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人教版选择性必修2《物质结构与性质》
第3课时 过渡晶体与混合型晶体
第三章·第三节 金属晶体与离子晶体
任务一 四种类型晶体总结
晶体类型 分子晶体 共价晶体 离子晶体 金属晶体
微粒种类
微粒间 相互作用
典型晶体
作用力大小规律
金属阳离子和自由电子
金属键
原子
离子键
共价键
分子
分子间
作用力
阴、阳离子
金属Cu
NaCl
CO2
金刚石
组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大
共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定
离子所带电荷数多、半径小的离子键强(晶格能)
金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强
（金属键）
任务一 四种类型晶体总结
晶体类型 分子晶体 共价晶体 离子晶体 金属晶体
微粒种类
微粒间 相互作用
典型晶体
典型物理 性质
金属阳离子和自由电子
金属键
原子
离子键
共价键
分子
分子间
作用力
阴、阳离子
金属Cu
NaCl
CO2
金刚石
熔沸点低
硬度小
相似相溶
熔沸点高
硬度大
难导电
难溶一般溶剂
熔沸点差异较大
(晶格能)
熔融态可导电
多数易溶于水
熔沸点差异较大
（金属键）
金属光泽
导电导热性好
延展性好
任务一 四种类型晶体总结
①首先看物质的状态，一般情况下是固体 > 液体 > 气体；
②再看物质所属类型，一般是共价晶体 > 离子晶体 > 分子晶体；
(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)；
③结构类型相同时再根据相应规律进行判断，同类晶体熔、沸点比较思路：
a.共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；
b.分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；
c.离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；
d.金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
晶体熔沸点比较
任务一 四种类型晶体总结
钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点
观察下图所示的熔点变化并根据所学内容解释：熔点变化的原因。
问题：根据硅的卤化物(SiX4)的组成能判断其的晶体类型吗？分子晶体？离子晶体？
分子晶体熔化时需克服分子间作用力或氢键，熔点较低；离子晶体需克服离子键，熔点较高；由图可知：SiX4为分子晶体。相对分子质量越大，分子间作用力越强，所以熔点逐渐升高。
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
任务一 四种类型晶体总结
Ti的卤化物(TiX)的熔点
问题：观察下图所示的熔点变化并根据所学内容解释：熔点变化的原因。
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
问题：TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，而TiCl4至TiI4熔点依次升高，解释原因？
推测：TiF4是离子化合物(离子晶体)，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物(分子晶体)。
推测是否正确？为什么由金属元素和非金属元素组成的化合物可能是离子化合物，可能是共价化合物呢？
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
离子键的百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小
任务二 过渡型晶体
离子
晶体
共价
晶体
分子
晶体
第三周期元素几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数
离子键的百分数大,当作离子晶体处理。
离子键的百分数小，偏向共价晶体,当作共价晶体处理。
离子键成分的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，当作分子晶体处理。
纯粹的典型晶体是不多的，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。
任务二 过渡型晶体
介于某两种晶体类型之间的晶体。
1.定义
Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子晶体 共价晶体
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶体
①四种典型晶体类型都存在过渡晶体。
②晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理。
2.要点
③离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，当作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。离子键成分的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，当作分子晶体处理。
注：离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，电负性差值越大，离子键成分的百分数越大。电负性差值大于1.7通常形成离子键；电负性差值小于1.7通常形成共价键。
实验数据 钛的 电负性 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti 1.54 Ti
1.54
卤素的 电负性 F 3.98 Cl 3.16 Br 2.96 I
2.66
电负性 差值 2.44 1.62 1.42 1.12
任务二 过渡型晶体
NaF
NaCl
NaBr
NaI
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
TiF4
TiCl4
TiBr4
TiI4
推测：TiF4是离子化合物，熔点较高TiCl4 、 TiBr4、TiI4是共价化合物。
离子化合物
离子晶体
共价化合物
分子晶体
任务二 过渡型晶体
资料1 氯化铝晶体的导电性随温度变化图
资料2 氯化铝处于熔融态时，以二聚体的Al2Cl6的形式存在
问题：冶炼铝通常采用电解熔融Al2O3(熔点:2 054℃)的方法，为什么不电解熔融态AlCl3(熔点:192.6℃)？
从资料1可知，当温度达到熔点时，AlCl3为液体，电导率几乎变到零，这说明体系中不存在自由移动的离子。结合资料2，AlCl3分子的结构，可知不能用电解熔融态氯化铝来冶炼铝
任务三 混合型晶体
金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质有什么异同点？为什么会存在这些差异？
熔点很高
质地坚硬
不能导电
熔点很高
质地较软
导电性好
金刚石部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1)
3550℃ 10 2.11*10-13
石墨部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率/（s·m-1)
3850℃ 1 2.5*103
金刚石是共价晶体，而石墨属于 晶体
金刚石与石墨熔点都很高。金刚石：硬度大，几乎不导电而石墨是非金属导体，但硬度小。这由结构决定。
1.石墨和金刚石性质差异
任务三 混合型晶体
石墨晶体中的二维平面结构
石墨的层状结构
石墨结构中未参与杂化的p轨道
层平面每个C原子周围连接3个C,共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。
层与层之间靠范德华力维系，作用力弱，容易滑动，所以石墨质软，可作润滑剂。
层中每个碳原子均剩余一个未参与杂化的2p电子，所有的p轨道平行重叠，形成离域大π键，这些p轨道中的电子可在整个层平面中运动。
类似共价晶体
类似分子晶体
石墨能导电，类似金属晶体
2.石墨的结构
混合型晶体：晶体同时存在若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。
任务三 混合型晶体
①石墨中所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构。石墨中所有碳原子均采取_______，形成___________ 结构。
②石墨中C与C-C个数比为________。金刚石中C与C-C个数比为________。
sp2杂化
平面六元并环
sp3杂化
三维骨架
2︰3
1︰2
金刚石的晶体结构
石墨晶体中的二维平面结构
③质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为_______两者碳碳键的个数________。
1︰1
4︰3
3.石墨和金刚石结构差异
任务三 混合型晶体
4.几种碳单质
C70
C540
C240
碳纳米管
C60
单层石墨片
知识补充
SiO44-
Si2O76-
单链
双链
六元环(SiO3)612-
硅酸盐是地壳岩石的主要成分。硅酸盐的阴离子结构丰富多样，既有有限数目的硅氧四面体构建的简单阴离子，如SiO44－、Si2O76－、(SiO3)612－（六元环）等，也有以硅氧四面体为结构单元构成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架。金属离子则以离子键与阴离子或阴离子骨架结合。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。
知识补充
纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米（10-9m)量级的晶体。纳米晶体相对于通常的晶体,在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性，有广阔的应用前景。
金属铅晶体的熔点3280C。但纳米铅晶体大小与熔点的关系如图
由此可见，晶体颗粒小于200 nm 时，晶粒越小，金属铅的熔点越低。
问题：纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢
纯物质有固定的熔点，但当纯物质晶体的颗粒小于200 nm （或者250 nm ）时，其熔点会发生变化。
晶体的表面积增大
课堂练习
氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是
A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
C．两种晶体均为分子晶体
D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻
氮原子构成的空间结构为平面三角形
D
课堂练习
硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。下表列有三种物质的熔点，根据所学知识回答相关问题。
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1 710 －70.5 －90.2
简要解释熔点产生差异的原因：
①SiO2和SiCl4：
______________________________________________________________ ________________________________________________________ ；②SiCl4和SiF4：_______________________________________________________________________________________________________________________________。
SiO2是共价晶体，微粒间的作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间的作用力为范德华力，共价键的强度大于范德华力，故SiO2的熔点高于SiCl4　
SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间的作用力均为范德华力。组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，故SiCl4的熔点高于SiF4

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