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第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體
第3課時(shí) 過渡晶體與混合型晶體
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}類型比較
分子晶體
共價(jià)晶體
金屬晶體
離子晶體
構(gòu)成粒子
粒子間的相互作用力
硬度
熔、沸點(diǎn)
溶解性
導(dǎo)電性
四類典型晶體的比較
分子
原子
金屬陽離子和自由電子
陰、陽離子
分子間作用力
共價(jià)鍵
金屬鍵
離子鍵
較小
很大
差異很大
較大
較低
相似相溶
很高
差異很大
較高
難溶于任何溶劑
常見溶劑難溶
大多易溶于水等極性溶劑
一般不導(dǎo)電，部分溶于水后導(dǎo)電
一般不具有導(dǎo)電性
良好
晶體不導(dǎo)電，水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電
離子晶體：活潑金屬的 、 [如KOH、Ba(OH)2等]
和絕大多數(shù)的 。
分子晶體：大多數(shù)___________(除金剛石、石墨、晶體硼、
晶體硅等外)、非金屬氫化物、___________(除
SiO2外)、幾乎所有的___、絕大多數(shù)______(除
有機(jī)鹽外)。
非金屬氧化物
非金屬單質(zhì)
酸
有機(jī)物
共價(jià)晶體：單質(zhì)有_________________________；
化合物有________________________。
金剛石、硼、硅、鍺、灰錫等
碳化硅、SiO2等
金屬晶體：金屬單質(zhì)(除____、_____外)與______。
鍺 灰錫
合金
氧化物
強(qiáng)堿
鹽
1、四種物質(zhì)的一些性質(zhì)如下表：
物質(zhì)
熔點(diǎn)/℃
沸點(diǎn)/℃
其他性質(zhì)
單質(zhì)硫
120.5
271.5
—
單質(zhì)硼
2 300
2 550
硬度大
氯化鋁
190
182.7
177.8 ℃升華
苛性鉀
300
1 320
晶體不導(dǎo)電，熔融態(tài)導(dǎo)電
晶體類型：單質(zhì)硫是______晶體；單質(zhì)硼是_______晶體；氯化鋁是______晶體；苛性鉀是______晶體。
分子
共價(jià)
分子
離子
2、下列每組物質(zhì)發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)所克服的粒子間的相互作用屬于同種類型的是（ ）
A.食鹽和蔗糖熔化 B.鈉和硫熔化
C.碘和干冰升華 D.二氧化硅和氧化鈉熔化
C
1、鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)的熔點(diǎn)如圖所示。
①判斷晶體的類型 ②解釋熔點(diǎn)變化的原因
流
交
與
考
思
NaX均為離子晶體
X-半徑增大，離子鍵減弱，熔點(diǎn)降低。
SiX4均為分子晶體
相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔點(diǎn)升高。
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
2、TiF4熔點(diǎn)高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，自TiCl4至TiI4熔點(diǎn)依次升高，請解釋原因。
流
交
與
考
思
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
TiF4是離子晶體，熔點(diǎn)較高；
TiCl4、TiBr4、TiI4是分子晶體
比較不同晶體熔、沸點(diǎn)的基本思路
物質(zhì)的狀態(tài)
晶體類型
通常固體>液體>氣體
共價(jià)晶體
離子晶體
分子晶體
原子半徑越小，鍵長越短，
共價(jià)鍵鍵能越大，熔沸點(diǎn)越高
離子所帶電荷數(shù)越多、離子半徑越小，離子鍵鍵能越大，熔沸點(diǎn)越高
分子間氫鍵越多，范德華力越大，熔沸點(diǎn)越高
比較不同晶體熔、沸點(diǎn)的基本思路
首先看物質(zhì)的狀態(tài)：一般情況下是固體>液體>氣體；
再看物質(zhì)所屬晶體類型：共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體(注意：不是絕對的，如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅)，
同類晶體熔、沸點(diǎn)比較思路：共價(jià)晶體→共價(jià)鍵鍵能→鍵長→原子半徑；分子晶體→分子間作用力→相對分子質(zhì)量；離子晶體→離子鍵強(qiáng)弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑；金屬晶體→金屬鍵強(qiáng)弱→金屬陽離子所帶電荷、金屬陽離子半徑。
1、下列各組物質(zhì)的沸點(diǎn)按由低到高的順序排列的是( )
A.NH3、CH4、NaCl、Na
B.H2O、H2S、MgSO4、SO2
C.CH4、H2O、NaCl、SiO2
D.Li、Na、K、Rb、Cs
C
2、下列有關(guān)性質(zhì)的比較正確的是（ ）
①硬度：BaO>CaO>MgO
②水溶性：CH3CH2OH>CH3CH2OCH2CH3
③沸點(diǎn)：HCl>HF
④熔點(diǎn)：NaCl>MgO
⑤分子或離子中鍵角：H2O⑥沸點(diǎn)：H2O>HF>NH3
⑦熔點(diǎn)：金剛石>生鐵>純鐵>鈉
⑧熔點(diǎn)：二氧化硅>NaCl>I2>冰
A.①②⑥⑧ B.①②⑤⑥⑧ C.②④⑤⑥ D.②⑤⑥⑧
D
Fe
金剛石
干冰
NaCl
Fe
1、判斷下列晶體類型。
2、晶體類型之間存在絕對的界限嗎？
共價(jià)晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體
純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。
一、過渡晶體
離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵等都是化學(xué)鍵的典型模型，但是，原子間形成的化學(xué)鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)，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(jià)晶體、分子晶體和金屬晶體之間的過渡狀態(tài)，形成過渡晶體。
過渡晶體的性質(zhì)偏向某一晶體類型時(shí)，通常當(dāng)作該晶體類型處理。
第三周期元素的氧化物中，化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)如下表：
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%
62
50
41
33
這些晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價(jià)鍵；晶體既不是純粹的離子晶體，也不是純粹的共價(jià)晶體，是離子晶體與共價(jià)晶體之間的過渡晶體。
第三周期元素的氧化物中，化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)如下表：
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%
62
50
41
33
1、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中離子鍵成分為何逐漸減少？
？
原因：與氧元素的電負(fù)性的差值逐漸減小
2、請推測P2O5、SO3、Cl2O7的離子鍵成分變化趨勢？
變化趨勢：百分?jǐn)?shù)小于33，且逐漸減少
電負(fù)性差值越大，離子鍵的百分?jǐn)?shù)越大，一般當(dāng)電負(fù)性的差值大于1.7時(shí)，離子鍵的百分?jǐn)?shù)大于50%，可認(rèn)為是離子晶體。
第三周期元素的氧化物中，化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)如下表：
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%
62
50
41
33
離子鍵的百分?jǐn)?shù)大于50%，當(dāng)作離子晶體處理
離子鍵的百分?jǐn)?shù)小于50%，偏向共價(jià)晶體，當(dāng)作共價(jià)晶體處理
Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子晶體 共價(jià)晶體 分子晶體
離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小，是分子晶體
同是碳單質(zhì)的晶體，金剛石和石墨的性質(zhì)存在哪些異同？
想
想
一
同：熔點(diǎn)均較高
異：金剛石硬度很高、不導(dǎo)電，石墨質(zhì)軟、能導(dǎo)電
你認(rèn)為是什么造成了這種差異？
結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)
試解釋石墨的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
石墨是層狀結(jié)構(gòu)。
碳原子均采取sp2雜化，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
層內(nèi)C原子以共價(jià)鍵結(jié)合，
層間靠范德華力維系。
石墨熔點(diǎn)高
層內(nèi)碳原子之間形成共價(jià)鍵，作用力強(qiáng)。
石墨質(zhì)軟
層與層之間靠較弱的范德華力維系，容易滑動(dòng)，可作潤滑劑。
石墨能導(dǎo)電
未參與雜化的p軌道形成離域大π鍵，電子可在層內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠(yuǎn)，電子不能從一個(gè)平面跳躍到另一個(gè)平面，所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面方向。
類似共價(jià)晶體
類似分子晶體
類似金屬晶體
二、混合型晶體
既有共價(jià)鍵又有范德華力，同時(shí)還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價(jià)晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體。
例如：石墨晶體內(nèi)既有共價(jià)鍵，又有類似金屬鍵的離域大π鍵，還有范德華力，兼具共價(jià)晶體、分子晶體和金屬晶體的特征。
1.正誤判斷
(1)純粹的典型晶體是沒有的(　　)
(2)離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)是依據(jù)電負(fù)性的差值計(jì)算出來的，差值越大，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越小(　　)
(3)在共價(jià)晶體中可以認(rèn)為共價(jià)鍵貫穿整個(gè)晶體，而在分子晶體中共價(jià)鍵僅局限于晶體微觀空間的一個(gè)個(gè)分子中(　　)
(4)四類晶體都有過渡型(　　)
(5)Al2O3晶體中存在離子鍵，屬于離子晶體(　　)
√
×
×
√
×
2.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)(如圖)，以下有關(guān)石墨晶體的說法正確的一組是( )
①石墨是混合型晶體
②石墨中的C為sp2雜化
③石墨熔、沸點(diǎn)都比金剛石低　
④石墨中碳原子數(shù)和C—C數(shù)之比為1∶2　
⑤石墨和金剛石的硬度相同　
⑥石墨層內(nèi)導(dǎo)電性和層間導(dǎo)電性不同
⑦每個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是2
A.全對 B.除④外 C.除③④⑤外 D.除⑤⑥⑦外
C
熔點(diǎn)：石墨＞金剛石
2∶3
石墨質(zhì)軟，金剛石的硬度大
3.石墨的熔點(diǎn)為什么高于金剛石？
提示　金剛石中碳原子形成共價(jià)鍵，石墨中碳原子除形成共價(jià)鍵外，還形成大π鍵，且石墨中C—C的鍵長更短、鍵能更大，故石墨的熔點(diǎn)高于金剛石。
4.碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：
回答下列問題：
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為_____________。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化方式分別為____、____。
同素異形體
sp3
sp2
(3)C60屬于_____晶體，石墨屬于_______晶體。
分子
混合型
(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C的鍵長為142 pm，而金剛石中C—C的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的___鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在___鍵，還有_______________鍵。
σ
σ
π(或大π或p-p π)
硅酸鹽是地殼巖石的主要成分。硅酸鹽的陰離子結(jié)構(gòu)豐富多樣，既有有限數(shù)目的硅氧四面體構(gòu)建的簡單陰離子，如SiO44?、Si2O76?、(SiO3)612??（六元環(huán)）等，也有以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成一維、二維、三維無限伸展的共價(jià)鍵骨架。金屬離子則以離子鍵與陰離子或陰離子骨架結(jié)合。部分Si被Al取代則得到鋁硅酸鹽。
?
單鏈
雙鏈
硅酸鹽
資料卡片
納米晶體是晶體顆粒尺寸在納米（10－9 m）量級(jí)的晶體。納米晶體相對于通常的晶體，在聲、光、電、磁、熱等性能上常會(huì)呈現(xiàn)新的特性。僅以熔點(diǎn)為例，當(dāng)晶體顆粒小至納米量級(jí)，熔點(diǎn)會(huì)下降。金屬鉛的晶粒大小與熔點(diǎn)的關(guān)系如下表。
科學(xué) · 技術(shù) · 社會(huì)
納米晶體
{8A107856-5554-42FB-B03E-39F5DBC370BA}r/nm
5
10
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
T/K
34.7
144
294
420
473
502
520
533
542
549
554
559
晶體顆粒小于200 nm時(shí)，晶粒越小，金屬鉛的熔點(diǎn)越低。因此，我們通常說純物質(zhì)有固定的熔點(diǎn)，但當(dāng)純物質(zhì)晶體的顆粒小于200 nm(或者250 nm）時(shí)，其熔點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。
納米晶體不同于大塊晶體特性的原因：
晶體的表面積增大
{8A107856-5554-42FB-B03E-39F5DBC370BA}r/nm
5
10
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
T/K
34.7
144
294
420
473
502
520
533
542
549
554
559

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