（选必2）3.3.2 离子晶体过渡晶体与混合型晶体（教案2）

skybamboo · 发表于昨天 06:04

第三章晶体结构与性质

第二节金属晶体与离子晶体
第二课时离子晶体过渡晶体与混合型晶体

离子晶体结构与性质是高中选修化学重点内容，高考选考模块中必考内容，以氯化钠、氯化铯晶胞为例，探究离子晶体的结构与性质，在学习四种典型的晶体的基础上，通过石墨晶体分析，认识过渡晶体和混合型晶体，提升信息迁移能力，培养学生的化学核心素养。

课程目标

学科素养

借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。

认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。

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。

宏观辨识与微观探析：从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。

证据推理与模型认知：借助石墨晶体模型、氯化钠晶胞、氯化铯晶胞认识晶体的结构和性质。

教学重点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质
教学难点：离子晶体、过渡晶体、混合型晶体的结构特点和性质

多媒体调试、讲义分发

【新课导入】
【展示】
展示硫酸铜晶体、NaCl晶体
【提问】
NaCl晶体是由哪些粒子构成？离子间的作用力是什么？
【学生回答】
钠离子和氯离子；离子键。
【知识建构】
一、离子晶体

定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体。

构成粒子：阴、阳离子

相互作用：离子键

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。

离子键

1.离子键的本质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。
2.离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，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。
【学生活动】
认识NaCl、CsCl的晶胞

【讲解】

晶体类型	NaCl	CsCl
晶胞
阳离子的配位数	6	8
阴离子的配位数	6	8
晶胞中所含离子数	Cl－ 4 Na＋ 4	Cs＋ 1 Cl－ 1

【学生活动】
思考为什么NaCl和CsCl的硬度大、熔沸点高？

	硬度	熔点	沸点
NaCl	大	801℃	1413℃
CsCl		645℃	645℃

【讲解】
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、沸点和硬度大。
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，离子晶体的熔、沸点越高。
【学生活动】
以NaCl晶体为例，分析离子晶体有哪些物理性质？
【讲解】
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。
【知识建构】
三、离子晶体的物理性质
1.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。
2.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.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。当升高温度时，熔融状态下，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，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。
4.溶解性
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。
【讲解】
以上讨论了NaCl和CsCI两种离子晶体，实际上，大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子（如H2O、NH3等)。例如，CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等，在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。(注: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。
【科学·技术·社会】
离子液体
【过渡】
我们已经讨论了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。
【学生活动】
阅读教材中有关“过渡晶体”的内容。
【思考】
分析第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数的变化趋势并解释其原因。进一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。

氧化物	Na2O	MgO	Al2O3	SiO2
离子键的百分数/%	62	50	41	33

【讲解】
表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
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。
Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的离子键的百分数呈逐渐减小的趋势，P2O5、 SO3、Cl2O,都是分子晶体，原因是第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小。第三周期主族元素的氧化物的晶体的变化趋势为离子晶体→共价晶体→分子晶体。离子键成分的百分数更小了，而且共价键不再贯穿整个晶体，而是局限干晶体微观空间的-一个个分子中了。

【概念界定】

四、过渡晶体

定义：离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，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。

【过渡】
表中的氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。那么混合型晶体又是什么？
【晶体模型】
(1)石墨晶体模型

石墨结构中未参与杂化的p轨道
(2)结构特点——层状结构
①石墨晶体是层状结构的，同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，
②层与层之间靠范德华力维系。
③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。
④由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,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，而且，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的方向。像石墨这样的晶体，是一种混合型晶体。

(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。

(4)性质：熔点很高、质软、易导电等

【概念界定】

五、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

【学生活动】
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
[提示]：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
(2)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
[提示]：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
(3)离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？
[提示]：不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
(4)离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？
[提示]：离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。
(5)比较四种晶体的结构和性质。
【知识建构】

类型比较	分子晶体	原子晶体	金属晶体	离子晶体
构成粒子	分子	原子	金属阳离子和自由电子	阴、阳离子
粒子间的相互作用力	分子间作用力	共价键	金属键	离子键
硬度	较小	很大	有的很大，有的很小	较大
熔、沸点	较低	很高	有的很高，有的很低	较高
溶解性	相似相溶	难溶于任何溶剂	常见溶剂难溶	大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性	一般不导电，溶于水后有的导电	一般不具有导电性	电和热的良导体	晶体不导电，水溶液或熔融态导电

【资料卡片】
阅读资料卡片，了解硅酸盐，
【课堂小结】
通过学习，对晶体知识进行梳理和总结。

通过本节课的学习，学生能够借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。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。从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。培养学生宏观辨识与微观探析的科学素养。借助石墨晶体模型、氯化钠晶胞、氯化铯晶胞认识晶体的结构和性质，培养学生证据推理与模型认知的科学素养。

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