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人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体多媒体教学课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体多媒体教学课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了问题探讨等内容，欢迎下载使用。
第三节 金属晶体与离子晶体
第2课时 过渡晶体与混合型晶体
1．知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。2．初步学会晶体类型的判断方法。
1．宏观辨识与微观探析：能辨识常见的晶体，能从宏观角度解释晶体性质的差异。2．证据推理与模型认知：通过对常见晶体模型的认识，理解晶体的结构特点，预测其性质。
课前篇 · 自主学习固基础
1．四类典型晶体是_________、_________、_________、___________。2．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，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。
3．Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越____，其中作为离子晶体处理的是______________；作为共价晶体处理的是_________________；作为分子晶体处理的是_______________________。
Al2O3、SiO2
P2O5、SO3、Cl2O7
1．结构特点——层状结构(1)同层内，碳原子采用______杂化，以________相结合形成_______________结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。(2)层与层之间以___________相结合。
2．晶体类型石墨晶体中，既有________，又有________和________，属于___________。3．物理性质：(1)导电性；(2)导热性；(3)润滑性。
(1)纯粹的典型晶体是没有的( )(2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小( )
(3)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中( )(4)四类晶体都有过渡型( )(5)石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3( )(6)石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行( )(7)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高( )
课堂篇 · 重点难点要突破
如图是石墨晶体的结构模型图。
1．石墨晶体中碳原子的杂化类型是什么？每个碳原子形成几个共价键？
提示：碳原子采用sp2杂化，每个碳原子与周围的3个碳原子形成3个共价键，如题图1所示。
2．石墨晶体中，层与层之间的作用力是什么？为什么石墨晶体能作润滑剂？
提示：石墨晶体中层与层之间的作用力为范德华力。由于范德华力较弱，层与层之间能发生相对滑动，故石墨具有润滑性，如题图2所示。
3．试解释为什么石墨晶体能导电？
提示：石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化，每个碳原子都有一个电子处于未参与杂化的2p轨道上，它的原子轨道垂直于碳原子平面(如题图3所示)，这些电子在整个碳原子平面上运动，相当于金属晶体中的自由电子，故石墨晶体能导电。
1．过渡晶体纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。一般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，通常当作离子晶体来处理，如Na2O。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。P2O5、SO3、Cl2O7等则视为分子晶体。
2．混合型晶体混合型晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。石墨是典型的混合型晶体。
3．石墨晶体的特殊性在石墨晶体中，同层的碳原子采取sp2杂化形成共价键，每个碳原子以三个共价键与另外三个碳原子相连。碳原子在同一个平面上形成了平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142 pm。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互平行且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，因此石墨有类似金属晶体的导电性。
石墨晶体中层与层之间相隔335 pm，距离较大，是以范德华力结合起来的。但是，由于同一平面内的碳原子间结合作用很强，极难破坏，所以石墨的熔点很高，化学性质稳定。
[典例1] 石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图所示。1 ml石墨烯中含有的六元环个数为________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。下列有关石墨烯的说法正确的是________(填字母)。a．晶体中碳原子间的作用力全部是碳碳单键b．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力c．石墨烯燃烧一定生成二氧化碳
碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构示意图：
解析：(1)金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化)，构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。(2)C60的构成微粒是分子，属于分子晶体；石墨晶体中有共价键和范德华力等，属于混合型晶体。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路是什么？
提示：首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；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)，晶体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：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量、极性、氢键；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
晶体类型的判断方法1．根据晶体的概念判断依据组成晶体的粒子与粒子间的作用力判断。如由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
2．根据物质的类别判断按照物质所属的类别也可进行判断。一般来说，活泼金属氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2等外)、酸和大多数有机物(除有机盐外)属于分子晶体；金属单质、合金属于金属晶体；常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、SiO2等。
3．根据晶体的特征性质判断根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)的不同和相应规律来判断。如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为共价晶体；金属单质在熔融状态和固态时均能导电，形成金属晶体。
[典例2] M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。单质M的晶体类型为___________，晶体中原子间通过__________作用形成面心立方最密堆积，其中M原子的配位数为________。
解析：根据题意推断M为铜元素。单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中原子间通过金属键形成面心立方最密堆积，其中Cu原子的配位数为12。
1．下列描述符合离子晶体性质的是( )A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
解析：离子晶体在液态(即熔融态)时能导电，所以B项描述的不是离子晶体的性质；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律知，C项描述的应是非极性分子晶体的性质；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项描述的不是离子晶体的性质。
2．苯胺( )的晶体类型是___________。苯胺与甲苯( )的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是_________________________________________________________________________________________________。
解析：苯胺( )晶体由苯胺分子构成，故属于分子晶体。苯胺比甲苯的熔、沸点都高，分子晶体熔、沸点不同首先要考虑是否有氢键，苯胺中存在电负性较强的N，所以可以形成氢键，因此比甲苯的熔、沸点高。
演习篇 · 学业测试速达标
1．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
根据这些数据分析，属于分子晶体的是( ) A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部
解析：由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确。
2．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都与其他三个碳原子相结合。如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( ) A．10 B．18 C．24 D．14
解析：石墨晶体中最小的碳环为六元环，每个碳原子为3个六元环共用，故平均每个六元环含2个碳原子，图中7个六元环完全占有的碳原子数为14。
3．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
解析：A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；B项，立方相氮化硼中只含有σ键，错误；C项，立方相氮化硼是共价晶体，错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻氮原子构成平面三角形，正确。
4．下列各组物质中，按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是________(填字母)。A．KCl、CaCl2、CaOB．金刚石、SiC、SiO2、硅C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．Na、K、Rb、Al
E．CO2、Na、KCl、SiO2F．O2、I2、Hg、MgCl2G．钠、钾、钠钾合金H．CH4、H2O、HF、NH3I．CH4、C2H6、C4H10、C3H8J．CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4
5．SiO2以[SiO4]为基本单元形成空间立体网状结构，其晶体类型为_________，在硅酸盐中，SiO四面体(如图a)通过共用顶角氧原子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，Si与O的原子数之比为________，化学式为______________。
(SiO3) (或SiO)
第三节 金属晶体与离子晶体
第2课时 过渡晶体与混合型晶体
1．知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。2．初步学会晶体类型的判断方法。
1．宏观辨识与微观探析：能辨识常见的晶体，能从宏观角度解释晶体性质的差异。2．证据推理与模型认知：通过对常见晶体模型的认识，理解晶体的结构特点，预测其性质。
课前篇 · 自主学习固基础
1．四类典型晶体是_________、_________、_________、___________。2．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，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。
3．Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越____，其中作为离子晶体处理的是______________；作为共价晶体处理的是_________________；作为分子晶体处理的是_______________________。
Al2O3、SiO2
P2O5、SO3、Cl2O7
1．结构特点——层状结构(1)同层内，碳原子采用______杂化，以________相结合形成_______________结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。(2)层与层之间以___________相结合。
2．晶体类型石墨晶体中，既有________，又有________和________，属于___________。3．物理性质：(1)导电性；(2)导热性；(3)润滑性。
(1)纯粹的典型晶体是没有的( )(2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小( )
(3)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中( )(4)四类晶体都有过渡型( )(5)石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3( )(6)石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行( )(7)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高( )
课堂篇 · 重点难点要突破
如图是石墨晶体的结构模型图。
1．石墨晶体中碳原子的杂化类型是什么？每个碳原子形成几个共价键？
提示：碳原子采用sp2杂化，每个碳原子与周围的3个碳原子形成3个共价键，如题图1所示。
2．石墨晶体中，层与层之间的作用力是什么？为什么石墨晶体能作润滑剂？
提示：石墨晶体中层与层之间的作用力为范德华力。由于范德华力较弱，层与层之间能发生相对滑动，故石墨具有润滑性，如题图2所示。
3．试解释为什么石墨晶体能导电？
提示：石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化，每个碳原子都有一个电子处于未参与杂化的2p轨道上，它的原子轨道垂直于碳原子平面(如题图3所示)，这些电子在整个碳原子平面上运动，相当于金属晶体中的自由电子，故石墨晶体能导电。
1．过渡晶体纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。一般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，通常当作离子晶体来处理，如Na2O。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。P2O5、SO3、Cl2O7等则视为分子晶体。
2．混合型晶体混合型晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。石墨是典型的混合型晶体。
3．石墨晶体的特殊性在石墨晶体中，同层的碳原子采取sp2杂化形成共价键，每个碳原子以三个共价键与另外三个碳原子相连。碳原子在同一个平面上形成了平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142 pm。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互平行且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，因此石墨有类似金属晶体的导电性。
石墨晶体中层与层之间相隔335 pm，距离较大，是以范德华力结合起来的。但是，由于同一平面内的碳原子间结合作用很强，极难破坏，所以石墨的熔点很高，化学性质稳定。
[典例1] 石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图所示。1 ml石墨烯中含有的六元环个数为________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。下列有关石墨烯的说法正确的是________(填字母)。a．晶体中碳原子间的作用力全部是碳碳单键b．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力c．石墨烯燃烧一定生成二氧化碳
碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构示意图：
解析：(1)金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化)，构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。(2)C60的构成微粒是分子，属于分子晶体；石墨晶体中有共价键和范德华力等，属于混合型晶体。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路是什么？
提示：首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；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)，晶体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：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量、极性、氢键；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
晶体类型的判断方法1．根据晶体的概念判断依据组成晶体的粒子与粒子间的作用力判断。如由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
2．根据物质的类别判断按照物质所属的类别也可进行判断。一般来说，活泼金属氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2等外)、酸和大多数有机物(除有机盐外)属于分子晶体；金属单质、合金属于金属晶体；常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、SiO2等。
3．根据晶体的特征性质判断根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)的不同和相应规律来判断。如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为共价晶体；金属单质在熔融状态和固态时均能导电，形成金属晶体。
[典例2] M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。单质M的晶体类型为___________，晶体中原子间通过__________作用形成面心立方最密堆积，其中M原子的配位数为________。
解析：根据题意推断M为铜元素。单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中原子间通过金属键形成面心立方最密堆积，其中Cu原子的配位数为12。
1．下列描述符合离子晶体性质的是( )A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
解析：离子晶体在液态(即熔融态)时能导电，所以B项描述的不是离子晶体的性质；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律知，C项描述的应是非极性分子晶体的性质；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项描述的不是离子晶体的性质。
2．苯胺( )的晶体类型是___________。苯胺与甲苯( )的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是_________________________________________________________________________________________________。
解析：苯胺( )晶体由苯胺分子构成，故属于分子晶体。苯胺比甲苯的熔、沸点都高，分子晶体熔、沸点不同首先要考虑是否有氢键，苯胺中存在电负性较强的N，所以可以形成氢键，因此比甲苯的熔、沸点高。
演习篇 · 学业测试速达标
1．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
根据这些数据分析，属于分子晶体的是( ) A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部
解析：由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确。
2．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都与其他三个碳原子相结合。如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( ) A．10 B．18 C．24 D．14
解析：石墨晶体中最小的碳环为六元环，每个碳原子为3个六元环共用，故平均每个六元环含2个碳原子，图中7个六元环完全占有的碳原子数为14。
3．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
解析：A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；B项，立方相氮化硼中只含有σ键，错误；C项，立方相氮化硼是共价晶体，错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻氮原子构成平面三角形，正确。
4．下列各组物质中，按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是________(填字母)。A．KCl、CaCl2、CaOB．金刚石、SiC、SiO2、硅C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．Na、K、Rb、Al
E．CO2、Na、KCl、SiO2F．O2、I2、Hg、MgCl2G．钠、钾、钠钾合金H．CH4、H2O、HF、NH3I．CH4、C2H6、C4H10、C3H8J．CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4
5．SiO2以[SiO4]为基本单元形成空间立体网状结构，其晶体类型为_________，在硅酸盐中，SiO四面体(如图a)通过共用顶角氧原子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，Si与O的原子数之比为________，化学式为______________。
(SiO3) (或SiO)
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