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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2課時(shí)　
過渡晶體與混合型晶體
[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1．知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。
2．初步學(xué)會(huì)晶體類型的判斷方法。
[核心素養(yǎng)對(duì)接]
1．宏觀辨識(shí)與微觀探析：能辨識(shí)常見的晶體，能從宏觀角度解釋晶體性質(zhì)的差異。
2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過對(duì)常見晶體模型的認(rèn)識(shí)，理解晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)其性質(zhì)。
課前篇
·
自主學(xué)習(xí)固基礎(chǔ)
一、過渡晶體
[知識(shí)梳理]
1．四類典型晶體是_________、_________、_________、___________。
2．離子晶體和共價(jià)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(jià)晶體處理。
分子晶體　
共價(jià)晶體
金屬晶體
離子晶體　
3．Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七種氧化物中從左到右，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越來越____，其中作為離子晶體處理的是______________；作為共價(jià)晶體處理的是_________________；作為分子晶體處理的是_______________________。
小　
Na2O、MgO　
Al2O3、SiO2　
P2O5、SO3、Cl2O7
二、混合型晶體——石墨
1．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——層狀結(jié)構(gòu)
(1)同層內(nèi)，碳原子采用______雜化，以________相結(jié)合形成_______________結(jié)構(gòu)。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(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng)。
(2)層與層之間以___________相結(jié)合。
sp2　
共價(jià)鍵　
平面六元并環(huán)　
范德華力
2．晶體類型
石墨晶體中，既有________，又有________和________，屬于___________。
3．物理性質(zhì)：(1)導(dǎo)電性；(2)導(dǎo)熱性；(3)潤(rùn)滑性。
共價(jià)鍵　
金屬鍵　
范德華力　
混合型晶體
[自我排查]
一、微判斷
(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)石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個(gè)碳原子的配位數(shù)為3(　　)
(6)石墨的導(dǎo)電只能沿石墨平面的方向進(jìn)行(　　)
(7)石墨晶體層與層之間距離較大，所以石墨的熔點(diǎn)不高
(　　)





課堂篇
·
重點(diǎn)難點(diǎn)要突破
研習(xí)1 過渡晶體與混合型晶體
[探究活動(dòng)]
[問題探討]
如圖是石墨晶體的結(jié)構(gòu)模型圖。
1．石墨晶體中碳原子的雜化類型是什么？每個(gè)碳原子形成幾個(gè)共價(jià)鍵？
提示：碳原子采用sp2雜化，每個(gè)碳原子與周圍的3個(gè)碳原子形成3個(gè)共價(jià)鍵，如題圖1所示。
2．石墨晶體中，層與層之間的作用力是什么？為什么石墨晶體能作潤(rùn)滑劑？
提示：石墨晶體中層與層之間的作用力為范德華力。由于范德華力較弱，層與層之間能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，故石墨具有潤(rùn)滑性，如題圖2所示。
3．試解釋為什么石墨晶體能導(dǎo)電？
提示：石墨晶體中的碳原子采用sp2雜化，每個(gè)碳原子都有一個(gè)電子處于未參與雜化的2p軌道上，它的原子軌道垂直于碳原子平面(如題圖3所示)，這些電子在整個(gè)碳原子平面上運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于金屬晶體中的自由電子，故石墨晶體能導(dǎo)電。
[重點(diǎn)講解]
1．過渡晶體
純粹的典型晶體不多，大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。一般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，通常當(dāng)作離子晶體來處理，如Na2O。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。P2O5、SO3、Cl2O7等則視為分子晶體。
2．混合型晶體
混合型晶體內(nèi)同時(shí)存在著若干種不同的作用力，具有若干種晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。石墨是典型的混合型晶體。
3．石墨晶體的特殊性
在石墨晶體中，同層的碳原子采取sp2雜化形成共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子以三個(gè)共價(jià)鍵與另外三個(gè)碳原子相連。碳原子在同一個(gè)平面上形成了平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)，層內(nèi)的碳原子的核間距為142 pm。在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道，它們相互平行且相互重疊，使p軌道中的電子可在整個(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng)，因此石墨有類似金屬晶體的導(dǎo)電性。
石墨晶體中層與層之間相隔335 pm，距離較大，是以范德華力結(jié)合起來的。但是，由于同一平面內(nèi)的碳原子間結(jié)合作用很強(qiáng)，極難破壞，所以石墨的熔點(diǎn)很高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
[典例1]　石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料，如圖所示。1 mol石墨烯中含
有的六元環(huán)個(gè)數(shù)為________(用NA表示阿
伏加德羅常數(shù)的值)。下列有關(guān)石墨烯
的說法正確的是________(填字母)。
a．晶體中碳原子間的作用力全部是碳碳單鍵
b．從石墨中剝離得到石墨烯需克服分子間作用力
c．石墨烯燃燒一定生成二氧化碳
0.5NA
b
解析：石墨烯“分子”是由單層碳原子構(gòu)成的“無限”平面，該平面由一個(gè)個(gè)的六元碳環(huán)組成，環(huán)上的每個(gè)碳原子被3個(gè)碳環(huán)所共用，1個(gè)碳環(huán)含碳原子數(shù)：6×＝2，1 mol石墨烯即1 mol碳原子含有的六元環(huán)個(gè)數(shù)是0.5NA。a錯(cuò)，石墨烯中碳原子間的作用力除了碳碳單鍵，還有π鍵。c錯(cuò)，石墨烯充分燃燒生成二氧化碳，燃燒不充分會(huì)有一氧化碳生成。
[舉一反三]
碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)示意圖：
sp3雜化　
sp2雜化
分子　
混合型　
1∶2
3
2∶3
<
解析：(1)金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵(即C原子采取sp3雜化)，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子采取sp2雜化，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。
(2)C60的構(gòu)成微粒是分子，屬于分子晶體；石墨晶體中有共價(jià)鍵和范德華力等，屬于混合型晶體。
(3)金剛石晶體中每個(gè)碳原子平均擁有的化學(xué)鍵數(shù)為4×＝2，則碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為1∶2。石墨晶體中，平均每個(gè)最小的碳原子環(huán)所擁有的碳原子數(shù)和化學(xué)鍵數(shù)分別為6×＝2和6×＝3，其比值為2∶3。
(4)石墨中的C—C鍵比金剛石中的C—C鍵鍵長(zhǎng)短，鍵能大，故石墨的熔點(diǎn)高于金剛石。
研習(xí)2 晶體類型的判斷
[探究活動(dòng)]
[問題探討]
比較不同晶體熔、沸點(diǎn)的基本思路是什么？
提示：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)所屬類型，一般是共價(jià)晶體>離子晶體>分子
晶體(注意：不是絕對(duì)的，如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅)，晶體類型相同時(shí)再根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行判斷。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(zhǎng)→原子半徑；分子晶體→分子間作用力→相對(duì)分子質(zhì)量、極性、氫鍵；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→金屬陽離子所帶電荷數(shù)、金屬陽離子半徑。
[重點(diǎn)講解]
晶體類型的判斷方法
1．根據(jù)晶體的概念判斷
依據(jù)組成晶體的粒子與粒子間的作用力判斷。如由陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體屬于離子晶體；由分子通過分子間作用力形成的晶體屬于分子晶體；由原子通過共價(jià)鍵形成的晶體屬于共價(jià)晶體；由金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵形成的晶體屬于金屬晶體。
2．根據(jù)物質(zhì)的類別判斷
按照物質(zhì)所屬的類別也可進(jìn)行判斷。一般來說，活潑金屬氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、強(qiáng)堿和絕大多數(shù)鹽類屬于離子晶體；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼等外)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2等外)、酸和大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)屬于分子晶體；金屬單質(zhì)、合金屬于金屬晶體；常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硼等，常見的共價(jià)晶體化合物有SiC、SiO2等。
3．根據(jù)晶體的特征性質(zhì)判斷
根據(jù)不同晶體的特征性質(zhì)(如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性、導(dǎo)電性、硬度和機(jī)械性能等)的不同和相應(yīng)規(guī)律來判斷。如熔、沸點(diǎn)較低且不導(dǎo)電的單質(zhì)和化合物一般形成分子晶體；熔、沸點(diǎn)較高且在水溶液中或熔融狀態(tài)下導(dǎo)電的化合物一般為離子晶體；熔、沸點(diǎn)很高，硬度很大，不導(dǎo)電，不溶于一般溶劑的物質(zhì)一般為共價(jià)晶體；金屬單質(zhì)在熔融狀態(tài)和固態(tài)時(shí)均能導(dǎo)電，形成金屬晶體。
[典例2]　M是第四周期元素，最外層只有1個(gè)電子，次外層的所有原子軌道均充滿電子。單質(zhì)M的晶體類型為___________，晶體中原子間通過__________作用形成面心立方最密堆積，其中M原子的配位數(shù)為________。
金屬晶體　
金屬鍵　
12
解析：根據(jù)題意推斷M為銅元素。單質(zhì)銅的晶體類型為金屬晶體，晶體中原子間通過金屬鍵形成面心立方最密堆積，其中Cu原子的配位數(shù)為12。
1．下列描述符合離子晶體性質(zhì)的是(　　)
A．熔點(diǎn)1 070 ℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
B．熔點(diǎn)10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電
C．能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8 ℃，沸點(diǎn)444.6 ℃
D．熔點(diǎn)97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 g·cm－3
[舉一反三]
A
解析：離子晶體在液態(tài)(即熔融態(tài))時(shí)能導(dǎo)電，所以B項(xiàng)描述的不是離子晶體的性質(zhì)；CS2是非極性溶劑，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律知，C項(xiàng)描述的應(yīng)是非極性分子晶體的性質(zhì)；由于離子晶體質(zhì)硬易碎，且固態(tài)不導(dǎo)電，所以D項(xiàng)描述的不是離子晶體的性質(zhì)。
2．苯胺( )的晶體類型是___________。苯胺與甲苯( )的相對(duì)分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(diǎn)(－5.9 ℃)、沸點(diǎn)(184.4 ℃)分別高于甲苯的熔點(diǎn)(－95.0 ℃)、沸點(diǎn)(110.6 ℃)，原因是_________________________
________________________________________________________________________。
分子晶體　
苯胺分子之間存在氫鍵
解析：苯胺( )晶體由苯胺分子構(gòu)成，故屬于分子晶體。苯胺比甲苯的熔、沸點(diǎn)都高，分子晶體熔、沸點(diǎn)不同首先要考慮是否有氫鍵，苯胺中存在電負(fù)性較強(qiáng)的N，所以可以形成氫鍵，因此比甲苯的熔、沸點(diǎn)高。
演習(xí)篇
·
學(xué)業(yè)測(cè)試速達(dá)標(biāo)
1．某化學(xué)興趣小組在學(xué)習(xí)分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點(diǎn)，記錄如下：
B
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔點(diǎn)/℃ 801 712 190 －68 782
沸點(diǎn)/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，屬于分子晶體的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
解析：由分子構(gòu)成的晶體，分子與分子之間以分子間作用力相互作用，而分子間作用力較小，克服分子間作用力所需能量較低，故分子晶體的熔、沸點(diǎn)較低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸點(diǎn)很高，很明顯不屬于分子晶體，AlCl3、SiCl4熔、沸點(diǎn)較低，應(yīng)為分子晶體，B項(xiàng)正確。
2．石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每一個(gè)碳原子都與其他三個(gè)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(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是(　　)
A．10 B．18
C．24 D．14
D
解析：石墨晶體中最小的碳環(huán)為六元環(huán)，每個(gè)碳原子為3個(gè)六元環(huán)共用，故平均每個(gè)六元環(huán)含2個(gè)碳原子，圖中7個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)為14。
3．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(rùn)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(gè)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
解析：A項(xiàng)，六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動(dòng)的電子或離子，所以不導(dǎo)電，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，立方相氮化硼中只含有σ鍵，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，立方相氮化硼是共價(jià)晶體，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，由六方相氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成平面三角形，正確。
4．下列各組物質(zhì)中，按熔、沸點(diǎn)由低到高順序排列正確的是________(填字母)。
A．KCl、CaCl2、CaO
B．金剛石、SiC、SiO2、硅
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te
D．Na、K、Rb、Al
E．CO2、Na、KCl、SiO2
F．O2、I2、Hg、MgCl2
G．鈉、鉀、鈉鉀合金
H．CH4、H2O、HF、NH3
I．CH4、C2H6、C4H10、C3H8
J．CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4
5．SiO2以[SiO4]為基本單元形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體類型為_________，在硅酸鹽中，SiO四面體(如圖a)通過共用頂角氧原子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)形式。圖b為一種無限長(zhǎng)單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根，Si與O的原子數(shù)之比為________，化學(xué)式為______________。
共價(jià)晶體
1∶3
(SiO3) (或SiO)
本課結(jié)束
This lesson is over
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