資源簡介

第三章 晶體結構與性質
第二節 金屬晶體與離子晶體
第二課時 離子晶體 過渡晶體與混合型晶體
【教材分析】
離子晶體結構與性質是高中選修化學重點內容，高考選考模塊中必考內容，以氯化鈉、氯化銫晶胞為例，探究離子晶體的結構與性質，在學習四種典型的晶體的基礎上，通過石墨晶體分析，認識過渡晶體和混合型晶體，提升信息遷移能力，培養學生的化學核心素養。
【課程目標】
課程目標 學科素養
借助離子晶體等模型認識晶體的結構特點。 認識離子晶體的物理性質與晶體結構的關系。 知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普通存在的。 宏觀辨識與微觀探析：從化學鍵變化上認識過渡晶體，理解純粹的典型晶體在自然界中是不多的。 證據推理與模型認知：借助石墨晶體模型、氯化鈉晶胞、氯化銫晶胞認識晶體的結構和性質。
【教材分析】
教學重點：離子晶體、過渡晶體、混合型晶體的結構特點和性質
教學難點：離子晶體、過渡晶體、混合型晶體的結構特點和性質
【教學過程】
【新課導入】
【展示】
展示硫酸銅晶體、NaCl晶體
【學生活動】
從NaCl認識離子晶體
【思考交流】
（1）思考氯化鈉晶胞中各離子的位置分布
【知識建構】
一、離子鍵
1.離子鍵的本質是靜電作用，它包括陰、陽離子之間的引力和兩種離子的原子核之間以及它們的電子之間的斥力兩個方面，當引力與斥力之間達到平衡時就形成了穩定的離子化合物，它不顯電性。
2.離子鍵的特征：沒有方向性和飽和性。因此，以離子鍵結合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個離子周圍盡可能多地排列異性電荷的離子，從而達到穩定的目的。
【思考交流】
（2）NaCl表示什么含義
【知識建構】
二、離子晶體
定義：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體，叫做離子晶體。
構成粒子：陰、陽離子
相互作用：離子鍵
常見的離子晶體：強堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數鹽。
【思考交流】
（3）解釋NaCl的熔點較高、硬度較大的原因。
【知識建構】
離子晶體中，陰、陽離子間有強烈的相互作用（離子鍵），要克服離子間的相互作用使物質熔化和沸騰，就需要較多的能量。
一般說來，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高。
【思考交流】
（4）離子晶體的熔點是否都較高？
分析下表中的數據，能得出什么結論？
【思考交流】
（5）NaCl等離子晶體在熔融狀態下導電、水溶液導電與金屬導電有什么不同
【講解】
離子晶體中，離子鍵較強，離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此，離子晶體不導電。
當升高溫度時，陰、陽離子獲得足夠能量克服離子間的相互作用，成為自由移動的離子（熔融狀態），在外界電場作用下，離子定向移動而形成電流。
離子化合物溶于水時，陰、陽離子受到水分子作用變成了自由移動的離子（實質上是水合離子），在外界電場作用下，陰、陽離子定向移動而導電。
【思考交流】
（6）離子晶體是否具有較好的延展性？
【知識建構】
三、離子晶體的物理性質
1.具有較高的熔、沸點，難揮發
離子晶體中，陰、陽離子間有強烈的相互作用（離子鍵），要克服離子間的相互作用使物質熔化和沸騰，就需要較多的能量。因此，離子晶體具有較高的熔、沸點和難揮發的性質。
2.硬度
離子晶體的硬度較大，難于壓縮。陰陽離子間有較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，當晶體受到沖擊力作用時，部分離子鍵發生斷裂，導致晶體破碎。
3.導電性
離子晶體中，離子鍵較強，離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此，離子晶體不導電。當升高溫度時，熔融狀態下，陰、陽離子獲得足夠能量克服離子間的相互作用，成為自由移動的離子，在外界電場作用下，離子定向移動而形成電流。離子化合物溶于水時，陰、陽離子受到水分子作用變成了自由移動的離子（實質上是水合離子），在外界電場作用下，陰、陽離子定向移動而導電。
4.溶解性
大多數離子晶體易溶于極性溶劑（如水），難溶于非極性溶劑（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”規律。當把離子晶體放入水中時，極性水分子對離子晶體中的離子產生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的作用而電離，變成在水中自由移動的離子。
【思考交流】
(7) 鈉的鹵化物（NaX）和硅的鹵化物（SiX4）的熔點如圖所示
（1）判斷晶體的類型。
（2）解釋熔點變化的原因。
離子晶體：X-半徑增大，離子鍵減弱
分子晶體：相對分子質量增大，分子間作用力增加
【思考交流】
(8) TiF4熔點高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，自TiCl4至TiI4熔點依次升高，請解釋原因。
【講解】
（1）TiF4是離子化合物，熔點較高
（2） TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共價化合物
事實上，大多數離子晶體中的化學鍵具有一定的共價鍵成分。
【思考交流】
(9) 離子鍵的百分數和什么因素有關？
【講解】
電負性差值越大，離子鍵成分的百分數越高
【學生活動】
分析第三周期前幾種元素的氧化物中，化學鍵中離子鍵成分的百分數的變化趨勢并解釋其原因。進一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶體類型的變化趨勢。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的百分數/% 62 50 41 33
【講解】
表中的4種氧化物晶體中的化學鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。
偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質上與純粹的離子晶體接近，因而通常當作離子晶體來處理，如Na2O等。同樣，偏向共價晶體的過渡晶體則當作共價晶體來處理，如Al2O3、SiO2等。
Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的離子鍵的百分數呈逐漸減小的趨勢，P2O5、 SO3、Cl2O,都是分子晶體，原因是第三周期元素從左到右，電負性逐漸增強，與氧元素的電負性的差值逐漸減小。第三周期主族元素的氧化物的晶體的變化趨勢為離子晶體→共價晶體→分子晶體。離子鍵成分的百分數更小了，而且共價鍵不再貫穿整個晶體，而是局限干晶體微觀空間的-一個個分子中了。
【概念界定】
【講解】
四、過渡晶體
定義：離子鍵、共價鍵、金屬鍵等都是化學鍵的典型模型，原子間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態，由于微粒間的作用存在鍵型過渡，即使組成簡單的的晶體，也可能介于離子晶體、共價晶體、分子晶體和金屬晶體之間的過渡狀態，形成過渡晶體。
【晶體模型】
(1)石墨晶體模型
石墨結構中未參與雜化的p軌道
(2)結構特點——層狀結構
①石墨晶體是層狀結構的，同層內碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(σ鍵)結合，形成平面六元并環結構，層內的碳原子的核間距為142 pm，層間距離為335 pm，
②層與層之間靠范德華力維系。
③石墨的二維結構內，每個碳原子的配位數為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。
④由于所有的p軌道相互平行而且相互重疊,使p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。因此，石墨有類似金屬晶體的導電性，而且，由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠，電子不能從一個平面跳躍到另-一個平面，所以石墨的導電性只能沿石墨平面的方向。像石墨這樣的晶體，是一種混合型晶體。
(3)晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。
(4)性質：熔點很高、質軟、易導電等
【思考交流】
（10) 分析石墨晶體的構成微粒及微粒間相互作用，
并解釋石墨具有導電性和潤滑性的原因。
【講解】
分子間作用力較弱，層與層之間易于斷開而滑動，所以石墨具有潤滑性
【概念界定】
五、混合型晶體
既有共價鍵又有范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體
性質：熔點很高、質軟、易導電等
混合型晶體既有共價鍵又有范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體
【學生活動】
(1)含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？有陽離子的晶體中一定存在陰離子嗎？
[提示]：不一定。也可能是金屬晶體；晶體中含有陽離子，不一定存在陰離子，如金屬晶體由陽離子和自由電子構成。
(2)離子晶體中一定含有金屬元素嗎？由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎？
[提示]：不一定。離子晶體中不一定含金屬元素，如NH4Cl、NH4NO3等銨鹽。由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體。
(3)離子晶體的熔點一定低于共價晶體嗎？
[提示]：不一定。離子晶體的熔點不一定低于共價晶體，如MgO是離子晶體，SiO2是共價晶體，MgO的熔點高于SiO2的熔點。
(4)離子晶體中除含有離子鍵外，是否含有共價鍵？
[提示]：離子晶體中除含有離子鍵外，還有可能含有共價鍵、配位鍵。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含離子鍵和共價鍵，NH4Cl中含有離子鍵、共價鍵、配位健。
【拓展延伸】
晶體—大有可為
鈣鈦礦太陽能電池
硅酸鹽
納米晶體
【課堂小結】
通過學習，對晶體知識進行梳理和總結。

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