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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 離子晶體 過渡晶體與混合型晶體
重晶石
BaSO4
瑩石
CaF2
膽礬
CuSO4·5H2O
明礬
KAl(SO4)2·12H2O
下列晶體構(gòu)成微粒有什么共同點？
微粒之間存在哪種相同的作用力？
能說出離子鍵的特征和實質(zhì)。
能運用離子晶體模型，從微觀視角解釋離子晶體的宏觀性質(zhì)。
在理解四類典型晶體的基礎(chǔ)上，認識過渡晶體和混合型晶體。
1. 運用“宏微結(jié)合”的化學(xué)觀、認識晶體的分類依據(jù)、構(gòu)成粒子及粒子間的相互作用等。（宏觀辨識與微觀探析）
2. 通過建立模型解決離子晶體的相關(guān)問題。（證據(jù)推理與模型認知）
膽礬
螢石
重晶石
燒堿
CuSO4·5H2O
CaF2
BaSO4
NaOH
下列晶體構(gòu)成微粒有什么共同點？
它們都是由陽離子和陰離子構(gòu)成的離子化合物。
一、離子鍵
陰陽離子間通過靜電作用所形成的強烈的相互作用叫做離子鍵。
成鍵粒子
鍵的本質(zhì)
靜電引力和斥力
離子鍵沒有方向性和飽和性。
一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高，硬度越大。
以上晶體屬于哪種類型的晶體？為什么？
強堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類。
1. 定義：
由陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而成的晶體。
2. 成鍵粒子：
陰、陽離子
3. 相互作用力：
離子鍵
4. 常見的離子晶體：
二、離子晶體
陰、陽離子間的靜電作用
NaCl、CsCl 的熔、沸點比 HCl 的明顯高很多，結(jié)合晶體類型，你能推測其原因嗎？
HCl NaCl CsCl
熔點 /℃ –114.18 801 645
沸點 /℃ –85 1413 1290
5. 離子晶體的性質(zhì)
離子鍵強度較大，破壞它需要較多的能量
離子晶體的物理性質(zhì)：
（1）具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)。離子晶體中，陰、陽離子間有強烈的相互作用（離子鍵），要克服離子間的相互作用使物質(zhì)熔化和沸騰，就需要較多的能量。一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高。
（2）離子晶體的硬度較大，難于壓縮。陰陽離子間有較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，當晶體受到?jīng)_擊力作用時，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎。
（3）離子晶體中，離子鍵較強，離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此，離子晶體不導(dǎo)電。
（4）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。當把離子晶體放入水中時，極性水分子對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的離子。
我們知道，金屬的熔點差異很大，如鎢的熔點為 3410 ℃。而常溫下，汞卻是液體。離子晶體的熔點是不是也差異很大呢？請從理化手冊或互聯(lián)網(wǎng)查找下列離子晶體的熔點數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。
結(jié)論：離子晶體的熔點差距也較大
化合物 熔點 /℃ 化合物 熔點 /℃
CaO 2613 Na2SO4 884
CuCl2 1326 Ca2SiO4 2130
NH4NO3 169.6 Na3PO4 340
BaSO4 1580 CH3COOCs 194
LiPF6 200分解溫度 NaNO2 270
6. 晶胞類型
CsCl的晶胞示意圖
CaF2的晶胞示意圖
NaCl的晶胞示意圖
思考：氯化鈉晶體中鈉離子和氯離子分別處于晶胞的什么位置？
鈉離子：頂點和面心
氯離子：棱上和體心
（1） NaCl晶胞
每個晶胞含鈉離子和氯離子的個數(shù)是多少？
4、4
1:1
鈉離子和氯離子的個數(shù)比為？化學(xué)式為？
NaCl
3
1
5
6
2
4
Na+
Cl-
NaCl晶胞中離子的配位數(shù)：
一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷的離子數(shù)目
① 每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有＿個。
6
② 它們所圍成的空間結(jié)構(gòu)是 。
正八面體
③每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個，Na＋有___個。
每個Cl－周圍與之等距且距離最近的Na＋有____個，Cl－有____個。
Cl－
Na＋
6
12
6
12
④ NaCl晶體中陰、陽離子配位數(shù)為 。
6
（2）CsCl晶胞
（2） CsCl的晶胞
①每個晶胞含銫離子、氯離子的個數(shù)：
Cs＋：1

②配位數(shù)
每個Cs＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個。
它們所圍成的空間結(jié)構(gòu)是 。
8
正方體
③在每個Cs＋周圍與它最近的且距離相等的Cs＋有 個。
6
【思考】CsCl指的是氯化銫的分子式嗎？
不是，是氯化銫的化學(xué)式，表示晶體組成
①Ca2＋的配位數(shù)：
②F－的配位數(shù)：
③一個CaF2晶胞中含： 個 Ca2＋ 和 個F－
（3） CaF2 晶胞
8
4
4
8
晶胞 陰離子配位數(shù) 陽離子配位數(shù) 晶胞均攤粒子數(shù)目
NaCl晶胞 6 6 Na+：1
Cl-：1
CsCl晶胞 8 8 Cs+：1
Cl-：1
CaF2 晶胞： 4 8 Ca2+：4
F-：8
【小結(jié)】
我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體四類典型晶體。
那么，晶體類型之間存在絕對的界限嗎？
共價晶體
金屬晶體
離子晶體
分子晶體
CO2
NaCl
SiO2
Cu
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。
離子鍵的百分數(shù)大于50%，當作離子晶體處理
離子鍵的百分數(shù)小于50%，偏向共價晶體，當作共價晶體處理
離子鍵成分的百分數(shù)更小，是分子晶體
：介于某兩種晶體類型之間的晶體
三、過渡晶體
第三周期主族元素（從左往右）的氧化物的晶體的變化趨勢為離子晶體→共價晶體→分子晶體。原因是第三周期元素從左到右，電負性逐漸增強，與氧元素的電負性的差值逐漸減小。
【回顧思考】
金剛石和石墨是碳的兩種同素異形體，他們的物理性質(zhì)有什么異同點？
金剛石
石墨
熔點很高
質(zhì)地堅硬
不能導(dǎo)電
熔點很高
質(zhì)地較軟
導(dǎo)電性好
金剛石
石墨
是什么原因?qū)е铝私饎偸c石墨的性質(zhì)差異？
金剛石晶體結(jié)構(gòu)
石墨的層狀結(jié)構(gòu)
金剛石與石墨晶體結(jié)構(gòu)：
石墨晶體的結(jié)構(gòu)
(1)石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)：
(2)結(jié)構(gòu)特點：
①層內(nèi)
碳原子采取_____雜化；
以________相結(jié)合形成_______________結(jié)構(gòu)；
所有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(jié)合。
sp2
共價鍵
平面六元環(huán)
范德華力
石墨晶體的結(jié)構(gòu)
(1)石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)：
(2)結(jié)構(gòu)特點：
①層內(nèi)
碳原子采取sp2雜化；
以共價鍵相結(jié)合形成平面六邊形結(jié)構(gòu)；
所有p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。
②層與層之間以范德華力相結(jié)合。
(3)晶體類型：混合型晶體
……具有共價晶體性質(zhì)
……具有金屬晶體性質(zhì)
……具有分子晶體性質(zhì)
石墨晶體的二維平面結(jié)構(gòu)
①石墨所有碳原子均采取___雜化，形成_____________結(jié)構(gòu)。金剛石碳原子均采取___雜化，形成________結(jié)構(gòu)
②石墨結(jié)構(gòu)最小__元環(huán)。分攤碳原子數(shù)____碳碳鍵數(shù)___金剛石結(jié)構(gòu)最小__元環(huán)，分攤碳原子數(shù)____碳碳鍵數(shù)___質(zhì)量相同的金剛石與石墨，兩者碳碳鍵的個數(shù)比為_____
金剛石結(jié)構(gòu)示意圖
sp2
平面六元并環(huán)
sp3
正四面體
六
2
3
4︰3
六
1/2
1
③石墨中每個C配位數(shù)是___金剛石中每個C配位數(shù)是___
3
4
問題1：比較石墨與金剛石的結(jié)構(gòu)異同？
石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，金剛石是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
石墨層內(nèi)的碳原子核間距為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，容易滑動所以石墨質(zhì)軟。金剛石碳原子核間距為155pm，鍵長比石墨長，鍵能小，所以比石墨的熔點低。
金剛石結(jié)構(gòu)示意圖
問題2：為什么石墨比金剛石質(zhì)軟但熔點高？
石墨結(jié)構(gòu)未參與雜化的p軌道
石墨層中每個碳原子均剩余一個未參與雜化的含1個電子的p軌道，所有的p軌道平行重疊，形成離域π鍵，這些p軌道中的電子可在整個層平面中運動。因此石墨有類似金屬晶體的導(dǎo)電性。由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠，電子不能從一個平面跳躍到另一個平面。所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面方向。
問題3：為什么石墨能導(dǎo)電？
四、混合型晶體
范德華力
混合型晶體
層內(nèi)碳原子之間
未參與雜化的軌道上的電子可在層內(nèi)運動
層與層碳原子之間
共價鍵
有金屬鍵的性質(zhì)
像石墨這樣的晶體既有共價鍵又有范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體，稱為混合型晶體。
一種結(jié)晶形碳,灰黑色，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。質(zhì)軟,具滑膩感，能導(dǎo)電。化學(xué)性質(zhì)不活潑，耐腐蝕，在空氣或氧氣中強熱可以燃燒生成CO2。石墨可用作潤滑劑，可用于制造坩堝、電極、鉛筆芯等。
鉛筆
石墨電極
石墨坩堝
石墨用途
離子晶體
定義：陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而成的晶體
構(gòu)成微粒：陽離子和陰離子
微粒間相互作用：離子鍵
物理性質(zhì)：熔沸點較高、硬而脆
典型晶胞：NaCl型、CsCl型
過渡晶體與混合型晶體
過渡晶體
偏向離子晶體
偏向共價晶體
混合型晶體
石墨
離子晶體
1、下列物質(zhì)中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是（ ）
A. C (金剛石)和 CO2
B. NaBr 和 HBr
C. CH4 和 H2O
D. Cl2 和 KCl
C
共價晶體 分子晶體
離子晶體 分子晶體
分子晶體 分子晶體
分子晶體 離子晶體
√
×
×
×
2、下列各組物質(zhì)熔化或升華時，所克服的粒子間作用力屬于同種類型的是（ ）
A. Na2O 和 SiO2 熔化
B. Mg 和 S 熔化
C. 氯化鈉和蔗糖熔化
D. 碘和干冰升華
D
離子鍵 共價鍵
金屬鍵 范德華力
離子鍵 范德華力
范德華力
√
×
×
×
3、 高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu)，晶體中氧的化合價部分為0價，部分為－2價。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞(晶體中最小的重復(fù)單元)。下列說法正確的是（ ）
A. 超氧化鉀的化學(xué)式為KO2，每個晶胞含有4個K＋和4個O2－
B. 晶體中每個K＋周圍有8個O2－，每個O2－周圍有8個K＋
C. 晶體中與每個K＋距離最近的K＋有8個
D. 晶體中，0價氧元素與－2價氧元素的原子個數(shù)之比為1 : 3
A
4.(2022·江蘇選擇考節(jié)選)FeS2具有良好半導(dǎo)體性能。FeS2的一種晶體與NaCl晶體的結(jié)構(gòu)相似,該FeS2晶體的一個晶胞中S22-的數(shù)目為 ,在FeS2晶體中,每個S原子與三個Fe2+緊鄰,且Fe—S間距相等,如圖給出了FeS2晶胞中的Fe2+和位于晶胞體心的S22-(S22-中的S—S鍵位于晶胞體對角線上,晶胞中的其他S22-已省略)。如圖中用“-”將其中一個S原子與緊鄰的Fe2+連接起來 。
答案：4
5.(2022·廣東選擇考節(jié)選)我國科學(xué)家發(fā)展了一種理論計算方法,可利用材料的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)預(yù)測其熱電性能,該方法有助于加速新型熱電材料的研發(fā)進程。化合物X是通過該方法篩選出的潛在熱電材料之一,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖a,沿x、y、z軸方向的投影均為圖b。
①X的化學(xué)式為　　　　　。
②設(shè)X的最簡式的式量為Mr,晶體密度為ρ g·cm-3,則X中相鄰K之間的最
短距離為　　　 　　 nm(列出計算式,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
K2SeBr6

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