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魯科版選擇性必修2
物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
同學(xué)們好
歡迎來到化學(xué)課堂
為了認(rèn)識復(fù)雜的晶體世界，人們常常從結(jié)構(gòu)簡單的晶體入手。如圖 3-1-5 所示，氯
化鈉、銅、金剛石、冰中存在著離子、原子或分子等微粒的周期性重復(fù)排列。根據(jù)這些晶體內(nèi)部微粒的種類和微粒間相互作用的不同，將它們分為離子晶體（如氯化鈉）、金屬晶體（如銅）、共價晶體（如金剛石）和分子晶體（如冰）。
復(fù)習(xí)回憶
常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)
常見的離子晶體
三種常見的共價晶體
金剛石 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子 雜化類型
鍵角
晶胞中微粒數(shù)目
1 mol物質(zhì)中化學(xué)鍵物質(zhì)的量
sp3
sp3
sp3
109°28'
109°28'
(O-Si-O)109028'
(Si-O-Si) ≠1800
8個C
2 mol C—C鍵
4 molC—Si鍵
C:4個 Si:4個
4 molSi—O鍵
Si:8個 O:16個
常見的 分子晶體
搭建模型認(rèn)識結(jié)構(gòu)
請你思考！
晶體類型之間存在絕對的界限嗎？
共價晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體
第二章 不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)
第 2 節(jié) 幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型
課時4 晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性
教材分析
以石墨為例認(rèn)識晶體的復(fù)雜性，借助過渡晶體及混合型晶體模型，解釋其具有的獨特性質(zhì)。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，提升對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的基本認(rèn)識，促進(jìn)"宏觀辨識與微觀探析""證據(jù)推理與模型認(rèn)知""科學(xué)探究與創(chuàng)新意識"化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。
請你思考！
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？
你認(rèn)為是什么造成了這種差異？
聯(lián)想·質(zhì)疑
金剛石部分物理性質(zhì) 熔點 莫氏硬度 電導(dǎo)率/（s·m-1)
3550℃ 10 2.11*10-13
石墨部分物理性質(zhì) 熔點 莫氏硬度 電導(dǎo)率/（s·m-1)
3850℃ 1 2.5*103
01
混合型晶體
混合型晶體
實驗測定，石墨的熔點高達(dá) 3850 ℃，這說明石墨晶體具有共價晶體的特點。但是，石墨很軟并且能導(dǎo)電，是非常好的潤滑劑，這說明它又不同于共價晶體。那么，石墨究競屬于哪種類型的晶體呢
混合型晶體
石墨性質(zhì)特征
熔點高、 質(zhì)軟、 能導(dǎo)電
共價晶體特征
金屬晶體特征
石墨結(jié)構(gòu)特征
混合型晶體
層狀結(jié)構(gòu)
分子晶體特征
石墨晶體既存在共價鍵又存在范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，我們將這類晶體稱為混合型晶體
石墨晶體結(jié)構(gòu)
從不同角度觀察石墨的結(jié)構(gòu)模型
實驗測得：石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)的，層內(nèi)的碳原子的核間距為142 pm，層間距離為335 pm。
石墨晶體結(jié)構(gòu)
石墨晶體中的二維平面結(jié)構(gòu)
109°28′
碳原子雜化方式：
347KJ·mol-1
鍵角：
鍵長：
鍵能：
0.154nm
SP2
石墨晶體結(jié)構(gòu)
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
⑴石墨的晶體具有層狀結(jié)構(gòu),同一層中的每個碳原子與鄰近的3個碳原子以共價鍵相結(jié)合,形成無限的六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。每個碳原子還有1個與碳環(huán)平面垂直的未參與雜化的2p軌道,并含有1個未成對電子,能形成遍及整個平面的大π鍵
石墨晶體結(jié)構(gòu)
⑵碳原子采取sp2雜化,C—C鍵之間的夾角為120°。
⑶層與層之間以范德華力結(jié)合。
⑷石墨晶體既含有共價鍵,又有范德華力,同時還存在類似金屬鍵的作用力,這類晶體稱為混合型晶體。石墨熔點高、質(zhì)軟、能導(dǎo)電。
用途：
制造電極、潤滑劑、鉛筆芯等
拓 展 視 野
黑磷
黑磷有正交、簡單立方和菱方等三種晶型。其中，正交晶型的黑磷具有半導(dǎo)體性質(zhì)， 可用作電學(xué)和光學(xué)材料。
黑磷
在晶體中，與石墨相似，黑磷具有層狀結(jié)構(gòu)，層間依靠范德華力結(jié)合在一起。而在層內(nèi)，每個磷原子與其他三個磷原子相連，形成二維皺褶蜂巢型結(jié)構(gòu)。
二維的單層黑磷又稱磷烯，它具有比石墨烯更大的帶隙（0.3~2 eV），磷烯在場效應(yīng)晶體管、光電子器件、自旋電子學(xué)、氣體傳感器及太陽能電池等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
觀察·思考
事實上，純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)離子晶體中的化學(xué)鍵具有一定的共價鍵成分。
金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等模型都是典型的晶體結(jié)構(gòu)模型，大多數(shù)實際晶體結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多
O2-
Ba2+
Ti4+
例如：BaTiO3含有一種陰離子O2-和多種陽離子Ti4+、Ba2+
02
過渡晶體
過渡晶體
如，Na2SiO3 與 Na2CO3 組成看似相似，但結(jié)構(gòu)明顯不同。
過渡晶體
在Na2SiO3固體中并不存在單個的簡單SiO32－，Si通過共價鍵與4個O原子相連，形成硅氧四面體。硅氧四面體通過共用頂角O原子而連成較大的鏈狀硅酸鹽{SiO32－}∞單元(如圖所示)，帶負(fù)電的鏈狀硅酸鹽{SiO32－}∞單元與金屬陽離子以離子鍵相互作用。
從表格中可知：上述晶體中的化學(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(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù) 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)更小 過渡晶體
過渡晶體
離子
晶體
共價
晶體
分子
晶體
幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù) 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)更小 離子晶體和共價晶體的過渡標(biāo)準(zhǔn)是化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)。離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)大，作為離子晶體處理，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)小，作為共價晶體處理。
過渡晶體
共價晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體
另一方面，金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學(xué)鍵的典型模型，但是原子之間形成的化學(xué)鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)。即使組成簡單的晶體，也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體之間的過渡晶體。
03
四種晶體類型比較
四種晶體類型比較
類型項目 金屬晶體 共價晶體 分子晶體 離子晶體
構(gòu)成晶體的微粒 金屬陽離子和“自由電子” 原子 分子 陰、陽
離子微粒間作用 金屬鍵 共價鍵 分子間作用力(范德華力或氫鍵) 離子鍵
作用力強(qiáng)弱(一般地) 一般較強(qiáng)，有的較弱 很強(qiáng) 弱 較強(qiáng)
確定作用力強(qiáng)弱的一般判斷方法 離子半徑、價電子數(shù) 鍵長(原子半徑) 組成結(jié)構(gòu)相似時比較相對分子質(zhì)量 離子所帶
電荷、半徑熔、沸點 差別較大(汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點為3 410 ℃) 高 低 較高
硬度 差別較大 大 較小 略硬而脆
導(dǎo)熱和導(dǎo)電性 良導(dǎo)體 不良導(dǎo)體 不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電) 不良導(dǎo)體(熔化后或溶于水導(dǎo)電)
溶解性(水) 一般不溶于水，少數(shù)與水反應(yīng) 一般不溶 相似相溶 多數(shù)易溶
組成微粒堆積方式 等徑圓球緊密堆積 不服從緊密堆積原理 緊密堆積(與分子形狀有關(guān)且分子間不存在氫鍵) 非等徑圓球緊密堆積
各類晶體的熔點大小比較
1、根據(jù)物質(zhì)狀態(tài)判斷
即物質(zhì)沸點高低按常溫下的狀態(tài)：固體＞液體＞氣體。
如：NaCl＞H2O＞CO2。
2、根據(jù)物質(zhì)不同結(jié)構(gòu)特點判斷
練習(xí)
1.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每一個碳原子都與其他三個碳原子相結(jié)合。如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是( )
A.10 B.18 C.24 D.14
D
練習(xí)
2.氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，下列關(guān)于這兩種晶體的說法正確的是( )
A.六方相氮化硼與石墨一樣可以導(dǎo)電
B.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
C.兩種晶體均為分子晶體
D.六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為平
面三角形
D
練習(xí)
3.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，回答下列問題。
(1)熔點：石墨_____(填“＞”“＜”或“＝”)金剛石。
(2)石墨中C—C的鍵長小于金剛石中C—C鍵長的原因：
__________________________________________________________________________________________________________________。
＞
金剛石中只存在C—C間的σ鍵，而石墨中層內(nèi)的C—C間不僅存在σ鍵，還存在π鍵，電子層重疊程度大，所以C—C間的鍵長短
練習(xí)
4、碳元素的單質(zhì)有多種形式，下圖依次是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____________。
同素異形體
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為_____、_______。
sp2
sp3
(3)C60屬于________晶體，石墨屬于________晶體。
分子
混合型
gyang8602
(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C鍵的鍵長為142 pm，而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的_____共價鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在_____共價鍵，還有____鍵。
σ
σ
π
(5)C60的晶體結(jié)構(gòu)類似于干冰，則每個C60晶胞的質(zhì)量為________g(用含NA的式子表示，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
練習(xí)
5、下列表述不正確的是(　　)
A、熔點：CF4B、硬度：金剛石>碳化硅>晶體硅
C、晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI
D、熔點：Na>Mg>Al
D
練習(xí)
謝謝觀看
THANKS

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