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第三节
金属晶体与离子晶体
第2课时　
离子晶体、过渡晶体及混合型晶体
人教版（2019）化学选择性必修二
第三章 晶体结构与性质
1.借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。
2.认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。
我们知道，熔融的NaCl或者NaCl的水溶液能够导电，而NaCl晶体却不能导电，这是为什么呢？
没有自由移动的Na+和Cl-
1913年布拉格首次用X射线衍射法测定了氯化钠的晶体结构
氯化钠晶体的微观结构
一种现代实验室使用的X射线衍射仪
认识NaCl晶体
用手揉捏食盐
硬度大
生活经验
NaCl的物理性质
烧烤、爆炒等加入食盐，未见其熔融
熔点较高（801 oC）
观察氯化钠晶胞结构，解释为何具有上述物理性质。
顶点和面心是钠离子
棱上和体心是氯离子
Na+和Cl-间存在离子键，要克服离子间的相互作用使物质熔化，就需要较多的能量，故熔点较高；较强的离子键，使氯化钠晶体的硬度较大。
NaCl晶体属于离子晶体
胆矾
氯化钠
重晶石
烧碱
CuSO4·5H2O
NaCl
BaSO4
NaOH
离子晶体
离子晶体
1、定义
阴、阳离子之间通过离子键形成的晶体。
作用力
构成微粒
2、离子键
阴、阳离子间通过静电作用所形成的强烈的相互作用力。
离子键没有方向性和饱和性。以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。
NaCl晶体
Na+
Cl-
3、常见的离子晶体
强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐
如典型离子晶体：
NaCl CsCl ZnS CaF2
4、离子晶体的物理性质
(1)熔沸点
晶体 电荷数 熔点/℃
NaCl 1 801
NaBr 1 750
MgO 2 2800
CaO 2 2576
晶体 电荷数 熔点/℃
NaF 1 993
MgF2 2 1248
AlF3 3 1290
请根据表格分析，离子晶体的熔点与哪些因素有关？根据数据，你能总结出什么规律？
①离子半径越小，离子键越强，熔点越高。
②离子电荷越多，离子键越强，
熔点越高。
(2)硬度
硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎。
(3)导电性
离子晶体中离子键较强,阴、阳离子不能自由移动,因此不导电。但熔融或溶于水后能导电。
大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等)，遵循“相似相溶”规律。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。
(4)溶解性
5、常见的离子晶体
(1)NaCl晶体
Cl
Na+
Cl-：8× +6× = 4
Na+：12× + 1 = 4
晶体堆积方式：面心晶胞
晶胞中含有的离子数：
阴阳离子个数比1:1
Cl-位于棱和体心，Na+位于顶角和面心(或互换)
3
1
5
6
2
4
每个Na+ 周围与之最接近且距离相等的Cl-共有
个，Na＋有___个。
这几个Cl-在空间构成的几何构型为 。
正八面体
每个Cl- 周围与之最接近且距离相等的 Na+共有
个。 Cl-有___个。
这几个Na+ 在空间构成的几何构型为 。
正八面体
6
6
12
12
Cl
Na+
一种离子周围最邻近的带相反电荷的离子数目。
Na+的配位数是 。
Cl-的配位数是 。
6
6
(2) CsCl晶体
Cl-：8×= 1
Cs+：1
晶体堆积方式：体心晶胞
晶胞中含有的离子数：
阴阳离子个数比1:1
氯离子：体心
铯离子：顶点
或者反之;交错排列
②每个晶胞平均含Cs+ 和Cl-各1个。
④每个Cl-周围最近的等距离的Cl- 有 个，这几个Cl- 在空间构成的几何构型为 ；每个Cl- 周围最近的等距离的Cs+有 个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为 .
①氯离子位于顶点，铯离子位于体心
③每个Cs+ 周围最近的等距离的Cs+ 有 个，这几个Cs+ 在空间构成的几何构型为 ；每个Cs+ 周围最近的等距离的Cl-有 个，这几个Cl-在空间构成的几何构型为 .
⑤阴、阳离子配位数均为
8
CsCl晶胞的结构特点
6
正八面体
8
立方体
6
正八面体
8
立方体
(3) ZnS晶体
Zn2+
S2-
(4) CaF2晶体
F-
Ca2+
①1个ZnS晶胞中，有 个S2－，有 个Zn2＋
②Zn2＋的配位数为 ，S2－的配位数为 。
4
4
4
4
①1个CaF2的晶胞中，有 个Ca2＋，有 个F－
②Ca2＋配位数是 ，F－的配位数是 。
4
8
8
4
离子晶体只存在离子键作用力吗？试举例说明
CuSO4 5H2O中还存在共价键、范德华力，有些还有氢键等，但主体是离子键。
晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。然而，贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。
1.含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？
2.含有阴离子的晶体一定含有金属离子吗？
3.NaCl的熔点为801 ℃，CsCl的熔点为645 ℃，试解释其原因。
不一定。也可能是金属晶体。
含有阴离子的晶体，一定含有阳离子，但不一定是金属阳离子，如铵盐。
Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键，故NaCl的熔点高于CsCl的熔点。
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
存在微粒 阴阳离子 原子 分子 金属离子、
自由电子
微粒间作用 离子键 共价键 范德华力 金属键
主要性质 硬而脆，熔、沸点高，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电。 硬而脆，熔、沸点很高，不溶于大多数溶剂，导电性差 硬度小，溶、沸点低，水溶液能够导电 金属光泽，是电和热的良导体，熔、沸点高或低
实例 NaCl、CsCl晶体 金刚石 干冰 铜
四种晶体类型与性质的比较
我们已经讨论了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离于晶体等四类典型晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，如第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中的离子键成分如表3-4。观察下表，你得出什么结论？
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键百分数 62 50 41 33
电负性差 2.6 2.3 2.0 1.7
表中四种晶体中的化学键既不是纯粹的离子键也是不纯粹的共价键；电负性相差越大，离子键百分数越大。
过渡晶体
离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
1、定义
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的 百分数/% 62 50 41 33
例如：第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数
P2O5 SO2 Cl2O7
离子键成分的百分数更小
共价键不再贯穿整个晶体
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子键的 百分数/% 62 50 41 33
P2O5 SO2 Cl2O7
离子键成分的百分数更小
共价键不再贯穿整个晶体
化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键
既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体
当作离子晶体处理
当作共价晶体处理
离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
分子晶体
例如：第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数
（1）四种典型晶体类型都存在过渡晶体。
Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子晶体 共价晶体
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶体
（2）偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如 Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、 SiO2等。
介于某两种晶体类型之间的晶体
2、特点
石墨与金刚石都是碳单质，石墨是不是也与金刚石一样属于共价晶体？
石墨是混合晶体
混合型晶体
既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。
1、定义
石墨晶体中,既有共价键又有范德华力,属于混合型晶体。
2、常见混合型晶体
共价键
范德华力
石墨不同于金刚石，它的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化，而是呈sp2杂化，形成平面六元并环结构。
石墨晶体是层状结构，层内的碳原子的核间距为142pm,层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的。
石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3。有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面，平行的p轨道共同形成了大π键。
石墨晶体的二维平面结构
sp2杂化
石墨的层状结构
石墨结构未参与杂化的轨道
1.联系生活实际，思考铅笔芯的主要成分是什么？铅笔上的“HB”“2B”等标号有什么区别？
铅笔芯的主要成分是石墨和粘土。
铅笔的“HB”“2B”等标号代表铅笔不同的硬度。
硬度逐渐增大
石墨太软，光用石墨做笔芯，既易断又易磨损。因此，生产上常在石墨粉末中掺进一些粘土粉末以增加硬度。粘土掺得越多，铅笔就越硬。
从石墨晶体微观结构上分析“石墨质软”的原因。
石墨的层状结构
石墨晶体是层状结构，层内的碳原子的核间距为142pm,层间距离为335pm，层与层之间相隔较远,只存在范德华力,作用相对较弱,所以表现为质软、易滑动。
2.在“电化学”相关学习中，我们经常见到用石墨作为电池的电极使用。石墨为什么能做电极？这体现了石墨的何种性质？
石墨结构未参与杂化的轨道
石墨晶体中,由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠,形成大π键的电子可以在整个碳原子平面中运动,使得石墨具有导电性，这是石墨能做电池电极的原因。并且沿层的平行方向导电性强,这也是晶体各向异性的表现。
1.下列有关离子晶体的说法中不正确的是(　 　)
A.离子晶体在熔融状态下都能导电
B.离子晶体具有较高的熔、沸点和较大的硬度
C.离子晶体中阴、阳离子个数之比为1∶1
D.氯化钠溶于水时离子键被破坏
C
2.MgO、Cs2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是(　 　)
A.MgO>Cs2O>BaO>CaO
B.MgO>CaO>BaO>Cs2O
C.CaO>BaO>MgO>Cs2O
D.CaO>BaO>Cs2O>MgO
B
3.下列关于过渡晶体的说法正确的是(　 　)
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
B
4.下列有关石墨晶体的说法不正确的是(　 　)
A.石墨晶体内既有共价键又有分子间作用力
B.石墨晶体熔、沸点很高,硬度很大
C.石墨晶体内每个六边形平均含2个完整碳原子
D.石墨晶体内每个碳原子连接3个六元环
B

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