氧化铝是原子晶体,共价化合物,不溶于水为何又是强电解质

氧化铝是原子晶体,共价化合物,不溶于水为何又是强电解质
氧化铝是原子晶体,共价化合物,不溶于水为何又是强电解质

氧化铝是原子晶体,共价化合物,不溶于水为何又是强电解质
关于氧化铝一直存在争议:
氧化铝是离子化合物,还是共价化合物?（优）
2007-05-31 22:54
傍晚,《数字世界报e教育》的夏编辑来电话,说是请教个问题：“氧化铝是离子化合物,还是共价化合物?”
“这不好说,氧化铝有三种晶型——” 我当时回道.
“按中学的知识该是啥?”他又问.
“是过渡型的吧,有离子化合物的成分,也有共价化合物的成分.”
“那如果是高考题,该怎么答题?”他追问.
我说：“看题目信息吧,具体问题具体分析.”
他听了很高兴,说：“就是您了,我想请你马上就这个问题写一篇文章,要结合高考的题目来分析.”
原来,K12教学区化学论坛贴了张有意思的帖子,引起了热气腾腾的一场讨论——“氧化铝是离子化合物,还是共价化合物?”最终是公说公有理,婆说婆有理,落了个没结论.敏锐的夏编辑一看是个好话题,便想让我来做个终结版.
我这才明白,自己惹上麻烦啦.可刚应下来,不好打退堂鼓吧.便硬着头皮向K12论坛而来.一看,里边的讨论果然热乎,观点嘛分成了三大门派——
第一门派是“离子门”,他们认定“氧化铝是离子化合物”,人数众多,气势最盛,一副不容置疑的样子,说出了三大理由：
① 大多数的金属氧化物均属于离子化合物；
② 氧化铝熔融电解制金属铝,可知它熔融时电离出铝离子、氧离子,非离子晶体莫属；
③ 查书、问老师,都说是“离子化合物”.
此外,还用了一些超过中学知识的理由——电负性的差很大；三方晶系,六方紧密堆积结构等.虽说是一知半解,却可以看出该派人强马壮,弹药充足.
而且,他们更祭出了一招杀手锏——2000年上海高考题的标准答案.
第二门派是“原子门”,人数不多,弹药不足,更有个别人见势不妙,中途叛逃,他们提出的理由是：
①从物理性质看：硬度仅仅次于金刚石,可用作手表的轴承,熔点也非常的高,非原子晶体莫属.
②用了类推的招：NaCl是离子化合物,Na2O是离子化合物：AlCl3是共价化合物 Al2O3 肯定是共价化合物了.
以上两派争得不可开交之际,“过渡门”的人来了,呵,他们的观点与老夫却有些相似（你们看过前文便知）.主要代表物是江西的“bird”,他的帖子我转摘于下：
氧化铝有多种变体,其中最为人们所熟悉的是α型氧化铝和γ型氧化铝,二者均为白色无定形粉末.自然界存在的刚玉为α型氧化铝,该晶体属于六方紧密堆积构型,氧原子按六方紧密堆积方式排列,6个氧原子围成一个八面体,在整个晶体中有三分之二的八面体孔穴为铝原子所占据.由于这种紧密堆积结构,再加上晶体中铝离子与氧离子之间的吸引力强,晶格能大,所以α型氧化铝的熔点(2288K)和硬度(8.8)都很高.结论是：刚玉属于离子晶体.
γ型氧化铝只在低温条件下存在,强热至1273K可转化为α型氧化铝, γ氧化铝晶体属于立方面心紧密堆积构型,铝原子不规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中.还有一种为β型氧化铝,有离子传导能力(允许钠离子通过)
金属铝表面的氧化铝薄膜为氧化铝的另外一种变体.
严格地说,氧化铝属于过渡型化合物,其主要为离子型而含部分共价型.
应该说：这位网友说得蛮完整的,诚如这位网友所言：“氧化铝属于过渡型化合物”,但主要表现为共价性还是离子性呢?却是众说纷纭,并没有形成定论——科学界向来提倡“百花齐放”,这是很正常的现象.其实,铝在地壳中的含量相当高,主要以铝硅酸盐矿石存在,以铝-氧共价键为其特征.这也正是氢氧化铝两性电离的原因.
限于中学知识,这问题很难说清楚.不过,夏编辑盛情相邀,我也只好勉为其难了.还好,我看到许多同学用了“电负性”、“三方晶系”、“密堆积”、“八面体空隙”等术语,知道有许多同学通过化学竞赛学了好多东西,对下面的讲解便觉得有些信心了.
有位“niutao989”网友的说法,不知大家注意到没有——其实共价、离子没有严格的界限,典型的离子晶体CsCl也只有92%的离子成分……；这便是问题的要害,共价键与离子键之间本并没有绝对的区别.我曾看过外国的一些中学课本,里面对化学键的描述与我们的教科书完全不同——书中没有极性键的概念,用“含有30%的离子键成分”等说法来表述.一般把“含有60%以上离子键成分”的化合物称为离子化合物.还有一种理论则从另一角度来阐述这一问题——就是许多网友提到的“离子极化”,这一理论首先把化合物中的不同原子看成离子,然后阴、阳离子之间的互相作用使它们逐渐靠拢,甚至重叠为共价键.所以,离子化合物与共价化合物之间常常是——你中有我,我中有你.
那么,一般情况下我们应该怎样判别呢?判别的方法不外乎以下两种：
（1）根据晶体结构微观知识来确定：
①理论推理：可以用一些网友提到的“电负性差”及“离子极化”等理论,不过,用的是大学知识,而且只是一些估测方法,缺乏严谨的定量体系.
②结构测定：晶体结构的测定（如：x射线衍射法等）近年来发展神速,测定方法与数据已形成一套完整的体系,具有重要参考价值,但涉及比较高深的内容,不说也罢.
（2）根据晶体的宏观性质来判断：就中学知识而言,这倒是一条捷径.
① 熔融导电问题：许多网友已提到这个问题；
② 熔点高低问题：熔点较高的是离子晶体,熔点较低的是分子晶体,熔点非常高的往往是原子晶体.
对于氧化铝,用以上两条根据一套,糟了,出现矛盾.出现矛盾啥办?抓主要矛盾嘛：以上②的标准有人为规定之嫌（有的书规定“熔点200℃”为离子晶体与分子晶体的分界,有的书则规定的更高些）,①一般视为更充分的理由——“离子门”之所以门徒众多,盖因此耳.
但是,且慢——氧化铝的的电解是真正意义上的“熔融电解”吗?其实,熔融的是冰晶石,氧化铝只是分散质,分散于液态的冰晶石中而已,熔液中的阴离子是复杂的原子团,并非简单氧离子.查一查前几年的全国化学初赛的试题,有一题考的是“将氯化铝熔于氯化钠的熔融液中电解会生成铝”的知识点,能因此说：“氯化铝是离子化合物吗?”同样的,盐酸在水溶液中完全电离,能因此说氯化氢是离子化合物吗?答案显然是否定的.
那书上不是明明白白写着——“刚玉型结构的离子晶体”吗?“离子门”的众门徒很有底气地说：“随便翻开哪本书,看看去!”是的,你只要翻开大学《结构化学》课本,就可以找到这白纸黑字.这又能说明什么呢?说明“刚玉就是离子晶体”?参加化学竞赛的同学都知道,离子晶体的四大典型晶体类型之一硫化锌型,所有的参考书都特别提示：硫化锌是共价化合物.其实,硫化锌型的“离子晶体”绝大多数是共价化合物.正应了张老师前面说过的一句话：你中有我,我中有你.
造化如此之奇妙,又岂是区区几种类型所能了之?
说到这里,有同学发问了——张老师,你究竟是什么意思?
呵,我的意思清楚得很——学化学,要掌握精髓,而不是死记硬背.“氧化铝是离子化合物,还是共价化合物?”这个问题,不该是中学讨论的问题,科学家尚且众说纷纭,一个中学生能搞懂吗?
在科技高度发达的今天,以人为控制条件来实现晶体类型的转化,已不是一件难事——1985年,科学家通过激光汽化石墨,使之转化为富勒烯；1999年,在高压下把干冰转为原子晶体已获得成功；目前,科学家正在努力将分子晶体的氢转化为金属氢,金属氢是理想的高温超导材料和太空能源,这项成果一旦走出实验室,我们的生活面貌将会为之一新.
当前,化学教育中兴起STS（科学－技术－社会）理念之风,高考试卷体现出和生活、科学相联系的命题趋势.为应对新课程改革下化学高考,必须拓宽学生的知识面,让学生学会去发现、观察、思索、探究化学原理,而不是死记硬背那些空洞的概念.
以下略举几例以飨读者——
例1．下列物质属于原子晶体的化合物是
A.金刚石 B.刚玉 C.二氧化硅 D.干冰 #
附注：本题为2000年的上海高考题第二小题,题目已注明“只有一个正确选项”.
注意了：它是单选题!所以,答案中只有C,没有B.我想,任何同学都不会选错的.氧化铝是有争议的,而二氧化硅却铁板钉钉是原子晶体.高考总不会把这种有争议的选项拿去做多选题吧.#
例2．已知有关物质的熔沸点数据如下表：
MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔点/℃ 2852 2072 714 190（2.5×105Pa）
沸点/℃ 3600 2980 1412 18.72
请参考上述数据填空和回答问题:
（1）工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝.为什么不用电解MgO的方法生产镁；也不用电解AlCl3的方法生产铝?
答：__________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________.
（2）设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型,其实验方法是________________
________________________________________________________________________________.#
点拨：本题涉及熔融电解,故解答本题时,应把Al2O3视为离子晶体方可正确作答.
答案：
（1）因为MgO的熔点远高于MgCl2,故电解熔融MgO将需要更高的温度,不便于操作.观察表中数据可知,AlCl3易升华,熔沸点低,故属于分子晶体,不存在离子,熔融时不能导电,不能被电解.
（2）将两种晶体加热到熔化状态,MgCl2能导电,AlCl3不能导电,故证明MgCl2为离子晶体,AlCl3为分子晶体.#
例3．Al2O3晶体类型存在争议,有人认为是离子晶体,有人认为是原子晶体.
（1）如果你是“离子晶体”论的支持者,请你举出你的论据：____________________；
（2）如果你是“原子晶体”论的支持者,请你举出你的论据：____________________.#
点拨：近年来,这样的开放型题目多起来了,这些题目充分体现了科学探究的精神,十分符合新课改的趋势.解答此类题的重点是抓住化学知识之精髓,死记硬背的人又怎能作答?至于本题的答案嘛,我想还是让同学们自己来做吧. #
网友:SJWUIE - 2007-06-09 05:25
你在文中谈到：“但是,且慢——氧化铝的的电解是真正意义上的“熔融电解”吗?其实,熔融的是冰晶石,氧化铝只是分散质,分散于液态的冰晶石中而已,熔液中的阴离子是复杂的原子团,并非简单氧离子.查一查前几年的全国化学初赛的试题,有一题考的是“将氯化铝熔于氯化钠的熔融液中电解会生成铝”的知识点,能因此说：“氯化铝是离子化合物吗?”同样的,盐酸在水溶液中完全电离,能因此说氯化氢是离子化合物吗?答案显然是否定的.”
意思是说氧化铝是在冰晶石的作用下电离,与氯化氢溶于水电离类似.实际二者不同,资料中指出加入冰晶石的作用只是为了降低氧化铝的熔点,从而节约能源,而并没有说氧化铝单独熔化不能导电.
编者按：
你在文中谈到：“但是,且慢——氧化铝的的电解是真正意义上的“熔融电解”吗?其实,熔融的是冰晶石,氧化铝只是分散质,分散于液态的冰晶石中而已,熔液中的阴离子是复杂的原子团,并非简单氧离子.查一查前几年的全国化学初赛的试题,有一题考的是“将氯化铝熔于氯化钠的熔融液中电解会生成铝”的知识点,能因此说：“氯化铝是离子化合物吗?”同样的,盐酸在水溶液中完全电离,能因此说氯化氢是离子化合物吗?答案显然是否定的.”
意思是说氧化铝是在冰晶石的作用下电离,与氯化氢溶于水电离类似.实际二者不同,资料中指出加入冰晶石的作用只是为了降低氧化铝的熔点,从而节约能源,而并没有说氧化铝单独熔化不能导电.