酸根的结构示意图，其中的最小重复单元为[SiO3]，根据Si和O的化合价可将化学式写为SiO。(2) 钒酸根(VO)和偏钒酸根可分别与硅氧四面体(SiO)和链式多硅酸根(SiO)类比，区别在于化合价不同。(3) 根据题目叙述，阴离子是由Cu和Cl组成的、类似多硅酸根的无限长链结构，化学式为CuCl，Cu的化合价为＋1价或＋2价，化合物的化学式为K2CuCl3或KCuCl3。
学习目标
1. 理解过渡晶体的含义。
2. 理解石墨为什么是一种混合型晶体。
学习过程
1. 第三周期前几种氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表所示。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的百分数/% 62 50 41 33
提示：离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键的百分数越大。
(1) 根据已有数据可知，第三周期前四种元素与氧形成的化学键中离子键成分的百分数有什么规律？为什么会呈现这样的变化？
(2) 表中的四种晶体不是纯粹的离子晶体或共价晶体，而是过渡晶体。通常将偏向离子晶体的过渡晶体当成离子晶体处理，而偏向共价晶体的当成共价晶体处理。通常将表中的四种晶体分别当成什么晶体？
2. 第三周期后几种元素的氧化物的熔点数据如下表所示。
氧化物 P2O5 SO3 Cl2O7
熔点/℃ 340 16.8 －91.5
(1) P2O5、SO3、Cl2O7所含化学键中的离子键成分百分数如何变化？
(2) P2O5、SO3、Cl2O7的晶体类型是什么？与Al2O3和SiO2相比，除了所含离子键成分百分数变小外，还发生什么变化导致它们的熔点要远低于Al2O3和SiO2
3. 工业上电解熔融的Al2O3冶炼铝，此情景下可将Al2O3当作哪种类型的晶体？Al2O3的熔点为 2 054 ℃、摩氏硬度为9，SiO2的熔点为1 710 ℃、摩氏硬度为7，此情景下可将Al2O3当作哪种类型的晶体？
4. 常见的共价晶体有锗和灰锡；金属(除汞外)在常温下都是金属晶体。上述两句话矛盾吗？为什么？
石墨晶体是层状结构(如右图所示)，层内碳原子形成平面六元并环结构，层内碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm。石墨具有金属晶体、共价晶体和分子晶体的多重特点，是一种混合型晶体。
1. 石墨的平面六元并环结构中，碳原子采用哪种轨道杂化类型？平均每个六元环占有几个碳原子？未参与杂化的2p电子的原子轨道的空间位置是怎样的？
2. 石墨具有导电性，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨具有导电性的原因。
3. 石墨的熔点高达3 652 ℃，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨熔点高的原因。
4. 石墨的摩氏硬度约为1，这是哪种晶体类型的特点？请解释石墨硬度小的原因。
四类典型晶体的差异
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子
粒子间 作用力
导电性
熔点和硬度
结构相似时 熔点和硬度 的影响因素
课堂反馈
1. 在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分。下列各对原子形成化学键中共价键成分最少的是( )
A. Li，F B. Na，F C. Na，Cl D. Mg，O
2. 参考表中部分离子化合物的熔点，回答有关问题。
钠的卤化物 NaF NaCl NaBr NaI
熔点/℃ 995 801 755 651
碱金属的氯化物 NaCl KCl RbCl CsCl
熔点/℃ 801 776 715 646
(1) 钠的卤化物中，随着卤素核电荷数增大，阴离子半径逐渐________，化学键中离子键成分的百分数逐渐________，化合物的熔点逐渐________。
(2) 碱金属的氯化物中，随着碱金属核电荷数增大，阳离子半径逐渐________，化学键中离子键成分的百分数逐渐________，化合物的熔点逐渐________。
(3) 通过以上分析可知，影响离子化合物熔点的一个重要因素是___________
_________。
3. 碳有多种同素异形体，其中石墨烯(从石墨中剥离出的碳原子层)与金刚石的晶体结构如图所示。
石墨烯晶体 金刚石晶体
(1) 石墨烯中，C原子的轨道杂化类型是________，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。石墨烯能够导电的原因是________
___________________________________。
(2) 金刚石晶体中，C原子的轨道杂化类型是________。C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
4. 如下图所示，在硅酸盐中，硅氧四面体(SiO)通过共用顶角氧离子可形成一种无限长单链结构的多硅酸根。
硅氧四面体立体图和投影图 链式多硅酸根
回答下列问题。
(1) 链式多硅酸根中，Si原子的轨道杂化类型为________，化学式为________。
(2) V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的空间结构为__________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子有类似多硅酸根的无限长链结构，则V2O5与NaOH反应生成偏钒酸钠的化学方程式为____________________
___________________________________。
(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，其阳离子均为K＋，阴离子均为类似多硅酸根的无限长链结构。请写出其中任意一种化合物的化学式：__________________。
活动一：
1. (1) 随着核电荷数增大，四种元素与氧形成的化学键中离子键成分的百分数逐渐减小。因为四种元素的电负性逐渐增强，与氧的电负性的差值变小。
(2) 通常将Na2O、MgO当成离子晶体，Al2O3、SiO2当成共价晶体。
2. (1) 逐渐变小。
(2) 都是分子晶体。所含共价键不再贯穿整个晶体，而是局限于晶体内所含分子中，因此熔化时无需破坏共价键，只需破坏范德华力。
3. 离子晶体。共价晶体。
4. 不矛盾。锗和灰锡都是金属晶体和共价晶体之间的过渡晶体。
活动二：
1. sp2杂化。6×＝2。垂直于碳原子平面，相互平行。
2. 金属晶体。未杂化的、相互平行的p轨道相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
3. 共价晶体。层内碳原子间除σ键外还有π键，碳碳键的键长短、键能大。
4. 分子晶体。层与层之间相隔较远，且仅靠范德华力维系。
活动三：
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子 分子 原子 金属阳离子和电子气 阳离子、阴离子
粒子间作用力 范德华力(有的有氢键) 共价键 金属键 离子键
导电性 晶体及熔融状态下均难导电 晶体及熔融态均能导电 晶体不导电， 熔融时导电
熔点和硬度 熔点低、硬度小 熔点高、硬度大 熔点有高有低， 硬度有大有小 熔点有高有低， 硬度有大有小
结构相似时 熔点和硬度 的影响因素 ①氢键 ②相对分子质量 键能(成键原子的半径大小) 金属阳离子的 半径和电荷数 ①离子所带电荷数 ②离子半径
【课堂反馈】
1. B 成键原子的电负性差值越大，化学键中离子键成分的百分数越大、共价键成分的百分数越小。Li、Na、Mg中，Na的电负性最小；O、F、Cl中，F的电负性最大。所以，Na和F形成的化学键中共价键成分最少。
2. (1) 增大 减小 降低 (2) 增大 增大 降低 (3) 离子半径
解析：(1) 钠的卤化物中，随着卤素核电荷数增大，阴离子的电子层数逐渐增大，离子半径逐渐增大；卤素的电负性逐渐减小，与钠的电负性差值也逐渐减小，化学键中离子键成分的百分数逐渐减小；由表格数据可知，化合物的熔点逐渐降低。(2) 碱金属的氯化物中，随着碱金属核电荷数增大，阳离子的电子层数逐渐增大，离子半径逐渐增大；碱金属的电负性逐渐减小，与氯的电负性差值逐渐增大，化学键中离子键成分的百分数逐渐增大；由表格数据可知，化合物的熔点逐渐降低。(3) 通过以上分析可知，同种类型的离子化合物中，离子半径越大，离子化合物的熔点越低，而化学键中离子键成分的百分数不是影响离子化合物熔点的重要因素。
3. (1) sp2 3 2 所有碳原子未参与杂化的p轨道相互平行且相互重叠，使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动 (2) sp3 12 4
4. (1) sp3 SiO (2) 正四面体形 V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O (3) K2CuCl3或KCuCl3
解析：(1) 链式多硅酸根中，Si原子均形成4个σ键，没有孤电子对，轨道杂化类型为sp3。考查多硅酸根的结构示意图，其中的最小重复单元为[SiO3]，根据Si和O的化合价可将化学式写为SiO。(2) 钒酸根(VO)和偏钒酸根可分别与硅氧四面体(SiO)和链式多硅酸根(SiO)类比，区别在于化合价不同。(3) 根据题目叙述，阴离子是由Cu和Cl组成的、类似多硅酸根的无限长链结构，化学式为CuCl，Cu的化合价为＋1价或＋2价，化合物的化学式为K2CuCl3或KCuCl3。