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1、第三节第三节 金属晶体与离子晶体金属晶体与离子晶体第三章第三章 晶体晶体结构与性质结构与性质第二课时离子晶体过渡晶体与混合型晶体胆矾萤石重晶石烧碱CuSO45H2OCaF2BaSO4NaOH下列晶体构成微粒有什么共同点？微粒之间存在哪种相同的作用力？（一）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叫做离子键。成键粒子键的本质静电引力和斥力（2）特征：离子键没有方向性和饱和性。(1)概念：（二）离子晶体结构1、离子晶体的结构（1）构成微粒：和 ；（2）作用力：；离子键阴离子阳离子2、决定晶体结构的因素晶体中正负离子的半径比(r/r)电荷因素键性因素几何元素正负离子的电荷比离子键的纯粹程度
2、(简称键性因素)、3、物理性质（1）硬度：（2）熔沸点：（3）导电性：（4）溶解性:硬而脆，难以压缩；较高，难挥发；不导电，熔化或溶于水后能导电。大多数易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)溶于水能导电的不一定是离子晶体，溶于水能导电的不一定是离子晶体，如如HClHCl等。等。熔化后能导电的晶体不一定是离子熔化后能导电的晶体不一定是离子晶体，如晶体，如SiSi、石墨、金属等。、石墨、金属等。阳离子和阴离子在晶体阳离子和阴离子在晶体中中不能自由移不能自由移动，所以，所以离子晶体不能离子晶体不能导电(1)NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同?
3、运动的微粒 过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱电解质溶液导电 阴、阳离子化学变化升温，导电性增强4、几种性质的对比（2）离子晶体硬而脆，延展性差？发生滑动发生滑动施加外力施加外力阳离子阳离子阴离子阴离子同种电荷相互排斥，同种电荷相互排斥，使晶面裂开使晶面裂开阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，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）离子晶体的熔点是否都较高？分析下表中的数据，能得出什么结论？（3）离子晶体的熔点是否都较高？分析下表中的数据，能得出什么结论？（3）离子晶体的熔点是否都较高？分析下表中的数据，能得出什么结论？离子键
4、的强弱离子键的强弱 （晶格能）（晶格能）离子半径离子半径阴、阳离子的电荷数阴、阳离子的电荷数具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度大，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂具有较高的熔、沸点，难挥发离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强（晶格能越大），离子晶体的熔、沸点越高。具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度大，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂硬度离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬
5、度较大，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。具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度大，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂导电性离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子（熔融状态），在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物溶于水溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度大，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂溶解性大多数
6、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。分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体构成粒子粒子间相互作用熔沸点硬度回 顾分 子原 子分子间：分子间作用力；分子内：共价键，除稀有气体共价键较 低很高较 小比较时先氢键，后范德华力很大，比键能分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体溶解性导电性物质类别相似相溶，氢键难溶于任何溶剂固态、熔融不导电，溶于水后有的导电。电解质一般不导电，部分为半导体(Si、Ge)金刚石、硅、晶体硼、SiC、Si
7、O2、Si3N4、BN。非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大部分有机物。分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体构成粒子粒子间相互作用熔沸点硬度四类晶体的比较分子原子金属阳离子和自由电子阴、阳离子分子间：分子间作用力；分子内：共价键，除稀有气体共价键金属键离子键较小很大有的很大，有的很小较大较低比较时先氢键，后范德华力很高，比键能有的很高，有的很低。比半径，及单位体积内的自由电子。较高分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体溶解性导电性物质类别相似相溶，氢键难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多数易溶于水等极性溶剂固态、熔融
8、不导电，溶于水后有的导电。电解质一般不导电，部分为半导体(Si、Ge)电和热的良导体固体不导电，熔融和水溶液导电金刚石、硅、晶体硼、SiC、SiO2、Si3N4、BN金属单质与合金金属氧化物、强碱、绝大部分盐非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大部分有机物5、典型离子晶体NaCl晶体ClNa+ClNa+（1）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：熔点：801oC、沸点：1413oC（2）配位数：一种离子周围最邻近的带相反电荷的离子数目每个每个NaNa周围与之等距且周围与之等距且距离最近的距离最近的ClCl有有6 6个。个。每个每个ClCl周围与之等距且周围与之等距且距离最
9、近的距离最近的NaNa有有6 6个。个。Na+的配位数为6Cl-的配位数为6它们所围成的空间几何构型是：5、典型离子晶体NaCl晶体（3）每个Na周围与之等距且距离最近的Na有_个。每个Cl周围与之等距且距离最近的Cl有_个。ClNa不是配位数5、典型离子晶体CsCl晶体铯离子：1个氯离子：1个配位数：每个Cs周围与之等距且距离最近的Cl有8个每个Cl周围与之等距且距离最近的Cs有8个Cl-Cs+CsCl晶体铯离子铯离子：体心：体心氯离子氯离子：顶点：顶点体心立方堆积体心立方堆积Cs：1（2）配位数每个Cs周围与之等距且距离最近的Cl有8个。它们所围成的空间几何构型是正六面体。每个Cl周围与之
10、等距且距离最近的Cs有8个。5、典型离子晶体CsCl晶体（3）每个Cs周围与之等距且距离最近的Cl有8个，Cs有6个。每个Cl周围与之等距且距离最近的Cs有8个，Cl有6个。CsCl晶胞晶胞5、典型离子晶体CaF2晶体钙离子配位数为8个，氟离子有4个每个钙离子周围与之等距且距离最近的钙离子有12个每个氟离子周围与之等距且距离最近的氟离子有6个5、典型离子晶体CaF2晶体阳离子配位数：阳离子配位数：阴离子配位数：阴离子配位数：4CaF2型型F2 2正离子数正离子配位数=负离子数负离子配位数5、典型离子晶体ZnS晶体硫离子成面心立方密堆积锌离子被硫离子以四面体的形式包围着锌离子配位数：4硫离子配位
11、数：4正离子数正离子配位数=负离子数负离子配位数Na2O MgO Al2O3 SiO2P2O5 SO3 Cl2O7五、过渡晶体离子晶体共价晶体分子晶体离子键成分的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，离子键的百分数大于50%,当作离子晶体处理离子离子键键的百分数的百分数小于于50%，偏向共价晶体,当作当作共价晶体晶体处处理理一般,当电负性的差值1.7时，离子键的百分数大于50%。可认为是离子晶体。电负性差值越大，离子键的百分数越大。2.第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键的百分数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离子晶体与共价晶体之间的过渡晶
12、体是分子晶体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.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概念：介于某两种晶体类型之间的晶体五、过渡晶体迷人的材料钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨。六、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？金刚石石墨熔点很高质地坚硬不能导电熔点很高质地较软导电性好共价晶体？晶体？结构思考与讨论1.概念：晶体内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。六、混合型晶体
13、石墨结构 同层内，碳原子间以sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，与其他3个C相连形成共价键，而未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面，离域键。由正六边形形成的层平面内，C原子的配位数为3，共价键的键长很短，键能很大。层与层间距离远，只能以范德华力结合力，作用力弱。2p2p C C spsp2 2 石墨晶体是层状结构，金刚石是空间网状结构。石墨层内的碳原子核间距为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，容易滑动所以石墨质软。金刚石碳原子核间距为155pm，键长比石墨长，键能小，所以比石墨的熔点低。金刚石结构示意图1、为什么石墨比金刚石质软但熔点高
14、？思考与讨论层与层之间易于断开而滑动，可作润滑剂。2、石 墨 中 CC的 键 长 小 于 金 刚 石 中 CC键 长 的 原 因：_。金刚石中只存在CC间的键，而石墨中层内的CC间不仅存在键，还存在键，电子层重叠程度大，所以CC间的键长短思考与讨论4、石墨的导电能力水平方向是垂直方向的10000倍的原因：由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面。所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。3、石墨为什么具有良好的导电性？思考与讨论石墨层中每个碳原子未杂化的平行P轨道上的电子形成离域大键，其电子可以在层内范围中自由运动，所以石墨具有良好的导电性。空间结构俯视图空间结构俯视图（混
15、合型晶体）石墨中C原子以sp2杂化；石墨晶体中最小环为六元环，个原子共平面，平均含有个61/3=2个C原子，61/2=3个C-C键；【思考】(1)石墨层内CC之间夹角为_。(2)每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为_个。(3)12g石墨(C)含有_molCC键。120o2石墨结构1.5金刚石结构示意图所有碳原子均采取sp2杂化，形成平面六元并环结构碳原子与碳碳键个数比为23.金刚石碳原子均采取sp3杂化，形成三维骨架结构金刚石中碳原子与碳碳键个数比为12质量相同的金刚石与石墨，两者碳原子的个数比为11两者碳碳键的个数比为43石墨与金刚石结构对比石墨晶体的结构与性质拓展提升石墨晶体结构小结 范德华
16、力混合型晶体层内碳原子之间未参与杂化的轨道上的电子可在层内运动层与层碳原子之间成键的sp2杂化轨道键的p轨道共价键有金属键的性质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。熔点高导电质软小结归纳一种结晶形碳,灰黑色，成叶片状、鳞片状和致密块状。质软,具滑腻感，能导电。化学性质不活泼，耐腐蚀，在空气或氧气中强热可以燃烧生成CO2。石墨可用作润滑剂，可用于制造坩埚、电极、铅笔芯等。铅笔石墨电极石墨坩埚石墨用途几种新型的碳单质C70 C540C240碳纳米管单层石墨片知识拓展SiO44-硅酸盐Si2O66-单链双链六元环(SiO3
17、)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。资料卡片科学技术社会纳米晶体1nm=10-9m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200nm时，
18、晶粒越小，金属铅的熔点越低。纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢?我们通常说纯物质有固定的熔点，但当纯物质晶体的颗粒小于200nm（或者250nm）时，其熔点会发生变化。主要原因是晶体的表面积增大明矾晶体的制备【结果与讨论】(1)你是否得到了完美的明矶晶体?请描述你制备的明矾晶体颜色和外形。能得到明矾晶体，但要得到完美的明矾晶体是比较困难的。颜色:无色透明;外形:块状，有平滑的晶面与棱角。研究与实践教材：P93(2)在上述实验中，为什么所用仪器都要用蒸馏水洗净?为什么晶种一定要悬挂在溶液的中央位置?(3)在上述实验中，制备明矾大晶体所需时间较长。请查阅资料，并制订快速制备明矾大晶体的实验方
19、案。仪器用蒸馏水洗净，是防止杂质影响结晶的纯度，也会影响结晶的速率与形状。晶种悬挂在溶液中央位置，有利于离子对称地扩散、溶角解与结晶，有利于获得外形对称性较好的晶体。离杯底太近，会与沉底晶体生长在一起，离液面太近或者杯壁太近，也会造成同样结果，使晶体形状不规则。称取约60g明矾，量取60mL蒸馏水，倒入100mL烧杯中，将明矾溶解于水，边搅拌边加热，加热到90。选择晶形规则的晶体作为晶种，用棉线拴住，待溶液温度约下降56，再将其吊在上方，使得晶体处于溶液中的中心位置。30min后，就会很明显地观察到约有1cm3大小的规则的八面体结构的明矾晶体出现。且在此过程中，每隔几分钟，就可以观察到晶体大小
20、的明显变化。（此方案仅作参考）归 纳四种典型晶体的比较及应用一、晶体熔、沸点高低的比较1不同类型晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体离子晶体分子晶体。(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。2同种类型晶体熔、沸点的比较 (1)共价晶体 如熔点：金刚石碳化硅硅。(2)离子晶体一般地说，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。如熔点：MgONaClCsCl。衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。(3)分子晶体具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如熔、沸点：H2O
21、H2TeH2SeH2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如熔、沸点：SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如熔、沸点：CON2。对于烷烃的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。(4)金属晶体金属离子半径越小，价电子数越多，其金属键越强，金属熔、沸点越高。如熔、沸点：NaMgbcBbacCcabDcba解题思路 A金金刚石石和晶体硅均和晶体硅均为共价晶体，二者晶体共价晶体，二者晶体结构相似，构相似，熔点高，由于碳原子半径小于硅原子半径，所以碳碳熔点高，由于碳原子半径小于硅原子半径，所以碳碳键的的键能高于
22、硅能高于硅硅硅键的的键能，能，则金金刚石的熔点高于晶体硅；足球石的熔点高于晶体硅；足球烯(分子式分子式为C60)为分分子晶体，熔化子晶体，熔化时只需要克服分子只需要克服分子间作用力，故熔点低。作用力，故熔点低。综上所述，三上所述，三者熔点：金者熔点：金刚石晶体硅足球石晶体硅足球烯，A项符合符合题意意。三、答题指导不同不同类晶体熔沸点比晶体熔沸点比较 答答 题策略策略不同不同类型晶体的熔、沸点高低的一般型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体律：原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体答答 题模板模板为晶体，而晶体，而晶体晶体1金金刚石的熔点比石的熔点比NaCl高，原因是：高，原因是：金金刚石是
23、原子晶体，而石是原子晶体，而NaCl是离子晶体是离子晶体2SiO2的熔点比的熔点比CO2高，原因是：高，原因是：SiO2是原子晶体，是原子晶体，CO2而是分子晶体而是分子晶体3Na的的氯化化物物的的熔熔点点比比Si的的氯化化物物的的熔熔点点高高，理理由由是是：NaCl为离离子子晶晶体体而而SiCl4为分分子晶体子晶体共共价价晶体晶体答题策略答题策略看看共价键的强弱，取决于键长；即：成键原子半径大小共价键的强弱，取决于键长；即：成键原子半径大小答题模板答题模板同为原子晶体，同为原子晶体，晶体的键长短，键能大，熔沸点高晶体的键长短，键能大，熔沸点高1Si单单质质比比化化合合物物SiC的的熔熔点点低
24、低，理理由由是是：晶晶体体硅硅与与SiC均均属属于于原原子子晶晶体体，晶晶体体硅硅中的中的SiSi比比SiC中中SiC的键长长，故键能也低，所以的键长长，故键能也低，所以SiC熔点低熔点低三、答题指导分子晶体分子晶体答答题策策略略一般先一般先氢键后范德后范德华力最后分子的极性力最后分子的极性答答题模模板板同同为分子晶体，分子晶体，存在存在氢键，而，而仅存在存在较弱的范德弱的范德华力力同同为分子晶体，分子晶体，的相的相对分子分子质量大，范德量大，范德华力力强，熔、沸点高，熔、沸点高同同为分子晶体，两者的相分子晶体，两者的相对分子分子质量相同量相同(或相近或相近)，的极性大，熔、沸点高的极性大，熔
25、、沸点高同同为分分子子晶晶体体，形形成成分分子子间氢键，而而形形成成的的则是是分分子子内内氢键，形形成成分分子子间氢键会会使熔、沸点增大使熔、沸点增大2NH3的的沸沸点点比比PH3高高，原原因因是是：同同为分分子子晶晶体体，NH3分分子子间存存在在较强的的氢键，而而PH3分分子子间仅有有较弱的范德弱的范德华力力3CO2比比CS2的的熔熔沸沸点点低低，其其理理由由是是：同同为分分子子晶晶体体，CS2的的相相对分分子子质量量大大，范范德德华力力强，熔沸点高熔沸点高4CO比比N2的的熔熔沸沸点点高高，其其理理由由是是：同同为分分子子晶晶体体，两两者者相相对分分子子质量量相相同同，CO的的极极性性大大，熔沸点高熔沸点高的沸点比高，原因是：形成分子内氢键，形成分子内氢键，形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大