3.3.2過渡晶體與混合型晶體課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

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

課時2過渡晶體與混合型晶體課堂導(dǎo)入我們已經(jīng)討論了分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體等四類典型的晶體，它們的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有什么區(qū)別呢？晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價晶體構(gòu)成微粒微粒間作用力性質(zhì)熔、沸點硬度溶解性機械加工性能

導(dǎo)電性課堂學(xué)習(xí)晶體類型的比較晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價晶體構(gòu)成微粒分子陰、陽離子金屬離子自由電子原子微粒間作用力范德華力(少數(shù)有氫鍵)離子鍵金屬鍵共價鍵性質(zhì)熔、沸點較低較高一般較高很高硬度小略硬而脆一般較大很大溶解性相似相溶多數(shù)溶于水不溶，有些與水反應(yīng)不溶機械加工性能

不良不良良好不良導(dǎo)電性固態(tài)、液態(tài)均不導(dǎo)電，部分溶于水時導(dǎo)電固態(tài)時不導(dǎo)電，熔融時導(dǎo)電，能溶于水的溶于水時導(dǎo)電固態(tài)、熔融態(tài)時導(dǎo)電大部分固態(tài)、熔融時都不導(dǎo)電晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價晶體構(gòu)成微粒微粒間作用力作用力大小規(guī)律課堂學(xué)習(xí)晶體類型的比較晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價晶體構(gòu)成微粒分子陰、陽離子金屬離子自由電子原子微粒間作用力范德華力(少數(shù)有氫鍵)離子鍵金屬鍵共價鍵作用力大小規(guī)律組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量大的范德華力大離子所帶電荷數(shù)多、半徑小的離子鍵強金屬原子的價電子數(shù)多、半徑小的金屬離子與自由電子間的作用力強共價鍵鍵長短(電子云重疊多)、原子半徑小的共價鍵穩(wěn)定課堂學(xué)習(xí)晶體類型的比較1.首先看物質(zhì)的狀態(tài)，一般情況下是固體>液體>氣體；2.再看物質(zhì)所屬類型，一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體；(注意：不是絕對的，如氧化鋁的熔點大于晶體硅)；3.結(jié)構(gòu)類型相同時再根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進行判斷，同類晶體熔、沸點比較思路：共價晶體→共價鍵鍵能→鍵長→原子半徑；分子晶體→分子間作用力→相對分子質(zhì)量；離子晶體→離子鍵強弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑；金屬晶體→金屬鍵強弱→金屬陽離子所帶電荷數(shù)、金屬陽離子半徑。不同晶體類型熔沸點的比較方法相對復(fù)雜，可遵循以下方法逐步進行判斷。課堂學(xué)習(xí)晶體類型的判斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微觀粒子和粒子間的作用判斷分子間通過分子間作用力形成的晶體屬于分子晶體；由原子通過共價鍵形成的晶體屬于共價晶體；由陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體屬于離子晶體；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)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷①活潑金屬的氧化物(如Na2O、MgO等)、強堿[如KOH、Ba(OH)2等]和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體；②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硼、晶體硅等外)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)是分子晶體；③常見的共價晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硼、晶體硅等，常見的共價晶體化合物有碳化硅、SiO2等。④金屬單質(zhì)(常溫下除汞外)與合金均屬于金屬晶體。課堂學(xué)習(xí)晶體類型的判斷方法(3)依據(jù)晶體的熔點判斷離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至幾千攝氏度；共價晶體的熔點高，常在一千至幾千攝氏度；分子晶體的熔點較低，常在數(shù)百攝氏度以下或很低溫度；金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有熔點相當(dāng)?shù)偷摹?4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷離子晶體在水溶液中和熔融狀態(tài)下都導(dǎo)電；共價晶體一般為非導(dǎo)體，但晶體硅能導(dǎo)電；分子晶體為非導(dǎo)體，而分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸)溶于水也能導(dǎo)電；金屬晶體是電的良導(dǎo)體。(5)依據(jù)硬度和機械性能判斷離子晶體硬度較大或略硬而脆；共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性。課堂學(xué)習(xí)過渡晶體請根據(jù)所學(xué)知識，解釋右圖中物質(zhì)熔點的變化。從NaX的構(gòu)成來看，其構(gòu)成為活潑金屬與較活潑的非金屬構(gòu)成，屬于典型的離子晶體；而離子鍵的強弱，與離子所帶電荷成正比，與離子半徑成反比，從F-到I-，離子半徑增大，離子鍵強度減弱，故晶體熔點逐漸降低。SiX4屬于分子晶體(從熔沸點較低可判斷不是共價晶體)，熔化時需要克服分子間作用力，根據(jù)SiX4組成與結(jié)構(gòu)相似，故相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，所以熔點逐漸升高。課堂學(xué)習(xí)過渡晶體根據(jù)不同晶體的熔點差別解釋TiX4熔點的變化。根據(jù)鈦的鹵化物元素組成，可推測TiX4是離子化合物，屬于離子晶體，故隨著X-半徑的增大TiX4熔點應(yīng)該降低。對比左圖的實驗數(shù)據(jù)，顯然與實驗事實不符合，故TiX4不全是離子化合物。圖中TiCl4、TiBr4、TiI4的熔點都較低且熔點依次升高，其可能是共價化合物，屬于分子晶體。分子晶體的熔點與分子間作用力有關(guān)，而相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔點越高。與圖中TiCl4、TiBr4、TiI4的熔點升高相符合。故可推測TiF4是離子化合物，熔點較高。

TiCl4、TiBr4、TiI4是共價化合物。課堂學(xué)習(xí)過渡晶體事實上，純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)離子晶體中的化學(xué)鍵具有一定的共價鍵成分。幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分數(shù)氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2離子鍵的百分數(shù)/%62504133物質(zhì)鍵型離子鍵的百分數(shù)電負性差值CsCl離子鍵75%2.37HCl極性共價鍵20%0.94Cl2非極性共價鍵00根據(jù)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，電負性差值越大，離子鍵成分的百分數(shù)越高。鈦的電負性1.54鹵素的電負性F3.98Cl3.16Br2.96I2.66電負性差值2.441.621.421.12課堂學(xué)習(xí)過渡晶體幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分數(shù)氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO3Cl2O7離子鍵的百分數(shù)/%62504133離子鍵的百分數(shù)更小從表格中可知：上述晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。離子晶體和共價晶體的過渡標(biāo)準是化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分數(shù)。離子鍵成分的百分數(shù)大，作為離子晶體，如Na2O和MgO，離子鍵成分的百分數(shù)小，作為共價晶體，如Al2O3和SiO2。課堂學(xué)習(xí)過渡晶體根據(jù)右圖中AlCl3的導(dǎo)電性曲線，分析氯化鋁的晶體類型，思考電解AlCl3為什么不能制得Al。根據(jù)AlCl3晶體的導(dǎo)電性隨溫度變化圖，在接近熔點時導(dǎo)電性提高，說明體系中存在一定數(shù)量的離子，這些離子可以在一定范圍內(nèi)運動，推測固態(tài)氯化鋁晶體是離子晶體；當(dāng)溫度達到熔點時，AlCl3為液體，電導(dǎo)率幾乎變到零，這說明體系中不存在自由移動的離子，熔融態(tài)氯化鋁為共價化合物，所以其為分子晶體；所以AlCl3中的化學(xué)鍵既有一定的離子性，又有一定的共價性，即AlCl3是介于離子晶體和分子晶體之間的過渡晶體。課堂學(xué)習(xí)混合型晶體根據(jù)石墨的結(jié)構(gòu)，你能推測出石墨的成鍵方式和晶體類型嗎？同層內(nèi)碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結(jié)合形成平面六元并環(huán)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碳原子平面中運動。層與層之間以范德華力相結(jié)合。石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于典型的混合型晶體。課堂學(xué)習(xí)混合型晶體混合型晶體可能存在的物理性質(zhì)有哪些？因為石墨晶體的層間距離為335pm，遠大于正常化學(xué)鍵的鍵長，這說明層與層之間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的。由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠，電子不可能從一個平面跳躍到另一個平面，故石墨的導(dǎo)電性只能沿著石墨平面的方向。因為分子間作用力較弱，層與層之間易于斷開而滑動，所以石墨具有潤滑性。混合型晶體的物理性質(zhì)：一般熔點高、易導(dǎo)電、能導(dǎo)熱、質(zhì)軟易滑動。課堂學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)的計算1.均攤法計算晶胞中微粒個數(shù)晶胞任意位置上的一個粒子如果是被n個晶胞所共有，那么每個晶胞分得該粒子的份額是1/n。微粒位置頂角面上棱上內(nèi)部側(cè)棱上下棱共用該微粒的晶胞數(shù)82441每個晶胞分攤的微粒數(shù)1/81/21/41/41微粒位置頂角面上棱上內(nèi)部側(cè)棱上下棱共用該微粒的晶胞數(shù)62341每個晶胞分攤的微粒數(shù)1/61/21/31/41課堂學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)的計算2.原子分數(shù)坐標(biāo)的確定方法(1)依據(jù)已知原子的坐標(biāo)確定坐標(biāo)系取向。(2)一般以坐標(biāo)軸所在正方體的棱長為1個單位。(3)從原子所在位置分別向x、y、z軸作垂線，所得坐標(biāo)軸上的截距即為該原子的分數(shù)坐標(biāo)。3.晶體密度的計算ρ=NM/NAVM是廣義的晶體的摩爾質(zhì)量，N是晶胞中廣義上的分子個數(shù)，NA是阿伏伽德羅常數(shù)，V是晶胞體積。課堂學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)的計算4.金屬晶體中原子間距離和晶胞參數(shù)根據(jù)密度求晶胞中原子之間的距離時，可首先由密度計算出晶胞體積(晶胞質(zhì)量由晶胞含有的微粒數(shù)計算)，再根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)判斷微粒間距與棱長的關(guān)系。5.金屬晶體中原子空間利用率空間利用率是指構(gòu)成晶體的原子在整個晶體空間中所占有的體積百分比，首先需要分析晶胞