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第三節　金屬晶體與離子晶體
第2課時
第三章　晶體結構與性質
晶體類型的比較
2
過渡晶體與混合型晶體
1
本節重點
本節難點
我們已經討論了分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體等四類典型晶體
思考：還有其他類型的晶體嗎？
分子晶體
CO2
離子晶體
NaCl
共價晶體
SiO2
金屬晶體
Cu
鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)的熔點
實驗探究一
過渡晶體
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
觀察下圖所示的熔點變化并根據所學內容解釋：熔點變化的原因。
從NaX的構成來看，其構成為活潑金屬與較活潑的非金屬構成，屬于典型的離子晶體
鈉的鹵化物(NaX)
而離子鍵的強弱，與離子所帶電荷成正比，與離子半徑成反比，從F-離子到I-，離子半徑增大，離子鍵強度減弱，故晶體熔點逐漸降低
鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)的熔點
實驗探究一
過渡晶體
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
觀察下圖所示的熔點變化并根據所學內容解釋：熔點變化的原因。
根據硅的鹵化物(SiX4)的組成能判斷其的晶體類型嗎？分子晶體？共價晶體？
分子晶體熔化時需克服分子間作用力或氫鍵，熔點較低；共價晶體需克服共價鍵，熔點較高；由圖可知：SiX4為分子晶體
鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)的熔點
實驗探究一
過渡晶體
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
觀察下圖所示的熔點變化并根據所學內容解釋：熔點變化的原因。
硅的鹵化物屬于分子晶體，熔化時，克服分子間作用力，而硅的鹵化物組成與結構相似，故相對分子質量越大，分子間作用力越強，所以熔點逐漸升高。
硅的鹵化物(SiX4)
TiF4熔點高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔點依次升高，解釋原因
實驗探究二
過渡晶體
觀察下圖所示的熔點變化并根據所學內容解釋：熔點變化的原因。
根據所學和實驗圖像推測：
TiF4是離子化合物，熔點較高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共價化合物
鈦的鹵化物(TiX4)
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
推測是否正確？為什么由金屬元素和非金屬元素組成的化合物可能是共價化合物呢？
事實上，純粹的典型晶體是不多的，大多數離子晶體中的化學鍵具有一定的共價鍵成分。
幾種氧化物的化學鍵中離子鍵成分的百分數 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的 百分數/% 62 50 41 33
離子鍵的百分數和什么因素有關？
根據表中數據，歸納影響離子鍵的因素
實驗探究三
過渡晶體
電負性差值越大，離子鍵成分的百分數越高
化合物 鍵型 離子鍵的百分數 電負性差值
CsCl 離子鍵 75% 3.16 ― 0.79 ＝ 2.37
HCl 極性共價鍵 20% 3.16 ― 2.22 ＝ 0.94
Cl2 非極性共價鍵 0 3.16 ― 3.16 ＝ 0
過渡晶體
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
根據所學和實驗圖像推測：
TiF4是離子化合物，熔點較高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共價化合物
鈦的鹵化物(TiX4)
離子
化合物
分子
化合物
實驗數據 鈦的 電負性 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti
1.54
鹵素的 電負性 F 3.98 Cl 3.16 Br 2.96 I
2.66
電負性 差值 2.44 1.62 1.42 1.12
從表格中可知：上述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
幾種氧化物的化學鍵中離子鍵成分的百分數 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子鍵的百分數/% 62 50 41 33 離子鍵的百分數更小 過渡晶體
離子
晶體
共價
晶體
分子
晶體
離子晶體和共價晶體的過渡標準是化學鍵中離子鍵成分的百分數。離子鍵成分的百分數大，作為離子晶體，離子鍵成分的百分數小，作為共價晶體。
過渡晶體
幾種氧化物的化學鍵中離子鍵成分的百分數 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子鍵的百分數/% 62 50 41 33 離子鍵的百分數更小 資料1 氯化鋁晶體的導電性隨溫度變化圖
資料2 氯化鋁處于熔融態時，以二聚體的Al2Cl6的形式存在
問題1：冶煉鋁通常采用電解熔融Al2O3(熔點:2 054℃)的方法，為什么不電解熔融態AlCl3(熔點:192.6℃)？
實驗探究四
過渡晶體
從資料1可知，當溫度達到熔點時，AlCl3為液體，電導率幾乎變到零，這說明體系中不存在自由移動的離子。結合資料2，AlCl3分子的結構，可知不能用電解熔融態氯化鋁來冶煉鋁
問題2：判斷AlCl3的晶體類型
實驗探究四
過渡晶體
資料1 氯化鋁晶體的導電性隨溫度變化圖
資料2 氯化鋁處于熔融態時，以二聚體的Al2Cl6的形式存在
結合資料2，AlCl3分子的結構，熔融態氯化鋁為共價化合物，所以其為分子晶體；
綜合以上兩點：AlCl3中的化學鍵既有一定的離子性，又有一定的共價性，即AlCl3是介于離子晶體和分子晶體之間的過渡晶體。
結合資料1：AlCl3晶體的導電性隨溫度變化圖，在接近熔點時導電性提高，說明體系中存在一定數量的離子，這些離子可以在一定范圍內運動，推測固態氯化鋁晶體是離子晶體；
過渡晶體與混合型晶體
第三周期元素的氯化物及其晶體類型
MgCl2
SiCl4
SF6
離子晶體
NaCl
Mg
Al
Si
P
S
分子晶體
Cl2
AlCl3
過渡晶體
分子晶體
分子晶體
離子晶體
金屬晶體
Na
從不同角度觀察石墨的結構模型
實驗測得：石墨晶體是層狀結構的，層內的碳原子的核間距為142 pm，層間距離為335 pm。
混合型晶體
石墨晶
體中的
二維平
面結構
石墨
的層
狀結構
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
實驗探究五
混合型晶體
石墨
的層
狀結構
石墨的層狀結構
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
實驗探究五
混合型晶體
因為石墨晶體的層間距離為335pm，遠大于正?；瘜W鍵的鍵長。說明層與層之間沒有化學鍵相連，是靠范德華力維系的。
由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠，電子不可能從一個平面跳躍到另一個平面，故石墨的導電性只能沿著石墨平面的方向
石墨的導電性
石墨的層狀結構
因為分子間作用力較弱，層與層之間易于斷開而滑動，所以石墨具有潤滑性
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
實驗探究五
混合型晶體
石墨的潤滑性
混合型晶體
在石墨晶體中既有共價鍵又帶有金屬鍵性質，而層間結合則依靠分子間作用力。所以這是一種十分典型的混合鍵型單質晶體。
概念
結構特點——層狀結構
①同層內，碳原子采用 雜化，以 相結合形成 結構。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。
②層與層之間以 相結合。
sp2
共價鍵
平面六元并環
范德華力
晶體類型
石墨晶體中，既有 ，又有 和 ，屬于 。
共價鍵
金屬鍵
范德華力
混合型晶體
混合型晶體
物理性質
導電性
導熱性
潤滑性
純粹的典型晶體是沒有的(　　)
離子鍵成分的百分數是依據電負性的差值計算出來的，差值越大，離子鍵成分的百分數越小(　　)
在共價晶體中可以認為共價鍵貫穿整個晶體，而在分子晶體中共價鍵僅限于晶體微觀空間的一個個分子中(　　)
四類晶體都有過渡型(　　)
石墨的二維結構內，每個碳原子的配位數為3(　　)
石墨的導電只能沿石墨平面的方向進行(　　)
石墨晶體層與層之間距離較大，所以石墨的熔點不高(　　)
回顧所學內容，判斷下列問題的對與錯
問題1
問題2
問題3
問題4
問題5
問題6
問題7
四種晶體的比較
晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體 共價晶體
構成微粒 分子 陰、陽離子 金屬離子、自由電子 原子
微粒間 作用力 范德華力 (少數有氫鍵) 離子鍵 金屬鍵 共價鍵
性質 熔、沸點 較低 較高 一般較高 很高
硬度 小 略硬而脆 一般較大 很大
溶解性 相似相溶 多數溶于水 不溶，有些與水反應 不溶
機械加工性能 不良 不良 良好 不良
導電性 固態、液態均不導電，部分溶于水時導電 固態時不導電，熔融時導電，能溶于水的溶于水時導電 固態、熔融態時導電 大部分固態、熔融時都不導電
四種晶體的比較
晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體 共價晶體
構成微粒 分子 陰、陽離子 金屬離子、自由電子 原子
微粒間 作用力 范德華力 (少數有氫鍵) 離子鍵 金屬鍵 共價鍵
作用力大小規律 組成和結構相似的分子，相對分子質量大的范德華力大 離子所帶電荷數多、半徑小的離子鍵強 金屬原子的價電子數多、半徑小的金屬離子與自由電子間的作用力強 共價鍵鍵長短(電子云重疊多)、原子半徑小的共價鍵穩定
分子間通過_____________形成的晶體屬于____________；
由_____________和_____________通過金屬鍵形成的晶體屬于_____________。
由陰、陽離子通過_____________形成的晶體屬于_____________ ；
由原子通過_____________形成的晶體屬于_____________ ；
晶體類型的判斷方法
分子間作用力
依據組成晶體的微觀粒子和粒子間的作用判斷
分子晶體
共價鍵
離子鍵
金屬陽離子
自由電子
金屬晶體
離子晶體
共價晶體
晶體類型的判斷方法
依據物質的分類判斷
①活潑金屬的________(如________、MgO等)、________ [如KOH、Ba(OH)2等]和絕大多數的________是離子晶體。
②大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硼、晶體硅等外)、_____________、____________(除SiO2外)、酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)是分子晶體。
③常見的共價晶體單質有金剛石、晶體硼、晶體硅等；常見的共價晶體化合物有碳化硅、SiO2等。
④________單質(除汞外)與________均屬于金屬晶體。
氧化物
Na2O
強堿
鹽類
氣態氫化物
非金屬氧化物
金屬
合金
晶體類型的判斷方法
依據晶體的熔點判斷
離子晶體的熔點較高，常在數百至幾千攝氏度
共價晶體的熔點高，常在一千至幾千攝氏度
分子晶體的熔點較低，常在數百攝氏度以下至很低溫度
金屬晶體多數熔點高，但也有熔點相當低的
晶體類型的判斷方法
依據導電性判斷
離子晶體在水溶液中和熔融狀態下都導電
共價晶體一般為非導體，但晶體硅能導電
分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由離子，也能導電
金屬晶體是電的良導體
晶體類型的判斷方法
依據硬度和機械性能判斷
離子晶體硬度較大或略硬而脆
共價晶體硬度大
分子晶體硬度小且較脆
金屬晶體多數硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性
【例1】四種物質的一些性質如下表：
晶體類型：
單質硫是_____晶體；單質硼是_____晶體；
氯化鋁是_____晶體；苛性鉀是_____晶體。
分子
共價
分子
離子
物質 熔點/℃ 沸點/℃ 其他性質
單質硫 120.5 271.5 —
單質硼 2 300 2 550 硬度大
氯化鋁 190 182.7 177.8 ℃升華
苛性鉀 300 1 320 晶體不導電，熔融態導電
鈣鈦礦太陽能電池
近年來，鈣鈦礦太陽能電池憑借制造成本低、效率高等顯著優點，迅速成為全球太陽能電池領域的研究熱點。鈣鈦礦電池理論光電轉換效率可達26%，接近單晶硅太陽能電池(25.6%)的水平。最新報道的鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率達到20.1%，遠高于多晶硅太陽能電池的光電轉換效率(18%)，具有十分廣闊的市場應用前景。
1．維生素B1晶體溶于水的過程中要克服的微粒間的作用力有
A．離子鍵、共價鍵
B．離子鍵、氫鍵、共價鍵
C．氫鍵、范德華力
D．離子鍵、氫鍵、范德華力
【答案】D
【詳解】維生素B1分子中含有氨基和羥基，易形成氫鍵，故溶于水時要破壞離子鍵、氫鍵和范德華力，故D正確；
故選D。
2．下列說法錯誤的是
A．氣態和液態物質都是由分子構成的
B．超分子的重要特征是分子識別和自組裝
C．大多數晶體都是四種典型晶體之間的過渡晶體
D．石墨晶體中既有共價鍵和范德華力又有類似金屬的導電性屬于混合型晶體
【答案】A
【詳解】A．常溫下汞為液態，由汞原子構成，A錯誤；
B．超分子通常是指由兩種或兩種以上分子依靠分子間相互作用結合在一起，組成復雜的、有組織的聚集體，超分子的重要特征是分子識別和自組裝，B正確；
C． 四類典型晶體分別是分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體 等，但純粹的典型晶體是不多的，大多數晶體是它們之間的過渡晶體，C正確；
D．石墨為層狀結構，層內 C 原子間以共價鍵結合成六邊形，層與層之間為范德華力，是一種混合型的晶體，D正確；
3．下列說法不正確的是
A．Al2O3是偏向離子晶體的過渡晶體，當作離子晶體來處理：SiO2是偏向共價晶體的過渡晶體，當作共價晶體來處理
B．Na2O 中離子鍵的百分數為62%，則Na2O不是純粹的離子晶體，是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體
C．Na2O通常當作離子晶體來處理，因為Na2O是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
D．分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體都有過渡型
【答案】A
【詳解】A．Al2O3和SiO2都是偏向共價晶體的過渡晶體，當作共價晶體來處理，故A錯誤；
B．Na2O 中離子鍵的百分數為62%，說明Na2O中存在共價鍵，則Na2O不是純粹的離子晶體，是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體，故B正確；
C．離子鍵和共價鍵的本質區別是形成兩元素電負性的差值，差值大為離子鍵，差值小為共價鍵，Na2O通常當作離子晶體來處理，因為Na2O是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，故C正確；
D．根據微粒間的作用力分析，分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體都有過渡型，故D正確；
故選A。
4．下列各組物質中，化學鍵類型和晶體類型都相同的是
A．Ar和K
B．NaCl和NaOH
C．CH4和H2O
D．CO2和SiO2
【答案】C
【詳解】A．Ar為只含分子間作用力的分子晶體，K為含有金屬鍵的金屬晶體，A選項錯誤；
B．NaCl為只含離子鍵的離子晶體，NaOH是含有共價鍵、離子鍵的離子晶體，B選項錯誤；
C．CH4和H2O均是含有共價鍵和分子間作用力的分子晶體，C選項正確；
D．CO2是含有共價鍵、分子間作用力的分子晶體，SiO2是只含共價鍵的原子晶體，D選項錯誤；
答案選C。
5．黑鱗的晶體結構是與石墨類似的層狀結構，如圖所示。下列有關說法不正確的是
A．黑磷晶體中片層間作用力為范德華力
B．黑磷與白磷均可導電
C．黑磷晶體的熔沸點比白磷高
D．1 mol黑磷晶體中含有1.5 mol P-P鍵
【答案】B
【詳解】A．由黑鱗的晶體結構是與石墨類似的層狀結構，為混合型晶體，片層間作用力為范德華力，A正確；
B．白磷為分子晶體，黑磷結構與石墨類似為混合型晶體，則黑鱗能導電、白磷不導電，B錯誤；
C．黑磷結構與石墨類似為混合型晶體，其熔沸點很高，故黑磷晶體的熔沸點比白磷高，C正確；
D．可利用均攤法得黑磷晶體中1個磷原子形成3/2=1.5個共價鍵，則1 mol黑磷晶體中含有1.5 mol P-P，D正確；
故選B。
第三節
金屬晶體與離子晶體
第2課時
混合型晶體
晶體類型
過渡晶體
概念
結構特點——層狀結構
物理性質
四種晶體的比較
晶體類型的判斷方法
THANKS

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