鲁科版 化学 选修3 第3章第2节　金属晶体与离子晶体

欢迎进入化学课堂 第2节金属晶体与离子晶体第1课时金属晶体 学习目标1 理解金属晶体的概念 构成及物理性质 2 能用金属键理论解释金属晶体的物理性质 3 了解金属晶体中晶胞的堆积方式 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 第1课时 课前自主学案 1 金属晶体的概念 金属晶体是指 通过 形成的晶体 金属键为金属晶体中 和 之间的强烈的相互作用 金属原子 金属键 金属阳离子 自由电子 1 金属键是怎样形成的 提示 金属单质都是由金属原子以某种一定的排列形式紧密堆积而形成的晶体 由于金属原子价电子数较少 容易失去电子成为金属阳离子 金属原子释放出的价电子并不专属于某个特定的金属离子 而为许多金属离子所共有 它们在整个晶体里自由地运动着 称之为自由电子 自由电子与金属离子之间存在的较强的作用力 叫金属键 思考感悟 2 结构型式 12 8 12 2 1 金属晶体都是纯净物吗 2 金属导电与电解质溶液导电有什么区别 提示 1 金属晶体包括金属单质及其合金 合金是混合物 2 金属导电一般为物理变化 仅仅是自由电子的定向移动 而电解质溶液导电的过程就是其被电解的过程 是化学变化 思考感悟 相对滑动 排列方式 化学键 自 由电子 定向移动 3 物理性质 3 Na Mg Al三种金属哪种金属的熔 沸点最高 为什么 提示 熔点从高到低排列顺序为Al Mg Na 由于其电子层数相同 半径r Al r Mg r Na 价电子数Na Mg Al 故金属键Al Mg Na 所以熔 沸点Al Mg Na 思考感悟 1 金属的下列性质中 与自由电子无关的是 A 密度大小B 容易导电C 延展性好D 易导热解析 选A 密度的大小与晶体内微粒的排列顺序有关 2 在金属晶体中最常见的三种堆积方式有 1 配位数为8的是 密堆积 2 配位数为 的是面心立方最密堆积 3 配位数为 的是 堆积 其中以 ABAB 方式堆积的 和以 ABCABC 方式堆积的 空间利用率相等 就堆积层来看 二者的区别是在第 层 解析 要熟记金属晶体中最常见的三种堆积方式中 各种堆积方式的不同特点 答案 1 体心立方 2 12 3 12六方最密六方最密堆积面心立方最密堆积三 课堂互动讲练 金属晶体是由若干个能够反映晶体结构特征的单元晶胞排列形成的 不同的金属 晶胞在其内部有不同的排列方式 大致可以分为三类 1 六方最密堆积类型 A3 常见金属如 镁 锌 钛等 2 面心立方最密堆积类型 A1 常见金属如 金 银 铜 铝等 3 体心立方密堆积类型 A2 常见金属如 锂 钠 钾等 关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中 正确的是 A 晶胞是六棱柱B 属于A2型密堆积C 每个晶胞中含4个原子D 每个晶胞中含5个原子 答案 B 变式训练1金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式 下列说法中正确的是 A 图 a 为非密置层 配位数为6B 图 b 为密置层 配位数为4C 图 a 在三维空间里堆积可得镁型和铜型D 图 b 在三维空间里堆积仅得简单立方 解析 选C 金属原子在二维空间里有两种排列方式 一种是密置层排列 一种是非密置层排列 密置层排列的空间利用率高 原子的配位数为6 非密置层的配位数较密置层小 为4 由此可知 图中 a 为密置层 b 为非密置层 密置层在三维空间堆积可得到镁型和铜型两种堆积模型 非密置层在三维空间堆积可得简单立方和钾型两种堆积模型 所以 只有C选项正确 1 金属晶体的性质 1 导电性金属晶体中存在许多自由电子 这些自由电子在整个晶体中自由运动是没有方向性的 但在外加电场的作用下 自由电子就会发生定向移动形成电流 所以金属容易导电 2 导热性自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换 从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分 使整块金属达到相同的温度 3 延展性大多数金属具有较好的延展性 与金属离子和自由电子之间的较强作用有关 当金属受到外力时 晶体中的各离子层就会发生相对滑动 由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性 受到外力后 相互作用没有被破坏 金属虽然发生了形变但不会导致断裂 4 颜色由于金属原子以最紧密堆积状态排列 内部存在自由电子 所以当光辐射到它的表面上时 自由电子可以吸收所有频率的光 然后很快释放出各种频率的光 这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽 而金属在粉末状态时 金属的晶面取向杂乱 晶格排列得不规则 吸收可见光后辐射不出去 所以金属粉末常呈暗灰色或黑色 2 金属熔 沸点高低的比较 1 同周期金属单质 从左到右 如Na Mg Al 熔 沸点升高 2 同主族金属单质 从上到下 如碱金属 熔 沸点降低 3 一般来说 合金的熔 沸点比其各成分金属的熔 沸点低 4 金属晶体熔点差别很大 如汞常温为液体 熔点很低 38 9 而铁等金属熔点很高 1535 特别提醒 1 金属晶体在受外力作用时 各层之间发生相对滑动 但金属键并没有被破坏 2 金属晶体中只有金属阳离子 无阴离子 物质结构理论指出 金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用 叫金属键 金属键越强 其金属的硬度越大 熔 沸点越高 根据研究表明 一般来说 金属原子半径越小 价电子数越多 则金属键越强 由此判断下列说法正确的是 A 镁的硬度大于铝B 镁的熔 沸点低于钙C 镁的硬度小于钾D 钙的熔 沸点高于钾 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 金属晶体熔 沸点高低决定于金属键的强弱 2 金属阳离子所带电荷越多 半径越小 金属键越强 解析 此题考查的是金属晶体的性质 如硬度 熔 沸点的比较 比较依据 看价电子数和原子半径 镁和铝 价电子数Al Mg 原子半径Al Mg 晶体中的金属键Al Mg 镁和钙 原子半径Mg Ca 晶体中的金属键Mg Ca 镁和钾 价电子数Mg K 原子半径Mg K 钙和钾 价电子数Ca K 原子半径Ca K 晶体中的金属键Mg K Ca K 故选D 答案 D 规律方法 金属晶体的熔点变化规律 1 一般情况下 同类型的金属晶体 金属晶体的熔点由金属阳离子半径 所带的电荷数 自由电子的多少决定 阳离子半径越小 所带的电荷数越多 自由电子越多 相互作用力就越大 熔点就会相应升高 例如 熔点K Na Mg Al Li Na K Rb Cs 2 一般合金的熔 沸点比各成分金属的熔 沸点低 晶体镁的原子堆积方式是什么 配位数是多少 2 同主族元素金属键越强金属越活泼吗 提示 1 金属镁为六方最密堆积 配位数为12 2 同主族元素从上到下金属键越来越弱 金属性反而越来越强 互动探究 变式训练2下列4种有关性质的叙述 可能属于金属晶体的是 A 由分子间作用力结合而成 熔点低B 固体或熔融后易导电 熔点在1000 左右C 由共价键结合成网状结构 熔点高D 固体不导电 但溶于水或熔融后能导电解析 选B B中固体能导电 熔点在1000 左右 应为金属晶体 探究整合应用 如下图所示为一个金属铜的晶胞的切割示意图 该晶胞的边长为3 62 10 10m 每一个铜原子的质量为1 0552 10 25kg 试回答下列问题 1 一个晶胞中 实际 拥有的铜原子数是多少 这些铜原子的质量是多少 2 该晶胞的体积是多大 3 利用 1 和 2 的结果来计算金属铜的密度 解析 1 从图上看 铜晶体采取的是面心立方最密堆积 A1 型式 其立体结构如图所示 每个晶胞中铜原子数目为 答案 1 4个 4 22 10 25kg 2 4 74 10 29m3 3 8 90g cm 3 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 第2课时离子晶体 学习目标1 理解离子晶体的概念 构成及物理性质 2 能用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质 3 了解几种常见的离子晶体的晶胞结构 4 了解晶格能的概念及意义 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 第2课时 课前自主学案 一 离子晶体及结构类型1 概念 离子晶体是 通过 结合 在空间呈现有规律的排列所形成的晶体 例如 氯化钠 氯化铯 氧化镁等晶体都属于 晶体 2 常见AB型离子化合物的晶体类型 阴 阳离子 离子键 离子 Na K CsBr CsI BeO BeS 1 为什么同样是AB型离子化合物其晶体结构存在着较大的差异 提示 影响晶体结构的因素很多 主要的一点是阴 阳离子半径比 r r 越大 配位数越大 思考感悟 二 晶格能 气化 越强 越多 三 离子晶体的特性1 纯净的离子晶体都有各自固定的 其熔点的高低与 有关 2 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性 1 熔点 沸点较 而且随着 的增加 的缩短 晶格能增大 熔点升高 2 一般 溶于水 而难溶于 溶剂 3 固态时不导电 状态或在 中能导电 熔点 离子键强弱 高 离子电荷数 离子间距 易 非极性 熔融 水溶液 2 离子晶体在固态时不导电 而熔融状态或在水溶液中能导电的原因是什么 提示 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 阴 阳离子获得足够能量 克服了离子间的相互作用 形成了自由移动的离子 在外界电场作用下 离子定向移动而导电 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 或水合离子 在外界电场作用下 阴 阳离子定向移动而导电 思考感悟 1 下列性质中 可以较充分地说明某晶体是离子晶体的是 A 具有较高的熔点B 固态不导电 水溶液能导电C 可溶于水D 固态不导电 熔融状态能导电解析 选D A选项 原子晶体熔点也较高 B选项 有些分子晶体如HCl的水溶液也能导电 C选项 有些分子晶体也溶于水 离子晶体固态不导电 在熔融时可导电 2 有关晶格能的叙述正确的是 A 晶格能是气态原子形成1摩尔离子晶体释放的能量B 晶格能通常取正值 但是有时也取负值C 晶格能越大 形成的离子晶体越稳定D 晶格能越大 物质的硬度反而越小解析 选C 晶格能是气态离子形成1摩尔离子晶体时所释放的能量 晶格能取正值 且晶格能越大 晶体越稳定 熔沸点越高 硬度越大 课堂互动讲练 1 NaCl型NaCl晶体构型如图甲所示 每个Na 同时吸引6个Cl 每个Cl 同时吸引6个Na 即它们的配位数都为6 故晶体中Na 与Cl 的个数比为1 1 每个Na 周围与它最近等距的Na 有12个 三个互相垂直的平面上各4个 在这种构型中阴离子 Cl 以面心立方密堆积方式排列 阳离子 Na 填充在阴离子形成的八面体空隙中 属于NaCl构型的有 Li Na K Rb的卤化物 AgF MgO等 在氯化钠晶胞中 Cl 处于晶胞的顶点和面心 Na 处于晶胞的体心和棱心 反之也可 3 立方ZnS型ZnS有两种构型 一种是六方ZnS 也叫纤锌矿构型 另一种是立方ZnS型 也叫闪锌矿构型 后一构型中 阴离子按面心立方密堆积方式排列 阳离子均匀地填充在部分空隙之中 这样 它们的配位数为4 立方ZnS构型如图 属于立方ZnS构型的有BeO以及Zn Cd Hg与S Se Te间形成的晶体等 铜单质及其化合物在很多领域有重要用途 如金属铜用来制造电线电缆 五水硫酸铜可用做杀菌剂 1 Cu位于元素周期表第 B族 Cu2 的核外电子排布式为 2 右图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图 可确定该晶胞中阴离子的个数为 3 Cu2O的熔点比Cu2S的 填 高 或 低 请解释原因 答案 1 1s22s22p63s23p63d9或 Ar 3d9 2 4 3 高Cu2O与Cu2S相比 阳离子相同 阴离子所带电荷也相同 但O2 的半径比S2 的小 所以Cu2O的晶格能更大 熔点更高 规律方法 有关 晶体结构分析 的题目在高考中出现的几率是100 主要考查点有 1 根据晶体结构确定物质的化学式 2 根据晶体结构确定晶胞中微粒的相对位置关系 3 根据晶体结构确定晶体的组成 微粒的个数比等 考查方式较灵活 可以以选择题呈现 也可以在综合题中设问 解答此类题目的关键是熟练掌握各种晶体的结构特点 然后再结合题给信息综合分析判断 变式训练1已知X Y Z三种元素组成的化合物是离子晶体 其晶胞如右图所示 则下面表示该化合物的化学式正确的是 A ZXY3B ZX2Y6C ZX4Y8D ZX8Y12 1 离子晶体结构离子晶体以较强的离子键相结合 采取密堆积的形式 根据阴 阳离子半径大小和数量比的不同取其所可能的密堆积方式 以一定的配位数比相互配置 阴离子半径一般比阳离子大 因此阴离子在占据空间方面起着主导作用 在简单的AB型离子晶体中 阴离子只有一种 可以认为阴离子按一定方式堆积而阳离子填充在其间的空隙中 2 物理性质与结构关系 1 离子晶体具有较高的熔 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 NaCl CsCl的熔点分别是801 645 沸点分别是1413 1290 而共价化合物H2O的熔点为0 沸点为100 这就低得多了 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 如Al2O3 MgO NaCl CsCl等 2 离子晶体硬而脆 离子晶体中 阴 阳离子间有较强的离子键 离子晶体表现出较高的硬度 当晶体受到冲击力作用时 部分离子键发生断裂 易导致晶体破碎 3 离子晶体不导电 熔化或溶于水后能导电 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离子 因此 离子晶体不导电 当升高温度时 阴 阳离子获得足够能量克服了离子间相互作用 成了自由移动的离子 在外界电场作用下 离子定向移动而导电 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 或水合离子 在外界电场作用下 阴 阳离子定向移动而导电 难溶于水的强电解质如BaSO4 CaCO3等溶于水 由于浓度极小 故导电性极差 通常情况下 我们说它们的水溶液不导电 4 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂 如水 中 难溶于非极性溶剂 如汽油 苯 CCl4 中 当把离子晶体放在水中时 极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引 使晶体的离子克服离子间的作用而离开晶体 变成在水中自由移动的离子 特别提醒 1 运用离子键的强弱即晶格能的大小 可以解决离子熔点高低问题 一般同种类型 晶格能越大 离子键越强 熔点越高 2 离子晶体除含有离子键外 还可能有共价键 如Na2O2 NaOH NH4Cl晶体 NaF NaI和MgO均为离子晶体 有关数据如下表 试判断 这三种化合物熔点由高到低的顺序是 A B C D 思路点拨 解析 本题考查离子晶体熔点高低的判断方法 离子晶体的熔点与晶格能有关 晶格能越大 晶体的熔点就越高 晶格能与离子所带电荷的乘积成正比 与阴 阳离子间的距离成反比 在上述三种晶体中 MgO的键长最短 离子电荷又高 故其晶格能最大 熔点最高 NaF的键长小于NaI 故NaF的晶格能大于NaI 熔点高于NaI 答案 B 规律方法 晶格能与离子晶体性质的关系因为晶格能的大小标志着离子晶体裂解成气态阴 阳离子的难易程度 反映着离子晶体中离子键的强度 故它与离子晶体的性质有着密切联系 对于相同类型的离子晶体 晶格能越大 离子键越强 熔 沸点越高 变式训练2氧化钙在2973K时熔化 而氯化钠在1074K时熔化 两者的离子间距离和晶体结构类似 有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是 A 氧化钙晶体中阴 阳离子所带的电荷数多B 氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C 氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D 在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下 晶格能主要由阴 阳离子所带电荷的多少决定 解析 选C 氧化钙和氯化钠都属于离子晶体 熔点的高低可根据晶格能的大小判断 晶格能的大小与离子所带电荷多少 离子间距离 晶体结构类型等因素有关 氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似 所以晶格能主要由阴 阳离子所带电荷的多少决定 探究整合应用 已知A B C D和E都是元素周期表中前36号的元素 它们的原子序数依次增大 A与其他4种元素既不在同一周期又不在同一主族 B和C属于同一主族 D和E属同一周期 又知E是周期表中1 18列中的第7列元素 D的原子序数比E小5 D跟B可形成离子化合物 其晶胞结构如右上图 请回答 1 A元素的名称是 2 B的元素符号是 C的元素符号是 B与A形成的化合物比C与A形成的化合物沸点高 其原因是 3 E属元素周期表中第 周期 第 族的元素 其元素名称是 它的 2价离子的电子排布式为 4 从图中可以看出 D跟B形成的离子化合物的化学式为 该离子化合物晶体的密度为ag cm 3 则晶胞的体积是 只要求列出算式 解析 该题综合考查元素推断 核外电子排布式书写 晶胞计算等 从D E是周期表中1 18列中E排第7列可判断E是第4周期 B族 所以D也在第4周期 由D的原子序数比E小5 图中离子化合物D B 1 2 则D为Ca 且B的序数在前面 B为F C为Cl A与其他4种元素既不在同一周期又不在同一主族 所以A为H 2 考查氢键 3 锰在周期表中的位置 2价时已经失去2个电子 所以排布式为 Ar 3d5 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全