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(共32張PPT)
第三節(jié)
金屬晶體與離子晶體
第2課時(shí)　
離子晶體、過渡晶體及混合型晶體
人教版（2019）化學(xué)選擇性必修二
第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1.借助離子晶體等模型認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
2.認(rèn)識(shí)離子晶體的物理性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
3.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。
我們知道，熔融的NaCl或者NaCl的水溶液能夠?qū)щ姡鳱aCl晶體卻不能導(dǎo)電，這是為什么呢？
沒有自由移動(dòng)的Na+和Cl-
1913年布拉格首次用X射線衍射法測定了氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)
氯化鈉晶體的微觀結(jié)構(gòu)
一種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室使用的X射線衍射儀
認(rèn)識(shí)NaCl晶體
用手揉捏食鹽
硬度大
生活經(jīng)驗(yàn)
NaCl的物理性質(zhì)
燒烤、爆炒等加入食鹽，未見其熔融
熔點(diǎn)較高（801 oC）
觀察氯化鈉晶胞結(jié)構(gòu)，解釋為何具有上述物理性質(zhì)。
頂點(diǎn)和面心是鈉離子
棱上和體心是氯離子
Na+和Cl-間存在離子鍵，要克服離子間的相互作用使物質(zhì)熔化，就需要較多的能量，故熔點(diǎn)較高；較強(qiáng)的離子鍵，使氯化鈉晶體的硬度較大。
NaCl晶體屬于離子晶體
膽礬
氯化鈉
重晶石
燒堿
CuSO4·5H2O
NaCl
BaSO4
NaOH
離子晶體
離子晶體
1、定義
陰、陽離子之間通過離子鍵形成的晶體。
作用力
構(gòu)成微粒
2、離子鍵
陰、陽離子間通過靜電作用所形成的強(qiáng)烈的相互作用力。
離子鍵沒有方向性和飽和性。以離子鍵結(jié)合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個(gè)離子周圍盡可能多地排列異性電荷的離子，從而達(dá)到穩(wěn)定的目的。
NaCl晶體
Na+
Cl-
3、常見的離子晶體
強(qiáng)堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數(shù)鹽
如典型離子晶體：
NaCl CsCl ZnS CaF2
4、離子晶體的物理性質(zhì)
(1)熔沸點(diǎn)
晶體 電荷數(shù) 熔點(diǎn)/℃
NaCl 1 801
NaBr 1 750
MgO 2 2800
CaO 2 2576
晶體 電荷數(shù) 熔點(diǎn)/℃
NaF 1 993
MgF2 2 1248
AlF3 3 1290
請(qǐng)根據(jù)表格分析，離子晶體的熔點(diǎn)與哪些因素有關(guān)？根據(jù)數(shù)據(jù)，你能總結(jié)出什么規(guī)律？
①離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。
②離子電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，
熔點(diǎn)越高。
(2)硬度
硬而脆。離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí),部分離子鍵發(fā)生斷裂,導(dǎo)致晶體破碎。
(3)導(dǎo)電性
離子晶體中離子鍵較強(qiáng),陰、陽離子不能自由移動(dòng),因此不導(dǎo)電。但熔融或溶于水后能導(dǎo)電。
大多數(shù)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(guī)律。當(dāng)把離子晶體放入水中時(shí)，極性水分子對(duì)離子晶體中的離子產(chǎn)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(dòng)的離子。
(4)溶解性
5、常見的離子晶體
(1)NaCl晶體
Cl
Na+
Cl-：8× +6× = 4
Na+：12× + 1 = 4
晶體堆積方式：面心晶胞
晶胞中含有的離子數(shù)：
陰陽離子個(gè)數(shù)比1:1
Cl-位于棱和體心，Na+位于頂角和面心(或互換)
3
1
5
6
2
4
每個(gè)Na+ 周圍與之最接近且距離相等的Cl-共有
個(gè)，Na＋有___個(gè)。
這幾個(gè)Cl-在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 。
正八面體
每個(gè)Cl- 周圍與之最接近且距離相等的 Na+共有
個(gè)。 Cl-有___個(gè)。
這幾個(gè)Na+ 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 。
正八面體
6
6
12
12
Cl
Na+
一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷的離子數(shù)目。
Na+的配位數(shù)是 。
Cl-的配位數(shù)是 。
6
6
(2) CsCl晶體
Cl-：8×= 1
Cs+：1
晶體堆積方式：體心晶胞
晶胞中含有的離子數(shù)：
陰陽離子個(gè)數(shù)比1:1
氯離子：體心
銫離子：頂點(diǎn)
或者反之;交錯(cuò)排列
②每個(gè)晶胞平均含Cs+ 和Cl-各1個(gè)。
④每個(gè)Cl-周圍最近的等距離的Cl- 有 個(gè)，這幾個(gè)Cl- 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；每個(gè)Cl- 周圍最近的等距離的Cs+有 個(gè)，這幾個(gè)Cs+在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 .
①氯離子位于頂點(diǎn)，銫離子位于體心
③每個(gè)Cs+ 周圍最近的等距離的Cs+ 有 個(gè)，這幾個(gè)Cs+ 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；每個(gè)Cs+ 周圍最近的等距離的Cl-有 個(gè)，這幾個(gè)Cl-在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 .
⑤陰、陽離子配位數(shù)均為
8
CsCl晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
6
正八面體
8
立方體
6
正八面體
8
立方體
(3) ZnS晶體
Zn2+
S2-
(4) CaF2晶體
F-
Ca2+
①1個(gè)ZnS晶胞中，有 個(gè)S2－，有 個(gè)Zn2＋
②Zn2＋的配位數(shù)為 ，S2－的配位數(shù)為 。
4
4
4
4
①1個(gè)CaF2的晶胞中，有 個(gè)Ca2＋，有 個(gè)F－
②Ca2＋配位數(shù)是 ，F(xiàn)－的配位數(shù)是 。
4
8
8
4
離子晶體只存在離子鍵作用力嗎？試舉例說明
CuSO4 5H2O中還存在共價(jià)鍵、范德華力，有些還有氫鍵等，但主體是離子鍵。
晶體中也存在范德華力，只是當(dāng)能量份額很低時(shí)不提及。然而，貫穿整個(gè)晶體的主要作用力仍是陰、陽離子之間的作用力。
1.含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？
2.含有陰離子的晶體一定含有金屬離子嗎？
3.NaCl的熔點(diǎn)為801 ℃，CsCl的熔點(diǎn)為645 ℃，試解釋其原因。
不一定。也可能是金屬晶體。
含有陰離子的晶體，一定含有陽離子，但不一定是金屬陽離子，如銨鹽。
Na＋、Cs＋所帶電荷一樣，但Na＋的半徑小于Cs＋的半徑，NaCl中的離子鍵強(qiáng)于CsCl中的離子鍵，故NaCl的熔點(diǎn)高于CsCl的熔點(diǎn)。
離子晶體 共價(jià)晶體 分子晶體 金屬晶體
存在微粒 陰陽離子 原子 分子 金屬離子、
自由電子
微粒間作用 離子鍵 共價(jià)鍵 范德華力 金屬鍵
主要性質(zhì) 硬而脆，熔、沸點(diǎn)高，易溶于極性溶劑，熔化時(shí)能夠?qū)щ姟?硬而脆，熔、沸點(diǎn)很高，不溶于大多數(shù)溶劑，導(dǎo)電性差 硬度小，溶、沸點(diǎn)低，水溶液能夠?qū)щ?金屬光澤，是電和熱的良導(dǎo)體，熔、沸點(diǎn)高或低
實(shí)例 NaCl、CsCl晶體 金剛石 干冰 銅
四種晶體類型與性質(zhì)的比較
我們已經(jīng)討論了分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體和離于晶體等四類典型晶體。事實(shí)上，純粹的典型晶體是不多的，如第三周期前幾種元素的氧化物中，化學(xué)鍵中的離子鍵成分如表3-4。觀察下表，你得出什么結(jié)論？
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵百分?jǐn)?shù) 62 50 41 33
電負(fù)性差 2.6 2.3 2.0 1.7
表中四種晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵也是不純粹的共價(jià)鍵；電負(fù)性相差越大，離子鍵百分?jǐn)?shù)越大。
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。
1、定義
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的 百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33
例如：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)
P2O5 SO2 Cl2O7
離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小
共價(jià)鍵不再貫穿整個(gè)晶體
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子鍵的 百分?jǐn)?shù)/% 62 50 41 33
P2O5 SO2 Cl2O7
離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小
共價(jià)鍵不再貫穿整個(gè)晶體
化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價(jià)鍵
既不是純粹的離子晶體，也不是純粹的共價(jià)晶體
當(dāng)作離子晶體處理
當(dāng)作共價(jià)晶體處理
離子晶體與共價(jià)晶體之間的過渡晶體
分子晶體
例如：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)
（1）四種典型晶體類型都存在過渡晶體。
Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子晶體 共價(jià)晶體
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶體
（2）偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，因而通常當(dāng)作離子晶體來處理，如 Na2O等。同樣，偏向共價(jià)晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價(jià)晶體來處理，如Al2O3、 SiO2等。
介于某兩種晶體類型之間的晶體
2、特點(diǎn)
石墨與金剛石都是碳單質(zhì)，石墨是不是也與金剛石一樣屬于共價(jià)晶體？
石墨是混合晶體
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，稱為混合型晶體。
1、定義
石墨晶體中,既有共價(jià)鍵又有范德華力,屬于混合型晶體。
2、常見混合型晶體
共價(jià)鍵
范德華力
石墨不同于金剛石，它的碳原子不像金剛石的碳原子那樣呈sp3雜化，而是呈sp2雜化，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)的碳原子的核間距為142pm,層間距離為335pm，說明層間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的。
石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個(gè)碳原子的配位數(shù)為3。有一個(gè)未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面，平行的p軌道共同形成了大π鍵。
石墨晶體的二維平面結(jié)構(gòu)
sp2雜化
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
石墨結(jié)構(gòu)未參與雜化的軌道
1.聯(lián)系生活實(shí)際，思考鉛筆芯的主要成分是什么？鉛筆上的“HB”“2B”等標(biāo)號(hào)有什么區(qū)別？
鉛筆芯的主要成分是石墨和粘土。
鉛筆的“HB”“2B”等標(biāo)號(hào)代表鉛筆不同的硬度。
硬度逐漸增大
石墨太軟，光用石墨做筆芯，既易斷又易磨損。因此，生產(chǎn)上常在石墨粉末中摻進(jìn)一些粘土粉末以增加硬度。粘土摻得越多，鉛筆就越硬。
從石墨晶體微觀結(jié)構(gòu)上分析“石墨質(zhì)軟”的原因。
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)的碳原子的核間距為142pm,層間距離為335pm，層與層之間相隔較遠(yuǎn),只存在范德華力,作用相對(duì)較弱,所以表現(xiàn)為質(zhì)軟、易滑動(dòng)。
2.在“電化學(xué)”相關(guān)學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常見到用石墨作為電池的電極使用。石墨為什么能做電極？這體現(xiàn)了石墨的何種性質(zhì)？
石墨結(jié)構(gòu)未參與雜化的軌道
石墨晶體中,由于碳原子的p軌道相互平行且相互重疊,形成大π鍵的電子可以在整個(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng),使得石墨具有導(dǎo)電性，這是石墨能做電池電極的原因。并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?qiáng),這也是晶體各向異性的表現(xiàn)。
1.下列有關(guān)離子晶體的說法中不正確的是(　 　)
A.離子晶體在熔融狀態(tài)下都能導(dǎo)電
B.離子晶體具有較高的熔、沸點(diǎn)和較大的硬度
C.離子晶體中陰、陽離子個(gè)數(shù)之比為1∶1
D.氯化鈉溶于水時(shí)離子鍵被破壞
C
2.MgO、Cs2O、CaO、BaO四種離子晶體熔點(diǎn)的高低順序是(　 　)
A.MgO>Cs2O>BaO>CaO
B.MgO>CaO>BaO>Cs2O
C.CaO>BaO>MgO>Cs2O
D.CaO>BaO>Cs2O>MgO
B
3.下列關(guān)于過渡晶體的說法正確的是(　 　)
A.石墨屬于過渡晶體
B.SiO2屬于過渡晶體,但當(dāng)作共價(jià)晶體來處理
C.絕大多數(shù)含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體
D.Na2O晶體中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為100%
B
4.下列有關(guān)石墨晶體的說法不正確的是(　 　)
A.石墨晶體內(nèi)既有共價(jià)鍵又有分子間作用力
B.石墨晶體熔、沸點(diǎn)很高,硬度很大
C.石墨晶體內(nèi)每個(gè)六邊形平均含2個(gè)完整碳原子
D.石墨晶體內(nèi)每個(gè)碳原子連接3個(gè)六元環(huán)
B

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